寶雞市城市化與水土資源利用關(guān)系分析

李京文，汪 妮

(西安理工大學(xué)西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點實驗室，陜西西安 710048)

隨著城市化的快速發(fā)展，水土資源利用在時間上和空間上平衡與否直接影響地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況與社會經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿Γ临Y源的數(shù)量、質(zhì)量和組合狀態(tài)對一個地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展前景有較大影響。作為西部干旱半干旱地區(qū)重要城市的寶雞市，由于自然條件和經(jīng)濟條件的約束、日益膨脹的工業(yè)和城市用水，使寶雞市的城市化發(fā)展和資源與環(huán)境之間的不協(xié)調(diào)日益加劇，水土資源十分緊缺。要避免開發(fā)利用過程中產(chǎn)生嚴重的水土資源問題，其關(guān)鍵是要認清水土資源這一復(fù)合系統(tǒng)目前存在的問題，揭示水土資源利用特征與城市發(fā)展的關(guān)系。

國內(nèi)外學(xué)者針對水土資源開展了大量的研究工作。外國學(xué)者Ducrot等［1］提出了城市邊緣水土資源管理的多agent模型。國內(nèi)學(xué)者在近年來初步嘗試展開與水土資源相關(guān)的理論與實踐研究。鄭宇等［2］論述了城市化發(fā)展對水土資源利用的影響效應(yīng);姚士謀等［3］以長江下游地區(qū)若干城市地區(qū)為例，研究了在城市化進程中水土資源利用的特征和問題。對于城市化研究，王建軍等［4］結(jié)合諾爾薩姆的“S”曲線理論對城鎮(zhèn)化發(fā)展階段進行了劃分;劉亞臣等［5］也基于“諾瑟姆曲線”理論對我國城市化進程做了分析。已有研究通常的作法是將水土資源分別研究，進而結(jié)合在一起分析，但將水土資源視為一個整體，探討兩者之間的相互作用的研究較少;而且，已有研究成果多偏重于水資源的承載力、可持續(xù)利用、供需平衡、優(yōu)化配置研究，而有關(guān)土地資源的研究成果較少。

筆者在調(diào)查寶雞市水土資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及其特征的基礎(chǔ)上，建立了城市化發(fā)展階段與水土資源利用存在的對應(yīng)關(guān)系，分析了水土資源利用方式與城市化水平的匹配程度，揭示水土資源利用特征與城市發(fā)展的關(guān)系，以期為促進我國城市化健康發(fā)展和水土資源可持續(xù)利用提供借鑒。

1 寶雞市城市化發(fā)展階段程度分析

1.1 概況

寶雞市地處陜西省關(guān)中平原西部，地處東經(jīng)106°18'21″～108°03'14″、北緯 33°34'50″～35°06'16″之間。轄金臺、渭濱、陳倉三區(qū)及鳳翔、扶風(fēng)、岐山、眉縣、隴縣、千陽、麟游、鳳縣和太白九個縣，總面積18172 km2，其中市轄區(qū)面積3574 km2，建成區(qū)面積61.02 km2。

1.2 城市化發(fā)展趨勢

城市化水平即區(qū)域城市化發(fā)展的程度，是反映一個區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的重要指標?；谥袊鴤鹘y(tǒng)社會的農(nóng)業(yè)人口與非農(nóng)業(yè)人口結(jié)構(gòu)具有內(nèi)在的穩(wěn)定性，本文中寶雞市城市化發(fā)展水平衡量指標的測算方法采用單指標法，測算人口城市化指標，計算非農(nóng)業(yè)人口在總?cè)丝谥械谋壤浪銓氹u市城市發(fā)展進程的城市化率［6］。

依據(jù)寶雞市統(tǒng)計年鑒，寶雞市1949年至2010年的人口情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1，通過計算得到寶雞市城市化率，其變化趨勢見圖1。由圖1可知，隨著中國的改革開放及西部大開發(fā)的政策實施，寶雞市城市化得到迅速發(fā)展。50多年來非農(nóng)業(yè)人口增幅為906%，同期總?cè)丝诘脑鲩L幅度為171%。

表1 寶雞市人口情況統(tǒng)計

圖1 寶雞市城市化發(fā)展水平趨勢

寶雞市人口自然增長率和城鎮(zhèn)化率以《寶雞市經(jīng)濟社會發(fā)展“十一五”規(guī)劃》為準，各規(guī)劃水平年人口以已有人口作為預(yù)測的基本依據(jù)，2011—2015年和2016—2020年人口自然增長率分別按0.55%和0.5%計算，城鎮(zhèn)化率2015年和2020年分別達到52%和62%，寶雞市域城鎮(zhèn)化水平年均增長1.15個百分點。

