基于庫茲涅茨曲線的京津冀工業(yè)用水與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系

李鐘恒，張 峰

(山東理工大學(xué) 管理學(xué)院，山東 淄博 255000)

水資源分布不均、人多水少是中國水資源的分布特點，這也成為中國部分地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的主要限制。京津冀地區(qū)作為我國的政治、文化中心和北方最大的經(jīng)濟核心區(qū)[1]，在國家的發(fā)展中有著不可替代的作用，但水資源的匱乏嚴重影響京津冀地區(qū)的發(fā)展前景[2-3]。工業(yè)用水作為當前我國水資源利用的第二大用戶，面臨著水資源短缺與環(huán)境污染的多重壓力，當前工業(yè)企業(yè)規(guī)模和數(shù)量持續(xù)上升，“十四五”期間工業(yè)用水需求必將與日俱增。隨著經(jīng)濟發(fā)展和水資源供需矛盾日益突出，如何實現(xiàn)水資源節(jié)約與經(jīng)濟發(fā)展的雙贏成為當前研究的重點。尤其對于京津冀地區(qū)而言，實現(xiàn)工業(yè)節(jié)水對于統(tǒng)籌兼顧經(jīng)濟發(fā)展與資源節(jié)約具有重大意義。

對資源環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系的探討源于環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)[4-5]，研究發(fā)現(xiàn)，資源環(huán)境狀況隨經(jīng)濟發(fā)展之間有著先惡化后改善的過程，兩者關(guān)系呈現(xiàn)為倒“U”型曲線。隨后國內(nèi)外學(xué)者在大氣污染、能源消耗等方面對曲線進行驗證，由于研究地區(qū)和研究期存在差異，研究對象亦具有不同的屬性特征，各類學(xué)者對環(huán)境庫茲涅茨曲線的適應(yīng)性提出了不同的看法[6]，但多數(shù)學(xué)者認同了這一曲線的存在。隨著我國工業(yè)化的不斷推進與水資源供需矛盾的日益尖銳，工業(yè)用水與經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系成為我國學(xué)者的研究重點。在對發(fā)達國家工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線的研究中發(fā)現(xiàn)，部分發(fā)達國家工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線滿足倒“U”型關(guān)系[7]，這為我國工業(yè)用水發(fā)展情況提供了參考價值。學(xué)者們在此基礎(chǔ)上展開了對我國的工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線研究。張月研究認為中國工業(yè)用水發(fā)展水平符合EKC特征，人均工業(yè)用水與人均GDP存在著倒“U”型關(guān)系，拐點的出現(xiàn)又要由于技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級導(dǎo)致[8]。趙雨分析了景德鎮(zhèn)市工業(yè)用水與經(jīng)濟增長之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)景德鎮(zhèn)市工業(yè)用水量隨著時間的推移、經(jīng)濟的增長，呈現(xiàn)出“N”型的變化趨勢[9]。程亮研究發(fā)現(xiàn)山東省工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為“N”型，并在此基礎(chǔ)上對曲線成因進行了深入探討[10]。陳曉清研究發(fā)現(xiàn)寧夏工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為“N”型，并存在未來發(fā)展成“M”型的可能[11]。張兵兵通過對中國工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進行分區(qū)域研究發(fā)現(xiàn)，東部地區(qū)曲線為倒“U”型，中部地區(qū)曲線為“N”型，而全國和西部地區(qū)曲線為單調(diào)遞增直線[12]。由于各省市發(fā)展狀況及地區(qū)政策不同，反映在各地區(qū)工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線上表現(xiàn)為曲線形狀的差異，這表明工業(yè)用水與經(jīng)濟發(fā)展二者之間的演變關(guān)系存在明顯的空間異質(zhì)性[13]。針對推進經(jīng)濟高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展的整體訴求，部分學(xué)者對如何保證經(jīng)濟發(fā)展的同時實現(xiàn)工業(yè)節(jié)水進行研究發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)用水的脫鉤是其中關(guān)鍵[14]，而實現(xiàn)脫鉤的關(guān)鍵驅(qū)動因素在于技術(shù)效應(yīng)帶來的用水效率的提高[15-16]。除此之外，工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整亦是節(jié)約工業(yè)水資源的有效措施[17-19]。

