叢東來(lái), 于少鵬, 陳 曦, 劉 獻(xiàn)

(1.哈爾濱學(xué)院 地理與旅游學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150086; 2.黑龍江省寒區(qū)濕地生態(tài)與環(huán)境研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150086; 3.哈爾濱濕地研究院, 黑龍江 哈爾濱 150086; 4.哈爾濱學(xué)院 食品工程學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150086)

城鎮(zhèn)化是以人口和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)向特定地域集中為基本特征的發(fā)展過(guò)程，是現(xiàn)代化的必由之路。按國(guó)家行政建制設(shè)立的市、鎮(zhèn)是城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要空間載體，而可供開發(fā)利用的各類資源則是城鎮(zhèn)化發(fā)展不可或缺的物質(zhì)保障。當(dāng)前中國(guó)城鎮(zhèn)化率已接近60%，未來(lái)25 a中國(guó)城鎮(zhèn)化水平每提高1%所需水量、建設(shè)用地和造成的生態(tài)超載分別是過(guò)去25 a的1.88倍，3.45，2.42倍[1]，表明未來(lái)取水難度、用地難度和生態(tài)重建難度會(huì)越來(lái)越大。水是自然系統(tǒng)中最為活躍的因子，具有原生的生態(tài)屬性和次生的“生態(tài)—社會(huì)”關(guān)聯(lián)屬性[2]，水作為基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源[3]，已成為中國(guó)建設(shè)“生態(tài)文明”和進(jìn)行“綠色發(fā)展”的重要支撐條件。新世紀(jì)以來(lái)，伴隨著中國(guó)城鎮(zhèn)數(shù)量的增加和城鎮(zhèn)面積的不斷擴(kuò)大，城鎮(zhèn)化發(fā)展與水資源、水環(huán)境和水生態(tài)的相互作用日趨復(fù)雜。因此，探討水資源開發(fā)利用與城鎮(zhèn)化發(fā)展的復(fù)雜關(guān)系具有現(xiàn)實(shí)價(jià)值和長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

由于發(fā)達(dá)國(guó)家城鎮(zhèn)化發(fā)展較早，并且目前多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已進(jìn)入城鎮(zhèn)化進(jìn)程后期，因此國(guó)外對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程與水資源開發(fā)利用相互關(guān)系的研究成果較多。主要涉及水資源管理、政策與城鎮(zhèn)化環(huán)境的關(guān)系[4]、水污染對(duì)城鎮(zhèn)化的影響[5]、城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)與水資源危機(jī)[6]、城鎮(zhèn)化發(fā)展階段與水資源開發(fā)利用階段的對(duì)應(yīng)關(guān)系[7]等。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)城鎮(zhèn)化與水資源開發(fā)利用關(guān)系的研究，從內(nèi)容上看主要包括城鎮(zhèn)化與水資源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)耦合及其效應(yīng)分析[8]，城鎮(zhèn)化與水足跡、水污染的關(guān)系[9]，城鎮(zhèn)化進(jìn)程中水資源承載力的測(cè)度[10]，城鎮(zhèn)化與水系統(tǒng)的演變[11]，城鎮(zhèn)化與水資源利用的互動(dòng)機(jī)理和調(diào)控模式[12]，水資源對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展的約束作用[13]等；從研究區(qū)域看，多集中在西北干旱、半干旱地區(qū)、華北地區(qū)和兩湖地區(qū)[14-16]；從研究的空間尺度看，以全國(guó)范圍、流域范圍和規(guī)模較大的城市群地區(qū)為主[17-19]。整體而言，現(xiàn)有成果以宏觀、中觀尺度的城鎮(zhèn)化發(fā)展為背景，探討城鎮(zhèn)化進(jìn)程中水資源的承載力、約束力問(wèn)題較多，而針對(duì)人水關(guān)系、地水關(guān)系相對(duì)緊張的城鎮(zhèn)化核心城市的研究尚有不足?；诖?，本文選取北方地區(qū)典型的缺水型中心城市——哈爾濱市為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)其水資源開發(fā)利用與城鎮(zhèn)化發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并建立二者的響應(yīng)關(guān)系模型，以期揭示城鎮(zhèn)化進(jìn)程與水資源開發(fā)利用的作用機(jī)制。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

