南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構互動耦合機制及關聯(lián)分析

陳曉+李景保+王飛+徐志

摘 要 基于2005—2014年南京市產(chǎn)業(yè)結構和用水結構的相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運用灰色關聯(lián)分析方法，構建產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的關聯(lián)度和耦合度模型，研究南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的互動耦合機制及其關聯(lián)性，結果表明：南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構關聯(lián)度在0.5以上，屬于中等關聯(lián)；產(chǎn)業(yè)結構對用水結構的關聯(lián)序為第三產(chǎn)業(yè)（0.566）、第一產(chǎn)業(yè)（0.563）、第二產(chǎn)業(yè)（0.557），用水結構對產(chǎn)業(yè)結構的關聯(lián)序為生活用水（0.696）、農(nóng)業(yè)用水（0.601）、工業(yè)用水（0.582）；南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合的空間差異明顯，主城區(qū)屬于協(xié)調(diào)型，江寧區(qū)與六合區(qū)屬于磨合型，浦口區(qū)、高淳區(qū)與溧水區(qū)屬于拮抗型；南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的耦合度在時間上顯示出階段性波動的特點，第一階段（2005—2007年）屬于磨合時期，第二階段（2008—2010年）從磨合轉向拮抗時期，第三階段（2011～2014年）逐漸向協(xié)調(diào)方向發(fā)展.

關鍵詞 產(chǎn)業(yè)結構；用水結構；灰色關聯(lián)分析；耦合度；南京市

中圖分類號 TV213文獻標識碼 A文章編號 1000-2537（2017）04-0008-06

Abstract Based on the relevant statistical data of industrial structure and water utilization structure in Nanjing city from 2005 to 2014， incidence degree and coupling model were built with gray correlation analysis by studying interactive coupling mechanism and its correlation between industrial structure and water utilization structure. The results showed that coupling-degree indexes between industrial structure and water utilization structure were all higher than 0.5， which belonged to the medium correlation level. Tertiary industry （0.566） had a higher coupling-degree than primary industry （0.563） and secondary industry （0.557）， and domestic water （0.696） had higher coupling-degree than agricultural water （0.601） and industrial water （0.582）. There existed spatial difference in coupling between industrial structure and water utilization structure in Nanjing city. The main urban zone belonged to the coordination type， Jiangning and Liuhe districts belonged to the run-in type. Pukou， Gaochun and Lishui districts belonged to rivalry type. The correlation between industrial structure and water utilization structure of Nanjing city demonstrated seasonal volatility by time sequence which can be divided into following three phases. Phase 1 （2005—2007） belonged to run-in type. Phase 2 （2008—2010） turned from run-in type to rivalry type and phase 3 （2011—2014） turned into coordination gradually.

Key words industrial structure； water utilization structure； gray relational analysis； coupling-degree； Nanjing city

南京市位于江蘇省的西南部，是長三角地區(qū)的重要門戶城市，屬于亞熱帶季風氣候，降水量豐富，境內(nèi)河湖密布，水資源總量豐富，2014年全市水資源總量達到30.76 億m3，但人均占有量只有374.39 m3，遠遠低于國際公認的人均水資源1 700 m3的警戒線[1].隨著南京市城市化及產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，南京市對水資源的需求日益增長，對當?shù)厮Y源的開發(fā)利用程度也越來越高，用水結構的合理與否成為影響經(jīng)濟發(fā)展的重要方面.與此同時，產(chǎn)業(yè)結構合理與否對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有舉足輕重的地位，產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化布局能促進資源能源等要素向各個產(chǎn)業(yè)合理流動，由此可見，探討產(chǎn)業(yè)結構與用水結構之間的互動耦合機制及其關聯(lián)程度顯得尤為重要.

