摘要：為探索城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化脅迫力的變化規(guī)律，提出天山北坡城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力呈倒U形變化的假設(shè)，根據(jù)2000—2016年面板數(shù)據(jù)，以城鎮(zhèn)化率與用水量的偏離系數(shù)為脅迫強(qiáng)度，驗(yàn)證用水量對(duì)城鎮(zhèn)化率的脅迫力是否符合假設(shè)。研究表明：2000—2016年，用水總量對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重、用水總量對(duì)城鎮(zhèn)化率、第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)城鎮(zhèn)化率的脅迫力呈倒V形變化，第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重的脅迫力未呈現(xiàn)倒V形變化，水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力經(jīng)歷了較強(qiáng)脅迫—強(qiáng)脅迫—弱脅迫(或較強(qiáng)脅迫)的變化過(guò)程。與假設(shè)不同是，天山北坡城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力呈倒V形變化。鑒于天山北坡城市群第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重的脅迫力不斷增強(qiáng)，如何減少第一產(chǎn)業(yè)用水量，是當(dāng)前需要解決的首要問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：水資源;城鎮(zhèn)化;脅迫強(qiáng)度;天山北坡城市群
天山北坡城市群位于新疆典型的干旱區(qū)綠洲、荒漠生態(tài)環(huán)境交錯(cuò)帶，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。目前，該區(qū)域的大部分天然綠洲已被人工綠洲取代，瑪納斯河已無(wú)水資源開(kāi)采潛力，烏魯木齊市重要水源一號(hào)冰川加速萎縮，烏魯木齊河來(lái)水量日漸減少，吐魯番、昌吉、克拉瑪依等區(qū)域地下水開(kāi)發(fā)利用率均超過(guò)100%，面臨著水資源約束的瓶頸[1]。
基于此，本文以天山北坡城市群為研究區(qū)，提出城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力呈倒U形變化的假設(shè);利用面板數(shù)據(jù)，分別估算2000—2004年、2005—2010年、2011—2016年研究區(qū)水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫強(qiáng)度;分析脅迫強(qiáng)度的變化，對(duì)假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證。其理論意義在于，揭示研究區(qū)水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力變化規(guī)律，對(duì)我國(guó)其他城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化脅迫力的研究具有一定的借鑒意義;其實(shí)踐意義在于，根據(jù)研究區(qū)水資源對(duì)城鎮(zhèn)化脅迫力變化，有針對(duì)性地提出應(yīng)對(duì)措施，對(duì)于促進(jìn)天山北坡城市群水資源可持續(xù)利用具有重要的實(shí)踐意義。
水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫指城鎮(zhèn)化所帶來(lái)的人口、經(jīng)濟(jì)規(guī)模和結(jié)構(gòu)的變化引起的供水和用水難度的增加，增大了水資源壓力，致使水資源約束城鎮(zhèn)化進(jìn)程，水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的這種約束作用被稱(chēng)為水資源脅迫。關(guān)于水資源對(duì)城鎮(zhèn)化脅迫的研究大致分為兩類(lèi)：一類(lèi)為城鎮(zhèn)化引起的水文、水質(zhì)、水情等變化，另一類(lèi)為城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的水資源脆弱性、水資源約束、水環(huán)境安全壓力、水安全預(yù)警、水環(huán)境承載力等研究。
宋曉猛等[2]分析了城市化進(jìn)程對(duì)城市地表水文、水質(zhì)和水量的影響，提出緩解水環(huán)境惡化的措施。王艷君等[3]采用分布式水文模型，揭示了土地利用對(duì)水文變化的影響。許有鵬等[4]分析了長(zhǎng)三角地區(qū)水文變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)城市化對(duì)該地區(qū)水文的影響明顯。張學(xué)勤等[5]認(rèn)為工農(nóng)業(yè)的面狀污染和點(diǎn)源污染造成水質(zhì)下降，提出了改善水環(huán)境的措施。方創(chuàng)琳等[6-8]計(jì)算了河西走廊水資源約束下城市化水平閾值，發(fā)現(xiàn)水資源總量對(duì)城市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度制約明顯，得出西北干旱區(qū)水資源約束下城市土地?cái)U(kuò)張以及城市人口變化的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，分析了水資源約束下的河西走廊城市和武威市的擴(kuò)張?zhí)卣骷白兓厔?shì)。
