（环境科学专业论文）城市化进程对水环境质量的影响以巢湖流域为例.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金胆王些太堂一一一或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：玄11 鹤已板签字日期：矽，年q 钥卵日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金壁王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权金肥王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：矿1 1 年午月研日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 名：冀扩秒 签字日期洳1 年叶月7 日 电话： 邮箱： 致谢 三年的研究生学习生涯即将画上句号，在这三年里我对自己的专业有了更 深地认识，对研究也开始产生了兴趣。这些都要归功于我的导师吴开亚老师， 他将我领进了这条知识的道路，并为我在这条道路上不断前行指引方向。吴老 师为我提供了许多科研机会，教会我如何去独立思考，并以他渊博的知识为我 在学习和研究过程中遇到的难题解惑，很感谢这位良师在学习和生活上为我提 供的帮助。 本文是在吴老师的悉心指导下完成的，在此要表示衷心感谢，此外还要感 谢复旦大学的张力老师为本研究提供了研究思路，感谢土木学院的金菊良老师 为本研究的研究方法和论文框架提出了建议，也感谢孙世群老师在数据获取方 面提供了帮助，感谢资环学院的其他老师在学习和生活上提供的帮助。 能以一种愉悦的心情来完成研究生学习生涯，当然还要感谢陪在我身边的 同学和朋友们。在此要特别感谢我的朋友谢小娟给予的不断鼓励，感谢我的室 友刘畅、吴琼、周文娟在生活和学习上提供的帮助并在学习上给予一直的鼓励， 还要感谢我的同门刘莹莹、张培等同学以及师弟师妹们，能和你们一起学习进 步，真的很值得庆幸。 在此我要特别感谢我的家人，你们在学业上给了我很大支持，对我做出的 每一次选择都给予理解和支持，是我最坚强的后盾。 感谢国家“水体污染控制与治理科技重大专项( n o 2 0 0 9 z x 0 7 1 0 6 0 0 1 ) 、 国家自然科学基金项目( 批准号5 1 0 7 9 0 3 7 ) “流域水资源系统脆弱性智能诊断 评价与调控理论和应用 对论文工作的大力支持。 最后，衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师! 刘晓薇 2 0 11 年4 月1 2 日 城市化进程对水环境质量的影响以巢湖流域为例 摘要 城市化是人类文明发展的重要标志，也是社会发展的必然趋势。城市化涉 及人口、经济、社会等诸多方面。城市化各方面的发展在给人们生活带来便利、 经济带来发展的同时，也产生了大量的废弃物并对环境造成污染，尤其是对与 生产和生活息息相关的水环境质量的影响，引起水质的恶化，从而制约生活质 量和生产的开展。因此，开展城市化进程对水环境质量的影响的研究，弄清水 环境质量变化的主要驱动因素，为更加合理的城市发展模式的调整提供科学依 据，将有利于促进城市发展与水环境质量的协调发展。 巢湖流域城市化在近二十年一直处于快速发展时期，而为城市发展提供水 源的巢湖，其水质呈恶化趋势。鉴于巢湖流域城市化发展与水质问的响应关系， 本文在总结了城市化发展与水环境质量的演化规律的基础上，以巢湖流域的两 大主要城市一一合肥市和巢湖市以及巢湖的东、西半湖为研究对象，从时空维 度上分析了巢湖流域合肥市和巢湖市城市化进程与东、西半湖水环境质量的演 变关系，以及城市发展过程中水环境质量变化的驱动因素，结果表明随着城市 化进程发展水质呈改善趋势，产业结构成为东、西半湖水质变化的主要驱动因 素，对产业结构内部进一步分析表明工业和批发零售贸易及餐饮业对巢湖水质 影响较大。故为了实现对巢湖水质的改善，需对产业结构进行优化，尤其需要 降低工业和批发零售贸易及餐饮业在各产业中的比重，为朝向有利于水质改善 的城市发展模式调整提供更加明确的决策依据。 