蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)關(guān)系時序特征研究

崔賢程，田永靜，黃天寅，陳天羽

（蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

蘇州市位于江蘇省東南部，東接上海，南臨浙江，西抱太湖，北依長江，是長三角都市圈的重要城市[1]。依托有利的地緣優(yōu)勢，蘇州市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。2018年該市GDP達(dá)到18 597.47億元，規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)數(shù)較2007年增長了1 761家，人口流入比例上升，廢水產(chǎn)生量也相應(yīng)增加，給蘇州市水環(huán)境帶來一定壓力。因此，針對蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)之間耦和協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系研究十分重要。

近些年，國內(nèi)外對于城市發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等與水資源耦合協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系開展了大量研究。Yoshikoshi等利用灰色關(guān)聯(lián)法對日本和泰國城市化發(fā)展與地下水環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行研究[2]。Ge Sun對美國城市化發(fā)展與河道水量水質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明城市化的快速發(fā)展對河道水量水質(zhì)存在著一定抑制影響[3]；Thawale等利用修正后的Penman公式分析農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與水資源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系[4]；耿芳等利用耦合協(xié)調(diào)模型對南京市用水效率與經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的不足提出優(yōu)化意見[5]；車忠昆對大連沿海經(jīng)濟(jì)帶6個城市的水資源及城市化水平進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大連市沿海經(jīng)濟(jì)帶城市化與水資源之間的耦合協(xié)調(diào)度總體呈遞減變化[6]。

目前，針對經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)關(guān)系研究中，評價指標(biāo)逐漸豐富、研究區(qū)域逐步增多。然而針對蘇州區(qū)域的研究較為匱乏，同時存在評價指標(biāo)與區(qū)域特點(diǎn)結(jié)合度低的情況?；诖耍疚慕Y(jié)合蘇州市水資源豐富特點(diǎn)，構(gòu)建了蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)評價指標(biāo)體系，利用耦合協(xié)調(diào)模型及灰色關(guān)聯(lián)模型，對2007—2018年蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系進(jìn)行研究，同時探尋蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源改善的關(guān)鍵因素并提出相關(guān)建議。

1 研究方法

1.1 指標(biāo)選擇及數(shù)據(jù)來源

考慮到指標(biāo)使用頻率、指標(biāo)代表性、數(shù)據(jù)可得性以及指標(biāo)之間相關(guān)性影響等條件，根據(jù)規(guī)范性、科學(xué)性和合理性原則[7]，參考現(xiàn)有相關(guān)指標(biāo)研究[8]，從蘇州市經(jīng)濟(jì)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效益3個方面選取包含GDP、固定投資總額、第一產(chǎn)業(yè)、居民可支配收入、工業(yè)企業(yè)利潤總額等12個指標(biāo)反映蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平；同時，依據(jù)環(huán)境指標(biāo)壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型（PRS）[2]，從水資源壓力、水資源水平、水資源保護(hù)3個方面選取11個指——————————標(biāo)，綜合反映蘇州市水資源系統(tǒng)時序特征。在水資源系統(tǒng)二級指標(biāo)選取時，應(yīng)結(jié)合蘇州市富水區(qū)特點(diǎn)，充分考慮本地水資源及出入境水對評價結(jié)果的影響。具體指標(biāo)見表1。

表1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源綜合評價指標(biāo)

本文研究主要數(shù)據(jù)來源2007—2017年《江蘇省統(tǒng)計年鑒》、《蘇州市統(tǒng)計年鑒》、《蘇州市水資源公報》。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)處理

各指標(biāo)數(shù)據(jù)的計量單位以及指標(biāo)類型的不一致，為消除這些差別對評價結(jié)果造成的影響，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱的標(biāo)準(zhǔn)化處理[9]。

式中，i表示年份；j表示二級指標(biāo)項。計算過程中為滿足取對數(shù)的要求，對指標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)平移處理，即：xij''=xij'+0.01。

1.2.2 指標(biāo)權(quán)重

不同評價指標(biāo)對系統(tǒng)影響的程度不同，利用熵值法提取指標(biāo)信息的效用價值確定指標(biāo)權(quán)重[10]。系統(tǒng)的第j項指標(biāo)的信息熵為

相關(guān)指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果見表1。

1.2.3 單項指標(biāo)評價指數(shù)與綜合評價指數(shù)

單項指標(biāo)評價指數(shù)為各二級指標(biāo)坐標(biāo)平移處理后的標(biāo)準(zhǔn)化值與指標(biāo)權(quán)重相乘后求和，用以反映各一級指標(biāo)狀態(tài)。