目前國內(nèi)學者已采用多種不同的方法對多個地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構與用水結構之間的關系進行研究，如云逸[2]等以北京市為例建立成分數(shù)據(jù)回歸模型，證明用水結構變動與產(chǎn)業(yè)結構變動具有一致性；蔣桂芹[3]等以安徽省為例通過比較水資源生產(chǎn)率指標初步分析產(chǎn)業(yè)結構與用水結構之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度；吳麗[4]等以寧夏為例利用多目標優(yōu)化模型，對產(chǎn)業(yè)結構與用水之間的協(xié)調(diào)進行研究，從而評價產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整的合理性.相比而言，近年來對南京市水資源的研究則主要集中于水資源可持續(xù)利用和承載力等方面[5-6]，較少將其與產(chǎn)業(yè)結構聯(lián)系起來，因此本文擬采用灰色關聯(lián)度分析方法，在尋求產(chǎn)業(yè)結構與用水結構互動影響因素的基礎上，從時空尺度上定量分析南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的關聯(lián)程度及其變化，為合理配制水資源和優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構提供理論依據(jù).

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

鑒于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可獲取性，產(chǎn)業(yè)結構指標的原始數(shù)據(jù)來源于《南京市統(tǒng)計年鑒》（2006—2015），部分市轄區(qū)的數(shù)據(jù)來自于各市轄區(qū)的統(tǒng)計公報，用水結構指標的原始數(shù)據(jù)均來自于《南京市水資源公報》（2005—2014），依據(jù)數(shù)據(jù)的可得性和科學性以及南京市各市轄區(qū)空間分布范圍，將南京市11個市轄區(qū)分為6個區(qū)域，分別是主城區(qū)、江寧區(qū)、浦口區(qū)、六合區(qū)、高淳區(qū)以及溧水區(qū).

1.2 指標體系構建

研究產(chǎn)業(yè)結構與用水結構兩大系統(tǒng)耦合關系的一個重要方面在于構建科學合理的指標體系，本文在遵循科學性、可操作性、可比性、獨立性等原則的基礎上，結合文獻研究成果[7-8]，同時依據(jù)南京市的實際情況，分別構建產(chǎn)業(yè)結構指標與用水結構指標體系（圖1）.

1.3 研究方法

由于產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合作用的交錯性與復雜性，本文采用能較為全面分析兩系統(tǒng)多因素交互作用的灰色關聯(lián)度模型[9]：

在關聯(lián)度矩陣的基礎上分別按行或列求其平均值[11]（式（2）、（3）），再根據(jù)所求得值的大小及其對應的值域范圍選取出產(chǎn)業(yè)結構對水資源利用最主要的影響因素，以及用水結構對產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整最重要的制約因素：

2 結果分析

2.1 產(chǎn)業(yè)結構與用水結構互動影響機制

水資源是影響一個區(qū)域生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)結構變化的重要內(nèi)在資源驅(qū)動力和制約因素，同時，產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化調(diào)整有利于提高用水效率，促進水資源持續(xù)利用.產(chǎn)業(yè)結構系統(tǒng)與用水結構系統(tǒng)之間存在著相互促進、相互制約的關系，兩者互動耦合作用主要表現(xiàn)在：一方面，產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整對用水結構產(chǎn)生巨大影響.由于各產(chǎn)業(yè)部門對水資源的消耗不盡相同，不同的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式會在很大程度上改變對水的需求，不合理的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，其在發(fā)展過程中排放大量的廢水、廢氣等污染物不可避免地會污染水體，導致水資源質(zhì)量下降，用水效益降低，既不利于產(chǎn)業(yè)結構的進一步調(diào)整，也不利于水資源的合理開發(fā)與利用；另一方面，用水結構的變化對調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構有較大影響.隨著經(jīng)濟規(guī)模的不斷擴大，用水需求隨之增大，繼而引起各產(chǎn)業(yè)部門用水結構發(fā)生變化，進一步影響產(chǎn)業(yè)結構的發(fā)展（圖2）.

為進一步揭示兩個系統(tǒng)之間交互耦合作用主要驅(qū)動力，將計算的關聯(lián)度結果（式2和式3）進行簡單的平均并排序，分別得到產(chǎn)業(yè)結構對用水結構產(chǎn)生影響的主要因素、用水結構對產(chǎn)業(yè)結構產(chǎn)生制約作用的主要因素，以及兩個系統(tǒng)之間的耦合關系.

