京津冀地區產業結構和用水結構變動關系

劉洋　李麗娟

摘要：水資源對社會經濟發展至關重要。研究產業結構和用水結構變動關系，揭示經濟發展與水資源利用的內在聯系，對缺水地區水資源進行合理配置，特別是對處于特殊戰略地位的京津冀地區具有重要意義。利用2002-2016年北京市、天津市、河北省產業結構及用水結構數據，采用產業結構與用水結構協調度等指標對京津冀地區產業結構與用水結構的演變趨勢進行了評價，并基于成分數據的線性回歸方法建立了京津冀地區產業結構與用水結構的線性回歸模型，進一步研究產業結構與用水結構的相關關系，結果表明：北京市第三產業增加值比重與第三產業用水比重高度相關，河北省第二產業增加值比重與第二產業用水比重之間也表現出較強的相關性。

關鍵詞：產業結構;用水結構;指標評價;成分數據線性回歸模型

中圖分類號：TV213 文獻標志碼：A

Abstract：Water resources are of vital importance to social and economic development.The relationship between industrial structure and water consumed structure，revealing the link between economic development and water resources utilization and allocating water resources rationally，is of great significance to the Beijing-Tianjin-Hebei region from strategic point of view.In this paper，we used the industrial structure and water consumed structure data from Beijing，Tianjin and Hebei Province during 2002 to 2016，and the indicators，such as，the coordination degree of industrial structure and water consumed structure，to investigate the evolution trends of industrial structure and water consumed structure in Beijing-Tianjin-Hebei region.The linear regression method based on the component data was also used to establish a linear regression model between industrial structure and water consumption structure.The results showed that the proportion of the added value of the tertiary industry in Beijing was highly related to the proportion of water consumption of the tertiary industry.The proportion of the added value of the secondary industry in Hebei Province and the proportion of water consumed in the secondary industry also showed a strong correlation.

Key words：industrial structure;water consumed structure;evaluation of indicators;PLS Regression

水資源與能源、環境已經成為影響我國經濟社會可持續發展的三大制約性因子[1]。由于京津冀地區長期承載著巨大的經濟社會功能，水資源合理利用顯得尤為重要，而水資源過度開發利用已經引發一系列的生態環境問題。經濟發展格局和生活方式的變化會對水資源需求產生巨大影響，不同產業部門的用水規律存在明顯差異，因此研究區域產業結構和用水結構之間的變動關系，揭示經濟發展與水資源利用的內在聯系，對區域水資源合理配置及經濟可持續發展具有重要意義。已有學者對產業結構和用水結構的關系進行了研究，研究內容主要集中在：（1）產業結構和用水結構的相關性[2-5]，如雷社平等[2]運用相關分析的理論和方法系統地研究了北京市產業結構調整與水資源需求變化之間的相關關系，劉曉霞等[4]運用協整理論和Granger因果關系法研究了山西省用水結構與產業結構變動關系;（2）產業結構和用水結構的協調性[6-9]，如袁紹軍等[7]建立了評價城市產業結構偏向高耗水產業程度的方法;（3）產業用水結構變化的驅動力[10-12]，如孫才志等[12]基于拓展的Kaya恒等式建立因素分解模型，應用LMDI分解方法分析中國產業用水變化的驅動效應;（4）用水結構的模型預測[13-14]，如章平等[14]建立了產業結構演進中的用水需求對數模型，實現用水需求的短期預測。

當前對產業結構和用水結構的研究涉及全國、省、市層面，但對京津冀地區產業結構和用水結構關系的研究較少，對北京市、天津市及河北省用水規律的對比研究也有待完善。本文擬結合前人的研究經驗，選擇產業結構與用水結構協調度等指標反映對2002-2016年京津冀地區產業結構和用水結構的協調性，并基于成分數據的線性回歸方法建立京津冀地區用水結構與產業結構之間的線性回歸模型，據此研究產業結構和用水結構的相關性，對比京津冀三地產業用水差異，為京津冀地區水資源合理配置及產業結構調整提供理論支持。

