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伴随全球城市化进程的加快,城市化过程与生态环境的协调问题已经成为世界性的战略问题。长期以来由于人们忽视生态环境与水资源之间的关系,导致国民经济和生活用水大量挤占生态环境用水,造成生态环境用水短缺,城市生态环境质量不断恶化。当前,中国正处于城市化加速发展阶段,研究快速城市化地区城市生态需水量的时空变化特征及其驱动机制,对于优化城市水资源配置,改善城市生态环境质量具有重要的科学意义。
本文选择深圳市作为研究案例,重点分析1988~2006年间城市快速发展历程,利用城市生态系统和城市生态需水量的理论和方法,构建城市生态需水量与城市生态系统的关系。鉴于城市土地利用结构特征与城市生态系统结构特征密切相关,重点分析了城市生态需水与土地利用结构的关系。通过对深圳市以及所辖的经济特区、宝安区和龙岗区的实证研究,揭示了不同城市化阶段城市生态需水量的变化规律。定量分析了城市生态需水量与土地利用结构的相互作用关系,利用偏最小二乘回归法对土地利用和城市生态需水量的变化进行了驱动机制研究。
利用城市人口比重所表征的城市化率的变化,将深圳城市化进程划分为四个阶段。深圳市近20年城市生态需水量的时间变化规律是总体呈显著下降趋势,而且具有阶段性特征。变化范围为5.91~5.19亿m3,多年平均城市生态需水总量为5.55亿m3,约占水资源总量的30%。深圳市城市生态需水量由林地、建成区绿地和水域系统的生态需水量组成,各子系统生态需水量变化趋势不尽相同。不同行政区的城市生态需水量变化趋势也各具特色,存在显著的区域空间差异。深圳市全市和各区生态需水量变化与生态用地的变化显著相关。但是综合反映人类活动效应的面向生态需水的土地利用结构特征指标SI与生态需水特征指标EWI的相关分析结果表明,不同城市化阶段生态需水与土地利用结构的关系不同。在城市化发展的初期(城市化率<30%)和中期(城市化率为30~70%)阶段,综合反映土地利用变化的SI指标与反映生态需水变化的EWI指标显著相关,在此阶段可以根据SI的变化来估算城市生态需水量。但城市化水平进一步提高,特别是城市建设用地成为首要土地利用类型以后,EWI和SI的相关性显著下降,甚至相关性将不复存在。
结合深圳市社会经济发展的不同阶段,从政策因素、人口因素、经济因素等方面,对深圳市及各区的土地利用结构变化和城市生态需水量变化进行了驱动机制分析。所选驱动因素对于主要土地利用类型变化的解释率为70~90%,对生态需水量变化的解释率也达到60~80%,由此判断社会经济因子构成了深圳土地利用结构变化和城市生态需水量变化的主要驱动力。从水资源供给和水环境容量两方面,探讨了城市生态需水量变化对应的生态环境效应,初步估算适宜的人均城市生态需水量应在200m3/a以上,并对深圳市解决水资源短缺和水环境问题提出若干建议。在城市水资源规划和配置过程中,必须考虑城市生态需水量,以维护城市生态系统健康,创造适宜的城市人居环境。