城市化與水環境整合闡述范文

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1研究方法

1.1指標體系設計

城市化具有多維涵義，主要包括人口增長、經濟發展、空間擴張和生活水平提高4個方面，因此從人口、經濟、社會和空間4個方面建立城市化系統評價指標體系。水環境系統是一個復雜系統，包括水的數量、質量以及水與其他環境因素的相互作用，因此采用PSR框架建立水環境系統評價指標體系能夠清晰地表達出該復雜系統內部的相互關系。借鑒已有的城市化與生態環境耦合研究成果，采用頻度分析法初步建立評價指標體系，經專家咨詢進一步優選指標，并考慮數據的可獲得性，最終確定城市化系統的13個評價指標和水環境系統的18個評價指標。

1．2數據來源及預處理

以山東省為研究單位，數據來源于1996—2011年山東省統計年鑒、1995—2010年山東省國民經濟和社會發展統計公報、1995—2010年山東省水資源公報等，鑒于所選指標的原始數據量綱不同，為消除數據間的屏蔽效應，采用極差標準化方1．2．3評價方法由于城市化與水環境耦合協調性分析中各指標發揮的作用不同，因此需要確定各指標的權重。由于分析采用1995—2010年共16a的數據，時間序列較長，因此根據客觀原始數據信息，采用熵值法確定指標權重(表1)。具體步驟如下:將各指標同度量化，計算第j項指標第i年指標值的比例P。

2結果分析

2．1城市化與水環境演變態勢主要影響因素分析

根據熵值法確定的指標權重，城市化系統中社會城市化對系統的影響最為顯著，此后依次為經濟城市化、空間城市化和人口城市化。在城市化系統13個指標中，城鎮人口密度U13、萬人在校大學生數U11、人均GDPU4、人均居住面積U10、城市建設面積占國土面積比例U12，這5個指標在該系統所占比例為51．15%，為該系統的主要影響因子。山東省在城市化過程中集中表現為經濟發展迅速、城市人口密度不斷增大、城市地域范圍持續擴展，以及人們受教育程度和生活水平提高，這充分說明，在城市化系統的4個方面中，經濟發展是基礎，人口遷移和地域擴張是表現，生活水平提高是最終結果或目標。

1995—2010年山東省城市化系統綜合水平變化趨勢見圖1，可以看出，山東省城市化系統綜合水平整體呈上升趨勢。人口、社會、空間城市化水平均呈上升趨勢，其中社會城市化水平上升趨勢最明顯。經濟城市化水平在2003—2004年出現下降，2005年開始持續上升，這主要是受到第三產業增加值占GDP比例的影響。2003年第三產業增加值占GDP比例為34．05%，2004年下降到31．72%，2005年增加到32．26%，此后逐年增大，2010年達到36．62%，說明山東省第三產業的發展對城市化水平的提高有重要影響，也是城市化系統中的主要影響因素之一。由此可知，在山東省城市化系統評價中起主導作用的因素為城鎮人口密度、萬人在校大學生數、人均GDP、人均居住面積、城市建設面積占國土面積比例以及第三產業增加值占GDP比例共6個指標，它們可為科學制定城市化發展策略提供依據。圖11995—2010年山東省城市化系統綜合水平變化趨勢由水環境系統各指標權重可以看出，壓力指標對系統的影響最為顯著，其次為狀態、響應指標。在該系統18個指標中，水資源開發利用率W11、城市人均園林綠地面積W13、城市生活污水處理率W15、工業用水重復利用率W17、城市人均日生活用水量W3、萬元工業增加值COD排放量W5、水利建設投資占GDP比例W18，這7個指標占該系統比例的53．73%，為該系統的主要影響因子。1995—2010年，山東省水資源開發利用率為56．72%～78．02%，高于國際公認的40%，不利于水資源的可持續利用;城市人均園林綠地面積可以有效反映城市水土保持的能力，對水環境質量的改善具有較為顯著的影響;城市人均日生活用水量和萬元工業增加值COD排放量為水環境壓力子系統中的重要因素，城市生活用水量與城市人口數量密切相關，并且與城市節水效率有一定關聯;1995—1997年，山東省工業污染源未得到有效控制，工業廢水中COD排放量呈小幅增大趨勢，但在1998年之后，由于采取了有效的減排控制措施，因此工業廢水中COD排放量明顯減少;城市生活污水處理率、工業用水重復利用率和水利建設投資占GDP比例均為水環境治理措施，是水環境響應子系統中的重要因素。因此，在山東省水環境保護過程中，根據水環境系統的7個主要影響因子，科學制定水污染控制措施，減少水環境壓力子系統的影響，將有利于水環境質量的改善，有利于水環境系統綜合水平的提高。1995—2010年山東省水環境系統綜合水平變化趨勢見圖2，可以看出，水環境系統綜合水平整體呈上升趨勢，但期間有較大波動，1997年、2006年和2009年分別出現了明顯降低。

