贵州喀斯特山区城镇化与水资源耦合协调发展演变及影响因素分析
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摘要：基于贵州省2001-2017年的统计数据，构建了城镇化与水资源系统综合评价指标体系，采用耦合协调度模型分析两者耦合协调关系及其时空演变特征，并运用障碍度模型揭示其主要影响因子。结果表明：（1）2001-2017年贵州省城镇化与水资源耦合协调度由2001年0.2687提高到2017年0.5800，耦合协调类型由中度失调城镇化滞后型转变为勉强协调水资源滞后型。（2）市级层面选取的5个典型年份中，耦合协调类型由轻度失调城镇化滞后型为主转为勉强协调水资源滞后型为主。（3）各市州主要障碍因子演变中属于城镇化系统指标因子的障碍度降低，属于水资源系统指标因子的障碍度明显提高，其中人均城镇废水排放总量的影响特别突出，且障碍度数值也逐年增大。未来需要高度重视水资源的保护与优化配置，研究结果可以为贵州省新型城镇化与水资源协调发展提供参考。
关键词：城镇化；水资源；耦合协调；障碍度；贵州省
贵州喀斯特山区城镇化与水资源耦合
协调发展演变及影响因素分析
周子琴1,2  曾佳丽1　李青松1　苏维词1，3
（1.重庆师范大学地理与旅游学院，重庆 401331；2.重庆市铜梁中学校，重庆 402560；3.贵州省山地资源研究所，
贵阳 550001）
Study on the Coupling and Coordinated Development of Urbanization and Water Resources in Guizhou
Karst Mountain Area
ZHOU Ziqin 1,2,  ZEN Jiali 1, LI Qingsong 1, SU Weici 1,3
(1. School of Geography and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China ; 2.Chongqing Tongliang high school, Chongqing 402560, China ; 3. Institute of Mountain Resources and Environment in
Guizhou Province, Guiyang, Guizhou 550001, China)
Abstract ：Based on the statistical data of Guizhou Province from 2001 to 2017, a comprehensive evaluation index system for urbanization and water resources systems was constructed, and the coupling coordination degree model wa
s used to analyze the coupling coordination relationship between the two and their temporal and spatial evolution characteristics, and the obstacle degree model was used to reveal its main impact factors. The results show that: (1) The degree of coupling coordination between urbanization and water resources in Guizhou Province from 2001 to 2017 increased from 0.2687 in 2001 to 0.5800 in 2017, and the type of coupling coordination changed 资助项目：贵州省科技支撑计划项目（黔科合支撑S[2020]4Y008号）、国家自然科学基金项目（42161052）作者简介：周子琴，硕士，研究方向为水资源开发与保护。通讯作者：苏维词，研究员，主要从事生态环境与城市地理、区域可持续发展研究。
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城镇化是现代经济社会发展的一种必然趋势，水资源作为一种基础性的自然资源，其总量多少、分布状况以及开发利用水平对城镇化可持续发展有重要影响。贵州省是我国城镇化发展水平相对较低的省份，2018年城镇化率为47.52%，低于全国平均水平12.06个百分点。贵州省喀斯特地貌发育典型，出露面积占比达到61.9%，是全国喀斯特地貌发育最典型的
省份之一，受该类地貌独特的“二元三维”空间结构的影响，地表崎岖破碎、地表水资源渗漏严重，水资源具有开采难度大、调配困难、利用效率低的特点，过去长期存在突出的“工程性缺水”问题，使得水资源成为喀斯特山区城镇发展的重要约束条件，阻碍城镇化进程的快速推进和高质量发展。因此，研究城镇化与水资源间的耦合协调关系及主要影响因素，对促进二者的可持续发展具有重要参考意义。
目前国内外学者就城镇化与水资源之间关系进行的研究
from a moderately unbalanced urbanization lagging type to a barely coordinated water resources lagging type. (2) In the five typical years selected at the municipal level, the main type of coupling coordination has changed from a lightly unbalanced urbanization lagging type to a barely coordinated water resource lagging type. (3) In the evolution of the main obstacle factors in each city and state, the obstacles belonging to the urbanization system indicator factors have decreased, and the obstacles belonging to the water resources system indicator factors have increased significantly. The impact of the total urban wastewater discharge per capita is particularly prominent, and the value of the obstacles is also increase year by year. In the future, it is necessary to attach great importance to the protection and optimization of water resources. The research results can provide references for the coordinated development of new urbanization and water resources in Guizhou Province.
