劉慶廣，劉 義，徐孝笑

(1.合肥學(xué)院 旅游與會(huì)展學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.合肥學(xué)院 生物食品與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230601)

城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系研究是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[1-5]。自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的城市化快速發(fā)展，城市化率由1978年的17.9%增長(zhǎng)到2018年的58.59%，城市化水平不斷攀升。城市化是一把“雙刃劍”，一方面，城市化促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善人民生活；另一方面，早期城市化過(guò)度側(cè)重于發(fā)展速度[6]，人類活動(dòng)對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境造成現(xiàn)實(shí)的破壞和潛在的威脅[7]。自然資源難以滿足城市發(fā)展需求，使得生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重[8]，特別是城市用水需求增加、水質(zhì)污染等問(wèn)題突出[9]。水環(huán)境涉及人類生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，易被污染，但水環(huán)境治理一旦成功受益群面廣，受眾主體多[10]。近年來(lái)滁州市城市化建設(shè)快速，水資源缺乏重視，面臨威脅，特別是城市供水壓力大，污染防治不到位。諸多學(xué)者通過(guò)建立耦合模型來(lái)研究二者之間的關(guān)系，如Bhaskar,A.S.等基于城市增長(zhǎng)模型和水文模型分析了巴爾的摩都市地區(qū)的城市發(fā)展和水資源之間的相互作用[11]。尹風(fēng)雨等借助耦合模型分析發(fā)現(xiàn)我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展與水資源耦合協(xié)調(diào)水平逐年提升[12]。熊東旭等利用耦合協(xié)調(diào)度模型對(duì)南京市2000—2012年的城市化與水資源交互耦合進(jìn)行分析[13]，發(fā)現(xiàn)其總體發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。本文基于滁州市城市化發(fā)展及水環(huán)境質(zhì)量建立耦合模型，研究其內(nèi)在規(guī)律，分析和判斷二者協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，從而為城市規(guī)劃、水環(huán)境保護(hù)以及城市可持續(xù)化發(fā)展提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

滁州市位于安徽省東部，處在30°51′N～33°13′N、117°10′E～119°13′E之間，面積約為1.35萬(wàn)平方公里。地理位置優(yōu)越，交通便利，緊鄰南京，是南京“一小時(shí)都市圈”主要成員、安徽省重點(diǎn)推進(jìn)的工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的城市之一。滁州市地處江淮丘陵地帶，屬于亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，雨熱同期，全市年平均氣溫在15.0～15.7 ℃，多年平均降水量在980.0～1050.0 mm。地勢(shì)西高東低，最高處海拔為399.2米，地貌以山區(qū)、丘陵為主，兼有平原、圩區(qū)、湖泊。土壤類型主要為水稻土、黃褐土。以種植水稻、油菜和小麥為主，植物類型主要是亞熱帶常綠闊葉林植物。

滁州，三國(guó)時(shí)期稱“涂中”，源于“涂水”(滁河)，隋初正式設(shè)立“滁州”建制?，F(xiàn)轄天長(zhǎng)市、明光市、來(lái)安縣、全椒縣、定遠(yuǎn)縣、鳳陽(yáng)縣瑯琊區(qū)、南譙區(qū)等2市2區(qū)4縣，2018年末常住人口約411.4萬(wàn)人。名勝古跡眾多，現(xiàn)有國(guó)家森林公園4座，市級(jí)以上文物保護(hù)單位59個(gè)，各類景區(qū)40多處。滁州市作為安徽省首家電子信息產(chǎn)業(yè)基地，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高，2018年實(shí)現(xiàn)GDP約1801.7億元，總量省內(nèi)第5，增速省內(nèi)第3；城鎮(zhèn)居民人均可支配收入31230元，城鎮(zhèn)居民恩格爾系數(shù)為30.8%。

