遼寧省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與用水結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)

孫 良

(葫蘆島市水資源管理辦公室，遼寧 葫蘆島 125000)

資源與需求之間的矛盾在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下日趨突出，人類(lèi)的生存發(fā)展與社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)都離不開(kāi)水資源的支持，并且隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化以及人類(lèi)改造自然技術(shù)水平的不斷提升，水資源短缺、局部地下水過(guò)度開(kāi)采、用水效率低以及水生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化等問(wèn)題嚴(yán)重[1]。目前，迫切需要解決的是正確處理用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性問(wèn)題。為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展應(yīng)首先保障用水結(jié)構(gòu)與其他系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性。國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)水資源與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題開(kāi)展了大量研究，例如云逸[2]等對(duì)用水量與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系利用回歸模型進(jìn)行了分析探討；汪黨獻(xiàn)[3]等對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)水資源利用投入產(chǎn)出模型進(jìn)行了定量分析；蔡繼[4]等利用灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)湖北省水資源與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系做了探討。總而言之，目前相關(guān)研究對(duì)用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系主要利用建模法進(jìn)行定量分析，而涉及二者協(xié)調(diào)性的研究相對(duì)較少。吳麗[5]等對(duì)用水與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)關(guān)系利用多目標(biāo)模糊優(yōu)化模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)；雷社平[6]等基于復(fù)雜系統(tǒng)理論和協(xié)同理論建立了北京市各水系統(tǒng)協(xié)調(diào)度模型。這些方法都僅僅局限于用水與產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)之間，并且具有各自的突出特點(diǎn)，而未綜合考慮水系統(tǒng)的外部環(huán)境。目前，由于水資源過(guò)度開(kāi)采、用水效率低、水體污染嚴(yán)重以及供需矛盾緊張等問(wèn)題日益嚴(yán)重，資源型缺水對(duì)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展已構(gòu)成嚴(yán)重威脅，因此在分析區(qū)域用水與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相關(guān)性時(shí)，還需要考慮外部的用水環(huán)境。本文綜合考慮了水環(huán)境、用水結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)三大方面，基于集對(duì)分析理論建立了用水協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)模型，并以遼寧省為例對(duì)其用水協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)、科學(xué)地綜合評(píng)價(jià)，以期為促進(jìn)該區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展以及實(shí)現(xiàn)資源的最大最優(yōu)化利用提供一定決策依據(jù)[7- 11]。

1 基于集對(duì)分析法的區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與用水結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)模型

1.1 集對(duì)分析理論

集對(duì)分析法是由我國(guó)學(xué)者提出的一種用于處理不確定性問(wèn)題的方法，在預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、決策等方面該方法表現(xiàn)出較強(qiáng)的適用性，目前在軍事、自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人文教育以及工程技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛[12]。假定X和Y是表示具有一定關(guān)聯(lián)的2個(gè)集合，X具有N相特性即為X=(x1，x2，…，xN)，Y亦具有N相特性即Y=(y1，y2，…，yN)，則X和Y構(gòu)成的集對(duì)H(X，Y)聯(lián)系度μx～y為：

(1)

式中，S/N、F/N、P/N—集對(duì)H(X，Y)的同一度、差異度和對(duì)立度，分別采用a、b、c表示；I、J—分別為差異不確定性系數(shù)和對(duì)立度系數(shù)，I的取值區(qū)間為-1～1，J值為-1時(shí)表示指標(biāo)對(duì)立。

將式(1)中的a、b、c分別選取0.1～1.0之間的實(shí)數(shù)，然后按照由大到小規(guī)則排序，則可表示為集對(duì)的態(tài)勢(shì)度，集對(duì)同異反態(tài)勢(shì)度見(jiàn)表1。

