東北老工業基地產業結構與用水結構關系
——以遼寧省本溪市為例

付玉娟,金 泉,張志斌,張旭東,*,白偉樺

1 沈陽農業大學水利學院,沈陽 110866 2 遼寧省本溪市水文局,本溪 117000 3 遼寧省河庫管理服務中心(遼寧省水文局),沈陽 110003

隨著氣候的不斷變化,水資源時空分布不均加劇,水資源短缺問題不斷惡化,而適應性管理是解決該問題的關鍵[1- 2]。面對日益嚴峻的水資源問題,需要以水定產、以水定城,推動我國經濟發展方式的戰略轉型,在實現經濟增長的同時減少水資源消耗[3]。作為新中國工業的搖籃,東北老工業基地擁有一批為中國工業發展做出突出貢獻的國有企業。但近年來,國有企業由于活力不足、市場化程度不高、過度依賴資源密集型產業等問題,導致東北經濟發展一直處于全國劣勢地位[4]。產業結構轉變是經濟發展的核心變量,也是推動經濟發展的本質要求[5-6]。產業結構的有效調整能促進經濟平穩增長、優化社會整體結構、提高創新效率和科技水平[7- 8],因此產業的發展和轉型是促進東北老工業基地振興的核心動力。產業結構及各行業的用水水平決定了用水結構的構成及數量[9],所以產業結構的轉變勢必會對用水結構產生影響[10],而用水結構以及水資源的供需情況也會制約產業結構的調整。因此產業結構與用水結構之間存在相互影響關系。2011年,劉曉霞等[11]在對山西省進行用水結構和產業結構的變動關系研究中,利用格蘭杰因果檢驗法證實第一產業和第三產業用水量的變化是引起其產值變化原因,但是第二產業的用水量與產值之間的均衡性卻不夠穩定。對于各產業內部用水結構與產業結構的相應關系,許鳳冉[12]、王卉彤[13]等分別利用灰色關聯度對北京市和北京市海淀區各產業內部的用水量和產值進行分析,證實了產業結構與用水結構之間是存在一定的響應關系。劉洋[14]等通過產業結構偏水度和用水結構粗放度兩個指標證實京津冀地區產業結構和用水結構的發展趨勢有一定差異。2014年劉軼芳[15]等構建了結構偏差系數,從水資源消耗角度對北京市的產業結構調整進行了評估。該方法能夠更好地分析在產業結構和用水結構調整過程中的不均衡程度,為地區產業結構和用水結構的調整提供依據。本文以遼寧省本溪市為研究對象,對該市的產業結構發展轉型狀況進行評估,在產業結構調整變遷背景下,明晰本溪市近年的經濟發展與水資源消耗變化過程,分析三大產業和產業內部兩個層次的產業結構與用水結構的相互影響及響應關系,為優化經濟結構,合理配置資源,實現地區經濟持續、高效發展提供依據。

1 研究區概況與方法

1.1 研究區概況

本溪地處遼東半島腹地,全境總面積8411.3 km2,屬于長白山余脈,地形呈“啞鈴”形,境內山巒起伏,森林繁茂,有遼寧中部平原天然屏障之稱。受地形影響,本溪市降水量比較充沛,年平均降水量為800—1000 mm,其中一半降水量集中在夏季的7、8月份。淺層地下水埋深一般為0.6—7.5 m,主要為第四系孔隙潛水和淺層承壓水。境內有中小河流200余條,分屬遼河流域的太子河水系和鴨綠江流域的渾江、叆河水系。太子河作為本溪市的主要河流,是本溪市生活用水、農業用水、工業用水和生態用水的主要來源,但同時也是污水、廢水的最終排放處。太子河流域的平均年徑流深度為288.1 mm,多年平均水資源量為14.5×108m3,開發利用率為22.8%。