圖1 滁州市區(qū)位圖

2 水環(huán)境和城市化協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)方法

2.1 指標(biāo)體系與數(shù)據(jù)來(lái)源

“協(xié)調(diào)發(fā)展”是多個(gè)因素、多個(gè)方面、多角度、多層次的綜合發(fā)展[14]，注重事物在發(fā)展過(guò)程中的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和共同進(jìn)步。城市化與水環(huán)境之間存在著耦合、互動(dòng)的關(guān)系[15]，本文參考已有研究成果[16-18]，結(jié)合滁州市實(shí)際情況，從人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及空間等方面觀察城市化發(fā)展水平?；凇皦毫?狀態(tài)-響應(yīng)”(P-R-S)模型，從水環(huán)境的壓力、狀態(tài)及響應(yīng)情況觀察城市水環(huán)境。采用頻度分析法建立城市化與水環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，優(yōu)選指標(biāo)，遵循可比性、整體性、層次性、可操作性和完備性等原則[19]，最終確定14項(xiàng)指標(biāo)(表1)。數(shù)據(jù)來(lái)自于滁州市各年統(tǒng)計(jì)年鑒、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和發(fā)展公報(bào)、水資源公報(bào)等。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了減少數(shù)據(jù)量綱、變異程度和數(shù)值大小對(duì)結(jié)果的影響，本文采用min-max標(biāo)準(zhǔn)化處理[20]。正向型指標(biāo)變換公式為：

(1)

逆向型指標(biāo)變換公式為：

(2)

公式中，Xij是指標(biāo)數(shù)值；X′ij是Xij的標(biāo)準(zhǔn)化值；maxXj和minXj分別是數(shù)據(jù)的極大值和極小值。標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)值在0～1內(nèi)。

2.3 指標(biāo)權(quán)重和綜合水平指數(shù)的確定

由于城市化、水資源各指標(biāo)所代表意義不同，重要性(權(quán)重)不同，本研究基于AHP法確定每項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重(表1)[18，21]。采用線性加權(quán)法得到城市化綜合水平指數(shù)f(x)與水資源綜合水平指數(shù)g(y)。其公式為：

(3)

(4)

式中，ai，bj是所選取的指標(biāo)權(quán)重；xi，yj為各指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。

2.4 耦合度模型及耦合類型判斷

充分考慮城市化和水資源交互耦合的動(dòng)態(tài)性、不平衡性的特征，并結(jié)合滁州市實(shí)際情況，參考劉耀彬[15]提出的協(xié)調(diào)發(fā)展度模型，構(gòu)造了反映兩個(gè)子系統(tǒng)的整體“功效”與“協(xié)同”效應(yīng)的耦合協(xié)調(diào)度模型[21]。

城市化與水環(huán)境耦合度C模型可衡量二者的耦合水平(表2)[21]，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)耦合計(jì)算模型公式為：

(5)

公式中C∈(0,1)，C值越大越協(xié)調(diào)；k為調(diào)節(jié)系數(shù)，且2≤k≤5。

2.5 協(xié)調(diào)度模型及等級(jí)劃分

城市化與水環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的判斷表達(dá)了二者的協(xié)調(diào)程度[21]。其判斷公式為：

(6)

T=αf(x)+βg(y)

(7)

公式中，D為協(xié)調(diào)度，C為耦合度，T為綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；α、β為待定權(quán)數(shù)，本文取值均為0.5。T∈(0,1)，D∈(0,1)。

表2 耦合度判斷類型

表3 協(xié)調(diào)度劃分標(biāo)準(zhǔn)

3 城市化與水環(huán)境現(xiàn)狀分析

3.1 滁州市城市化發(fā)展

3.1.1 人口城市化

人口城市化是農(nóng)村人口向城市地區(qū)遷移，農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)業(yè)人口的過(guò)程。非農(nóng)業(yè)人口比重、第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人數(shù)比重能夠反映一定人口城市化發(fā)展水平。2005—2017年，滁州市戶籍人口不斷增長(zhǎng)，由435.6萬(wàn)人增長(zhǎng)到454.3萬(wàn)人；非農(nóng)業(yè)人口比重的變化存在波動(dòng)性(圖2)，2015年之前保持穩(wěn)定狀態(tài)，2015年比重加快增加，2017年達(dá)到30.54%，為最高水平；第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人數(shù)由53.1萬(wàn)增長(zhǎng)到98萬(wàn)，平均每年增長(zhǎng)3.74萬(wàn)人，占就業(yè)總?cè)藬?shù)比重由22.5%增長(zhǎng)到33.6%，曲折上升(圖3)。