梳理文獻發(fā)現(xiàn)，學(xué)術(shù)界對我國工業(yè)用水與經(jīng)濟增長之間的關(guān)系已有較為豐富的研究，但仍有一些尚待完善之處：(1)在研究區(qū)域方面，京津冀是我國經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)之一，同時也是水資源供需最矛盾的區(qū)域之一，但目前對這一區(qū)域工業(yè)用水與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系的細致研究相對較少。(2)在研究內(nèi)容方面，當前對工業(yè)用水與經(jīng)濟發(fā)展的研究局限于兩者關(guān)系的研究，對影響因素的分析涉及較少，且忽視了因為政策的滯后性對工業(yè)用水量未來趨勢的影響。據(jù)此，本文將研究視角聚焦于京津冀地區(qū)工業(yè)用水與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系展開研究，首先對京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進行判斷并分析工業(yè)用水影響因素，其次使用灰色預(yù)測模型基于近幾年工業(yè)用水與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系對未來京津冀地區(qū)工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線進行預(yù)測，最后根據(jù)研究結(jié)果提供相關(guān)建議。

一、 研究方法與數(shù)據(jù)來源

(一)研究模型與指標選取

目前，在關(guān)于工業(yè)用水EKC研究中，約化模型受到廣泛使用，其可直接反應(yīng)資源環(huán)境指標與經(jīng)濟之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。對變量取對數(shù)可減少數(shù)據(jù)的波動性，消除異方差影響， 模型如下：

lnW=β0+β1lnE+β2(lnE)2+β3(lnE)3+ε

(1)

式中：W為工業(yè)用水量，單位為億立方米；E為人均工業(yè)增加值，單位為元/人；ε為誤差項，服從正態(tài)分布；β0為待估常數(shù)項，β1，β2，β3為待估參數(shù)。

(二)LMDI分解法

LMDI分解法通過量化不同因素的變化貢獻來研究結(jié)果的變化，經(jīng)常被用于各種影響因素和作用機制的解析[20]。由于無殘差、分解形式唯一且計算簡便，LMDI方法被廣泛用于多個研究領(lǐng)域[21]。本文將影響京津冀工業(yè)用水變化的因素歸納為用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟規(guī)模[22]，公式如下：

(2)

式中：i為京津冀地區(qū)3省市，即北京市、天津市、河北??；t為年份；Wi和Wi,t分別為京津冀地區(qū)工業(yè)用水量i和i省(市)t年的工業(yè)用水量(億立方米)；Yi,t為i省(市)t年的工業(yè)增加值(億元)；Gi,t為i省(市)t年的地區(qū)生產(chǎn)總值(億元)；ei,t為i省(市)t年的工業(yè)用水量和工業(yè)增加值的比值(立方米/元)；si,t為i省(市)t年工業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值的比值；gi,t為i省(市)t年的地區(qū)生產(chǎn)總值。

使用LMDI方法中的的加法模式將工業(yè)用水變化量(ΔW)分解為用水效率(ΔE)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(ΔS)和經(jīng)濟規(guī)模(ΔG)。

ΔW=Wt-Wt-1=ΔE+ΔS+ΔG

(3)

分別測算3個驅(qū)動因子的貢獻值：

(4)

(5)

(6)

由(2)式計算得某驅(qū)動因子貢獻值為正數(shù)時，表明該效應(yīng)增加工業(yè)用水；為負數(shù)時，表明該效應(yīng)減少工業(yè)用水。

(三) 預(yù)測方法

1.灰色預(yù)測模型?；疑到y(tǒng)理論是一種基于數(shù)學(xué)理論的方法，對一些信息不充分的系統(tǒng)，這種方法可以將有限的數(shù)據(jù)序列化為易于建模的新序列，在此基礎(chǔ)上建立新序列的預(yù)測模型即灰色預(yù)測模型[23]。本文使用灰色預(yù)測法中最常用的GM(1,1)模型。

