京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源的關(guān)聯(lián)性分析及雙向優(yōu)化模型構(gòu)建

摘要 京津冀地區(qū)水資源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化配置對(duì)于推進(jìn)京津冀經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)協(xié)同發(fā)展具有重要的支撐作用。京津冀地區(qū)水資源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，是以京津冀整體發(fā)展目標(biāo)為主、京津冀各地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)為從的主從遞階雙層優(yōu)化過程。但目前鮮有學(xué)者提出采用主從遞階雙層優(yōu)化的思路實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)水資源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化。為此，在明確京津冀地區(qū)水資源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化方向基礎(chǔ)上，結(jié)合京津冀整體和各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)，構(gòu)建主從遞階雙層優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)水資源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化配置。首先，探討京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與用水結(jié)構(gòu)的演變態(tài)勢(shì)，剖析三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變動(dòng)差異與水資源利用結(jié)構(gòu)的演變成因，測(cè)算三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)和用水結(jié)構(gòu)彈性系數(shù)；結(jié)合京津冀三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展與水資源利用的長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，建立產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源關(guān)聯(lián)性分析模型，測(cè)算產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源之間關(guān)聯(lián)度，以確定京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化的方向。其次，合理界定京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化的內(nèi)涵，應(yīng)用主從遞階雙層優(yōu)化模型，構(gòu)建京津冀整體的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)環(huán)境目標(biāo)函數(shù)與約束條件，以及各地區(qū)三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)函數(shù)與約束條件，集成建立京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化模型。最終對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行合理預(yù)測(cè)并求解模型，確定京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)水資源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化配置，并進(jìn)一步提出保障京津冀水資源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化配置的對(duì)策建議。

關(guān)鍵詞 京津冀地區(qū)；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；水資源；關(guān)聯(lián)度；優(yōu)化

中圖分類號(hào) TV 213.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1002-2104（2018）09-0158-09 DOI：10.12062/cpre.20180311

京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化體現(xiàn)了一定時(shí)期京津冀地區(qū)三次產(chǎn)業(yè)構(gòu)成的演變態(tài)勢(shì)，有利于加快京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，快速推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化受到其科技創(chuàng)新能力、資源要素稟賦、以及產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向等綜合因素的影響制約。其中，水資源作為京津冀地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的自然基礎(chǔ)資源、經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略資源與生態(tài)控制資源，現(xiàn)已成為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要制約因素。如何從理論上、方法上和技術(shù)上破解京津冀地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化的途徑，促進(jìn)京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，實(shí)現(xiàn)水資源在不同地區(qū)、三次產(chǎn)業(yè)之間的優(yōu)化配置，提高三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展的水資源利用效率和綜合效益，保障京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的高級(jí)化與三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜合效益最大化，成為學(xué)者們?nèi)找骊P(guān)注的熱點(diǎn)問題。

1 文獻(xiàn)回顧

目前，眾多學(xué)者應(yīng)用模擬技術(shù)、動(dòng)態(tài)規(guī)劃分析等相關(guān)優(yōu)化理論，研究了地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源的關(guān)聯(lián)性和優(yōu)化問題。結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、投入產(chǎn)出模型、多目標(biāo)決策模型、灰色系統(tǒng)模型、多元統(tǒng)計(jì)回歸分析法等方法，學(xué)者們對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與水資源利用的相關(guān)性[1-5]、基于模擬技術(shù)與靈敏性分析的水資源系統(tǒng)規(guī)劃和管理[6-7]、公共安全、經(jīng)濟(jì)等因素對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化的影響[8]、用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式、機(jī)制與路徑以及優(yōu)化仿真模型[9-19]等問題進(jìn)行了系統(tǒng)深入探討。如劉軼芳等[3]從生產(chǎn)帕累托最優(yōu)條件出發(fā)，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)偏差系數(shù)，測(cè)算產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源消耗結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；吳麗[13]結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)貼近度、用水量等目標(biāo)，構(gòu)建了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與用水結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的多目標(biāo)優(yōu)化模型，并通過寧夏實(shí)證研究驗(yàn)證了模型的可行性；徐志偉[14]基于地區(qū)—產(chǎn)業(yè)雙重維度，建立了經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源集約和環(huán)境保護(hù)的多目標(biāo)決策模型，優(yōu)化京津冀地區(qū)水資源配置；張玲玲等[16]根據(jù)江蘇省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)用水需求與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展指標(biāo)的互動(dòng)反饋，應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，動(dòng)態(tài)模擬水資源供求變化和用水結(jié)構(gòu)變化，提出了總量控制下用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案；Gallagher[17]創(chuàng)新運(yùn)用自然資本核算法，提出了水資源優(yōu)化配置影響產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)路徑、存在的風(fēng)險(xiǎn)及規(guī)避措施；吳丹等[19]結(jié)合流域各地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高級(jí)化的目標(biāo)，建立了雙控行動(dòng)下流域初始水權(quán)分配的多層遞階決策模型，并提出多層遞階決策模型的迭代算法進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)流域各地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化配置。

