西安市工業結構演變與環境影響的灰色關聯分析

李 苒，仇立慧，胡 勝，劉 聞，姬巧娟，徐 璐，同勤學

(1.西安文理學院文化與旅游學院，陜西西安 710065;2.西北大學城市與環境學院，陜西西安 710127;3.西安市城市規劃設計研究院課題所，陜西西安 710082;4.西安歐亞學院金融學院，陜西西安 710065)

國內外的城市發展歷程表明，城市能夠發展，必然取決于這個城市工業發展的程度，若工業發展落后，城市的經濟是不可能會穩定和持續快速發展的。但是，城市環境質量下降的主要原因也是因為工業的發展。而且，工業結構對環境質量的影響也是較為嚴重的，因為工業中不同行業污染物排放的種類和強度都各不相同，所以不一樣的工業結構必然會對城市環境造成不一樣的環境影響后果［1-3］。

目前的研究大多是針對產業結構與環境之間的關系，很少有研究針對工業的結構演變與生態環境質量之間的關系［4-6］，本文以西安市為例，在時間尺度上運用灰色關聯分析法對工業結構演變和生態環境質量之間的關聯進行測度和分析，以期為其他城市的工業和環境的可持續發展提供借鑒。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

西安市行政區域面積為1.01×104km2，常住人口為846.78萬人，人口密度為834人/km2，總產值為3 241.49億元，人均GDP為38 279元/人，產業構成(即農業、工業、服務業所占比例)為4.3∶43.5∶52.2。西安市工業體系的門類較為齊全，基于此也成為中國高新技術產業、科研和高等教育的基地。西安市環境污染物主要來源于工業過程中產生和排放的“三廢”即廢水、廢氣和固體廢棄物，同時西安市也是一個以煤炭消耗為主的能源結構城市。

1.2 研究方法

灰色關聯度表示兩種或以上事物發展的狀態和趨勢之間的相互關聯的程度。灰色關聯分析的基本原理是依據系統參考序列與比較序列所形成的曲線的形狀的相似程度來判斷兩者之間的聯系，因而得到序列曲線的關聯度。若曲線的形狀越相似，相應的關聯度越大，聯系越緊密;反之，關聯度就越小，聯系越不緊密［7-8］。

灰色關聯分析法的基本研究對象是由原始數據處理過后的數據列，因為灰色關聯分析有參考數據列和比較數據列兩類，所以把原始數據類也分為兩類，稱作母序列、子序列，參考數據列對應的是母序列，比較數據列對應的是子序列。采用如下的計算步驟:

①均值化處理原始數據

②計算序列差

令Δi(k)=|x'0(k)－x'i(k)|，Δi=(Δi(1)，Δi(2)，…，Δi(n));

③計算兩級最大差與最小差

④計算關聯度系數

γi(k)=m+ εM/Δi(k)+ εM，∈ (0，1)，在這里取ε=0.5;

⑤計算關聯度

其中 i=1，2，…，m;k=1，2，…，n。

1.3 數據來源

原始數據中，工業的國內生產總值以及工業內部各行業的生產總值數據來源于西安市統計年鑒(2004—2013);各行業生產過程中“三廢”排放量和原煤的消耗量的數據來源于西安市環境質量報告書(2003—2012)。

2 工業結構演變與環境的灰色關聯分析

工業結構涉及到多方因素和多級層次，是一個復雜的系統。同時，在工業結構系統中一些信息是已知的，另一些信息是未知的，也是典型的灰色系統。因此，運用灰色關聯分析方法，研究工業產值與環境資源要素之間的關聯程度的動態演變的特征，可以揭示其未來的發展趨勢。本文根據原始數據整理出2003—2012年這10年來工業總產值和13個行業的產值，工業及其內部各行業“三廢”的排放量和原煤的消耗量，分別對工業總產值與環境污染物排放量、工業內部各行業產值與環境因素、工業內部各行業產值與能源消耗作灰色關聯分析。

本文根據國家行業劃分標準及工業各行業生產流程、工藝、產品的近似性，再結合基礎數據采集的可得性、統計的可行性和計算的簡便性，把西安市原本工業內部涉及到的39個行業再進一步歸類劃分成為13個大類。分別為:機械制造業(簡稱機械，下同)，石化工業(石化)，造紙及印刷業(造印)，食品、煙草加工業(食煙)，采掘業(采掘)，通信計算機及其他電子設備制造業(通電)，金屬及非金屬礦物制品業(金礦)，文體、工藝品及其他制造業(文工)，紡織及服裝加工業(紡服)，木材采選及加工業(木加)，冶金工業(冶金)，交通運輸設備制造業(交通)，電力、燃氣及水的生產和供應業(電燃)。

2.1 工業總產值與環境污染物排放量的灰色關聯分析

根據收集統計和計算歸類出的原始數據，以2003—2012年的西安市工業總產值為母序列，亦即參考數列，以相同時間段內的工業“三廢”排放量以及原煤消耗量為子數列，亦即比較數列，依據之前的5個計算步驟算出工業總產值與工業廢水的排放量、廢氣的排放量、固體廢棄物的排放量和原煤消耗之間的灰色關聯度。西安市工業總產值的增長對西安市環境影響程度依次為:廢氣(0.88)、廢水(0.76)、固體廢棄物(0.68)。同時，西安市的工業總產值與原煤消耗的關聯性也較強，關聯度達到了0.67。

