朝陽市用水結構與產業結構變化分析

王 凱

(朝陽縣水政監察大隊，遼寧 朝陽 122000)

0 引 言

水是保護生態系統環境和支撐經濟社會發展的基礎資源，近年來經濟發展與水資源供需矛盾日趨突出，水資源短缺、用水效率低、水體污染等逐漸成為制約經濟發展的瓶頸。優化調整產業結構能夠確保水資源的優化配置與合理利用，而合理的用水結構有利于最大化區域經濟效益，因此研究產業結構與用水結構互動機制，對促進經濟社會與水資源的協調、穩定和持續發展意義重大。

對于用水結構與產業結構國外學者多側重于調控策略、協調性、相關性等方面的研究，如Gallagher等提出產業結構規避水資源優化配置影響的措施、風險、實現路徑；Mall等探討了水資源與氣候變化的相互關系，并提出實現節水減排的有效措施是產業用水結構的改善；Reynaud等結合經濟結構與用水需求量的之間關系明確了產業結構調整方向；Granger等利用因果關系檢驗法分析了用水結構與產業結構的因果關系。國內學者多利用系統仿真、灰色關聯、協調控制、線性回歸等模型，研究用水結構與產業結構物的優化調度、互動演化、耦合協調關系，如劉曉霞等[1]以山西省為例，利用變量平穩性檢驗法研究了產業結構與用水結構關系，發現用水量與第三、第一產業長期存在均衡關系；唐宏等[2]以烏魯木齊為例，運用系統仿真模型探討了用水結構與產業結構的調控策略；王飛等[3]以皖江城市帶為例，利用灰色關聯法分析了用水結構與產業結構耦合協調時空差異性；劉珊等[4]以山東省為例，利用集對分析法評價了產業結構與用水結構兩者的協調狀態；李志等[5]以山東省為例，利用協調控制模型計算了產業結構與用水結構的協調度；云逸等[6]以北京市為例，利用回歸模型分析產業結構與用水結構的相關性。

1917年，Grinnell最早提出了生態位的概念、模型和理論，隨后得到進一步的完善和發展，因具有便于分析比較、生態意義明確、計算過程簡潔等優點，生態位測度法被廣泛用于資源學、生態學、旅游學、城市學等領域。例如，焦士興等[7]對安陽市用水結構利用生態位理論加以研究，并提出優化調整措施；張狹等[8]探討分析了土地利用的經濟生態位和耕地保護機制的建立途徑；林勇等[9]通過對不同群落生態位的分析，探討了隨自然恢復生態位的變化特征；王兆峰等[10]探討了構成產業集群的生態位要素，并提出優化、特化、泛化生態位的策略；郭瑞敏等[11]以廣東省為例，結合經濟發展與城市用地關系，提出兩者符合高生態位的庫茨涅茲曲線特征。然而，結合耦合協調度模型和生態位理論深入分析產業結構、用水結構的研究較少。鑒于此，文章以朝陽市為例，利用耦合協調度、生態熵、生態位等模型分析了產業結構與用水結構的耦合協調度及其生態位，為促進經濟社會與水資源利用的協調發展提供一定指導。

1 研究方法

1.1 生態熵模型

通過比較區域用水結構生態位變化情況能夠辨析具有相對劣勢或優勢的用水類型，利用下式構建用水結構生態熵模型，即：

Qi=ωi/Wi

(1)

式中：Qi為i類用水生態熵，Qi>1、Qi=1、Qi<1用水生態位>、=、<上一級同類用水生態位，即本區域內該類用水處于優勢、劣勢和同等地位。用水結構生態熵與產業結構類似，可借鑒用水結構生態熵計算產業結構生態熵。按照以下標準劃分耦合協調度等級，即0.9

1.2 生態位模型

區域不同類型用水的作用程度和地位以用水結構生態位來反映[12]，其計算公式為：

(2)

式中：ωi為i類用水生態位，取值區間為0-1，其值越大則水資源捕獲能力越強，i類用水量越大；Ai與時間尺度有關的量綱轉換系數，文中取1；Pi為i類用水量在初始年份與研究年份的差值；i值取1、2、3，代表生活、工業和農業用水。用水結構與產業結構生態位模型類似，可借鑒用水結構生態位計算產業結構生態位。