綜合學(xué)者們的觀點(diǎn)，地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化的目標(biāo)體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值最大化與用水總量最小化等方面。同時(shí)，部分學(xué)者提出地區(qū)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化不僅反映了不同產(chǎn)業(yè)水資源使用效率的差異，也體現(xiàn)了不同產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值水污染排放量的差異。因此，地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化的目標(biāo)也體現(xiàn)在廢水排放量最小化或化學(xué)需氧量排放量最小化等方面。地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化的途徑是建立節(jié)水防污型社會(huì)經(jīng)濟(jì)體系，大力發(fā)展節(jié)水防污型產(chǎn)業(yè)，將水資源優(yōu)化配置到水資源利用效率高、經(jīng)濟(jì)效益好、水污染排放量小的產(chǎn)業(yè)。

京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化，既涉及京津冀整體的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)環(huán)境目標(biāo)，又涉及京津冀各地區(qū)的三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。因此可理解為以京津冀整體發(fā)展目標(biāo)為主、京津冀各地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)為從的主從遞階雙層優(yōu)化過程。但目前鮮有學(xué)者提出采用主從遞階雙層優(yōu)化的思路實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化。為此，以京津冀地區(qū)為研究對(duì)象，首先，根據(jù)京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)，剖析京津冀地區(qū)與高收入國家之間產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的差異，測(cè)算京津冀地區(qū)三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)，揭示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律及其變動(dòng)方向；同時(shí)，探討京津冀地區(qū)用水結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)及其成因，測(cè)算京津冀地區(qū)用水彈性系數(shù)、以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源之間關(guān)聯(lián)度，從而確定京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化方向。其次，合理界定京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化的內(nèi)涵，以保障京津冀整體的生活用水需求與生態(tài)環(huán)境用水需求為基礎(chǔ)條件，在京津冀地區(qū)水資源供給總量與三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展的約束條件下，構(gòu)建京津冀整體的目標(biāo)函數(shù)與約束條件、以及京津冀各地區(qū)的目標(biāo)函數(shù)與約束條件，建立京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化模型，優(yōu)化京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局，實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)三次產(chǎn)業(yè)之間水資源優(yōu)化配置。

2 京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源關(guān)聯(lián)性分析

2.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變態(tài)勢(shì)及變動(dòng)系數(shù)

2.1.1 京津冀地區(qū)三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)差異

“十二五”期間，隨著京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，第三產(chǎn)業(yè)比重逐漸上升，京津冀整體三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值分別增長(zhǎng)了33.74%、40.65%、77.28%，重工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)和輕工業(yè)在京津冀經(jīng)濟(jì)總量構(gòu)成中排名前三位，京津冀第二產(chǎn)業(yè)的重工業(yè)化傾向明顯。同時(shí)，京津冀整體三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)差異明顯，三次產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比不斷擴(kuò)大?！笆濉逼谀?，京津冀整體三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為5.46∶38.40∶56.14。京津冀整體第二產(chǎn)業(yè)與第一產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比高達(dá)7.03倍，而北京市、天津市第二產(chǎn)業(yè)與第一產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比急劇擴(kuò)大到32.40倍、36.89倍。京津冀整體第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比擴(kuò)大為1.46倍，而北京市、天津市第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比快速擴(kuò)大到4.04倍、1.12倍。由于京津冀各地區(qū)工業(yè)化進(jìn)程存在較大差異，河北省第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比、第二產(chǎn)業(yè)與第一產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比不斷縮小至0.83倍、4.18倍。按照錢納里工業(yè)化階段理論可初步判斷，京津冀整體總體處于工業(yè)化中期階段。

