塔里木河流域城市化与水资源利用关系研究

塔里木河流域城市化与水资源利用关系研究

区域发展模式往往取决于区域的性质和结构，这对区域发展方向有着深远的影响。发达国家把循环经济作为区域发展优选模式,我国东部地区已形成以优化产业结构为核心的发展模式。对于欠发达的西北干旱区而言,一般有两种区域发展模式可供选择:农业扩张或城镇化。农业和畜牧业扩张往往会导致沙漠化程度的加重,而城市发展却可以在一定程度上减轻沙漠化的危害。城市化过程不仅包括城市人口和城市数量的增加,也包括城市的进一步社会化、现代化和集约化。人口的增加和经济社会活动的加强,导致城市用水量的增加,城市用水量的增加又会引起区域水资源格局的变化,这种变化会影响城市化进程,而且影响城市周围的生态环境,生态环境的变化又会反过来影响城市化。因此,水资源利用变化对城市化有着深远的长期影响。国内外探讨城市水资源利用的研究文献诸多。KaterinaDonevska等人分析了马其顿王国当前农业和非农业用水需求状况,从农业、市政、工业、能源用水等角度来分析水资源的供需平衡以及区域水资源冲突产生的原因;RuthMeinzen—Dick通过分析水资源不同利用方式的经济效益,来探讨水资源对城市发展的约束与限制作用。对水资源约束下的西北干旱区城市化进程,方创琳、乔标、李铭、鲍超等做了较多的研究,分析了城市化水平与水资源利用关系,探讨了与水资源约束相适应的城市化发展模式。目前,研究区域主要集中在河西走廊,对于极端干旱气候下的塔里木河流域城市化与水资源相互关系的研究仍少有人涉猎。塔里木河穿行在塔克拉玛干沙漠和库鲁克沙漠之间中国西部最干旱的一隅,是保障塔里木盆地绿洲经济、自然生态和各族人民生活的生命线,是生态环境变化的敏感地区,也是全球变化研究的关键区域之一。近50a来,在人类活动的作用下,塔里木河流域水环境与自然生态过程发生了显著变化,源流区土壤次生盐渍化加重,干流来水量减少,下游河道断流,沙漠化过程加剧。在我国实施西部大开发战略和城镇化战略的过程中,推进城市化进程是塔里木河流域减轻生态压力、克服生态脆弱劣势和高效利用资源的必然选择。分析城市化与水资源利用的关系,对加快塔里木河流域城市化和工业化进程、实施国务院32号文件,以及全面建设小康社会具有重要的现实意义。通过定量比较与分析,对塔里木河流域典型区域1990—2005年城市化过程和水资源利用进行规律性的基础研究,探讨极端干旱条件下城市化与水资源利用之间的互动关系。主要研究目标为:①分析水资源利用总量与城市化水平、产业结构之间的关系;②城市化水平与用水效益之间的关系;③水资源利用与城市化进程的相互作用关系。1典型城市水文化研究塔里木河流域是环塔里木盆地的阿克苏河、喀什噶尔河、叶尔羌河、和田河、开都-孔雀河、迪那河、渭干河与库车河小河、克里雅河以及车尔臣河等9大水系144条河流的总称,由于人类活动与气候变化等影响,20世纪40年代以前,车尔臣河、克里雅河、迪那河相继与干流失去地表水联系,40年代以后喀什噶尔河、开都-孔雀河、渭干河也逐渐脱离干流。目前与塔里木河干流有地表水联系的只有和田河、叶尔羌河、阿克苏河3条源流。此外,从1976年起孔雀河通过扬水站从博斯腾湖扬水经库塔干渠向塔里木河下游供水,形成了现在塔里木河“四源一干”的格局。“四源一干”流域面积占流域总面积的25.4%,多年平均年径流量占流域年径流总量的64.4%,对塔里木河的形成、发展与演变起着决定性的作用。