山西省水資源約束下的產業結構分析

楊麗霞,劉　妞,仇亞琴

(1.山西省水利水電科學研究院,山西 太原　030002; 2.華北水利水電大學,河南 鄭州　450011;3. 中國水利水電科學研究院,北京　100038)

山西省水資源約束下的產業結構分析

楊麗霞1,劉妞2,3,仇亞琴3

(1.山西省水利水電科學研究院,山西 太原030002; 2.華北水利水電大學,河南 鄭州450011;3. 中國水利水電科學研究院,北京100038)

摘要：利用相關分析理論、灰色系統理論研究產業結構與其用水量之間的定量關系,同時得出如下結論:在水資源約束下,應積極穩步推進第二產業發展,但需淘汰和優化以能源產業為主的高耗水型重工業結構;大力推進第三產業的發展;調整農業結構,限制或適當壓縮第一產業的發展,是山西省產業結構與水資源協調發展的方向。

關鍵詞：水資源;產業結構;相關分析;山西省

山西省是全國缺水最為嚴重的省份之一,山西省多年平均水資源總量為123.8億m3,占全國水資源總量的0.46%。人均占有水量為381m3,不及全國平均水平的1/5,畝均占有量為239 m3,僅為全國平均水平的13%。

隨著經濟持續高速增長,產業規模和經濟實力大幅度提高,對資源和能源的需求不斷加大,環境壓力也在持續增加,資源和環境的約束已成為經濟進一步發展的重要制約。水資源的稀缺性是制約產業發展的重要瓶頸,隨著水資源的日益消耗,人們逐漸意識到經濟發展不能過度依賴于水資源,需要改變經濟發展模式,走集約化發展道路。因此,研究水資源約束的地區產業結構及其與用水之間的關系,對地區水資源的科學合理配置利用以及產業布局發展非常必要。

目前我國在產業結構及其用水方面的研究很多,如云逸等[1]基于北京市產業結構及用水數據建立了兩者的偏最小二乘線性回歸模型,分析了北京市產業結構及其與用水之間的相關性。孫愛軍等[2]利用回歸分析理論研究三大產業結構產值構成與其用水構成的量化關系,分析產值構成變化所引起的用水比例的變化。雷社平等[3]利用相關分析理論和方法,系統地研究了北京市產業結構與用水量之間存在的高度相關關系,得出在水資源約束下發展第三產業,調整第二產業的觀點。劉曉霞等[4]利用變量平穩性檢驗、協整檢驗及Granger因果關系檢驗,研究了山西省三次產業結構及用水結構的變動關系。

筆者利用相關分析理論方法和灰色關聯理論對山西省產業結構及其用水進行了相關性及關聯性分析,得出了山西省產業結構及其與用水的關系,提出山西省今后發展的重點方向的建議,以期為推動地區產業結構調整和優化升級、完善和發展現代主導體系以及水資源的開發利用、優化配置等提供參考。

1研究方法

1.1　相關分析理論

相關關系是事物在各自的發展、變化過程中所表現出來的一種相隨變動的關系或趨勢,是一種統計關系。一般情況下,當2種要素之間為線性相關時,即是研究它們之間的相關關系是否密切以及2種要素之間相關的正負性。設X和Y為2種要素, 對X,Y的樣本觀測值(Xi,Yi)(i=1, 2,…,n), 可以有相應的樣本相關系數:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

其中

從這一理論出發,若以產業結構的調整與發展為自變量,以用水量結構為因變量,通過相關系數的測定,可以發現各產業與用水量的相關程度,以及對水資源的依賴程度,以此尋求產業的發展方向,為實現水資源的優化配置提供理論依據。

1.2　灰色系統理論分析方法

灰色系統理論是通過一定的方法梳理各種因素間的主要關系,找出影響最大的因素,把握矛盾的主要方面,這種影響程度表明有關系統之間或系統內部各因素之間的關聯性。關聯性大小的度量即為關聯度,關聯度分析是對一個系統發展變化態勢的定量描述和比較。其評價步驟如下[6]:

b. 計算關聯系數。對于特定因素和其他因素序列均值化后的數據X0,X1,X2,…,Xn,可按下式計算Xi與X0在k時刻的關聯系數:

