基于灰色關(guān)聯(lián)的廣東省經(jīng)濟(jì)增長與水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)耦合關(guān)聯(lián)性研究

劉 倩

（1.廣東外語外貿(mào)大學(xué)金融學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.金融開放與資產(chǎn)管理研究中心，廣東 廣州 510006；3.華南財富管理中心研究基地，廣東 廣州 510006）

0 引言

廣東省水資源豐富，2018年水資源總量為1 895.1億m3，地表水資源量為1 885.2億m3，地下水資源量為460.6億m3。廣東省河網(wǎng)密布、臨海，年平均降水量在1 300～2 500 mm，全省平均降水量為1 777 mm［1］，但是全年降水的80%都集中在4—9月的汛期，且地勢復(fù)雜，北部地勢高，南部地勢低，導(dǎo)致廣東省水資源時空分布不均勻。廣東省率先在全國范圍內(nèi)進(jìn)行改革開放，30多年來，其經(jīng)濟(jì)一直在全國各省中首屈一指。2018年廣東省的GDP高達(dá)97 277.77億元，人均GDP為86 412元，高于全國人均水平。但在大家的精力主要集中在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，水資源狀況發(fā)生了重大的變化：由于人類經(jīng)濟(jì)社會活動加劇、全球氣候變化、環(huán)境變化和水污染等因素，導(dǎo)致水資源數(shù)量和質(zhì)量發(fā)生了巨大的變化。隨著人口急劇增加，經(jīng)濟(jì)規(guī)模擴大，廢水大量排放，尤其是工業(yè)廢水和生活廢水，公民節(jié)水意識薄弱，用水效率低下等一系列問題導(dǎo)致廣東省的大部分水環(huán)境受到不同程度的污染，直接影響了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民群眾的正常生活、社會的和諧穩(wěn)定。據(jù)研究［2-3］，水環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間存在顯著的相關(guān)性。但是現(xiàn)有的研究多為水環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展與各水污染監(jiān)測指標(biāo)間耦合作用機理的研究相對較少。用于水質(zhì)評價的方法較多，而灰色關(guān)聯(lián)法計算原理簡單、所需原始性數(shù)據(jù)少、運行簡便且數(shù)據(jù)規(guī)律性明顯［4-6］。灰色關(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論的一個分支，通過對事物間系統(tǒng)因子之間、因子對主行為之間的不確定關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析研究，進(jìn)而挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)部之間的相互作用特征［7］，是環(huán)境影響因素評價常用的方法之一［8-9］，能夠動態(tài)反映兩因素間的趨勢［9-11］?，F(xiàn)階段，廣東省經(jīng)濟(jì)增長和水環(huán)境之間相互影響的關(guān)系尤為密切。因此，有效遏止水污染現(xiàn)象，為保障經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，運用可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代戰(zhàn)略思想對水環(huán)境出現(xiàn)的新情況新問題及時做出分析研究，具有重要的理論和實踐意義。通過研究2006—2018年廣東省水環(huán)境污染變化情況，運用灰色關(guān)聯(lián)分析法分析2006—2018年廣東省經(jīng)濟(jì)增長與水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)之間的關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)模型及研究方法

1.1 灰色關(guān)聯(lián)分析

人們往往用顏色深度來表示系統(tǒng)信息的完整性，灰色系統(tǒng)是指信息不完整、不確定的系統(tǒng)。在客觀世界中，各種因素之間的表現(xiàn)形式是灰色的、不明確的，而且關(guān)系錯綜復(fù)雜［12-13］，這些因素共同作用決定了事物的發(fā)展形態(tài)和趨勢。灰色系統(tǒng)是相對于黑色系統(tǒng)與白色系統(tǒng)而言的，然而世界上絕對的黑色系統(tǒng)與白色系統(tǒng)是很少的，作為實際系統(tǒng)，灰色系統(tǒng)占據(jù)大部分。它是在因子數(shù)據(jù)序列的基礎(chǔ)上，從數(shù)學(xué)角度研究了各因子之間的幾何對應(yīng)關(guān)系，即序列曲線的幾何形狀越接近，它們之間的灰色關(guān)聯(lián)度越大，反之則越?。?1，14］?；疑P(guān)聯(lián)分析步驟如下。

