山西省水資源約束下的產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)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(tǒng)理論研究產(chǎn)業(yè)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(wěn)步推進第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展,但需淘汰和優(yōu)化以能源產(chǎn)業(yè)為主的高耗水型重工業(yè)結構;大力推進第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;調整農(nóng)業(yè)結構,限制或適當壓縮第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,是山西省產(chǎn)業(yè)結構與水資源協(xié)調發(fā)展的方向。

關鍵詞：水資源;產(chǎn)業(yè)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(jīng)濟持續(xù)高速增長,產(chǎn)業(yè)規(guī)模和經(jīng)濟實力大幅度提高,對資源和能源的需求不斷加大,環(huán)境壓力也在持續(xù)增加,資源和環(huán)境的約束已成為經(jīng)濟進一步發(fā)展的重要制約。水資源的稀缺性是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸,隨著水資源的日益消耗,人們逐漸意識到經(jīng)濟發(fā)展不能過度依賴于水資源,需要改變經(jīng)濟發(fā)展模式,走集約化發(fā)展道路。因此,研究水資源約束的地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構及其與用水之間的關系,對地區(qū)水資源的科學合理配置利用以及產(chǎn)業(yè)布局發(fā)展非常必要。

目前我國在產(chǎn)業(yè)結構及其用水方面的研究很多,如云逸等[1]基于北京市產(chǎn)業(yè)結構及用水數(shù)據(jù)建立了兩者的偏最小二乘線性回歸模型,分析了北京市產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)結構產(chǎn)值構成與其用水構成的量化關系,分析產(chǎn)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(tǒng)地研究了北京市產(chǎn)業(yè)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(fā)展第三產(chǎn)業(yè),調整第二產(chǎn)業(yè)的觀點。劉曉霞等[4]利用變量平穩(wěn)性檢驗、協(xié)整檢驗及Granger因果關系檢驗,研究了山西省三次產(chǎn)業(yè)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(lián)理論對山西省產(chǎn)業(yè)結構及其用水進行了相關性及關聯(lián)性分析,得出了山西省產(chǎn)業(yè)結構及其與用水的關系,提出山西省今后發(fā)展的重點方向的建議,以期為推動地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構調整和優(yōu)化升級、完善和發(fā)展現(xiàn)代主導體系以及水資源的開發(fā)利用、優(yōu)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(fā)展、變化過程中所表現(xiàn)出來的一種相隨變動的關系或趨勢,是一種統(tǒng)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(shù):

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

其中

從這一理論出發(fā),若以產(chǎn)業(yè)結構的調整與發(fā)展為自變量,以用水量結構為因變量,通過相關系數(shù)的測定,可以發(fā)現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,為實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置提供理論依據(jù)。

1.2　灰色系統(tǒng)理論分析方法

灰色系統(tǒng)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(tǒng)之間或系統(tǒng)內部各因素之間的關聯(lián)性。關聯(lián)性大小的度量即為關聯(lián)度,關聯(lián)度分析是對一個系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢的定量描述和比較。其評價步驟如下[6]:

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

(6)

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

c. 計算關聯(lián)度,得出綜合評價結果。在求得關聯(lián)系數(shù)的基礎上,求出系統(tǒng)中諸因素的關聯(lián)度。

(7)

2山西省產(chǎn)業(yè)結構、用水量及其變化

2.1　山西省產(chǎn)業(yè)結構及其變化

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

表1為2000—2012年山西省產(chǎn)業(yè)結構變化。從表1可看出,2000年以來,山西省三次產(chǎn)業(yè)結構走過了“第一產(chǎn)業(yè)逐步下降,第二產(chǎn)業(yè)逐年上升,第三產(chǎn)業(yè)在波動中呈下降趨勢”的漸變歷程。第一產(chǎn)業(yè)占國民生產(chǎn)總值比值從2000年的9.7%降至2012年的5.8%;第二產(chǎn)業(yè)的比例從2000年的46.5%上升至2012年的55.6%;而第三產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)所占的比重。

表1　山西省產(chǎn)業(yè)結構變化

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

表2　典型年份工業(yè)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(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境四大類用戶統(tǒng)計,不包括海水直接利用量。

