城市水資源利用與城市化的關系

高桂芝1，劉俊良2，田智勇3，劉興坡3?
( 1.哈爾濱工業大學市政環境工程學院，黑龍江哈爾濱溝通15 0090；
2.黑龍江中龍醫藥集團，黑龍江哈爾濱 150080；3.北京工業大學建筑工程學院，北京100022)

　　摘　要： 以河北省為例對城市水資源的開發狀況與城市化進程的相互關系進行了研究，并建立了數學模型，以期為城市可持續發展戰略決策提供科學的理論依據。
　　關鍵詞：水資源利用；城市化；可持續發展
　　中圖分類號：TU984
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2002)02-0032-03

　　城市化是世界各國發展的共同趨勢，而城市缺水也成為全球關注的問題。由于城市化對水資源會產生重大影響(使城市供水不足、影響工業生產和人民日常生活、導致地下水超采、引發一系列環境地質問題等)，因而研究城市水資源利用與城市化之間的關系勢在必行，這對城市用水健康循環和保證城市可持續發展具有深遠的戰略意義。

1 城市化的含意

　　城市是自然資源短缺、生態環境脆弱的區域，其高度密集的人口和發達的社會經濟活動導致用水與排水負荷都比較高，如果水污染控制措施跟不上，則城市水環境惡化將難以避免。
　　城市化是一個涉及全球的經濟社會演變過程，也是工業化的必然結果。城市化不僅包括城市人口和城市數量的增加，也包括城市的進一步社會化、現代化和集約化。?
　　城市化意味著基礎設施相對完備，居民用水便利，公共市政用水量(如綠地、消防等)也高于小城鎮或農村地區。因此，城市化將使人均生活用水量大幅度提高，城市化水平對生活用水的長期增長趨勢有極大的影響。?

2　水資源利用與城市化

　　由于城市化是一個復雜的動態過程，影響因素較多，而水資源的利用情況也同諸多因素有關，所以為了綜合地反映城市化與水資源的關系，需要分別建立兩個關于城市化和水資源的包含各自主要影響因素的綜合性指標。?
2.1 城市化進程參數
　　在影響城市化進程的諸因素中，由于城市化水平(以非農業人口計)、產業結構、服務設施、居民生活水平等4項指標具有代表性并具有易量化為數據變量的特點，因此選擇上述4項指標反映城市化過程，通過函數關系構成代表城市化程度的綜合性能指標——城市化進程參數，設：?
?　　　　Y=f(y1，y2，y3，y4)?
　　 式中?y1——城市化水平，即非農業人口/總人口
?　　　　y2——第三產業生產總值/國民生產總值，用以代表城市產業結構合理化水平
　　　　?y3——第三產業生產總值，用以代表城市服務設施水平
　　　　?y4——城市居民消費水平，用以代表城市居民生活水平
　　 現初步設定Y=y1·y2·y3·y4，以河北省為例的各項數據統計見表1。

表1　河北省城市化程度各項指標數值 年份 y1(%) y2(%) y3(億元) y4（元） Y lgY 1990 14.37 31.3 280.92 783 9893.40 3.995 1991 14.53 35.0 375.27 847 16164.45 4.209 1992 15.31 35.1 448.27 950 22884.72 4.360 1993 15.65 32.0 541.24 1089 29517.67 4.470 1994 16.17 31.2 682.46 1320 45448.10 4.658 1995 17.07 31.4 895.41 1686 80917.54 4.908 1996 17.75 31.5 1087.42 1925 117040.71 5.068 1997 18.22 31.8 1257.64 2151 156737.26 5.195 1998 18.60 32.5 1381.08 2207 184254.23 5.265 1999 18.97 33.3 1519.63 2312 221940.85 5.346 注：數據來源為《河北省經濟統計年鑒》，城市化水平統計口徑為非農業人口。

　　由表1數據作lgY隨時間變化關系曲線見圖1。

　　據表1、圖1分析，lgY隨時間呈線性增長關系(設K1=lgY代表城市化程度)。?
2.2　　水資源綜合利用指數
　　設想用某一綜合性指標X或X的簡單函數式來反映水資源的綜合利用情況，即X=f(x1，x2，x3，x4，x5)其中x1、x2、x3、x4、x5分別選用目前城市水管理中具有較強代表性的參數，即
　　?x1——100×年節水量/采水量
　　?x2——100×水資源費總額/采水量
　　?x3——100×工業用水重復利用率(含電力)
　　?x4——萬元產值用水量
　　?x5——100×污水處理率
　　?X?——城市水資源綜合利用參數
　　初步設定X=x1·x2·x3·x5/x4，以河北省為例，將各項數據列于表2。