(6)

式中:εi(k)滿足0<εi(k)<1,εi(k)越接近于1,關聯性越好;ρ為分辨系數,即在于提高灰色關聯系數之間的差異顯著性,ρ∈(0,1),一般取ρ=0.5。

c. 計算關聯度,得出綜合評價結果。在求得關聯系數的基礎上,求出系統中諸因素的關聯度。

(7)

2山西省產業結構、用水量及其變化

2.1　山西省產業結構及其變化

根據山西省統計年鑒資料分析,2012年山西省第一產業、第二產業和第三產業分別占國民生產總值的5.8%、55.6%和38.6%。山西省產業結構的“二三一”特征比較明顯,第一產業比例明顯偏低,第三產業份額相對不足;與全國相比,第一產業構成低于全國4個百分點;第二產業構成高于全國10個百分點;第三產業構成低于全國6個百分點。

表1為2000—2012年山西省產業結構變化。從表1可看出,2000年以來,山西省三次產業結構走過了“第一產業逐步下降,第二產業逐年上升,第三產業在波動中呈下降趨勢”的漸變歷程。第一產業占國民生產總值比值從2000年的9.7%降至2012年的5.8%;第二產業的比例從2000年的46.5%上升至2012年的55.6%;而第三產業從2000年的43.8%降至2012年的38.6%,下降了約5個百分點,遠低于第二產業所占的比重。

表1　山西省產業結構變化

2000年以來山西省工業結構趨向重工業化,重工業增加值比重在工業結構中逐年提升,而輕工業增加值所占比重則呈下降趨勢,工業結構趨向重型化,具體數據見表2。在工業產業布局中,山西省是以能源和原材料工業為主體的重型工業結構,煤炭開采和洗選業、黑色金屬冶煉及壓延加工業以及石油加工、煉焦及核燃料加工業分別占工業總產值的38%、16%和12%。

表2　典型年份工業結構分析

2.2　山西省用水量及其變化

用水量是指各類用水戶取用的包括輸水損失在內的毛水量,按生活、工業、農業、生態環境四大類用戶統計,不包括海水直接利用量。

根據山西省水資源公報,2012年山西省城鎮和農村居民生活用水占12.0%,生產用水占82.9%,生態與環境補水占5.1%。在生產用水中,第一產業用水(包括農田灌溉用水、林牧漁用水和牲畜用水)占58.2%,第二產業用水(包括工業用水和建筑業用水)占21.1%,第三產業用水(包括商品貿易、餐飲住宿、交通運輸、機關團體等各種服務行業用水量)占3.6%，見圖1。

圖1　山西省用水組成

2000年以來,山西省總用水量見表3,總體呈緩慢上升趨勢,其中生活和生態環境用水呈持續增加態勢,而第一產業用水量呈現增長趨勢,第二產業用水呈現波動變化,第三產業用水量基本維持不變。第一產業和第二產業用水量占總用水量的比重呈下降趨勢,分別由2000年的62.2%和23.7%降到2012年的58.2%和21.1%；第三產業用水量占總用水量的比重略有上升，由2000年的3.4%上升到2012年的3.6%。居民生活用水和生態環境用水比例逐步提高,居民生活用水由2000年的10.6%提高到2012年的12.0%，生態環境用水由2003年的0.05%提高到2012年的5.1%。

表3　山西省用水量變化情況　億m3

3結果分析

3.1　產業結構與用水結構的相關性分析

將用水量記為Y,各產業用水量百分比記為Yi(i=1,2,3),同樣記X為各產業在GDP中所占比重,有Xi(i=1,2,3),在山西省產業結構及其用水現狀分析的基礎上,根據上述的相關分析理論和整理數據探討產業結構構成與用水構成的關系,以充分認識產業結構調整與需用水之間的內在規律及其變化趨勢。