設(shè)已知n年來工業(yè)用水量數(shù)據(jù)系列為：

x0=[x0(1),x0(2),…，x0(n)]

對系列x0進行累加：

x1=[x1(1),x1(2),…，x1(n)]

生成均值系列：

建立關(guān)于時間t的一元一階微分方程：

由此得模型預(yù)測方程，其一般函數(shù)形式為：

其中a和b為參數(shù)，令A(yù)=[ab]T由累加生成數(shù)列和均值生成數(shù)列，用最小二乘法求得：

可得工業(yè)用水量預(yù)測模型：

(7)

2. 自回歸預(yù)測法。自回歸預(yù)測法通過尋找歷史數(shù)據(jù)間的變化規(guī)律建立模型進行預(yù)測。

Wt=a+bWt-1

(8)

式中：Wt為t年的工業(yè)用水量；a，b為模型參數(shù)。

3. 指數(shù)平滑預(yù)測。指數(shù)平滑預(yù)測法是在加權(quán)平均法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過對歷史數(shù)據(jù)的“修勻”進行預(yù)測。指數(shù)平滑預(yù)測法分為一次指數(shù)平滑法、二次指數(shù)平滑法和三次指數(shù)平滑法。

一次指數(shù)平滑法：

(9)

二次指數(shù)平滑法：

Yt+T=at+btT

(10)

三次指數(shù)平滑法：

Yt+T=at+btT+ctT2

(11)

一次指數(shù)平滑法只能預(yù)測下一時期，適用于短期預(yù)測。二次指數(shù)平滑法適用于線性趨勢預(yù)測，多用于求出平滑系數(shù)，當數(shù)據(jù)非線性變化時，誤差較大。三次指數(shù)平滑法適用范圍較為廣泛，能用于中長期預(yù)測，本文使用三次指數(shù)平滑法進行預(yù)測。

(四)數(shù)據(jù)來源

在京津冀各省(市)統(tǒng)計年鑒及統(tǒng)計公報中獲取2000—2020年省(市)的人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、工業(yè)用水量、工業(yè)增加值及工業(yè)生產(chǎn)者出廠價格指數(shù)等數(shù)據(jù)。為避免價格變動的影響，分別將工業(yè)增加值及地區(qū)生產(chǎn)總值根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)者出廠價格指數(shù)及地區(qū)生產(chǎn)總值指數(shù)換算成2000年價格水平下數(shù)值。

二、結(jié)果與分析

(一)數(shù)據(jù)分析

從圖1中不難發(fā)現(xiàn)，京津冀3省市之間工業(yè)用水量數(shù)據(jù)值及隨時間變化趨勢具有明顯差異。北京市工業(yè)用水量整體呈現(xiàn)下降趨勢，這與北京當前第二產(chǎn)業(yè)占比逐年降低的情況相符。天津市工業(yè)用水量在2000—2008年處于平穩(wěn)狀態(tài)，在2008年后逐漸上升，2008年經(jīng)濟危機后天津市擴大基礎(chǔ)投資建設(shè)規(guī)模，包括水資源在內(nèi)的多項資源投入產(chǎn)出不平衡致使工業(yè)用水量升高。河北省工業(yè)用水量遠遠大于北京市和天津市工業(yè)用水量，整體呈現(xiàn)下降的趨勢，這是因為河北省工業(yè)總體規(guī)模大于北京和天津，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)落后其生產(chǎn)所需的工業(yè)用水量自然更多，而隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展和用水效率提高，用水量逐漸下降。

