遼寧省產業結構與用水結構協調評價

孫 良

(葫蘆島市水資源管理辦公室，遼寧 葫蘆島 125000)

資源與需求之間的矛盾在社會經濟快速發展的驅動下日趨突出，人類的生存發展與社會經濟產業都離不開水資源的支持，并且隨著城鎮化、工業化以及人類改造自然技術水平的不斷提升，水資源短缺、局部地下水過度開采、用水效率低以及水生態環境持續惡化等問題嚴重[1]。目前，迫切需要解決的是正確處理用水結構與產業結構之間的相關性問題。為促進社會經濟的可持續健康發展應首先保障用水結構與其他系統之間的協調性。國內外相關學者對水資源與產業結構方面的問題開展了大量研究，例如云逸[2]等對用水量與產業結構之間的關系利用回歸模型進行了分析探討；汪黨獻[3]等對國民經濟行業水資源利用投入產出模型進行了定量分析；蔡繼[4]等利用灰色關聯法對湖北省水資源與產業結構之間的相互關系做了探討。總而言之，目前相關研究對用水結構與產業結構之間的關系主要利用建模法進行定量分析，而涉及二者協調性的研究相對較少。吳麗[5]等對用水與產業結構的協調關系利用多目標模糊優化模型進行了評價；雷社平[6]等基于復雜系統理論和協同理論建立了北京市各水系統協調度模型。這些方法都僅僅局限于用水與產業系統之間，并且具有各自的突出特點，而未綜合考慮水系統的外部環境。目前，由于水資源過度開采、用水效率低、水體污染嚴重以及供需矛盾緊張等問題日益嚴重，資源型缺水對區域產業發展已構成嚴重威脅，因此在分析區域用水與產業結構相關性時，還需要考慮外部的用水環境。本文綜合考慮了水環境、用水結構和產業結構三大方面，基于集對分析理論建立了用水協調評價模型，并以遼寧省為例對其用水協調關系進行了系統、科學地綜合評價，以期為促進該區域協調可持續發展以及實現資源的最大最優化利用提供一定決策依據[7- 11]。

1 基于集對分析法的區域產業結構與用水結構協調模型

1.1 集對分析理論

集對分析法是由我國學者提出的一種用于處理不確定性問題的方法，在預測、評價、決策等方面該方法表現出較強的適用性，目前在軍事、自然、社會經濟、人文教育以及工程技術等領域的應用也十分廣泛[12]。假定X和Y是表示具有一定關聯的2個集合，X具有N相特性即為X=(x1，x2，…，xN)，Y亦具有N相特性即Y=(y1，y2，…，yN)，則X和Y構成的集對H(X，Y)聯系度μx～y為：

(1)

式中，S/N、F/N、P/N—集對H(X，Y)的同一度、差異度和對立度，分別采用a、b、c表示；I、J—分別為差異不確定性系數和對立度系數，I的取值區間為-1～1，J值為-1時表示指標對立。

將式(1)中的a、b、c分別選取0.1～1.0之間的實數，然后按照由大到小規則排序，則可表示為集對的態勢度，集對同異反態勢度見表1。

表1 集對態勢度數值及大小關系

1.2 建立評價指標體系與評價標準

評價用水結構與產業結構之間的協調性同時具有不確定性與確定性特征，因此本文對遼寧省的協調評價考慮采用集對分析法。評價指標作為建立協調評價模型和評判系統高低水平的重要依據，可通過描述時間尺度上的系統狀態反映其協調性特征。影響水資源系統的因素較多，且各因素之間具有十分復雜的作用關系，所建立的指標體系應能夠客觀、科學地反映各方面的主要內容與特征，因此在指標篩選時應遵循可行性、真實性和客觀性等原則。根據目前第三產業在經濟結構體系中的演變特征，在高科技蓬勃發展和迅速崛起的條件下三大產業的轉變已是大勢所趨。水資源是經濟發展與人類生存的重要基礎，生態系統與社會經濟均與水密切相關，而用水效率低、水體污染嚴重等現象較為突出。所以，為保證用水結構的協調性與合理性，可從用水效率與效益的角度綜合考慮分析三大產業用水現狀。

本文結合研究區域水環境特征以及產業結構所需的水資源屬性，分別從節水、水體污染、水環境容量的角度篩選指標。然后基于水環境、用水效益以及經濟效益等方面建立了包含14項代表性指標的體系。根據研究區域的經濟發展規劃、社會發展現狀以有國家標準規范建立了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級3個協調評價等級，分別為協調合格、中等、良好3個類別。對各分級標準下的指標閥值，參考專家意見和文獻資料進行設定，指標體系及分級標準見表2。