3.1.1 第一產業用水結構的相關度分析

山西省第一產業產值構成與第一產業用水量構成的相關度,根據

計算得r1=0.84,b=1.03,a=-56.35。

回歸方程為

山西省第一產業產值構成與其用水量構成比重屬于正相關,且是高度相關,即說明山西省第一產業產值比例決定著其用水比例,它是影響第一產業用水比例最主要、關鍵的因素。由回歸方程可以得出,山西省第一產業在GDP結構所占比重每降低1%,其相應的用水比例將降低1.03%。第一產業是山西省的用水大戶, 2000—2012年第一產業平均每年用水占總用水量的60.6%,而第一產業產值占地區生產總值比重只有6.7%。這說明農業較其他產業發展緩慢,產值不高,用水量大,用水效率低下。因此,山西省農業發展應以節水作為主導方向,需進一步優化農業結構、由傳統農業向現代農業轉變,提高農業用水效率,同時將部分水資源轉移到其他產業,實現水資源的高效配置。

3.1.2第二產業用水結構的相關度分析

同理計算得:r2=-0.08

山西省第二產業產值構成與其用水量構成屬于微相關,且呈負相關關系,這表明隨著產值比重的增加，相應的用水量比重呈減少趨勢,且第二產業產值比重與其用水比例的相關關系很弱。主要原因是近年來工業結構的調整、工業節水技術、技改項目的實施及管理水平的進步提高了水的利用效率,使工業單位產值補充新水量減少。從2000—2012年產業構成及其用水構成看,第二產業產值構成逐年增加,平均每年增長0.70%,用水量比重卻呈減少趨勢,平均每年降低0.20%。由此說明山西省采取多項工業節水措施取得了一定的成效,如電力、冶金行業通過間接冷卻水的循環使用、原水預處理、污水處理回用以及改革工藝設備等節水技術,工業用水重復利用率逐年提高,冶金行業從2000年的88.6%提高到92.0%,電力行業從2000年的97%提高到99%，煤炭焦化行業采取凈化軟化技術,坑礦水及廢水回收利用水平逐年提高。

3.1.3第三產業用水結構的相關度分析

同理計算得:r3=0.67

山西省第三產業產值比例與其用水結構的關系屬于顯著相關,且接近于0.8,這說明第三產業產值比重會逐漸成為影響其用水比例的最主要的因素,在發展第三產業的同時,也需對其用水結構進行優化。從全省2000—2012年產值及其用水比重平均情況來看,第三產業用水僅占總用水量的3.4%,遠低于第一產業和第二產業用水量,但其產值構成比重卻達到了39.4%。在水資源約束下,大力發展第三產業對水資源壓力比較小。因此,在大力發展第二產業的同時,應積極穩步推進第三產業的發展,保持其穩定高效的增長率,將是山西省在水資源約束下經濟發展的基本格局。

3.2　產業結構及其用水量的灰色關聯度分析

對山西省2000—2012年各產業產值及產業用水量原始數據初始化后,計算各產業灰色關聯度系數,所得結果如表4所示。

表4　灰色關聯矩陣R計算結果

從矩陣R所有因素分析結果可知,r22=0.62,r33=0.54,r44=0.57分別為第一產業、第二產業、第三產業產值與用水量的關聯度,且有r22>r44>r33,這表明第一產業產值與其用水量的關聯度最高,即在相同的增長率下,農業所需的水量最高,反映出全省農業節水潛力還很大;第三產業次之,工業最低,并且工業與第三產業與其用水量的關聯度相差不大,以較少的用水就可獲得較高的產值。

矩陣R以行進行分析,表4中Ri(i=1,2,3,4)分別為總產值、第一、第二、第三產業產值對其用水量的綜合關聯度，其值越大,表明對產業用水的影響越顯著,且是關鍵因素。從計算結果可知,R2>R1>R4>R3,第一產業產值對產業用水的關聯度最高,表明農業產值對產業用水具有較強的依賴性;第三產業產值對產業用水的關聯度次之,第二產業關聯度最小。

