中國水資源消耗配置的灰色關聯度與適宜度測算

趙 奧 武春友

(1.大連理工大學管理學院,遼寧大連116024;2.大連理工大學生態規劃與發展研究所,遼寧大連116024)

中國水資源消耗配置的灰色關聯度與適宜度測算

趙 奧1,2武春友1,2

(1.大連理工大學管理學院,遼寧大連116024;2.大連理工大學生態規劃與發展研究所,遼寧大連116024)

水資源作為一種可耗竭性資源,在農業、工業和生活部門的消耗量非常大,這種消耗配置格局是否合理有待于研究。本文運用灰色關聯分析法對2000-2008年中國水資源消耗總量與農業、工業和生活部門耗水量的配置進行關聯度測算,以探求各部門耗水量配置對水資源消耗總量的影響程度,繼而將生態學中的生態位評估模型引入到水資源消耗配置評價中,對水資源消耗總量在各部門的消耗配置進行適宜度測算,研究結果表明:①工業部門耗水量與中國水資源消耗總量的灰色關聯程度最高;②2008年中國水資源消耗配置的適宜度水平最高,水資源消耗總量在農業、工業和生活部門實現較優配置。通過對中國水資源消耗總量在各部門配置的關聯度和適宜度測算,研究認為:提高水資源消耗總量在農業、工業和生活部門配置的適宜度,關鍵在于減少水資源在各部門的浪費性消耗,提高水資源利用效率,使各部門的水資源消耗值均接近最佳生態位,從而實現水資源消耗總量在各部門的消耗配置接近最優化水平。

水資源消耗;灰色關聯分析;生態位評估模型;適宜度

隨著中國人口數量的劇增和經濟的高速發展,社會各部門對水資源的需求迅速增長,水資源供需矛盾日益突出。中國工業化、城市化進程的加快促使工業用水和生活用水量逐年增加,農業領域中低效率的生產技術導致單位農業產值的耗水量較高。2000-2008年間,中國水資源消耗總量持上漲趨勢,特別在2006-2008年間增長最快,而水資源在開發利用到一定程度時會出現枯竭,消耗量的增長趨勢與水資源總量的減少趨勢呈現出矛盾局面,長此以往,中國水資源消耗量會隨著需求量的增加而越來越多,水資源會因過度消耗而成為制約中國經濟發展的障礙。

本文采用灰色關聯分析法對2000-2008年中國水資源消耗總量與各部門消耗量配置的關聯度進行分析,并運用生態學中的生態位評估模型測算出中國水資源消耗總量在農業、工業和生活部門的消耗配置的適宜度水平,依據測算結果分析出中國水資源消耗總量在各部門配置的現狀和存在的問題,簡要地提出相應的可借鑒的解決途徑與建議。

1 相關文獻綜述

國內外學者基于不同視角,運用各種不同的分析方法,圍繞水資源配置進行了大量定量研究。谷紅梅、郭文獻[1]等通過引入灰色關聯理論,探討區域水資源利用程度的綜合評價方法,建立綜合評價模型。王海政、仝允桓[2]針對水資源優化配置表現出的主從遞階決策、多目標決策、多階段決策等特點,構建了優化配置模型。王福林、吳丹[3]建立基于水資源優化配置的區域產業結構動態演化模型。陳文艷、王好芳[4]選擇生活、工業、農業與生態四個配水量作為評價指標,提出了基于模糊識別的水資源配置評價方法,并以海河流域為例進行方案評價。何逢標[5]利用AHP法分析了水資源配置指標體系的層次結構,利用TOPSIS法計算,得到水資源配置比例,為水資源配置決策提供依據。陳志松等[6]將演化博弈理論運用到流域水資源配置中。王慧敏等[7]借鑒金融工程理念,引入水期權契約作為市場機制下水資源配置的一種方式。杜靜、陸小成[8]基于生態水利理論模型,探尋水資源優化配置和可持續發展路徑。Jin和Wang[9]通過建立動態模型來優化區域內水資源的需求分配,最大限度地發揮區域的整體經濟利益。Wang等人[10]提出了一種對水資源的空間配置等同邊際收益理論,計算出優化的動態分配方案。Liu和Chen[11]提出了水資源的優化配置模型,并將此模型用于研究珠江三角洲水資源配置。Tang[12]采用系統分層動態規劃來解決水資源配置模型,并且將此規劃技術和方法應用到黃河流域水資源配置研究中。Najmeh Mahjouri[13]運用博弈論等相關方法和仿真模型對流域水資源開發配置進行研究。