1 研究方法與數據來源

1.1 產業結構與用水結構協調度

在衡量用水效率時，常用單位產出用水量等指標，但是這類指標沒有考慮區域產業結構及用水結構等信息，無法對區域間用水特征進行全面的比較。為了定量描述產業結構和用水結構的用水效率特征以及兩者之間的協調程度，引入產業結構偏水度、用水結構粗放度及產業結構與用水結構協調度的概念。產業結構偏水度是指一個城市或地區，其產業結構偏向單位產出耗水量多的產業的程度[7]，用水結構粗放度則是指用水結構偏向用水效率較低產業的程度[8]，計算公式如下：

1.3 研究區域與數據來源

研究區域涉及北京市、天津市及河北省，旨在對三地產業結構和用水結構的變動關系進行比較，故將三地作為三個單元分別進行研究。研究時段為2002-2016年，共計15年。2002-2016年京津冀地區產業經濟數據來源于《北京市統計年鑒》《天津市統計年鑒》《河北省經濟年鑒》。京津冀地區用水數據來源于《中國水資源公報》及《中國城市建設統計年鑒》。由于《中國水資源公報》中的用水數據是按照農業、工業、生活及生態四個用水部門進行統計，沒有與三次產業相對應的產業用水數據。因此，已有對產業用水的研究中，多直接研究三次產業結構與農業、工業、生活部門用水結構之間的關系，或將農業用水作為第一產業用水，工業用水作為第二產業用水，將生活用水與居民生活用水量估計值之差作為第三產業用水[17]，這兩種方式一定程度上低估了第三產業的用水效率。本文將農業用水作為第一產業用水，工業用水作為第二產業用水，根據統計指標解釋，將《中國城市建設統計年鑒》城市供水中的“公共服務用水”與“其他用水”之和作為第三產業用水進行研究。在進行產業結構和用水結構關系的分析時，利用年度三次產業增加值占地區生產總值的比重衡量產業結構，相應的，利用三次產業用水量占產業用水總量的比重衡量用水結構。

2 產業結構與用水結構演變情況

2.1 產業結構與用水結構演變總體趨勢

將北京市、天津市及河北省2002-2016年產業結構數據及用水結構數據繪制于同一圖中（圖1），分別用實線表示產業用水比重，用虛線表示產業增加值比重，比較三地產業結構與用水結構之間總體的發展趨勢。

在產業演進過程中，京津冀三地產業結構不斷優化，向著高級化的方向發展，具體表現為一二產業增加值比重的降低，第三產業增加值比重的提高，三地發展速度與發展過程存在明顯不同[18]。將產業增加值比重與用水比重比較可以反映區域該產業相對于其他產業的用水效率情況，產業增加值比重高于用水比重表明與該產業以較低的用水量創造了較高的產值，即產業用水效率較高，有更強的發展潛力，并且差距越大表明用水效率越高;反之，產業增加值比重低于用水比重則表明該產業用水效率較其他產業低。產業結構與用水結構隨時間的變化，可以反映區域產業用水效率的變化。北京市產業結構與用水結構演變趨勢較為一致。2002-2016年北京市產業結構呈現“三二一”模式，第三產業增加值比重呈上升趨勢，相應的用水比重呈上升趨勢，于2010年超過第二產業用水比重，2016年超過第一產業用水比重年;第二產業增加值比重呈緩慢下降趨勢，用水比重也緩慢下降;第一產業增加值比重呈緩慢下降趨勢，用水比重下降。第一產業用水比重高于增加值比重，第三產業增加值比重高于用水比重，2006年以來，第二產業用水比重高于增加值比重。天津市產業結構2002-2013年呈“二三一”模式，2014-2016年呈“三二一”模式，用水結構呈現“一二三”模式，第一產業用水比重呈先上升后下降趨勢，第二產業則相反。第一產業用水比重遠高于增加值比重，二三產業增加值比重高于用水比重。河北省用水結構較為平穩，2002-2016年產業結構呈“二三一”模式，用水結構呈現“一二三”模式，第一產業用水比重遠高于增加值比重，二三產業增加值比重高于用水比重。