关键字：城市化；水环境质量；驱动因素；巢湖流域 i m p a c t so f u r b a n i z a t i o no nw a t e rq u a l i t y - ac a s es t u d yo fc h a o h ub a s i n a bs t r a c t u r b a n i z a t i o np r e s e n t sa ni m p o r t a n tm a r ko fh u m a nc i v i l i z a t i o n ，a n di sa l s oa n i n e v i t a b l et r e n do fs o c i a ld e v e l o p m e n t u r b a n i z a t i o nr e f e r st op o p u l a t i o n ，e c o n o m y ， s o c i e t y a n do t h e ra s p e c t s t h o s ea s p e c t sc r e a t et h ec o n v e n i e n tl i f ea n d t h er a p i d l y e c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，a n da l s op r o d u c eag o o dd e a lo fw a s t e sa n dp o l l u t a n t s w h i c hl e a dt oe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，e s p e c i a l l yc a u s i n gt h eq u a l i t yo fw a t e rb o d y w o r s e ，w h i c ha f f e c tt h eq u a l i t yo fl i f e a n dt h ed e v e l o p m e n to fp r o d u c t i o n t h e r e f o r e ，i ti sg r e a t l ys i g n i f i c a n tt oc a r r yo u tt h es t u d y o fi m p a c t so fu r b a n i z a t i o n o nw a t e rq u a l i t y ，f o ra d ju s t i n gt h eu r b a nd e v e l o p m e n tp a t t e r n st oi m p r o v et h ew a t e r q u a l i t y t h eu r b a n i z a t i o no fc h a o h ub a s i ni sr a p i d l yd e v e l o p i n gi nn e a rt w e n t yy e a r s ， a n dt h ew a t e rq u a l i t yo fc h a o h ul a k es u p p l y i n gw a t e rr e s o u r c e sf o rc i t y sh a sb e g a n t od e t e r i o r a t es i n c e19 7 0 s c o n s i d e r i n g t h er e s p o n d i n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e n u r b a n i z a t i o np r o c e s sa n dw a t e rq u a l i t yi nc h a o h ub a s i n ，t h i ss t u d ys u m m a r i z e dt h e e v o l u t i o nr u l e sb e t w e e nu r b a n i z a t i o np r o c e s sa n dw a t e rq u a l i t y , a n dt o o kt h em a i n c i t i e s h e f e ia n dc h a o h ua n dt h ee a s ta n dt h ew e s tl a k e so fc h a o h ul a k ei n c h a o h ub a s i nf o re x a m p l e s b a s e do nt h et e m p o r a la n ds p a t i a ld i m e n s i o n ，t h i s s t u d ya n a l y s e dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nu r b a n i z a t i o np r o c e s sa n dw a t e rq u a l i t y a n dt h ed r i v i n gf a c t o r so fw a t e rq u a l i t y sc h a n g e si nt h e u r b a n i z a t i