1.3 耦合協調度模型

為了消除各指標間兩級和數值單位差異引入極差標準化法，將指標層正、負向指標利用正向和負向標準化法進行處理[13-14]。然后結合各子系統指標標準化值計算產業結構與用水結構的耦合協調度D，即

(3)

2 結果與分析

借鑒2011-2020年《朝陽市水資源公報》的統計數據，利用文中所述公式(1)、(2)計算朝陽市生活、農業、工業用水的生態熵和生態位，并結合計算結果深入分析。

2.1 用水結構生態熵與生態位

2.1.1 生活用水

由圖1(a)可知，朝陽市生活用水生態熵存在較大波動，喀左縣、建平縣呈波動減少趨勢，而北票市、凌源市和朝陽縣呈波動上升趨勢。北票市生活用水生態熵年均>1，可見相對其他地區北票市的生活用水占有率較高；而建平縣(0.638)、喀左縣(0.659)、朝陽縣(0.697)、凌源市(0.766)均<1，較全市平均水平這些地區的生活用水占有率較低，其中凌源市、朝陽市有所增長，而建平縣、喀左縣呈波動減少的變化趨勢。從變化趨勢上，波動幅度最大和最小的是北票市、朝陽縣，這是由于北票市近年來大力發展旅游業和工業，外來人口波動變化較大且流動頻繁，而朝陽縣具有較為穩定的人口數量。朝陽市生活用水生態熵與生態位，見圖1。

(a)生活用水生態熵

(b)生活用水生態位

從圖1(b)可知，除建平縣外朝陽市生活用水生態位均表現出波動上升的變化趨勢。按照從小到大的順序排列年均生活用水生態為：建平縣(0.056)、北票市(0.085)、朝陽縣(0.096)、凌源市(0.142)、喀左縣(0.263)，其中北票市、朝陽縣的波動上升趨勢較明顯，表明生活用水隨人口規模的增大以及生活水平的提高呈現穩中有升的變化趨勢；2011-2014年凌源市生活用水生態位有較大波動，2015-2020年波動減小并逐漸區域平穩；2011-2020年喀左縣波動幅度減小，并最終區域平穩；建平縣生活用水生態位最低的原因有農村剩余勞動力轉移、服務業和工業提供就業崗位較少等，從而降低了該地區常住人口數。

2.1.2 農業用水

朝陽市農業用水生態熵與生態位，見圖2。由圖2(a)可知，朝陽市農業用水生態熵存在較大的變化趨勢。按小到大的順序排列年均農業用水生態熵為：建平縣(0.575)、北票市(0.789)、朝陽縣(1.191)、凌源市(1.259)、喀左縣(1.398)。此外，朝陽縣、凌源市、喀左縣的農業用水生態熵都>2，表明在全市該地區農業用水處于相對優勢；而建平縣、北票市的農業用水生態熵<1，表明在全市該地區農業用水處于劣勢；喀左縣、凌源市和北票市的波動較大，表明該地區農業發展呈不穩定性，年際農業用水具有較大變化；研究期朝陽縣均>1且基本穩定，表明在全市朝陽縣農業用水處于相對優勢，農業發展較穩定；2011-2020年建平縣農業用水生態熵逐年減小，年均下降幅度為8.01%，可見在全市該地區農業用水地位明顯下降。

從圖2(b)可知，2011-2020年朝陽市農業用水生態位波動減小且占主導地位。按從小到大的順序排列年均農業用水生態為：建平縣(0.509)、北票市(0.511)、朝陽縣(0.730)、凌源市(0.812)、喀左縣(0.845)，各市縣均超過0.5且區域差異顯著。喀左縣、凌源市農業用水生態位均>0.8且整體較高，表明該地區農業用水所占比例較高，屬于傳統農業發展區；不同年際間北票市、朝陽縣、凌源市農業生態位波動明顯，其中建平縣的年均下降幅度為5.63%。深入分析，通過秸稈覆蓋、節水灌溉等措施大大提高了農業用水效率，節水灌溉率接近45%。