表2 協調評價指標體系及分級標準

協調狀況利用集對分析法進行評價，本研究將水環境與用水效益、區域經濟效益與響應的評價標準構成一個集對，對集對特性分別從集合的同、異、反3個方面進行分析。假定協調評價標準為i，則集對在共同具有、不對立也不具有以及彼此對立條件下的特性數可分別選取為符合i級標準、高于i級標準以及低于i級標準的指標個數。區域用水結構與產業結構在不同等級評價標準的聯系度表達式，a、b、c的取值見表3。

表3 聯系度表達式參數取值

1.3 協調態勢度的計算

若評判標準選取為Ⅱ級，則效益型評價指標滿足Ⅱ級協調標準的取值范圍在Ⅰ～Ⅱ級之間；成本型指標在滿足該協調標準的取值范圍在Ⅱ～Ⅲ級之間。然后通過對比Ⅱ級評判標準值與實際值，即可獲得相應的N1、N2、N3值。結合態勢度數值范圍和a、b、c計算公式可分別得到經濟效益、用水效益以及水環境效益態勢度de、ds、dr值。

1.4 協調發展指數

在考慮分析協調發展指數時應對生長曲線作簡要的探討，生長曲線函數是指隨時間變化的一組滿足變化規律的預測事件觀測數值。通常情況下，事物總要經歷發生、發展、成熟的變化，各個時期的發展速度存在一定差異。在發生、發展以及成熟時期的速度一般符合先緩慢、再加快，然后又趨于緩慢的變化特征，生長曲線就是按照上述發展規律得到變化形狀。在很多領域中S型曲線較為常見，其模型如下：

(2)

式中，y—生長曲線函數值；k、e、f—生長量指標、自然對數以及常數。

通過對社會、經濟領域許多變量的分析可以發現，在現實中隨時間的變化這些指標經歷了生長、成熟和衰退的變化過程，與生物特征基本相似。因此，可利用生產曲線指數模型反映區域用水結構與產業結構之間的協調關系，利用下式進行協調發展指數I的計算：

I=1/(1+drd-deds)

(3)

協調發展指數I值在0.1～1范圍，利用S型曲線模型，在水環境污染較為嚴重，即水環境態勢最大為1并且用水效益與經濟效益值最小均為0.1時，輸入上述公式可得到I值為0.5；而水體污染較輕，即水環境態勢度最小為0.1且用水效益與經濟效益最大值1時，輸入上述公式可得到I值為0.98；而在三者均為0.5時，則協調發展指數I為0.72。由此可將協同協調評價結果劃分為高度、基本、弱以及不協調，相應的協調指數值I分別在0.90～0.98、0.72～0.90、0.60～0.72、0.50～0.60范圍之間。

2 實例應用

結合遼寧省2010—2015年的相關資料，利用上述評價模型和分級標準可得到該區域用水結構與產業結構的協調狀態[13]，各指標實際狀態見表4。

遼寧省工業化體系在經濟快速發展的驅動下日趨得到優化，并且農業方面也得到了快速發展，科技創新水平不斷提高，從而促進了第三產業的快速發展。目前我國仍處于快速發展中，遼寧省社會經濟處于中等水平，因此協調判別標準可選取為Ⅱ級，結合上述Ⅱ級標準各參數取值以及計算公式，可分別得到各態勢度及協調發展指數值，結果見表5。

表4 遼寧省2010—2015年各指標數據值

表5 協調發展指數值

由表5計算結果可以看出2010—2015年遼寧省協調發展指數表現出逐漸增加的趨勢，該區域用水與產業結構整體處于弱協調狀態。同時，該區域水環境、用水效益以及經濟效益的態勢度相對較大，由此進一步說明遼寧省在快速發展經濟的同時對水環境造成了嚴重破壞，從而使得該區域整體處于弱協調水平。水環境態勢度雖然整體處于較大水平，但是表現出逐漸降低的趨勢，由2010年的0.9逐漸降低至0.6，由此說明近年來遼寧省水資源管理、水環境保護措施開始發揮一定的作用。通過加大水環境治理力度，統籌規劃水資源開發利用，可在一定程度上環節用水壓力，并促進區域的協調發展。

3 結論

本文以遼寧省為例，利用集對分析法中的同異反態勢度客觀、科學評價了該區域2010—2015年的協調狀態，得出的主要結論如下。

(1)遼寧省協調發展指數表現出逐漸增加的發展趨勢，該區域用水與產業結構整體處于弱協調狀態。同時，該區域水環境、用水效益以及經濟效益的態勢度相對較大，由此進一步說明遼寧省在快速發展經濟的同時對水環境造成了嚴重破壞，從而使得該區域整體處于弱協調水平。

(2)近年來遼寧省水資源管理、水環境保護措施開始發揮一定的作用。通過加大水環境治理力度，統籌規劃水資源開發利用，可在一定程度上環節用水壓力，并促進區域的協調發展。

(3)該評價模型表現出計算簡便、不受指標數量限制、結果可靠等優點，研究成果可為促進區域水資源可持續利用以及產業結構調整提供一定參考。