山西省經濟增長與水環境質量的灰色關聯分析

摘 要：山西長期的資源型經濟發展模式對水環境帶來了許多不利影響，而水資源的過度浪費嚴重阻礙了山西省的經濟發展。通過收集和整理2013—2022年山西省的經濟增長數據和水環境質量數據，探討了山西省經濟增長與水環境質量之間的耦合作用，并通過灰色關聯度分析方法進行了評估。結果表明：山西省工業用水、工業廢水排放量、工業COD排放量、工業氨氮排放量，整體呈下降趨勢；生活用水、生活污水排放量、生活COD排放量、生活氨氮排放量，整體呈上升趨勢；水環境質量指標與人均GDP和第二、第三產業占GDP比重均存在灰色關聯度，3種指標耦合作用較強，山西省經濟增長與水環境質量指標存在關聯度，兩者相互影響作用明顯。

關鍵詞：經濟增長；水環境質量；灰色關聯分析

中圖分類號：X824 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–00-03

山西省水資源緊缺，截至2022年，水資源總量153.5億m3，地表水資源38.2億m3，地下水資源27.5億m3。山西省年平均降水量508.8 mm，降水量少且分布不均，主要集中在夏季，占全年降水量的60%[1-2]。山西地形復雜，北高南低，呈階梯狀，導致水資源分布不均勻。改革開放以來，山西省經濟發展實現歷史性的重大突破，2022年山西省的GDP總額高達2.56萬億元，人均GDP為7.37萬元。山西地區煤炭資源豐富，是我國典型資源型經濟的重要煤炭產區[3]。但由于溫室效應、環境變化和人類活動加劇等因素的影響，使得水環境質量發生了重大變化[4]。隨著人口的快速增長和經濟的高質量發展，生活、工業廢水等排放量增加，加上公民節約水資源意識缺乏、用水率低等問題，導致山西省的水環境遭到不同程度的污染[5-6]。

生活污水排放量、工業廢水排放量、氨氮排放量和COD排放量等指標都顯示了山西省的經濟增長與水環境質量之間的相互影響。人均GDP增長率相比其總量GDP增長速度更加能較為精準、直觀地反映某一個特定地區的綜合經濟發展狀況[7-9]。

1 數據模型與研究方法

1.1 數據來源和處理

研究數據源自國家統計局（2013—2022年）中國經濟與社會發展統計數據庫、山西?。?013—2022年）統計公報、山西省（2013—2022年）生態環境廳《環境統計公報》、山西?。?013—2022年）水利廳《水資源公報》。數據用Excel和SPSS進行處理。經濟增長指標見表1。

由于研究中各種指標的單位不同，導致數據量綱也不同，在比較時難以得出正確的結論。因此，在計算前，要用無量綱化算法處理數據，得到無量綱化的數據（表2）。

1.2 灰色關聯分析方法

灰色系統分析方法以灰色曲線關聯分析思想為基礎，灰色系統相關性的概念主要涉及利用灰色系統曲線的發展和變化。通過利用數據之間的幾何形狀關系進行相關性分析，確定是否存在相對緊密的內部連通性，從而反映灰色曲線系統之間的動態相關性過程。具體步驟如下：

第一步，確定分析數列。根據分析目標建立分析指標體系，收集分析數據，確定原始數據矩陣，建立參考數據標準。

第二步，變量的無量綱化。在進行灰色關聯分析時，通常需要先進行無量綱化數據處理（表2）。無量綱化數據處理公式為：

（1）

（i=0，1，…，n；k=1，2，…，m）

第三步，計算關聯系數。由公式（2）分別計算每個關聯度系數：

（2）

第四步，計算關聯度。將各個分析比較指標之間的相對相關度系數的平均值作為比較數據和參考數據之間相關度指數的數量。

（3）

第五步，關聯度排序。

2 結果與分析

2.1 山西省經濟增長指標與水環境質量指標的變化情況

圖1是2013—2022年山西省人均GDP與水環境質量指標時序。由圖1可知，2013—2022年人均GDP呈上升趨勢，人均國內生產總值逐年上升，工業用水和工業廢水排放量呈下降趨勢，工業用水量下降22.1%；生活用水和生活污水排放量呈現增長趨勢，生活污水排放量增長22.8%，生活污水排放量增長33.9%。2019年，家庭用水量首次超過工業用水量。生活污水化學需氧量實際流出量高于工業化學需氧量，工業廢水中化學需氧量排放相對穩定放緩。工業氨氮排放量呈下降趨勢，2016年降幅最大；日常生活污水中的氨氮排放總量有所增加。

圖2是2013—2022年山西省第二產業和第三產業分別占GDP比重與水環境質量指標時序圖。由圖可知，第二、第三產業占GDP的比重均在96%以上，2013年，山西省開始全面推進產業結構布局，2013—2016年開始第二產業占比下降，工業廢水排放量及其COD、氨氮排放量排放也開始下降；隨著產業結構的調整，山西省逐漸轉為以第三產業為主，占比由38.4%上升至51.1%，生活污水的排放量及其化學需氧量和氨氮排放量也開始增加。第二產業占GDP的份額與工業用水量密切相關，兩者關聯度較強，關聯度為0.808 6，有較強的耦合作用；與生活用水量的關聯度也較強，關聯度為 0.779 2，耦合作用較強。

第二產業占GDP比重與生活氨氮排放量的關聯度較強，關聯度為0.718 8，與生活污水排放量和生活化學需氧量排放量之間也存在較強的關聯度，兩者間的耦合作用較強。第三產業占GDP的份額與生活污水排放量間的關聯度較強，關聯度為0.801 4，兩者有較強的耦合作用，與生活污水的氨氮排放量、生活污水的化學需氧量排放量耦合作用較強。