哈爾濱市是黑龍江省省會(huì)，地處東北亞中心位置，是中國(guó)東北北部的區(qū)域性中心城市、哈長(zhǎng)城市群的核心城市之一和第一批國(guó)家新型城鎮(zhèn)化綜合試點(diǎn)城市。同時(shí)，哈爾濱也是中國(guó)重要的制造業(yè)基地和商品糧基地。作為東北地區(qū)“T”型經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和哈大齊工業(yè)走廊的起點(diǎn)，哈爾濱是地區(qū)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)極和人口的聚集地。截止到2017年末，哈爾濱市轄9區(qū)9縣(市)，全市常住人口1092.9萬(wàn)人，其中戶籍總?cè)丝?55萬(wàn)人，常住人口城鎮(zhèn)化水平64.5%；市域總面積53 076 km2，其中市轄區(qū)面積10 193 km2，建成區(qū)面積434 km2；國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值6.355億元，占全省國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值39.2%。

哈爾濱市為北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年降水變率較大。水資源空間分布呈東—中—西依次遞減的格局，具有東豐西欠、貧富不均的特征。市域多年平均降水量為611 mm，6月至9月汛期徑流量占多年平均徑流量的60%～75%，多年平均水資源量為1.14×1010m3，地下水資源總量約為3.00×109m3。松花江干流中段在哈爾濱穿城而過(guò)，城市過(guò)境水資源相對(duì)豐富。2017年，全市人均綜合用水量708.3 m3，萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量22.9 m3。按照國(guó)際通行的水資源緊缺指標(biāo)判斷[20]，哈爾濱市屬于中、重度缺水地區(qū)。2008年到2013年，哈爾濱市先后被列為第三批全面節(jié)水型社會(huì)建設(shè)試點(diǎn)地區(qū)，國(guó)家級(jí)水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)試點(diǎn)城市，第一批全國(guó)水生態(tài)文明城市建設(shè)試點(diǎn)。但受水資源時(shí)空分布不均，水質(zhì)污染和用水供需矛盾突出等因素影響[21]，哈爾濱市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源開發(fā)利用的形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

1.2 指標(biāo)體系和研究方法

系統(tǒng)論的視角有利于揭示“人—地—水”復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用及其整體性特征，按照“要素—子系統(tǒng)—系統(tǒng)”的構(gòu)成關(guān)系[22]，本研究通過(guò)選取要素指標(biāo)構(gòu)建城鎮(zhèn)化系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)，評(píng)價(jià)其發(fā)展?fàn)顩r，并運(yùn)用響應(yīng)度模型分析二者的響應(yīng)關(guān)系。

(1) 要素指標(biāo)。通過(guò)理論分析和頻度統(tǒng)計(jì)法初步選取城鎮(zhèn)化系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)的基本要素指標(biāo)。運(yùn)用SPSS19.0軟件篩選出相關(guān)系數(shù)較大的指標(biāo)并予以去除，再利用因子分析法，提取累計(jì)貢獻(xiàn)率超過(guò)85%的指標(biāo)作為終選指標(biāo)[16]。由于水資源系統(tǒng)要素指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)數(shù)量及統(tǒng)計(jì)年份都有一定的局限，因此綜合考慮數(shù)據(jù)的可得性，對(duì)少部分相關(guān)系數(shù)較高但對(duì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)重要的要素指標(biāo)予以保留，最終確定的要素指標(biāo)詳見表1。

表1 哈爾濱市城鎮(zhèn)化系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系及指標(biāo)權(quán)重

(2) 系統(tǒng)、子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。采用層次分析法，結(jié)合熵權(quán)法對(duì)初始指標(biāo)進(jìn)行修正[23]，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。運(yùn)用逐層加權(quán)法分別計(jì)算系統(tǒng)、子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