Keywords ：urbanization; water resources; coupling coordination; obstacle degree; Guizhou Province
较多，如Nagy 等以Florida Gulf Coast 为研究对象，分析了城镇化对河流水文和水质的胁迫作用，认为城镇土地开发对沿海生态系统构成威胁，且未来沿海流域的河流可能会进一步退化[1]。K.M.Ibe 等通过确定特乌埃里市区及其周边地区进行地表水和地下水的污染水平，试图说明污染水平、人口密度、工农业活动之间的关系，强调城镇化和水资源保护的影响[2]。此后，人们对城镇化与水资源的研究更加侧重二者的相互影响及关系演变，并主要通过建立耦合模型来分析两者间的相互作用关系[3-7]，张胜武等运用灰关联分析法研究了石羊河流域城镇化与水资源环境系统耦合度的时序变动以及各县（区）的空间差异[8]；焦士兴等构建河南省城镇化与水资源协调发展的综合评价指标体系和响应关系模型，探究了河南省水资源综合利用对城镇化的响应关系，并指出应预防水资源成为城镇化发展的限制性因素[9]；张凤太等探讨了贵州省
水资源与经济社会系统的耦合协调关系，并从时空角度总结了分异变化规律[10]。在水资源可持续利用模式研究方面，魏鸿提出了需水零增长模式，从理论上指出解决水资源危机的思路[11]；史运良等提出在喀斯特地区应因地制宜，充分考虑其特殊的地形地貌特征，采用微小型水利工程解决喀斯特地区水资源短缺问题[12]，为喀斯特地区水资源开发利用提供了一种思路。
已有研究有助于更清楚的了解当前城镇化与水资源关系及水资源可持续利用的研究现状，但对于典型喀斯特山区城镇化与水资源的耦合关系、耦合程度及主要障碍因子等问题尚不明确，同时如何实现两者的耦合协调发展还缺乏一套行之有效的优化策略。基于此，本文利用贵州省2001~2017年的统计数据，构建了城镇化与水资源环境综合评价指标体系，利用主客观组合赋权确定各级指标的综合权重，分析了2001~2017年贵州省城镇化与水资
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源的耦合关系及主要障碍因子，为未来贵州喀斯特山区水资源利用及城市可持续发展提供某些参考。
1.研究区概况
贵州省地处我国西南地区，总面积为17.6167万km 2，属于亚热带湿润季风气候，降水充沛，年平均降水量为1178.6mm ，但年际和年内变化较大。境内喀斯特地貌发育典型且分布广泛，具有地表地下二元三维水文地质地貌条件，水资源赋存规律复杂，开采难度较大，属典型的“工程性”缺水地区。近年来，贵州作为西南地区的交通枢纽、长江经济带重要的组成部分以及全国首个国家级大数据综合试验区，经济发展增速较快，潜力巨大。贵州省常住人口城镇化率由2010年的33.81%增长到2018年的47.52%，年均增加1.52个百分点，其中2018年比上年增加1.87个百分点，增幅居全国省区前列，城镇化进程正在加速推进。
2.研究方法及数据来源2.1 综合评价指数模型 综合评价指数模型表示城镇化系统与水资源系统之间的相互作用关系[13-14]，可概化为线性方程表示：
()∑==n
i i
i u a u U 1
（1） ()∑==n
j j
j w b w W 1
（2）
式中，U (u )表示城镇化子系统评价指数；W (w )表示水资源子系统评价指数；a i 表示城镇化指标综合权重；b j 表示水资源子系统指标综合权重；u i 表示城镇化
子系统指标标准化处理值；w j 表示水资源子系统指标标准化处理值。
2.2 耦合协调度模型耦合度可以表达两个或两个以上系统之间相互作用的强弱，反映两者间相互影响程度的大小，而耦合协调度既可以反映城镇化与水资源耦合系统内部的协调状况，度量系统间协调发展度的好坏程度，同时耦合协调度也能根据计算的结果判别协调类型，研究二者协调发展的驱动因子，并反映耦合系统的发展趋势[15-17]。计算公式为：
()()w W u U T βα+=          （3）
()()n
w W u U C 1
××=      （4）
T
C D ×=
（5）
式中，D 为耦合协调度，D ∈ [0,1]；C 为耦合度，C ∈[0,1]；T 为城镇化系统和水资源系统的综合评
价指数，
α、β为待定系数（该模型中的α+β=1，参考相关文献并结
合贵州喀斯特山区实际情况，城镇化系统和水资源系统的重要性相同，取 α = β = 0.5）；n 为调节系数（本文只有城镇化和水资源两个要素，因而取n =2）。基于已有研究划分标准[18]，结合喀斯特山区实际情况，将城镇化与水资源耦合协调度划分为以下几类（表1）。其中，当U (u )＜W (w )为城镇化滞后型，当U (u )＞W (w )为水资源滞后型，当U (u )=W (w )为同步型。
