刘庆广，刘 义，徐孝笑

(1.合肥学院 旅游与会展学院，安徽 合肥 230601；2.合肥学院 生物食品与环境学院，安徽 合肥 230601)

城市化与生态环境之间的关系研究是近年来国内外研究的热点[1-5]。自改革开放以来，我国的城市化快速发展，城市化率由1978年的17.9%增长到2018年的58.59%，城市化水平不断攀升。城市化是一把“双刃剑”，一方面，城市化促进经济发展，改善人民生活；另一方面，早期城市化过度侧重于发展速度[6]，人类活动对周围生态环境造成现实的破坏和潜在的威胁[7]。自然资源难以满足城市发展需求，使得生态环境问题日益严重[8]，特别是城市用水需求增加、水质污染等问题突出[9]。水环境涉及人类生产和生活的各个领域，易被污染，但水环境治理一旦成功受益群面广，受众主体多[10]。近年来滁州市城市化建设快速，水资源缺乏重视，面临威胁，特别是城市供水压力大，污染防治不到位。诸多学者通过建立耦合模型来研究二者之间的关系，如Bhaskar,A.S.等基于城市增长模型和水文模型分析了巴尔的摩都市地区的城市发展和水资源之间的相互作用[11]。尹风雨等借助耦合模型分析发现我国城镇化发展与水资源耦合协调水平逐年提升[12]。熊东旭等利用耦合协调度模型对南京市2000—2012年的城市化与水资源交互耦合进行分析[13]，发现其总体发展态势良好。本文基于滁州市城市化发展及水环境质量建立耦合模型，研究其内在规律，分析和判断二者协调发展关系，从而为城市规划、水环境保护以及城市可持续化发展提供借鉴。

1 研究区概况

滁州市位于安徽省东部，处在30°51′N～33°13′N、117°10′E～119°13′E之间，面积约为1.35万平方公里。地理位置优越，交通便利，紧邻南京，是南京“一小时都市圈”主要成员、安徽省重点推进的工业发展和经济建设的城市之一。滁州市地处江淮丘陵地带，属于亚热带湿润性季风气候，雨热同期，全市年平均气温在15.0～15.7 ℃，多年平均降水量在980.0～1050.0 mm。地势西高东低，最高处海拔为399.2米，地貌以山区、丘陵为主，兼有平原、圩区、湖泊。土壤类型主要为水稻土、黄褐土。以种植水稻、油菜和小麦为主，植物类型主要是亚热带常绿阔叶林植物。

滁州，三国时期称“涂中”，源于“涂水”(滁河)，隋初正式设立“滁州”建制。现辖天长市、明光市、来安县、全椒县、定远县、凤阳县琅琊区、南谯区等2市2区4县，2018年末常住人口约411.4万人。名胜古迹众多，现有国家森林公园4座，市级以上文物保护单位59个，各类景区40多处。滁州市作为安徽省首家电子信息产业基地，经济发展水平不断提高，2018年实现GDP约1801.7亿元，总量省内第5，增速省内第3；城镇居民人均可支配收入31230元，城镇居民恩格尔系数为30.8%。

图1 滁州市区位图

2 水环境和城市化协调发展评价方法

2.1 指标体系与数据来源

“协调发展”是多个因素、多个方面、多角度、多层次的综合发展[14]，注重事物在发展过程中的协调统一和共同进步。城市化与水环境之间存在着耦合、互动的关系[15]，本文参考已有研究成果[16-18]，结合滁州市实际情况，从人口、经济、社会及空间等方面观察城市化发展水平。基于“压力-状态-响应”(P-R-S)模型，从水环境的压力、状态及响应情况观察城市水环境。采用频度分析法建立城市化与水环境综合评价指标体系，优选指标，遵循可比性、整体性、层次性、可操作性和完备性等原则[19]，最终确定14项指标(表1)。数据来自于滁州市各年统计年鉴、国民经济和发展公报、水资源公报等。

