淺談綠洲城市綜合規(guī)模與水資源的相互作用關(guān)系

孫倩 安瓦爾?買買提明教授

摘要：本文選取綠洲城市喀什為研究對象，基于喀什城市經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和水資源數(shù)據(jù)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法和SPSS軟件，定量研究綠洲城市綜合規(guī)模與城市用水相互作用關(guān)系。提出了適度提高城市綜合規(guī)模、提高水資源利用效率、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和污水處理與利用等途徑促進(jìn)城市綜合規(guī)模發(fā)展與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：城市綜合規(guī)模；用水結(jié)構(gòu)；灰色關(guān)聯(lián)；喀什市

綠洲是干旱地區(qū)有穩(wěn)定的水源可以對土地進(jìn)行灌溉適于植物生長[1]，明顯區(qū)別荒漠景觀的地方。新疆的經(jīng)濟(jì)活動主要集中在面積僅占新疆的4.3%[2]左右，500多個大小不等的綠洲上，綠洲呈“島嶼”狀存在于荒漠之中或被荒漠包圍[3]，使得綠洲經(jīng)濟(jì)空間分布具有離散性、封閉性、局限性與不平衡性等特征[4]。

1 研究區(qū)概況

喀什市是祖國最西部的一座邊陲城市，古稱疏勒，為喀什地區(qū)的首府，地處亞歐大陸中部，位于35°28′—40°16′N，71°39′—79°52′E之間，全區(qū)總面積16.2萬km2，約占新疆土地總面積的8.3%。屬暖溫帶大陸性干旱氣候，四季分明，夏無酷熱，冬無嚴(yán)寒，年平均氣溫11.7℃；年降水量僅67㎜，而年蒸發(fā)量達(dá)2173㎜?？κ彩兴Y源總量平均為0.043億m?，最大為0.091億m?，最小為0.0051億m?，其中地下水資源量平均為0.9944億m?。在國家西部大開發(fā)背景下，喀什市城市規(guī)模進(jìn)入快速發(fā)展階段，2008年，喀什市人口總數(shù)為45.06萬人，其中非農(nóng)人口為26.44萬人；建成區(qū)面積41.55平方公里；地區(qū)生產(chǎn)總值為58.5億元?？κ彩惺强κ驳貐^(qū)的中心城市，也是祖國向西開放的重要門戶，戰(zhàn)略地位十分突出，隨著喀什市的發(fā)展，水資源緊缺的矛盾成為城市進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。

2 方法與數(shù)據(jù)

灰色系統(tǒng)理論是20世紀(jì)80年代初由中國學(xué)者鄧聚龍[5]首先提出來的，灰色關(guān)聯(lián)分析依據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷比較序列與參考序列的關(guān)系是否緊密，通過關(guān)聯(lián)度計算找出影響目標(biāo)值的主要因素，非常適合動態(tài)歷程分析。本文運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)理論計算喀什市綜合城市水平組成因素的權(quán)重值以及城市綜合規(guī)模與用水結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)度。

2.1研究方法

2.1.1城市綜合規(guī)模模型

城市規(guī)模一般用城鎮(zhèn)人口表述，有人也用建成區(qū)面積來表示[6]，本文結(jié)合綠洲城市社會經(jīng)濟(jì)“離散性”以及綠洲可利用土地面積稀缺性特點(diǎn)和前人研究成果，從3個方面，8個指標(biāo)建立城市綜合規(guī)模指標(biāo)體系（表1）。

特點(diǎn)，采用城市綜合規(guī)模，其計算公式如下：

（1）

其中， =1，2…n（n為因素指標(biāo)個數(shù)），Z為城市綜合規(guī)模， 、 分別為第 個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值。確定指標(biāo)權(quán)重就是對各指標(biāo)的重要性進(jìn)行評價，指標(biāo)越重要，其權(quán)重就越大。權(quán)重一般要進(jìn)行歸一化處理，使之介于0與1之間，各指標(biāo)權(quán)重之和等于1。目前，確定指標(biāo)權(quán)重的方法比較多，本文采用熵值法確定了指標(biāo)權(quán)重。采用熵值法計算評價指標(biāo)權(quán)重的主要步驟如下：