綜上所述,國內外學者針對水資源配置的研究大多集中于運用復雜的數學模型或者從博弈、期權角度來研究如何對水資源進行有效配置,而忽視了影響水資源消耗配置的主要部門。此外,在適宜度測算研究方面,國內研究基本上是將生態位適宜度模型運用到耕地資源、旅游資源、氣候、技術創新等方面。因此,本文將選擇一個新的視角進行水資源配置研究,搜集整理2000-2008年中國水資源消耗總量以及在農業、工業和生活部門的耗水量,通過運用灰色綜合關聯分析法測算出農業耗水、工業耗水和生活耗水量與耗水總量之間的關聯度,并嘗試將生態學中的生態位適宜度評估模型引入到水資源消耗配置的研究中,測算出2000-2008年水資源消耗配置的適宜度值,依據測算結果分析出水資源消耗量配置的現狀以及存在的問題。

2 研究方法

2.1 灰色關聯分析法[14-15]

灰色關聯分析是對灰色系統中不同事物之間的相關關系進行分析,灰色關聯評價系統根據所給出的評價標準或比較序列,通過計算參考序列與各評價標準或比較序列的關聯度大小,判斷該參考序列與比較序列的接近程度來評定該參考序列的等級。若將某一事物的發展特征數列記為參考數列 x0(n維),稱該事物為參考事物。有多個事物的發展與該事物相關,將多個事物的發展特征數列(對比數列)記為 xi(i=1,2,3,......,m)(n維),為比較多個事物與參考事物之間的相關關系,引入關聯系數概念。

δ為分辨系數,其取值在0-1之間,一般取δ=0.5,ri(k)稱為 xi對x0在k時刻的關聯系數。進一步計算關聯度,按照下面的公式對關聯系數做處理后得到ωi,即為數列 xi對x0的關聯度。

灰色相對對關聯度計算公式與絕對關聯度計算公式相似,只是在 x0i的構造上略有不同,即(7),其余計算公式都是類似的,在此不做陳述。

綜合關聯度是一個綜合指標,既反映了序列之間的幾何相似程度,又反映了序列之間相對于始點的變化速率的接近程度,可直接采用下式計算:

δ為分辨系數,其取值在0-1之間,一般取0.5,ω0i為灰色絕對關聯度,ω′0i為灰色相對關聯度。

2.2 生態位適宜度評估模型[16-18]

生態位評估模型的建立是以經典的生態位理論為基礎,通過擴展經典生態位理論的內涵,用數學抽象方法分析系統最佳生態位點與現實生態位點的貼近度,這對于了解和掌握系統各要素的發展概況起著非常重要的作用,生態位評估模型的這一特征與水資源消耗的適宜度研究目標相一致,因此,本文選取生態位評估模型對中國水資源消耗配置的適宜度進行評估分析。

設有 m個評估年份,yij(i=1,2,...,m;j=1,2,...,n)表示第 i個生態系統在生態因子j上的觀測數據值,在實際研究中,將數據進行標準化處理后得到生態因子的現實生態位,其中 ymax表示 yij中的最大值。

無綱化處理后,又設 yaj(i=1,2,...,m)表示第 j個生態因子的最佳生態位,即

其中ε∈[0,1],其值通常由 Fi=0.5計算出來。

3 中國水資源消耗配置的灰色關聯度測算

3.1 灰色關聯度計算

按照灰色關聯度計算公式(1)-(8),對2000-2008年中國水資源消耗總量以及各部門消耗配置的數據(見表1)進行計算處理,得出如下分析結果,如表2所示。

灰色關聯分析包括灰色絕對關聯度、灰色相對關聯度和灰色綜合關聯度。灰色絕對關聯度表征了各數據序列幾何圖形的相似程度,相似程度越大,則關聯度值越大;灰色相對關聯度表征了各數據序列相對于始點的變化速率之間的關系,變化速率越接近,關聯度值越大;灰色綜合關聯度分析既體現了各序列曲線(折線)在幾何意義上的相似程度,又反映出各序列相對于始點的變化速率的接近程度,因此,本文選取灰色綜合關聯度來表征數據序列之間聯系的緊密程度。

