北部灣經濟區用水結構演變及其驅動因子分析

熊小菊 廖春貴 賀同鑫 胡寶清

摘要：為探討廣西北部灣經濟區用水結構的變化特征，實現區域水資源的合理配置，基于2006～2017年的用水數據，運用信息熵、灰色關聯分析模型，對該區域的用水結構、信息熵、均衡度以及驅動因子進行了研究分析。分析結果表明：① 2006～2017年，北部灣經濟區用水總量波動變化顯著，農業用水量和比重雖然處于“雙高”地位，但是呈下降的趨勢，工業用水量總體來說呈增長的趨勢，生活用水量呈現為逐年增加-劇烈變化-平穩增加的變化歷程;② 用水結構信息熵與均衡度同步變化，信息熵在0.80以上，均衡度在0.59以上，二者都為先快速提升后波動緩慢上升;③ 有效灌溉面積、工業企業單位數、家庭總戶數分別是農業、工業、生活用水變化的重要驅動因子，二者的關聯度分別為0.930，0.956和0.953。

關 鍵 詞：用水結構演變; 信息熵; 灰色關聯分析; 北部灣經濟區

1 研究背景

水伴隨著人類社會發展的始終，是社會發展及人類生存不可缺少的重要資源。改革開放40 a來，我國經濟得到了飛速發展，工業化、城鎮化水平不斷提高，產業類型齊全，產業數量不斷增長，人口也不斷向城鎮集聚，這樣一來，一方面加大了區域水資源供需矛盾，導致用水緊張;另一方面，為了緩解人水矛盾，通過大量開采地下水等方式彌補經濟發展所需，而且工農業廢水和生活污水的排放量大幅增加，這些未達到排放標準的廢水又會影響到水質，擴大污染面，從而進一步激化了水資源供需矛盾[1-2]。2012年，國務院印發《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》后[3]，各地紛紛制定了水資源管理辦法，嚴格把控用水“三條紅線”;青山綠水發展觀念也進一步明確了經濟發展應與生態環境保護同步，要實現經濟社會發展與水環境、水生態、水資源承載力的協調，這樣才能實現綠色、協調、共享的新發展理念。

用水結構演變是當前學術界對水資源研究的一個熱點問題，研究內容主要集中在以下3個方面。

（1） 產業結構與用水結構的協調關聯研究，比如陳曉等[4]對2005～2014年南京市產業結構和用水結構進行了耦合協調和關聯分析，結果發現：南京市產業結構與用水結構關聯度在0.5以上，產業結構與用水結構耦合的空間差異明顯。

（2） 對典型區域的用水結構變化特征和驅動力進行了分析，尚曉三對2006～2015年安徽全省、省內三大流域和6個典型城市的用水結構進行了研究[5];劉兵等[6]以干旱灌區中的石河子墾區為研究對象，采用信息熵理論、Hurst 系數等方法，對墾區1988～2011年的用水結構進行了分析，結果發現墾區的用水結構信息熵值均不超過0.5，但呈現為持續穩定的上升趨勢，節水技術及產值為主的社會經濟因素對其用水結構演變過程起主導作用。

（3） 城鎮化水平與用水結構變化的相關研究，比如華佳等對2008～2014年江蘇省淮安市的城市化演變歷程和用水結構變化情況進行了關聯分析[7]，結果發現，淮安市城市化率與產業結構、用水結構的關聯性最強，生產用水和工業用水對城市化水平的影響較大;曹飛采用庫茲涅茨曲線對2004～2013年中國城鎮化與用水結構之間的關系進行了評判[8]。

目前，學術界對用水結構變化方面的研究已經取得了一定的成果，但是以下個幾方面仍需要繼續開展研究。

（1） 對用水結構變化的驅動因子研究主要集中在用水總量上，研究并未詳細地探討具體某一部門用水變化的驅動因子，對驅動因子的研究也主要是采用定性研究的方法，然而應當采取定性與定量相結合的方法進行研究;

（2） 對用水結構的演變研究主要集中在我國北方和西部缺水的地區，對南方地區用水結構演變的研究較少;特別是工業化、城鎮化穩步推進的城市群還有待研究。

基于此，文章運用2006～2017年《廣西水資源公報》數據，采用信息熵、灰色關聯分析模型，以經濟發展起步晚、發展速度快的北部灣經濟區為研究對象，對北部灣經濟區的農業、工業、生活等用水類型用水量的演變趨勢、用水結構信息熵及均衡度進行了分析，并探討了不同部門用水結構變化的主要驅動因子，以期為北部灣經濟區實現健康可持續發展提供理論依據。