趙雪雁[9]發(fā)現(xiàn)河西走廊的用水結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)用水比重應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)整。任永泰等[10]建立了三江平原地區(qū)的水安全預(yù)警系統(tǒng)，指出預(yù)警指數(shù)呈下降趨勢(shì)。李燦等[11]對(duì)長(zhǎng)株潭城市群水資源承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，提出了提高長(zhǎng)株潭城市群水資源承載能力的應(yīng)對(duì)措施。吳澤寧等[12]計(jì)算了中原城市群水資源承載能力，提出了水資源調(diào)控方案。
上述多數(shù)文獻(xiàn)基于城市或流域?qū)用嫜芯砍擎?zhèn)化引起的水資源及水環(huán)境變化，分析水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的約束和影響，認(rèn)為城鎮(zhèn)化引起水文變化、造成水質(zhì)下降，水資源造成城鎮(zhèn)化的壓力增大;少數(shù)文獻(xiàn)構(gòu)建預(yù)警指標(biāo)體系，對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的水安全進(jìn)行預(yù)警，部分學(xué)者估算城市群水資源承載力。目前，還未見(jiàn)有城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化脅迫作用變化規(guī)律的研究成果，而城市群是人口、經(jīng)濟(jì)最為集中的區(qū)域，其城鎮(zhèn)化過(guò)程中面臨的水資源壓力更大，研究城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的脅迫作用變化規(guī)律顯得尤為迫切。
1理論假設(shè)
方創(chuàng)琳等學(xué)者認(rèn)為區(qū)域水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力隨城鎮(zhèn)化水平的提高呈倒U形變化，城鎮(zhèn)化系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)存在反復(fù)的適應(yīng)與反饋的過(guò)程，即城鎮(zhèn)化快速發(fā)展—用水總需求增加—生態(tài)環(huán)境用水被擠占—水資源脅迫力增大—城鎮(zhèn)化進(jìn)程減緩—用水總需求減小—生態(tài)用水逐漸增加—水資源脅迫力減小—城市快速發(fā)展……，如此循環(huán)。
當(dāng)城鎮(zhèn)化率小于10%時(shí)，水資源脅迫力屬弱脅迫類(lèi)型;當(dāng)城鎮(zhèn)化率為10%～30%時(shí)，水資源脅迫力屬較強(qiáng)脅迫類(lèi)型;當(dāng)城鎮(zhèn)化率為30%～40%時(shí)，水資源脅迫力屬?gòu)?qiáng)脅迫類(lèi)型;當(dāng)城鎮(zhèn)化率為40%～50%時(shí)，水資源脅迫力屬較強(qiáng)類(lèi)型;當(dāng)城鎮(zhèn)化率為50%～70%時(shí)，水資源脅迫力屬?gòu)?qiáng)脅迫類(lèi)型;當(dāng)城鎮(zhèn)化率為70%～80%時(shí)，水資源脅迫力屬較強(qiáng)類(lèi)型;當(dāng)城鎮(zhèn)化率大于80%時(shí)，水資源脅迫力由屬弱脅迫類(lèi)型。
以上是理想狀況下的區(qū)域水資源對(duì)城鎮(zhèn)化脅迫力變化規(guī)律，其前提條件是城鎮(zhèn)化過(guò)程中時(shí)刻都追求社會(huì)效益最大化。由于缺水地區(qū)總是想辦法提高水資源利用效率，降低水資源開(kāi)發(fā)成本，有些水資源利用效率高的城市，城鎮(zhèn)化率即使大于50%，水資源脅迫力也不會(huì)處于極強(qiáng)脅迫類(lèi)型，只要提高了水資源利用效率，就可以調(diào)控水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫強(qiáng)度。城市群由人口和經(jīng)濟(jì)高度集中的城鎮(zhèn)構(gòu)成，也應(yīng)當(dāng)符合區(qū)域水資源對(duì)城鎮(zhèn)化脅迫作用規(guī)律。
因此，可以假設(shè)水資源對(duì)城市群城鎮(zhèn)化進(jìn)程的脅迫力隨城鎮(zhèn)化水平的提高呈倒U形變化，即城市群城鎮(zhèn)化與水資源的關(guān)系為城鎮(zhèn)化快速發(fā)展—用水總需求增加—水資源脅迫力增大—城鎮(zhèn)化進(jìn)程減緩—用水總需求減小—水資源脅迫力減小—城市快速發(fā)展。城市群是城市集中區(qū)域，城鎮(zhèn)化水平較高，需要進(jìn)一步研究城市群在不同城鎮(zhèn)化水平下水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力變化規(guī)律。
2研究區(qū)域和計(jì)量模型的確定
2.1研究區(qū)域、變量選取與數(shù)據(jù)說(shuō)明
