京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的障礙因子分析

楊 靜，荊 平 ，高 蝶,2，曹慧博

(1.天津師范大學地理與環(huán)境科學學院，天津 300387；2.天津師范大學天津市水資源與水環(huán)境重點實驗室，天津 300387)

水資源是人類社會得以存在與發(fā)展的基礎資源之一[1]。近年來，京津冀城市群人口高度密集、工農(nóng)業(yè)用水量激增，加之水量供應季節(jié)差異大，導致水資源短缺和水環(huán)境污染等問題日益突出。同時，京津冀城市群作為水資源安全保障難度最大、水資源承載壓力最大的地區(qū)之一，水資源約束已成為制約京津冀城市群可持續(xù)發(fā)展的重要因素[2]。循環(huán)經(jīng)濟作為可持續(xù)發(fā)展的重要保障[3,4]，對城市群的持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明的建設產(chǎn)生推動作用。循環(huán)經(jīng)濟不同于以往的單向線性開放式的傳統(tǒng)發(fā)展模式，其本質(zhì)是一種環(huán)境友好型的生態(tài)經(jīng)濟，是以物質(zhì)資源的循環(huán)高效利用為基礎，以減量化、再利用、再循環(huán)為原則，實現(xiàn)物質(zhì)資源的自循環(huán)運轉(zhuǎn)過程，從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益的共贏[5-7]。隨著循環(huán)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，部分學者將循環(huán)經(jīng)濟的理論引入到了水資源的研究中[8]，水資源循環(huán)經(jīng)濟仍遵循上述原則，是將自然生態(tài)系統(tǒng)中水的運動應用于經(jīng)濟系統(tǒng)[9]，從而實現(xiàn)“水資源-水資源開發(fā)利用-水資源回收處理-水資源”的運行過程[10]。雖然學者對循環(huán)經(jīng)濟的概念和原則等認識差異不大，但對其評價體系的構(gòu)建卻不盡相同[11]。由于循環(huán)經(jīng)濟涉及經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境等3個方面，因此，有基于經(jīng)濟效益、資源減量化、資源再利用、資源環(huán)境來構(gòu)建指標體系的[12,13]；有以經(jīng)濟發(fā)展水平、資源環(huán)境水平、循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展水平等方面選取指標體系的[14]?？傊?，建立一套能全面反映經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境的評價指標體系，為城市群循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展障礙因子的診斷提供了保障。

京津冀城市群由北京市、天津市及河北省的11個地級市組成，是中國經(jīng)濟的核心區(qū)域[15-17]。在水資源壓力不斷增大的情況下，促進京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，需厘清京津冀城市群水資源循環(huán)利用過程中的阻礙因素，對其障礙因子進行診斷。對京津冀城市群水資源障礙因子的診斷分析不僅可以提升水資源的利用效率與水平，促進水資源可持續(xù)發(fā)展，還可為城市群水資源的合理利用提供針對性的依據(jù)和參考，實現(xiàn)充分的水資源管理，有效提高水資源循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展水平。因此，本文從循環(huán)經(jīng)濟視角，構(gòu)建京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟綜合評價指標體系，運用熵權(quán)法和障礙度模型對2012-2016年京津冀13個城市水資源循環(huán)利用的障礙因子進行診斷分析，最后采用ArcGIS進行空間可視化分析，旨在更好地把握循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展狀況，為相關政策的實施提供理論依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 指標選取與數(shù)據(jù)來源

1.1.1 水資源循環(huán)經(jīng)濟綜合評價指標體系構(gòu)建

根據(jù)科學性、數(shù)據(jù)可得性、可量化及綜合性原則，本文從京津冀城市群水資源供給和排放利用情況兩個角度考慮，通過相關指標的篩選組合，將京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟綜合評價指標體系分為4類22個指標。準則層包括供水指標、用水指標、排水指標和再生回用指標等4個大類，其中，供水指標包括5個指標，用水指標包括7個指標，排水指標包括3個指標，再生回用指標包括7個指標，由此構(gòu)建了京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟綜合評價指標體系(見表1)。

表1 京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟綜合評價指標體系Tab.1 Comprehensive evaluation indexes system of water resources circular economy to Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration

1.1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來自2013～2017年《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》、《北京市水資源公報》、《天津市水資源公報》、《河北省水資源公報》等有關京津冀城市群的統(tǒng)計年鑒和公報。

1.2 研究方法

為促進京津冀城市群經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和環(huán)境保護之間的可持續(xù)發(fā)展，需對京津冀城市群的水資源循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展水平進行綜合評價，主要步驟為：運用熵權(quán)法對評價指標的原始數(shù)據(jù)進行處理，得到準則層和指標層的權(quán)重，為進一步找出影響京津冀城市水資源循環(huán)利用的障礙因子，本文采用障礙度評價模型對其進行研究，便于提出針對性的管理調(diào)控措施。