綜合評價指數(shù)為各單項指標(biāo)評價指數(shù)之和，用以反映系統(tǒng)發(fā)展水平。

1.2.4 耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合是指兩個或兩個以上的系統(tǒng)之間存在相互作用、相互影響的現(xiàn)象，通過耦合度可以反映系統(tǒng)之間的相互作用、相互影響的程度[11]。

耦合度C，通常取值在0~1之間，值越接近1表明系統(tǒng)之間相互作用程度越密切，契合水平越高[12]。

在研究經(jīng)濟(jì)與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平時，耦合度僅能表明兩系統(tǒng)之間相互作用、互相影響程度，難以反映系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的層次水平高低[13]。因此，在研究蘇州市經(jīng)濟(jì)與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展時，引入耦合協(xié)調(diào)度模型，用以反應(yīng)系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展水平。既：

其中，D為耦合協(xié)調(diào)度；C為耦合度；T為經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)協(xié)同效應(yīng)的綜合評價指數(shù)。根據(jù)耦合度D的大小，依據(jù)目前現(xiàn)有的研究，將經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r劃分為協(xié)調(diào)發(fā)展階段、調(diào)和階段、失調(diào)衰退階段3個大類，將協(xié)調(diào)類型劃分為10個小類。見表2[15]。

表2 耦合協(xié)調(diào)度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.5 灰色關(guān)聯(lián)模型分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是統(tǒng)計學(xué)中常用的一種分析方法，主要用來分析系統(tǒng)中各因素之間的密切程度，從而判斷引起該系統(tǒng)發(fā)展變化的主要因素和次要因素，是對系統(tǒng)動態(tài)發(fā)展態(tài)勢的量化比較分析的方法[14]。為了定量評價蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源之間的相互作用關(guān)系，通過建立灰色關(guān)聯(lián)度模型進(jìn)行評價分析。

（1）選擇參考序列、比較序列

選擇2007—2018年經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合指數(shù)為參考序列，記為U經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)=（u1,u2,u3，…，un），水資源水平、水資源壓力、水資源保護(hù)單項指數(shù)分別做為比較序列，記做U水資源水平、U水資源壓力、U水資源保護(hù)。

（2）求出差數(shù)列、最大差值和最小差值

差序列記為Ui-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)=Ui-U經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)（i分別為水資源水平、壓力、保護(hù)），并取其絕對值，M、m分別為差序列中最大值及最小值。

（3）計算關(guān)聯(lián)數(shù)

2007—2018年經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與水資源3個一級指標(biāo)的關(guān)聯(lián)數(shù)計算公式如下

式中，ρ為分辨系數(shù),一般取值為0.5。

（4）求關(guān)聯(lián)度

由于計算所得的關(guān)聯(lián)數(shù)太過分散，為了方便比較，因此采用平均值法處理數(shù)據(jù)，將蘇州市2007—2018年的每一個關(guān)聯(lián)系數(shù)集中于一個值上，即關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)度越大說明兩個一級指標(biāo)之間影響程度越高。

2 結(jié)果分析

2.1 經(jīng)濟(jì)綜合指數(shù)分析

蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合指數(shù)及3個單項指數(shù)的變化過程如圖1所示。由圖1可知，近10年蘇州市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各指數(shù)總體呈上升趨勢，綜合指數(shù)從2007年的0.016上升至2018年的0.502，10年間增長了30倍，在發(fā)展過程中可以分為三個主要階段。

圖1 蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展指數(shù)時序變化趨勢（圖片來源：《蘇州市統(tǒng)計年鑒（2019）》）

第一階段：2007—2009年，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合指數(shù)穩(wěn)步上升階段。該時期，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)穩(wěn)步上升。而經(jīng)濟(jì)規(guī)模指數(shù)于2009年增長放緩，增速由2008年的291%降至20%。究其原因主要由于2008—2009年全球經(jīng)濟(jì)狀況復(fù)雜，進(jìn)出口貿(mào)易總額降低所致。蘇州市2009年進(jìn)出口貿(mào)易額較2008年降低了270.77億美元。

第二階段：2010—2013年，經(jīng)濟(jì)綜合指數(shù)快速增長階段。該時期，蘇州市經(jīng)濟(jì)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效益3個一級指標(biāo)評價指數(shù)同步增長，分別增長121%、107%、59%。該階段蘇州市提出以產(chǎn)業(yè)與環(huán)境優(yōu)勢為根本，以創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型、內(nèi)需為重點(diǎn)，定“三區(qū)三城”建設(shè)和率先基本實現(xiàn)現(xiàn)代化為目標(biāo)，堅定不移調(diào)結(jié)構(gòu)、抓升級，蘇州市經(jīng)濟(jì)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效益均處于上升階段。