天山北坡城市群規(guī)劃范圍包括烏魯木齊、克拉瑪依、昌吉、吐魯番、阜康、石河子、五家渠、奎屯、烏蘇9座城市。由于五家渠市水資源相關(guān)數(shù)據(jù)缺失，因此選取2000—2016年其他8座城市的城鎮(zhèn)化與水資源相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分2000—2004年、2005—2010年、2011—2016年3個(gè)階段，對(duì)上述理論假說(shuō)進(jìn)行實(shí)證檢驗(yàn)。
2.2水資源對(duì)城鎮(zhèn)化脅迫力測(cè)度
區(qū)域水資源是有限的，用水量的增加也是有限的，當(dāng)用水量達(dá)到或超過(guò)水資源利用極限時(shí)，城鎮(zhèn)化進(jìn)程將受到限制。在這種情況下，如果要推進(jìn)城鎮(zhèn)化，就必須轉(zhuǎn)變水資源利用方式或城鎮(zhèn)化發(fā)展方式，使得用水量呈零增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)，而一旦出現(xiàn)零增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化率與用水量之間的對(duì)數(shù)關(guān)系就會(huì)逐漸削弱。
3實(shí)證結(jié)果及分析
3.1平穩(wěn)性檢驗(yàn)和協(xié)整關(guān)系檢驗(yàn)
首先，對(duì)2000—2004年、2005—2010年、2011—2016年天山北坡城市群8個(gè)城市的用水量取自然對(duì)數(shù)。其次，利用Eviews6.0軟件，采用ADF-Fisher檢驗(yàn)方法，分別對(duì)城鎮(zhèn)化率、用水量自然對(duì)數(shù)面板數(shù)據(jù)進(jìn)行單位根檢驗(yàn)，可知城鎮(zhèn)化率與用水量的面板數(shù)據(jù)均通過(guò)了10%的概率度檢驗(yàn)，說(shuō)明面板數(shù)據(jù)是平穩(wěn)的。
然后，對(duì)城鎮(zhèn)化率與用水量之間的協(xié)整關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)，可知：2000—2004年、2005—2010年，第三產(chǎn)業(yè)比重與用水總量、第一產(chǎn)業(yè)用水量之間存在協(xié)整關(guān)系;2011—2016年，第三產(chǎn)業(yè)比重與用水總量之間存在協(xié)整關(guān)系，第三產(chǎn)業(yè)比重與第一產(chǎn)業(yè)用水量之間不存在協(xié)整關(guān)系;2000—2004年，城鎮(zhèn)化率與第一產(chǎn)業(yè)用水量之間存在協(xié)整關(guān)系，城鎮(zhèn)化率與用水總量之間不存在協(xié)整關(guān)系。
2005—2010年，城鎮(zhèn)化率與用水總量、第一產(chǎn)業(yè)用水量之間存在協(xié)整關(guān)系;2011—2016年，城鎮(zhèn)化率與用水總量、第一產(chǎn)業(yè)用水量之間存在協(xié)整關(guān)系。從用水量對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重的脅迫力看，2000—2016年，用水總量與第三產(chǎn)業(yè)比重存在正向?qū)?shù)關(guān)系，用水總量的增加有利于第三產(chǎn)業(yè)比重的提高。2000—2004年、2005—2010年、2011—2016年用水總量對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重的脅迫強(qiáng)度分別為0.42(較強(qiáng)脅迫)、0.65(強(qiáng)脅迫)、0.31(弱脅迫)。
2000—2004年、2005—2010年第一產(chǎn)業(yè)用水量與第三產(chǎn)業(yè)比重存在負(fù)向?qū)?shù)關(guān)系，說(shuō)明第一產(chǎn)業(yè)用水量的增加使得第三產(chǎn)業(yè)比重下降，這兩個(gè)階段第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重的脅迫強(qiáng)度分別為0.41(較強(qiáng)脅迫)、0.54(較強(qiáng)脅迫);2011—2016年第一產(chǎn)業(yè)用水量與第三產(chǎn)業(yè)比重不存在對(duì)數(shù)關(guān)系，說(shuō)明此階段第一產(chǎn)業(yè)用水量達(dá)到極限，第一產(chǎn)業(yè)用水量的增加對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重的脅迫力增強(qiáng)，第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重的脅迫強(qiáng)度為0.58(較強(qiáng)脅迫)，脅迫強(qiáng)度較前兩個(gè)階段有所增強(qiáng)。
從用水量對(duì)城鎮(zhèn)化率的脅迫力看，2000—2004年用水總量與城鎮(zhèn)化率不存在對(duì)數(shù)關(guān)系，此階段用水效率低，用水總量達(dá)到極限，用水總量的增加對(duì)城鎮(zhèn)化率的脅迫力增強(qiáng)，用水總量對(duì)城鎮(zhèn)化率的脅迫強(qiáng)度為0.41(較強(qiáng)脅迫);2005—2010年、2011—2016年用水總量與城鎮(zhèn)化率之間存在正向?qū)?shù)關(guān)系，用水總量對(duì)城鎮(zhèn)化率的脅迫強(qiáng)度分別為0.61、0.53，隨著用水效率的提高，用水總量的增加使得城鎮(zhèn)化率提高。