圖2 2005—2017年非農(nóng)業(yè)人口比重

圖3 2005—2017年第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人數(shù)比重

3.1.2 經(jīng)濟(jì)城市化

經(jīng)濟(jì)城市化是隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展、人類生活需求的提高，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)不斷向城市集中、經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)構(gòu)不斷非農(nóng)業(yè)化的過(guò)程。地區(qū)生產(chǎn)總值與第三產(chǎn)業(yè)比重可作為衡量經(jīng)濟(jì)城市化水平的指標(biāo)。2005—2017年，滁州市經(jīng)濟(jì)實(shí)力得到較快發(fā)展，地區(qū)生產(chǎn)總值逐年增長(zhǎng)，由317.35億元增長(zhǎng)到1604.39億元，平均每年增長(zhǎng)107.25億元；人均生產(chǎn)總值由7773元增長(zhǎng)到39517元，增長(zhǎng)了4倍；第三產(chǎn)業(yè)比重變化波動(dòng)性較強(qiáng)，2007年比重開(kāi)始滑坡，2013年開(kāi)始回漲，呈現(xiàn)“U”字變化(圖4)。

圖4 2005—2017年地區(qū)生產(chǎn)總值與第三產(chǎn)業(yè)比重

3.1.3 空間城市化

空間城市化是指城市發(fā)展進(jìn)程中隨之產(chǎn)生的農(nóng)村、郊區(qū)等地域的土地、環(huán)境、空間等向城市變化的現(xiàn)象。空間城市化主要體現(xiàn)在建成區(qū)面積、人均公園綠地面積及人均擁有道路面積等方面。2005—2017年，滁州市城市建設(shè)快速發(fā)展，建成區(qū)面積(圖5)由37平方公里增長(zhǎng)到252.42平方公里，平均每年增長(zhǎng)17.95平方公里；城市宜居性不斷提高，人均公園綠地面積由3.4增長(zhǎng)到13.9平方米，增長(zhǎng)了約3倍；人均道路面積由13.1平方米增長(zhǎng)到41.2平方米，增長(zhǎng)了約2.15倍。

圖5 建成區(qū)面積變化

圖6 人均公園綠地面積/道路面積變化

3.1.4 社會(huì)城市化

人民生活水平包括收入水平、富裕程度等方面與城市化進(jìn)程的匹配程度體現(xiàn)社會(huì)城市化的質(zhì)量。2005—2017年，滁州市城鎮(zhèn)居民恩格爾系數(shù)由43%降至33.2%，由小康水平過(guò)渡到富裕水平；城鎮(zhèn)居民支配收入由8337元增長(zhǎng)至28612元，表明居民生活水平得到提高(圖7)。

圖7 2005—2017年城鎮(zhèn)居民可支配手與恩格爾系數(shù)

3.2 滁州市水資源環(huán)境發(fā)展

3.2.1 水資源水平

滁州市水資源總量空間分布不均，2017年人均水資源量1243.7 m3，其中全椒縣2013.4 m3，全市最高；鳳陽(yáng)縣744.6 m3，全市最低。全市已建成1192座水庫(kù)，總蓄水能力約28.64億m3。2005—2017年，滁州市水資源總量變?cè)?2.46～63.55億m3范圍內(nèi)起伏變化；市區(qū)供水總量由3062萬(wàn)噸增長(zhǎng)到7261萬(wàn)噸，增長(zhǎng)了約1.27倍，2010—2014年增速較快(圖8)。

圖8 2005—2017年水資源總量與市區(qū)供水總量變化

3.2.2 水資源壓力

隨著城鎮(zhèn)人口增多、工業(yè)迅速發(fā)展，城市用水需求劇增，又因人為原因?qū)е碌乇硭廴緡?yán)重，滁州市水資源供需矛盾明顯。大量生產(chǎn)生活污水排入池河、滁河等河流中，河流污染嚴(yán)重。水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)種植中普遍使用飼料、化肥和農(nóng)藥，地表環(huán)境惡化。2005—2017年，滁州市工業(yè)廢水排放量先增后減，2009年排放量最多，達(dá)到9145.21萬(wàn)噸，2017年最低，為2360.47萬(wàn)噸；年入河污水量有所增加，由1.51億噸增長(zhǎng)到2.64億噸；城市人均生活用水量變化形似“W”，變化區(qū)間在118升至169升。

圖9 工業(yè)廢水排放總量

圖10 人均生活用水與入河污水量

3.2.3 水資源治理

滁州市多數(shù)水利工程使用期較長(zhǎng)，常年失修，部分設(shè)施存在問(wèn)題，規(guī)劃不合理、施工不規(guī)范，水利工程

圖11 排水管道密度與城市污水處理率

難以發(fā)揮作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多采用傳統(tǒng)的種植和灌溉方式，耗水量大；工業(yè)生產(chǎn)中節(jié)水效率低，水資源利用率不足。2005—2017年，滁州市排水管道密度逐年增長(zhǎng)，由每平方公里7.4公里增長(zhǎng)至23.2公里，增長(zhǎng)了約2.13倍；城市污水處理率先降后增，2010年后保持處理率90%以上的水平。