表1 评价指标体系

2.2 数据标准化处理

为了减少数据量纲、变异程度和数值大小对结果的影响，本文采用min-max标准化处理[20]。正向型指标变换公式为：

(1)

逆向型指标变换公式为：

(2)

公式中，Xij是指标数值；X′ij是Xij的标准化值；maxXj和minXj分别是数据的极大值和极小值。标准化处理后的数值在0～1内。

2.3 指标权重和综合水平指数的确定

由于城市化、水资源各指标所代表意义不同，重要性(权重)不同，本研究基于AHP法确定每项指标权重(表1)[18，21]。采用线性加权法得到城市化综合水平指数f(x)与水资源综合水平指数g(y)。其公式为：

(3)

(4)

式中，ai，bj是所选取的指标权重；xi，yj为各指标值的标准化数值。

2.4 耦合度模型及耦合类型判断

充分考虑城市化和水资源交互耦合的动态性、不平衡性的特征，并结合滁州市实际情况，参考刘耀彬[15]提出的协调发展度模型，构造了反映两个子系统的整体“功效”与“协同”效应的耦合协调度模型[21]。

城市化与水环境耦合度C模型可衡量二者的耦合水平(表2)[21]，环境与经济耦合计算模型公式为：

(5)

公式中C∈(0,1)，C值越大越协调；k为调节系数，且2≤k≤5。

2.5 协调度模型及等级划分

城市化与水环境耦合协调度的判断表达了二者的协调程度[21]。其判断公式为：

(6)

T=αf(x)+βg(y)

(7)

公式中，D为协调度，C为耦合度，T为综合评价指数；α、β为待定权数，本文取值均为0.5。T∈(0,1)，D∈(0,1)。

表2 耦合度判断类型

表3 协调度划分标准

3 城市化与水环境现状分析

3.1 滁州市城市化发展

3.1.1 人口城市化

人口城市化是农村人口向城市地区迁移，农业人口转变为非农业人口的过程。非农业人口比重、第三产业从业人数比重能够反映一定人口城市化发展水平。2005—2017年，滁州市户籍人口不断增长，由435.6万人增长到454.3万人；非农业人口比重的变化存在波动性(图2)，2015年之前保持稳定状态，2015年比重加快增加，2017年达到30.54%，为最高水平；第三产业从业人数由53.1万增长到98万，平均每年增长3.74万人，占就业总人数比重由22.5%增长到33.6%，曲折上升(图3)。

图2 2005—2017年非农业人口比重

图3 2005—2017年第三产业从业人数比重

3.1.2 经济城市化

经济城市化是随着社会生产力的发展、人类生活需求的提高，人类经济活动不断向城市集中、经济发展结构不断非农业化的过程。地区生产总值与第三产业比重可作为衡量经济城市化水平的指标。2005—2017年，滁州市经济实力得到较快发展，地区生产总值逐年增长，由317.35亿元增长到1604.39亿元，平均每年增长107.25亿元；人均生产总值由7773元增长到39517元，增长了4倍；第三产业比重变化波动性较强，2007年比重开始滑坡，2013年开始回涨，呈现“U”字变化(图4)。

图4 2005—2017年地区生产总值与第三产业比重

3.1.3 空间城市化

空间城市化是指城市发展进程中随之产生的农村、郊区等地域的土地、环境、空间等向城市变化的现象。空间城市化主要体现在建成区面积、人均公园绿地面积及人均拥有道路面积等方面。2005—2017年，滁州市城市建设快速发展，建成区面积(图5)由37平方公里增长到252.42平方公里，平均每年增长17.95平方公里；城市宜居性不断提高，人均公园绿地面积由3.4增长到13.9平方米，增长了约3倍；人均道路面积由13.1平方米增长到41.2平方米，增长了约2.15倍。

图5 建成区面积变化

图6 人均公园绿地面积/道路面积变化

3.1.4 社会城市化

人民生活水平包括收入水平、富裕程度等方面与城市化进程的匹配程度体现社会城市化的质量。2005—2017年，滁州市城镇居民恩格尔系数由43%降至33.2%，由小康水平过渡到富裕水平；城镇居民支配收入由8337元增长至28612元，表明居民生活水平得到提高(图7)。