表1 集對(duì)態(tài)勢(shì)度數(shù)值及大小關(guān)系

1.2 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性同時(shí)具有不確定性與確定性特征，因此本文對(duì)遼寧省的協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)考慮采用集對(duì)分析法。評(píng)價(jià)指標(biāo)作為建立協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)模型和評(píng)判系統(tǒng)高低水平的重要依據(jù)，可通過(guò)描述時(shí)間尺度上的系統(tǒng)狀態(tài)反映其協(xié)調(diào)性特征。影響水資源系統(tǒng)的因素較多，且各因素之間具有十分復(fù)雜的作用關(guān)系，所建立的指標(biāo)體系應(yīng)能夠客觀、科學(xué)地反映各方面的主要內(nèi)容與特征，因此在指標(biāo)篩選時(shí)應(yīng)遵循可行性、真實(shí)性和客觀性等原則。根據(jù)目前第三產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)體系中的演變特征，在高科技蓬勃發(fā)展和迅速崛起的條件下三大產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變已是大勢(shì)所趨。水資源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人類(lèi)生存的重要基礎(chǔ)，生態(tài)系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)均與水密切相關(guān)，而用水效率低、水體污染嚴(yán)重等現(xiàn)象較為突出。所以，為保證用水結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性與合理性，可從用水效率與效益的角度綜合考慮分析三大產(chǎn)業(yè)用水現(xiàn)狀。

本文結(jié)合研究區(qū)域水環(huán)境特征以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)所需的水資源屬性，分別從節(jié)水、水體污染、水環(huán)境容量的角度篩選指標(biāo)。然后基于水環(huán)境、用水效益以及經(jīng)濟(jì)效益等方面建立了包含14項(xiàng)代表性指標(biāo)的體系。根據(jù)研究區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀以有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建立了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)3個(gè)協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)等級(jí)，分別為協(xié)調(diào)合格、中等、良好3個(gè)類(lèi)別。對(duì)各分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下的指標(biāo)閥值，參考專(zhuān)家意見(jiàn)和文獻(xiàn)資料進(jìn)行設(shè)定，指標(biāo)體系及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

協(xié)調(diào)狀況利用集對(duì)分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)，本研究將水環(huán)境與用水效益、區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益與響應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成一個(gè)集對(duì)，對(duì)集對(duì)特性分別從集合的同、異、反3個(gè)方面進(jìn)行分析。假定協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為i，則集對(duì)在共同具有、不對(duì)立也不具有以及彼此對(duì)立條件下的特性數(shù)可分別選取為符合i級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、高于i級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及低于i級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)個(gè)數(shù)。區(qū)域用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在不同等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度表達(dá)式，a、b、c的取值見(jiàn)表3。

表3 聯(lián)系度表達(dá)式參數(shù)取值

1.3 協(xié)調(diào)態(tài)勢(shì)度的計(jì)算

若評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)選取為Ⅱ級(jí)，則效益型評(píng)價(jià)指標(biāo)滿足Ⅱ級(jí)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的取值范圍在Ⅰ～Ⅱ級(jí)之間；成本型指標(biāo)在滿足該協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的取值范圍在Ⅱ～Ⅲ級(jí)之間。然后通過(guò)對(duì)比Ⅱ級(jí)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值，即可獲得相應(yīng)的N1、N2、N3值。結(jié)合態(tài)勢(shì)度數(shù)值范圍和a、b、c計(jì)算公式可分別得到經(jīng)濟(jì)效益、用水效益以及水環(huán)境效益態(tài)勢(shì)度de、ds、dr值。

1.4 協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)

在考慮分析協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)時(shí)應(yīng)對(duì)生長(zhǎng)曲線作簡(jiǎn)要的探討，生長(zhǎng)曲線函數(shù)是指隨時(shí)間變化的一組滿足變化規(guī)律的預(yù)測(cè)事件觀測(cè)數(shù)值。通常情況下，事物總要經(jīng)歷發(fā)生、發(fā)展、成熟的變化，各個(gè)時(shí)期的發(fā)展速度存在一定差異。在發(fā)生、發(fā)展以及成熟時(shí)期的速度一般符合先緩慢、再加快，然后又趨于緩慢的變化特征，生長(zhǎng)曲線就是按照上述發(fā)展規(guī)律得到變化形狀。在很多領(lǐng)域中S型曲線較為常見(jiàn)，其模型如下：

(2)

式中，y—生長(zhǎng)曲線函數(shù)值；k、e、f—生長(zhǎng)量指標(biāo)、自然對(duì)數(shù)以及常數(shù)。

通過(guò)對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域許多變量的分析可以發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)實(shí)中隨時(shí)間的變化這些指標(biāo)經(jīng)歷了生長(zhǎng)、成熟和衰退的變化過(guò)程，與生物特征基本相似。因此，可利用生產(chǎn)曲線指數(shù)模型反映區(qū)域用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，利用下式進(jìn)行協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)I的計(jì)算：