表1 2000-2008年中國耗水總量以及各部門耗水量Tab.1 Total and each sector’water consumption of China from 2000 to 2008

表2 灰色關聯結果Tab.2 Results of grey correlation analysis

3.2 灰色關聯結果分析

農業、工業、生活等三個主要耗水部門的耗水量與中國水資源消耗總量的灰色綜合關聯度分別為0.630 0、0.856 4、0.786 8,由此可以得出:工業部門耗水量對整個中國水資源消耗總量的影響最大、關系最為密切,其次是居民生活耗水量,影響最小的農業耗水量。

水是整個國民經濟生產的基礎,而國內生產總值中工業部門的貢獻率最高,加之近些年來,由于工業生產設備陳舊、工藝落后導致整個工業生產中水的重復利用率非常低。此外,工業污水也沒有形成高效的循環再利用,最終造成整個工業部門耗水量持逐年上漲態勢,因此,工業部門的水資源消耗量對整個中國水資源消耗量的配置起到極大的影響作用。

中國是世界人口大國,全國居民每天生活耗水量非常大,隨著人口的逐年增長,居民生活耗水量逐年增加。不合理的水價機制也造成了居民對水資源稀缺性認識不足,考慮到社會福利因素,水價長期保持在低于處理成本的水平上,居民在生活中對水資源的保護意識較弱,生活用水的浪費現象也普遍皆是,因此,生活部門的水資源消耗量對整個中國水資源消耗配置的影響僅次于工業部門。

中國是傳統的農業大國,但農業生產布局缺乏多樣性,落后的灌溉方式至今在許多農業生產區域仍舊沿用,盡管農業用水量近些年來出現下降趨勢,但單位農業生產總值的耗水量的下降速度較慢,由此說明,農業耗水利用率較低。相對于工業和生活部門而言,雖然農業部門耗水量對中國水資源消耗總量配置的影響程度較低,但隨著農村濫砍濫發、毀耕導致大面積水土流失,加之農藥的超量使用導致水資源被大量污染,整個農業生產過程中所造成的不必要的水資源浪費程度逐年加重。

4 中國水資源消耗配置的適宜度測算分析

4.1 適宜度測算

按照公式(9)、(10)分別計算出各個變量的現實生態位和最佳生態位,然后代入到公式(11)中進行計算,估算出模型中參數ε的值,經測算ε=0.451 8,最終分別計算出2000-2008各年水資源消耗配置的適宜度,具體計算結果如表3所示。

4.2 適宜度測算結果分析

按照表3計算出的各年份適宜度值,可以把2000-2008年水資源消耗配置的適宜度劃分為三個梯度,大于0.8的為水資源消耗總量配置適宜度相對較高的第一梯度,大于0.5而小于0.8的為水資源消耗總量配置適宜度居中的第二梯度,低于0.5的為水資源消耗總量配置適宜度相對較低的第三梯度。

因此,2008年水資源消耗總量在農業、工業和生活部門配置的適宜度值最高,其中工業耗水量與生活耗水量的現實生態位均為最佳生態位,由此說明,2008年水資源消耗總量在工業、農業和生活部門的配置量處于較優配置,有利于水資源的可持續利用。

2000、2001、2002、2005、2006、2007 各年水資源消耗總量在農業、工業和生活部門配置的適宜度處于中等水平,隸屬于第二梯度,存在進一步改善水資源消耗配置適宜度水平的空間,例如2000、2001年工業耗水和生活耗水生態位水平的提高可以改善水資源消耗總量在各部門配置的適宜度水平;2002、2005年工業耗水生態位水平的提高可以在總體上改善水資源消耗配置的適宜度水平。

表3 2000-2008年中國水資源消耗在各部門配置的適宜度Tab.3 Configuration suitability of water consumption in various sectors from 2000 to 2008