2 研究區概況

北部灣經濟區位于廣西南部，處于華南經濟圈、東盟經濟圈的結合部，地理位置十分優越[9]。2006年，國務院批準成立北部灣經濟區，其規劃范圍包括南寧、北海、防城港、欽州、玉林、崇左等6市[10]。研究區面積為7.338萬km2，占廣西總面積的30.88%;2017年，地區生產總值為10 007.27億元，占廣西生產總值的48.73%，年末戶籍人口為2 415.13萬人，占廣西戶籍總人口的43.13%。經過十幾年的發展，研究區的產業結構不斷優化升級，2006年，三大產業結構的比重為24∶35∶41，2017年則優化為14∶44∶42。

北部灣經濟區屬于亞熱帶氣候，雨熱同期，降水充沛[11]。2017年，北部灣經濟區水資源總量為639.1億m3，占廣西水資源總量的26.76%;常用耕地面積為186萬hm2，占廣西總耕地面積的43.03%。因此，北部灣經濟區以不足廣西3/10的水資源量要創造近1/2的地區生產總值，供2/5的人生活用水以及灌溉面積超過2/5的耕地用水。隨著北部灣經濟區建設的推進、城鎮化率的提高，區域內對水資源的需求量必然會加大，供需矛盾將會進一步激化。

3 材料與方法

3.1 數據來源

本文研究數據包括研究區概況數據、用水量數據以及驅動因子數據。研究區概況數據來源于《廣西統計年鑒-2018》和廣西北部灣經濟區規劃建設管理辦公室網站（http：//www.bbw.gov.cn/）;用水量數據來源于《廣西水資源公報》（2006～2017年）;驅動因子數據來源于《廣西統計年鑒》（2007～2018）和《中國城市統計年鑒》（2007～2018），以及研究區各地級市的國民經濟和社會發展公報;對于個別缺失數據進行了插值處理。

3.2 研究方法

3.2.1 信息熵

4 結果與分析

4.1 用水結構演變分析

4.1.1 用水總量變化

2006～2017年，北部灣經濟區用水總量波動變化顯著，大致經過了以下3個階段。

（1） 2006～2008年為第一階段，該階段的用水量直線上升，從2006年的109.04億m3增長至2008年的115.46億m3，主要原因是經濟區正處于大規模建設的初期，各行業的用水需求量激增，因此用水總量增加明顯。

（2） 2009～2013年為第二階段，該階段的用水總量波動上升，年均增長率為1.25%。

（3） 2014～2017年為第三階段，該階段的用水總量總體上呈下降的趨勢，2014年的總用水量為111.53億m3，到2016年則減少到了107.21億m3，2017年的總用水量出現了回升，達到了107.70億m3，如表1所示。

4.1.2 用水結構變化

農業用水處于“雙高”地位，即農業用水總量大，占比高。從表1和圖1可以看出：2006～2017年，研究區的用水大戶是農業，歷年用水總量在70.00億m3以上。農業用水量的占比遠遠高于工業和生活用水量的占比，多年居于65%以上的高水平。工業用水量總體呈增長的趨勢，比重波動上升。2006～2013年，工業用水從11.84億m3增加到20.91億m3，年均增長1.13億m3，年均增長率為8.46%;2014～2017年，工業用水總量總體呈下降趨勢，比重略高于17%。生活用水量呈逐年增加-劇烈變化-平穩增加的演變歷程。生活用水所占的比重在9.39%～11.81%之間變化，生活用水所占比重偏低，說明北部灣經濟區在今后的發展中要注重產業的轉型升級，加大科學技術投入，發展高質量的經濟，為建成中國經濟增長第四極打下堅實的基礎。其他用水類型的用水量較少，占比也較低。