受到地形限制,本溪市農業種植面積僅占總面積的10%左右,但水、土地和林業資源及煤炭、鐵礦、石灰石等礦產資源豐富。本溪的工業總產值占總GDP的60%左右,二產占比最高達80%,且以鋼鐵和化學工業發展為主。作為典型的東北老工業基地,本溪市的產業結構以重、化工產業為主導,以服務業發展為輔[16]；重工業中原材料工業、基礎性產業的發展處在主導地位。近年來,本溪逐步建立了本溪鋼鐵深加工、南芬鑄件、本溪生物醫藥和桓仁葡萄酒等4個產業集群,產業結構進行了一定的調整。

本文根據本溪市2008—2017年《遼寧省統計年鑒》、《本溪市統計年鑒》中的經濟發展數據和《本溪統市水資源公報》中的行業用水數據,分別對產業結構和用水結構的變化情況進行分析,利用區位熵對產業結構的變化進行測定；利用灰色關聯度分析各行業和第二產業規模以上行業的產值和用水量的關聯程度,確定兩者之間的相關程度；在此基礎上利用協調度和結構偏差系數分析兩者之間的影響和響應關系。

1.2 研究方法

1.2.1產業結構區位熵

在產業結構研究中,區位熵用來分析區域內要素的分布情況,也可反映某一產業部門的專業化程度以及它在當地經濟中的地位和作用[17],計算方法如下：

(1)

式中,LQij是指j地區的i產業在全國的區位熵；qij為j地區的第i產業的產值；qj為j地區的地區生產總值；qi指在全國范圍內第i產業的產值；q為國內生產總值。區位熵值越大,說明在此區域內該產業擁有較高的聚集水平；若區位熵大于1,表明該產業在區域的經濟發展中有很大優勢,且屬于主導產業；若小于1,則處于劣勢。

1.2.2灰色關聯度

關聯度分析是對兩個動態系統的發展態勢進行量化比較,反映相對于始點變化速率的關聯程度,用來衡量兩個系統的動態相似程度[18-20]。為了分析產業結構與用水結構之間存在相互聯系的程度,本文利用灰色關聯度的方法對二者間的關聯性進行分析,計算方法如下：

(2)

式中,x0、xi為兩個不同的因素序列,μ為分辨系數,取μ=0.5。γ∈(0,1],當γ越接近1,則表明兩個因素的關聯程度越高,相關性也越好。

1.2.3產業結構與用水結構協調度

產業結構偏水度(P)和用水結構粗放度(W)分別用來對用水結構和產業結構的狀態特征進行描述。產業結構偏水度能夠描述一個城市或一個地區的產業結構偏向高耗水產業的程度[21]；用水結構粗放度是指用水結構偏向用水效率較低產業的程度[22]；協調度則能更精準的描述產業結構與用水結構間的演變過程,以及它們之間的均衡性和穩定性[23]。計算方法如下：

(3)

(4)

(5)

式中,i表示的是各部門產值或用水量按照從大到小排列后對應的次序；Yi表示第i產業增加值,Y表示區域地區生產總值；wi表示第i部門用水量,w表示區域用水總量；H為產業結構與用水結構協調度。P、W、H∈(0,1),當P接近0時,說明產業結構偏向耗水量較低的方向越明顯；當W接近0時,表明用水結構越偏向用水效率較高的產業越明顯。當H越趨近1,說明產業結構與用水結構越協調。

1.2.4結構偏差系數

結構偏差系數的概念最先出自何道峰等[24]的《就業結構變遷與現代化進程》研究報告中,劉軼芳[15]在2014年將此概念運用到產業結構與水資源消耗結構的關系研究中。結構偏差系數是利用各產業產值比例與用水比例之間的關系,分析產業結構和用水結構的均衡發展程度。為了分析本溪市各產業和各行業用水結構的合理程度,在劉軼芳所建立的結構偏差系數計算方法的基礎上,確定了本文結構偏差系數的計算方法。該方法不但用來對比分析三大產業間的產業與用水協調程度,同時首次用來分析第二產業中各行業間的產業與用水協調情況。計算公式如下：