按照寶雞城市化發(fā)展水平，城鎮(zhèn)化水平增長趨勢呈現(xiàn)的“S”曲線，依據(jù)城市化率變化趨勢(圖1)，對寶雞市城市化發(fā)展階段進行劃分，將寶雞市城市化進程大致分為3個階段:第一個階段為城市化初期，即城市化速度比較緩慢，2006年(城市化率在30%)作為轉(zhuǎn)折點;第二階段是城市化中期，即城市化加速發(fā)展，2007年之后(城市化率在30% ～70%);第三個階段是后期，城市化水平趨于飽和［2，5］。

從圖1可以看出，寶雞市城市化發(fā)展整體呈遞增。利用EXCEL曲線回歸模型對圖1的變化趨勢進行曲線擬合，為了使曲線方程擬合的貼合實際，采取分段擬合方式，分別得到擬合曲線為2000—2005年:

式中:y為城市化率;T為時間變量，T=(t－1999);t為年份;R2為擬合結(jié)果，其值越趨近于1，表明擬合效果越好。

把時間數(shù)據(jù)代入以上擬合方程，從擬合結(jié)果R2值可以看出擬合效果較好，說明該曲線方程表示城市化的發(fā)展較為合理。筆者利用此方程來預(yù)測t年份寶雞市的城市化程度。通過擬合曲線明顯看出來兩個時間區(qū)間的變化速率有很大差別，且變化速率的分段點剛好是城市化發(fā)展兩個階段的轉(zhuǎn)折點。

2 城市化發(fā)展與水土資源利用關(guān)系

2.1 城市化與水資源利用特征

2.1.1 水土資源情況

寶雞市境內(nèi)有渭河、嘉陵江等大小江河300條，水資源總量為55.5億m3，多年平均水資源總量為37.09億m3，人均水資源量990 m3，每公頃平均水資源量1.11萬m3，均低于陜西省平均水平，不到全國平均水平的一半，全市水資源總的可利用量為22.29億m3。

寶雞市2008年，全市平均地表水開發(fā)利用程度為22.1%，地下水開發(fā)利用程度為64.7%，地下水開發(fā)利用程度較高。全市水資源開發(fā)利用率達58%，與陜西省平均水資源開發(fā)利用程度30%相比，水資源開發(fā)利用程度較高。根據(jù)《陜西省行業(yè)用水定額》，綜合考慮不同水平年的生活水平、節(jié)水水平等因素，預(yù)計得到寶雞市2015年、2020年城鎮(zhèn)居民生活用水量分別為10073.29萬m3、12769.89萬m3。隨著城市的擴大和工業(yè)的快速發(fā)展，寶雞市逐漸步入了水資源短缺的窘境。另外，水資源污染、用水效率不高、浪費現(xiàn)象嚴重等，更加劇了水資源的供需矛盾［7-8］。

寶雞市是多山地區(qū)，各地自然條件和社會經(jīng)濟條件的不同，決定了土地類型及其分布的不均衡性和區(qū)域性。該市山地面積占總土地面積80.5%，坡地占耕地總面積的50.7%，旱地占總耕地面積的67.7%，加上本區(qū)氣候特征，雨量多集中在7、8、9這3個月，造成水土流失嚴重，耕地總體質(zhì)量較差。全市已開發(fā)利用的土地面積占土地總面積的90.57%，而未利用土地僅為9.43%，人均耕地約0.117 hm2，耕地復(fù)種指數(shù)136.6%，該市墾殖面積已超出了土地宜農(nóng)極限。大于25°的坡耕地占到總耕地面積的16.4%，據(jù)調(diào)查全市可復(fù)墾和開墾耕地資源只有66667 hm2，因此耕地后備資源嚴重不足。