2.3 障碍度诊断模型障碍因子的诊断引进指标偏离度（K ij ）、因子贡献度（W j ）和障碍度（M ij 、N ij ）3个指标[19-20]，具体计算公式为：
K ij  =1- x ij '                                        （6
）
（7）
其中：K ij 为指标偏离度；x ij '为第i 年j 指标因子的标准化值；W j 为因子贡献度，即单项指标的权重；M ij 表示第i 年第j
项指标对该
表1　耦合度和耦合协调度评价等级分类表
耦合度（C ）耦合阶段耦合协调（D ）协调等级 C = 0
无耦合阶段0 ≤ D ≤ 0.1极度失调0.1 ＜ D ≤ 0.2严重失调  0 ≤ C ＜ 0.3 初级耦合阶段0.2 ＜ D ≤ 0.3中度失调0.3 ＜ D ≤ 0.4轻度失调0.3 ≤ C ＜ 0.5  拮抗阶段0.4 ＜ D ≤ 0.5濒临失调0.5 ＜ D ≤ 0.6勉强协调0.5 ≤ C ＜ 0.8磨合阶段0.6 ＜ D ≤ 0.7低度协调0.7 ＜ D ≤ 0.8中度协调 0.8 ≤ C ＜ 1
优质耦合阶段0.8 ＜ D ≤ 0.9高度协调0.9 ＜ D ≤ 1
极度协调
C = 1
最优阶段
--
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表2　城镇化发展子系统评价指标体系
目标层
准则层指标层
指标说明
权重城镇化（US ）
人口城镇化
U1+城镇总人口（万人）反映居住城市、集镇的非农业人口数量0.0580 U2+城镇人口比重（%）反映城镇化率对用水量的影响
0.0622 U3+非农业从业人口比重（%）反映二、三产业就业人员数量和素质水平
0.0461 U4-城镇人口密度(人/km 2）反映单位面积土地上居住的人口数对水资源的需求压力0.0402 经济城镇化
U5+
人均GDP （元/人）反映现状经济水平0.0515 U6+地均GDP （元/km 2）
反映经济密度
0.0450 U7+城镇人均二、三产业生产总值（元/人）间接反映产业发展对水资源的压力或影响0.0410 U8+二、三产业占 GDP 的比重（%）间接反映产业结构对水资源的压力或影响
0.0296 U9+二、三产业增加值增长率（%）间接反映二、三产业增长速度对水资源的需求压力0.0486 U10+城镇居民人均可支配收入（元/人）反映城镇居民生活水平0.0452 U11+农民人均纯收入（元/人）反映农村居民生活水平0.0324 社会城镇化
U12-城乡居民收入差距（元）
反映制约经济均衡发展
0.0373 U13-城乡社会消费品零售额差距（亿元）反映城乡消费需求及购买力水平差距
0.0324 U14-城镇居民家庭恩格尔系数（%）反映城镇居民食品支出总额占个人消费支出总额的比重0.0406 U15+城镇基本医疗保险参保率（%）反映居民健康保障程度
0.0364 U16+人均社会消费品零售总额（元/人）反映个人社会消费品需求及购买力水平0.0413 U17+万人普通高校在校人数（人/万人）反映居民素质0.0414 U18+万人拥有卫生技术人员数量（人/万人）反映居民素质保障水平
0.0337 U19+
万人拥有公共交通车辆（标台/万人）反映公共服务设施建设水平与交通便捷度0.0320 空间城镇化
U20+人均拥有城市道路面积（m 2/人）反映城镇公共服务建设质量0.0463 U21+人均公园绿地面积（m 2/人）反映城镇（生态）建设质量
0.0508 U22+城镇建成区面积占比（%）反映具有基本完善的市政公用设施的城市建设用地比重0.0555 U23+
人均建成区面积（m 2/人）
反映个人对建成区面积的拥有量
0.0524
表3　喀斯特山区水资源开发利用与管理子系统评价指标体系
目标层
准则层
指标层
指标说明
权重水资源（WS ）
水
资源本底条件
W1-地表平均坡度（°）反映喀斯特山区不利地表径流的留存0.0346 W2-地表起伏度（m ）反映喀斯特山区输水管网铺设成本高0.0310 W3-喀斯特面积比重（%）反映喀斯特区工程性缺水及建设成本0.0380 W4+年降水量（mm ）反映水资源丰度0.0334 W5-降水年际变率（%）反映水资源的稳定状况0.0311 W6+人均水资源量( m 3/人）反映个人对水资源的拥有