“十二五”期末，北京市三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為0.61∶19.74∶79.65，已達(dá)到高收入國家水平。同期，天津市三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為1.26∶46.58∶52.15，第三產(chǎn)業(yè)比重突破50%，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)加速，第三產(chǎn)業(yè)成為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。天津市第一產(chǎn)業(yè)比重已達(dá)到高收入國家水平，但第二產(chǎn)業(yè)比重相對(duì)于高收入國家的26.1%仍偏高，屬于中等偏下收入國家水平。第三產(chǎn)業(yè)比重相對(duì)于高收入國家的72.5%仍偏低，屬于中低收入國家水平。因此，北京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)進(jìn)度明顯快于天津市，處于后工業(yè)化階段，而天津市處于工業(yè)化后期階段?！笆濉逼陂g，河北省第三產(chǎn)業(yè)比重繼續(xù)上升，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)比重逐漸下降?！笆濉逼谀颖笔∪萎a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為11.54∶48.27∶40.19，第二產(chǎn)業(yè)仍為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，因此，河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步轉(zhuǎn)型升級(jí)，處于工業(yè)化中期階段。河北省第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的比重相對(duì)于高收入國家的1.4%、26.1%、72.5%均存在巨大差距，屬于中低收入國家水平。

2.1.2 京津冀地區(qū)三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)測(cè)算

三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)主要是通過三次產(chǎn)業(yè)的當(dāng)期產(chǎn)值比重與基期產(chǎn)值比重的比較，揭示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)的方向。經(jīng)測(cè)算，“十二五”期間，京津冀整體第一產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)為負(fù)值，第一產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)逐步收縮態(tài)勢(shì)，第一產(chǎn)業(yè)的收縮速率表現(xiàn)為“先快、后慢、再逐步加快”的變化趨勢(shì)。京津冀整體第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)呈現(xiàn)由正到負(fù)的變動(dòng)態(tài)勢(shì)，2010—2011年，在“4萬億”投資刺激下第二產(chǎn)業(yè)快速從收縮中反彈，2012年開始減弱，第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)變?yōu)樨?fù)值，收縮趨勢(shì)明顯。除2011年之外，京津冀整體第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)為正值，說明第三產(chǎn)業(yè)基本維持較為穩(wěn)定的擴(kuò)張態(tài)勢(shì)?！笆濉逼陂g京津冀地區(qū)三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)，見圖1。

從圖1中可以看出，“十二五”期間，北京市、天津市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)常年為負(fù)值，而北京市、天津市第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)系數(shù)一直為正值，說明北京市、天津市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)一直處于收縮態(tài)勢(shì)。同期，北京市、天津市第三產(chǎn)業(yè)處于擴(kuò)張態(tài)勢(shì)。2010—2011年，由于經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃的作用，河北省第二產(chǎn)業(yè)再次擴(kuò)張；自2012年開始，伴隨國家產(chǎn)業(yè)結(jié)果的調(diào)整和經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化，由于產(chǎn)能過剩等因素的作用，工業(yè)企業(yè)效益大幅下滑，第二產(chǎn)業(yè)再次進(jìn)入收縮期，而第三產(chǎn)業(yè)處于擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，但第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展程度要弱于北京市、天津市，傳統(tǒng)制造業(yè)仍在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)主導(dǎo)地位，產(chǎn)業(yè)升級(jí)進(jìn)度并不明顯。

2.2 水資源利用結(jié)構(gòu)演變成因及彈性系數(shù)

2.2.1 用水結(jié)構(gòu)演變成因

“十二五”期間，京津冀整體用水總量控制在251～255億m3的區(qū)間內(nèi)。其中，北京市、天津市、河北省的用水總量分別控制在35～38億m3、22～26億m3、187～196億m3的區(qū)間內(nèi)，占京津冀整體用水總量的比重分別約為

14.5%、9.5%、76%。京津冀地區(qū)水資源利用分布情況基本保持穩(wěn)定，農(nóng)業(yè)用水占比最高，始終高于用水總量的60%。工業(yè)用水占比有所下降，穩(wěn)定在14%左右。生活和生態(tài)用水占比逐年提升，分別穩(wěn)定在18%、6%左右。“十二五”期末京津冀地區(qū)用水結(jié)構(gòu)見表1。

根據(jù)表1，“十二五”期末，北京市與京津冀整體之間的用水結(jié)構(gòu)存在明顯差異，北京市生活用水占比突出，達(dá)