圖12 環(huán)境方面投資

4 結(jié)果分析

本文根據(jù)滁州市城市化、水資源相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、公式3—7計(jì)算，分別得到城市化綜合水平指數(shù)、水環(huán)境綜合水平指數(shù)、耦合度C以及耦合協(xié)調(diào)度D等結(jié)果，并依據(jù)耦合度等級(jí)劃分、耦合協(xié)調(diào)度劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分滁州市城市化與水環(huán)境的耦合度與耦合協(xié)調(diào)度(表4)。

表4 滁州市城市化和水環(huán)境耦合結(jié)果表

圖13 城市化與水環(huán)境耦合計(jì)算結(jié)果

4.1 滁州市城市化綜合水平指數(shù)分析

結(jié)果表明，2005—2017年滁州市城市化綜合水平指數(shù)逐年增長(zhǎng)且取得較快增速，由2005年的0.0772增長(zhǎng)到2017年的0.7612，13年間增長(zhǎng)了約8.86倍。2013年指數(shù)為0.5467超過(guò)0.5，城市化開(kāi)始較高水平發(fā)展。相鄰年份之間增速相近，2010年及以前增速較快，增速在20%以上，2008年增速最大，約64%，2011年之后增速放緩，特別是2016年指數(shù)超過(guò)0.7后維持水平。該結(jié)果表明滁州市過(guò)去13年城市化發(fā)展較快，人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、空間城市化均有進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有所提升，基礎(chǔ)設(shè)施得到完善，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城鄉(xiāng)格局等方面得以優(yōu)化。從城市化綜合水平視角來(lái)看，滁州市城市發(fā)展前期較好，可推動(dòng)建設(shè)皖蘇中心城市。

4.2 滁州市水環(huán)境綜合水平指數(shù)分析

結(jié)果表明，2005—2017年滁州市水環(huán)境綜合水平指數(shù)變化波動(dòng)性上升，數(shù)值波動(dòng)范圍在0.4039～0.7429之間。2007—2010年、2012—2013年以及2017年水環(huán)境綜合水平下降，其可能與2007年淮河大水、2008年受熱帶低壓“鳳凰”影響，暴雨致災(zāi)，2012、2013年屬偏枯年份，降水偏少，2017年遭遇特大暴雨，城市污水排放等因素有關(guān)，這反映了水環(huán)境綜合水平的極不穩(wěn)定性，不僅受自然條件限制，還受人為因素影響。該結(jié)果表明城市水環(huán)境亟待優(yōu)化，需提高城市污水處理水平；加大水環(huán)境修復(fù)力度；增強(qiáng)工農(nóng)用水及生活用水供水能力。水環(huán)境不是與城市化同步變化，甚至?xí)虺鞘谢l(fā)展而變差，正確認(rèn)識(shí)水環(huán)境的特殊性，提高水資源的水平，減輕水資源壓力，加強(qiáng)水資源治理。

4.3 滁州市城市化與水環(huán)境耦合度及耦合協(xié)調(diào)度分析

結(jié)果表明，2005—2017年滁州市城市化與水環(huán)境耦合度、耦合協(xié)調(diào)度均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。耦合度數(shù)值方面，2009年之前高速增加，由2005年的0.2688增長(zhǎng)到2008年的0.7792；2009年之后保持0.96以上的高值。從耦合度類型來(lái)看，2005—2006年屬低水平耦合，2007年屬拮抗階段，2008年屬磨合階段，2009—2017年屬高水平耦合，2016年達(dá)到良性共振耦合，表明經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，自2009年開(kāi)始，滁州市城市化與水環(huán)境的耦合不斷提高，已經(jīng)達(dá)到高水平耦合。耦合協(xié)調(diào)度同樣增長(zhǎng)較快，且經(jīng)過(guò)階段較多，2005—2007年屬極度失調(diào)階段，2008—2009年屬中度失調(diào)階段，2010—2013年屬初級(jí)協(xié)調(diào)，2014年屬中度協(xié)調(diào)，2015—2017年屬良好協(xié)調(diào)。表明自2010年開(kāi)始，滁州市城市化與水環(huán)境的關(guān)系已經(jīng)處于協(xié)調(diào)發(fā)展。特別是2009年后滁州市城市化與水環(huán)境高水平耦合期間，經(jīng)由中度失調(diào)、初級(jí)協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)逐步過(guò)渡到良好協(xié)調(diào)，2014年后處于較高水平的協(xié)調(diào)發(fā)展。水環(huán)境已經(jīng)成為城市化的重要內(nèi)容，城市化也成為水環(huán)境健康發(fā)展的契機(jī)與動(dòng)力。

