朝陽市用水結構與產(chǎn)業(yè)結構變化分析

王 凱

(朝陽縣水政監(jiān)察大隊，遼寧 朝陽 122000)

0 引 言

水是保護生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境和支撐經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎資源，近年來經(jīng)濟發(fā)展與水資源供需矛盾日趨突出，水資源短缺、用水效率低、水體污染等逐漸成為制約經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構能夠確保水資源的優(yōu)化配置與合理利用，而合理的用水結構有利于最大化區(qū)域經(jīng)濟效益，因此研究產(chǎn)業(yè)結構與用水結構互動機制，對促進經(jīng)濟社會與水資源的協(xié)調(diào)、穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展意義重大。

對于用水結構與產(chǎn)業(yè)結構國外學者多側重于調(diào)控策略、協(xié)調(diào)性、相關性等方面的研究，如Gallagher等提出產(chǎn)業(yè)結構規(guī)避水資源優(yōu)化配置影響的措施、風險、實現(xiàn)路徑；Mall等探討了水資源與氣候變化的相互關系，并提出實現(xiàn)節(jié)水減排的有效措施是產(chǎn)業(yè)用水結構的改善；Reynaud等結合經(jīng)濟結構與用水需求量的之間關系明確了產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整方向；Granger等利用因果關系檢驗法分析了用水結構與產(chǎn)業(yè)結構的因果關系。國內(nèi)學者多利用系統(tǒng)仿真、灰色關聯(lián)、協(xié)調(diào)控制、線性回歸等模型，研究用水結構與產(chǎn)業(yè)結構物的優(yōu)化調(diào)度、互動演化、耦合協(xié)調(diào)關系，如劉曉霞等[1]以山西省為例，利用變量平穩(wěn)性檢驗法研究了產(chǎn)業(yè)結構與用水結構關系，發(fā)現(xiàn)用水量與第三、第一產(chǎn)業(yè)長期存在均衡關系；唐宏等[2]以烏魯木齊為例，運用系統(tǒng)仿真模型探討了用水結構與產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)控策略；王飛等[3]以皖江城市帶為例，利用灰色關聯(lián)法分析了用水結構與產(chǎn)業(yè)結構耦合協(xié)調(diào)時空差異性；劉珊等[4]以山東省為例，利用集對分析法評價了產(chǎn)業(yè)結構與用水結構兩者的協(xié)調(diào)狀態(tài)；李志等[5]以山東省為例，利用協(xié)調(diào)控制模型計算了產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的協(xié)調(diào)度；云逸等[6]以北京市為例，利用回歸模型分析產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的相關性。

1917年，Grinnell最早提出了生態(tài)位的概念、模型和理論，隨后得到進一步的完善和發(fā)展，因具有便于分析比較、生態(tài)意義明確、計算過程簡潔等優(yōu)點，生態(tài)位測度法被廣泛用于資源學、生態(tài)學、旅游學、城市學等領域。例如，焦士興等[7]對安陽市用水結構利用生態(tài)位理論加以研究，并提出優(yōu)化調(diào)整措施；張狹等[8]探討分析了土地利用的經(jīng)濟生態(tài)位和耕地保護機制的建立途徑；林勇等[9]通過對不同群落生態(tài)位的分析，探討了隨自然恢復生態(tài)位的變化特征；王兆峰等[10]探討了構成產(chǎn)業(yè)集群的生態(tài)位要素，并提出優(yōu)化、特化、泛化生態(tài)位的策略；郭瑞敏等[11]以廣東省為例，結合經(jīng)濟發(fā)展與城市用地關系，提出兩者符合高生態(tài)位的庫茨涅茲曲線特征。然而，結合耦合協(xié)調(diào)度模型和生態(tài)位理論深入分析產(chǎn)業(yè)結構、用水結構的研究較少。鑒于此，文章以朝陽市為例，利用耦合協(xié)調(diào)度、生態(tài)熵、生態(tài)位等模型分析了產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的耦合協(xié)調(diào)度及其生態(tài)位，為促進經(jīng)濟社會與水資源利用的協(xié)調(diào)發(fā)展提供一定指導。

1 研究方法

1.1 生態(tài)熵模型

通過比較區(qū)域用水結構生態(tài)位變化情況能夠辨析具有相對劣勢或優(yōu)勢的用水類型，利用下式構建用水結構生態(tài)熵模型，即：

Qi=ωi/Wi

(1)