3個(gè)階段用水總量對(duì)城鎮(zhèn)化率的脅迫力均屬較強(qiáng)脅迫，經(jīng)歷了由2000—2004年的0.41，上升到2005—2010年的高點(diǎn)0.61之后，2011—2016年下降至0.53。第一產(chǎn)業(yè)用水量與城鎮(zhèn)化率存在負(fù)向的對(duì)數(shù)關(guān)系，說(shuō)明第一產(chǎn)業(yè)用水量的增加使得城鎮(zhèn)化率下降;第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)城鎮(zhèn)化率的脅迫力分別為0.46(較強(qiáng)脅迫)、0.68(強(qiáng)脅迫)、0.55(較強(qiáng)脅迫)，經(jīng)歷了先增強(qiáng)后減弱的過(guò)程。
4結(jié)語(yǔ)
伴隨著城市群城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，當(dāng)城鎮(zhèn)化率提高到一定程度時(shí)，水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力呈現(xiàn)倒V形變化。城市群是人口和經(jīng)濟(jì)高度集中的區(qū)域，尤其是缺水城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化產(chǎn)生一定的脅迫力，可以通過(guò)轉(zhuǎn)變水資源利用方式和城鎮(zhèn)化發(fā)展方式，提高水資源利用效率，促進(jìn)城鎮(zhèn)化快速發(fā)展;當(dāng)人口和經(jīng)濟(jì)集聚到一定規(guī)模時(shí)，水資源對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的脅迫力，迫使城市群轉(zhuǎn)變水資源利用方式，使用水量呈負(fù)增長(zhǎng)或零增長(zhǎng)，從而降低水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫，因此在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，水資源利用效率的提高和城鎮(zhèn)化發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變可以明顯降低水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力。
分析2000—2016年天山北坡城市群用水量與城鎮(zhèn)化之間的對(duì)數(shù)關(guān)系，估算用水量對(duì)城鎮(zhèn)化率的脅迫強(qiáng)度，結(jié)果表明：用水總量對(duì)經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化、人口城鎮(zhèn)化的脅迫力呈現(xiàn)倒V形變化;第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化率的脅迫力雖然未呈倒V形變化，但第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重的脅迫力增強(qiáng)，第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)人口城鎮(zhèn)化的脅迫力呈現(xiàn)倒V形變化。總體上，天山北坡城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力呈倒V形變化，可以劃分為：當(dāng)城鎮(zhèn)化率為60%～70%時(shí)，水資源脅迫力為較強(qiáng)脅迫;當(dāng)城鎮(zhèn)化率為70%～80%時(shí)，水資源脅迫力為強(qiáng)脅迫;當(dāng)城鎮(zhèn)化率大于80%時(shí)，水資源脅迫力下降為弱脅迫類(lèi)型。
2000—2016年，天山北坡城市群水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的脅迫力經(jīng)歷了較強(qiáng)脅迫—強(qiáng)脅迫—弱脅迫(或較強(qiáng)脅迫)的變化過(guò)程。目前，水資源對(duì)天山北坡城市群城鎮(zhèn)化的脅迫力有所下降，但第一產(chǎn)業(yè)用水量對(duì)第三產(chǎn)業(yè)比重(經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化率)的脅迫力仍不斷增強(qiáng)。因此，如何持續(xù)推進(jìn)天山北坡城市群農(nóng)業(yè)退地減水，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，減少第一產(chǎn)業(yè)用水量，優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)，提高水資源利用效率，是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)：
[1]渠娟.先天匱乏后天超采烏魯木齊水資源利用趨于極值[EB/OL].(2013-08-02)[2019-06-05].
[2]宋曉猛，朱奎.城市化對(duì)水文影響的研究[J].水電能源科學(xué)，2008，26(4)：33-35.
[3]王艷君，呂宏軍，施雅風(fēng)，等.城市化流域的土地利用變化對(duì)水文過(guò)程的影響：以秦淮河流域?yàn)槔齕J].自然資源學(xué)報(bào)，2009，24(1)：30-36.
[4]許有鵬，丁瑾佳，陳螢.長(zhǎng)江三角洲地區(qū)城市化的水文效應(yīng)研究[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2009(4)：67-72
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