I=1/(1+drd-deds)

(3)

協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)I值在0.1～1范圍，利用S型曲線模型，在水環(huán)境污染較為嚴(yán)重，即水環(huán)境態(tài)勢(shì)最大為1并且用水效益與經(jīng)濟(jì)效益值最小均為0.1時(shí)，輸入上述公式可得到I值為0.5；而水體污染較輕，即水環(huán)境態(tài)勢(shì)度最小為0.1且用水效益與經(jīng)濟(jì)效益最大值1時(shí)，輸入上述公式可得到I值為0.98；而在三者均為0.5時(shí)，則協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)I為0.72。由此可將協(xié)同協(xié)調(diào)評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為高度、基本、弱以及不協(xié)調(diào)，相應(yīng)的協(xié)調(diào)指數(shù)值I分別在0.90～0.98、0.72～0.90、0.60～0.72、0.50～0.60范圍之間。

2 實(shí)例應(yīng)用

結(jié)合遼寧省2010—2015年的相關(guān)資料，利用上述評(píng)價(jià)模型和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可得到該區(qū)域用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)狀態(tài)[13]，各指標(biāo)實(shí)際狀態(tài)見(jiàn)表4。

遼寧省工業(yè)化體系在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下日趨得到優(yōu)化，并且農(nóng)業(yè)方面也得到了快速發(fā)展，科技創(chuàng)新水平不斷提高，從而促進(jìn)了第三產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前我國(guó)仍處于快速發(fā)展中，遼寧省社會(huì)經(jīng)濟(jì)處于中等水平，因此協(xié)調(diào)判別標(biāo)準(zhǔn)可選取為Ⅱ級(jí)，結(jié)合上述Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)各參數(shù)取值以及計(jì)算公式，可分別得到各態(tài)勢(shì)度及協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)值，結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 遼寧省2010—2015年各指標(biāo)數(shù)據(jù)值

表5 協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)值

由表5計(jì)算結(jié)果可以看出2010—2015年遼寧省協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，該區(qū)域用水與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)整體處于弱協(xié)調(diào)狀態(tài)。同時(shí)，該區(qū)域水環(huán)境、用水效益以及經(jīng)濟(jì)效益的態(tài)勢(shì)度相對(duì)較大，由此進(jìn)一步說(shuō)明遼寧省在快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)對(duì)水環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，從而使得該區(qū)域整體處于弱協(xié)調(diào)水平。水環(huán)境態(tài)勢(shì)度雖然整體處于較大水平，但是表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，由2010年的0.9逐漸降低至0.6，由此說(shuō)明近年來(lái)遼寧省水資源管理、水環(huán)境保護(hù)措施開(kāi)始發(fā)揮一定的作用。通過(guò)加大水環(huán)境治理力度，統(tǒng)籌規(guī)劃水資源開(kāi)發(fā)利用，可在一定程度上環(huán)節(jié)用水壓力，并促進(jìn)區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3 結(jié)論

本文以遼寧省為例，利用集對(duì)分析法中的同異反態(tài)勢(shì)度客觀、科學(xué)評(píng)價(jià)了該區(qū)域2010—2015年的協(xié)調(diào)狀態(tài)，得出的主要結(jié)論如下。

(1)遼寧省協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)表現(xiàn)出逐漸增加的發(fā)展趨勢(shì)，該區(qū)域用水與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)整體處于弱協(xié)調(diào)狀態(tài)。同時(shí)，該區(qū)域水環(huán)境、用水效益以及經(jīng)濟(jì)效益的態(tài)勢(shì)度相對(duì)較大，由此進(jìn)一步說(shuō)明遼寧省在快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)對(duì)水環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，從而使得該區(qū)域整體處于弱協(xié)調(diào)水平。

(2)近年來(lái)遼寧省水資源管理、水環(huán)境保護(hù)措施開(kāi)始發(fā)揮一定的作用。通過(guò)加大水環(huán)境治理力度，統(tǒng)籌規(guī)劃水資源開(kāi)發(fā)利用，可在一定程度上環(huán)節(jié)用水壓力，并促進(jìn)區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(3)該評(píng)價(jià)模型表現(xiàn)出計(jì)算簡(jiǎn)便、不受指標(biāo)數(shù)量限制、結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)，研究成果可為促進(jìn)區(qū)域水資源可持續(xù)利用以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供一定參考。