2.1.1 產(chǎn)業(yè)結構影響用水結構的主要因素 利用南京市2005～2014年的數(shù)據(jù)，計算產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的關聯(lián)系數(shù)，得到兩系統(tǒng)間的關聯(lián)度矩陣（表2），從表中可以看出關聯(lián)度系數(shù)都在0.5以上，表明這10年間南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的關聯(lián)性較強，產(chǎn)業(yè)結構對用水結構關聯(lián)度最大的兩個指標分別是：二、三產(chǎn)業(yè)結構比例X7（0.739）和萬元生產(chǎn)總值能耗X8（0.741）.二、三產(chǎn)業(yè)結構比例主要反映南京市產(chǎn)業(yè)結構高度化的發(fā)展程度，一般來說產(chǎn)業(yè)結構發(fā)展程度越高，各產(chǎn)業(yè)部門的用水效率就越高，從而使得南京市用水結構更趨合理.萬元生產(chǎn)總值能耗主要體現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)部門的資源能源利用效率，萬元生產(chǎn)總值能耗低表明資源利用效率較高，即水資源的利用效率也較高，一定程度上能夠改善該城市的用水效益.第一產(chǎn)業(yè)增加值、第二產(chǎn)業(yè)增加值、第三產(chǎn)業(yè)增加值對用水結構的關聯(lián)序為：第三產(chǎn)業(yè)（0.566）、第一產(chǎn)業(yè)（0.563）、第二產(chǎn)業(yè)（0.557），第三產(chǎn)業(yè)與用水結構關聯(lián)度最高.這是因為南京市近幾年來經(jīng)濟發(fā)展迅速，第三產(chǎn)業(yè)尤其是服務業(yè)等發(fā)展迅猛，其增加值已占到56%以上，第三產(chǎn)業(yè)用水日益增多，水資源逐漸從高耗水行業(yè)向節(jié)水行業(yè)轉移，使用水結構更加合理，用水效率不斷提高.同時，第一產(chǎn)業(yè)與用水結構關聯(lián)度也較高，第一產(chǎn)業(yè)（主要指農(nóng)業(yè)）一直是用水大戶.近些年來南京市農(nóng)業(yè)用水效率逐年提高，但到2014年為止，農(nóng)業(yè)萬元增加值用水量是工業(yè)萬元增加值用水量的37.97倍，農(nóng)業(yè)用水量占南京市總用水量的38%以上，第一產(chǎn)業(yè)仍是水資源消耗大戶，其對用水結構的影響超過第二產(chǎn)業(yè).

2.1.2 用水結構對產(chǎn)業(yè)結構發(fā)展的約束因素 由表2可知，用水結構對產(chǎn)業(yè)結構的關聯(lián)度都在0.5以上，用水結構對產(chǎn)業(yè)結構關聯(lián)度最大的指標是單位人口生活用水量Y4（0.696）.在農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水和生活用水中，生活用水與產(chǎn)業(yè)結構關聯(lián)度最高，生活用水相對于工業(yè)用水來說，對水資源的污染程度較小，耗水量也較少，表明南京市用水結構漸趨合理，有利于促進產(chǎn)業(yè)結構進一步轉型升級.用水結構對產(chǎn)業(yè)結構關聯(lián)度較大的指標是：農(nóng)業(yè)萬元增加值用水量Y1（0.601）和單位面積農(nóng)田灌溉用水量Y2（0.622），這兩個指標的關聯(lián)度都在0.6以上，表現(xiàn)出較強的關聯(lián)性，農(nóng)業(yè)一直是用水大戶，農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開水資源的供給，但是相對于工業(yè)和服務業(yè)來說，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率比較低下，用水效率不高.

