辽宁省产业结构与用水结构协调评价

孙 良

(葫芦岛市水资源管理办公室，辽宁 葫芦岛 125000)

资源与需求之间的矛盾在社会经济快速发展的驱动下日趋突出，人类的生存发展与社会经济产业都离不开水资源的支持，并且随着城镇化、工业化以及人类改造自然技术水平的不断提升，水资源短缺、局部地下水过度开采、用水效率低以及水生态环境持续恶化等问题严重[1]。目前，迫切需要解决的是正确处理用水结构与产业结构之间的相关性问题。为促进社会经济的可持续健康发展应首先保障用水结构与其他系统之间的协调性。国内外相关学者对水资源与产业结构方面的问题开展了大量研究，例如云逸[2]等对用水量与产业结构之间的关系利用回归模型进行了分析探讨；汪党献[3]等对国民经济行业水资源利用投入产出模型进行了定量分析；蔡继[4]等利用灰色关联法对湖北省水资源与产业结构之间的相互关系做了探讨。总而言之，目前相关研究对用水结构与产业结构之间的关系主要利用建模法进行定量分析，而涉及二者协调性的研究相对较少。吴丽[5]等对用水与产业结构的协调关系利用多目标模糊优化模型进行了评价；雷社平[6]等基于复杂系统理论和协同理论建立了北京市各水系统协调度模型。这些方法都仅仅局限于用水与产业系统之间，并且具有各自的突出特点，而未综合考虑水系统的外部环境。目前，由于水资源过度开采、用水效率低、水体污染严重以及供需矛盾紧张等问题日益严重，资源型缺水对区域产业发展已构成严重威胁，因此在分析区域用水与产业结构相关性时，还需要考虑外部的用水环境。本文综合考虑了水环境、用水结构和产业结构三大方面，基于集对分析理论建立了用水协调评价模型，并以辽宁省为例对其用水协调关系进行了系统、科学地综合评价，以期为促进该区域协调可持续发展以及实现资源的最大最优化利用提供一定决策依据[7- 11]。

1 基于集对分析法的区域产业结构与用水结构协调模型

1.1 集对分析理论

集对分析法是由我国学者提出的一种用于处理不确定性问题的方法，在预测、评价、决策等方面该方法表现出较强的适用性，目前在军事、自然、社会经济、人文教育以及工程技术等领域的应用也十分广泛[12]。假定X和Y是表示具有一定关联的2个集合，X具有N相特性即为X=(x1，x2，…，xN)，Y亦具有N相特性即Y=(y1，y2，…，yN)，则X和Y构成的集对H(X，Y)联系度μx～y为：

(1)

式中，S/N、F/N、P/N—集对H(X，Y)的同一度、差异度和对立度，分别采用a、b、c表示；I、J—分别为差异不确定性系数和对立度系数，I的取值区间为-1～1，J值为-1时表示指标对立。

将式(1)中的a、b、c分别选取0.1～1.0之间的实数，然后按照由大到小规则排序，则可表示为集对的态势度，集对同异反态势度见表1。

表1 集对态势度数值及大小关系

1.2 建立评价指标体系与评价标准

评价用水结构与产业结构之间的协调性同时具有不确定性与确定性特征，因此本文对辽宁省的协调评价考虑采用集对分析法。评价指标作为建立协调评价模型和评判系统高低水平的重要依据，可通过描述时间尺度上的系统状态反映其协调性特征。影响水资源系统的因素较多，且各因素之间具有十分复杂的作用关系，所建立的指标体系应能够客观、科学地反映各方面的主要内容与特征，因此在指标筛选时应遵循可行性、真实性和客观性等原则。根据目前第三产业在经济结构体系中的演变特征，在高科技蓬勃发展和迅速崛起的条件下三大产业的转变已是大势所趋。水资源是经济发展与人类生存的重要基础，生态系统与社会经济均与水密切相关，而用水效率低、水体污染严重等现象较为突出。所以，为保证用水结构的协调性与合理性，可从用水效率与效益的角度综合考虑分析三大产业用水现状。

本文结合研究区域水环境特征以及产业结构所需的水资源属性，分别从节水、水体污染、水环境容量的角度筛选指标。然后基于水环境、用水效益以及经济效益等方面建立了包含14项代表性指标的体系。根据研究区域的经济发展规划、社会发展现状以有国家标准规范建立了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级3个协调评价等级，分别为协调合格、中等、良好3个类别。对各分级标准下的指标阀值，参考专家意见和文献资料进行设定，指标体系及分级标准见表2。

