皖江城市帶產業結構與用水結構的互動耦合關系

王 飛，蔣文杰，李景保，陳 曉，徐 志

(湖南師范大學資源與環境科學學院，湖南 長沙 410081)

皖江城市帶產業結構與用水結構的互動耦合關系

王 飛，蔣文杰，李景保，陳 曉，徐 志

(湖南師范大學資源與環境科學學院，湖南 長沙 410081)

運用灰色關聯分析方法構建區域產業結構與用水結構之間相互作用的灰色關聯度模型及耦合度模型，揭示皖江城市帶產業結構與用水結構之間耦合的主要因素，并分析產業結構與用水結構耦合度的時序變化和空間差異。結果表明：皖江城市帶產業結構與用水結構之間的關聯度基本都在0.5以上，屬于中等關聯。產業結構與用水結構耦合度表現出明顯的階段性，大致呈倒U形，根據數值變化可以劃分為3個階段：磨合型(2005—2006年)、拮抗型(2007—2009年)、初級協調型和磨合型(2010—2014年)。皖江城市帶各城市的耦合協調類型不盡相同：合肥、蕪湖屬于初級協調型；馬鞍山、銅陵屬于磨合型；滁州、宣城、池州屬于拮抗型；安慶、六安屬于失調型。

產業結構；用水結構；灰色關聯分析；耦合度；皖江城市帶

區域產業結構是國民經濟的核心和基礎，決定著區域經濟的發展階段和水平，產業結構的升級和優化是區域發展的重要方向。然而，任何產業的發展都離不開水資源的支撐和保障，水資源短缺已成為促使區域產業轉型的重要因素。改變現行的經濟增長方式和用水結構也是解決水資源短缺，實現水資源可持續利用的重要途徑[1-2]。目前基于產業結構與用水結構之間關系的研究也取得了一定的成果，蔣桂芹等[3]利用系統動力學投入產出分析整合的方法研究了江蘇省產業用水的綜合效用；劉慧敏等[4]從水資源在經濟生產中的作用過程入手，系統梳理了水資源與產業結構的互動演進關系；蔣桂芹等[5]基于協調度評價模型，對我國區域用水結構與產業結構的協調度進行評價；沈家耀等[6]以安徽省為例對區域產業結構與用水結構的協調度進行評價與調控。

2010年國家正式批復皖江城市帶承接產業轉移示范區、安徽沿江城市帶承接產業轉移示范區建設納入國家發展戰略。產業轉型必然帶動區域用水結構的變化，因此，本研究通過建立用水結構和產業結構的指標體系，利用灰色關聯度模型計算其關聯度，并在此基礎上構建兩者之間的耦合度模型，研究皖江城市帶產業結構與用水結構的互動耦合關系。

1 研究區概況和數據來源

1.1 研究區概況

皖江城市帶承接產業轉移示范區包括合肥、蕪湖、滁州、馬鞍山、銅陵、安慶、池州、宣城以及六安的裕安區和舒城縣，總面積7.6萬km2，人口3 096萬，分別占全省的54%和45%。2014年的地區生產總值達10萬億元，占全省67%。2014年，三次產業比重為8%、57%、35%，產值分別占全省的47%、72%、66%。皖江城市帶是安徽省能源消費比較大的區域，隨著承接產業轉移步伐的加快，將重點承接裝備制造、石油化工、汽車零配件、農產品深加工、有色金屬深加工、化工等能源和水資源消耗比較大的產業，這些高耗電高耗水產業的發展無疑會對水資源的可持續利用產生一定的影響。

皖江城市帶多年平均降雨量1 300 mm，年內降水分布不均，主要集中在5～9月。水資源總量約540億m3，占安徽省水資源總量的70%左右，人均水資源擁有量約1 400 m3，低于全國平均水平。城市帶沿岸重工業分布密集，用水量巨大，污染嚴重，面臨水資源短缺、水質下降等水資源環境問題。

1.2 數據來源

數據主要來源于2005—2014年安徽省的統計年鑒以及安徽省水資源公報。2005—2010年皖江城市帶的數據缺失，因此通過分別統計皖江城市帶各城市2005—2014年產業結構與用水結構的各項指標值，用其平均值作為皖江城市帶的指標值。鑒于資料的可得性，文中利用六安市代替六安市中屬于皖江城市帶的舒城縣和裕安區。