到45%以上。生態(tài)用水占比排在第二位，比京津冀整體高出近10個(gè)百分點(diǎn)。而農(nóng)業(yè)用水占比僅排名第三位。同時(shí)，北京市工業(yè)用水占比略低于京津冀整體水平。北京市用水結(jié)構(gòu)在我國所有省市級(jí)行政區(qū)劃中具有獨(dú)特性和唯一性。與北京市相比較，天津市農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水量明顯偏高，生活和生態(tài)用水量明顯偏低。河北省用水分布較北京市和天津市存在明顯差異，農(nóng)業(yè)用水占比極高，是京津冀地區(qū)水資源首要消耗大戶。

京津冀整體的生活和生態(tài)用水量占比均超過全國平均水平，農(nóng)業(yè)用水比例幾乎與全國持平，而工業(yè)用水比重則較全國平均水平低了近9個(gè)百分點(diǎn)。其主要原因與京津冀產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有關(guān)。研究表明，河北省工業(yè)結(jié)構(gòu)中，黑色金屬冶煉及壓延加工，電力、熱力的生產(chǎn)與供應(yīng)等重工業(yè)仍占據(jù)主導(dǎo)地位，而占到全區(qū)域工業(yè)產(chǎn)值50%的北京市

和天津市，水資源耗用水平較低的通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)制造、交通運(yùn)輸設(shè)備制造等行業(yè)居于主導(dǎo)地位。但在全國工業(yè)

產(chǎn)值中，居于前列的煤炭開采和洗選、石油和天然氣開采、黑色金屬礦采選和有色金屬礦采選等行業(yè)都屬于用水大

戶。因此，工業(yè)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)差異性導(dǎo)致了水資源使用結(jié)構(gòu)的差異性。

2.2.2 水資源利用彈性系數(shù)測(cè)算

“十二五”期間，盡管京津冀整體第三產(chǎn)業(yè)處于快速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，但農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水下降，加速京津冀整體用水量下降，實(shí)現(xiàn)京津冀整體用水彈性系數(shù)為負(fù)?！笆濉逼陂g京津冀地區(qū)水資源利用彈性系數(shù)見表2。

根據(jù)表2，“十二五”期間，從京津冀各地區(qū)的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)水資源利用彈性變化差異來看，盡管天津市第三產(chǎn)業(yè)處于擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，但第三產(chǎn)業(yè)用水得到有效控制，第三產(chǎn)業(yè)用水彈性系數(shù)為負(fù)。而農(nóng)業(yè)用水與工業(yè)用水增

長(zhǎng)，加速天津市用水量增長(zhǎng)。與天津市相反，盡管北京市農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水彈性系數(shù)為負(fù)，但第三產(chǎn)業(yè)處于快速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，第三產(chǎn)業(yè)用水增長(zhǎng)，加速北京市用水量增長(zhǎng)，并加速京津冀整體第三產(chǎn)業(yè)用水的增長(zhǎng)。而河北省第二產(chǎn)業(yè)進(jìn)入收縮期，第三產(chǎn)業(yè)處于擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，因此農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水下降，第三產(chǎn)業(yè)用水增長(zhǎng)。

2.3 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源關(guān)聯(lián)度測(cè)算

根據(jù)不同時(shí)期京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和水資源利用的變化趨勢(shì)，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法，測(cè)算京津冀產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源之間的關(guān)聯(lián)度。將2005—2015年京津冀地區(qū)水資源利用情況作為母變量，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)作為子變量，對(duì)京津冀地區(qū)的水資源利用變量和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變量進(jìn)行無量綱化處理，確定京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和水資源利用之間的關(guān)聯(lián)度，可用公式表示為：

根據(jù)式（1），測(cè)算2005—2015年京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源利用的關(guān)聯(lián)度，見表3。

京津冀整體第一產(chǎn)業(yè)與水資源利用的關(guān)聯(lián)度最高，第二產(chǎn)業(yè)次之，第三產(chǎn)業(yè)最低（見表3）?？膳卸ň┙蚣降貐^(qū)水資源優(yōu)化的方向?yàn)椋涸诒Ｕ霞Z食生產(chǎn)安全的前提下，適當(dāng)減少第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)水資源利用，增加第三產(chǎn)業(yè)的水資源利用，實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)水資源約束條件下的高產(chǎn)出水平。其中，北京市、天津市水資源優(yōu)化的基本方向?yàn)椋和ㄟ^農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)等措施嚴(yán)格控制第一產(chǎn)業(yè)用水，增加第三產(chǎn)業(yè)用水。由于河北省第一產(chǎn)業(yè)與水資源關(guān)聯(lián)度明顯低于北京市和天津市，在保障糧食安全前提下，適當(dāng)將河北省第一產(chǎn)業(yè)水資源利用轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)和其