2.1.2 城市化與水資源利用變化

寶雞市歷年(1980—2008)用水量調(diào)查統(tǒng)計見表2，變化趨勢見圖2，從圖2中可以看出，寶雞市生活用水量及工業(yè)用水量呈增長趨勢，其中農(nóng)田用水量占總用水量的絕大部分。結(jié)合城市化的發(fā)展趨勢分析，1980—2005年，處于城市化發(fā)展的初期，城市化率增長了6%，城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活用水量以每年近1000萬m3的增加量呈遞增趨勢，工業(yè)用水量的增長趨勢較為突出，1990年較1980年工業(yè)用水量增加了近8000萬m3;2005—2008年，城市化率增長了近20%，寶雞市處于城市化發(fā)展的快速發(fā)展階段，2005年生活用水量較2000年農(nóng)業(yè)用水大幅度增加了近2000萬m3，之后呈微弱的遞減趨勢，其主要原因就是隨著城市化的快速發(fā)展，社會經(jīng)濟水平和科學(xué)技術(shù)不斷提高，國家對用水量的控制制約，節(jié)水技術(shù)以及人們的節(jié)水意識也隨之提高，因此出現(xiàn)了生活用水量微弱的下降趨勢，但是隨著城市化發(fā)展的大幅度提高，城鄉(xiāng)居民飲用水對水質(zhì)和水量的要求將進一步提高，雖然單位產(chǎn)品用水量在下降，但工業(yè)規(guī)模擴大仍將推動水資源需求的增長，城市公共用水和服務(wù)業(yè)用水需求量也將激增，糧食生產(chǎn)用水的需求也應(yīng)予以保證，必然導(dǎo)致全市用水需求的不斷增長。工業(yè)用水量依然呈明顯遞增趨勢，相比較城市化初期，增長速度減慢，水資源的供需矛盾將隨著經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展而愈顯突出，缺水將成為制約城市和社會經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。

擬合工業(yè)用水量曲線:

擬合生活用水總量曲線:

式中:T=(t－1979);y為用水量。

圖2 寶雞市歷年用水量調(diào)查統(tǒng)計變化趨勢

由擬合結(jié)果R2值可知擬合效果較好，由擬合曲線方程可以得到該年總用水量的大小也可以預(yù)測未來近幾年的總用水量。由圖2可以看出，用水量隨著城市化發(fā)展呈現(xiàn)出兩個階段的變化趨勢，即2005年之前，城市生活用水量隨城市化程度的快速增加;2006年之后城市化提高，城市生活用水量隨城市化程度的增加呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢，其速率明顯減慢的原因主要是由于城市化進程中水資源缺乏，城市供水能力不足，而且節(jié)水的規(guī)定和提倡對用水提出了高要求，限制了城市總用水量。這兩個階段也與寶雞市實際情況相符，說明響應(yīng)模型的準確性。

2.2 城市化與土地資源利用特征

將寶雞市土地利用結(jié)構(gòu)主要分了耕地、園林、林地、牧草地、建設(shè)用地以及未利用地共6類。寶雞市2004—2010年土地利用現(xiàn)狀變化趨勢見表 3。2004—2010年是寶雞市城市化快速發(fā)展的階段，城市化率增長幅度近20%，在城市化進程中土地需求量很大。由圖3、圖4、圖5可知，農(nóng)用地面積呈下降趨勢，建設(shè)用地面積快速增加，未利用土地面積逐年減少。城市化的發(fā)展要占用大量的耕地，這就使得城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展與基本農(nóng)田保障之間的矛盾顯得尤為突出。土地利用變化以各種類型土地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的趨勢最強，在一定程度上也顯示了寶雞正處于城市化的快速階段。

根據(jù)寶雞市土地利用變化趨勢，得出各土地利用與城市化發(fā)展水平的關(guān)系曲線(圖3、圖4、圖5)，可以看出隨著寶雞市城市化發(fā)展，耕地和建設(shè)用地的可利用面積遞減，城市規(guī)劃面積趨于飽和。利用EXCEL曲線回歸模型對圖3和圖5進行分析，分別得出擬合曲線方程為