①根據(jù)分析目的確定分析指標(biāo)體系（評價對象），收集分析數(shù)據(jù)，形成原始數(shù)據(jù)矩陣。

②確定參考數(shù)據(jù)列（評價標(biāo)準(zhǔn)）。

③對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理。

本研究采用均值法進(jìn)行無量綱化處理，具體見式（1）。

④逐個計算每個被評價對象指標(biāo)序列與參考序列對應(yīng)元素的絕對差值。

⑤確定最大差值與最小差值。

⑥計算關(guān)聯(lián)系數(shù)。

由式（2）分別計算每個比較序列和參考序列對應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

式中：ζi（k）為第i個評價對象k時刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)；ρ為分辨系數(shù)，ρ∈［0，1］，若ρ越小，關(guān)聯(lián)系數(shù)間差 異 越 大，區(qū) 分 能 力 越 強，通 常ρ取0.5［15］；為兩級最小差，為兩級最大差。

⑦計算關(guān)聯(lián)度。

對各評價對象分別計算其各指標(biāo)與評價標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)的均值，以反映各評價對象與評價標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并稱其為關(guān)聯(lián)度，記為式（3）。

⑧關(guān)聯(lián)度分級，見表1。

1.2 數(shù)據(jù)來源和說明

本文研究數(shù)據(jù)來源于廣東省水利廳《水資源公報》（2006—2018）、廣東省生態(tài)環(huán)境廳《環(huán)境統(tǒng)計公報》（2006—2018）、廣東省統(tǒng)計年鑒（2006—2018）、中國統(tǒng)計年鑒（2006—2018），數(shù)據(jù)處理利用Excel和Origin完成。

在本研究中，COD、氨氮采用其水污染當(dāng)量數(shù)進(jìn)行計算。水污染當(dāng)量指的是根據(jù)污染物或污染物排放活動對地表水環(huán)境的危害程度和處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，建立了測定不同污染物對地表水環(huán)境污染的綜合指標(biāo)或計量單位。水污染物當(dāng)量數(shù)等于該污染物的年排放量除以該污染物的污染當(dāng)量值，見式（4）?；瘜W(xué)需氧量（CODCr）的當(dāng)量值與氨氮的當(dāng)量值分別為1與0.8。

式中：S為污染物當(dāng)量數(shù)，無量綱；Z為廢水年排放量，kg；Q為污染當(dāng)量值，kg。

2 模型應(yīng)用

經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境是一個多層次、受多個因素影響的復(fù)雜系統(tǒng)，選取合適的指標(biāo)可以較好地反映經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境系統(tǒng)的實際發(fā)展水平，選取的指標(biāo)要具有代表性、科學(xué)性、有效性，能夠直接或間接地反映廣東省的經(jīng)濟(jì)和水環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)、兩者間的關(guān)系及研究目標(biāo)的可實現(xiàn)程度。廣東省的GDP增長及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化對水環(huán)境的影響主要涉及工業(yè)廢水排放量、生活廢水排放量及其中所含的COD和氨氮排放量等指標(biāo)［2］。在反映一個地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長情況時，人均GDP比總量GDP更能準(zhǔn)確地反映該地的經(jīng)濟(jì)水平。其次，可以從一個地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整看出區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。筆者結(jié)合廣東省水環(huán)境狀況，選取了能夠代表經(jīng)濟(jì)增長與水環(huán)境重點監(jiān)測的指標(biāo)。圖1和圖2分別為2006—2018年廣東省人均GDP與水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)時序圖和2006—2018年廣東省第二、三產(chǎn)業(yè)GDP所占比重與水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)時序圖。