(6)

式中,εij為結構偏差系數,wi、wj為第i產業或第j產業用水量占總用水量的比例,pi、pj為第i產業或第j產業的產值占總產值的比例。當εij為正,表明用水結構存在較大的調整空間；當εij為負,表明產業結構存在較大的調整空間；當εij接近0時,表明產業結構與用水結構處于比較平衡的發展狀態。

2 結果分析

2.1 本溪市產業結構及用水結構現狀及趨勢分析

2.1.1產業結構

根據本溪市2008—2017年三大產業的產值和第一、二產業內各行業的產值及其比例繪制其變化趨勢圖,見圖1。

圖1 本溪市2008—2017年三大產業結構變化情況Fig.1 Changes of three marine industrial in Benxi City from 2008 to 2017

從圖1可以看出,本溪市在2008—2013年間生產總產值呈現大幅增長趨勢,2013—2015年間停止增長,到2016年出現大幅下跌。第一產業整體呈現小幅增加趨勢,但占比相對較少,在0.05—0.09之間。第二產業產值與總產值的變化趨勢基本一致,呈現先顯著增加后大幅下跌的趨勢,而其比例總體呈現明顯的減少趨勢,即第二產業在本溪市的產業比例呈逐年下降趨勢；第二產業的占比在2012年之前都穩定在0.6左右,從2013年開始明顯下降,到2018年降到了0.44。第三產業在2015年之前呈現線性增加趨勢,在2015—2016年也出現了明顯下跌,但跌幅小于第二產業；其比例則呈現明顯的增加趨勢,且其比例在2015—2016年間超過了第二產業,成為本溪市三大產業中的支柱產業。三大產業結構由2007年的6.0∶61.9∶32.2調整為2015年的5.4∶54.8∶39.8,在2018年則達到6.1∶45.5∶48.5。綜上,本溪市三大產業的結構有明顯的轉換,第二產業的比例下降明顯,第三產業增幅較大。

本溪市的第一產業分為農業、林業、畜牧業、漁業及農林牧漁服務業4個部門,各部門產值及其所占比例見圖2所示。

圖2 本溪市2008—2017年第一產業各部門產值變化情況Fig.2 Output value changes of primary industry departments in Benxi City from 2008 to 2017

本溪市農業、林業和畜牧業的產值此10年來比較接近,且在2009—2015年間表現出相似的發展趨勢,但增速稍有差異,畜牧業、農業和林業在該階段的年均增速分別為14.6%、14.8%和16.9%。分析期內,林業產值占比增加近了0.13,林木的栽培、種植及其附屬產品的產值逐年增加,呈現快速發展趨勢,林業替代農業成為本溪市第一產業的支柱產業。即第一產業中,畜牧業和農林牧漁服務業產值的比例比較穩定,農業和漁業的比例有所下降,僅林業所占比例呈明顯的增加趨勢。

第二產業所屬行業較多,在此選取產值占第二產業比例超過1%的行業進行分析。各行業的國民經濟行業分類代碼見表1,各行業2008—2017年的產值見表2。

表1 國民經濟行業分類代碼

表2中,本溪市第二產業規模以上行業的產值在這10年中發生了劇烈變化,產業結構隨之改變。作為支柱產業B31的產值有漲有跌,且變幅較大,在2008—2015年間年均減少速率為11%,在2015年達到最低,此后兩年雖有大幅增加,依然是本溪市第二產業的主體,但沒有達到降低前的水平。產業B08和B27在2009—2014年間獲得了迅速的發展,特別是作為新興行業和重點扶持行業的B27產值的年增速達到了36.9%,這與本溪市政府轉變產業結構的戰略導向有非常大的關系。

表2 2008—2017年第二產業規模以上行業產值/(108元)