o n p r o c e s s r e s u l ts h o wt h a tw i t ht h eu r b a n i z a t i o np r o c e s sd e v e l o p i n g ，t h ew a t e rq u a l i t y p r e s e n t e dt h eb e t t e rt r e n d s ，a n dt h ei n d u s t r i a l s t r u c t u r eb e c a m et h ep r i m a r yd r i v i n g f a c t o ra f f e c t i n gt h ew a t e rq u a l i t yo ft h ee a s ta n dt h ew e s tl a k e s ，a n dt h ef u r t h e r s t u d yo nt h ei n d u s t r i a ls t r u c t u r ed i s p l a y e d t h ei n d u s t r ya n dt h er e t a i lt r a d ea n d c a t e r i n gi n d u s t r ys i g n i f i c a n t l ya f f e c t e d t h ew a t e rq u a l i t y t h e r e f o r e ，i no r d e rt o p r o m o t et h ew a t e rq u a l i t y ，i ti sn e c e s s a r yt oo p t i m i z et h ei n d u s t r i a l s t r u c t u r ea n d d e c r e a s et h er a t eo ft h ei n d u s t r ya n dt h er e t a i lt r a d ea n dc a t e r i n gi n d u s t r yi nv a r i o u s i n d u s t r i e s ，w h i c hc a ns u p p l yt h em o r es p e c i f i cd e c i s i o n - m a k i n gf o ra d j u s t i n gu r b a n d e v e l o p m e n t a lp a t t e r nt oi m p r o v ew a t e rq u a l i t y k e yw o r d s ：u r b a n i z a t i o n ；w a t e rq u a l i t y ；d r i v i n gf a c t o r ；c h a o h u b a s i n 目录 第一章绪论 1 1 研究背景 1 2 城市化内涵一 1 3 城市化与生态环境关系的理论与研究回顾 1 3 1 城市化不同发展阶段的生态环境问题及其演化规律 1 3 2 城市化与水环境关系研究进展 1 4 研究目的与意义lo 1 5 主要研究内容10 第二章研究区域概况l2 2 1 研究范围的界定1 2 2 2 城市社会经济发展状况l3 2 2 1 合肥市社会经济发展状况1 3 2 2 2 巢湖市社会经济发展状况1 4 2 3 水环境特征1 4 第三章指标数据和研究方法l6 3 1 指标体系的构建16 3 1 1 城市化指标体系的构建1 6 3 1 2 水环境质量指标的选取1 6 3 2 数据来源l7 3 2 1 水质数据来源17 3 2 2 城市化数据来源一l7 3 3 研究方法l8 3 3 1 城市化水平测度方法1 8 3 3 2 水环境质量评价方法1 9 3 - 3 3 驱动因素分析方法2 0 第四章巢湖流域城市化与巢湖水环境质量关系的初步探讨2 3 4 1 水环境质量变化特征2 3 4 1 1 巢湖全湖水质变化特征2 3 4 1 2 东、西半湖水质的时空变化特征2 4 4 2 城市化与水环境质量关系的初步探讨2 5 4 3 本章小结2 7 第五章合肥市城市化进程对巢湖西半湖水环境质量的影响2 8 5 1 合肥市城市化综合水平测度2 8 5 2 西半湖水环境质量状况表征3 1 5 3 合肥市城市化与西半湖水环境质量的演变关系3 3 5 4 合肥市城市化进程对西半湖水环境质量变化的驱动因素分析3 4 5 4 1 合肥市城市化水平与西半湖水环境质量的关联性分析3 5 5 4 2 合肥市城市化指标与西半湖水环境质量的关联性分析3 6 5 4 3 合肥市第二产业内部结构与西半湖水环境质量的关联性分析3 8 5 4 4 合肥市第三产业内部结构与西半湖水环境质量的关联性分析。