由圖1可知，2006—2018年廣東省人均GDP呈上升趨勢，由2006年的28 762元增加到2018年的86 412元，增長穩(wěn)定。工業(yè)廢水排放量從2006年的234 713萬t降至2018年的122 500萬t，整體呈下降趨勢，2009—2012年遞減速度十分緩慢，之后開始提速；生活廢水排放量呈現(xiàn)出完全相反的趨勢，由2006年的419 706萬t，增長到2018年的781 547萬t，增幅為86.2%。工業(yè)用水量逐年降低，降幅為26.7%；生活用水量總體呈上升趨勢，增幅為17.5%，2018年生活用水量為1 021 000萬t，工業(yè)用水量為994 000萬t，生活用水量首次超過工業(yè)用水量。2006—2018年生活COD排放量遠(yuǎn)高于工業(yè)COD排放量，并在2011年突然大幅增加，總體呈上升趨勢；工業(yè)COD排放量2008—2015年變化波動不明顯，2016年排放量下降幅度增大，總體呈下降趨勢。2006—2018年工業(yè)氨氮排放量與生活氨氮排放量均先升高后下降，但變化幅度不明顯。

圖1 2006—2018年廣東省人均GDP與水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)時序圖

由圖2可以看出，第二、三產(chǎn)業(yè)GDP占95%以上，2006—2012年廣東省以第二產(chǎn)業(yè)為主，污染排放主要來自工業(yè)，產(chǎn)生了大量工業(yè)廢水。但是隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，廣東省逐漸以第三產(chǎn)業(yè)為主，交通運輸業(yè)、商業(yè)、餐飲業(yè)等行業(yè)大力發(fā)展。第三產(chǎn)業(yè)占比由2006年的43.33%增長到2018年的54.23%。隨著廣東省第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重的升高，用水量、生活廢水排放量也在上升。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化帶來了水環(huán)境污染的變化，在不同的行業(yè)中，污染物排放種類不同，污染排放的強度也是不同的，當(dāng)污染型產(chǎn)業(yè)比重下降或發(fā)展速度降低時，有利于改善環(huán)境質(zhì)量，當(dāng)污染型產(chǎn)業(yè)比重增加或發(fā)展速度水平提高時，污染排放加重，水環(huán)境污染程度也會跟著增加。

圖2 2006—2018年廣東省第二、三產(chǎn)業(yè)GDP所占比重與水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)時序圖

2.1 模型建立

本研究選取人均GDP、第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重作為經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)。環(huán)境系統(tǒng)主要研究水環(huán)境尤其是水環(huán)境污染方面，因此選取工業(yè)廢水排放量、生活廢水排放量、工業(yè)COD排放量、生活COD排放量、工業(yè)氨氮排放量、生活氨氮排放量、工業(yè)用水量、生活用水量等水環(huán)境重點監(jiān)測指標(biāo)為評價對象，見表2。

表2 研究變量的選取

由于系統(tǒng)中各因素的物理意義不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的量綱也不一定相同，不便于比較，或在比較時難以得到正確的結(jié)論。因此在進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析時，一般都要進(jìn)行無量綱化處理。通過計算得到無量綱化數(shù)據(jù)，見表3。

表3 無量綱化數(shù)據(jù)

2.2 模型求解

通過計算將所建立的模型求解，計算出廣東省人均GDP和第二、三產(chǎn)業(yè)GDP占比與各水環(huán)境重點監(jiān)測指標(biāo)間的灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)值，詳見表4。

表4 廣東省經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境重點監(jiān)測指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度

若把灰色關(guān)聯(lián)度roi取最大值，roi=1，說明水環(huán)境指標(biāo)Xi與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Yi關(guān)聯(lián)性最強，兩者變化規(guī)律完全一樣，指標(biāo)與指標(biāo)間耦合作用明顯，roi越大，關(guān)聯(lián)度越強，耦合作用越明顯。從表4中可以看出，廣東省經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)與水環(huán)境重點監(jiān)測指標(biāo)的灰色聯(lián)度在0.527 9~0.912 6，與表1對應(yīng)，大部分處于中等和較強這兩個范圍內(nèi)，說明人均GDP和第二、三產(chǎn)業(yè)GDP占比等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與水環(huán)境重點監(jiān)測指標(biāo)存在中等和較強的耦合作用。為進(jìn)一步探討耦合機制，對關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序，廣東省污染物排放量與人均GDP的關(guān)聯(lián)性由強到弱為：rX2＞rX6＞rX4＞rX5＞rX1＞rX3，rX7和rX8分別為0.646 8和0.767 0；與第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重的關(guān)聯(lián)性強弱為：rX1＞rX4＞rX3＞rX6＞rX2＞rX5，rX7和rX8分別為0.850 9和0.696 8；與第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重的關(guān)聯(lián)性強弱為：rX4＞rX6＞rX2＞rX1＞rX5＞rX3，rX7和rX8分別為0.723 4和0.912 6。