但叶尔羌河1994—2003年的10a时间只有在1994年一年有水补给塔里木河干流,而这一年叶尔羌河水量105.14亿m3,补给干流水量2.6亿m3,源流利用量达到97.5%,叶尔羌河对塔里木河干流水资源补给的作用正在丧失,这与近些年来的社会经济发展和城市化过程有着密不可分的关系。对塔里木河流域典型区域城市化与水资源利用的相互关系的对比分析,有助于更清晰地把握城市化进程中水与城市的相互协调变化。选取分别位于和田河、叶尔羌河、阿克苏河、开都-孔雀河四源流上的和田市、喀什市、阿克苏市、库尔勒市作为研究对象,以此来反映流域的整体情况。在水资源约束下4个城市的经济发展和城市化进程具有代表性,是塔里木河流域的典型城市。和田市(含和田县),发育于和田河上的“和墨洛绿洲”,社会经济较发达且是和田地区的中心城市,以绿洲灌溉农业为主体。喀什市是喀什噶尔平原绿洲区的经济、政治和文化中心,城市经济以旅游业和农业为主。阿克苏市是阿克苏河源流区惟一一个人口大于50万的城市,是典型的绿洲农业城市。库尔勒市是开都-孔雀河源流重要的工业城市,石油产业发达,为南疆区域经济中心城市。采用1991—2006年新疆统计年鉴,和田市、喀什市、阿克苏市、库尔勒市的水利年报和统计年鉴中的数据,比较分析1990—2005年城市化和用水变化过程及关系,判别水资源对城市化进程的约束程度。2评价水资源利用状况衡量区域城市化发展水平的指标主要有人口城市化水平、经济城市化水平、社会城市化水平和生活方式城市化水平。评价水资源利用状况主要通过用水总量、人均用水量和用水效益3个方面体现。选取能够反映城市化水平的非农业人口比重、三次产业结构,分别与反映水资源利用状况的用水总量和用水效益进行对比分析。2.1水系和水资源概况塔里木河流域4个城市中(表1),和田市城市化水平最低,用水总量年均增长也最慢;阿克苏市城市化水平年均增长率最高,其用水总量也最多;库尔勒市城市化水平最高,但用水总量年均增长率最慢(和田市除外);喀什市用水总量年均增长率最高,而城市化水平呈下降趋势。塔里木河流域及各市城市化水平波动过程与城市用水总量变化过程非常相近,城市化水平与水资源利用总量是相关的。和田市用水总量增加缓慢,城市化进程也慢,绿洲城市化水平受到水资源的约束较强(图1)。由于降水和温度变化的影响,源流区在近10a基本均进入丰水期,2005年塔里木河流域及各城市用水总量增加比平常年相对要多,从而城市化水平上升也较快。同时,源流区进入丰水期也增加了洪灾发生的频次,近10a来洪灾最重的年份依次为:1996年、1999年、1998年,径流量虽增加,但很大一部分为难利用的洪水,导致20世纪90年代末用水量下降,从而城市化水平也下降。从图2可以看出,阿克苏市与塔里木河流域的城市化水平、用水总量2005年以前大体接近;城市化水平最低的和田市,其用水总量却高于城市化水平最高的库尔勒市与喀什市。塔里木河流域的用水量2001年以前随城市化水平先上升后下降,不是由于对水资源的需求先上升后下降造成的,而是由于进入干流水量不足而不得不降低用水的结果,水资源是否充沛关系到流域城市化进程的快慢。城市化进程快慢主要取决于城市化驱动力和制动力的大小,资源开发和交通是城市兴起的首要驱动力,产业集聚力弱和水资源短缺是城市发展缓慢的重要制动因素。总的来看,塔里木河流域交通不发达,工业基础薄弱、规模较小,城市发展在驱动力不足的情况下,又受到水资源约束力的阻滞,使得上升速度趋缓。2.2水保产业结构水资源利用与城市化的关系,从产业结构的变化过程也可以清楚的看出,就世界平均用水结构而言,农业用水占55%,工业和城市用水分别为22%和7%。