量0.0365 W7+人均城镇供水总量(m 3/人）反映城镇人口对自来水供应拥有量0.0313 W8-地下水资源量占比（%）反映喀斯特发育程度及地下水丰度0.0247 W9+单位面积生态用水量（m 3
/km 2
）
反映每单位面积需求的生态环境水资源量0.0352 W10+森林覆盖率（%）反映地表植物覆被对降水的涵养能力0.0409 社会城镇化
W11+自来水普及率（%）反映能使用自来水人数的比重0.0264 W12-地表水开采率（%）反映地表水的开发利用程度0.0345 W13-地下水开采率（%）反映地下水的开发利用程度
0.0406 W14-万元工业产值用水量（m 3
）反映单位工业产量对水资源的消耗0.0474 W15-万元农业产值用水量（m 3）反映单位农业产量对水资源的消耗0.0450 W16-万元GDP 用水量（m 3）反映单位经济量对水资源的消耗0.0515 W17-人均生活用水量（m 3/人）反映个人对生活用水的拥有量0.0443 W18+主要河段水质合格率(%)（Ⅲ类标准或以上的）反映水资源质量和治理的综合效果0.0320 W19+
水利建设资金（万元）
反映水利设施建设投入资金
0.0493
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年城镇化与水资源耦合协调度的障碍度。
2.4 数据来源
本文选取的指标数据主要来自相应年份的《贵州省统计年鉴》《贵州省水资源公报》《贵州省国土资源公报》，贵州省各市州《国民经济和社会发展统计公报》《环境状况公报》《贵州省第一次全国地理国情普查公报》，地表起伏度指数来源于《地表起伏对区域发展成本影响浅析——以贵州为例》[21]，森林覆盖率、建设用地面积等数据由遥感解译获取。
3.城镇化与水资源评价指标体系的构建
依据城镇化和水资源系统的内涵与特征，结合贵州喀斯特山区城镇化与水资源的实际情况及已有研究[4-6]，从人口城镇化、经济城镇化、社会城镇化和空间城镇化视角构建贵州喀斯特山区城镇化水平的综合指标体系（表2）；同时从水资源本底条件、水
资源开发与管理、水资源污染及治理视角构成的贵州喀斯特山区水资源开发利用的综合指标体系（表3）。各指标权重采用熵权法与层次分析法（AHP ）相结合的方法进行组合赋权。
4.评价结果及分析
4.1 贵州省及各市州城镇化与水资源综合评价指数分析
经计算得到贵州省城镇化与水资源综合评价指数，如图1所示：研究时段内贵州省城镇化发展综合指数从2001年的0.0281上升至2017年的0.4485，年均增长率为17.7%，城镇化发展较快。水资源利用与管理综合评价指数总体呈波动上升趋势，由2001年的0.1851增长到2017年0.2523，年均增长率为1.84%，说明水资源开发利用状况总体较稳定。其中2003~2004年、2007~2009年受气候变化和产业发展的影响，水资源综合评价指数有所下降。2001-2007年，水资源利用与管理综合评价指数高于城镇化发展综合评价指数，表现为城镇化滞后型；2008~2017年城镇化综合评价指
数增速持续加快，并超过水资源综合评价指数，表现为水资源滞后型。
从各市州时空分异来看，由表4可知，2001年贵州省市州城镇化发展指数的差异较明显，最高的毕节为0.0847，最低的安顺为0.0270，两者相差超过3倍，至2017年，最高的安顺（0.4458）与最低的毕节（0.3270）两者相差1.4倍，变异系数由2001年的0.4049下降到2017年的0.1053，表明各市州城镇化呈均衡协调发展趋势。水资源系统的差异变化相对较小，2001年最高的安顺为0.2324，最低的铜仁为0.1531，两者相差1.5倍，至2017年最高的安顺（0.2787）与最低的六盘水（0.1956）相差1.4倍，且水资源系统的变异系数由2001年的0.1379降至2017年的
表3　喀斯特山区水资源开发利用与管理子系统评价指标体系（续表）
目标层准则层
指标层
指标说明
权重水资源（WS ）
水资源污染及治理
W20+
城市污水处理率（%）反映水资源治理及重复利用效率0.0735 W21-人均城镇废水排放总量（m 3）反映城镇水资源污染来源
0.0558 W22-单位水体COD 负荷（mg/L ）反映每单位体积用水量中化学需氧量排放量0.0537 W23-单位水体NH3-N 负荷（mg/L ）反映每单位体积用水量中氨氮排放量0.0564 W24+
建成区城市排水管道密度（km/km 2）
反映单位面积城市排水能力
0.0537
图1 贵州省城镇化与水资源综合评价指数

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