2.3 結(jié)果分析

生活廢水排放量和人均GDP的關(guān)聯(lián)度為0.875 9，耦合作用極強，其次，關(guān)聯(lián)度較強的是生活用水量、生活氨氮排放量和生活COD排放量，從圖1可以看出，2006—2018年廣東省人均GDP呈穩(wěn)步上升趨勢，生活廢水排放量不斷攀升，其主要原因是隨著廣東省城鎮(zhèn)化率的上升，城鎮(zhèn)人口不斷增加，用水量跟著增加，生活污水排放量增大，導(dǎo)致生活廢水中的COD、氨氮含量也跟著增加；工業(yè)廢水排放量、工業(yè)氨氮排放量、工業(yè)COD排放量和工業(yè)用水量與人均GDP耦合作用中等，工業(yè)廢水排放量隨著人均GDP的增加而減少，改革開放以后經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展造成生態(tài)環(huán)境被破壞，水環(huán)境質(zhì)量下降［17］，國家和廣東省政府出臺了一系列節(jié)能減排的措施，制定相關(guān)法律法規(guī)，并對生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，人均GDP逐年增加的同時，工業(yè)用水量逐年減少，工業(yè)廢水中的污染物排放量也大幅減少，大大改善了廣東省的生態(tài)水環(huán)境。

第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重與工業(yè)用水量、工業(yè)廢水排放量的關(guān)聯(lián)度分別為0.850 9和0.761 1，耦合作用屬極強和較強。第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重與生活用水量、生活COD排放量的關(guān)聯(lián)度分別為0.912 6和0.837 3，耦合作用屬極強和較強，與生活廢水排放量、生活氨氮排放量耦合作用較強。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，廣東省逐漸從以第二產(chǎn)業(yè)為主向以第三產(chǎn)業(yè)為主升級，從圖2可以看出，隨著廣東省第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重的升高，生活用水量、生活廢水排放量也在上升。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致了水環(huán)境污染情況發(fā)生變化，在不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，污染物排放的強度是不同的，當(dāng)污染型產(chǎn)業(yè)比重下降或發(fā)展速度下降時，有利于環(huán)境質(zhì)量的提升，當(dāng)污染型產(chǎn)業(yè)比重增加或發(fā)展速度加快時，環(huán)境污染程度也隨之增加。第三產(chǎn)業(yè)基本符合生態(tài)需求，對保護(hù)水環(huán)境起到重要作用，因此通過提高第三產(chǎn)業(yè)比重、發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)來調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，有利于環(huán)境保護(hù)［18］。

3 結(jié)論

根據(jù)以上分析得出以下結(jié)論：

①2006—2018年廣東省工業(yè)用水量逐年減少，降幅為26.7%，生活用水量逐年增加，在2018年反超工業(yè)用水量；生活廢水排放量逐年增加，2018年到2006年的增幅為86.2%，工業(yè)廢水排放量趨勢剛好相反，呈下降趨勢；工業(yè)COD排放量逐年減少，生活COD排放量整體呈上升趨勢；工業(yè)氨氮排放量、生活氨氮排放量先上升后下降，變化趨勢不大。

②生活廢水排放量和人均GDP之間的關(guān)聯(lián)度最大，關(guān)聯(lián)度為0.875 9，耦合作用極強，其次是生活用水量，關(guān)聯(lián)度為0.767 0，工業(yè)COD排放量與人均GDP之間的關(guān)聯(lián)度最小僅為0.614 1。