产业结构与用水结构不同,处于干旱缺水的同一流域的各城市其水资源利用量也不同。塔里木河流域1990年GDP为23.13亿元,3次产业结构为30.14∶29.07∶40.80;到2005年GDP为341.32亿元,3次产业结构为9.80∶64.55∶25.64。塔里木河流域3次产业结构由“三、一、二”型调整为“二、三、一”型(图3),主要贡献份额为库尔勒市的石油产业,库尔勒市3次产业结构变化比较相近,用水量的增加主要用于采掘业和石油加工业,但是全流域的3次产业结构总体上为“二、一、三”型,仍属低层次水平,水资源利用方式粗放。与和田市和阿克苏市相比,库尔勒市主要发展工业,用水增加相对较少;喀什市已进入集约农业阶段,水资源消耗量也较少。而阿克苏市由于水资源条件和相对区位优势,产业结构呈“一、三、二”型,2004年以前农业比重一直高于工业,水资源利用方式粗放,农业灌溉用水挤占了塔里木河下游的生态环境用水,同时加大第三产业发展的力度,一定程度上促进了GDP的增长。经济规律证明,随着产业结构升级,水资源的作用强度会逐渐减弱。塔里木河流域今后需深入调整产业结构,提高水资源利用率,缓解水资源对产业发展和城市化进程的约束强度。2.3城市化水平与用水效益函数产业结构不同决定用水结构不同,从而用水效益也不同。和田市、阿克苏市2005年产业结构分别为“三、一、二”、“三、二、一”结构,但2004年以前农业产值高于工业,以灌溉为根本的绿洲农业是其经济发展的基础,同时也是区域用水大户。和田市与阿克苏市用水效益低的深层次原因是其产业结构层次低,两城市单位水量农业产值虽然不断提高,但仍远远落后于单位水量工业产值,从而使单方水的经济密度很低。喀什与库尔勒市城市化水平最高,但用水总量却是4个城市中最少的,少量的水资源在适当的范围进行用水结构的调整,喀什市用于集约节水农业、库尔勒市用于石油加工业,使得单位水量产值较高。塔里木河流域及各市城市化水平与用水效益折线散点图(图5)表明:①城市化水平的高低排序为:喀什市>库尔勒市>塔里木河流域>阿克苏市>和田市,用水效益高低的排序为:库尔勒市>喀什市>塔里木河流域>和田市>阿克苏市,基本上是城市化水平越高的地市,用水效益越高。阿克苏市之所以出现反常情况,是因为阿克苏市位于塔里木河上游,阿克苏河径流量比较丰富,取水条件相对较好,农业灌溉用水粗放,造成水资源的低效利用,使得用水效益低于城市化水平最低的和田市;②城市化水平上升最快的城市为阿克苏市,其次为和田市,库尔勒市城市化水平上升最慢,喀什市城市化水平呈下降趋势;用水效益增加最快的城市为库尔勒市,其次为喀什市,和田市、阿克苏市的用水效益增长最慢。说明和田市、阿克苏市城市化水平的提高是在低用水效益水平下进行的,长此以往,水资源必将对其城市化产生较大的制约。为进一步说明塔里木河流域及各市用水效益随城市化水平的增长提高情况,采用历年城市化水平与用水效益数据进行回归分析,得出城市化与用水效益的函数相关关系(表2)。从表2可以看出,各市城市化水平与用水效益呈线性增长关系(阿克苏市线性回归方程未通过95%的显著性检验),相关系数都在0.5以上(阿克苏市除外)。而且这种关系放在更大尺度的塔里木河流域上时,表现更明显(相关系数达0.73)。从各回归方程的系数可以看出,城市化水平每上升一个百分点,用水效益增加的情况为:阿克苏市>和田市>喀什市>塔里木河流域>库尔勒市。阿克苏市虽然用水效益提高很快,但用水效益低的产业受到了一定程度的限制,城市化进程更为缓慢。