根據(jù)山西省水資源公報,2012年山西省城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民生活用水占12.0%,生產(chǎn)用水占82.9%,生態(tài)與環(huán)境補水占5.1%。在生產(chǎn)用水中,第一產(chǎn)業(yè)用水(包括農(nóng)田灌溉用水、林牧漁用水和牲畜用水)占58.2%,第二產(chǎn)業(yè)用水(包括工業(yè)用水和建筑業(yè)用水)占21.1%,第三產(chǎn)業(yè)用水(包括商品貿(mào)易、餐飲住宿、交通運輸、機關團體等各種服務行業(yè)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(tài)環(huán)境用水呈持續(xù)增加態(tài)勢,而第一產(chǎn)業(yè)用水量呈現(xiàn)增長趨勢,第二產(chǎn)業(yè)用水呈現(xiàn)波動變化,第三產(chǎn)業(yè)用水量基本維持不變。第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)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(tài)環(huán)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(tài)環(huán)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(chǎn)業(yè)結構與用水結構的相關性分析

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

3.1.1 第一產(chǎn)業(yè)用水結構的相關度分析

山西省第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值構成與第一產(chǎn)業(yè)用水量構成的相關度,根據(jù)

計算得r1=0.84,b=1.03,a=-56.35。

回歸方程為

山西省第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)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(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比例決定著其用水比例,它是影響第一產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)是山西省的用水大戶, 2000—2012年第一產(chǎn)業(yè)平均每年用水占總用水量的60.6%,而第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占地區(qū)生產(chǎn)總值比重只有6.7%。這說明農(nóng)業(yè)較其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢,產(chǎn)值不高,用水量大,用水效率低下。因此,山西省農(nóng)業(yè)發(fā)展應以節(jié)水作為主導方向,需進一步優(yōu)化農(nóng)業(yè)結構、由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉變,提高農(nóng)業(yè)用水效率,同時將部分水資源轉移到其他產(chǎn)業(yè),實現(xiàn)水資源的高效配置。

3.1.2第二產(chǎn)業(yè)用水結構的相關度分析

同理計算得:r2=-0.08

山西省第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)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(chǎn)值比重的增加，相應的用水量比重呈減少趨勢,且第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)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(yè)結構的調整、工業(yè)節(jié)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(yè)單位產(chǎn)值補充新水量減少。從2000—2012年產(chǎn)業(yè)構成及其用水構成看,第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)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(yè)節(jié)水措施取得了一定的成效,如電力、冶金行業(yè)通過間接冷卻水的循環(huán)使用、原水預處理、污水處理回用以及改革工藝設備等節(jié)水技術,工業(yè)用水重復利用率逐年提高,冶金行業(yè)從2000年的88.6%提高到92.0%,電力行業(yè)從2000年的97%提高到99%，煤炭焦化行業(yè)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(chǎn)業(yè)用水結構的相關度分析

同理計算得:r3=0.67

山西省第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)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(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重會逐漸成為影響其用水比例的最主要的因素,在發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)的同時,也需對其用水結構進行優(yōu)化。從全省2000—2012年產(chǎn)值及其用水比重平均情況來看,第三產(chǎn)業(yè)用水僅占總用水量的3.4%,遠低于第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)用水量,但其產(chǎn)值構成比重卻達到了39.4%。在水資源約束下,大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)對水資源壓力比較小。因此,在大力發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)的同時,應積極穩(wěn)步推進第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,保持其穩(wěn)定高效的增長率,將是山西省在水資源約束下經(jīng)濟發(fā)展的基本格局。

3.2　產(chǎn)業(yè)結構及其用水量的灰色關聯(lián)度分析

對山西省2000—2012年各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及產(chǎn)業(yè)用水量原始數(shù)據(jù)初始化后,計算各產(chǎn)業(yè)灰色關聯(lián)度系數(shù),所得結果如表4所示。