4 0 5 5 本章小结4 l 第六章巢湖市城市化进程对巢湖东半湖水环境质量的影响4 3 6 1 巢湖市城市化综合水平测度4 3 6 - 2 东半湖水环境质量状况表征4 6 6 3 巢湖市城市化水平与东半湖水环境质量的演变关系4 7 6 4 巢湖市城市化进程对东半湖水环境质量变化的驱动因素分析5 0 6 4 1 巢湖市城市化水平与东半湖水环境质量的关联性分析5 0 6 4 2 巢湖市城市化指标与东半湖水环境质量的关联性分析5 0 6 4 3 巢湖市第二产业内部结构与东半湖水环境质量的关联性分析一5 1 6 5 本章小结5 3 第七章结论和展望5 5 7 1 结论5 5 7 2 展望5 6 参考文献5 8 插图清单 图1 1 城市发展的s 型曲线图3 图2 1 巢湖流域地理位置1 2 图3 1 巢湖水系图。1 7 图4 1 巢湖主要污染指标及其综合污染指数的变化趋势2 3 图4 2 巢湖东西半湖t p 、t n 和高锰酸盐指数的时空序列分析一2 5 图4 3 巢湖流域综合污染指数与人口城市化率的变化趋势j 2 6 图5 1 合肥市城市化综合发展水平与人口城市化率变化趋势一3 1 图5 2 巢湖西半湖水环境综合污染指数变化趋势3 2 图5 5 合肥城市化综合水平与西半湖综合污染指数的变化趋势3 3 图5 - 6 合肥市城市化综合水平与西半湖综合污染指数的拟合曲线3 4 图5 71 9 9 1 年- - 2 0 0 8 年间合肥市第二产业内部各主要行业构成4 0 图5 81 9 9 9 年- - 2 0 0 8 年间合肥市第三产业内部各主要行业构成4 1 图6 1 巢湖市城市化综合发展水平与人口城市化率变化趋势。4 6 图6 2 巢湖东半湖水环境综合污染指数变化趋势4 7 图6 3 巢湖市城市化综合水平和东半湖综合污染指数变化趋势4 8 图6 4 巢湖市城市化综合水平与东半湖综合污染指数的拟合曲线4 9 图6 71 9 9 9 年- - 2 0 0 8 年间巢湖市第二产业内部各主要行业构成5 3 插表清单 表3 1 城市化水平综合评价指标体系1 6 表3 2 地面水环境质量标准2 0 表4 1 不同时段综合污染指数和非农人口城市化率的p e a r s o n 相关分析2 6 表5 1 合肥市城市化指标方差贡献分析表2 8 表5 2k m o 和b a r t l e t t 球检验。2 9 表5 3 合肥市城市化指标旋转后的因子载荷矩阵。2 9 表5 - 41 9 9 1 年- - 2 0 0 8 年合肥市城市化水平各主因子和综合因子得分3 0 表5 51 9 9 1 年- - 2 0 0 8 年巢湖西半湖水质指标的指数值3 2 表5 - 6 合肥市城市化综合水平和西半湖综合污染指数的p e a r s o n 相关分析3 3 表5 7 合肥市城市化水平与巢湖西半湖综合污染指数间的关联分析3 5 表5 8 合肥市城市化指标与巢湖西半湖水环境综合污染指数的关联分析3 7 表5 - 91 9 9 1 年- - 2 0 0 8 年合肥市第二产业内部各主要行业总产值3 9 表5 1 01 9 9 9 年- - 2 0 0 8 年合肥市第三产业内部各主要行业总产值4 0 表6 11 9 9 9 年- - 2 0 0 8 年巢湖市城市化指标相关系数矩阵4 3 表6 2k m o 和b a r t l e t t 球检验4 4 表6 3 巢湖城市化指标方差贡献分析表4 4 表6 - 4 巢湖市城市化指标旋转后的因子载荷矩阵4 4 表6 51 9 9 1 年- - 2 0 0 8 年合肥市城市化水平各主因子和综合因子得分4 5 表6 61 9 9 9 年- - 2 0 0 8 年巢湖东半湖水质指标的指数值4 6 表6 7 巢湖市城市化综合水平和东半湖综合污染指数的p e a r s o n 相关分析4 8 表6 8 巢湖市城市化水平与巢湖东半湖综合污染指数间的关联分析5 0 表6 - 9 巢湖市城市化水平与巢湖东半湖综合污染指数间的关联分析。5 1 表6 1 01 9 9 9 年- - 2 0 0 8 年巢湖市第二产业内部各主要行业总产值5 2 第一章绪论 1 1 研究背景 城市化进程自人类文明发展以来就一直存在并不断地发展。城市化是人类 文明发展的重要标志，是社会生产力发展的一个重要阶段【l j ，也是社会发展的 必然趋势。西方国家的城市化始自18 世纪的产业革命，经过快速增长后，目 前已步入稳定发展阶段。在其快速增长时期，城市人口急剧膨胀，工业污染迅 速蔓延，生态环境恶性事件频繁发生，这期间发生了最为著名的“八大公害事 件 。我国城市化发展落后于西方，到2 0 0 0 年才达到3 6 2 2 的城市化水平， 远远低于发达国家。但是随着我国城乡隔离户籍制度的瓦解和城镇化战略的实 施，参照国际上城市化发展的一般规律，可以认为我国城市化已进入大规模发 展阶段1 2 j 。