式中：Qi為i類用水生態(tài)熵，Qi>1、Qi=1、Qi<1用水生態(tài)位>、=、<上一級同類用水生態(tài)位，即本區(qū)域內(nèi)該類用水處于優(yōu)勢、劣勢和同等地位。用水結構生態(tài)熵與產(chǎn)業(yè)結構類似，可借鑒用水結構生態(tài)熵計算產(chǎn)業(yè)結構生態(tài)熵。按照以下標準劃分耦合協(xié)調(diào)度等級，即0.9

1.2 生態(tài)位模型

區(qū)域不同類型用水的作用程度和地位以用水結構生態(tài)位來反映[12]，其計算公式為：

(2)

式中：ωi為i類用水生態(tài)位，取值區(qū)間為0-1，其值越大則水資源捕獲能力越強，i類用水量越大；Ai與時間尺度有關的量綱轉換系數(shù)，文中取1；Pi為i類用水量在初始年份與研究年份的差值；i值取1、2、3，代表生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水。用水結構與產(chǎn)業(yè)結構生態(tài)位模型類似，可借鑒用水結構生態(tài)位計算產(chǎn)業(yè)結構生態(tài)位。

1.3 耦合協(xié)調(diào)度模型

為了消除各指標間兩級和數(shù)值單位差異引入極差標準化法，將指標層正、負向指標利用正向和負向標準化法進行處理[13-14]。然后結合各子系統(tǒng)指標標準化值計算產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的耦合協(xié)調(diào)度D，即

(3)

2 結果與分析

借鑒2011-2020年《朝陽市水資源公報》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用文中所述公式(1)、(2)計算朝陽市生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水的生態(tài)熵和生態(tài)位，并結合計算結果深入分析。

2.1 用水結構生態(tài)熵與生態(tài)位

2.1.1 生活用水

由圖1(a)可知，朝陽市生活用水生態(tài)熵存在較大波動，喀左縣、建平縣呈波動減少趨勢，而北票市、凌源市和朝陽縣呈波動上升趨勢。北票市生活用水生態(tài)熵年均>1，可見相對其他地區(qū)北票市的生活用水占有率較高；而建平縣(0.638)、喀左縣(0.659)、朝陽縣(0.697)、凌源市(0.766)均<1，較全市平均水平這些地區(qū)的生活用水占有率較低，其中凌源市、朝陽市有所增長，而建平縣、喀左縣呈波動減少的變化趨勢。從變化趨勢上，波動幅度最大和最小的是北票市、朝陽縣，這是由于北票市近年來大力發(fā)展旅游業(yè)和工業(yè)，外來人口波動變化較大且流動頻繁，而朝陽縣具有較為穩(wěn)定的人口數(shù)量。朝陽市生活用水生態(tài)熵與生態(tài)位，見圖1。

(a)生活用水生態(tài)熵

(b)生活用水生態(tài)位

從圖1(b)可知，除建平縣外朝陽市生活用水生態(tài)位均表現(xiàn)出波動上升的變化趨勢。按照從小到大的順序排列年均生活用水生態(tài)為：建平縣(0.056)、北票市(0.085)、朝陽縣(0.096)、凌源市(0.142)、喀左縣(0.263)，其中北票市、朝陽縣的波動上升趨勢較明顯，表明生活用水隨人口規(guī)模的增大以及生活水平的提高呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的變化趨勢；2011-2014年凌源市生活用水生態(tài)位有較大波動，2015-2020年波動減小并逐漸區(qū)域平穩(wěn)；2011-2020年喀左縣波動幅度減小，并最終區(qū)域平穩(wěn)；建平縣生活用水生態(tài)位最低的原因有農(nóng)村剩余勞動力轉移、服務業(yè)和工業(yè)提供就業(yè)崗位較少等，從而降低了該地區(qū)常住人口數(shù)。

2.1.2 農(nóng)業(yè)用水

朝陽市農(nóng)業(yè)用水生態(tài)熵與生態(tài)位，見圖2。由圖2(a)可知，朝陽市農(nóng)業(yè)用水生態(tài)熵存在較大的變化趨勢。按小到大的順序排列年均農(nóng)業(yè)用水生態(tài)熵為：建平縣(0.575)、北票市(0.789)、朝陽縣(1.191)、凌源市(1.259)、喀左縣(1.398)。此外，朝陽縣、凌源市、喀左縣的農(nóng)業(yè)用水生態(tài)熵都>2，表明在全市該地區(qū)農(nóng)業(yè)用水處于相對優(yōu)勢；而建平縣、北票市的農(nóng)業(yè)用水生態(tài)熵<1，表明在全市該地區(qū)農(nóng)業(yè)用水處于劣勢；喀左縣、凌源市和北票市的波動較大，表明該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展呈不穩(wěn)定性，年際農(nóng)業(yè)用水具有較大變化；研究期朝陽縣均>1且基本穩(wěn)定，表明在全市朝陽縣農(nóng)業(yè)用水處于相對優(yōu)勢，農(nóng)業(yè)發(fā)展較穩(wěn)定；2011-2020年建平縣農(nóng)業(yè)用水生態(tài)熵逐年減小，年均下降幅度為8.01%，可見在全市該地區(qū)農(nóng)業(yè)用水地位明顯下降。