水環境壓力子系統綜合值在1995—1997年明顯下降，1998—2010年持續上升;水環境狀態子系統綜合值分別于2006年、2009年出現降低;水環境響應子系統綜合值始終呈緩慢上升趨勢。1995—1997年，水環境系統與水環境壓力子系統的趨勢相符合，1998—2010年，水環境系統與水環境狀態子系統的發展趨勢基本符合。說明在1995—1997年水環境質量受人為因素干擾較大，大量工業污染源沒有得到有效控制，使得水環境質量出現了明顯降低，此后水環境壓力雖然一直存在，但是由于采取了持續良好的水環境治理措施，因此水環境壓力因素已不足以影響水環境系統的整體質量。由城市化與水環境演變態勢的對比可以看出，1995—1997年，山東省城市化處于起步階段，城市化水平較低，水環境質量受城市化影響較大，水環境質量迅速惡化，1997年為水環境質量最差年份;1997—2002年，城市化發展速度加快，由于水環境污染控制力度加大，因此水環境質量開始好轉;2002—2006年，城市化發展繼續加快，水環境質量波動較大，但整體質量水平依舊較好;2006—2010年，城市化發展速度進一步加快，水環境質量大幅度提升，其間存在一定范圍的波動，水環境質量較1995—2005年有所提高。以上分析表明，山東省城市化對水環境的脅迫性影響在城市化發展初期較為顯著，后期這種脅迫性相對較小，而水環境對于城市化的約束作用相對于城市化對其產生的脅迫作用始終較小。

2．2山東省城市化與水環境耦合協調態勢分析

山東省1995—2010年城市化與水環境耦合協調度見表3，為了更為清楚地反映山東省城市化與水環境在時間序列上的耦合演化態勢，根據表3繪制出兩者耦合協調度的演化曲線，見圖3。由圖3可知，1995—2010年，山東省城市化與水環境耦合協調度呈對數增大趨勢;1995—1996年，其耦合協調度顯著增大;1997—2000年，持續增大;2001—2005年，兩者耦合協調度增加較大;2006—2010年，其耦合協調度出現波動。因此，結合城市化與水環境耦合協調度的分類(表2)，將山東省城市化水環境的耦合協調態勢分為4個階段:①1995—1996年，山東省城市化與水環境處于低度耦合期，兩者發展嚴重失調，城市化水平較低，處于城市化發展的初步增速期，該階段水環境質量受城市化影響迅速降低，城市化對水環境的脅迫作用明顯;②1997—2000年，城市化與水環境的發展處于拮抗期，兩者的發展依舊失調，城市化進入增速發展期，城市化發展過程中，水資源消耗量較大，污染物排放量大，水環境質量受城市化影響較大，但是該影響處于水環境承載力范圍內;③2001—2005年，城市化與水環境處于磨合期，兩者的發展基本協調，城市化進入快速發展期，通過加大環保投資力度，加強對水環境的污染控制，水環境質量明顯好轉;④2006—2010年，城市化與水環境步入高度耦合期，在該階段，兩者的發展良好協調，城市化水平較高，水環境質量優良，生態省份建設卓有成效，城市化發展與水環境保護共同步入良性發展階段。

1997年、2006年和2009年的水環境系統綜合評價值出現明顯降低，顯示出水環境質量對城市化進程響應的滯后性，1995—2000年，因工業污染源沒有得到有效控制而使水環境質量下降，2000年開始，由于城市水環境末端治理的加強，因此水環境質量開始好轉，但是2006年之后，水環境質量出現了較大波動，表明在城市化與水環境高度耦合良好協調的發展階段，潛伏著水安全危機，需要加強對水環境安全的預警，確保高速的城市化發展和優良的水環境質量，以實現水資源的可持續利用。

3結語

通過對城市化與水環境演變態勢主要因素的分析，可以發現，社會城市化對城市化系統的影響最為顯著，其次為經濟城市化、空間城市化和人口城市化，城市化系統中起主導作用的因素為城鎮人口密度、萬人在校大學生數、人均GDP、人均居住面積、城市建設面積占國土面積比例以及第三產業增加值占GDP比例共6個指標。水環境系統中壓力指標對系統的影響最為顯著，其次為狀態、響應指標，水環境系統中起主導作用的因素為水資源開發利用率、城市人均園林綠地面積、城市生活污水處理率、城市人均日生活用水量、工業用水重復利用率、萬元工業增加值COD排放量、水利建設投資占GDP比例共7個指標。根據識別出的主要因素，可以為科學制定城市化發展策略和水環境保護措施提供依據。城市化與水環境演變態勢對比表明，山東省城市化對水環境的脅迫性影響在城市化發展初期較為顯著，后期這種脅迫性相對較小，而水環境對城市化的約束作用相對于城市化對其產生的脅迫作用始終較小。通過城市化與水環境耦合協調態勢的分析可以發現，1995—2010年山東省城市化水平不斷提高，水環境質量經歷短暫下降之后基本呈上升趨勢，期間有較大波動，水環境對城市化的響應具有滯后性。2006年后，山東省處于城市化與水環境高度耦合的良好協調階段，所采取的城市水環境污染控制措施發揮作用明顯，維持了良好的水環境質量狀態。整體而言，城市化發展初期對水環境的脅迫作用較顯著，水環境明顯下降之后，限制了城市的發展，在城市規劃過程中，水環境污染控制措施的制定及實施成為重點，此后繼續加強對水環境的保護，使得水環境對城市化的約束作用減弱，城市化水平持續提高。同時，在城市化與水環境的高度耦合階段，應提高對水環境安全的預警能力，預防水危機爆發，這對于促進城市化與水環境良好協調發展至關重要。

作者：陳彤任麗軍單位：山東大學環境科學與工程學院