(3) 水資源系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的響應(yīng)指數(shù)和響應(yīng)度模型。響應(yīng)指數(shù)通常用響應(yīng)度來(lái)表達(dá)，其內(nèi)涵來(lái)自于經(jīng)濟(jì)學(xué)點(diǎn)彈性的概念，表示因變量對(duì)自變量變化的敏感程度。響應(yīng)度模型[24]可以揭示水資源開發(fā)利用與城鎮(zhèn)化發(fā)展的響應(yīng)關(guān)系及作用強(qiáng)度。

(1)

(4) 水資源子系統(tǒng)和城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)的相互作用。采用SPSS19.0軟件，對(duì)水資源和城鎮(zhèn)化的子系統(tǒng) 相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行運(yùn)算，得出相關(guān)系數(shù)及其p值，據(jù)此判斷二者之間的關(guān)聯(lián)程度和作用機(jī)制。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用的2006—2017年城鎮(zhèn)化發(fā)展和水資源開發(fā)利用的數(shù)據(jù)，來(lái)自于相應(yīng)的《哈爾濱統(tǒng)計(jì)年鑒》《哈爾濱市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》《哈爾濱市水資源公報(bào)》，以及哈爾濱市水務(wù)局年度工作總結(jié)和部門決算(網(wǎng)址：http:∥www.hrbwrb.gov.cn/n_zwgk/n_bmysxx/)。對(duì)個(gè)別年份數(shù)據(jù)缺失的百戶城市居民汽車擁有量、生態(tài)環(huán)境用水量、城鎮(zhèn)生活用水量、灌溉水有效利用系數(shù)指標(biāo)，進(jìn)行了相關(guān)部門補(bǔ)充調(diào)查或相鄰年份插值法處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 城鎮(zhèn)化系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)

2.1.1 城鎮(zhèn)化系統(tǒng)發(fā)展的主要影響因素 哈爾濱市城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的主要影響因素可通過(guò)其子系統(tǒng)和要素指標(biāo)的權(quán)重來(lái)體現(xiàn)(見表1)。4個(gè)子系統(tǒng)的影響力從大到小依次為經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化(0.307)、人口城鎮(zhèn)化(0.278)、社會(huì)城鎮(zhèn)化(0.242)和空間城鎮(zhèn)化(0.173)。前三者權(quán)重合計(jì)82.7%，對(duì)哈爾濱城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的影響較大，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)起主導(dǎo)作用。在評(píng)價(jià)哈爾濱城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的18個(gè)要素指標(biāo)中，二三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)密度(0.178)、城鎮(zhèn)人口比重(0.136)、人均GDP(0.091)等9個(gè)指標(biāo)的權(quán)重合計(jì)約80%，是哈爾濱城鎮(zhèn)化系統(tǒng)發(fā)展的主要影響因素，主要影響因素指標(biāo)的權(quán)重分布與城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)權(quán)重值相互對(duì)應(yīng)，可以看出影響哈爾濱城鎮(zhèn)化系統(tǒng)發(fā)展的主要影響因素集中在二三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)人口的規(guī)模分布和生產(chǎn)消費(fèi)方面。

2.1.2 城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的時(shí)序演化特征 由圖1可知，2006—2017年哈爾濱城鎮(zhèn)化系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、空間子系統(tǒng)均呈同步上升、增速放緩的態(tài)勢(shì)。人口城鎮(zhèn)化的發(fā)展變化較為劇烈和復(fù)雜，呈前期陡增、中期波動(dòng)、后期趨穩(wěn)態(tài)勢(shì)。2006—2014年，經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和社會(huì)城鎮(zhèn)化滯后于人口城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化，說(shuō)明這期間哈爾濱城鎮(zhèn)化發(fā)展主要受人口城鎮(zhèn)化驅(qū)動(dòng)，其次是空間城鎮(zhèn)化驅(qū)動(dòng)。具體表現(xiàn)為2006—2014年城鎮(zhèn)人口數(shù)量增長(zhǎng)了1.19倍，建成區(qū)面積增加了1.33倍，城鄉(xiāng)人口轉(zhuǎn)變加快，外延型城市土地?cái)U(kuò)張明顯，是典型的粗放型城鎮(zhèn)化發(fā)展；同期經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和社會(huì)城鎮(zhèn)化雖然持續(xù)增長(zhǎng)，但整體效率不高，城鎮(zhèn)化質(zhì)量有待提升。2014以后空間城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和社會(huì)城鎮(zhèn)化穩(wěn)步上升，人口城鎮(zhèn)化的發(fā)展趨于平穩(wěn)。原因在于哈爾濱在城市發(fā)展戰(zhàn)略上注重人口—經(jīng)濟(jì)—空間—社會(huì)發(fā)展的協(xié)調(diào)性，在空間布局上延續(xù)“北躍—南拓—中興—強(qiáng)縣”的空間均衡思想，人口集聚更加趨于理性；而空間城鎮(zhèn)化仍有較快發(fā)展原因在于哈爾濱市雙城等地撤市劃區(qū)的行政區(qū)劃變動(dòng)、二三產(chǎn)業(yè)的布局調(diào)整，促進(jìn)了哈爾濱都市圈內(nèi)部土地利用的優(yōu)化。