③第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重逐年下降，第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重逐年上升并在2013年超過第二產(chǎn)業(yè)所占比重。第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重與工業(yè)用水量和工業(yè)廢水排放量關(guān)聯(lián)度最大，分別為0.850 9和0.761 1；第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重與生活用水量、生活COD排放量和生活氨氮排放量關(guān)聯(lián)度分別為0.912 6、0.837 3和0.781 3。

表5為水污染指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)關(guān)聯(lián)性大小排序圖，由大至小排列。

4 建議

針對水環(huán)境現(xiàn)狀和廣東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提出相關(guān)建議。

4.1 實施系統(tǒng)治理修復(fù)，推進(jìn)南粵秀水長清

以水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善為核心，堅持環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)兩手發(fā)力，統(tǒng)籌水資源利用、水生態(tài)保護(hù)和水環(huán)境治理，打造綠色生態(tài)水網(wǎng)。全面統(tǒng)籌規(guī)劃飲用水水源地，加強重要江河湖庫水質(zhì)保護(hù)，持續(xù)推進(jìn)飲用水水源地“劃、立、治”，保障飲用水水源地水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。深化水環(huán)境綜合治理，堅持全流域系統(tǒng)治理，深入推進(jìn)工業(yè)、城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、船舶港口四源共治，推動重點流域?qū)崿F(xiàn)長治久清。加強水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)，開展重要江河、水庫水生態(tài)調(diào)查評估，實施水生態(tài)保護(hù)修復(fù)。加強水資源節(jié)約利用，實施最嚴(yán)格的水資源管理制度，加強生產(chǎn)生活領(lǐng)域節(jié)水改造，強化雨污水資源化利用，健全水生態(tài)流量保障機制。強化陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)美麗海灣，按照貫通陸海污染防治和生態(tài)保護(hù)的總要求，以美麗海灣建設(shè)為目標(biāo)，全面加大近岸海域污染防治力度，強化陸海生態(tài)保護(hù)的統(tǒng)籌聯(lián)動。

4.2 推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綠色升級

加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)綠色化改造，推動產(chǎn)業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展，著力打造一批戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)集群，推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)深度融合發(fā)展，提高經(jīng)濟(jì)質(zhì)量效益和核心競爭力。

優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)體系布局，根據(jù)資源稟賦和環(huán)境容量科學(xué)規(guī)劃、合理布局生產(chǎn)力。繼續(xù)推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，強化能耗、水耗、環(huán)保、安全和技術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)約束，依法依規(guī)淘汰落后產(chǎn)能、化解過剩產(chǎn)能和優(yōu)化存量產(chǎn)能，扎實推進(jìn)“散亂污”企業(yè)整治。推進(jìn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)綠色化改造，構(gòu)建園區(qū)產(chǎn)業(yè)循環(huán)體系，加強園區(qū)能源資源的梯級利用和系統(tǒng)優(yōu)化，促進(jìn)園區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)循環(huán)耦合，全面提高資源產(chǎn)出率。積極推進(jìn)綠色制造，加強產(chǎn)品全生命周期綠色管理，抓好重點行業(yè)綠色化改造，著力提升鋼鐵、石化、紡織、造紙、建材等行業(yè)綠色化水平，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)成為促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎。

繼續(xù)做強做優(yōu)綠色石化、智能家電等十大戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)集群，加快培育半導(dǎo)體與集成電路、智能機器人、精密儀器設(shè)備等十大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群。發(fā)展壯大新一代信息技術(shù)、生物技術(shù)、新能源、新材料、高端裝備、數(shù)字創(chuàng)意、節(jié)能環(huán)保等產(chǎn)業(yè)。推動生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)向?qū)I(yè)化和價值鏈高端延伸，生活性服務(wù)業(yè)向高品質(zhì)和多元化升級，努力構(gòu)建優(yōu)質(zhì)高效、布局優(yōu)化、競爭力強的服務(wù)業(yè)新體系。推進(jìn)現(xiàn)代服務(wù)業(yè)同先進(jìn)制造業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)深度融合。培育壯大服務(wù)業(yè)新經(jīng)濟(jì)，創(chuàng)新發(fā)展并應(yīng)用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新技術(shù)，推動現(xiàn)代新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式在服務(wù)業(yè)中的廣泛應(yīng)用。