表4　灰色關聯(lián)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(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與用水量的關聯(lián)度,且有r22>r44>r33,這表明第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與其用水量的關聯(lián)度最高,即在相同的增長率下,農(nóng)業(yè)所需的水量最高,反映出全省農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力還很大;第三產(chǎn)業(yè)次之,工業(yè)最低,并且工業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)與其用水量的關聯(lián)度相差不大,以較少的用水就可獲得較高的產(chǎn)值。

矩陣R以行進行分析,表4中Ri(i=1,2,3,4)分別為總產(chǎn)值、第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對其用水量的綜合關聯(lián)度，其值越大,表明對產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對產(chǎn)業(yè)用水的關聯(lián)度最高,表明農(nóng)業(yè)產(chǎn)值對產(chǎn)業(yè)用水具有較強的依賴性;第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對產(chǎn)業(yè)用水的關聯(lián)度次之,第二產(chǎn)業(yè)關聯(lián)度最小。

矩陣R以列進行分析,表4中Rj表明第j產(chǎn)業(yè)用水量對各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的綜合關聯(lián)度,其值越小,表明用較少的水就能得到很好的產(chǎn)值收入,該產(chǎn)業(yè)是地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的優(yōu)勢因素。從計算結果可知,R2>R3=R4>R1,表明第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)是山西省經(jīng)濟發(fā)展的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿ψ钚?。由此可?在山西省水資源約束下,今后全省產(chǎn)業(yè)發(fā)展的順序應該是大力發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè),限制或適當壓縮第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模。

4結論

在水資源約束下,需要進行產(chǎn)業(yè)結構的調整以實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。通過應用相關分析法和灰色關聯(lián)分析理論對山西省產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)產(chǎn)值構成與其用水構成比重高度相關,第一產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)值增加、產(chǎn)業(yè)構成下降的情況下,對產(chǎn)業(yè)用水量影響很大,山西省第一產(chǎn)業(yè)在國民生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)產(chǎn)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(chǎn)業(yè)產(chǎn)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(chǎn)業(yè)弱。

b. 第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與其用水量及產(chǎn)業(yè)總用水量的關聯(lián)度均最高,表明農(nóng)業(yè)產(chǎn)值對產(chǎn)業(yè)用水具有較強的依賴性,發(fā)展?jié)摿ψ钚?第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值對產(chǎn)業(yè)用水的關聯(lián)度次之,第二產(chǎn)業(yè)關聯(lián)度最小,第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)是山西省經(jīng)濟發(fā)展的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),能以較少的用水獲得較高的產(chǎn)值。

c. 在水資源約束下,山西省今后應積極穩(wěn)步推進第二產(chǎn)業(yè),但需轉變以能源、原材料生產(chǎn)為主的高耗水型重工業(yè)結構,以科技為支撐實施產(chǎn)業(yè)鏈的延長、升級、優(yōu)化工業(yè)結構;大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè),其產(chǎn)值高,對日益緊張的水資源壓力小,但同時應加強第三產(chǎn)業(yè)的節(jié)水措施;維持或縮小第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,調整農(nóng)業(yè)種植結構,合理搭配各種作物,發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè),提高水資源利用效率,促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟持續(xù)健康的發(fā)展。

山西省產(chǎn)業(yè)用水系統(tǒng)復雜,既要對水資源優(yōu)化配置,又涉及產(chǎn)業(yè)結構的調整升級。在全省水資源稟賦差的約束下,在產(chǎn)業(yè)結構調整

的同時,重點應放在產(chǎn)業(yè)內部結構的調整和節(jié)水方面。一方面需要通過技術進步和節(jié)水技術促進用水效率的提高以及加大工業(yè)用水的重復率;另一方面為保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全,需建立合理的補償機制、加大農(nóng)業(yè)節(jié)水投入,形成第一產(chǎn)業(yè)節(jié)約用水向第三產(chǎn)業(yè)和高效益的第二產(chǎn)業(yè)流動,防止第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)擠占第一產(chǎn)業(yè)的合理用水。因地制宜,積極推動產(chǎn)業(yè)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。

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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(nóng)田水利工程研究。E-mail:ylxsx163@163.com

基金項目：水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201301001);國家自然科學基金(51021066,50939006,51209224)；流域水循環(huán)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)