圖1 哈爾濱市城鎮(zhèn)化系統(tǒng)及其子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

根據(jù)哈爾濱城鎮(zhèn)化系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)及其年增長(zhǎng)率的變化，可將2006—2017年哈爾濱城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的發(fā)展分為兩個(gè)階段： ①2006—2010年城鎮(zhèn)化快速增長(zhǎng)階段。此階段是東北振興戰(zhàn)略啟動(dòng)以后的紅利釋放期，哈爾濱城鎮(zhèn)化發(fā)展迎來(lái)較大機(jī)遇。②2011—2017年城鎮(zhèn)化階梯式增長(zhǎng)階段。這一階段中國(guó)先后提出了新型城鎮(zhèn)化內(nèi)涵式發(fā)展和經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，東北經(jīng)濟(jì)處在轉(zhuǎn)型升級(jí)的進(jìn)程中，哈爾濱市通過(guò)出臺(tái)一系列以“緊湊型城市”和“精明增長(zhǎng)”為目標(biāo)的政策法規(guī)，有效控制了城市建設(shè)用地的無(wú)序蔓延，逐步提升城鎮(zhèn)化效率。

2.2 水資源系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 水資源系統(tǒng)開發(fā)利用的影響因素 哈爾濱市水資源系統(tǒng)的4個(gè)子系統(tǒng)影響作用從大到小依次為水資源利用(0.383)、水資源管理(0.270)、水資源稟賦(0.179)、水資源荷載(0.168)。在構(gòu)成水資源系統(tǒng)的18個(gè)要素指標(biāo)中，水資源開發(fā)利用率(0.143)、萬(wàn)元工業(yè)增加值廢水排放量(0.105)、萬(wàn)元GDP用水量(0.099)等9個(gè)指標(biāo)的權(quán)重和為80%，其中4個(gè)與工業(yè)用水密切相關(guān)的指標(biāo)約占總權(quán)重的1/3以上，即哈爾濱水資源系統(tǒng)開發(fā)利用的主要影響因素是工業(yè)經(jīng)濟(jì)的用水需求和用水效率，其次是水利行政管理和農(nóng)業(yè)用水因素。