(a)工業(yè)用水量

(b)人均工業(yè)增加值

由圖1可知京津冀地區(qū)人均工業(yè)增加值整體呈現(xiàn)增加趨勢。值得注意的是天津、河北在2015—2016時段起出現(xiàn)人均工業(yè)增加值下滑后又趨于平穩(wěn)的現(xiàn)象，其中原因與京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略有關(guān)。在京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略上升為國家戰(zhàn)略的背景下，為打造高精尖的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)并承接北京非首都功能，津冀對自身工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，限制、淘汰了一批高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)，重點扶持高技術(shù)、高附加值產(chǎn)業(yè)，舊產(chǎn)業(yè)的淘汰與新產(chǎn)業(yè)的未完全成長是津冀人均工業(yè)增加值下滑的共同政策原因。除政策原因外，津冀人均工業(yè)增加值下滑還可能受到了外部環(huán)境的影響，石油、機械、鋼鐵在津冀經(jīng)濟結(jié)構(gòu)中均占到了一定的比例，2015年，國際石油價格大跌與鋼鐵產(chǎn)能過剩對津冀經(jīng)濟產(chǎn)生負面影響。與津冀相比，北京市產(chǎn)業(yè)以第三產(chǎn)業(yè)為主，工業(yè)行業(yè)內(nèi)多為技術(shù)密集型的現(xiàn)代制造業(yè)，其優(yōu)良的產(chǎn)業(yè)格局受外部環(huán)境影響較小。且依據(jù)京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，產(chǎn)業(yè)首先遷出的多為低附加值的“三高”企業(yè)，故北京近年來人均工業(yè)增加值仍然保持增長狀態(tài)。

(二)曲線擬合

使用EVIEWS 10.0軟件對數(shù)據(jù)進行回歸分析，擬合結(jié)果見表1。

表1 京津冀地區(qū)工業(yè)用水EKC檢驗結(jié)果

由表1可知，北京、天津、河北相應(yīng)模型參數(shù)通過了1%置信水平下的顯著性檢驗，京津冀模型參數(shù)通過了5%置信水平下顯著性檢驗。P值均為零，模型擬合顯著。

由圖2可知，北京市和河北省工業(yè)用水庫茲涅茨曲線均為單調(diào)遞減直線，工業(yè)用水量隨人均工業(yè)增加值的增加而減少；京津冀工業(yè)用水量隨人均工業(yè)增加值增多而下降的趨勢先逐漸放緩后又加劇，呈現(xiàn)為“波浪型”下降曲線；天津市工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為正“U”型，當人均工業(yè)增加值為14 310元/人時達到“U”型曲線最低點。京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線均不符合環(huán)境庫茲涅茨曲線倒“U”型假說，即京津冀地區(qū)工業(yè)用水量并不隨著經(jīng)濟發(fā)展先升高后降低。北京市和河北省工業(yè)用水量隨經(jīng)濟發(fā)展一直在下降，可能的原因是北京市和河北省已處于倒“U”型曲線右半段。而天津市工業(yè)用水量隨經(jīng)濟發(fā)展先降低后升高，拐點之前工業(yè)用水量隨經(jīng)濟發(fā)展下降，拐點之后工業(yè)用水量隨經(jīng)濟發(fā)展升高。就京津冀而言，工業(yè)用水庫茲涅茨曲線會由于地區(qū)發(fā)展狀況不同而呈現(xiàn)不同的形狀。

(a)北京

(b)天津

(c)河北

(d)京津冀

(三)工業(yè)用水EKC成因分析

根據(jù)數(shù)據(jù)和公式(4)—(6)分別計算各省市及地區(qū)用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟規(guī)模效應(yīng)歷年貢獻值。

使用LMDI方法將工業(yè)用水影響因素分解為用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟規(guī)模。當用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟規(guī)模三者之和為負值時，表示三者的共同作用促使工業(yè)用水量下降；為正值時，表示三者的共同作用促使工業(yè)用水量上升。