城市化正在或即将对周围生态环境造成现实的破坏和潜在的威胁f 3 】。 城市化的概念在19 世纪中期被正式提出，在2 0 世纪由于世界城市化进程 迅猛发展，城市化的概念被广泛地使用。城市化涉及人口、经济、社会等诸多 方面，基于不同的认识角度，对城市化理解有所不同。然而，综合各方面的认 识，城市化包含四个最重要的特征：一是越来越多的农村人口向城市转移，城 市人口不断增加，城市人口比重不断上升：二是经济产业结构发生转变，由第 一产业逐渐向第二、第三产业转变；三是生活方式发生转变，农村生活方式向 城市生活方式转变；四是城市空间的扩张，表现为城市建设用地扩展，农业用 地变为城市功能用地。城市化过程带来的这些变化对我们的生存环境产生了不 同程度的影响 4 4 】，尤其是对与我们的生产和生活息息相关的水环境，往往会引 起水环境质量问题【6 。引，水资源短缺问题0 1 ，城市水文循环的失衡等水环境 问题【1 2 】，同时这些水环境问题还会反过来制约城市发展【5 1 。 水是城市发展的命脉，自古以来就有河流城市文明的发展历程。作为我国 五大淡水湖之一的巢湖，其丰富的水资源也孕育了巢湖流域的城市发展。巢湖 流域的两座主要城市合肥市和巢湖市，分别位于巢湖的西岸和东岸，巢湖是合 肥市工农业和生活的主要水源之一，也是另一城市巢湖市的主要水源，巢湖丰 富的水资源为流域城市的社会经济发展奠定了物质基础。近年巢湖流域的城市 化发展迅速，但城市化水平不高【l 孓1 4 j ，城市化进程还需要不断地加深，尤其是 在2 0 0 6 年中央提出中部崛起的发展方略后，发展城市化不仅成了巢湖流域自身 的需求而且也得到了外部环境的推进作用。然而，在城市化发展的同时，巢湖 的水环境质量呈现恶化趋势，从2 0 世纪7 0 年代开始，巢湖出现“水华 污染 现象，湖泊水质开始下降，到8 0 年代，湖泊的富营养化扩展到全湖，9 0 年代， 全湖已经处于重富营养化状态，湖泊水质超过了国家规定的v 类水质标准【”】， 这严重制约了流域的可持续发展，以及影响到居民的生产和生活。 随着近年城市化进程不断加深，巢湖流域城市化进程对水环境的正面效应 也逐步地显现出来，在“九五 、“十五”和“十一五 期间国家和地方分别从 水污染治理、污染物总量控制、水处理设施建设以及政策调控等方面加大对巢 湖流域水污染防治力度和资金的投入( 巢湖流域“九五”水污染防治计划( 19 9 6 2 0 0 0 ) ；巢湖流域“十五 水污染防治计划( 2 0 0 1 2 0 0 5 ) ；巢湖流域“十一五 水污染防治规划( 2 0 0 6 2 0 1o ) ) ，巢湖水质恶化的趋势得到了一定的控制【1 6 1 。 此外，巢湖流域城市化发展水平差异较大，研究显示合肥是安徽省城市化 水平最高的城市，巢湖市的城市化水平处于安徽省较低水平【1 7 1 引。城市化的发 展差异也对水环境质量在空间范围上也产生差异性影响，靠近合肥的西半湖的 水质明显劣于靠近巢湖市的东半湖的水质【1 9 2 1 1 。 1 2 城市化内涵 城市化( u r b a n i z a t i o n ) ，又称城镇化或都市化，是当今最重要的社会、经 济现象之一。随着工业社会的生产组织方式在全世界范围内的日益普及，经济、 社会、生态等各学科渗透到城市化领域中来，使得城市化研究也趋向多元化【2 2 j 。 各国学者分别从不同的学科认识角度对其进行了广泛而深入的研究，故基于各 学科的角度定义的城市化的内涵也有所不同。 人口学把城市化定义为农村人口转化为城镇人口的过程。他们所说的城市 化就是人口的城市化，指的是“人口向城市地区集中、或农业人口变为非农业 人口的过程”。地理学所研究的城市化是一个地区的人口在城镇和城市相对集中 的过程，城市化也意味着城镇用地扩展，城市文化、城市生活方式和价值观在 农村地域的扩散过程。从社会学的角度来说，城市化是城市先进社会经济要素 在乡村的普及程度，也就是农村生活方式转化为城市生活方式的过程。经济学 上从工业化的角度来定义城市化，既认为城市化就是农村经济转化为城市化大 生产的过程。在现在看来城市化是工业化的必然结果。一方面，工业化会加快 农业生产的机械化水平、提高农业生产率，同时工业扩张为农村剩余劳动力提 供了大量的就业机会；另一方面，农村的落后也会不利于城市地区的发展，从 而影响整个国民经济的发展。社会学家以社群网的密度、深度和广度作为研究 城市化的对象，强调社会生活方式的主体从乡村向城市转化。生态学家从生态 学的角度研究城市化带来的种种问题，强调人与自然、人与生态环境关系的协 调，这些思想只要源于田园城市论、芝加哥古典人类生态学论、有机疏散论、 城市复核生态系统理论等【2 引。其中，以帕克为首的美国芝加哥大学学者借助生 态学手法，形成了著名的“芝加哥学派 ，来研究城市化与生态环境关系，2 0 世纪初继芝加哥学派的人类生态学方法在城市健康、土地及社会分层研究中取 得明显成效以来，城市化与人类聚居环境问题一度被列入联合国的m a b 计划的 子项目当中，其研究激起了世界性的广泛关注【2 4 】。