綜上,本溪市第一產業發展穩定,第二產業在經歷過大幅下跌之后緩慢增長,第三產業增長迅速,且逐步替代第二產業成為本溪市的支柱產業；第二產業內,本溪市占主導優勢的重工業及化工業都呈現下降趨勢,僅B27和B31總體呈現上升趨勢。因此可以認定本溪市的產業結構發生了一定程度的調整和轉型。

2.1.2用水結構

本溪市三大產業用水量變化情況見圖3所示。

圖3 本溪市2008—2017年各產業用水情況Fig.3 Water consumption of various industries in Benxi City from 2008 to 2017

由圖3可知,本溪市近十年的用水總量在2008—2012年間呈現波動性變化,2012年之后持續減少。三大產業中,第一產業用水量呈穩定的減少趨勢,所占比例由2009年的40%降低到2012年的32.7%,后逐漸增加,且在2015年超過40%,這與總用水量的整體減少趨勢有一定的關系。第二產業用水量所占比例最大,且變化更為劇烈,是導致總用水量變化的主導因素。第三產業用水量整體平穩,但由于總用水量減少,其比例有小幅的上升。與此對應的,全國第一產用水比例近年穩定在60%以上,二產用水比例在20%左右。通過對比可以看出,本溪市農業用水比例遠低于全國整體水平,而第二產業的用水比例相對較高,這與本溪市山地多,農田面積少,雨量相對充沛,第二產業所占比例較高且以重化工業為主等因素有直接關系。

第一產業中,農業年均灌水量為1.38×108m3,灌溉對象以水田和菜田為主,是第一產業的主體。本溪市年均降雨量達到800—1000 mm,基本可以滿足森林和牧草的用水需求,沒有人工灌溉補水量,因此第一產業內的用水結構不做詳細分析。

第二產業規模以上行業的用水量見表3所示。

表3 2008—2017年第二產業規模以上行業用水量/(104 m3)

第二產業中,各行業的用水量因產值的劇烈變化也有一定的震蕩,特別是作為第二產業用水主體的B31的用水量在這10年中變化劇烈,2017年的用水量甚至降低到最大值2010年用水量的1/2以下。B27、B33和B34 這3個部門的用水量則存在明顯的增加趨勢,特別是作為本溪市新興產業的B27的用水量增幅特別明顯。

綜上,本溪市的用水結構表現為第一產業較少,二產最多,各產業用水量均呈現減少的趨勢；第二產業中,B27、B33和B34的用水量存在明顯的增加趨勢。

2.2 產業結構區位熵

計算各本溪市2008—2017年的地區三大產業的區位熵,結果見圖4。

圖4 本溪市2008—2017年三大產業區位熵 Fig.4 Location entropy of three marine industrial of Benxi City from 2008 to 2017

受地形限制,本溪市耕地面積比例僅占總面積的8.7%,第一產業區位熵在2008年僅0.54；此后隨著林業經濟的快速發展,區位熵有一定的增加,但仍明顯低于全國平均水平。本溪市第二產業區位熵始終大于1,擁有較高的聚集水平,即該產業的產值所占比例高于全國平均水平,對本溪市的經濟發展影響較大；但該產業的區位熵呈現為先緩慢增加后明顯減少的發展趨勢,且越來越接近于1,說明第二產業的規模處于下降態勢,逐步接近全國平均水平,老工業基地的規模優勢逐步消失。第三產業的區位熵在2008—2013年間都在0.75—0.8左右,從2014年開始呈現增加態勢,且接近1,即接近全國整體水平。通過數據分析看出,本溪市第三產業區位熵的增加與第三產業產值的增加有一定的關系,但也與第二產業產值大幅下降有直接關系。

綜上,本溪市第一、三產業規模低于全國平均水平,但由于林業和第三產業產值的增加,這兩個產業的區位熵有增加的趨勢,特別是第三產業逐步逼近全國平均水平；第二產業的區位熵由于傳統工業的產值下降而呈現不斷減少趨勢,產業優勢不斷降低。