4.2 基于信息熵的用水結構演變分析

為了探究北部灣經濟區用水結構的合理性，在表1數據的基礎上，運用信息熵計算模型，對研究區的用水結構信息熵和均衡度進行計算，如圖2所示。

由圖2可以看出，信息熵先快速提升后再波動、緩慢上升。2006～2011年，研究區的用水結構信息熵提升速度較快，勢頭旺盛。主要原因是2006年國家開始建設北部灣經濟區，一系列的重點園區、深水碼頭等重大基礎設施的建設以及工業的快速發展，加大了對水資源的利用，工業用水比重、建筑業和服務行業用水占比也隨之提升，信息熵不斷接近最大值。2012年，信息熵下降到了0.852，主要是該年經濟發展的外部環境不樂觀，在世界經濟疲弱的背景下，國家實施了宏觀調控，經濟增長速度放緩。2013～2017年，信息熵又提升到了0.900以上的較高水平。主要原因是經濟區經過6～7 a的發展，已經具備了一定的經濟基礎，經濟發展需要實現從量到質的突破，優化產業格局，實現創新、綠色、協調發展。

2016～2017年，研究區的用水結構均衡度與信息熵變化同步。均衡度在2006～2011年穩步提升，2011年達到了研究期的最高值0.702，說明該階段經濟區內的農業用水優勢減弱，系統用水分配逐步均勻，系統越發穩定。2012年均衡度回落到了0.615，系統用水分配均勻度降低。2013～2017年，均衡度以較平緩的速度波動增長，均衡度值維持在0.650左右。總體來看，北部灣經濟區的用水結構信息熵增速緩慢，增幅小，用水結構均衡度偏低，區域用水結構不合理，農業用水量大，這些都對區域的用水結構變化影響顯著。

4.3 基于灰色關聯度的驅動因子分析

4.3.1 農業用水變化驅動因子分析

為了探究影響北部灣經濟區農業用水的主要驅動因子，選取常用耕地面積（A1）、農林牧漁業總產值（A2）、有效灌溉面積（A3）、糧食作物總播種面積（A4）、經濟和其他農作物播種面積（A5）等5項因子數據作為比較序列[17-19]，以2006～2017年北部灣經濟區農業用水量作為參考序列，進行關聯度分析。

表2數據顯示，rA3>rA4>rA5>rA1>rA2。有效灌溉面積、糧食作物總播種面積與農業用水的關聯度很強，分別為0.930和0.920，說明區域內的灌溉面積和糧食作物播種面積對農業用水變化影響大。

研究區地勢較平坦，水稻種植面積廣，基本采用漫灌形式，滴管、噴灌等現代農業技術采用率低，因此經濟區中灌溉面積和糧食作物播種面積與農業用水的關聯度高達0.900以上。經濟和其他農作物播種面積與農業用水的關聯度為0.860，屬于較高關聯。在經濟和其他作物中，蔬菜、甘蔗種植面積廣;2017年，北部灣經濟區的甘蔗種植面積占農作物總播種面積的21%以上，蔬菜種植面積占比也接近20%，蔬菜和甘蔗在生長期需水量大，從而提升了經濟和其他農作物播種面積與農業用水的關聯度。常用耕地面積、農林牧漁業總產值與農業用水的關聯度分別為0.730和0.560。對比其他3個驅動因子的關聯度，常用耕地面積和農林牧漁業總產值對農業用水變化的影響較小。

4.3.2 工業用水變化驅動因子分析

為了探究影響北部灣經濟區工業用水的主要驅動因子，選取固定資產投資（B1）、工業企業單位數（B2）、輕工業產值（B3）、重工業產值（B4）、工業廢水排放量（B5）等5項因子數據作為比較序列[18-19]，以2006～2017年北部灣經濟區工業用水量作為參考序列，進行關聯分析。

表3數據顯示，rB2>rB5>rB3>rB4>rB1>0.600，說明工業企業單位數、工業廢水排放量、輕工業產值、重工業產值、固定資產投資對工業用水變化影響較大。工業企業單位數與工業用水之間的關聯度高達0.956，說明工業企業單位數是影響北部灣經濟區工業用水的最主要驅動因子。工業廢水排放量與工業用水的關聯度為0.863，二者關聯度較高。工業企業數量的增加，導致工業用水量增加，也會影響工業廢水排放量的增加。輕工業產值、重工業產值與工業用水的關聯度在0.650左右，研究區多個組團重點發展的是加工制造業、物流等現代服務業，輕工業企業數量多，因此，輕工業產值與工業用水的關聯度略高于重工業產值。固定資產投資與其他4個因子相比，其與工業用水的關聯較弱，關聯度為0.612。固定資產的增加會影響工業企業數量的增加和生產規模的擴大，進而影響工業用水。