1.用水效率對工業(yè)用水量的影響。從圖3、4、5、6可以看出，用水效率在京津冀地區(qū)工業(yè)用水量變化上有明顯的反向驅(qū)動作用。圖中用水效率驅(qū)動因子貢獻值絕大多數(shù)均為負值且絕對值較大，說明用水效率與京津冀工業(yè)用水量之間具有強反向變動關(guān)系。水資源稟賦劣勢決定京津冀地區(qū)難以進行粗放型生產(chǎn)，京津冀地區(qū)政府節(jié)水重視程度大、政策落實力度強、監(jiān)管嚴格，促使工業(yè)企業(yè)提升生產(chǎn)工藝，用水效率提高。以萬元工業(yè)增加值用水量衡量工業(yè)用水效率，京、津、冀均居于全國各省市前五位。值得注意的是，2008年天津市用水效率貢獻值為正值，驅(qū)動工業(yè)用水量升高。原因在于，在2008年經(jīng)濟下行壓力逼迫下，促使天津加大包括水資源在內(nèi)的資源投入量獲取經(jīng)濟效益穩(wěn)固經(jīng)濟局勢，投入產(chǎn)出不平衡，工業(yè)用水效率下降使工業(yè)用水量升高。

圖3 北京市工業(yè)用水量變化及驅(qū)動因子貢獻值

圖4 天津市工業(yè)用水量變化及驅(qū)動因子貢獻值

圖5 河北省工業(yè)用水量變化及驅(qū)動因子貢獻值

圖6 京津冀地區(qū)工業(yè)用水量變化及驅(qū)動因子貢獻值

2．產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對工業(yè)用水量的影響。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)貢獻值大部分情況下為負值，意味著京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)驅(qū)動工業(yè)用水量減少。對比圖3與圖4、5、6可直觀地看到北京與津、冀、地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)貢獻值的差異，與津冀相比，北京的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)驅(qū)動工業(yè)節(jié)水的作用更強。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比較，京津冀之間存在著由高到低的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)梯度，北京第三產(chǎn)業(yè)增加值超過其地區(qū)生產(chǎn)總值的75%，處于后工業(yè)化階段，津冀依然處在“二、三、一”階段，工業(yè)仍為其支柱產(chǎn)業(yè)；從工業(yè)細分行業(yè)比較，北京的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集中在生活服務(wù)業(yè)和技術(shù)、資本密集型的現(xiàn)代制造業(yè)，天津的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集中在設(shè)備制造和現(xiàn)代制造業(yè)，河北的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)主要是資源加工型、勞動密集型產(chǎn)業(yè)。2020年北京地區(qū)生產(chǎn)總值中工業(yè)增加值占比僅為12%，而津冀在30%左右。對比京津冀的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及效應(yīng)貢獻值的差異，說明以提高第三產(chǎn)業(yè)占比，降低第二產(chǎn)業(yè)占比，發(fā)展高新技術(shù)為期望的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級有助于實現(xiàn)工業(yè)節(jié)水。

3.經(jīng)濟規(guī)模對工業(yè)用水量的影響。由圖3、4、5、6可知，經(jīng)濟規(guī)模效應(yīng)貢獻值為正值且數(shù)值較大，表明經(jīng)濟規(guī)模擴張驅(qū)動京津冀地區(qū)工業(yè)用水量增長。對京津冀而言，保持經(jīng)濟規(guī)模擴張的同時實現(xiàn)工業(yè)節(jié)水是重中之重。隨著經(jīng)濟發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，節(jié)水逐漸受到政府及企業(yè)重視，生產(chǎn)工藝的改進及新興技術(shù)的出現(xiàn)帶來用水效率的提高。由京津冀各效應(yīng)貢獻值可知，通過提升工業(yè)用水效率和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可抵消經(jīng)濟規(guī)模帶來的工業(yè)用水量增長，尤其是技術(shù)改進帶來的用水效率提升，從而減輕經(jīng)濟發(fā)展對水資源的依賴性。

(四)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線預(yù)測

要對工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進行預(yù)測，需要對人均工業(yè)增加值和工業(yè)用水量分別進行預(yù)測，考慮到數(shù)據(jù)的可得性和易操作性，選用灰色預(yù)測法、自回歸預(yù)測法和指數(shù)平滑法直接對人均工業(yè)增加值對數(shù)和工業(yè)用水量對數(shù)進行預(yù)測，預(yù)測數(shù)值可直接與工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進行對比分析。以上3種方法將外部的影響簡化，通過分析歷史數(shù)據(jù)隨時間變化的趨勢并將之延展，得到預(yù)測值，無需收集其它數(shù)據(jù)。