他產(chǎn)業(yè)。

3 京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化模型構(gòu)建

在不同水平年、不同保證率條件下，京津冀地區(qū)水資源供給能力受到經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、自然條件等綜合因素的影響制約，隨著京津冀地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展用水增長(zhǎng)，可供給的水資源總量（包括地表水、地下水、本區(qū)內(nèi)河段允許利用的過境水）已無法滿足其用水需求。京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化是指，在水資源可利用總量的約束條件下，基于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源利用的關(guān)聯(lián)性，充分考慮京津冀地區(qū)水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)之間的相互制約關(guān)系，根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展規(guī)劃，以優(yōu)先滿足生活用水和生態(tài)用水為基本前提，參照京津冀整體的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)用水總量控制和生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)以及三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，通過水資源在京津冀各地區(qū)及其三次產(chǎn)業(yè)之間的合理配置，優(yōu)化京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局與三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展的用水結(jié)構(gòu)，保障三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展的水資源利用綜合效益最大化。

京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化模型的構(gòu)建以GDP最大化、用水總量最小化和廢水排放量最小化作為綜合優(yōu)化目標(biāo)。其中，GDP最大化目標(biāo)反映了京津冀地區(qū)水資源利用的經(jīng)濟(jì)效益；用水總量最小化目標(biāo)衡量了京津冀地區(qū)水資源消耗強(qiáng)度與總量控制，優(yōu)化了京津冀地區(qū)三次產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)；廢水排放量最小化目標(biāo)控制了京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)部門廢水排放量，保護(hù)京津冀地區(qū)生態(tài)環(huán)境。京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化包括兩個(gè)層面：一是地區(qū)層面，通過水資源在京津冀三個(gè)地區(qū)之間的分配，實(shí)現(xiàn)京津冀整體的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及生態(tài)綜合效益；二是產(chǎn)業(yè)層面，通過京津冀各地區(qū)三次產(chǎn)業(yè)間水資源的分配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。因此，京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化的決策變量為京津冀各地區(qū)優(yōu)化的三次產(chǎn)業(yè)用水量和三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比重。

3.1 京津冀整體的目標(biāo)函數(shù)與約束條件

3.3 京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化結(jié)果

京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化模型涉及京津冀整體的GDP最大化、用水總量最小化以及廢水排放量最小化的綜合效益目標(biāo)，以及京津冀各地區(qū)的三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。為此，可依據(jù)宏觀經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、水資源利用、廢水排放和糧食生產(chǎn)等數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)規(guī)劃年京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化方案，見表4。

根據(jù)表4和公式（1）～（4），求解得到2020年京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化方案，見表5。

從表5的京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化結(jié)果來看，2020年京津冀地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)用水量占比仍較大，但下降了7個(gè)百分點(diǎn)；第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的用水量占比分別上升了3個(gè)百分點(diǎn)、4個(gè)百分點(diǎn)。京津冀整體的三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為3.30∶29.65∶67.05。2020年，北京市和天津市增加的產(chǎn)業(yè)用水量從河北省調(diào)入，河北省第一產(chǎn)業(yè)用水是京津冀地區(qū)跨區(qū)域調(diào)水的主要來源。在京津冀地區(qū)減少的第一產(chǎn)業(yè)用水量中，北京市減少幅度最大，其次為天津市。北京市和天津市第二產(chǎn)業(yè)用水量均有所增加，河北省第二產(chǎn)業(yè)用水量略有減少。同時(shí)，京津冀各地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)用水量均有所增加。