（1）原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

我們選擇的指標(biāo)是反映城市化與生態(tài)環(huán)境和諧度的參數(shù)，但原始指標(biāo)可能存在著量綱不同和原始數(shù)據(jù)大小差異懸殊等問題。因此，確定各指標(biāo)權(quán)重之前，必須對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其具有無量綱性和可比性，并且能體現(xiàn)其本身對城市化與生態(tài)環(huán)境和諧的影響力。

有些指標(biāo)呈正相關(guān)的關(guān)系，稱為正向型指標(biāo)；而有些指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系，稱為負(fù)向型指標(biāo)。

（2）各指標(biāo)權(quán)重的計算

首先，第 項指標(biāo)下第 樣本指標(biāo)的比重 ：

2.1.2灰色關(guān)聯(lián)度

為了能夠完整、全面地反映喀什地區(qū)城市化與用水結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系，在影響城市化進(jìn)程的諸多因素中，選取城市化水平（X1）、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（X2）、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平（X3）、居民生活水平（X4）等具有代表性、以量化的指標(biāo)反映城市化發(fā)展。城市化水平為城鎮(zhèn)人口/總?cè)丝冢从侈r(nóng)村人口轉(zhuǎn)化為城市人口的過程；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為第二、三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值/地區(qū)生產(chǎn)總值，反映生產(chǎn)方式的非農(nóng)化轉(zhuǎn)移過程；經(jīng)濟(jì)水平為人均GDP，反映經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度；居民生活水平為城鎮(zhèn)居民可支配收入，代表城鎮(zhèn)居民生活質(zhì)量和生活狀況，反映居民生活方式的轉(zhuǎn)變。采用全疆水資源綜合規(guī)劃規(guī)定用水分類口徑，將水資源利用類型分為農(nóng)業(yè)用水（Y1）、工業(yè)用水（Y2）、生活用水（Y3）和生態(tài)環(huán)境用水（Y4）共4個一級類型。根據(jù)上述指標(biāo)，構(gòu)建城市化與用水結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度指標(biāo)體系。

城市綜合規(guī)模與城市用水結(jié)構(gòu)關(guān)系可以用灰色關(guān)聯(lián)度較好的表示，參考有關(guān)文獻(xiàn)[7]，在t=k時刻，ξ（k）記為比較序列與參考序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

（7）

式中：ζ為分辨系數(shù)，用來削弱極值的影響，提高關(guān)聯(lián)系數(shù)間的差異顯著性，通常取ζ=0.5。

（8）

關(guān)聯(lián)度 越大，表示比較數(shù)列 對參考數(shù)列 的依賴性就越強(qiáng)，兩者之間的關(guān)聯(lián)程度就越大、關(guān)系越密切。當(dāng)0< ≤0.35時，關(guān)聯(lián)性弱；0.35< ≤0.65時，關(guān)聯(lián)度中；當(dāng)0.65< ≤0.85時，關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)；當(dāng)0.85< ≤1時，關(guān)聯(lián)度極強(qiáng)，表示兩指標(biāo)相互作用規(guī)律幾乎一樣。

2.2數(shù)據(jù)來源

主要數(shù)據(jù)來自于《喀什地區(qū)統(tǒng)計年鑒》（喀什地區(qū)統(tǒng)計主要數(shù)據(jù)來自于局，2003—2009年）；喀什地區(qū)歷年統(tǒng)計年鑒和水資源公報（2002—2008）。鑒于資料的可得性，主要以喀什市為基本研究單元。

3結(jié)果分析

3.1城市綜合規(guī)模

本文用喀什市城鎮(zhèn)人口表示人口規(guī)模，用建成區(qū)面積表示空間規(guī)模，用GDP表示經(jīng)濟(jì)規(guī)模。根據(jù)喀什地區(qū)統(tǒng)計年鑒及相關(guān)數(shù)據(jù)，得出喀什市人口規(guī)模、城市空間規(guī)模和經(jīng)濟(jì)規(guī)模值。依據(jù)公式（2）-（6）求出城市綜合規(guī)模體系中各指標(biāo)的權(quán)重為（0.13，0.12，0.07，0.13，0.14，0.10，0.14，0.16），對喀什市城市規(guī)模發(fā)展影響最大的是經(jīng)濟(jì)規(guī)模（0.38），其次是人口規(guī)模（0.32），最后是空間規(guī)模（0.30）。把指標(biāo)權(quán)重帶入公式（1），求出2002—2008年喀什市城市綜合規(guī)模（表2），喀什市城市綜合發(fā)展規(guī)模在2004年、2007年出現(xiàn)加速發(fā)展階段。