第三個階段：2014—2018年，經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)綜合評價指數(shù)增長放緩階段。經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中3個二級指標(biāo)變化各有不同。經(jīng)濟(jì)規(guī)模指數(shù)2014年至2015年增長放緩，2016年指數(shù)出現(xiàn)降低現(xiàn)象。主要是由于二級指標(biāo)中蘇州市固定資產(chǎn)總額、進(jìn)出口貿(mào)易額較2015年分別降低316.95億元、315.92億美元。經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)評價指數(shù)在該階段穩(wěn)步增長，得益于蘇州市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局持續(xù)優(yōu)化。經(jīng)濟(jì)效益評價指數(shù)于2016—2018年快速增長，這與2016年蘇州市全面實現(xiàn)“三去一降一補(bǔ)”目標(biāo)，全年共計關(guān)停、淘汰977家“散亂污”企業(yè)；降低300億元企業(yè)成本；同時，順利完成涉及基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)環(huán)境等111個“補(bǔ)短板”項目，經(jīng)濟(jì)質(zhì)量大幅提升存在一定的關(guān)聯(lián)。

2.2 水資源綜合指數(shù)分析

2007—2018年以來蘇州市水資源系統(tǒng)呈波動上升趨勢，整體情況穩(wěn)中向好，在發(fā)展過程中可以分為二個主要階段（見圖2）。

圖2 蘇州市水資源環(huán)境指數(shù)時序變化趨勢（圖片來源：《蘇州市統(tǒng)計年鑒（2019）》）

第一階段：2007—2013年，在水資源水平、水資源壓力、水資源保護(hù)3個子系統(tǒng)共同作用下，水資源系統(tǒng)綜合評價指數(shù)波動幅度小，整體較平穩(wěn)。水資源水平指數(shù)呈下降趨勢，主要原因在于蘇州市亞熱帶季風(fēng)氣候，年際間降水差異大。此階段最大降雨年份為2009年，全市平均降雨量為1 286.3 mm，折合降水總量為109.2億m3，最小降雨年份為2013年，全市面平均降雨量為1 006.7 mm，折合降水總量為85.46億m3，相差23.74億m3。同時段，水資源壓力指數(shù)也在波動下降，年耗水量、萬元GDP用水量、人均生活用水量呈現(xiàn)逐年降低趨勢。2008—2013年間，受太湖藍(lán)藻爆發(fā)事件影響，水資源保護(hù)逐步加強(qiáng)，水資源保護(hù)指數(shù)穩(wěn)步上漲。

第二階段：2014—2018年，水資源系統(tǒng)綜合評價指數(shù)雖有波動，但總體呈增長態(tài)勢。這一時期，水資源水平主要受降雨影響波動較為明顯，2016年折合降水總量達(dá)141.2億m3，為近10年最高值。水資源壓力、水資源保護(hù)指數(shù)較為穩(wěn)定，這主要有利于工業(yè)廢水排放量、萬元GDP用水量的大幅下降，分別由2014年的61 442萬t、63.2 t降至2018年的39 730萬t、52.2 t，降幅達(dá)139%和55%。同時，水環(huán)境治理取得明顯成效，水功能達(dá)標(biāo)區(qū)由2014年65.1%上升到2018年的87.5%。

2.3 蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)耦合發(fā)展時序分析

表3列出了2007—2018年蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)變化時序結(jié)果。

表3 蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度時序變化情況

（1）經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)耦合度

除2007年外，其余年份經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)耦合度均高于0.8，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)之間耦合程度較高。受太湖藍(lán)藻爆發(fā)事件影響，2007年蘇州市水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率僅26.88%，為近10年最低值。同年，蘇州市萬元GDP用水量為131 t，遠(yuǎn)高于近10年平均水平，使得水資源系統(tǒng)承受了巨大壓力。因此，2007年蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)耦合度較低，僅為0.496。2008—2018年間，隨著蘇州市經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，年供水總量增多，工業(yè)廢水排放量增加，使蘇州市水資源系統(tǒng)承受壓力。但生活污水處理率提高、工業(yè)廢水處理量逐年增加、人均生活用水量降低，在一定程度上緩解了蘇州市水資源壓力。此期間，蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)之間相互作用，使得兩者之間耦合程度較高。