1. 預(yù)測方法比較。以北京市2011—2020年數(shù)據(jù)為例，選取上文中的3種方法對人均工業(yè)增加值對數(shù)和工業(yè)用水量對數(shù)進行計算，并計算實際值與預(yù)測值誤差，結(jié)果見表2。

表2 預(yù)測方法誤差對比

均方根誤差和平均絕對誤差可用來比較同一序列用不同模型得到的不同預(yù)測結(jié)果，值越小，代表該模型所得預(yù)測結(jié)果越準確。由表2可知，在人均工業(yè)增加值對數(shù)和工業(yè)用水量對數(shù)預(yù)測上，灰色預(yù)測模型預(yù)測精度都要高于另外2種方法。與灰色預(yù)測法相比，自回歸預(yù)測法適用范圍小，對數(shù)據(jù)平穩(wěn)性要求高。三次指數(shù)平滑模型加權(quán)系數(shù)對預(yù)測結(jié)果影響較大，但取值難以確定。經(jīng)過綜合考慮，選擇灰色預(yù)測法對京津冀工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進行預(yù)測。

2.曲線預(yù)測?？紤]到數(shù)據(jù)的時效性，選取2011—2020年數(shù)據(jù)對未來10年工業(yè)用水庫茲涅茨曲線趨勢進行預(yù)測。將京津冀2011—2020年數(shù)據(jù)代入到灰色預(yù)測模型中，得到預(yù)測值。

在灰色預(yù)測模型中，可通過方差比、小誤差概率判斷預(yù)測精確度，評判標準見表3。

表3 灰色預(yù)測模型精度及評判標準

經(jīng)過計算，得到各預(yù)測數(shù)據(jù)的小誤差概率和均方差比，并與表3對比得表4。由表4可知，天津工業(yè)用水量對數(shù)的預(yù)測數(shù)據(jù)不合格，經(jīng)檢查為天津市工業(yè)用水量數(shù)據(jù)離散程度過高所致，選擇將離散度最高的2020年天津工業(yè)用水量數(shù)據(jù)剔除，使用2010—2019年數(shù)據(jù)對2021—2029年數(shù)據(jù)進行預(yù)測，P值和C值分別為0.7、0.53，達到勉強合格標準。除天津市工業(yè)用水量對數(shù)外其余各預(yù)測數(shù)據(jù)均通過了精確度檢驗，整體預(yù)測效果較好，預(yù)測數(shù)據(jù)可用于工業(yè)用水庫茲涅茨曲線趨勢研究。

表4 京津冀灰色預(yù)測精確度

京津冀工業(yè)用水隨經(jīng)濟發(fā)展繼續(xù)下降，這得益于京津冀地方政府對節(jié)水的重視。在當前節(jié)水政策和工藝下，京津冀工業(yè)節(jié)水空間正逐步縮小，需要制定新政策和革新節(jié)水技術(shù)進一步激發(fā)節(jié)水潛力。近幾年來，國家對節(jié)水日益重視，2019年相關(guān)部門相繼出臺《國家節(jié)水行動方案》《京津冀工業(yè)節(jié)水行動計劃》等政策，對水資源利用提出更嚴格的要求，在新政策的刺激下，預(yù)計未來京津冀工業(yè)用水下降趨勢比預(yù)測結(jié)果更顯著。京津冀2019—2029年工業(yè)用水EKC發(fā)展預(yù)測見圖7。