2.2.2 水資源系統(tǒng)的時(shí)序演化特征 由圖2可知，2006—2017年哈爾濱市水資源系統(tǒng)整體呈上升發(fā)展態(tài)勢(shì)，研究期內(nèi)系統(tǒng)波動(dòng)變化明顯，波動(dòng)幅度逐漸減小。各子系統(tǒng)中： ①水資源稟賦波動(dòng)最為劇烈，主要原因是受季風(fēng)區(qū)自然條件影響，哈爾濱市年降水變率較大，研究期內(nèi)降雨量最大值為2013年的4.10×1010m3，最小值為2007年的2.15×1010m3，分別比多年平均降雨量浮動(dòng)+26.4%和-33.6%； ②水資源荷載在研究期的首末時(shí)間點(diǎn)上變動(dòng)不大，水資源荷載略有增加，但整體發(fā)展過(guò)程中的變動(dòng)十分明顯。2006—2008年荷載的指標(biāo)值明顯高于水資源其他3個(gè)子系統(tǒng)，表明哈爾濱市在快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展壓力造成水資源負(fù)荷過(guò)重；2008—2013年水資源負(fù)荷持續(xù)降低，與推行嚴(yán)格的節(jié)水制度、建設(shè)節(jié)水型城市以及產(chǎn)業(yè)用水調(diào)整有很大關(guān)聯(lián)；2013—2017年用水負(fù)荷再次持續(xù)增加，主要是受氣候條件影響，農(nóng)業(yè)用水增加較多； ③水資源管理整體上不斷提升進(jìn)步，反映在水利行政經(jīng)費(fèi)投入占比逐年增加、城鎮(zhèn)污水處理率、水質(zhì)監(jiān)測(cè)達(dá)標(biāo)率持續(xù)上升等方面，管理系統(tǒng)的穩(wěn)步發(fā)展得益于哈爾濱水資源管理制度的高效落實(shí)和水處理技術(shù)的應(yīng)用推廣； ④水資源利用與水資源系統(tǒng)的變動(dòng)趨勢(shì)大體保持同步。萬(wàn)元GDP用水量連續(xù)下降，下降幅度達(dá)132%，工業(yè)產(chǎn)業(yè)的水依賴逐漸減??；工業(yè)用水重復(fù)率和灌溉水有效利用系數(shù)持續(xù)增大，得益于水處理技術(shù)的提升和水利工程設(shè)施的增加。但是，在技術(shù)進(jìn)步和城鎮(zhèn)化內(nèi)涵發(fā)展的背景下，哈爾濱市人均用水量和水資源開發(fā)利用率(用水量與水資源總量的比值)兩項(xiàng)指標(biāo)仍有明顯增加，具體表現(xiàn)為工業(yè)用水量減小的同時(shí)，農(nóng)業(yè)用水量不斷增加，并且哈爾濱市農(nóng)田灌溉用水占全市各產(chǎn)業(yè)用水比重常年保持在80%以上。

綜合考慮水資源系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的變化，可以將2006—2017年哈爾濱市水資源系統(tǒng)的發(fā)展劃分為兩個(gè)階段。①2006—2011年波動(dòng)發(fā)展階段，這一階段前期哈爾濱市水資源系統(tǒng)發(fā)展退化的壓力較大，后期因國(guó)家生態(tài)、環(huán)保政策調(diào)整和區(qū)域增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變使得水資源系統(tǒng)快速恢復(fù)和提升； ②2012—2017年階梯式發(fā)展階段，此階段在生態(tài)水文明背景下哈爾濱市進(jìn)行了水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)試點(diǎn)城市建設(shè)，以技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)為基礎(chǔ)水資源系統(tǒng)得以穩(wěn)步發(fā)展。水資源系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的階段劃分在時(shí)間節(jié)點(diǎn)上較為接近，表明二者的發(fā)展在系統(tǒng)內(nèi)外部環(huán)境上存在一定關(guān)聯(lián)。由于城鎮(zhèn)化系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)在自身各階段的發(fā)展速度和內(nèi)容并不一致，必然導(dǎo)致兩個(gè)系統(tǒng)間產(chǎn)生差異性的響應(yīng)。

