山西省水资源约束下的产业结构分析

杨丽霞,刘　妞,仇亚琴

(1.山西省水利水电科学研究院,山西 太原　030002; 2.华北水利水电大学,河南 郑州　450011;3. 中国水利水电科学研究院,北京　100038)

山西省水资源约束下的产业结构分析

杨丽霞1,刘妞2,3,仇亚琴3

(1.山西省水利水电科学研究院,山西 太原030002; 2.华北水利水电大学,河南 郑州450011;3. 中国水利水电科学研究院,北京100038)

摘要：利用相关分析理论、灰色系统理论研究产业结构与其用水量之间的定量关系,同时得出如下结论:在水资源约束下,应积极稳步推进第二产业发展,但需淘汰和优化以能源产业为主的高耗水型重工业结构;大力推进第三产业的发展;调整农业结构,限制或适当压缩第一产业的发展,是山西省产业结构与水资源协调发展的方向。

关键词：水资源;产业结构;相关分析;山西省

山西省是全国缺水最为严重的省份之一,山西省多年平均水资源总量为123.8亿m3,占全国水资源总量的0.46%。人均占有水量为381m3,不及全国平均水平的1/5,亩均占有量为239 m3,仅为全国平均水平的13%。

随着经济持续高速增长,产业规模和经济实力大幅度提高,对资源和能源的需求不断加大,环境压力也在持续增加,资源和环境的约束已成为经济进一步发展的重要制约。水资源的稀缺性是制约产业发展的重要瓶颈,随着水资源的日益消耗,人们逐渐意识到经济发展不能过度依赖于水资源,需要改变经济发展模式,走集约化发展道路。因此,研究水资源约束的地区产业结构及其与用水之间的关系,对地区水资源的科学合理配置利用以及产业布局发展非常必要。

目前我国在产业结构及其用水方面的研究很多,如云逸等[1]基于北京市产业结构及用水数据建立了两者的偏最小二乘线性回归模型,分析了北京市产业结构及其与用水之间的相关性。孙爱军等[2]利用回归分析理论研究三大产业结构产值构成与其用水构成的量化关系,分析产值构成变化所引起的用水比例的变化。雷社平等[3]利用相关分析理论和方法,系统地研究了北京市产业结构与用水量之间存在的高度相关关系,得出在水资源约束下发展第三产业,调整第二产业的观点。刘晓霞等[4]利用变量平稳性检验、协整检验及Granger因果关系检验,研究了山西省三次产业结构及用水结构的变动关系。

笔者利用相关分析理论方法和灰色关联理论对山西省产业结构及其用水进行了相关性及关联性分析,得出了山西省产业结构及其与用水的关系,提出山西省今后发展的重点方向的建议,以期为推动地区产业结构调整和优化升级、完善和发展现代主导体系以及水资源的开发利用、优化配置等提供参考。

1研究方法

1.1　相关分析理论

相关关系是事物在各自的发展、变化过程中所表现出来的一种相随变动的关系或趋势,是一种统计关系。一般情况下,当2种要素之间为线性相关时,即是研究它们之间的相关关系是否密切以及2种要素之间相关的正负性。设X和Y为2种要素, 对X,Y的样本观测值(Xi,Yi)(i=1, 2,…,n), 可以有相应的样本相关系数:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

其中

从这一理论出发,若以产业结构的调整与发展为自变量,以用水量结构为因变量,通过相关系数的测定,可以发现各产业与用水量的相关程度,以及对水资源的依赖程度,以此寻求产业的发展方向,为实现水资源的优化配置提供理论依据。

1.2　灰色系统理论分析方法

灰色系统理论是通过一定的方法梳理各种因素间的主要关系,找出影响最大的因素,把握矛盾的主要方面,这种影响程度表明有关系统之间或系统内部各因素之间的关联性。关联性大小的度量即为关联度,关联度分析是对一个系统发展变化态势的定量描述和比较。其评价步骤如下[6]:

b. 计算关联系数。对于特定因素和其他因素序列均值化后的数据X0,X1,X2,…,Xn,可按下式计算Xi与X0在k时刻的关联系数:

