城市化与水环境整合阐述范文

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1研究方法

1.1指标体系设计

城市化具有多维涵义，主要包括人口增长、经济发展、空间扩张和生活水平提高4个方面，因此从人口、经济、社会和空间4个方面建立城市化系统评价指标体系。水环境系统是一个复杂系统，包括水的数量、质量以及水与其他环境因素的相互作用，因此采用PSR框架建立水环境系统评价指标体系能够清晰地表达出该复杂系统内部的相互关系。借鉴已有的城市化与生态环境耦合研究成果，采用频度分析法初步建立评价指标体系，经专家咨询进一步优选指标，并考虑数据的可获得性，最终确定城市化系统的13个评价指标和水环境系统的18个评价指标。

1．2数据来源及预处理

以山东省为研究单位，数据来源于1996—2011年山东省统计年鉴、1995—2010年山东省国民经济和社会发展统计公报、1995—2010年山东省水资源公报等，鉴于所选指标的原始数据量纲不同，为消除数据间的屏蔽效应，采用极差标准化方1．2．3评价方法由于城市化与水环境耦合协调性分析中各指标发挥的作用不同，因此需要确定各指标的权重。由于分析采用1995—2010年共16a的数据，时间序列较长，因此根据客观原始数据信息，采用熵值法确定指标权重(表1)。具体步骤如下:将各指标同度量化，计算第j项指标第i年指标值的比例P。

2结果分析

2．1城市化与水环境演变态势主要影响因素分析

根据熵值法确定的指标权重，城市化系统中社会城市化对系统的影响最为显著，此后依次为经济城市化、空间城市化和人口城市化。在城市化系统13个指标中，城镇人口密度U13、万人在校大学生数U11、人均GDPU4、人均居住面积U10、城市建设面积占国土面积比例U12，这5个指标在该系统所占比例为51．15%，为该系统的主要影响因子。山东省在城市化过程中集中表现为经济发展迅速、城市人口密度不断增大、城市地域范围持续扩展，以及人们受教育程度和生活水平提高，这充分说明，在城市化系统的4个方面中，经济发展是基础，人口迁移和地域扩张是表现，生活水平提高是最终结果或目标。

1995—2010年山东省城市化系统综合水平变化趋势见图1，可以看出，山东省城市化系统综合水平整体呈上升趋势。人口、社会、空间城市化水平均呈上升趋势，其中社会城市化水平上升趋势最明显。经济城市化水平在2003—2004年出现下降，2005年开始持续上升，这主要是受到第三产业增加值占GDP比例的影响。2003年第三产业增加值占GDP比例为34．05%，2004年下降到31．72%，2005年增加到32．26%，此后逐年增大，2010年达到36．62%，说明山东省第三产业的发展对城市化水平的提高有重要影响，也是城市化系统中的主要影响因素之一。由此可知，在山东省城市化系统评价中起主导作用的因素为城镇人口密度、万人在校大学生数、人均GDP、人均居住面积、城市建设面积占国土面积比例以及第三产业增加值占GDP比例共6个指标，它们可为科学制定城市化发展策略提供依据。图11995—2010年山东省城市化系统综合水平变化趋势由水环境系统各指标权重可以看出，压力指标对系统的影响最为显著，其次为状态、响应指标。在该系统18个指标中，水资源开发利用率W11、城市人均园林绿地面积W13、城市生活污水处理率W15、工业用水重复利用率W17、城市人均日生活用水量W3、万元工业增加值COD排放量W5、水利建设投资占GDP比例W18，这7个指标占该系统比例的53．73%，为该系统的主要影响因子。1995—2010年，山东省水资源开发利用率为56．72%～78．02%，高于国际公认的40%，不利于水资源的可持续利用;城市人均园林绿地面积可以有效反映城市水土保持的能力，对水环境质量的改善具有较为显著的影响;城市人均日生活用水量和万元工业增加值COD排放量为水环境压力子系统中的重要因素，城市生活用水量与城市人口数量密切相关，并且与城市节水效率有一定关联;1995—1997年，山东省工业污染源未得到有效控制，工业废水中COD排放量呈小幅增大趋势，但在1998年之后，由于采取了有效的减排控制措施，因此工业废水中COD排放量明显减少;城市生活污水处理率、工业用水重复利用率和水利建设投资占GDP比例均为水环境治理措施，是水环境响应子系统中的重要因素。因此，在山东省水环境保护过程中，根据水环境系统的7个主要影响因子，科学制定水污染控制措施，减少水环境压力子系统的影响，将有利于水环境质量的改善，有利于水环境系统综合水平的提高。1995—2010年山东省水环境系统综合水平变化趋势见图2，可以看出，水环境系统综合水平整体呈上升趋势，但期间有较大波动，1997年、2006年和2009年分别出现了明显降低。