2003、2004年水資源消耗配置的適宜度水平較低,處于第三梯度,由此說明,2003、2004年中國水資源消耗總量在農業、工業和生活部門配置效率較低。

綜上所述,將生態經濟學領域中的生態位適宜度模型引入到水資源消耗總量在部門配置的研究中,通過測算適宜度可以直觀地分析出各個年份水資源消耗總量在各部門的配置水平和配置效率,適宜度越高,配置水平和配置效率越高,水資源消耗總量在各個部門的配置達到最優化;反之,適宜度越低,配置水平和配置效率越低,水資源消耗總量在各個部門的配置有待于進一步通過協調各部門消耗量來進一步優化。

5 結論與對策建議

本文通過運用灰色關聯分析和生態位適宜度模型對中國水資源消耗配置進行分析與測算,可以得出以下結果:(1)工業部門的耗水量與中國水資源消耗總量的灰色關聯程度最高,因此,中國水資源消耗配置與工業部門的關系最為密切;(2)優化中國水資源消耗配置要協調好農業、工業和生活部門耗水量之間的分配,特別是工業部門的耗水量;(3)2008年中國水資源消耗配置的適宜度水平最高,由此說明,2008年中國水資源消耗在農業、工業和生活部門的配置基本上滿足了水資源在各部門的協調使用和可持續利用。

通過對中國水資源消耗總量在各部門配置的關聯度和適宜度的測算,本研究認為:提高水資源消耗總量在農業、工業和生活部門配置的適宜度,關鍵在于減少水資源在各部門的浪費性消耗和提高水資源利用效率,使農業、工業和生活部門的水資源消耗值均接近最佳生態位,最終達到水資源消耗總量在各部門的消耗配置接近最優化水平。具體看來,改進措施有以下幾方面:在農業部門,加快高效灌溉技術的研發利用,減少土壤中水的蒸發損失,選擇耗水量少、產量和經濟附加值高的農作物進行生產推廣,構建節水型農業生產體系;在工業部門,淘汰耗水量大、技術落后的生產工藝和設備,減少工業生產的源頭耗水量,倡導節水型工業生產,科學處理工業廢水,實現廢水資源化和再生利用;在生活部門,充分利用價格杠桿,制定合理水價機制,強化居民節水認知意識,提高公眾參與節水的認知水平,使居民認識到生活用水的減少能夠促進整個水資源的循環再利用。

本研究需要進一步改進的方面有如下幾點:在水資源消耗的灰色關聯分析中可以進一步引入生態耗水量指標,綜合分析農業、工業、生活部門以及生態耗水量與中國水資源消耗總量配置之間的關聯程度;在水資源消耗配置的適宜度測算中,可進一步改進生態位適宜度模型,例如ε值的計算處理方面、現實生態位的計算公式方面。

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Grey Correlation Degree and Niche Measurement of Allocation of China’s Water Resources Consumption

ZHAO Ao1,2WU Chun2you1,2
(1.School of Management,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China;2.Institute for Eco-planning and Development,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China)

Water as an exhaustive resource,its consumption in agricultural,industrial and domestic sectors is very large.Whether the pattern of consumption allocation is reasonable or not still should be further studied.This paper calculated the grey correlation degree between total water consumption and sector’s consumption during 2000-2008 in order to searchfor the extent of sector’s consumption on the impact of total consumption.This paper evaluated the suitability of allocation of water resources consumption in sectors by means of niche assessment model.The results showed that the grey correlation degree between water resources consumption in industrial sector and total water consumption was the highest,and the suitability of water consumption allocation in 2008 was the highest namely achieving high-level allocation.Based on the calculation of correlation and suitability,this research concluded that the promotion of suitability of water consumption allocation in sectors lay in decreasing wasteful consumption and increasing utilization efficiency in order to achieve optimum niche of sector’s consumption and optimization of allocation of total water resources consumption in sectors.

water resources consumption;grey correlation analysis;niche assessment model;suitability

TV213.4

A

1002-2104(2010)09-0065-05

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.09.012

2010-04-09

趙奧,博士生,主要研究方向為能源與資源管理。

(編輯:王愛萍)