2 研究方法

2.1 指標體系的構建

產業結構和用水結構是兩個動態的復雜的系統，必須建立一個科學合理的指標體系作為其評判標準，在遵循指標體系選取的獨立性、動態性、科學性、可比性、可操作性等原則的基礎上，參考相關文獻[7-8]并結合皖江城市帶的實際情況選取以下9個指標來反映產業結構的現狀和6個指標來表征用水結構的情況(圖1)。

圖1 產業結構與用水結構耦合指標體系

2.2 灰色關聯度模型和耦合度模型的建立

由于原始數據的量綱不同，無法進行計算和比較，運用極差法對原始數據進行無量綱化處理[9-11]：

(1)

式中：Zij為無量綱化后的指標值；Xij為指標值。

考慮到產業結構與用水結構的耦合作用具有交錯性和復雜性，采用能夠較全面反應兩系統多因素交互作用的灰色關聯模型[12]，定量分析皖江城市帶產業結構與用水結構的互動耦合關系，其公式為

(2)

式中：ξij(t)為第t年的關聯系數；

分別為第t年產業結構與用水結構指標的標準化值；ρ為分辨系數，一般取0.5。將關聯系數按樣本數k求其平均數可以得到關聯度：

(3)

式中，γij為關聯度值。

通過比較各個指標間關聯度的大小可以分析出產業結構與用水結構各個指標的相關程度。在參考相關文獻的基礎上對關聯度進行等級劃分：無關聯、弱關聯、中等關聯、較強關聯、極強關聯、完全關聯的關聯度值分別為0、(0，0.35]、(0.35，0.65]、(0.65，0.85]、(0.85，1)、1。

根據各指標間的關聯度值建立關聯度矩陣，分別按照行和列求其平均值，求得到的數值可以根據其數值大小排序得到產業結構脅迫水資源的主要因素以及水資源對產業結構制約的主要因素。在計算灰色關聯度的基礎上計算產業結構和用水結構的耦合度模型[11]，計算公式為

(4)

式中：C(t)為耦合度值；l、m分別為用水結構系統與產業結構系統的指標數。

耦合度越大表明用水結構與產業結構的相互約束作用越強，而耦合度越小則表明兩者的發展程度越好，受彼此的制約和影響作用越小。根據耦合數值的大小對其耦合類型進行劃分：完全協調型、高級協調型、中級協調型、初級協調型、磨合型、拮抗型、失調型、完全失調型對應的耦合度范圍分別為0、(0，0.35]、(0.35，0.55]、(0.55，0.60]、(0.60，0.65]、(0.65，0.70]、(0.70，1.0)、1.0。

3 結果與分析

3.1 產業結構與用水結構互動耦合的主要因素

皖江城市帶產業結構與用水結構的關聯度矩陣見表1，從表1中可以看出兩系統各指標之間的關聯度基本都在0.5以上，屬于中等關聯，表明皖江城市帶產業結構與用水結構之間存在一定的聯系。

由表1可見，產業結構對用水結構的影響主要表現在產業結構的升級和演進引起水資源利用方式的變化，進而帶動了用水量、用水結構和用水效率的變化[10]。產業結構從第一、第二到第三產業的演進帶來用水結構向二、三產業的轉移，產業結構的高級化也使得用水效率得到逐步提高。R amp; D占GDP的比重和二、三產業比重都超過了0.65，屬于較強關聯，R amp; D占GDP的比重體現產業的科技含量，二、三產業比重能夠較強地反映產業的高級化。

用水結構對產業結構的影響主要表現在水資源短缺制約產業的發展，促使產業結構做適應性調整[3]。生態環境用水、人均生活用水以及單位面積農田灌溉用水都超過了0.65，屬于較強關聯，皖江城市帶的生態環境用水量逐年增加，對產業用水起到一定的限制作用；2005—2014年，隨著經濟的發展人民生活質量逐步提高，生活用水量逐年增加，但到后期隨著國民素質的全面提升，生活用水量開始逐漸減少，用水效率提高較為明顯；皖江城市帶的農業占比仍不小，農業產值逐年上升，而農業用水量則呈現先增加后減少的趨勢，表明第一產業用水效率的明顯提高，也為二、三產業的發展提供更多的用水空間，使產業結構向更加協調的方向發展。