2.2 南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合度的空間差異

為分析南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合度的空間分布特點，以2014年為參考年，根據(jù)耦合度大小并結合南京市各區(qū)經(jīng)濟及產(chǎn)業(yè)結構發(fā)展狀況，大致將南京市6大區(qū)域劃分為協(xié)調(diào)、磨合和拮抗3種類型（圖3）.值得說明的是，利用灰色關聯(lián)方法計算出的系統(tǒng)關聯(lián)耦合度只是相對的，并沒有絕對的分類標準，一般來說，系統(tǒng)關聯(lián)耦合度越小，表明兩系統(tǒng)之間的關聯(lián)性與制約性越弱，兩系統(tǒng)間越協(xié)調(diào)，實際上各區(qū)域之間的耦合關系并不穩(wěn)定，可能會出現(xiàn)反復或是受到相鄰區(qū)域發(fā)展的影響，但這恰好說明了產(chǎn)業(yè)結構與用水結構之間的復雜性與動態(tài)性.具體分類步驟如下：首先對各區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展狀況進行大致的劃分，同時依據(jù)南京市本身的特點和所選指標的情況，選取人均GDP、第二產(chǎn)業(yè)增加值占GDP的比重、第三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP的比重三項指標來反映各區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展狀況；其次利用SPSS 22.0中的Hierarchical Cluster方法對上述3項指標數(shù)據(jù)進行組間聚類，得到南京市各區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展分類結果，然后與耦合度劃分的結果進行疊加；最后進行合并與調(diào)整，得出最終的組合類型.

（1）協(xié)調(diào)型.主要是主城區(qū)，2014年產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的耦合度為0.66，屬于協(xié)調(diào)型耦合區(qū).主城區(qū)是南京市的經(jīng)濟與金融中心，經(jīng)濟總量巨大，2014年這一地區(qū)人均GDP超過13萬元，第三產(chǎn)業(yè)比重超過70%，合理的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式使得各產(chǎn)業(yè)用水也趨于協(xié)調(diào)和穩(wěn)定.主城區(qū)農(nóng)業(yè)用水量較低，水資源主要用于居民生活服務業(yè)以及環(huán)境保護，水資源利用效益和效率高.總體上主城區(qū)產(chǎn)業(yè)結構與用水結構在較高水平上趨于協(xié)調(diào)，其相互間的關系很弱，因此耦合度較小.

（2）磨合型.包括江寧區(qū)和六合區(qū)，2014年這2個地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合度均為0.61，屬于磨合型耦合區(qū).2014年江寧區(qū)二、三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP的比重已超過95%，對外貿(mào)易和固定資產(chǎn)投資額較大，經(jīng)濟發(fā)展效益較高，同時江寧區(qū)農(nóng)業(yè)用水比重低，工業(yè)用水和生活用水比重大，水資源利用效益較高，但與主城區(qū)相比，萬元GDP排污量大，水資源保護投入方面也較小，用水結構不盡合理.六合區(qū)二、三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP比重超過90%，與主城區(qū)相比，人均GDP、固定資產(chǎn)投資額以及出口貿(mào)易額較低，在整個南京市地區(qū)，六合區(qū)水資源總量最為豐富，工業(yè)用水和單位人口生活用水量大，但六合區(qū)作為南京市規(guī)劃的工業(yè)園區(qū)，萬元GDP排污量最大，水環(huán)境污染嚴重.總體上看這兩個區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結構與用水結構還處于適應和磨合階段，耦合度也較小.

（3）拮抗型.包括浦口區(qū)、高淳區(qū)和溧水區(qū)，2014年這些區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的耦合度分別為0.74，0.72和0.70，屬于拮抗型耦合區(qū).這3個區(qū)中，浦口區(qū)經(jīng)濟發(fā)展速度最快，2014年浦口區(qū)二、三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP的比重超過90%，但與主城區(qū)和江寧區(qū)相比，區(qū)域內(nèi)人均GDP、固定資產(chǎn)投資額以及出口貿(mào)易額不高，萬元生產(chǎn)總值能耗較大，用水結構中工業(yè)用水比重大，單位人口生活用水和生態(tài)環(huán)境用水比重小，用水效益較低，區(qū)內(nèi)污水處理設施較落后，水質(zhì)污染嚴重.高淳區(qū)和溧水區(qū)是南京市重要的農(nóng)業(yè)基地，第一產(chǎn)業(yè)占有一定比例，農(nóng)業(yè)萬元增加值用水量和農(nóng)田灌溉用水量較大，相比其他區(qū)域來說，工業(yè)用水比重不大，生活用水和生態(tài)用水比重較小，一般而言，農(nóng)業(yè)較第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值低，用水效率不高.因此這三個區(qū)域用水結構急需調(diào)整，而用水結構調(diào)整在很大程度上依賴于各產(chǎn)業(yè)部門用水量的調(diào)整與變化，尤其取決于產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整，產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化與升級會對用水結構產(chǎn)生直接的影響，二者之間的關聯(lián)性較高，使這些區(qū)域處于產(chǎn)業(yè)結構與用水結構相互作用的拮抗、限制階段，因此耦合度最大.