1.2.1 熵權(quán)法

熵權(quán)法(Entropy Weight Method，EWM)最早由Shannon和Weaver提出[18]，是根據(jù)指標變異性的大小來確定客觀權(quán)重。通常而言，通過熵權(quán)法確定權(quán)重時，某個指標的熵值與其提供的有效信息量及其權(quán)重成反相關，即某個指標的熵值越大，意味著該指標的變異程度越小，提供的有效信息量越少，該指標的權(quán)重也越小。熵權(quán)法作為一種客觀賦權(quán)的方法[19]，幾乎不受主觀因素的影響，有效彌補人為原因造成的結(jié)果不準確性[20]，使計算結(jié)果更加真實可靠。運用信息熵反映數(shù)據(jù)本身的效用值來計算評價指標的權(quán)重系數(shù)，可使權(quán)重的確定更符合數(shù)據(jù)的客觀屬性。步驟如下：

(1)數(shù)據(jù)標準化。采用極值標準化方法對各項數(shù)據(jù)進行標準化處理[21]，設有m個評價對象，n個評價指標，則原始數(shù)據(jù)矩陣為X=(xij)(m×n)：

(1)

對各指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，得到矩陣為R=(rij)(m×n)：

(2)

式中：rij表示第i個評價對象在第j個評價指標上的標準值，且rij∈[0,1]；

(3)

(4)

(2)確定熵值。

數(shù)學知識具有較強的實用性，在小學數(shù)學教學中，為更好的滲透抽象思想，教師需為學生提供恰當?shù)膶W以致用機會，使其體會到數(shù)學知識在實際生活中的價值和作用，讓他們在后續(xù)深入學習中形成正確的認知態(tài)度，并養(yǎng)成良好的學習習慣。小學數(shù)學教師可以通過對定理、公式的講解主動滲透抽象思想，讓學生對數(shù)學概念的認知由表層逐步上升至深層，深化理解理論知識，而且他們在實踐活動中有助于對抽象思想的熟練應用，真正實現(xiàn)學以致用。

(5)

(3)確定指標權(quán)重。

(6)

式中：Wj表示第j項指標的權(quán)重；gj表示第j項指標的差異系數(shù)，且定義gj=1-ej。

1.2.2 障礙度評價模型

京津冀城市群水資源循環(huán)利用狀況的評價中，不僅要對京津冀水循環(huán)水平進行測度，還要了解不同地區(qū)在水資源循環(huán)利用過程中的阻礙因素。因此，本文引入障礙度模型，對京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展狀況展開研究，探尋其阻力因素。此模型通過計算因子貢獻度、指標偏離度和障礙度3個指標進行分析[22-24]，具體公式如下：

(1)因子貢獻度Fj。即單個因素對總目標的貢獻程度[24,25]。

Fj=Wj∑Pij

(7)

式中：Wj為第j項指標的權(quán)重；pij表示第i個評價對象在第j個指標下的貢獻度。

Tij=1-rij

(8)

式中：rij為單項指標的標準化值。

(3)障礙度Oij、Uij。分別表示單項指標和準則層指標對水資源循環(huán)利用的影響程度[24,26]。

(9)

Uj=∑Oij

(10)

式中：Oij表示第i個評價對象在第j個單項指標下對水資源循環(huán)利用的障礙度；Uj表示第i個評價對象在第j個準則層指標下對水資源循環(huán)利用的障礙度。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié) 果

通過熵權(quán)法的計算，可以得出2012年京津冀13個城市各項指標的熵值、差異系數(shù)和權(quán)重，具體如下(見表2) 和2012-2016年京津冀城市群水資源循環(huán)利用準則層權(quán)重(見表3)。2013-2016年各項指標的熵值、差異系數(shù)和權(quán)重的計算方法與此相同。

表2 2012年評價指標層的熵值、差異系數(shù)和權(quán)重Tab.2 Entropy value,difference coefficient and weight of indexes in 2012

表3 2012-2016年京津冀城市群水資源循環(huán)利用情況準則層權(quán)重Tab.3 Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration water recycling situation criteria layer weight from 2012 to 2016

據(jù)障礙度評價模型可計算2012年準則層對京津冀城市群水資源循環(huán)利用的障礙度(見表4)，2013-2016年準則層對京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的障礙度依此計算可得。