4.3.3 生活用水變化驅動因子分析

為了探究北部灣經濟區生活用水變化的主要驅動因子，選取市鎮人口（C1）、鄉村人口（C2）、總戶數（C3）、農村居民人均純收入（C4）、城鎮居民人均可支配收入（C5）等5項因子數據作為比較序列[18-19]，以2006～2017年北部灣經濟區生活用水量作為參考序列，進行關聯分析。

表4數據顯示，rC3>rC1>rC2>rC5>rC4>0.6，說明C1、C2、C3、C4、C5對生活用水變化影響作用較大，家庭戶數和人口數量對生活用水的影響作用大于居民的經濟收入水平。具體來看，總戶數與生活用水的關聯度高達0.953，是影響北部灣經濟區生活用水變化的重要因子。市鎮人口數量與生活用水的關聯度為0.930，說明市鎮地區是北部灣經濟區生活用水的重心。鄉村人口數量對生活用水的影響強度僅次于市鎮人口數量，二者關聯度為0.895。

雖然北部灣經濟區城鎮化水平不斷提高，但其農村地域廣大，鄉村人口多，生活用水量不可小覷。居民的經濟收入情況與生活用水關聯度在0.630左右，相比于C1、C2、C3而言，其關聯度大大下降。農村居民人均純收入、城鎮居民人均可支配收入與生活用水的關聯度相差很小，因為水是人們日常生活必不可缺的，而且節水觀念深入人心，因此，生活用水受經濟收入水平的影響較小。

4.3.4 其他用水類型用水變化驅動因子分析

為了探究影響建筑業和服務行業、生態環境用水量變化的主要驅動因子，選取建筑企業單位數（D1）、建筑業總產值（D2）、社會消費品零售總額（D3）、批發和零售業、住宿和餐飲業企業數（D4）、國內旅游人數（D5）、衛生機構數（D6）、園林綠地面積（D7）、建成區綠化覆蓋率（D8）等8項因子數據作為比較序列，以2006～2017年北部灣經濟區其他用水類型用水量為參考序列，進行關聯分析。

表5數據顯示，rD8>rD1>rD7>rD6>rD4>rD2>rD3>rD5>0.650，說明建成區綠化覆蓋率等8個因子與其他用水類型用水量變化有著較強關聯性。其中，rD8>rD1>rD7>rD6>0.850，表明生態環境因子是影響其用水變化的重要因子，建筑業和服務行業中的建筑企業單位數和衛生機構數也是重要的驅動因子;D2、D3、D4等3個因子與其他用水類型用水量變化的關聯度在0.700以上，只有D5的關聯度在0.700以下，說明國內旅游人數對該類用水類型用水量變化的影響較小。

5 結論與討論

通過對2006～2017年北部灣經濟區用水結構演變和驅動因子進行分析，可以得到如下結論。

（1） 用水總量波動變化顯著，2006～2008年用水總量直線上升，2009～2013年用水總量波動上升，2014～2017年用水總量總體上呈下降趨勢。

（2） 農業用水總量和比重都呈下降趨勢，但仍處于“雙高”地位，比重在65%以上;工業用水總量總體呈增長趨勢，比重波動上升;生活用水量呈現逐年增加-劇烈變化-平穩增加的變化歷程，其他用水類型的用水總量較少，用水總量和占比均呈波動提升-下降-緩慢上升的變化歷程。

（3） 2006～2017年，研究區的用水結構信息熵先快速提升后再波動、緩慢上升，用水結構均衡度與信息熵同步變化。

（4） 有效灌溉面積、糧食作物總播種面積與農業用水的關聯度分別為0.930和0.920;工業企業單位數與工業用水的關聯度高達0.956;總戶數與生活用水的關聯度高達0.953;園林綠地面積、建成區綠化覆蓋率、建筑企業單位數、衛生機構數是其他用水類型用水總量變化的重要驅動因子。

本研究仍存在著以下不足：

（1） 研究時間尺度較短，經濟區還處于發展的初期，區域用水矛盾還未很好地顯露出來，因此，對其用水結構演變的規律未能進行準確分析。

（2） 只考慮到了部分社會經濟因子，并未結合降水、蒸散發、自然災害等自然因子進行研究，因此，未能綜合探明影響用水結構變化的主要因子。

（3） 把北部灣經濟區作為一個整體進行分析，并未具體分析該經濟區內6市的具體情況，也沒有找出哪些地級市對北部灣經濟區用水結構變化的作用最強烈。

鑒于上述不足，還有待開展進一步的探討分析。

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（編輯：趙秋云）