表2 寶雞市用水量調(diào)查統(tǒng)計

表3 寶雞市土地利用現(xiàn)狀

圖3 寶雞市耕地利用變化

圖4 寶雞市未利用土變化擬合曲線

圖3 寶雞市建設(shè)用地變化擬合曲線

式中:Y1為耕地利用面積，hm2;T=(t－2003);Y2為建設(shè)用地利用面積，hm2。

由擬合結(jié)果R2值可知擬合效果較好，根據(jù)擬合曲線(5)(6)的關(guān)系式，可得到現(xiàn)狀年土地利用狀況，也可以預(yù)測未來幾年的土地利用現(xiàn)狀。由圖3可以看出，耕地面積隨著城市化發(fā)展呈現(xiàn)出遞減趨勢且逐漸平緩，即2006年之前，耕地面積降低的速率較大;2006年之后，耕地利用面積略有增加總體呈平緩態(tài)勢，其主要原因是由于隨著城市化的發(fā)展城市更加重視耕地保護，寶雞市也作為了國家的退耕還林的重點區(qū)域。由圖5可知，建設(shè)用地隨著城市化的發(fā)展快速增加，寶雞市處于城市化、工業(yè)化快速發(fā)展階段，到2010年和2020年，全市生產(chǎn)總值將分別達到1000億元和3800億元，城市化率將分別達到45%和55%［9］，全市建設(shè)用地仍將保持強勁需求。2009年后增加趨勢有所平緩，這主要是由于耕地保護和生態(tài)建設(shè)的增大，而且寶雞市新建設(shè)用地的空間有限，隨著城市化程度的不斷增加不難預(yù)料建設(shè)用地和耕地用地以及其它用地的矛盾也日益突出［9］。

2.3 寶雞市城市化階段的水土資源利用特征

城市化發(fā)展在促進城市人口、經(jīng)濟集聚，以及城市和城市體系的空間形態(tài)高級化進程的同時，也促使有限的水土資源由粗放利用逐步轉(zhuǎn)向集約利用。隨著城市化水平提高，農(nóng)業(yè)人口向城鎮(zhèn)的集中布局，對城鄉(xiāng)土地利用類型轉(zhuǎn)換、土地利用效率產(chǎn)生顯著的影響，而且為滿足城市正常的生活和生產(chǎn)，地表及地下水資源的開采量大幅度提高。隨著城市化的進程，水土資源利用呈現(xiàn)了相應(yīng)的特征變化。

在城市化發(fā)展初期，城市化發(fā)展速度與城市人口增長速度相對緩慢，因此城市用地面積增長也較為緩慢;工業(yè)發(fā)展也剛剛起步，人們以經(jīng)濟的快速增長為主，生產(chǎn)用水量迅速增加，水資源供給的限制作用較小，僅對某些高耗水、污染型工業(yè)布局有一定影響，水資源利用效率較低、浪費比較嚴重［10］。

寶雞市在2005年后，非農(nóng)業(yè)人口迅速增多，城市建設(shè)用地不斷擴大，城市集聚規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)。城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)開始向資金密集型產(chǎn)業(yè)方向發(fā)展，產(chǎn)業(yè)分工的細化與規(guī)模經(jīng)濟的擴張，使城市內(nèi)部用地結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜和緊張。隨著時間的推移，土地資源的經(jīng)濟供給對城市化進程的約束作用顯現(xiàn)出來，主要表現(xiàn)到了農(nóng)業(yè)用地和非農(nóng)業(yè)用地供求矛盾問題。水資源的利用也具有相類似的特征。隨著工業(yè)規(guī)模、人口集聚規(guī)模增大，特別是重工業(yè)(化工、冶金、電力等部門)的高耗水性，以及城市人口增多和生活需水量的不斷上升，使城市用水需求量迅速增長，就地供水已不能滿足需要，大型水源地開始建設(shè)，用水成本增加，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、居民生活等用水出現(xiàn)總量約束和協(xié)調(diào)配置的問題。

3 結(jié)論

a.采用單指標法的人口城市化指標，根據(jù)寶雞市人口增長的趨勢，分析城市化和水土資源的相關(guān)關(guān)系，將寶雞市城市化發(fā)展階段劃分為兩個發(fā)展階段，第一階段城市化程度不高，城市用地增長緩慢，城市用水效率較低;第二階段城市化加速發(fā)展，城市用水量增加較快，且速率由快變慢，主要是由于水資源缺乏，城市供水能力不足，限制了城市生活用水量，并且城市建設(shè)用地不斷擴大，面積增長趨勢較為明顯。若寶雞市不提高水資源供給，按照目前的供水量，城市化得不到充分發(fā)展，對城市化的限制作用逐漸增強，限制率逐年增大。

b.寶雞市城市化發(fā)展過程中伴隨著城市化水平的不斷提高，寶雞市總用水量和建設(shè)用地面積也呈現(xiàn)遞增趨勢，且存在一定的正相關(guān)關(guān)系。

c.城市化進程中針對水土資源利用呈現(xiàn)的特征，在城市化快速發(fā)展的中后期，水土資源的承載能力會趨于緊張甚至達到極限狀態(tài)，有限的水土資源必將限制城市化的發(fā)展，因此應(yīng)協(xié)調(diào)城市化健康發(fā)展與水土資源可持續(xù)利用的關(guān)系，實現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

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