2.2 產業結構與用水結構協調性分析

分別計算2002-2016年北京市、天津市、河北省的產業結構偏水度、用水結構粗放度及產業結構與用水結構協調度三個指標，計算結果見圖2。2002-2006年產業結構偏水度計算結果為：0<北京市<天津市<河北省<0.5，表明區域產業結構對用水效率較低產業的偏向程度：河北省>天津市>北京市，即從產業結構角度考慮，河北省用水效率最低，天津市次之，北京市最高。同時產業結構偏水度呈降低趨勢，表明三地用水效率呈不斷提高的趨勢，這與產業結構的不斷優化有關。用水結構粗放度計算結果與產業結構偏水度一致：0.4<北京市<天津市<河北省<1，表明區域用水結構對用水效率較低產業的偏向程度：河北省>天津市>北京市，即從用水結構角度考慮，河北省用水效率最低，天津市次[CM（22]之，北京市最高。北京市用水結構粗放度呈明顯降

低趨勢，河北省與天津市沒有明顯變化趨勢，表明北京的用水結構不斷優化。用水結構粗放度高于產業結構偏水度，這與三次產業之間巨大的用水效率差異有關。結合產業結構偏水度和用水結構粗放度兩個指標計算得到產業結構與用水結構協調度，結果表明，北京市協調程度最高，天津市次之，河北省最低，且三地協調度均呈上升趨勢，表明產業結構與用水結構越來越協調。

2.3 產業用水效率變化

用水效率方面，2002-2016年北京市、天津市、河北省三次產業萬元增加值用水量及萬元GDP用水量見圖2，其數值越小，表明用水效率越高。總體來看，2002-2016年京津冀三地三次產業及GDP的用水效率均大幅提高。第一產業方面，2004-2016年京津冀三地中河北省的用水效率最高，2016年北京市、天津市、河[HJ2.05mm]北省第一產業用水效率分別為462.2 m3/萬元、544.9 m3/萬元、366.5 m3/萬元。第二產業方面，2002-2016年天津市用水效率最高，北京市次之，河北省最低，2016年北京市、天津市、河北省第二產業用水效率分別為7.7 m3/萬元、7.3 m3/萬元、14.4 m3/萬元。第三產業方面，2002-2016年天津市用水效率提高速度最快，河北省次之，北京市用水效率提高較慢，2010年后天津市第三產業用水效率高于北京市和河北省，2016年北京市、天津市、河北省的用水效率分別為3.2 m3/萬元、1.6 m3/萬元、2.4 m3/萬元。從數值上可以看出，三次產業的用水效率差距很大。GDP方面，北京市用水效率最高，天津市次之，河北省最低，2016年北京市、天津市、河北省的用水效率分別為6.4 m3/萬元、10.7 m3/萬元、47.7?? /萬元。

3 產業結構與用水結構回歸分析

以2002-2016年三次產業增加值比重的成分數據作為自變量X，三次產業用水比重的成分數據作為因變量Y，經過對稱Logratio變換后的自變量為V，因變量為U，利用前文介紹的方法，建立成分數據的線性回歸模型。模型如下：

將經過對稱Logratio變換后的自變量V（0）帶入線性方程，得到因變量預測值U（0），再經對稱Logratio變換的反變換得到成分數據預測值。模型對北京市、天津市、河北省用水結構的預測值與實際值之差結果見表1，2002-2016年北京市用水結構預測值誤差小于5%，天津市用水結構預測值誤差小于4%，河北省用水結構預測值誤差小于2%，總體來看，模型的模擬效果較為合理。

偏最小二乘回歸因子載荷圖可以表示自變量與因變量之間的相關關系，在因子載荷圖中，兩要素之間距離越近，相關性越強，反之相關性越弱[19]。標準回歸系數可以將不同自變量對因變量的貢獻大小進行比較，同時反映正負效應。結合偏最小二乘回歸因子載荷圖與標準回歸系數[JP]直方圖（圖4），可以對產業結構和用水結構進行相關性分析，確定相關程度。