矩陣R以列進行分析,表4中Rj表明第j產業用水量對各產業產值的綜合關聯度,其值越小,表明用較少的水就能得到很好的產值收入,該產業是地區經濟發展的優勢因素。從計算結果可知,R2>R3=R4>R1,表明第二產業和第三產業是山西省經濟發展的優勢產業,農業發展潛力最小。由此可知,在山西省水資源約束下,今后全省產業發展的順序應該是大力發展第二產業和第三產業,限制或適當壓縮第一產業的發展規模。

4結論

在水資源約束下,需要進行產業結構的調整以實現經濟的可持續發展。通過應用相關分析法和灰色關聯分析理論對山西省產業結構及其用水進行分析,得出以下結論并提出相應的建議:

a. 山西省第一產業產值構成與其用水構成比重高度相關,第一產業在產值增加、產業構成下降的情況下,對產業用水量影響很大,山西省第一產業在國民生產總值所占比重每降低1%,其相應的用水比例也將降低1.03%;第二產業產值構成與其用水量構成屬于微相關且呈負相關關系,第三產業產值構成與其用水構成比重均屬于顯著相關,兩者相關關系均較第一產業弱。

b. 第一產業產值與其用水量及產業總用水量的關聯度均最高,表明農業產值對產業用水具有較強的依賴性,發展潛力最小;第三產業產值對產業用水的關聯度次之,第二產業關聯度最小,第二產業和第三產業是山西省經濟發展的優勢產業,能以較少的用水獲得較高的產值。

c. 在水資源約束下,山西省今后應積極穩步推進第二產業,但需轉變以能源、原材料生產為主的高耗水型重工業結構,以科技為支撐實施產業鏈的延長、升級、優化工業結構;大力發展第三產業,其產值高,對日益緊張的水資源壓力小,但同時應加強第三產業的節水措施;維持或縮小第一產業的發展,調整農業種植結構,合理搭配各種作物,發展節水型農業,提高水資源利用效率,促進農業經濟持續健康的發展。

山西省產業用水系統復雜,既要對水資源優化配置,又涉及產業結構的調整升級。在全省水資源稟賦差的約束下,在產業結構調整

的同時,重點應放在產業內部結構的調整和節水方面。一方面需要通過技術進步和節水技術促進用水效率的提高以及加大工業用水的重復率;另一方面為保證農業生產的安全,需建立合理的補償機制、加大農業節水投入,形成第一產業節約用水向第三產業和高效益的第二產業流動,防止第二產業和第三產業擠占第一產業的合理用水。因地制宜,積極推動產業結構調整,切實加強水資源總量控制和定額管理,以緩解山西省水資源壓力。

參考文獻：

[1] 云逸,鄒志紅,王慧文.北京市用水結構與產業結構的成分數據回歸分析[J].系統工程,2008,26(4):67-71.

[2] 孫愛軍,胡永法.產業結構與水資源的相關分析與實證研究：以淮安市為例[J].水利經濟,2007,25(2):18-27.

[3] 雷社平,解建倉,阮本清.產業結構與水資源相關分析理論及其實證[J].運籌與管理，2004，13(1):100-105.

[4] 劉曉霞,解建倉.山西省用水結構與產業結構變動關系[J].系統工程,2011,29(4):45-52.

[5] 潘文卿. 中國經濟增長中的產業結構演進研究[D]. 北京:中國人民大學,1999.

[6] 鄧聚龍.灰色系統理論教程[M].武漢:華中理工大學出版社,1992.

中圖分類號：F062.1

文獻標識碼：A

文章編號：1003-9511(2015)05-0004-04

DOI：10.3880/j.issn.1003-9511.2015.05.002

作者簡介：楊麗霞(1973—),女,山西霍州人,教授級高級工程師,工程碩士,從事農田水利工程研究。E-mail:ylxsx163@163.com

基金項目：水利部公益性行業科研專項經費項目(201301001);國家自然科學基金(51021066,50939006,51209224)；流域水循環模擬與調控國家重點實驗室自主項目(2013ZY02,2013QN02)；水利部948項目(201422)；山西省水利項目(201416)