4 結(jié) 語

京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化，是以京津冀整體發(fā)展目標(biāo)為主、各地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)為從的主從遞階雙層優(yōu)化過程。通過測(cè)算京津冀地區(qū)用水彈性系數(shù)可知，“十二五”期間，北京市第三產(chǎn)業(yè)處于快速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，第三產(chǎn)業(yè)用水增長(zhǎng)較快。而天津市農(nóng)業(yè)用水與工業(yè)用水仍處于增長(zhǎng)階段。河北省第二產(chǎn)業(yè)進(jìn)入收縮期，因此農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水下降?！笆濉逼谀?，京津冀整體第一產(chǎn)業(yè)與水資源利用的關(guān)聯(lián)度最高，河北省第一產(chǎn)業(yè)與水資源關(guān)聯(lián)度明顯低于北京市和天津市，在保障糧食安全前提下，應(yīng)適當(dāng)將河北省第一產(chǎn)業(yè)水資源利用轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)和其他產(chǎn)業(yè)。在明確京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源優(yōu)化方向基礎(chǔ)上，結(jié)合京津冀整體的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)用水總量控制、生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，以及京津冀各地區(qū)的三次產(chǎn)業(yè)用水發(fā)展目標(biāo)，應(yīng)用雙層優(yōu)化模型，通過構(gòu)建京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源雙向優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與水資源優(yōu)化配置，推進(jìn)了京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高級(jí)化。京津冀整體三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比將從現(xiàn)狀年的5.46∶38.40∶56.14調(diào)整為2020年的3.30∶29.65∶67.05。

伴隨著京津冀地區(qū)工業(yè)化進(jìn)程的加快和城市化程度的提高，京津冀將逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高級(jí)化的發(fā)展階段，但用水成為制約京津冀產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。為保障京津冀水資源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化配置，一方面，將農(nóng)業(yè)用水的用途轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)用水或第三產(chǎn)業(yè)用水，由于農(nóng)業(yè)部門和非農(nóng)部門存在巨大的用水價(jià)差，為了提升農(nóng)業(yè)用水效率，在水資源“農(nóng)轉(zhuǎn)非”過程中，必須對(duì)農(nóng)業(yè)部門實(shí)施必要的水資源補(bǔ)償。另一方面，通過“開源”（包括區(qū)外調(diào)水、海水淡化、污水凈化）和“節(jié)流”（通過制度創(chuàng)新進(jìn)行水資源優(yōu)化利用），形成用水增量和提升用水效率。此外，在分析京津冀地區(qū)用水效率差異的基礎(chǔ)上，可以看出京津冀開展水資源交易存在巨大的市場(chǎng)潛力，必須構(gòu)建水資源優(yōu)化方案實(shí)施的法律保障體系，不斷完善京津冀水權(quán)交易市場(chǎng)制度，實(shí)現(xiàn)“依法治水”。

（編輯：劉照勝）

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Abstract The optimization allocation of water resources utilization and industrial structure has important supporting functions for the sustainable and coordinated development of ecosociety in BeijingTianjinHebei region. The optimization of industrial structure and water resources is a principlesubordinate hierarchical bidirectional optimization process. It takes overall BeijingTianjinHebei regions development goals as a primary goal， and takes industrial development goals among Beijing， Tianjin and Hebei as a subordinate goal. But few scholars put forward an idea of principlesubordinate hierarchical bidirectional optimization to optimize industrial structure and water resources utilization in BeijingTianjinHebei region. Therefore， based on clarifying the optimization direction of industrial structure and water resources utilization in BeijingTianjinHebei region， principlesubordinate hierarchical optimization model combined with the development goals in BeijingTianjinHebei region was established to optimize the industrial structure and water resources allocation. Firstly， this paper discussed the evolution of industrial structure and water resources utilization structure in BeijingTianjinHebei region. The variation of industrial structure and evolution origin of water resources utilization structure were analyzed. And the paper measured the changing coefficient of industrial structure and the elastic coefficient of water resources utilization in BeijingTianjinHebei region. Then， combined with long time sequence data of three industries development and water resources utilization， the relevant degree of industrial structure and water resources utilization based on the relevant analysis model was constructed， to determine the direction of industrial structure and water resources optimization in BeijingTianjinHebei region. Secondly， the connotation of bidirectional optimization of industrial structure and water resources was defined reasonably in BeijingTianjinHebei region. The objective function and constraints of both economic， social and ecological environment and industrial development were given， to get bidirectional optimization model of industrial structure and water resources in BeijingTianjinHebei region. Finally， the paper predicted reasonable model parameters， and proposed the solving method of the model， to determine bidirectional optimization scheme of industrial structure and water resources， and to optimize industrial structure and water resources utilization in BeijingTianjinHebei region. Then， the paper further put forward the suggestions of ensuring the optimal allocation of water resources industry in BeijingTianjinHebei region.

Key words BeijingTianjinHebei region； industrial structure； water resource； correlation degree； optimization