图7 2005—2017年城镇居民可支配手与恩格尔系数

3.2 滁州市水资源环境发展

3.2.1 水资源水平

滁州市水资源总量空间分布不均，2017年人均水资源量1243.7 m3，其中全椒县2013.4 m3，全市最高；凤阳县744.6 m3，全市最低。全市已建成1192座水库，总蓄水能力约28.64亿m3。2005—2017年，滁州市水资源总量变在32.46～63.55亿m3范围内起伏变化；市区供水总量由3062万吨增长到7261万吨，增长了约1.27倍，2010—2014年增速较快(图8)。

图8 2005—2017年水资源总量与市区供水总量变化

3.2.2 水资源压力

随着城镇人口增多、工业迅速发展，城市用水需求剧增，又因人为原因导致地表水污染严重，滁州市水资源供需矛盾明显。大量生产生活污水排入池河、滁河等河流中，河流污染严重。水产养殖、农业种植中普遍使用饲料、化肥和农药，地表环境恶化。2005—2017年，滁州市工业废水排放量先增后减，2009年排放量最多，达到9145.21万吨，2017年最低，为2360.47万吨；年入河污水量有所增加，由1.51亿吨增长到2.64亿吨；城市人均生活用水量变化形似“W”，变化区间在118升至169升。

图9 工业废水排放总量

图10 人均生活用水与入河污水量

3.2.3 水资源治理

滁州市多数水利工程使用期较长，常年失修，部分设施存在问题，规划不合理、施工不规范，水利工程

图11 排水管道密度与城市污水处理率

难以发挥作用。农业生产多采用传统的种植和灌溉方式，耗水量大；工业生产中节水效率低，水资源利用率不足。2005—2017年，滁州市排水管道密度逐年增长，由每平方公里7.4公里增长至23.2公里，增长了约2.13倍；城市污水处理率先降后增，2010年后保持处理率90%以上的水平。

图12 环境方面投资

4 结果分析

本文根据滁州市城市化、水资源相关数据，经数据标准化处理、公式3—7计算，分别得到城市化综合水平指数、水环境综合水平指数、耦合度C以及耦合协调度D等结果，并依据耦合度等级划分、耦合协调度划分标准划分滁州市城市化与水环境的耦合度与耦合协调度(表4)。

表4 滁州市城市化和水环境耦合结果表

图13 城市化与水环境耦合计算结果

4.1 滁州市城市化综合水平指数分析

结果表明，2005—2017年滁州市城市化综合水平指数逐年增长且取得较快增速，由2005年的0.0772增长到2017年的0.7612，13年间增长了约8.86倍。2013年指数为0.5467超过0.5，城市化开始较高水平发展。相邻年份之间增速相近，2010年及以前增速较快，增速在20%以上，2008年增速最大，约64%，2011年之后增速放缓，特别是2016年指数超过0.7后维持水平。该结果表明滁州市过去13年城市化发展较快，人口、经济、社会、空间城市化均有进步，经济发展水平有所提升，基础设施得到完善，产业结构、城乡格局等方面得以优化。从城市化综合水平视角来看，滁州市城市发展前期较好，可推动建设皖苏中心城市。

4.2 滁州市水环境综合水平指数分析

结果表明，2005—2017年滁州市水环境综合水平指数变化波动性上升，数值波动范围在0.4039～0.7429之间。2007—2010年、2012—2013年以及2017年水环境综合水平下降，其可能与2007年淮河大水、2008年受热带低压“凤凰”影响，暴雨致灾，2012、2013年属偏枯年份，降水偏少，2017年遭遇特大暴雨，城市污水排放等因素有关，这反映了水环境综合水平的极不稳定性，不仅受自然条件限制，还受人为因素影响。该结果表明城市水环境亟待优化，需提高城市污水处理水平；加大水环境修复力度；增强工农用水及生活用水供水能力。水环境不是与城市化同步变化，甚至会因城市化发展而变差，正确认识水环境的特殊性，提高水资源的水平，减轻水资源压力，加强水资源治理。