城市化与生态环境关系的研 究方兴未艾，一直是国内外学术界关注的课题【2 5 1 。 ， 2 此外，一些学者也基于个人的认识对城市化给出了自己的定义。美国城市 研究学者弗里德曼( j f r i e d m a n n ) 将城市化过程分为城市化i 和城市化i i 二个 过程：城市化过程i 指人口和非农业活动在城市中的地域集中过程、农村景观 转化为城市景观的地域扩张过程；城市化过程i i 是指城市文化、城市生活方式 和价值观向农村的地域扩散过程。城市化过程i 是实体性的城市化过程。城市 化过程i i 是精神上、文化上的城市化过程。许学强等1 2 6 j 指出“城市化一词有 四个含义：是城市对农村影响的传播过程；二是全社会人口接受城市文化的 过程；三是人口在城市集中的过程；四是城市人门占全社会人口比例提高的过 程。沈建法1 2 1 7 】在此基础上还补充另外二个含义，即：五是经济和生产要素在城 市集中的过程；六是城市基础设施发展与扩张的过程。 可见，尽管对城市化的内涵从不同的角度做出了有差异的解释，但城市化 作为一个社会经济的转化过程，不仅包括乡村人口向城市的集聚，城镇用地的 扩张，经济总量和结构的提升，在此过程中，城市基础设施和公共服务设施不 断提高，同时城市文化和城市价值观念成为主体，并不断向乡村扩散。城市化 就是生产力进步所引起的人们的生产方式、生活方式以及价值观念的转变的过 程。从时间和空间的角度综合分析，城市化具有如下主要特征： ( 1 ) 时间上的阶段性特征 美国城市地理学家诺瑟姆( n o r t h a m ) 根据各个国家城市人口占总人口比 重的变化，于1 9 7 9 年提出了城市化发展过程呈s 型曲线【2 引，我国学者焦秀琦【2 9 】 在其基础上对提出了城市化三阶段的划分，如图3 1 所示： t 【时闻) 图卜l 城市发展的s 型曲线图 资料来源：严正例：中国城市发展问题报告，2 0 0 4 曲线表明，城市化发展呈阶段性：初级阶段，城市化水平低，发展缓慢， 当人口超过1 0 ，城市化发展速度开始加快；当城市化水平超过3 0 ，城市化 发展呈加速状态，进入中期阶段；后期阶段，城市人口大约超过7 0 时，城市 化又进入缓慢发展阶段。 城市化初级阶段，农业在国民经济中占较大比重，农业劳动力在总劳动力 中也占较大比重。农业生产率比较低下，社会的资金积累也有限，科学技术水 平低下，工业化也处在初级阶段，推动城市发展的动力不足，城市发展缓慢。 进入城市化中期阶段，农业劳动生产率提高，大量农业剩余劳动力离开土 地，工业化进入起飞阶段。初期工业化往往发展劳动密集型的生活消费品生产， 大量劳动力进入城镇、城市，促使城市化进入高速成长期。 城市化后期阶段，工业己由劳动密集型过渡到资本密集型和技术密集型。 资本有机构成提高，对劳动力的需求相对甚至绝对减少，原来进入工业的一部 分劳动力逐渐向第三产业转移。农业基本实现现代化，农业剩余劳动力转移也 已经大致完成，没有更多的劳动力可以进入城市，城市化从而进入缓慢发展和 注重提高城市质量的时期。 也有其他学者【3 l 】对人口城市化的阶段特征进行推导，一般认为，城市化水 平低于1 0 是城市化的史前阶段；1 0 一2 0 是城市化的起步阶段；2 0 一5 0 是城市化的加速发展阶段；5 0 一6 0 是城市化基本实现阶段；6 0 一8 0 是城 市化高度发达阶段；8 0 以上是城市化自我完善和城乡完全实现一体化阶段。 ( 2 ) 空间上的聚集特征 城市化是在一定条件下，以非农产业及其从业人员向城市集中为主要表现 形式的人口、经济和社会活动的空间聚集过程【3 。主要体现在以下四个方面： 非农人口和非农就业由乡村向城市的聚集过程，即人口的城市化，是城市化中 最具有表现的特征之一；非农产业和城市经济的聚集过程，即经济的城市化， 其中最根本的内涵是经济结构的非农化；城市数量的增加、规模扩大和密度的 提高等过程，即空间的城市化；第四，基础措施和公共服务的完善，科技和文 化的提升，乡村的生活方式向城市生活方式的转变过程，即社会的城市化。 1 3 城市化与生态环境关系的理论与研究回顾 对于人类社会的发展和人们的生活而言，城市化是一把双刃剑，它在带来 巨大效益、推动社会进步、创造并使人类享受城市文明的同时，也造成了环境 污染等负面影响。西方发达国家在城市化过程中都曾经历过环境恶化、公害频 发、居民生活条件恶劣等城市环境问题。后来经过长期、艰苦的整治，环境污 染基本得到控制。我国作为城市化后进国家，虽然吸取了发达国家的经验和教 训，加强了城市环境保护和建设，但由于种种原因，我国的城市发展在很大程 度上重蹈了发达国家城市化初期的覆辙，许多城市出现了严重城市环境污染。 环境污染成为我国许多城市所面临的严重困扰。 