2.3 產業結構與用水結構關聯度

以2008—2017年本溪市各產業的用水量為母因素序列,對應各產業產值為子因素序列,利用灰色關聯度分析兩者間的關聯程度。結果顯示,一、三產業的用水結構與產業結構的關聯度為0.689,第二產業為0.645。三大產業的用水量和產值有一定的關聯,但關聯度不高,這說明該階段用水量并沒有隨著產值的增加而增加,這與各產業的用水水平和用水效率不斷提高有很大關系。

第二產業規模以上產業的產業結構與用水結構關聯度的計算結果如表4所示。

表4 本溪市2008—2017年規模以上產業產值與用水量關聯度

由表4中,本溪市第二產業各行業產值和用水量之間的關聯性整體較高,不同行業間差異也比較明顯。12個行業中,B10、B15、B26、B30、B33、B34、B35和B36等8個行業的關聯度在0.9以上,說明這些行業的產值和用水量呈一致的變化趨勢,需要通過提高生產工藝或引進先進的技術手段,提高用水效率和用水水平,從而達到降低兩者之間關聯程度的目的。關聯程度較弱的行業,如產值最高的B31的用水量和產值的灰色關聯度為0.509,表明這些行業在發展過程中用水量沒有隨著行業規模的增加而增加,而是用水效率和用水水平不斷提高。從水資源開發利用角度來看,這些產業可作為大力發展的產業。

綜上,三大產業的經濟與用水量發展的關聯度較低,這與各產業用水效率和用水水平不斷提高有關；規模以上行業中,大部分行業的關聯度較高,用水量隨著產值的增加而增加,需要進一步提高用水水平,但產值最高的B31的關聯度較低,從水資源開發利用角度可作為大力扶持發展的產業。

2.4 產業結構與用水結構協調性

對本溪市2008—2017年間三大產業和規模以上行業間的用水結構和產業結構的協調性進行計算,結果如圖5所示。

圖5 本溪市2008—2017年產業結構與用水結構協調度變化Fig.5 Change of coordination degree between industrial structure and water use structure in Benxi City from 2008 to 2017W: 用水結構粗放度; P: 產業結構偏水度; H: 產業協調性

圖5中,三大產業的用水結構粗放度W分布在0.35左右,與北京(0.4)、天津(0.7)和河北(0.9)三地相比[11],本溪的用水結構向用水效率較高的產業偏向程度較高,這主要與本溪市耕地面積小,農業灌溉用水量較小,而二、三產業用水比例相對較高有關。本溪市產業結構偏水度P主要分布在0.25左右,與北京(0.1)、天津(0.2)和河北(0.4)三地相比[11],本溪市的產業結構偏向耗水量較低的方向優于河北、低于北京,與天津最為接近,說明其產業用水效率處于較高的水平。本溪市三大產業協調性H分布在0.7左右,高于河北(0.4)和天津(0.5),與北京基本持平[11]。即該市的用水結構和產業結構協調性保持穩定,產業結構和用水結構之間的協調性處在良好程度。

本溪市第二產業規模以上行業的用水結構粗放度W和產業結構偏水度P都分布在0.1以內,遠低于三大產業粗放度和偏水度,表明本溪市第二產業規模以上行業的用水集中在耗水低和用水效率較高的方向,且處在較高的水平。第二產業大部分年份協調性數值都在0.95以上,說明兩個系統之間已經達到了非常高的協調程度。從變化趨勢上來看,本溪市第二產業P,W,H的變化不穩定,但從2016年之后,趨向耗水低、用水效率高且協調性更高的方向發展。

綜上,本溪市三大產業間粗放度、偏水度和協調度都處在較高水平；第二產業的規模以上行業的粗放度和偏水度都分布在0.1以內,協調度在0.95以上,都處于更高的水平,且趨向耗水低、用水效率高且協調性更高的方向發展。