從圖2(b)可知，2011-2020年朝陽市農(nóng)業(yè)用水生態(tài)位波動減小且占主導地位。按從小到大的順序排列年均農(nóng)業(yè)用水生態(tài)為：建平縣(0.509)、北票市(0.511)、朝陽縣(0.730)、凌源市(0.812)、喀左縣(0.845)，各市縣均超過0.5且區(qū)域差異顯著?？ψ罂h、凌源市農(nóng)業(yè)用水生態(tài)位均>0.8且整體較高，表明該地區(qū)農(nóng)業(yè)用水所占比例較高，屬于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)；不同年際間北票市、朝陽縣、凌源市農(nóng)業(yè)生態(tài)位波動明顯，其中建平縣的年均下降幅度為5.63%。深入分析，通過秸稈覆蓋、節(jié)水灌溉等措施大大提高了農(nóng)業(yè)用水效率，節(jié)水灌溉率接近45%。

(a)農(nóng)業(yè)用水生態(tài)熵

(b)工業(yè)用水生態(tài)位

2.1.3 工業(yè)用水

朝陽市工業(yè)用水生態(tài)熵與生態(tài)位，見圖3。由圖3(a)可知，朝陽市工業(yè)用水生態(tài)熵存在明顯差異。按小到大的順序排列年均工業(yè)用水生態(tài)熵為：喀左縣(0.338)、凌源市(0.967)、朝陽縣(1.042)、北票市(2.234)、建平縣(2.946)。此外，北票市和建平縣的工業(yè)用水生態(tài)熵都>2，這表明在全市建平、北票市工業(yè)發(fā)展處于全市優(yōu)勢地位，發(fā)展速度較快。從變化趨勢上，2013年后建平縣的工業(yè)用水生態(tài)熵超過北票市，表明建平縣工業(yè)發(fā)展趨勢較好，工業(yè)用水具有顯著優(yōu)勢；喀左縣工業(yè)用水生態(tài)熵<1且最低，表明喀左縣工業(yè)發(fā)展水平較低，工業(yè)用水相對劣勢。

(a)工業(yè)用水生態(tài)熵

(b)工業(yè)用水生態(tài)位

從圖3(b)可知，2011-2020年朝陽市工業(yè)用水生態(tài)位呈波動增大的變化趨勢，從2011年的0.162波動增大至2020年的0.195，各市縣的增加程度有所差異，表明北票市工業(yè)用水量波動增大，工業(yè)發(fā)展較快。按從小到大的順序排列年均工業(yè)用水生態(tài)為：喀左縣(0.061)、凌源市(0.132)、朝陽縣(0.173)、北票市(0.315)、建平縣(0.560)，北票市和建平縣的工業(yè)發(fā)展較快，其他地區(qū)發(fā)展相對緩慢，特別是喀左縣的工業(yè)發(fā)展水平有限，工業(yè)用水量最低。

2.2 產(chǎn)業(yè)結構生態(tài)熵與生態(tài)位

借鑒2011-2020年《朝陽市統(tǒng)計年鑒》、《遼寧省統(tǒng)計年鑒》的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)，利用文中所述公式(1)，(2)計算2011年、2013年、2015年、2017年、2020年朝陽市三大產(chǎn)業(yè)生態(tài)熵和生態(tài)位，如表1。