4 1 3 1 城市化不同发展阶段的生态环境问题及其演化规律 在城市化的不同时期，生态环境诸要素遭受破坏的程度有所不同。关于这 一阶段性的特点，美国著名经济学家p e a r c e f 3 2 】根据城市发展的不同阶段，如起 飞、膨胀、顶峰、下降、低谷等，分析了所出现的主要资源环境问题，如土地 的过量使用、大气污染、水环境污染和水资源的过量消耗等，由此提出了著名 的城市发展阶段环境对策模型。他认为城市发展与资源环境存在一种时序特 征：在城市化初期，土地乱占之类的生态环境问题成为主流；其后，大气中颗 粒污染所造成的城市空气质量下降成为主流；再往后，城市交通拥挤，噪音污 染和水资源短缺成为主要的生态环境问题。 依据区域产业结构的演进规律，杨文举【3 3 j 也对城市化不同阶段的主要生态 环境问题进行了归纳： ( 1 ) 城市化初期阶段。在城市化初期阶段，农业是起主导作用的经济部 门，乡村人口的比例占有很大比重。工业主要是一些资源密集型或轻加工型产 业，在国民经济中的比重较低，从业人员也较少。第三产业极不发达，主要以 农产品和其他日常消费品的经营为主。整个产业结构形成“一二三 格局。在 这一阶段，由于生产力水平低下，在城市市场形成的诱导下，农业耕种面积不 断扩大，形成“高投入低产出”的局面，造成自然草地、森林系统退化变质， 从而导致水土流失和荒漠化等生态环境问题，是城市生态环境恶化的缓慢阶 段。 ( 2 ) 在城市发展中期阶段。城市规模不断扩大，工业部门的经济实力逐 渐扩大，第二产业仍然以资源密集型和加工型为主，从业人员迅速增加，以服 务为特征的第三产业的规模和结构都有长足发展。整体形成“二一三”或“二 三一 的产业结构。由于发展密集型的重化工，导致了地表水源污染严重和空 气质量的下降，城市规模的扩张而引起绿地面积的减少，城市人口增加和工业 规模的扩大使“三废 增加，新的城市生活方式的引进也促使原有文化会和习 俗的衰退等。这是城市发展最快而环境破坏和污染加速阶段。 ( 3 ) 随着城市化后期阶段的到来。在这个阶段，工业发展稳中有降，对 就业人员的数量要求在下降，与此同时，农业的发展比重逐渐变小。由于信息 化的快速发展，第三产业非常发达。整个社会经济步人“三二一 式发展阶段。 此外，由于城市交通高度密集，城市空气质量下降和噪音污染较大；城市人口 的过度密集和高度城市化的生活方式使城市生活用水的水质水量以及水源问 题突出；城市规模的扩大和建筑设施的激增使人均城市绿地进一步缩小等。但 由于人类对自身利益和生存环境的再认识，可持续发展现念也深人人心，各种 防污治污意识和能力相应提高，使城市的发展步入了生态环境的改善阶段。 傅崇兰等1 7 l j 指出城市环境的演变规律并非一定是城市化水平越高城市环 境质量越差，有时往往相反。当我们对世界各发达国家的城市化及发展中国家 的城市化进行纵向历史研究和横向对比研究时发现，一个国家城市化水平越 高，城市环境就越和谐、越优美、越清洁、越完善；反之，城市化水平越低， 城市环境污染就越严重、环境越恶劣、越肮脏和越拥挤。 这种城市化发展到一定水平环境质量呈好转趋势的状况，在美国经济学家 格鲁斯曼( g r o s s m a n ) 和克鲁格( k r u e g e r ) 有关北美自由贸易协定对墨西哥可能产 生的环境污染问题的研究中就得到了一定的证实，即发达国家人均收入与环境 退化之间存在一个倒“u 型的关系，称为环境库兹涅茨曲线( e n v i r o n m e n t a l k u z n e t sc u r v e ，e k c ) ，并指出在大多数情况下污染由上升到下降的转折点会发 生在人均g d p 达到8 0 0 0 美元之前【3 ”。环境库兹涅茨倒“u ”型曲线描述了一 个经济增长过程中环境变化的自然过程，即在经济增长的初期，污染较为严重 的资源密集型产业占主导地位，尤其在经济起步之初，由于人们的环境意识淡 薄，清洁技术缺乏，环境污染随经济增长将越来越严重；经济增长到一定水平 后，人们的环保意识逐步加强，知识密集型产业和清洁型技术得到发展和推广， 环境污染也就随之逐渐减轻。这种转变可以通过加强环境管理、调整产业结构、 改进生产工艺、提高能源效率和合理贸易来实现。此后，哈佛大学国际发展研 究所帕纳约托证实了环境库兹涅茨曲线，列出了低收入期、转折期和高收入期 的环境质量特征值。随之哥伦比亚大学的科恩也作了进一步的验证 3 , 3 6 】。 1 3 2 城市化与水环境关系研究进展 城市化与水环境关系的研究作为城市化与生态环境问题研究的一部分，随 着城市化进程不断深入的过程中伴随的水环境问题的凸显而日益受到关注。