5 滁州城市化與水環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的建議

本文基于環(huán)境定量與耦合機(jī)制探討了2005—2017年滁州市城市化和水環(huán)境現(xiàn)狀及其協(xié)調(diào)發(fā)展程度，根據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)階段滁州市城市規(guī)劃背景，提出提高民眾節(jié)水意識(shí)、興修水利設(shè)施、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、完善水環(huán)境法規(guī)體系，加強(qiáng)水污染管理等有益于城市化與水環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的建議。

5.1 加強(qiáng)節(jié)水宣傳，提高節(jié)水意識(shí)

通過(guò)講座、海報(bào)、網(wǎng)絡(luò)等形式加強(qiáng)節(jié)約用水的宣傳和教育，增強(qiáng)民眾對(duì)節(jié)約用水必要性的認(rèn)識(shí)，提高節(jié)水意識(shí)。生活用水方面，提倡一水多用，從細(xì)節(jié)做起，培養(yǎng)節(jié)約用水的習(xí)慣；工業(yè)用水方面，引進(jìn)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，革新落后且高耗能設(shè)備，減少工業(yè)耗水量；農(nóng)業(yè)用水方面，推廣節(jié)水農(nóng)業(yè)，減少大面積澆灌，提供技術(shù)和資金支持，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，采用噴灌或滴灌技術(shù)減少灌溉用水；城市居民生活方面，自來(lái)水供應(yīng)部門(mén)定期檢查運(yùn)輸管道，避免管道損耗浪費(fèi)水資源。

5.2 興修水利，加強(qiáng)水利工程的修繕和建設(shè)

科學(xué)規(guī)劃、興建水利工程，提高水庫(kù)調(diào)蓄能力，保證供水工程的供水效率，同時(shí)開(kāi)發(fā)新建水利工程的供水能力，保證城市用水供應(yīng)。滁州市目前的水庫(kù)年代久遠(yuǎn)，應(yīng)盡早維修或重建，以發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。加強(qiáng)城市水污染處理工程建設(shè)，不斷改進(jìn)污水處理工藝，實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放和再利用。結(jié)合現(xiàn)代化科技，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，引導(dǎo)農(nóng)民使用高效環(huán)保的新型化肥，改變種植結(jié)構(gòu)，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)。

5.3 充分發(fā)揮政府的職能，加強(qiáng)水污染防治

加強(qiáng)水環(huán)境保護(hù)，防、治、護(hù)相結(jié)合，全方位、多方面監(jiān)管。加強(qiáng)水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，對(duì)排污企業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管制，在排污口布置監(jiān)控點(diǎn)，從源頭上遏制污染；鼓勵(lì)污水處理等環(huán)保企業(yè)的發(fā)展，高耗能、重污染的企業(yè)應(yīng)當(dāng)革新污水處理工藝，達(dá)標(biāo)排放；控制農(nóng)業(yè)污染，規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)的糞污水進(jìn)行資源化處理；嚴(yán)格監(jiān)管，爭(zhēng)取飲用水水源地“0”污染，保證居民用水安全。對(duì)滁河、白塔河、襄河、清流河等河流重點(diǎn)治理。

5.4 健全配套法規(guī)政策，加強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)管

完善當(dāng)前滁州市水資源的法規(guī)體系，嚴(yán)格規(guī)范水資源開(kāi)發(fā)建設(shè)，嚴(yán)格監(jiān)督、管理正在建設(shè)或?qū)⒁ㄔO(shè)的水利工程；對(duì)企業(yè)實(shí)行嚴(yán)格的污水排放制度，打擊環(huán)境違法行為，懲處、取締非法排污企業(yè)；加強(qiáng)對(duì)企業(yè)的監(jiān)管，發(fā)揮民眾的監(jiān)督作用，獎(jiǎng)勵(lì)舉報(bào)有功者，提高社會(huì)監(jiān)督效力；實(shí)行水資源“三條紅線”管理；完善水資源的管理和執(zhí)法人員隊(duì)伍建設(shè)；研究并建立水資源管理體制、水補(bǔ)償機(jī)制等，保證城市用水的供需平衡，促進(jìn)水環(huán)境的健康發(fā)展。