圖2 哈爾濱市水資源系統(tǒng)及其子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

2.3 水資源系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的響應(yīng)關(guān)系分析

2.3.1 水資源系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)響應(yīng)關(guān)系的函數(shù)表達(dá) 一般而言，兩系統(tǒng)的響應(yīng)關(guān)系是由A→B和B→A共同組成。A對(duì)B的響應(yīng)(B→A)，是指以B為自變量，以A為因變量，考察B變動(dòng)時(shí)A的變動(dòng)幅度，反之亦然。因此，表征水資源系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)響應(yīng)關(guān)系的函數(shù)如表2和表3所示。使用SPSS19.0軟件，進(jìn)行線性模型、指數(shù)模型、冪函數(shù)模型、二次項(xiàng)模型、三次項(xiàng)模型、邏輯斯蒂模型、生長(zhǎng)曲線模型等多種曲線估計(jì)分析，對(duì)城鎮(zhèn)化和水資源的系統(tǒng)及子系統(tǒng)的響應(yīng)指數(shù)分別進(jìn)行曲線擬合，通過(guò)比較擬合優(yōu)度建立最佳響應(yīng)函數(shù)(表2和表3)。從響應(yīng)函數(shù)的類型看，除水資源稟賦對(duì)城鎮(zhèn)化的響應(yīng)方程為指數(shù)函數(shù)、經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和社會(huì)城鎮(zhèn)化對(duì)水資源系統(tǒng)的響應(yīng)方程為二次函數(shù)以外，其他響應(yīng)函數(shù)均為三次函數(shù)。對(duì)擬合的響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)F>F0.1(1,10)=3.285，p<0.1時(shí)，響應(yīng)函數(shù)具有顯著性意義。測(cè)定系數(shù)R2值越大表明擬合優(yōu)度越高。

表2 2006-2017年哈爾濱市水資源系統(tǒng)對(duì)城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)及其檢驗(yàn)

注：表中Y,Y1,Y2,Y3,Y4表示水資源系統(tǒng)和水資源稟賦、荷載、利用、管理子系統(tǒng)；X表示城鎮(zhèn)化系統(tǒng)。

表3 2006-2017年哈爾濱市城鎮(zhèn)化系統(tǒng)對(duì)水資源系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)及其檢驗(yàn)

注：X，X1，X2，X3，X4表示城鎮(zhèn)化系統(tǒng)和城鎮(zhèn)化人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、空間子系統(tǒng)；Y表示水資源系統(tǒng)。

2.3.2 水資源系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的響應(yīng)關(guān)系 從水資源對(duì)城鎮(zhèn)化的響應(yīng)來(lái)看(見表2)： ①水資源管理與城鎮(zhèn)化擬合程度最高，其次是水資源荷載和水資源利用，水資源稟賦與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)擬合度較低。說(shuō)明城鎮(zhèn)化發(fā)展通過(guò)促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和提高社會(huì)組織效能，進(jìn)而對(duì)水資源管理能力提升產(chǎn)生顯著影響。而水資源稟賦受自然條件影響較大，受人類活動(dòng)影響相對(duì)較??；②水資源荷載和水資源管理對(duì)城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的響應(yīng)度較大，表明哈爾濱市的用水和水資源管理對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展有更強(qiáng)的敏感性。一方面2006—2017年水資源荷載的發(fā)展呈劇烈波動(dòng)的雙U結(jié)構(gòu)(見圖2)，與城鎮(zhèn)化的發(fā)展軌跡并不具有對(duì)應(yīng)性；另一方面在某些年份，如2006，2013，2017年水資源荷載與水資源稟賦的變化呈反向?qū)?yīng)關(guān)系，反映出水資源荷載的響應(yīng)強(qiáng)度不僅與城鎮(zhèn)化自身演進(jìn)有關(guān)，也受區(qū)域降水等自然因素影響； ③水資源系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)位于擬合曲線上方(見圖3)，反映出這些年份哈爾濱市水資源系統(tǒng)具有較大的承載空間，能夠?qū)Τ擎?zhèn)化發(fā)展起支撐作用，保障城鎮(zhèn)化健康發(fā)展；其余年份水資源系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)位于擬合曲線下方，表明城鎮(zhèn)化對(duì)水資源系統(tǒng)的消耗較大，水資源對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展產(chǎn)生了約束作用。