由于水资源约束力的存在,塔里木河流域必须改变传统的城市化和经济发展模式,保持城市化的快速发展,提高用水效率,减少城市化进程中的水资源消耗,尽快实现需水零增长。3城市化水平与水资源量增长的关系为分析城市化水平与水资源利用的关系,建立它们之间的函数关系。根据周一星、宋建军等对城市化水平与经济发展对数曲线、水资源利用与经济发展幂函数关系的分析,城市化水平与水资源利用呈现对数增长关系:Y=a+blnXY=a+blnX式中:Y为城市化水平(%);X为用水总量(万m3),此模式在西北干旱区河西走廊用水基本自由增长、水资源约束强度较小的条件下得到了验证。鉴于塔里木河流域及各市2005年以前用水总量变化较有规律性,采用1990—2004年的城市化水平与用水总量数据,分别对塔里木河流域及各市城市化水平与用水总量进行相关分析(表3)。从表3可以看出,除喀什市与阿克苏市外,塔里木河流域及其他两市的拟合方程均未通过95%的显著性检验,说明塔里木河流域的城市化水平与用水总量之间不表现为对数增长关系。因为,塔里木河流域及各市用水总量除2005年显著增加外,自1998年开始是下降的,使得用水总量与经济发展的关系,不再表现为幂函数增长的关系,城市化水平与用水总量之间也不表现为对数增长的关系,而是表现出水资源对城市化进程的强力约束关系。只有个别受水资源约束不是很强的城市其城市化水平与用水总量呈现对数增长关系,如喀什市与阿克苏市,相关系数分别为0.891、0.872,为高度相关。塔里木河流域与河西走廊虽然同处我国西北内陆干旱区,但二者自然、地理环境、社会、经济等方面存在很大的不同,使得塔里木河流域城市化水平与水资源利用不呈现河西走廊的对数增长关系。塔里木河流域位于我国第一大沙漠——塔克拉玛干沙漠,降水量稀少,蒸发强烈,年均降水量只有45.25mm,蒸发量为2263.1mm,年蒸发量一般是年降水量的50倍左右,是全国最干旱的地方。交通的发展是改变经济活动区位优势的重要因素之一,交通的发达程度决定了各地理单元空间相互作用的广度与深度。目前欧亚大陆桥纵贯河西走廊将近1400km,串联了其中大部分城市,路区接触系数达53.0km/万km2,提高了其交通区位优势,增强了产业集聚力,从而带动经济的发展,促进城市化进程。而环塔里木盆地的塔里木河流域是新疆交通可达性指数的低值区,交通基础设施建设和经济发展处于不平衡、不协调的状况,产业集聚力弱,城市发展驱动力不足,同时受强力水资源约束,城市化进程缓慢。4建立集约的水资源利用体系,缓解水1)比较分析塔里木河流域及各市城市化水平、用水总量、产业结构、用水效益变化过程,可知塔里木河流域城市化水平逐年提高,用水效益在加强,用水总量不断增加。水资源不足对城市化进程存在明显的约束作用。2)城市化水平与用水效益呈线性增长关系。塔里木河流域及各城市用水效益都在不断提高,基本上是城市化水平越高的城市用水效益也越高。因此,加快城市化和工业化进程,是提高用水效益、实现流域可持续发展的必要途径。3)在河西走廊得到验证的城市化水平与用水总量对数增长模型并不适用于塔里木河流域。因为受当地极端干旱气候、用水结构不合理和交通可达性低等影响,水资源对城市化进程的约束作用比在河西走廊更强,塔里木河流域的城市化水平与用水总量之间不表现为对数增长关系,二者之间存在着更加错综复杂的矛盾与胁迫。4)根据塔里木河流域及各市城市化水平与水资源利用变化过程的比较分析,将两者的相互关系进行阶段划分:①初级矛盾阶段(和田市)。城市发展处于初期,城市化水平低,用水总量低,用水效益低,以水资源适应城市发展为主。②扩张