2.3 南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合的階段性分析

圖4是2005—2014年南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合度變化曲線圖，近10年間，除2013年耦合度值略低外，其他年份都保持在0.5以上的耦合度，個別年份如2009年和2010年耦合度都達到0.7以上，表現(xiàn)出明顯的波動性，一方面表明產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合作用關系密切，另一方面也說明在這10年間，隨著南京市經(jīng)濟的不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合的強度、協(xié)調(diào)程度等存在較明顯的差別，大致可將其劃分為三個階段：第一階段為2005—2007年，南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合度在0.52～0.61之間，兩系統(tǒng)耦合關系處于磨合階段.這一時期南京市經(jīng)濟發(fā)展速度平穩(wěn)，人均GDP增長率保持在10%左右，產(chǎn)業(yè)結構呈現(xiàn)出二、三、一的模式，萬元GDP排污量較大，水環(huán)境污染嚴重，生活用水及生態(tài)用水比重較小，用水結構不盡合理，總體上表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)結構與用水結構相互適應與磨合階段.第二階段為2008—2010年，產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合度在0.65～0.77之間，總體趨勢表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合強度逐漸提高，產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合由磨合轉向拮抗.受到2008年金融危機的影響，這一時期南京市人均GDP增長速度有所下降，固定資產(chǎn)投資額以及出口貿(mào)易額明顯降低，經(jīng)濟發(fā)展顯現(xiàn)出較大的不穩(wěn)定性，進而導致產(chǎn)業(yè)發(fā)展陷入低谷，工業(yè)用水與生活用水比重相對減小，用水結構處于低效用水階段，因而此階段產(chǎn)業(yè)結構與用水結構表現(xiàn)出較高的耦合度，兩系統(tǒng)處于拮抗階段.第三階段為2011—2014年，產(chǎn)業(yè)結構與用水結構逐漸轉向協(xié)調(diào)發(fā)展.經(jīng)濟危機過后，南京市迎來了新的發(fā)展契機—成為2014年夏季青年奧運會的舉辦地，為了順利舉辦青奧會，南京市積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構，改善用水結構，取得了明顯的成效：萬元生產(chǎn)總值能耗逐漸降低，產(chǎn)業(yè)結構呈現(xiàn)出三、二、一的模式，產(chǎn)業(yè)結構趨于合理；2014年工業(yè)用水重復利用率達到80%以上，工業(yè)萬元增加值用水、農(nóng)業(yè)萬元增加值用水以及萬元GDP排污量逐年減少，水資源利用效率大大提高，這些變化反應出南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的關系逐漸從磨合向協(xié)調(diào)方向發(fā)展，由圖4的耦合度曲線也可看出其耦合度值逐漸變小.根據(jù)圖中曲線的走向，今后幾年耦合度值也有逐漸上升的可能，其耦合關系也有可能從協(xié)調(diào)再次轉向拮抗，因此今后也需要繼續(xù)關注兩者之間的耦合關系.

3 討論

為促進南京市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構協(xié)調(diào)發(fā)展，需要在已有“三、二、一”產(chǎn)業(yè)結構布局的基礎上進一步調(diào)整用水結構：農(nóng)業(yè)上采用噴灌、滴灌的方式，發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)；工業(yè)上不斷引進新技術與新方法，提高電力、化工等高耗水產(chǎn)業(yè)的用水效率；同時，進一步擴大第三產(chǎn)業(yè)用水比重，減少第一產(chǎn)業(yè)用水量，提高水資源的利用效益，最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結構與用水結構協(xié)調(diào)發(fā)展.

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