(6)

式中:εi(k)满足0<εi(k)<1,εi(k)越接近于1,关联性越好;ρ为分辨系数,即在于提高灰色关联系数之间的差异显著性,ρ∈(0,1),一般取ρ=0.5。

c. 计算关联度,得出综合评价结果。在求得关联系数的基础上,求出系统中诸因素的关联度。

(7)

2山西省产业结构、用水量及其变化

2.1　山西省产业结构及其变化

根据山西省统计年鉴资料分析,2012年山西省第一产业、第二产业和第三产业分别占国民生产总值的5.8%、55.6%和38.6%。山西省产业结构的“二三一”特征比较明显,第一产业比例明显偏低,第三产业份额相对不足;与全国相比,第一产业构成低于全国4个百分点;第二产业构成高于全国10个百分点;第三产业构成低于全国6个百分点。

表1为2000—2012年山西省产业结构变化。从表1可看出,2000年以来,山西省三次产业结构走过了“第一产业逐步下降,第二产业逐年上升,第三产业在波动中呈下降趋势”的渐变历程。第一产业占国民生产总值比值从2000年的9.7%降至2012年的5.8%;第二产业的比例从2000年的46.5%上升至2012年的55.6%;而第三产业从2000年的43.8%降至2012年的38.6%,下降了约5个百分点,远低于第二产业所占的比重。

表1　山西省产业结构变化

2000年以来山西省工业结构趋向重工业化,重工业增加值比重在工业结构中逐年提升,而轻工业增加值所占比重则呈下降趋势,工业结构趋向重型化,具体数据见表2。在工业产业布局中,山西省是以能源和原材料工业为主体的重型工业结构,煤炭开采和洗选业、黑色金属冶炼及压延加工业以及石油加工、炼焦及核燃料加工业分别占工业总产值的38%、16%和12%。

表2　典型年份工业结构分析

2.2　山西省用水量及其变化

用水量是指各类用水户取用的包括输水损失在内的毛水量,按生活、工业、农业、生态环境四大类用户统计,不包括海水直接利用量。

根据山西省水资源公报,2012年山西省城镇和农村居民生活用水占12.0%,生产用水占82.9%,生态与环境补水占5.1%。在生产用水中,第一产业用水(包括农田灌溉用水、林牧渔用水和牲畜用水)占58.2%,第二产业用水(包括工业用水和建筑业用水)占21.1%,第三产业用水(包括商品贸易、餐饮住宿、交通运输、机关团体等各种服务行业用水量)占3.6%，见图1。

图1　山西省用水组成

2000年以来,山西省总用水量见表3,总体呈缓慢上升趋势,其中生活和生态环境用水呈持续增加态势,而第一产业用水量呈现增长趋势,第二产业用水呈现波动变化,第三产业用水量基本维持不变。第一产业和第二产业用水量占总用水量的比重呈下降趋势,分别由2000年的62.2%和23.7%降到2012年的58.2%和21.1%；第三产业用水量占总用水量的比重略有上升，由2000年的3.4%上升到2012年的3.6%。居民生活用水和生态环境用水比例逐步提高,居民生活用水由2000年的10.6%提高到2012年的12.0%，生态环境用水由2003年的0.05%提高到2012年的5.1%。

表3　山西省用水量变化情况　亿m3

3结果分析

3.1　产业结构与用水结构的相关性分析

将用水量记为Y,各产业用水量百分比记为Yi(i=1,2,3),同样记X为各产业在GDP中所占比重,有Xi(i=1,2,3),在山西省产业结构及其用水现状分析的基础上,根据上述的相关分析理论和整理数据探讨产业结构构成与用水构成的关系,以充分认识产业结构调整与需用水之间的内在规律及其变化趋势。