表2　　河北省水資源綜合利用各項指標數值 年份 x1 x2 x3 x4 x5 X lgX 1990 8.835 6.087 84.190 207.54 4.90 80.36 1.905 1991 4.513 6.624 85.730 205.10 7.00 64.43 1.809 1992 6.420 8.690 86.020 181.07 11.20 231.07 2.364 1993 14.496 9.501 85.790 161.38 16.50 948.54 2.977 1994 12.897 9.425 86.800 154.25 19.00 1036.41 3.016 1995 15.805 8.949 86.880 144.16 18.70 1280.99 3.108 1996 35.028 10.368 86.740 135.76 26.57 5038.66 3.702 1997 26.731 13.259 88.100 127.08 29.94 6084.84 3.784 1998 21.800 18.730 88.510 106.22 30.52 10335.9 4.014 1999 31.190 27.200 90.450 101.100 34.100 21815.76 4.339

　　由表2數據作X隨時間變化關系曲線見圖2。

　　由表2、圖2分析可知，指標X基本符合理論設想條件，其增長率隨時間變化符合指數增長或冪增長規律。
2.3?X與K1關系模型
　　城市化與水資源內涵及二者之間的密切聯系可由K1與lgX和K1與X的關系曲線(見圖3、4)看出。

　　由圖3、4可知，K1與lgY和K1與X的線性關系最為密切，并可分別寫出二者的數學關系式K1=a+blgX和K1=a+bX)，其中a和b ?為直線方程中的參數。經數學演算擬合出二者的直線方程分別為：?
　　　　K1=3.103+0.53lgX，R1=0.970 6?
　　　?K1=4.49+0.55×10-4X，R2=0.793 7?
　　經比較相關系數R2＜R1，因此選用K1=3.103+0.53lgX作為反映水資源與城市化關系的相關曲線。由此不妨設K2=lgX為水資源綜合利用指數(綜合了城市用水、節水和污水處理等各項指標，具有典型代表性)，則K1=3.103+0.53K2。由于R1=0.970 6≈1.0，所以可以認為K1與K2呈線性完全相關。
　　由以上分析可知，上述假定參數滿足預期分析要求，并達到了尋求城市化與水資源關系的目的，兩擬定參數關系密切且對城市化進程和水資源綜合利用情況具有典型代表性，把二者內在的復雜關系用簡單的數學關系表示可為決策部門提供參考依據。?
　　城市規模與人均用水水平的關系比較復雜，并不呈現明顯的線性相關關系。一般地，若區域水資源條件比較均一，則城市規模愈大，市政和商業機構用水量愈大，從而導致人均城市生活用水量較高。另外，城市規模越大，管道煤氣或天然氣普及率越高，則家庭熱水器普及率也越高，家庭生活用水量也相對較高。但是，這種抽象的相關關系往往疊加在城市性質、供水設施完備程度、居民消費水平、所在地區的水資源條件、氣候條件等因素之中，致使統計數據體現不出上述關系。?

3　河北省城市發展的出路

　　改革開放以來，河北省城市總體水平有了較大提高，小城市和建制鎮的數量增加很快、發展也非常迅速。同時隨著社會經濟的發展，各種社會經濟活動對水的需求增大、水資源嚴重匱乏，而河北省又是資源型缺水省份，水資源短缺已成為制約城市發展的重要因素。
　　1999年河北省城市化水平只有26.8%，低于全國平均水平(30%)，而從世界各國城市化進程的規律來看，當城市化進入30%～50%的中期階段時，普遍會發生城市化進程加速現象。因此可以預見，今后二三十年內河北省城市化水平將有大幅度提高，從而對生活用水的增長產生重要影響。?
　　 水資源短缺條件下的城市發展出路在于：?
　　①在合理利用水資源的前提下，充分提高現有水資源的使用效率和效益。?
　　②開發、利用替代水資源，如工業冷卻采用氣冷代替水冷。?
　　③保護水資源，實現城市可持續發展。?
　　這是適應城市發展的水資源利用對策，反過來城市發展也要適應水資源短缺這一嚴峻形勢。為此，在城市發展中應堅持：
　　①城市規模?
　　認真研究城市水資源的可達終極容量，據此確定城市規模的界限。?
　　②城市布局?
　　擺脫傳統的城市概念，將城市放在區域范圍內考慮。在區域內以中小城市為核心，通過中心大城市與區域內中小城市發揮各自優勢，分工協同，城鄉結合，構成完整的區域經濟實體——城市組群。?
　　③生產力布局?
　　優先發展低耗水的高新技術產業，不再新建和擴建高耗水、污染擾民的工業，發展第三產業。調整產業結構，形成以高新技術輕型結構為主的工業體系。
　　總之，水資源短缺條件下的城市化發展應以質量提高為主，以實現城市經濟與水資源的協調發展。

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　　電　話：(0313)2021366?
　　收稿日期：2001-12-13