（2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度

兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)情況大體上分為兩個階段。第一階段：2007—2009年，經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分別為0.351、0.466、0.543，耦合協(xié)調(diào)度逐漸增大，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)之間關(guān)系逐漸改善，兩系統(tǒng)由失調(diào)衰退階段向調(diào)和階段轉(zhuǎn)變。第二階段：2010—2018年，兩系統(tǒng)逐漸由初級耦合協(xié)調(diào)向良好耦合協(xié)調(diào)方向發(fā)展。此階段經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，GDP由9 228.21億元升至18 597.47億元，社會消費(fèi)品零售總額增加3 040.8億元，固定資產(chǎn)投資持續(xù)增加，居民可支配收入同步增長。同時，蘇州市加大對水資源保護(hù)力度，增加水環(huán)境治理投資，生活污水處理率穩(wěn)定在95%以上，2018年水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率較2010年增長了73%，水資源水平較前期亦有提升。

2.4 灰色關(guān)聯(lián)分析及定位發(fā)展要素

灰色關(guān)聯(lián)度分析可助力精準(zhǔn)定位經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵性要素[15]，如表4所列，水資源保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)程度最高，表明水資源保護(hù)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最主要因素。同時水資源水平和壓力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)度大于0.5，表明了水資源水平和壓力在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中也不容忽視。

2018年蘇州市的水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率為80.7%，相比于杭州市的水功能達(dá)標(biāo)率96.2%還有很大差距。地表水質(zhì)污染以富營養(yǎng)化為主要特征，主要污染物為總氮和總磷。如圖3所示，2018年蘇州市工業(yè)廢水排放量達(dá)3.9億m3,工業(yè)化學(xué)需氧量、氨氮產(chǎn)生量高達(dá)366 222 t和22 179 t，盡管污染物治理削減率達(dá)93%，但仍有23 045 t工業(yè)化學(xué)需氧量和1 537 t氨氮排放到環(huán)境水體中，分別是同期杭州市排放量的2.2倍和5.0倍。由此可見，蘇州市的水資源保護(hù)存在進(jìn)一步提升的空間。鑒于當(dāng)前的污染物削減水平已超過90%，僅提高廢水治理率并不能有效改善水環(huán)境現(xiàn)狀，因此，加大水資源的利用效率，減少工業(yè)廢水排放總量可有效改善水環(huán)境質(zhì)量。

圖3 蘇州市工業(yè)廢水排放污染物情況（2018年）

由表4可知，經(jīng)濟(jì)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)效益、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)亦均對水資源系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響，其中經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與水資源系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)度高達(dá)0.813，是影響水資源系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的最關(guān)鍵因素。

表4 蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)和水資源環(huán)境系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度

經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對水資源發(fā)展影響最大，為使水資源系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定發(fā)展，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。發(fā)達(dá)國家“三二一”產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)黃金比例約為61∶36∶3[10]，而蘇州市2018年“三二一”產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)占比為50.8%、48.0%、1.15%，同發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局相比存在一定差距。

進(jìn)一步細(xì)化工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)（見圖4），2018年蘇州市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)（不包含電力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)）用水量為8.11億m3,除計算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造業(yè)外，紡織業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、造紙和紙制品業(yè)為另四大主要用水行業(yè)，四者用水量總計占比達(dá)55%，但其工業(yè)總產(chǎn)值之和為6 243億元，貢獻(xiàn)率僅為18.72%。說明蘇州市第二產(chǎn)業(yè)中高水耗、高污染、低附加值的企業(yè)占比仍然偏高。因此，蘇州市應(yīng)持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局，以建設(shè)高科技產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)城市為目標(biāo)，制定相應(yīng)政策，調(diào)整產(chǎn)業(yè)供給與需求結(jié)構(gòu)，扶持高技術(shù)、高附加值、低水耗的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

圖4 蘇州市2018年高用水行業(yè)與工業(yè)產(chǎn)值貢獻(xiàn)情況

3 結(jié)論

（1）蘇州市經(jīng)濟(jì)綜合指數(shù)2007—2017年持續(xù)增長，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平總體上穩(wěn)中向好；蘇州市水資源系統(tǒng)綜合指數(shù)波動增長；蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源系統(tǒng)耦合度較高，在經(jīng)歷2007—2009年3年的失調(diào)衰退階段和調(diào)和階段發(fā)展后，于2010年邁入?yún)f(xié)調(diào)發(fā)展階段，且協(xié)調(diào)發(fā)展水平逐年增高；

（2）水資源保護(hù)是影響蘇州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)的最主要因素，加大水資源保護(hù)力度是經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)發(fā)展的重要措施。同時，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對水資源發(fā)展尤為關(guān)鍵，蘇州市應(yīng)通過制定相應(yīng)政策、調(diào)整產(chǎn)業(yè)供需結(jié)構(gòu)、扶持新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展等措施優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局。