從表1可以看出，朝陽市三大產(chǎn)業(yè)城不協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)，該地區(qū)以第二產(chǎn)業(yè)為主。各市縣第一、第三產(chǎn)業(yè)占比較小，而第二產(chǎn)業(yè)最大，按從小到大的順序排列年均第二產(chǎn)業(yè)生態(tài)位為：建平縣(0.397)、喀左縣(0.419)、凌源市(0.597)、朝陽縣(0.620)、北票市(0.638)。將各區(qū)縣按照產(chǎn)業(yè)結構生態(tài)位劃分成兩類：①第一產(chǎn)業(yè)生態(tài)位最小、第二產(chǎn)業(yè)生態(tài)位最大，包括北票市、朝陽縣、凌源市，這些市縣的區(qū)位優(yōu)勢明顯，具有優(yōu)良的自然稟賦和產(chǎn)業(yè)基礎條件，所以占主導地位的為第二產(chǎn)業(yè)。第一產(chǎn)業(yè)年均生態(tài)位低于第三產(chǎn)業(yè)，這些地區(qū)依據(jù)宗教文化和山水旅游資源大力發(fā)展了配套服務業(yè)、旅游業(yè)，所以北票市、凌源市、朝陽縣的第三產(chǎn)業(yè)生態(tài)位有較快增速；②第三產(chǎn)業(yè)生態(tài)位最小、第二產(chǎn)業(yè)生態(tài)位最大，包括建平縣、喀左縣，這些市縣的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值所占比例較高，屬于傳統(tǒng)的欠發(fā)達農(nóng)業(yè)區(qū)，加之第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度緩慢、整體水平偏低，所以出于較低位次[17-20]。

表1 朝陽市三大產(chǎn)業(yè)生態(tài)熵與生態(tài)位

朝陽市第三產(chǎn)業(yè)生態(tài)位持續(xù)上升而第一產(chǎn)業(yè)波動下降，各市縣的第二產(chǎn)業(yè)生態(tài)位變化有明顯差異，如表1。對于第一產(chǎn)業(yè)生態(tài)位，建平縣從2011年的0.431不斷減小至2020年的0.227，具有最大的下降幅度；北票市從2011年的0.067減少至2020年的0.035，具有最小的下降幅度；對于第二產(chǎn)業(yè)生態(tài)位，北票市、凌源市、朝陽縣明顯下降，而建平縣、喀左縣呈小幅上升趨勢，可見建平縣和喀左縣工業(yè)發(fā)展速度較快，其他各市縣發(fā)展相對緩慢。對于第三產(chǎn)業(yè)生態(tài)位，北票市具有最大的上升幅度，年均增長幅度達到0.024，凌源市具有最小的生態(tài)位上升幅度，年均增長幅度僅有0.010。北票市的旅游景點較多，所以具有增長幅度最大；凌源市雖然具有豐富的旅游資源，但基礎設施相對落后且開發(fā)深度不足，所以增長率較低。

北票市產(chǎn)業(yè)結構生態(tài)熵具有明顯的空間差異，如表1。對于第一產(chǎn)業(yè)生態(tài)熵，建昌縣、凌源市、喀左縣均>1，而北票市、朝陽縣<1，這是由于建昌縣、喀左縣、凌源市屬傳統(tǒng)產(chǎn)量大縣，具有明顯的發(fā)展優(yōu)勢，與全市相比朝陽縣、北票市處于歷史。對于第二產(chǎn)業(yè)生態(tài)熵，北票市、朝陽縣、凌源市均>1，而建平縣、喀左縣隨逐年增加但仍<1，這表明在全市中建平縣和喀左縣第二產(chǎn)業(yè)地位較低，但工業(yè)化發(fā)展態(tài)勢較快。對于第三產(chǎn)業(yè)生態(tài)熵，各市縣均<1且發(fā)展趨勢不同，其中北票市、朝陽縣不端正增加，表明具有良好的發(fā)展態(tài)勢，凌源市、建平縣、喀左縣的下降幅度較小，凌源市第三產(chǎn)業(yè)生態(tài)熵從2011年的0.955減少到2020年的0.760，具有最大的下降幅度。

2.3 用水結構與產(chǎn)業(yè)結構耦合協(xié)調(diào)度

采用公式(3)計算朝陽市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構協(xié)調(diào)耦合度，朝陽市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合協(xié)調(diào)度，見圖4。由圖4可知，朝陽市第一產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)用水協(xié)調(diào)耦合度呈現(xiàn)出下降(2011-2014年)、上升(2014-2016年)、下降(2016-2020年)的變化趨勢，從2017年的低度協(xié)調(diào)轉變成2020年的中度協(xié)調(diào)。2011-2014年，耦合協(xié)調(diào)度從0.388不斷減小至0.337，這是由于降水量、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的增加和農(nóng)業(yè)用水量的減少，使得此階段兩者達到低度失調(diào)狀態(tài)；2014-2016年，耦合協(xié)調(diào)度從0.337不斷增加到0.357，此階段雖然有所有所增加但還處于低度失調(diào)狀態(tài)，這是由于農(nóng)業(yè)用水和農(nóng)業(yè)產(chǎn)值兩者保持同步增長，所以耦合協(xié)調(diào)度有所增加；2016-2020年，耦合協(xié)調(diào)度從0.357波動減小至0.302，下降趨勢明顯，這是由于2016年后微噴灌技術的不斷推廣應用，進一步提高了農(nóng)業(yè)用水效率，總用水量下降，而農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增加，所以兩者耦合協(xié)調(diào)度在2016年后明顯減小，并最終達到中度失調(diào)水平。