3.2 產業結構與用水結構耦合度的時序變化

在求出產業結構與用水結構關聯系數的基礎上，選取2005—2014年的時間序列數據得到皖江城市帶兩系統之間的耦合度隨時間變化趨勢(圖2)。

從圖2可以看出皖江城市帶2005—2014年產業結構與用水結構的耦合度基本都在0.6以上，且具有明顯的波動性，表明產業結構與用水結構之間的關系較為緊密，并且在城市帶發展的不同階段呈現出不同的響應特征。根據耦合度的變化大致可以將其劃分為3個階段：

表1 產業結構與用水結構的關聯度矩陣

a. 第一階段2005—2006年，其耦合度為0.60～0.63，耦合類型屬于磨合型。在此階段，皖江城市帶還是一個地域上較為模糊的概念，城市化及產業的發展速度較慢，各市的優勢產業還未完全形成。根據計算結果可知2006年皖江城市帶一、二、三產業的比重分別為12.6%、48.0%、39.4%。第一產業的比重過大，擠壓了大量的用水空間，二、三產業發展不足，且企業的科學技術水平不高，萬元農業GDP用水以及萬元工業GDP用水都較低，用水效率低下，用水結構不盡合理。

b. 第二階段2007—2009年，耦合度為0.65～0.70，耦合類型屬于拮抗型。在此階段，皖江城市帶的產業開始加速發展，特別是一些能源和技術密集型的產業都在這幾年內發展壯大，這無疑在一定程度上增加了區域用水壓力。在此期間，萬元GDP科技投入、億元GDP專利數、萬人技術人員數等指標增長都較為緩慢。皖江城市帶三次產業比重也由2006年的12.6%、48.0%、39.4%轉變到2009年的10.8%、52.9%、36.3%。農業比重雖有所減小，但期間單位面積農田灌溉用水量卻處于持續增加狀態，因此農業和工業仍是用水的大戶，第三產業用水、生態環境用水以及人民生活用水量則占比較少，用水結構不盡合理，用水效率也較低。

c. 第三階段是2010—2014年，耦合度由0.65以上下降到0.58～0.63，耦合類型屬于初級協調型和磨合型。2010皖江城市帶進入科學發展時期，在此階段，萬元GDP的R amp; D投入增長快速，單位GDP進出口額、億元GDP專利數、萬人技術人員數都呈現持續增長的狀態，二、三產業比重也開始由大向小轉變，第三產業獲得長足發展，萬元GDP能耗值和用水量持續下降，工業用水效率提高較快，一、二產業用水量逐漸減少，生態環境用水和生活用水占比增加，產業結構與用水結構的關系逐漸趨向協調。

3.3 產業結構與用水結構耦合度的空間差異

皖江城市帶內部各城市產業結構與用水結構之間的耦合度也存在一定的空間差異，選取2005—2014年9個地級市各指標的均值作為截面數據，計算出合肥、滁州、六安、馬鞍山、蕪湖、宣城、銅陵、池州和安慶的產業結構與用水結構的耦合度分別為0.583、0.673、0.702、0.613、0.578、0.685、0.622、0.664和0.758。繪制出皖江城市帶各城市產業結構與用水結構耦合類型的空間分布圖(圖3)，從圖中可以看出耦合類型整體上大致呈現東優西劣的態勢。

圖3 皖江城市帶各城市產業結構與用水結構耦合類型空間分布

初級協調型包括合肥和蕪湖2個城市。合肥和蕪湖作為安徽省的兩個增長極，其經濟發展已經達到一定水平，2014年人口城鎮化都達到了60%以上，人均GDP也都超過了6萬元，人民在追求物質生活的同時開始關注節約資源和環境保護，努力提高產業科技水平，增加技術裝備，提高水資源的利用效率，減少水污染的產生。在第二產業用水效率提高的同時，生態環境以及第三產業用水也逐步增加，用水結構也得到明顯改善，產業的發展對水資源的負荷逐漸減小，產業結構和用水結構逐步向協調方向轉變，因此表現出的耦合度較小。