從城鎮(zhèn)化系統(tǒng)對(duì)水資源系統(tǒng)的響應(yīng)來(lái)看(表3)： ①空間城鎮(zhèn)化與水資源系統(tǒng)擬合度最高，其次是經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化、社會(huì)城鎮(zhèn)化和人口城鎮(zhèn)化。表明哈爾濱市水資源系統(tǒng)與社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—空間的城鎮(zhèn)化關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，而與人口城鎮(zhèn)化的關(guān)聯(lián)相對(duì)較弱； ②城鎮(zhèn)化系統(tǒng)及其子系統(tǒng)對(duì)水資源系統(tǒng)的響應(yīng)度數(shù)值較為接近，極值差僅為0.288，說(shuō)明響應(yīng)的敏感性差異較小，反映出生態(tài)文明背景下哈爾濱的城鎮(zhèn)化發(fā)展追求生產(chǎn)、生活、生態(tài)的全面效益，進(jìn)而優(yōu)化了水資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； ③從城鎮(zhèn)化和水資源各類指數(shù)的響應(yīng)度數(shù)值來(lái)看(表2—3)，前者明顯大于后者，表明哈爾濱市城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)水資源系統(tǒng)的變動(dòng)更具敏感性，水資源變動(dòng)對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展的影響有放大效應(yīng)。尤其是哈爾濱城鎮(zhèn)化粗放式快速增長(zhǎng)時(shí)期，大量新增的用水需求對(duì)水資源系統(tǒng)形成脅迫作用，增大了水資源系統(tǒng)衰退的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 水資源系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)系

2.3.3 水資源子系統(tǒng)和城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)的相關(guān)性分析 對(duì)哈爾濱水資源子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)和城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，形成的4×4關(guān)系矩陣可反映出子系統(tǒng)間的關(guān)系(見表4)。①水資源荷載與經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化呈“顯著”的負(fù)相關(guān)，與空間城鎮(zhèn)化呈“非常顯著”的負(fù)相關(guān)，表明哈爾濱市水資源的負(fù)荷壓力與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和空間擴(kuò)張關(guān)聯(lián)較大。哈爾濱新區(qū)建設(shè)和城鎮(zhèn)空間拓展，導(dǎo)致水需求加大，加劇了水資源負(fù)荷；②水資源利用、水資源管理與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和空間城鎮(zhèn)化都存在“非常顯著”的正相關(guān)，說(shuō)明城鎮(zhèn)化的發(fā)展加強(qiáng)了水資源開發(fā)利用程度、提升了水資源管理能力，從而提高水資源利用效率； ③水資源稟賦與城鎮(zhèn)化各子系統(tǒng)均不相關(guān)，體現(xiàn)出水資源稟賦的自然屬性與城鎮(zhèn)化發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性具有一定的獨(dú)立性。

表4 哈爾濱市水資源子系統(tǒng)與城鎮(zhèn)化子系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)系

注：**表示p<0.01，差異非常顯著； *表示p<0.05,差異顯著。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié) 論

(1) 從發(fā)展過(guò)程看，2006—2017年哈爾濱市水資源開發(fā)利用與城鎮(zhèn)化發(fā)展均呈階段性增長(zhǎng)趨勢(shì)。水資源開發(fā)利用過(guò)程變化劇烈，城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程相對(duì)平穩(wěn)。二者均以2011年前后為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，表現(xiàn)出前期波動(dòng)、后期趨穩(wěn)的階段性特征。

(2) 從系統(tǒng)構(gòu)成看：①哈爾濱市城鎮(zhèn)化系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)、空間和社會(huì)3個(gè)子系統(tǒng)的上升發(fā)展較為同步。哈爾濱市城鎮(zhèn)化由2014年以前單一的人口城鎮(zhèn)化驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)?014年以后的經(jīng)濟(jì)、空間和社會(huì)城鎮(zhèn)化共同驅(qū)動(dòng)?？臻g城鎮(zhèn)化的發(fā)展表明，在人地協(xié)調(diào)和均衡開發(fā)的前提下，哈爾濱市的外圍縣(市)、鎮(zhèn)尚有較大的城鎮(zhèn)化提升空間。人口城鎮(zhèn)化在研究期內(nèi)起伏較大，雖然發(fā)展?jié)u趨平穩(wěn)，但是需要警惕持續(xù)人口外流帶來(lái)系統(tǒng)衰退的風(fēng)險(xiǎn)；②水資源系統(tǒng)中，受哈爾濱市自然條件影響水資源稟賦表現(xiàn)出明顯的不穩(wěn)定性。盡管水資源利用和水資源管理整體上升發(fā)展，但水資源負(fù)荷仍有少量增加，主要原因在于哈爾濱市農(nóng)業(yè)耗水居高不下抵消了工業(yè)節(jié)水和其他節(jié)水的效果。