(a)北京

(b)天津

(d)京津冀

北京市工業(yè)用水EKC繼續(xù)保持下降勢頭。北京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)良，工業(yè)行業(yè)內(nèi)高耗水產(chǎn)業(yè)占比小，工業(yè)用水效率連年居于全國第一，節(jié)水空間會隨著時間推移越來越小。預(yù)計在未來的某個時間，北京市工業(yè)用水量會降低到某個值并在之后的時間圍繞該值在一定的范圍內(nèi)上下浮動。隨著以疏解北京非首都功能為“牛鼻子”的京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)推進，北京市部分工業(yè)產(chǎn)業(yè)繼續(xù)遷出[25]，產(chǎn)業(yè)遷出的同時帶來工業(yè)用水量和工業(yè)增加值的降低，其對北京工業(yè)用水庫茲涅茨曲線趨勢的影響有待觀察。

天津市工業(yè)用水與經(jīng)濟發(fā)展未來一段時間內(nèi)仍將是同向變動關(guān)系，但增長勢頭有所放緩。按此趨勢天津市在未來一段時間內(nèi)工業(yè)用水量仍會隨經(jīng)濟發(fā)展的增加而增加。但天津市2020年工業(yè)用水量與往年相比大幅下降，2014—2019年間天津市工業(yè)用水量始終維持在5.4億立方米左右，2020年降為4.5億立方米，這證實了相關(guān)節(jié)水政策的作用。天津市應(yīng)繼續(xù)推行當前相關(guān)節(jié)水政策，加快天津市工業(yè)用水EKC曲線由“U”型向倒“N”型轉(zhuǎn)變。

河北省工業(yè)用水量隨經(jīng)濟發(fā)展下降趨勢加劇,表明當前政策和技術(shù)條件下河北省工業(yè)節(jié)水能力未到達極限，仍有潛力等待挖掘。從工業(yè)產(chǎn)業(yè)構(gòu)成角度分析，與京津相比河北省工業(yè)結(jié)構(gòu)相對落后，高污染、高耗能、高耗水、低附加值行業(yè)企業(yè)仍占有一定比例，這意味著河北省工業(yè)用水量仍有大量下降空間，在當前河北省限制“三高”行業(yè)和推進產(chǎn)業(yè)升級的背景下，河北省未來工業(yè)用水量下降速度會有所提高。

三、討論

京津冀地區(qū)用水形勢十分嚴峻，京津冀地區(qū)兩市一省以不足全國1%的水資源，承載了全國9.5%的工業(yè)增加值、近26%的鋼鐵產(chǎn)量，水資源長期處于嚴重超載狀態(tài)，是中國最缺水的區(qū)域之一[26]。作為我國政治和文化中心以及經(jīng)濟重要的增長極，水資源缺乏已嚴重限制了京津冀地區(qū)的發(fā)展前景。除依靠外部輸水工程外，京津冀還需做好自身節(jié)水工作。針對京津冀地區(qū)工業(yè)用水現(xiàn)狀，在京津冀協(xié)同發(fā)展背景下，結(jié)合本文研究情況現(xiàn)提出以下建議。

1.進一步提升工業(yè)用水效率。由LMDI分解結(jié)果知，用水效率無論是在京津冀整體還是獨立省市均具有較大的貢獻值，證實了用水效率是京津冀地區(qū)工業(yè)用水量減少的關(guān)鍵驅(qū)動因子。京津冀工業(yè)用水效率位居全國前列，但尚有上升空間。京津冀用水效率存在的問題主要在于不同行業(yè)和企業(yè)間用水效率存在較大差距。一些用水量大、節(jié)水工作開展早的行業(yè)由于已經(jīng)掌握了成熟的節(jié)水技術(shù)工藝和節(jié)水管理方法，用水效率較高；同時，重點企業(yè)和大型企業(yè)普遍更重視節(jié)水管理，而數(shù)量多體量小的中小企業(yè)，對節(jié)水工作普遍重視度不高。這需要發(fā)揮政府的引導(dǎo)與監(jiān)督作用，制定相關(guān)政策對企業(yè)加以約束，向中小企業(yè)普及工業(yè)節(jié)水技術(shù)，并對企業(yè)節(jié)水工作進行階段性監(jiān)督檢驗。