磨合型包括銅陵和馬鞍山2個城市。銅陵和馬鞍山是皖江城市帶上兩個重要的資源型城市，優勢產業較為明顯，經濟發展水平較高。由于面積和人口較少，城市化水平和人均GDP也較高。第一產業占比很小，用水量較少，生態環境用水量逐步增加并達到較高水平。但這兩個城市面臨的同樣的問題是第二產業占比過大，產業結構較為單調，第三產業發展不足，萬元工業產業用水量一直居高不下，工業用水過度導致第三產業水量不足，因此水資源的利用率相對于合肥和蕪湖來說較低，總體上產業結構與用水結構處于適應與磨合期。

拮抗型包括滁州、池州、宣城3個城市。這3個城市的經濟發展水平相對較低，城市化水平不高，第一產業比重過大，數據表明，2014年其第一產業占比分別達到17.63%、13.26%、12.85%，都超過了12%，單位面積農業灌溉用水量較大，農業用水占比過大。第二產業發展缺乏科技支撐和資金支持，水污染較為嚴重，用水效率也不高，產業發展對水資源的依賴性較強。表現出較大的耦合度，目前仍屬于拮抗期。

失調型包括六安和安慶2個城市。這兩個城市都位于皖西，是皖江城市帶上面積最大的兩個城市，2014年人口城市化分別是41.4%、42.2%，在皖江城市帶上處于最低水平。農業用水量占比較大。2014年人均國民生產總值也處于最低水平，城鄉差距較大，節水意識較差，第二產業用水效率低，第三產業發展不足，產業結構與用水結構屬于失調型。

4 結 論

a. 產業結構與用水結構之間的關系復雜而密切。通過灰色關聯法計算得出皖江城市帶產業機構與用水結構兩個系統之間的關聯度基本都在0.5以上，屬于中等關聯。

b. 產業結構與用水結構的耦合度在時間上的變化趨勢大致呈一個倒U形，大致可以劃分為3個階段：2005—2006年屬于磨合型；2007—2009年屬于拮抗型；2010—2014年屬于初級協調型和磨合型。就最近兩年的變化趨勢來看，有再次向磨合期轉變的趨向，因此皖江城市帶要更加注意產業結構與用水結構之間的關系，努力促進產業結構向高度化發展，提高產業的用水效率，減少水污染的產生，不斷地改善用水結構。

c. 皖江城市帶產業結構與用水結構的耦合度在空間上呈現西高東低的態勢，根據耦合度的大小將其劃分為初級協調、磨合、拮抗和失調4個類型。各地級市有必要在水資源約束的條件下，調整產業結構，提高水資源的重復利用率[13]。大力發展第三產業，限制高耗能高耗水產業的發展，同時引進先進的科學技術，提高一二產業的用水效率，減少水污染，使產業結構與用水結構之間的關系向更加協調的方向發展。

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InteractivecouplingrelationshipbetweenindustrialstructureandwaterusestructureinWanjiangCityBelt

WANGFei,JIANGWenjie,LIJingbao,CHENXiao,XUZhi

(CollegeofResourcesandEnvironmentalScience,HunanNormalUniversity,Changsha410081,China)

The grey relational model and coupling degree model of interaction between regional industrial structure and water use structure are constructed by using grey relational analysis method to reveal the main factors of coupling between industrial structure and water use structure in Wanjiang City Belt. Furthermore, the temporal variation and spatial difference of coupling degree between industrial structure and water use structure are analyzed. Results show that: (1) correlation between industrial structure and water use structure in Wanjiang City Belt is all above 0.5, belonging to medium association; (2) The coupling degree of industrial structure and water consumption structure shows an obvious phase, which is generally inverted U type and can be divided into three stages according to the numerical changes, which comprise running-in type(2005—2006), antagonistic type (2007—2009), primary coordination type and running-in type(2010—2014); (3) the coupling coordination types of cities in Wanjiang City Belt are different, Hefei and Wuhu are of the primary coordination type; Ma’anshan and Tongling belong to the type of running-in; Chuzhou， Xuancheng and Chizhou are the antagonistic type; Anqing and Lu’an belong to the maladjustment type.

industrial structure; water utilization structure; grey correlation analysis; coupling degree; Wanjiang City Belt

10.3880/j.issn.1004-6933.2017.06.09

國家自然科學基金(41571100)；湖南省重點學科建設項目

王飛(1992—)，女，碩士研究生，研究方向為區域經濟發展。E-mail：785923519@qq.com

李景保，教授。E-mail：lijingbao1951@126.com

F407.9

A

1004-6933(2017)06-0060-05

2017-01-06 編輯：王 芳)