2.2 山西省經濟增長指標與水環境質量指標關聯度

由表3可知，山西省經濟增長指標與水環境質量指標的灰色關聯度在0.530 4～0.830 6之間，可知灰色關聯度主要集中在中等和較強之間，耦合作用也在中等和較強之間，山西省經濟增長指標與水環境質量指標之間有中等或較強的耦合作用。

山西省水環境質量污染物的指標與人均GDP的關聯度排序由強到弱：rx4＞rx6＞rx2＞rx3＞rx5＞rx1，rx7=0.613 3，rx8=0.677 2；與第二產業占GDP比重的關聯度排序由強到弱：rx6＞rx2＞rx4＞rx1＞rx5＞rx3，rx7=0.8086，rx8=0.779 2；與第三產業占GDP比重的關聯度排序由強到弱：rx2＞rx4＞rx6＞rx1＞rx5＞rx8，rx7=0.819 7，rx8=0.719 3。

3 結論

（1）2013—2022年山西省工業用水量和工業廢水排放量呈下降趨勢，工業用水量下降22.1%，工業廢水排放下降58.5%。同時，生活用水量逐年增加，增長率為22.8%。生活污水排放量同比增長33.9%。工業廢水中化學需氧量和工業廢水中氨氮的排放量呈下降趨勢，生活污水中COD的排放量呈上升趨勢。

（2）山西省生活污水中的化學需氧量排放量和人均國內生產總值的關聯度最大，關聯度為0.830 6，兩者間有較強耦合作用，其次是生活污水中的氨氮排放量，關聯度為0.669 1，工業廢水排放量的關聯度最小，關聯度為0.530 4，兩者的耦合作用中等。

（3）山西省的第二產業占GDP比重表現為下降后上升，上升幅度不大；第三產業占GDP份額必須為上升后下降，下降幅度較小，第二、第三產業占GDP的比重在2021—2022年表現相近。第二產業占GDP比重與工業用水量關聯度大，關聯度為0.808 6，兩者耦合作用較強。第三產業與生活污水量關聯度大，關聯度為0.801 4，兩者的耦合作用較強。

4 討論

產業結構調整，水環境污染物的種類也發生了變

化[10]。2013—2022年人均GDP整體表現增長趨勢，生活用水量和廢水量也逐年增加，主要原因是產業結構調整和城鎮化發展[11-14]。2013年是“十二五”規劃的第三年，是承前啟后的關鍵一年。山西省的煤炭工業發生巨大變化，形成了多元化發展的產業結構[15-16]。

隨著城鎮化發展，城市人口穩步增長，生活用水量增加，從而導致廢水排放量增加。廢水的增加導致污染物濃度升高，家庭用水的化學需氧量和氨氮排放量增加；工業用水量與人均GDP的關聯度為0.613 3，兩者之間存在中等的耦合作用，工業廢水排放量、工業化學需氧量排放量、工業氨氮排放量與人均國內生產總值的耦合作用也是中等，人均國內生產總值增加，工業廢水排放量也在減少。改革開放以來，大力發展外向型經濟，在經濟取得增長的同時，會逐漸導致一些生態環境被嚴重破壞，進而引起水環境質量下降[13]。

參考文獻

[1] 郝琳茹.山西省水資源配置格局研究[J].山西水土保持科技，2023（3）：54-56.

[2] 武敏敏.山西經濟發展模式轉型研究[D].南京：南京師范大學，2011.

[3] 吳啟華.勇當能源革命排頭兵：看煤炭大省山西如何全方位深化轉型[J].華北自然資源，2024（3）：9-10.

[4] 付紹桐，賀晨曦，馬佳凱，等.不同發展情景下黃河流域山西段生態環境質量[J].應用生態學報，2024，35（5）：1337-1346.

[5] 詹力煒，李海紅，趙勇，等.城鎮居民生活彈性用水測算與節水潛力分析[J].干旱區資源與環境，2023，37（2）：69-75.

[6] 孫曉杰，趙立，邢益毓，等.山西省地下水2016—2020年水質變化趨勢及污染因子分析[J].環境科學導刊，2022，41（6）： 73-79.

[7] 赫振平.大同市水資源利用與經濟高質量發展聯動關系研究[J].海河水利，2023（1）：5-12.

[8] 孟萬忠，王尚義.略論河流健康與經濟可持續發展：以山西為例[J].經濟問題，2009（1）：58-61.

[9] 崔晉生.山西經濟社會發展與自然生態協調狀況分析[J].經濟問題，2018（8）：119-124.

[10] 劉倩.基于灰色關聯的廣東省經濟增長與水環境監測指標耦合關聯性研究[J].河南科技，2022，41（17）：103-109.

[11] 劉藝，張鄭賢，張鋒賢.經濟發展與水環境監測指標的耦合關聯性研究[J].水利經濟，2018，36（3）：21-24，28，78.

[12] 肖沙，向洋良.經濟發展與水環境監測指標的關聯性探討[J].皮革制作與環?？萍迹?023，4（8）：156-158.

[13] 孫堅明，陳淇，陳加棋，等.社會經濟發展下水環境污染控制與治理的對策分析[J].環境與生活，2023（12）：91-93.

[14] 張雪莉.環境管理中的水環境監測及其保護研究[J].資源節約與環保，2023（11）：58-61.

[15] 石正平.城市環境保護規劃與生態建設指標體系實證[J].資源節約與環保，2013（10）：48，50.

[16] 羅上華，馬蔚純，王祥榮，等.城市環境保護規劃與生態建設指標體系實證[J].生態學報，2003（1）：45-55.