3.1.1 第一产业用水结构的相关度分析

山西省第一产业产值构成与第一产业用水量构成的相关度,根据

计算得r1=0.84,b=1.03,a=-56.35。

回归方程为

山西省第一产业产值构成与其用水量构成比重属于正相关,且是高度相关,即说明山西省第一产业产值比例决定着其用水比例,它是影响第一产业用水比例最主要、关键的因素。由回归方程可以得出,山西省第一产业在GDP结构所占比重每降低1%,其相应的用水比例将降低1.03%。第一产业是山西省的用水大户, 2000—2012年第一产业平均每年用水占总用水量的60.6%,而第一产业产值占地区生产总值比重只有6.7%。这说明农业较其他产业发展缓慢,产值不高,用水量大,用水效率低下。因此,山西省农业发展应以节水作为主导方向,需进一步优化农业结构、由传统农业向现代农业转变,提高农业用水效率,同时将部分水资源转移到其他产业,实现水资源的高效配置。

3.1.2第二产业用水结构的相关度分析

同理计算得:r2=-0.08

山西省第二产业产值构成与其用水量构成属于微相关,且呈负相关关系,这表明随着产值比重的增加，相应的用水量比重呈减少趋势,且第二产业产值比重与其用水比例的相关关系很弱。主要原因是近年来工业结构的调整、工业节水技术、技改项目的实施及管理水平的进步提高了水的利用效率,使工业单位产值补充新水量减少。从2000—2012年产业构成及其用水构成看,第二产业产值构成逐年增加,平均每年增长0.70%,用水量比重却呈减少趋势,平均每年降低0.20%。由此说明山西省采取多项工业节水措施取得了一定的成效,如电力、冶金行业通过间接冷却水的循环使用、原水预处理、污水处理回用以及改革工艺设备等节水技术,工业用水重复利用率逐年提高,冶金行业从2000年的88.6%提高到92.0%,电力行业从2000年的97%提高到99%，煤炭焦化行业采取净化软化技术,坑矿水及废水回收利用水平逐年提高。

3.1.3第三产业用水结构的相关度分析

同理计算得:r3=0.67

山西省第三产业产值比例与其用水结构的关系属于显著相关,且接近于0.8,这说明第三产业产值比重会逐渐成为影响其用水比例的最主要的因素,在发展第三产业的同时,也需对其用水结构进行优化。从全省2000—2012年产值及其用水比重平均情况来看,第三产业用水仅占总用水量的3.4%,远低于第一产业和第二产业用水量,但其产值构成比重却达到了39.4%。在水资源约束下,大力发展第三产业对水资源压力比较小。因此,在大力发展第二产业的同时,应积极稳步推进第三产业的发展,保持其稳定高效的增长率,将是山西省在水资源约束下经济发展的基本格局。

3.2　产业结构及其用水量的灰色关联度分析

对山西省2000—2012年各产业产值及产业用水量原始数据初始化后,计算各产业灰色关联度系数,所得结果如表4所示。

表4　灰色关联矩阵R计算结果

从矩阵R所有因素分析结果可知,r22=0.62,r33=0.54,r44=0.57分别为第一产业、第二产业、第三产业产值与用水量的关联度,且有r22>r44>r33,这表明第一产业产值与其用水量的关联度最高,即在相同的增长率下,农业所需的水量最高,反映出全省农业节水潜力还很大;第三产业次之,工业最低,并且工业与第三产业与其用水量的关联度相差不大,以较少的用水就可获得较高的产值。

矩阵R以行进行分析,表4中Ri(i=1,2,3,4)分别为总产值、第一、第二、第三产业产值对其用水量的综合关联度，其值越大,表明对产业用水的影响越显著,且是关键因素。从计算结果可知,R2>R1>R4>R3,第一产业产值对产业用水的关联度最高,表明农业产值对产业用水具有较强的依赖性;第三产业产值对产业用水的关联度次之,第二产业关联度最小。