最 早开展此方面的研究是在欧美等发达国家 6 - 7 , 3 7 - 4 1 j ，这要归根于其较早地进入了 城市化进程并在这一过程中出现了各类水环境问题，如1 9 5 0 年发生在日本水 俣湾附近的小渔村中水俣病和1 9 5 5 1 9 7 2 年在日本富山县神通川流域两岸出 现痛痛病事件，正是由于城市发展过程中工业废水的任意排放对水环境产生了 破坏，从而引起严重的水污染事件，并对人类和其他生物产生了危害。此外， 城市化发展过程中对水资源的需求量增加，引起城市水资源的短缺问题【4 2 1 。其 中水资源短缺分为资源型短缺和水质型短缺。资源型短缺问题与城市自身的水 资源禀赋密切相关，如我国西部干旱的河西走廊【4 列；水质型短缺主要是由水污 染引起的水环境质量下降，其不能满足人类的生产和生活需求而导致的缺水现 象。可见，在一个城市的水资源禀赋不能进一步改善的前提下，减少水环境污 染、改善水环境质量将是解决水资源短缺的最优选择，反之，水环境质量的恶 化将会进一步加大城市水资源环境问题。故本文着重研究城市化与水环境质量 问的关系问题，主要包括以下两个方面： 6 ( 1 ) 城市化与水环境质量的演变关系 有关城市化与水环境质量演变关系研究开展的较早，国内外学者多从经济 和社会发展的角度，来研究城市化过程中水环境污染物的浓度在时空范围的变 化趋势，进而分析其影响机制。其中最有代表性就是美国经济学家格鲁斯曼 ( g r o s s m a n ) 等人提出的经济增长与环境质量间呈倒“u 型曲线即环境库兹涅 茨曲线理论的研究。李志涛等m j 基于e k c 理论，利用鄱阳湖流域1 9 9 2 2 0 0 6 年间经济和水环境污染因子变化数据，研究了该流域经济增长与水环境质量间 的关系，结果表明其水环境质量与经济发展之间的关系处于相“冲突 阶段， 主要是由于流域内产业结构不合理所致。j u n y i n gw a n g 等人【4 5 】在对上海市城市 化过程中地表水环境的时间变化研究中，对人均g d p 与水质综合污染指数做 相关性分析表明上海市经济增长与地表水质量已呈现出倒“u 型关系，并基 于空间的角度分析了不同城市化水平下地表水环境质量的差异。张勇等【4 6 】对上 海市1 9 8 3 年一1 9 9 9 年近2 0 年的地表水水质数据与自然社会经济统计数据进行 对比研究，发现地表水水质变化可分为缓慢恶化、加速恶化和逐渐改善3 个阶 段，1 9 9 6 年是水质变化趋势的转折点，高度城市化进程在1 9 9 6 年后已转变为 地表水水质改善的积极动力和重要原因。徐启新等【47 j 揭示出城市地表水质的空 间分异规律：污染状况从中心城区向郊区递减的圈层式分布；河流从支流到干 流污染逐渐严重。袁存超【4 8 j 对山东省城市化与经济发展的对数关系曲线和地表 水综合污染系数与经济发展之间的环境库兹涅次曲线进行逻辑转换，可以得到 城市化与水环境质量之间的耦合模型，发现2 0 0 0 年山东省城市化水平接近4 0 时e k c 曲线达到拐点，说明2 0 0 0 年前山东省城市化逐步实现从传统城市化到 现代城市化的转变，地表水环境质量同城市化之间的矛盾突出，地表水综合污 染系数逐渐增加；2 0 0 0 年以后，山东省在城市化水平继续提高，地表水环境质 量好转，综合污染系数逐渐减小，城市化与地表水环境质量的相互作用进入磨 合阶段。 由前人的研究可以看出，不同的城市化发展阶段和不同城市化水平下地表 水环境质量存在着差别，可见城市化对水环境质量的影响程度与城市化发展特 点密切相关，但仍遵循着特定的发展规律，即城市化发展到一定水平，水环境 质量呈盖上趋势。 ( 2 ) 城市化对水环境质量的驱动机制 城市化带来了诸多的环境问题，尤其是地表水质的恶化。社会经济发展迅 速，城市规模不断扩张，对水环境的影响和压力十分突出【4 7 】。一些研究表明： 城市人口规模、经济增长和产业结构、土地利用方式等方面【5 , 4 9 - 5 0 1 已经成为影响 水环境质量变化的主要驱动因子。 人口城市化对水环境质量的影响 7 研究指出在尼日利亚、巴西和中国等一些发展中国家，城市的水质和空气 质量退化与人口的快速增长存在着极大的关联，并伴随着城市居民健康状况的 整体下降【5 。j u n y i n gw a n g 等4 5 】以城市人1 2 1 密度来表征城市化水平，对1 9 8 2 年 一2 0 0 5 年间上海市城区、郊区和农村的地表水水质变化进行研究表明：上海市 地表水水质的空间类型由城市化水平所决定，即城区的水质劣于郊区、郊区的 劣于农村，然而近年水质在城区和郊区有所改善，经济增长与水质呈现了倒“u 型 ，其主要原因是环境政策和管理的力度的加大。刘引鸽等【5 2 】对宝鸡市城市 化过程中人口增长与水环境质量的作相关性分析，结果表明人口增长对地表水 质负面影响非常严重。 经济城市化对水环境质量的影响 经济发展过程中经济总量的增长和经济结构的转变均会对水环境质量产 生不同程度的影响。王金等”3 j 采用灰色关联法研究了巢湖流域产业结构与水污 染之间的关系，研究表明合肥