2.5 結構偏差系數

進一步分析本溪市各產業和第二產業規模以上行業間產值占比與用水量占比之間的關系,三大產業間的結構偏差分析結果見圖6。

圖6 本溪市2008—2017年三大產業結構偏差系數 Fig.6 Deviation coefficient of three industrial structures in Benxi City from 2008 to 2017

圖6中,一、三產業結構偏差系數均大于1,說明這兩個產業產值對偏差系數的貢獻度大于用水的貢獻度,用水效率較低,用水結構存在較大的調整空間,這與第一產業用水量大但產值小相關。一、二產業的結構偏差系數在0.2—0.4之間,明顯低于一、三產業的偏差系數,說明第一、二產業間用水結構和產業結構發展比較協調,用水結構仍有一定的調整空間。而二、三產業的偏差系數逐漸接近0,說明二、三產業的用水結構和產業結構經不斷調整,逐漸趨于協調狀態。發展趨勢上,三條線趨勢線都不同程度的向0逼近,說明均向協調的方向發展。

選取分析期內各行業產值變化比較大具有一定代表性的3個典型年,分別為2008、2014和2017年,借此說明對第二產業中規模以上行業的產業結構與用水結構之間的結構偏差系數。各典型年規模以上行業結構偏差系數的矩陣熱圖見圖7。

圖7 本溪市典型年規模以上行業產業結構偏差系數Fig.7 Deviation coefficient of industrial structure above scale in typical years of Benxi City

圖7中,B08、B10和B34 這3個產業在經過調整后用水結構與產業結構之間的結構偏差由不均衡狀態變到均衡狀態的變化比較明顯。B10產業的結構偏差系數變化最明顯,結構偏差系數在2014年處在非常不均衡狀態,經過調整之后,到2017已接近均衡狀態。而B33、B36和D44產業的結構偏差變化幅度較小,且D44產業帶來的經濟產值與用水量仍然存在較高的不均衡性。B35的變化與其它產業相差較大,從2008年的接近均衡發展演變為不均衡狀態,產業結構與用水結構之間出現較大偏差。生產規模比較大的B31、B08、B27、B30的結構偏差系數都有減少趨勢,其用水結構有較大的調整空間,且趨于協調。

3 結論

(1)本溪市第一產業發展穩定,第二產業大幅下跌之后緩慢增長,第三產業增長迅速,且逐步替代第二產業成為本溪市的支柱產業；第二產業中,僅B27和B31總體呈現上升趨勢,以往占主導優勢的重工業及化工業都呈現下降趨勢。三大產業產值比例由2008年的0.06∶0.60∶0.34調整為2017年的0.6∶0.44∶0.50,產業結構發生了一定程度轉型；三大產業用水量比例由2008年的0.39∶0.59∶0.02 調整為2017年的0.41∶0.51∶0.07,總用水量減少了1/4以上。

(2)2008—2017年間,本溪市林業和第三產業產值不斷增加,一、三產業的區位熵有增加趨勢,特別是第三產業的發展逐步接近全國平均水平,但一、三產業產值占比仍低于全國平均水平。三大產業經濟發展與用水量發展的關聯度較低；規模以上行業中,區位熵大于0.95的行業用水量隨著產值的增加而增加,需要轉換生產工藝,提高用水水平；產值最高的B31從水資源開發利用角度可作為大力扶持發展的產業。

(3)本溪市三大產業間粗放度、偏水度和協調度都處在較高水平；一、三產業的用水結構存在非常大的調整空間,第二產業和第三產業的用水結構和產業結構經不斷調整后,逐漸趨于協調狀態。第二產業規模以上行業的粗放度和偏水度處于更高的水平,且趨向耗水低、用水效率高且協調性更高的方向發展。行業生產規模比較大的B31、B08、B27、B30的行業的結構偏差系數都有減少趨勢,其用水結構存在較大的調整空間,且趨于協調。