矩阵R以列进行分析,表4中Rj表明第j产业用水量对各产业产值的综合关联度,其值越小,表明用较少的水就能得到很好的产值收入,该产业是地区经济发展的优势因素。从计算结果可知,R2>R3=R4>R1,表明第二产业和第三产业是山西省经济发展的优势产业,农业发展潜力最小。由此可知,在山西省水资源约束下,今后全省产业发展的顺序应该是大力发展第二产业和第三产业,限制或适当压缩第一产业的发展规模。

4结论

在水资源约束下,需要进行产业结构的调整以实现经济的可持续发展。通过应用相关分析法和灰色关联分析理论对山西省产业结构及其用水进行分析,得出以下结论并提出相应的建议:

a. 山西省第一产业产值构成与其用水构成比重高度相关,第一产业在产值增加、产业构成下降的情况下,对产业用水量影响很大,山西省第一产业在国民生产总值所占比重每降低1%,其相应的用水比例也将降低1.03%;第二产业产值构成与其用水量构成属于微相关且呈负相关关系,第三产业产值构成与其用水构成比重均属于显著相关,两者相关关系均较第一产业弱。

b. 第一产业产值与其用水量及产业总用水量的关联度均最高,表明农业产值对产业用水具有较强的依赖性,发展潜力最小;第三产业产值对产业用水的关联度次之,第二产业关联度最小,第二产业和第三产业是山西省经济发展的优势产业,能以较少的用水获得较高的产值。

c. 在水资源约束下,山西省今后应积极稳步推进第二产业,但需转变以能源、原材料生产为主的高耗水型重工业结构,以科技为支撑实施产业链的延长、升级、优化工业结构;大力发展第三产业,其产值高,对日益紧张的水资源压力小,但同时应加强第三产业的节水措施;维持或缩小第一产业的发展,调整农业种植结构,合理搭配各种作物,发展节水型农业,提高水资源利用效率,促进农业经济持续健康的发展。

山西省产业用水系统复杂,既要对水资源优化配置,又涉及产业结构的调整升级。在全省水资源禀赋差的约束下,在产业结构调整

的同时,重点应放在产业内部结构的调整和节水方面。一方面需要通过技术进步和节水技术促进用水效率的提高以及加大工业用水的重复率;另一方面为保证农业生产的安全,需建立合理的补偿机制、加大农业节水投入,形成第一产业节约用水向第三产业和高效益的第二产业流动,防止第二产业和第三产业挤占第一产业的合理用水。因地制宜,积极推动产业结构调整,切实加强水资源总量控制和定额管理,以缓解山西省水资源压力。

参考文献：

[1] 云逸,邹志红,王慧文.北京市用水结构与产业结构的成分数据回归分析[J].系统工程,2008,26(4):67-71.

[2] 孙爱军,胡永法.产业结构与水资源的相关分析与实证研究：以淮安市为例[J].水利经济,2007,25(2):18-27.

[3] 雷社平,解建仓,阮本清.产业结构与水资源相关分析理论及其实证[J].运筹与管理，2004，13(1):100-105.

[4] 刘晓霞,解建仓.山西省用水结构与产业结构变动关系[J].系统工程,2011,29(4):45-52.

[5] 潘文卿. 中国经济增长中的产业结构演进研究[D]. 北京:中国人民大学,1999.

[6] 邓聚龙.灰色系统理论教程[M].武汉:华中理工大学出版社,1992.

中图分类号：F062.1

文献标识码：A

文章编号：1003-9511(2015)05-0004-04

DOI：10.3880/j.issn.1003-9511.2015.05.002

作者简介：杨丽霞(1973—),女,山西霍州人,教授级高级工程师,工程硕士,从事农田水利工程研究。E-mail:ylxsx163@163.com

基金项目：水利部公益性行业科研专项经费项目(201301001);国家自然科学基金(51021066,50939006,51209224)；流域水循环模拟与调控国家重点实验室自主项目(2013ZY02,2013QN02)；水利部948项目(201422)；山西省水利项目(201416)