3.2水資源對城市綜合規(guī)模發(fā)展的響應(yīng)分析

利用SPSS求出喀什市綜合規(guī)模（Z）與城市用水（Y）之間的相關(guān)表達(dá)式為：

Y=0.0000848Z2+0.411Z+1.873

R2=0.93，在sig=0.001，相關(guān)顯著，為更好體現(xiàn)二者函數(shù)關(guān)系，作出示意圖（圖1）。

為便于研究城市綜合規(guī)模與城市用水，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，做出城市用水隨著城市綜合規(guī)模發(fā)展變化曲線（圖2）。分析得出：

1）城市用水量與城市綜合規(guī)模為二次方曲線關(guān)系。理論上說明隨著城市綜合規(guī)模（Z值）增加，城市用水量增加，當(dāng)Z值增加到一個閾值時，城市用水量減少。求出該閾值300（萬人·億元·㎞2），城市綜合規(guī)模超過該閾值時，促進(jìn)城市用水減量化。

2）綜合規(guī)模在100-208（萬人·億元·㎞2）時，城市用水由1.525億m3增加大3.09億m3；城市綜合規(guī)模達(dá)到208（萬人·億元·㎞2）時，城市用水也增加到了3.09億m3。當(dāng)城市規(guī)模達(dá)到300（萬人·億元·㎞2）時，城市用水卻降至2.82億m3。2002-2006年，城市用水量隨城市綜合規(guī)模的增加而增大。2006-2008年，城市用水隨城市綜合規(guī)模的增加而有遞減的趨勢。

3.3水資源對城市綜合規(guī)模發(fā)展的影響分析

3.3.1人均水資源對城市綜合規(guī)模發(fā)展的影響

喀什市常年平均水資源為0.043億m3。隨著城市人口規(guī)模的增長，喀什市人均水資源量不斷減少，2002年人均水資源436.97m3，2006年為723.34m3，2008年為647.2m3，2008年相對2006年人均水資源減少了10.5﹪。按照水利部水資源司制定的水資源緊缺指標(biāo)體系（表3）

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，利用SPSS求出城市人均水資源與城市綜合規(guī)?；貧w方程為：

Z=0.390P-46.17（9）

式中： 為人均水資源量； 為城市綜合規(guī)模。R2=0.445，sig=0.000，通過檢驗。

根據(jù)人均水資源緊缺指標(biāo)，我們根據(jù)公式（9）求出中度缺水和重度缺水下對應(yīng)的理論城市綜合規(guī)模 ，與 年喀什市城市綜合規(guī)模 比較，得出在該指標(biāo)下，水資源對城市綜合規(guī)模的影響值 ，公式如下：

（10）

為正值，說明城市實(shí)際規(guī)模尚未得到在該指標(biāo)狀態(tài)下的理論城市規(guī)模，水資源促進(jìn)城市實(shí)際規(guī)模向理論規(guī)模發(fā)展。 為負(fù)值，表示城市實(shí)際規(guī)模已經(jīng)超過在該指標(biāo)狀態(tài)下的理論規(guī)模，受到水資源短缺的影響。D的絕對值越大表示影響越強(qiáng)。把P1=1000m3、P2=500m3代入公式（9），得出Z1=343.83（萬人·億元·km2），Z2=148.83（萬人·億元·km2）.把上述值代入公式（10），得到2002-2008年的水資源對城市綜合規(guī)模影響值（圖3）

2002-2008年，喀什市在中度缺水的情況下，隨著城市規(guī)模的發(fā)展，D為正值，但是D值在逐漸下降，城市的發(fā)展受水資源短缺的阻礙作用越來越大。同樣，在重度缺水的情況下，水資源對城市綜合規(guī)模影響值由正變負(fù)。在2002-2004年期間，D為正值，說明在重度缺水的情況下，水資源支持城市實(shí)際規(guī)模想理論規(guī)模發(fā)展，在2004年，喀什市實(shí)際發(fā)展規(guī)模幾乎達(dá)到了理論規(guī)模；在2004-2008年，D為負(fù)值，說明水資源短缺對城市綜合規(guī)模發(fā)展的阻礙作用逐漸加大。