2.2 工業內部各行業產值與環境因素的灰色關聯分析

根據收集統計和計算歸類出的原始數據，以2003—2012年西安市的原煤消耗、工業廢氣的排放量、工業廢水的排放量、工業固體廢物的排放量分別為母序列，亦即參考數列，以相同時間段內的13類工業各行業為子序列，亦即比較數列，依據之前的5個計算步驟分別計算出消耗的原煤數量與13類行業的產值之間關聯度、工業廢氣的產生量與13類行業的產值之間關聯度、工業廢水的產生量與13類行業的產值之間關聯度、工業固體廢物的產生量與13類行業的產值之間關聯度，見表1。

由表1數據可知:西安市近10年來工業原煤消耗量與工業內部13類行業的產值之間關聯度按由大到小的排序依次為:金礦、石化、造印、紡服、食煙、機械、通電、交通、電燃、木加、采掘、冶金、文工。

西安市近10年來工業廢氣排放量與工業內部13類行業的產值之間的關聯度按由大到小的排序依次為:造印、金礦、紡服、石化、機械、通電、食煙、電燃、木加、交通、采掘、冶金、文工。

西安市近10年來工業廢水排放量與工業內部13類行業的產值之間的關聯度按由大到小的排序依次為:造印、石化、金礦、紡服、機械、食煙、通電、電燃、木加、采掘、交通、冶金、文工。

西安市近10年來工業固體廢棄物排放量與工業內部13類行業的產值之間的關聯度按由大到小的排序依次為:造印、石化、金礦、紡服、機械、食煙、通電、電燃、木加、采掘、交通、冶金、文工。

對比13類行業與“三廢”排放量之間的關聯度，可以看到，各行業與工業廢氣排放的關聯度是最大的，也就是說工業廢氣排放量的大小直接影響著西安市的環境質量，也是環境污染的主要因素。

表1 工業各行業產值與環境資源要素的關聯度Tab．1 Industrial output value of industry and environmental resources correlation factor

2.3 工業產業結構對生態環境影響的定量分析

根據表1的計算結果與工業“三廢”與經濟關聯度的大小，對廢水、廢氣、固體廢棄物的關聯度賦以權重，其中廢水的關聯度權重為0.33，廢氣的關聯度的權重為0.49，固體廢棄物的關聯度的權重為0.18，從而可以得到13類工業各行業對環境影響的綜合關聯度，見表2。

由表2中的數據可知:

西安市近10年來工業“三廢”排放量與工業內部13類行業的產值之間的關聯度按由大到小的排序依次為:造印、金礦、紡服、石化、通電、食煙、機械、電燃、冶金、交通、木加、采掘、文工。

由表1中的數據可知:

西安市近10年來工業原煤消耗量與工業內部13類行業的產值之間的關聯度按由大到小的排序依次為:金礦、石化、造印、紡服、食煙、機械、通電、交通、電燃、木加、采掘、冶金、文工。

由表1和表2的數據可得西安市近10年來工業“三廢”排放量和原煤消耗量與工業內部13類行業的產值之間關聯度與13類行業產值的關聯度大小基本呈一致態勢。

表2 工業各行業產值與環境的綜合關聯度Tab．2 Consolidated correlation industrial output value of the industry and the environment

結合以上西安市近10年來工業內部13類行業的產值與工業“三廢”排放量和工業原煤消耗量之間的關聯度排序，將這13類行業對西安市環境質量的影響進行劃分，共分為3類，分別為重度、中度、輕度環境影響行業。對環境影響程度較輕的3類行業中，文體、工藝品及其他制造業和木材采選及加工業由于其生產工藝過程的特點對環境影響較小，采掘業通常情況下都會對環境產生較大的影響。但是，對西安環境影響較小的原因主要是其在西安工業構成中的比例非常低。

對環境影響程度居中的6類行業中，交通運輸設備制造業、通信計算機及其他電子設備制造業、食品、煙草加工業等行業在西安市一直都發展勢頭較好，也因此打下了良好的基礎，很多行業都建成了一定規模的研發生產基地。這些行業大都是技術密集型，行業發展必然促使新技術的產生，從而帶動相關行業的發展，在西安工業發展中起著重要的作用。但是，也正是基于此，在這些行業快速發展的同時，不能忽視其對西安市環境造成的影響，否則，一旦造成影響，會有嚴重的后果，不利于行業的持續發展。

對環境影響程度嚴重的4類行業中，紡織及服裝加工業雖然造成的影響比較嚴重，但是其在西安的工業構成比例中呈下降趨勢，主要是做好生產過程中產生污染物的后期處理凈化;隨著西安市經濟的快速發展，對能源的需求也越來越大，石油化工行業因此在工業結構中所占的比例也越來越大，因積極研發新技術應用與其生產和工藝的過程中，減少污染物的產生和排放;造紙印刷業和金屬非金屬礦物制品業能源消耗比較大，產生的工業“三廢”量也很大，且在工業構成中的比例也很大，所以應該適當限制其在西安的發展。

3 結語

近10年來，西安市工業總產值的增長對西安市環境影響程度依次為:廢氣、廢水、固體廢棄物。可見，各行業與工業廢氣排放的關聯度是最大的。13類工業各行業對環境影響的綜合關聯度最大的行業為造紙及印刷業，關聯度最小的是采掘業和文體、工藝品及其他制造業。

可見，西安市環境質量和其工業結構的關系非常密切。所以，要提高環境質量就必須調整西安市的工業結構。使工業的發展主要依靠技術、知識和高素質的人力資源，在工業生產過程中推行低碳環保、清潔生產的工藝，從而達到工業的持續發展。

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