(a)農業用水生態熵

(b)工業用水生態位

2.1.3 工業用水

朝陽市工業用水生態熵與生態位，見圖3。由圖3(a)可知，朝陽市工業用水生態熵存在明顯差異。按小到大的順序排列年均工業用水生態熵為：喀左縣(0.338)、凌源市(0.967)、朝陽縣(1.042)、北票市(2.234)、建平縣(2.946)。此外，北票市和建平縣的工業用水生態熵都>2，這表明在全市建平、北票市工業發展處于全市優勢地位，發展速度較快。從變化趨勢上，2013年后建平縣的工業用水生態熵超過北票市，表明建平縣工業發展趨勢較好，工業用水具有顯著優勢；喀左縣工業用水生態熵<1且最低，表明喀左縣工業發展水平較低，工業用水相對劣勢。

(a)工業用水生態熵

(b)工業用水生態位

從圖3(b)可知，2011-2020年朝陽市工業用水生態位呈波動增大的變化趨勢，從2011年的0.162波動增大至2020年的0.195，各市縣的增加程度有所差異，表明北票市工業用水量波動增大，工業發展較快。按從小到大的順序排列年均工業用水生態為：喀左縣(0.061)、凌源市(0.132)、朝陽縣(0.173)、北票市(0.315)、建平縣(0.560)，北票市和建平縣的工業發展較快，其他地區發展相對緩慢，特別是喀左縣的工業發展水平有限，工業用水量最低。

2.2 產業結構生態熵與生態位

借鑒2011-2020年《朝陽市統計年鑒》、《遼寧省統計年鑒》的產業產值數據，利用文中所述公式(1)，(2)計算2011年、2013年、2015年、2017年、2020年朝陽市三大產業生態熵和生態位，如表1。

從表1可以看出，朝陽市三大產業城不協調發展狀態，該地區以第二產業為主。各市縣第一、第三產業占比較小，而第二產業最大，按從小到大的順序排列年均第二產業生態位為：建平縣(0.397)、喀左縣(0.419)、凌源市(0.597)、朝陽縣(0.620)、北票市(0.638)。將各區縣按照產業結構生態位劃分成兩類：①第一產業生態位最小、第二產業生態位最大，包括北票市、朝陽縣、凌源市，這些市縣的區位優勢明顯，具有優良的自然稟賦和產業基礎條件，所以占主導地位的為第二產業。第一產業年均生態位低于第三產業，這些地區依據宗教文化和山水旅游資源大力發展了配套服務業、旅游業，所以北票市、凌源市、朝陽縣的第三產業生態位有較快增速；②第三產業生態位最小、第二產業生態位最大，包括建平縣、喀左縣，這些市縣的農業產值所占比例較高，屬于傳統的欠發達農業區，加之第三產業發展速度緩慢、整體水平偏低，所以出于較低位次[17-20]。

表1 朝陽市三大產業生態熵與生態位

朝陽市第三產業生態位持續上升而第一產業波動下降，各市縣的第二產業生態位變化有明顯差異，如表1。對于第一產業生態位，建平縣從2011年的0.431不斷減小至2020年的0.227，具有最大的下降幅度；北票市從2011年的0.067減少至2020年的0.035，具有最小的下降幅度；對于第二產業生態位，北票市、凌源市、朝陽縣明顯下降，而建平縣、喀左縣呈小幅上升趨勢，可見建平縣和喀左縣工業發展速度較快，其他各市縣發展相對緩慢。對于第三產業生態位，北票市具有最大的上升幅度，年均增長幅度達到0.024，凌源市具有最小的生態位上升幅度，年均增長幅度僅有0.010。北票市的旅游景點較多，所以具有增長幅度最大；凌源市雖然具有豐富的旅游資源，但基礎設施相對落后且開發深度不足，所以增長率較低。

北票市產業結構生態熵具有明顯的空間差異，如表1。對于第一產業生態熵，建昌縣、凌源市、喀左縣均>1，而北票市、朝陽縣<1，這是由于建昌縣、喀左縣、凌源市屬傳統產量大縣，具有明顯的發展優勢，與全市相比朝陽縣、北票市處于歷史。對于第二產業生態熵，北票市、朝陽縣、凌源市均>1，而建平縣、喀左縣隨逐年增加但仍<1，這表明在全市中建平縣和喀左縣第二產業地位較低，但工業化發展態勢較快。對于第三產業生態熵，各市縣均<1且發展趨勢不同，其中北票市、朝陽縣不端正增加，表明具有良好的發展態勢，凌源市、建平縣、喀左縣的下降幅度較小，凌源市第三產業生態熵從2011年的0.955減少到2020年的0.760，具有最大的下降幅度。