3.3.2用水結(jié)構(gòu)對城市綜合規(guī)模發(fā)展的影響

總體而言，農(nóng)業(yè)用水比重大，說明該城市以農(nóng)業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)且農(nóng)業(yè)科技較為落后；工業(yè)用水比重大，說明工業(yè)化程度發(fā)達(dá)；生活用水所占比重大，說明第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平較高，而且人口的素質(zhì)文明程度較高；由此可見用水結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了城市經(jīng)濟(jì)水平、科技發(fā)展水平、素質(zhì)文明程度，映射了城市發(fā)展水平和實(shí)力狀況，從另外的視角反映了城市綜合規(guī)模發(fā)展?fàn)顩r?？κ彩谐鞘杏盟Y(jié)構(gòu)在2002--2008年為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水4大類。

以城市綜合規(guī)模為參考序列，用農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水為比較序列，原始數(shù)據(jù)做均值化處理。代入公式（7）、（8），得出城市綜合規(guī)模水平與農(nóng)業(yè)用水r1、工業(yè)用水r2、生活用水r3和生態(tài)用水r4的灰色關(guān)聯(lián)度為：

喀什市城市綜合規(guī)模與農(nóng)業(yè)用水關(guān)聯(lián)度為0.79，屬于較強(qiáng)關(guān)聯(lián)，表明隨著喀什市城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，喀什市對農(nóng)產(chǎn)品的需求的增加，2002-2008年，農(nóng)業(yè)平均用水占總用水量的47.3﹪，用水總量增加了1.78倍。因為喀什市農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和科技水平不高，例如農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)設(shè)施水平落后，農(nóng)業(yè)消耗大量的水資源，阻礙了城市用水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。因此，提高農(nóng)業(yè)科技水平，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)，發(fā)展節(jié)水型和都市農(nóng)業(yè)，從而有益于水資源的合理利用和城市綜合規(guī)模的發(fā)展。

喀什市城市綜合規(guī)模與工業(yè)用水關(guān)聯(lián)度為0.65，屬于中度關(guān)聯(lián)。2002-2008年，工業(yè)用水隨著城市綜合規(guī)模的增加而增加。2008年，喀什市完成工業(yè)總產(chǎn)值21.97億元，比上年增長35%，工業(yè)增加值16.8億元，增長40%。因此，在未來喀什市城市綜合規(guī)模發(fā)展的過程中，對水資源的需求量會不斷增加。

喀什市城市綜合規(guī)模和生活用水灰色關(guān)聯(lián)度為0.65，屬于中度關(guān)聯(lián)，說明城市綜合規(guī)模發(fā)展與生活用水發(fā)展規(guī)律基本保持一致。作為嚴(yán)重缺水地區(qū)，喀什地區(qū)目前城市用水普及率為89.11%，城市用水人口為109萬，綜合生產(chǎn)力（公共供水）為28.1萬立方米/日，水源多為地下水。2002-2008年喀什市生活用水增加了，這與喀什市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口的增加、城鄉(xiāng)生活方式的轉(zhuǎn)變等因素有著極大的關(guān)系。

4結(jié)論

喀什作為中國西部邊陲的綠洲城市，其城市綜合規(guī)模發(fā)展深受水資源時空分布影響，通過灰色關(guān)聯(lián)方法分析喀什城市綜合規(guī)模與用水總量的關(guān)系及其與用水結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：喀什市城市規(guī)模發(fā)展影響最大的是經(jīng)濟(jì)規(guī)模，其次是人口規(guī)模，最后是空間規(guī)模；喀什市城市綜合規(guī)模與城市用水存在著二次曲線的關(guān)系；水資源的短缺阻礙城市綜合規(guī)模的發(fā)展，在中度缺水和重度缺水的情況下，喀什市實(shí)際綜合規(guī)模未得到理論規(guī)模閾值，水資源促進(jìn)城市規(guī)模發(fā)展；在城市實(shí)際綜合規(guī)模超過理論規(guī)模閾值時，水資源阻礙城市發(fā)展；喀什市城市綜合規(guī)模與城市用水結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度密切。

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作者簡介：

孫倩（1988—），女，漢族，新疆奇臺人，在讀研究生，研究方向：區(qū)域經(jīng)濟(jì)與規(guī)劃；

安瓦爾·買買提明（1973-），男，維吾爾族，新疆策勒人，教授，博士，主要從事城市化與區(qū)域發(fā)展方向的教學(xué)與研究。