(3) 從響應(yīng)關(guān)系來(lái)看：①城鎮(zhèn)化系統(tǒng)對(duì)水資源系統(tǒng)的響應(yīng)強(qiáng)度明顯高于水資源系統(tǒng)對(duì)城鎮(zhèn)化系統(tǒng)的響應(yīng)程度。表明在哈爾濱市這類缺水城市中，城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)水資源的變動(dòng)具有更強(qiáng)的敏感性，水資源的量和質(zhì)是制約城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要因素；②空間、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)城鎮(zhèn)化對(duì)水資源系統(tǒng)響應(yīng)較強(qiáng)，說(shuō)明哈爾濱市的經(jīng)濟(jì)集聚和空間擴(kuò)張產(chǎn)生了明顯的資源消耗效應(yīng)。人口城鎮(zhèn)化對(duì)水資源系統(tǒng)的響應(yīng)較弱，原因在于受人口外流影響，哈爾濱市人口城鎮(zhèn)化的發(fā)展階段與水資源系統(tǒng)改善并不具有對(duì)應(yīng)關(guān)系；③水資源荷載與經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化呈明顯的負(fù)相關(guān)，表明哈爾濱市水資源的負(fù)荷壓力與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和空間擴(kuò)張關(guān)聯(lián)較大，水資源開發(fā)利用受到城鎮(zhèn)化發(fā)展的脅迫，城鎮(zhèn)化對(duì)資源環(huán)境的剝奪效應(yīng)明顯。水資源利用、水資源管理與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和空間城鎮(zhèn)化都存在“非常顯著”的正相關(guān)，說(shuō)明城鎮(zhèn)化的發(fā)展能夠加強(qiáng)水資源開發(fā)利用程度、提升水資源管理能力，促進(jìn)水資源系統(tǒng)的優(yōu)化。

3.2 建 議

(1) 運(yùn)用系統(tǒng)觀和整體性思維解決“人—地—水”的復(fù)雜矛盾問(wèn)題。①整合管理資源，協(xié)調(diào)水利、城建、土地和環(huán)保等多個(gè)部門探索新的管理機(jī)制，處理好哈爾濱市水利規(guī)劃、國(guó)土規(guī)劃和城市總體規(guī)劃的關(guān)系；②以水資源時(shí)空分布為依據(jù)，適時(shí)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局，構(gòu)建節(jié)水型產(chǎn)業(yè)體系，形成“以供定需”和“分質(zhì)供水”的水資源利用格局；③保持城鎮(zhèn)化適度發(fā)展，推進(jìn)主城區(qū)海綿城市建設(shè)，加速水生態(tài)修復(fù)和城市修補(bǔ)的“雙修工程”進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)文明和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的同步發(fā)展。

(2) 加快城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施信息化建設(shè)，增強(qiáng)水資源時(shí)空調(diào)控能力和區(qū)域供水保障能力。與“數(shù)字龍江”和“智慧城市”云平臺(tái)對(duì)接，提升水資源管理的集成化和智能化水平，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的水資源優(yōu)化配置，實(shí)時(shí)評(píng)估和預(yù)測(cè)水資源與城鎮(zhèn)化的匹配程度，減少水資源對(duì)城鎮(zhèn)化發(fā)展的硬約束。

與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)相比，水資源指標(biāo)統(tǒng)計(jì)類型、統(tǒng)計(jì)年限都較為有限，在一定程度上制約了水資源與城鎮(zhèn)化響應(yīng)關(guān)系的規(guī)律性總結(jié)。并且由于樣本數(shù)的限制，基于“點(diǎn)彈性”的響應(yīng)模型在變量擬合的精度上受到一定限制。此外，哈爾濱市建成區(qū)與外圍縣(市)鄉(xiāng)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源環(huán)境方面差異較大，因此市域內(nèi)部差異帶來(lái)的復(fù)雜影響、人口城鎮(zhèn)化與水資源開發(fā)利用的作用機(jī)制等問(wèn)題的解決還有待于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的積累和測(cè)度模型的進(jìn)一步完善。