2.3 用水結構與產業結構耦合協調度

采用公式(3)計算朝陽市產業結構與用水結構協調耦合度，朝陽市產業結構與用水結構耦合協調度，見圖4。由圖4可知，朝陽市第一產業與農業用水協調耦合度呈現出下降(2011-2014年)、上升(2014-2016年)、下降(2016-2020年)的變化趨勢，從2017年的低度協調轉變成2020年的中度協調。2011-2014年，耦合協調度從0.388不斷減小至0.337，這是由于降水量、農業產值的增加和農業用水量的減少，使得此階段兩者達到低度失調狀態；2014-2016年，耦合協調度從0.337不斷增加到0.357，此階段雖然有所有所增加但還處于低度失調狀態，這是由于農業用水和農業產值兩者保持同步增長，所以耦合協調度有所增加；2016-2020年，耦合協調度從0.357波動減小至0.302，下降趨勢明顯，這是由于2016年后微噴灌技術的不斷推廣應用，進一步提高了農業用水效率，總用水量下降，而農業產值增加，所以兩者耦合協調度在2016年后明顯減小，并最終達到中度失調水平。

圖4 朝陽市產業結構與用水結構耦合協調度

朝陽市第二產業與農業用水協調耦合度呈現先增大再減小的變化趨勢，研究期間兩者的耦合協調度處于0.3-0.4，總體達到低度失調水平。2011-2015年，朝陽市工業用水和第二產業同步增加，但第二產業的增速高于工業用水，雖然耦合協調度不斷增大但變化幅度較小。2017-2020年，隨著產業結構的調整以及工業用水效率的提升，朝陽市工業用水總量呈波動下降趨勢，加之第二產業值明顯增大，所以2017年后兩者耦合協調度雖不斷減小，但仍處于低度失調水平。

朝陽市第三產業與生活用水的耦合協調度呈波動上升的變化趨勢，2014年從嚴重失調轉變成中度失調。朝陽市年均生活用水和第三產業值增長率為0.8%、9.5%，兩者差距較大，雖然耦合協調度不斷增加但仍處于不協調狀態。從變化速度的角度上，2011-2016年兩者耦合協調度年均增長率為0.75%，增速較慢；2016-2020年的年均增長率為2.28%，增速較快。2016年，朝陽市大力發展旅游、金融、信息等現代服務業，逐步形成了較為完善的現代市場體系，為第三產業升級轉型提供了有力條件，生活用水量和第三產業產值同步增長，兩者耦合協調度增加。朝陽市生活用水量將隨著經濟社會的發展不斷增長，并持續發展第三產業，第三產業與生活用水的耦合協調度也會持續增大。

3 結 語

1)從用水結構上，朝陽市各市縣用水結構呈現出不同的變化趨勢，且農業用水占主導地位。朝陽市農業用水生態位波動下降，而生活與工業不斷上升；其中，生態熵較大的有北票市生活用水和凌源市、朝陽縣、喀左縣農業用水，以及北票市、建平縣工業用水。因此，為實現“三生”用水安全，朝陽市應限制高耗水產業發展和壓縮農業用水規模。

2)從產業結構上，朝陽市三大產業呈不協調發展狀態，以第二產業為主；朝陽市第三產業生態位不斷增加，第二和第一產業波動減小；北票市、朝陽縣的第一產業生態熵和建平縣、喀左縣的第二產業生態熵以及各市縣第三產業生態較小，其他市縣各較大。對此，朝陽市應優化產業內部結構、加強創新和引進技術、切實改善投資環境。

3)總體上，朝陽市產業結構與用水結構的耦合協調度處于失調水平，各市縣具有不同的伐善趨勢。第一產業與農業用水從低度失調轉變成中度失調，第二產業與工業用水耦合協調度波動減少但仍屬于低度失調，第三產業與生活用水從嚴重失調轉變成中度失調。鑒于此，朝陽市應通過合理配置水資源、優化產業內部結構、加大資金技術投入等措施，保障區域用水安全以及加快循環經濟、高效節水農業發展，為實現水資源與經濟社會協調可持續發展提供保障。