水环境压力子系统综合值在1995—1997年明显下降，1998—2010年持续上升;水环境状态子系统综合值分别于2006年、2009年出现降低;水环境响应子系统综合值始终呈缓慢上升趋势。1995—1997年，水环境系统与水环境压力子系统的趋势相符合，1998—2010年，水环境系统与水环境状态子系统的发展趋势基本符合。说明在1995—1997年水环境质量受人为因素干扰较大，大量工业污染源没有得到有效控制，使得水环境质量出现了明显降低，此后水环境压力虽然一直存在，但是由于采取了持续良好的水环境治理措施，因此水环境压力因素已不足以影响水环境系统的整体质量。由城市化与水环境演变态势的对比可以看出，1995—1997年，山东省城市化处于起步阶段，城市化水平较低，水环境质量受城市化影响较大，水环境质量迅速恶化，1997年为水环境质量最差年份;1997—2002年，城市化发展速度加快，由于水环境污染控制力度加大，因此水环境质量开始好转;2002—2006年，城市化发展继续加快，水环境质量波动较大，但整体质量水平依旧较好;2006—2010年，城市化发展速度进一步加快，水环境质量大幅度提升，其间存在一定范围的波动，水环境质量较1995—2005年有所提高。以上分析表明，山东省城市化对水环境的胁迫性影响在城市化发展初期较为显著，后期这种胁迫性相对较小，而水环境对于城市化的约束作用相对于城市化对其产生的胁迫作用始终较小。

2．2山东省城市化与水环境耦合协调态势分析

山东省1995—2010年城市化与水环境耦合协调度见表3，为了更为清楚地反映山东省城市化与水环境在时间序列上的耦合演化态势，根据表3绘制出两者耦合协调度的演化曲线，见图3。由图3可知，1995—2010年，山东省城市化与水环境耦合协调度呈对数增大趋势;1995—1996年，其耦合协调度显著增大;1997—2000年，持续增大;2001—2005年，两者耦合协调度增加较大;2006—2010年，其耦合协调度出现波动。因此，结合城市化与水环境耦合协调度的分类(表2)，将山东省城市化水环境的耦合协调态势分为4个阶段:①1995—1996年，山东省城市化与水环境处于低度耦合期，两者发展严重失调，城市化水平较低，处于城市化发展的初步增速期，该阶段水环境质量受城市化影响迅速降低，城市化对水环境的胁迫作用明显;②1997—2000年，城市化与水环境的发展处于拮抗期，两者的发展依旧失调，城市化进入增速发展期，城市化发展过程中，水资源消耗量较大，污染物排放量大，水环境质量受城市化影响较大，但是该影响处于水环境承载力范围内;③2001—2005年，城市化与水环境处于磨合期，两者的发展基本协调，城市化进入快速发展期，通过加大环保投资力度，加强对水环境的污染控制，水环境质量明显好转;④2006—2010年，城市化与水环境步入高度耦合期，在该阶段，两者的发展良好协调，城市化水平较高，水环境质量优良，生态省份建设卓有成效，城市化发展与水环境保护共同步入良性发展阶段。

1997年、2006年和2009年的水环境系统综合评价值出现明显降低，显示出水环境质量对城市化进程响应的滞后性，1995—2000年，因工业污染源没有得到有效控制而使水环境质量下降，2000年开始，由于城市水环境末端治理的加强，因此水环境质量开始好转，但是2006年之后，水环境质量出现了较大波动，表明在城市化与水环境高度耦合良好协调的发展阶段，潜伏着水安全危机，需要加强对水环境安全的预警，确保高速的城市化发展和优良的水环境质量，以实现水资源的可持续利用。

3结语

通过对城市化与水环境演变态势主要因素的分析，可以发现，社会城市化对城市化系统的影响最为显著，其次为经济城市化、空间城市化和人口城市化，城市化系统中起主导作用的因素为城镇人口密度、万人在校大学生数、人均GDP、人均居住面积、城市建设面积占国土面积比例以及第三产业增加值占GDP比例共6个指标。水环境系统中压力指标对系统的影响最为显著，其次为状态、响应指标，水环境系统中起主导作用的因素为水资源开发利用率、城市人均园林绿地面积、城市生活污水处理率、城市人均日生活用水量、工业用水重复利用率、万元工业增加值COD排放量、水利建设投资占GDP比例共7个指标。根据识别出的主要因素，可以为科学制定城市化发展策略和水环境保护措施提供依据。城市化与水环境演变态势对比表明，山东省城市化对水环境的胁迫性影响在城市化发展初期较为显著，后期这种胁迫性相对较小，而水环境对城市化的约束作用相对于城市化对其产生的胁迫作用始终较小。通过城市化与水环境耦合协调态势的分析可以发现，1995—2010年山东省城市化水平不断提高，水环境质量经历短暂下降之后基本呈上升趋势，期间有较大波动，水环境对城市化的响应具有滞后性。2006年后，山东省处于城市化与水环境高度耦合的良好协调阶段，所采取的城市水环境污染控制措施发挥作用明显，维持了良好的水环境质量状态。整体而言，城市化发展初期对水环境的胁迫作用较显著，水环境明显下降之后，限制了城市的发展，在城市规划过程中，水环境污染控制措施的制定及实施成为重点，此后继续加强对水环境的保护，使得水环境对城市化的约束作用减弱，城市化水平持续提高。同时，在城市化与水环境的高度耦合阶段，应提高对水环境安全的预警能力，预防水危机爆发，这对于促进城市化与水环境良好协调发展至关重要。

作者：陈彤任丽军单位：山东大学环境科学与工程学院