4.3 滁州市城市化与水环境耦合度及耦合协调度分析

结果表明，2005—2017年滁州市城市化与水环境耦合度、耦合协调度均呈现增长趋势。耦合度数值方面，2009年之前高速增加，由2005年的0.2688增长到2008年的0.7792；2009年之后保持0.96以上的高值。从耦合度类型来看，2005—2006年属低水平耦合，2007年属拮抗阶段，2008年属磨合阶段，2009—2017年属高水平耦合，2016年达到良性共振耦合，表明经过多年发展，自2009年开始，滁州市城市化与水环境的耦合不断提高，已经达到高水平耦合。耦合协调度同样增长较快，且经过阶段较多，2005—2007年属极度失调阶段，2008—2009年属中度失调阶段，2010—2013年属初级协调，2014年属中度协调，2015—2017年属良好协调。表明自2010年开始，滁州市城市化与水环境的关系已经处于协调发展。特别是2009年后滁州市城市化与水环境高水平耦合期间，经由中度失调、初级协调、中度协调逐步过渡到良好协调，2014年后处于较高水平的协调发展。水环境已经成为城市化的重要内容，城市化也成为水环境健康发展的契机与动力。

5 滁州城市化与水环境协调发展的建议

本文基于环境定量与耦合机制探讨了2005—2017年滁州市城市化和水环境现状及其协调发展程度，根据分析，结合现阶段滁州市城市规划背景，提出提高民众节水意识、兴修水利设施、调整产业结构、完善水环境法规体系，加强水污染管理等有益于城市化与水环境协调发展的建议。

5.1 加强节水宣传，提高节水意识

通过讲座、海报、网络等形式加强节约用水的宣传和教育，增强民众对节约用水必要性的认识，提高节水意识。生活用水方面，提倡一水多用，从细节做起，培养节约用水的习惯；工业用水方面，引进先进生产技术，革新落后且高耗能设备，减少工业耗水量；农业用水方面，推广节水农业，减少大面积浇灌，提供技术和资金支持，发展现代农业，采用喷灌或滴灌技术减少灌溉用水；城市居民生活方面，自来水供应部门定期检查运输管道，避免管道损耗浪费水资源。

5.2 兴修水利，加强水利工程的修缮和建设

科学规划、兴建水利工程，提高水库调蓄能力，保证供水工程的供水效率，同时开发新建水利工程的供水能力，保证城市用水供应。滁州市目前的水库年代久远，应尽早维修或重建，以发挥其应有的价值。加强城市水污染处理工程建设，不断改进污水处理工艺，实现污水达标排放和再利用。结合现代化科技，发展现代农业，提高农业生产效率，引导农民使用高效环保的新型化肥，改变种植结构，发展绿色农业。

5.3 充分发挥政府的职能，加强水污染防治

加强水环境保护，防、治、护相结合，全方位、多方面监管。加强水环境质量监测，对排污企业实时监控和管制，在排污口布置监控点，从源头上遏制污染；鼓励污水处理等环保企业的发展，高耗能、重污染的企业应当革新污水处理工艺，达标排放；控制农业污染，规模养殖场的粪污水进行资源化处理；严格监管，争取饮用水水源地“0”污染，保证居民用水安全。对滁河、白塔河、襄河、清流河等河流重点治理。

5.4 健全配套法规政策，加强水环境监管

完善当前滁州市水资源的法规体系，严格规范水资源开发建设，严格监督、管理正在建设或将要建设的水利工程；对企业实行严格的污水排放制度，打击环境违法行为，惩处、取缔非法排污企业；加强对企业的监管，发挥民众的监督作用，奖励举报有功者，提高社会监督效力；实行水资源“三条红线”管理；完善水资源的管理和执法人员队伍建设；研究并建立水资源管理体制、水补偿机制等，保证城市用水的供需平衡，促进水环境的健康发展。