圖4 朝陽市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構耦合協(xié)調(diào)度

朝陽市第二產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)用水協(xié)調(diào)耦合度呈現(xiàn)先增大再減小的變化趨勢，研究期間兩者的耦合協(xié)調(diào)度處于0.3-0.4，總體達到低度失調(diào)水平。2011-2015年，朝陽市工業(yè)用水和第二產(chǎn)業(yè)同步增加，但第二產(chǎn)業(yè)的增速高于工業(yè)用水，雖然耦合協(xié)調(diào)度不斷增大但變化幅度較小。2017-2020年，隨著產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整以及工業(yè)用水效率的提升，朝陽市工業(yè)用水總量呈波動下降趨勢，加之第二產(chǎn)業(yè)值明顯增大，所以2017年后兩者耦合協(xié)調(diào)度雖不斷減小，但仍處于低度失調(diào)水平。

朝陽市第三產(chǎn)業(yè)與生活用水的耦合協(xié)調(diào)度呈波動上升的變化趨勢，2014年從嚴重失調(diào)轉變成中度失調(diào)。朝陽市年均生活用水和第三產(chǎn)業(yè)值增長率為0.8%、9.5%，兩者差距較大，雖然耦合協(xié)調(diào)度不斷增加但仍處于不協(xié)調(diào)狀態(tài)。從變化速度的角度上，2011-2016年兩者耦合協(xié)調(diào)度年均增長率為0.75%，增速較慢；2016-2020年的年均增長率為2.28%，增速較快。2016年，朝陽市大力發(fā)展旅游、金融、信息等現(xiàn)代服務業(yè)，逐步形成了較為完善的現(xiàn)代市場體系，為第三產(chǎn)業(yè)升級轉型提供了有力條件，生活用水量和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值同步增長，兩者耦合協(xié)調(diào)度增加。朝陽市生活用水量將隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展不斷增長，并持續(xù)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)與生活用水的耦合協(xié)調(diào)度也會持續(xù)增大。

3 結 語

1)從用水結構上，朝陽市各市縣用水結構呈現(xiàn)出不同的變化趨勢，且農(nóng)業(yè)用水占主導地位。朝陽市農(nóng)業(yè)用水生態(tài)位波動下降，而生活與工業(yè)不斷上升；其中，生態(tài)熵較大的有北票市生活用水和凌源市、朝陽縣、喀左縣農(nóng)業(yè)用水，以及北票市、建平縣工業(yè)用水。因此，為實現(xiàn)“三生”用水安全，朝陽市應限制高耗水產(chǎn)業(yè)發(fā)展和壓縮農(nóng)業(yè)用水規(guī)模。

2)從產(chǎn)業(yè)結構上，朝陽市三大產(chǎn)業(yè)呈不協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)，以第二產(chǎn)業(yè)為主；朝陽市第三產(chǎn)業(yè)生態(tài)位不斷增加，第二和第一產(chǎn)業(yè)波動減??；北票市、朝陽縣的第一產(chǎn)業(yè)生態(tài)熵和建平縣、喀左縣的第二產(chǎn)業(yè)生態(tài)熵以及各市縣第三產(chǎn)業(yè)生態(tài)較小，其他市縣各較大。對此，朝陽市應優(yōu)化產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結構、加強創(chuàng)新和引進技術、切實改善投資環(huán)境。

3)總體上，朝陽市產(chǎn)業(yè)結構與用水結構的耦合協(xié)調(diào)度處于失調(diào)水平，各市縣具有不同的伐善趨勢。第一產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)用水從低度失調(diào)轉變成中度失調(diào)，第二產(chǎn)業(yè)與工業(yè)用水耦合協(xié)調(diào)度波動減少但仍屬于低度失調(diào)，第三產(chǎn)業(yè)與生活用水從嚴重失調(diào)轉變成中度失調(diào)。鑒于此，朝陽市應通過合理配置水資源、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結構、加大資金技術投入等措施，保障區(qū)域用水安全以及加快循環(huán)經(jīng)濟、高效節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展，為實現(xiàn)水資源與經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供保障。