2.持續(xù)推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級是工業(yè)用水實現(xiàn)零增長的根本原因[27]。以北京為例，2008年以來，北京市已形成穩(wěn)固的“三、二、一”型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)格局，工業(yè)用水進入負增長階段，工業(yè)用水的負增長與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級的階段性存在時間上的一致,體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與城市生產(chǎn)用水量變化密切相關(guān),特別是第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展對降低生產(chǎn)用水量起到了重要的支撐作用[28]。以節(jié)約工業(yè)用水為目標，京津冀產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)尚有升級空間，京津冀地區(qū)高耗水行業(yè)(鋼鐵、石化化工、紡織、食品、造紙等)產(chǎn)值仍占有一定比例，2019年高耗水行業(yè)在京、津、冀占比比值分別為37.4%、39.0%和59.5%，而河北省高耗水行業(yè)用水量占工業(yè)用水總量70%以上。推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，減少高耗水行業(yè)占比，構(gòu)建全新的京津冀工業(yè)體系，發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)減少第二產(chǎn)業(yè)占比，對于促進京津冀地區(qū)工業(yè)節(jié)水是行之有效的措施[29]。此外，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移對于轉(zhuǎn)出地和承接地的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，以及產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率的提升具有至關(guān)重要的作用[30]。隨著京津冀協(xié)同發(fā)展政策的不斷開展，京津冀產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移逐漸加快，對于京津冀地區(qū)而言，推進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移過程中要做到“先升級再轉(zhuǎn)移”，對產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)入地及轉(zhuǎn)出地實現(xiàn)雙向互利。

四、結(jié)論

本文使用約化模型擬合2000—2020年京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線，采用LMDI方法分析工業(yè)用水庫茲涅茨曲線影響因素，并用灰色預(yù)測模型對未來京津冀工業(yè)用水庫茲涅茨曲線發(fā)展趨勢進行了預(yù)測，最后在京津冀協(xié)同發(fā)展的背景下提出相關(guān)建議。研究結(jié)果如下：

1.京津冀工業(yè)用水庫茲涅茨曲線形態(tài)存在地區(qū)差異性。北京市及河北省工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為單調(diào)遞減直線，京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為“波浪型”下降曲線，天津市工業(yè)用水庫茲涅茨曲線呈現(xiàn)“U”型。

2.工業(yè)用水變化受用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟規(guī)模的影響，從京津冀總體來看三者對工業(yè)用水影響力大小為：用水效率>經(jīng)濟規(guī)模>產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。用水效率和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)貢獻值為負值，驅(qū)動工業(yè)節(jié)水；經(jīng)濟規(guī)模為正值，帶來工業(yè)用水量的升高。各驅(qū)動因子在時間和空間的變化上存在顯著性差異。

3.使用灰色預(yù)測模型對京津冀地區(qū)各省市工業(yè)用水庫茲涅茨曲線發(fā)展趨勢進行了預(yù)測。京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線均朝有利方向發(fā)展，北京市繼續(xù)維持其下降趨勢，天津市增長趨勢放緩且已展現(xiàn)下降勢頭，預(yù)計工業(yè)用水庫茲涅茨曲線將由“U”型轉(zhuǎn)為倒“N”型，河北省工業(yè)用水量隨經(jīng)濟發(fā)展下降趨勢加劇。

4.通過對京津冀庫茲涅茨曲線及LMDI分解法的分析，提出通過提高用水效率和推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、轉(zhuǎn)移促進工業(yè)節(jié)水。北京、天津、河北用水效率均處于全國前列，但仍有上升空間，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的方式既能促進工業(yè)用水量的降低又符合京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略要求。

本文研究表明京津冀地區(qū)工業(yè)用水與經(jīng)濟增長關(guān)系不完全符合環(huán)境庫茲涅茨曲線倒“U”型假說，但京津冀工業(yè)用水庫茲涅茨曲線未來趨勢均朝有利方向發(fā)展，證實了近年來京津冀工業(yè)節(jié)水工作的有效性。