表2 协调评价指标体系及分级标准

协调状况利用集对分析法进行评价，本研究将水环境与用水效益、区域经济效益与响应的评价标准构成一个集对，对集对特性分别从集合的同、异、反3个方面进行分析。假定协调评价标准为i，则集对在共同具有、不对立也不具有以及彼此对立条件下的特性数可分别选取为符合i级标准、高于i级标准以及低于i级标准的指标个数。区域用水结构与产业结构在不同等级评价标准的联系度表达式，a、b、c的取值见表3。

表3 联系度表达式参数取值

1.3 协调态势度的计算

若评判标准选取为Ⅱ级，则效益型评价指标满足Ⅱ级协调标准的取值范围在Ⅰ～Ⅱ级之间；成本型指标在满足该协调标准的取值范围在Ⅱ～Ⅲ级之间。然后通过对比Ⅱ级评判标准值与实际值，即可获得相应的N1、N2、N3值。结合态势度数值范围和a、b、c计算公式可分别得到经济效益、用水效益以及水环境效益态势度de、ds、dr值。

1.4 协调发展指数

在考虑分析协调发展指数时应对生长曲线作简要的探讨，生长曲线函数是指随时间变化的一组满足变化规律的预测事件观测数值。通常情况下，事物总要经历发生、发展、成熟的变化，各个时期的发展速度存在一定差异。在发生、发展以及成熟时期的速度一般符合先缓慢、再加快，然后又趋于缓慢的变化特征，生长曲线就是按照上述发展规律得到变化形状。在很多领域中S型曲线较为常见，其模型如下：

(2)

式中，y—生长曲线函数值；k、e、f—生长量指标、自然对数以及常数。

通过对社会、经济领域许多变量的分析可以发现，在现实中随时间的变化这些指标经历了生长、成熟和衰退的变化过程，与生物特征基本相似。因此，可利用生产曲线指数模型反映区域用水结构与产业结构之间的协调关系，利用下式进行协调发展指数I的计算：

I=1/(1+drd-deds)

(3)

协调发展指数I值在0.1～1范围，利用S型曲线模型，在水环境污染较为严重，即水环境态势最大为1并且用水效益与经济效益值最小均为0.1时，输入上述公式可得到I值为0.5；而水体污染较轻，即水环境态势度最小为0.1且用水效益与经济效益最大值1时，输入上述公式可得到I值为0.98；而在三者均为0.5时，则协调发展指数I为0.72。由此可将协同协调评价结果划分为高度、基本、弱以及不协调，相应的协调指数值I分别在0.90～0.98、0.72～0.90、0.60～0.72、0.50～0.60范围之间。

2 实例应用

结合辽宁省2010—2015年的相关资料，利用上述评价模型和分级标准可得到该区域用水结构与产业结构的协调状态[13]，各指标实际状态见表4。

辽宁省工业化体系在经济快速发展的驱动下日趋得到优化，并且农业方面也得到了快速发展，科技创新水平不断提高，从而促进了第三产业的快速发展。目前我国仍处于快速发展中，辽宁省社会经济处于中等水平，因此协调判别标准可选取为Ⅱ级，结合上述Ⅱ级标准各参数取值以及计算公式，可分别得到各态势度及协调发展指数值，结果见表5。

表4 辽宁省2010—2015年各指标数据值

表5 协调发展指数值

由表5计算结果可以看出2010—2015年辽宁省协调发展指数表现出逐渐增加的趋势，该区域用水与产业结构整体处于弱协调状态。同时，该区域水环境、用水效益以及经济效益的态势度相对较大，由此进一步说明辽宁省在快速发展经济的同时对水环境造成了严重破坏，从而使得该区域整体处于弱协调水平。水环境态势度虽然整体处于较大水平，但是表现出逐渐降低的趋势，由2010年的0.9逐渐降低至0.6，由此说明近年来辽宁省水资源管理、水环境保护措施开始发挥一定的作用。通过加大水环境治理力度，统筹规划水资源开发利用，可在一定程度上环节用水压力，并促进区域的协调发展。

3 结论

本文以辽宁省为例，利用集对分析法中的同异反态势度客观、科学评价了该区域2010—2015年的协调状态，得出的主要结论如下。

(1)辽宁省协调发展指数表现出逐渐增加的发展趋势，该区域用水与产业结构整体处于弱协调状态。同时，该区域水环境、用水效益以及经济效益的态势度相对较大，由此进一步说明辽宁省在快速发展经济的同时对水环境造成了严重破坏，从而使得该区域整体处于弱协调水平。

(2)近年来辽宁省水资源管理、水环境保护措施开始发挥一定的作用。通过加大水环境治理力度，统筹规划水资源开发利用，可在一定程度上环节用水压力，并促进区域的协调发展。

(3)该评价模型表现出计算简便、不受指标数量限制、结果可靠等优点，研究成果可为促进区域水资源可持续利用以及产业结构调整提供一定参考。