在偏最小二乘回歸因子載荷圖中，北京市第三產業增加值比重與第三產業用水比重距離最近，兩者高度相關;其次為第一產業增加值比重和第一產業用水比重;第二產業增加值比重和第二產業用水比重相關性不明顯。從標準回歸系數直方圖來看，北京市第一產業增加值比重對第一產業用水比重、第二產業增加值比重對二產業用水比重、第三產業增加值比重對第三產業用水比重均起到促進作用，即隨著第三產業增加值比重的上升，第三產業用水比重隨之增加，而隨著第一產業和第二產業增加值比重的下降，其用水比重隨之降低。其中第三產業的促進作用最為顯著，這與產業結構中第三產業占據主導地位相關。天津市三次產業增加值比重及其用水比重距離均較遠，相關性不明顯。從標準回歸系數直方圖來看，三次產業增加值比重對用水比重的促進和抑制作用也不明顯，說明除產業結構外，天津市用水結構還受其他因素影響。河北省第二產業增加值比重與第二產業用水比重距離最近，兩者相關性較高;第一產業增加值比重與第一產業用水比重、第三產業增加值比重及第三產業用水比重距離較遠，相關性不明顯。一產業增加值比重對第一產業用水比重、第二產業增加值比重對二產業用水比重、第三產業增加值比重對第三產業用水比重均起到促進作用，其中第二產業的促進作用最為顯著。

4 結論及建議

本文利用2002-2016年北京市、天津市及河北省產業結構和用水結構數據，選擇產業結構與用水結構協調性等指標對京津冀地區產業結構和用水結構演變趨勢進行了分析，并建立了兩者的線性回歸模型。

京津冀地區產業結構高級化發展的同時，用水結構也隨之發生變化。從整體上看京津冀地區產業結構與用水結構的發展趨勢，2002-2016年北京市第一產業用水比重高于增加值比重，第三產業增加值比重高于用水比重，2006-2016年，第二產業用水比重高于增加值比重，表明2006年以來作為北京經濟重心的第三產業用水效率最高。2002-2016年天津市及河北省第一產業用水比重遠高于增加值比重，二三產業增加值比重高于用水比重，表明天津市及河北省二三產業的用水效率較第一產業高。

京津冀地區2002-2016年三次產業及GDP的用水效率均大幅提高，未來產業用水的節水方向仍是通過技術升級、淘汰落后行業，不斷提高各產業用水效率。三次產業中，2004-2016年第一產業用水效率河北省最高，這與河北省農業發展的規模效應有關;天津市發展呈現二三產業并重的格局，使得2002-2016年第二產業用水效率天津市最高，2010-2016年第三產業用水效率天津市最高，天津市第三產業顯現出強勁的發展活力;GDP總用水效率北京市最高，反映出北京市產業結構的合理化及高級化程度最高。京津冀三地產業發展具有明顯的區域特點，應利用區域優勢規劃設計產業集聚發展，以實現用水效率最大化。三次產業的用水效率差距很大，第一產業最低，第二產業次之，第三產業最高，逐步進行產業結構調整，使產業重心向用水效率高的第三產業過渡，是節水的根本舉措。

京津冀地區產業結構和用水結構對用水效率較低產業的偏向程度均為：河北省>天津市>北京市。北京市產業結構與用水結構協調程度最高，天津市次之，河北省最低，京津冀地區的產業結構與用水結構協調程度不斷提高，調整區域產業結構和用水結構是京津冀地區當前發展的重要任務，尤以河北省為重。河北省是農業大省，使得第一產業用水比重較高，但農業生產存在技術落后等問題，用水效率仍有較大的提升空間，同時河北省第三產業發展活力不足，無法以更低的耗水創造更高的產值。河北省產業結構及用水結構調整應從兩方面入手，一方面大力發展節水農業，調整農作物種植結構，逐步淘汰落后工業企業，提高一二產業用水效率，另一方面與北京市、天津市進行產業合作發展第三產業，使產業結構更為合理。

通過對比模型預測值與實際值，表明成分數據的線性回歸模型模擬結果較為合理。結果表明，北京市第三產業增加值比重與第三產業用水比重高度相關，隨著第三產業增加值比重的提高，第三產業用水比重也相應提高，北京市第三產業占據主導地位，第三產業用水比重也于2016年躍居第一，第三產業的節水潛力值得關注;天津市三次產業增加值比重與其用水比重間的相關性均不顯著，表明天津市用水結構除受產業結構影響外，還與其他因素有關;河北省第二產業增加值比重與第二產業用水比重之間表現出較強的相關性，隨著第二產業增加值比重的降低，第二產業用水比重相應降低，第二產業是河北省的主導產業，但其用水效率卻低于北京市及天津市，可通過逐步提高第二產業用水效率，調整產業結構，發展第三產業優化河北省用水結構。

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