2.2 討 論

2.2.1 指標層障礙因子

為探究京津冀城市群水資源循環(huán)利用的障礙度，就指標層各數(shù)據(jù)指標障礙度進行測算，厘清循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展過程中的障礙因子，并將其制成折線圖(見圖1)，同時，通過障礙度計算篩選出2012-2016年京津冀13個城市的前3位顯著障礙因子(見表5)。由表5可知，工業(yè)廢水排放量(C14)、排水管道長度(C15)和人均日生活用水量(C12)等3項指標，在京津冀城市群前三位障礙因子中分別出現(xiàn)29次、29次和25次，故可將這3項指標作為2012-2016年影響京津冀城市群水資源高效循環(huán)利用的主導障礙因素。促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、發(fā)展地區(qū)社會經(jīng)濟、完善基礎設施建設以及提高節(jié)水意識，對實現(xiàn)水資源循環(huán)高效利用具有指導性的意義。結(jié)合圖1及表5，2012-2016年京津冀13市的障礙因子總體變動不大，其中，北京地區(qū)的主導障礙指標為工業(yè)廢水排放量(C14)和排水管道長度(C15)；天津比較明顯的障礙指標是供水總量(C1)和新水取用量(C5)；而河北省的主要障礙因子為工業(yè)廢水排放量(C14)、排水管道長度(C15)、再生水利用量(C20)以及節(jié)約用水量(C22)，具體來說，石家莊、唐山、邯鄲和邢臺的主導障礙因子為排水管道長度(C15)和再生水利用量(C20)，其中，邯鄲和邢臺的主要障礙因子還有工業(yè)廢水排放量(C14)，另外，節(jié)約用水量(C22)對張家口和保定等城市的影響較大，有些指標如居民生活用水量(C10)和污水處理率(C19)等對各個城市的障礙度都較小。

表4 2012年準則層對京津冀城市群水資源循環(huán)利用的障礙度Tab.4 The obstacle degree of water resource recycling in Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration in 2012

2.2.2 準則層障礙因子

通過計算準則層對京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的障礙度，并按主導障礙分為以下4種類型：供水主導型、用水主導型、排水主導型和再生回用主導型。各準則層指標對京津冀城市群水資源循環(huán)利用的障礙度影響各不相同，就北京、石家莊和邢臺而言，用水指標和排水指標的障礙度波動增長，供水指標和再生回用指標的障礙度逐漸下降；天津的供水指標和排水指標的障礙度呈增長趨勢，用水指標和再生回用指標的障礙度呈下降趨勢；而河北其他地區(qū)的供水指標和用水指標的障礙度波動增長，排水指標和循環(huán)利用指標的障礙度逐漸下降。

表5 2012-2016年京津冀城市群各市前三位顯著障礙因子Tab.5 Top 3 significant obstacle factors in the Beijing-Tianjin-Hebei city cluster during 2012-2016

圖1 2012-2016年指標層指標障礙度Fig.1 The index obstacle degree in index layer from 2012 to 2016

2012-2016年部分城市的主導障礙沒有變化，其中，北京、滄州、衡水從2012-2016均為排水主導型，天津五年均為供水主導型，廊坊為用水主導型，保定和唐山均為再生回用主導型，結(jié)合相關計算結(jié)果，說明這些城市單準則層指標對障礙度影響較大且較為持續(xù)。也有部分城市的主導障礙發(fā)生了變化，如石家莊除了2015年為供水主導型，其他均為再生回用主導型，承德為供水主導型和用水主導型，秦皇島、邯鄲、邢臺在2012-2016年主要為排水主導型和再生回用主導型，反映了這些城市受雙準則層指標的影響較大。張家口受三準則層指標的影響均較大，即受供水、再生回用和排水的影響均較大，而用水指標的影響亟待提升。

3 結(jié) 論

京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展在緩解城市群水資源短缺的同時，還可減輕對水環(huán)境的破壞，帶來可觀的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，具有一定的現(xiàn)實意義。將京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)劃分為供水、用水、排水和再生回用4個維度，建立了京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟綜合評價指標體系，使用熵權(quán)法賦權(quán)，有效客觀地確定了指標權(quán)重，避免人為主觀性的影響，實現(xiàn)了京津冀城市群水資源循環(huán)經(jīng)濟障礙因子的診斷與分析。

根據(jù)水資源循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的障礙度，將京津冀城市群分為供水主導型城市、用水主導型城市、排水主導型城市和再生回用主導型城市。北京為排水主導型城市；天津為供水主導型城市；河北省則四種類型均有，且部分城市處于波動變化之中。

工業(yè)廢水排放量、排水管道長度和人均日生活用水量等3項指標是2012～2016年影響京津冀城市群水資源高效循環(huán)利用的主導障礙因素；不同地區(qū)受不同障礙因子的影響，北京的障礙因子主要為工業(yè)廢水排放量和排水管道長度，天津的障礙因子主要為供水總量和新水取用量，河北的主要障礙因子為工業(yè)廢水排放量、排水管道長度、再生水利用量以及節(jié)約用水量。

依據(jù)障礙因子分析結(jié)果，北京和河北的主要城市應嚴格實行工業(yè)污水達標排放，并積極推行污水排放總量控制，降低工業(yè)污水排放量，同時不斷加強管網(wǎng)建設，提高再生水的回收利用率，并在河北的眾多城市中推廣節(jié)水用具，加強節(jié)水教育宣傳力度；對于天津市而言，則應積極促進海水淡化，擴源節(jié)流，提高水資源利用率，降低新鮮水的需求。

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