水资源和水环境约束下的产业布局优化研究——以铁岭市为例

邬娜，傅泽强*，吴佳，谢园园，迟明慧

1.环境基准与风险评估国家重点实验室,中国环境科学研究院，北京 100012 2.中国环境科学研究院清洁生产与循环经济研究中心，北京 100012 3.中国环境科学研究院环境保护河口与海岸带环境重点实验室，北京 100012



水资源和水环境约束下的产业布局优化研究
——以铁岭市为例

邬娜1,2，傅泽强1,2*，吴佳1,2，谢园园1,2，迟明慧3

1.环境基准与风险评估国家重点实验室,中国环境科学研究院，北京 100012 2.中国环境科学研究院清洁生产与循环经济研究中心，北京 100012 3.中国环境科学研究院环境保护河口与海岸带环境重点实验室，北京 100012

基于水生态功能对产业布局的约束机制，将水生态约束分解量化为水资源约束和水环境约束，构建了涵盖水资源、水环境本底因素和产业布局对水资源、水环境产生的胁迫因素在内的水生态约束分区指标体系，提出了水生态约束分区方法。以铁岭市为例，进行水生态约束分区区划，最终将铁岭市划分为水资源约束高-水环境约束高、水资源约束中-水环境约束中、水资源约束低-水环境约束高、水资源约束低-水环境约束中、水资源约束低-水环境约束低等5种水生态约束分区类型，并提出了不同类型区限制、改造、鼓励的产业类型以及产业发展重点等产业布局优化的对策。

水生态约束；水环境；水资源；产业布局；优化；铁岭市

水是维持生态系统新陈代谢和人类社会可持续发展的重要支撑。随着经济的快速发展，水资源消耗量、废水及废水污染物排放量都在持续增加，导致水量供需矛盾突出，水质恶化和水生态功能退化等诸多问题[1]，且这些问题已成为地区产业发展的主要约束性因素[2-4]。

总体来看，水生态对于产业发展的约束作用具体表现在水环境约束性和水资源约束性2个方面。水资源约束性表征水资源供给能力对区域开发的限制性影响，指在一定的水量、水生态目标下，基于水资源承载能力而形成的对区域开发规模、强度的限制[5-7]。水环境约束性表征水环境的构成、使用功能及相关自然人文因素对区域开发的限制性影响，是指在一定的水质水量目标下，基于水体自净和环境纳污能力维护而形成的对区域开发排污行为的限制[8-10]。目前，学者们已经聚焦对生态承载力的研究，但多数关注的是资源或者环境承载力等单一要素对产业布局的影响，考虑水资源、水环境双重约束的仍较少。如杨连云在分析京津冀主体功能区划的基础上，提出重点发展区、限制发展区等对产业布局的具体要求，指出主体功能区划应成为未来京津冀产业布局优化的重要依据[11]。Sun等[12]以江苏省为例提出水环境协调约束分区方法，划分了高压敏感区、高压低敏感区、低压高敏感区和低压低敏感区等4类水环境功能区，据此提出了产业布局的调整方案。Zhang等[13]采用二维环境容量模型计算了黄河兰州段水环境容量，并在工业污染源分析的基础上提出了兰州市的产业布局优化要以水环境容量为约束的思路。

产业布局优化是关系经济社会可持续发展的关键问题，其目的是寻求各产业空间组织的最佳形式和一般规律，是将资源环境要素在不同地域、不同产业之间有效配置以实现经济、社会、生态效益最大化[14-15]。产业布局作为经济发展的一个重要方面，其合理性表现在产业布局模式的经济效益与生态承载力的相互协调[16-17]。近年来一些学者开始开展研究，建立产业发展与资源环境的关系，但多数学者是以区域水资源、能源、土地资源、水环境、生态环境等单要素承载力建立与产业发展的关系，且多建立与经济规模、产业结构的关系，并多用以指导经济总量调控和产业结构的调整，较少涉及对产业布局的优化。如陈燕评价了嵩明县的环境承载力并据此分析了不同乡镇工业布局的适宜性，建立了环境承载力与工业布局的关系，但未提出具体的布局优化措施[18]。针对产业布局优化的研究多是采用GIS技术评价现有产业布局的生态适宜性，然后提出相应的调整措施。如章建豪等[19]采用GIS技术构建了常州市天宁经济开发区包括资源产出、经济产出等指标在内的产业布局合理性评价指标体系，为未来的产业布局规划提供借鉴。

目前关于水生态(环境)分区的研究多以水体本身为分区对象，分区结果多用于水体的生态保护和恢复，采用的指标多为环境本底因子，较少关注水陆空间联系以及水生态对区域产业布局的约束，也缺乏产业布局对水生态胁迫作用的考虑，对区域产业布局优化的指导作用有限。笔者在充分考虑水生态与产业布局耦合关系基础上，构建了涵盖水资源、水环境本底因素，以及产业发展对水资源、水环境的胁迫因素在内的水资源和水环境约束分区指标体系。并将研究成果应用于辽河流域、辽宁中部城市群重要城市——铁岭市的产业布局优化中，研究成果不仅有利于指导该地区的产业布局优化，同时对恢复水生态系统，节约水资源，改善水环境质量，促进区域、流域可持续发展具有重要的现实意义，为流域、区域的产业布局优化提供理论和方法借鉴。

1 研究方法

1.1 指标体系构建

水生态对于产业发展的约束作用表现在水环境约束性和水资源约束性2个方面。水环境约束性一方面是指水环境的本底因素对产业发展的约束，本研究中主要是指流域水体纳污能力的大小及容量大小，纳污能力越小，水环境敏感性越强，对污染产业布局的约束越高，主要选用COD容量和氨氮容量来表征；另一方面是产业发展对水环境产生的压力，现状产业发展对水环境的压力越大，水环境对未来产业发展的约束性也越强，主要选用建设用地比例，单位GDP废水排放量，单位GDP的COD、氨氮排放量等指标表征。

水资源约束一方面是体现天然水资源量对产业发展的约束，采用水资源可利用量指标表示；另一方面表征人类活动对水资源的胁迫作用，主要表现在人类经济活动对水资源的利用方面，水资源约束越大，越要控制人类活动强度，调整产业布局方式。在指标选择上，包括万元GDP用水量、工业用水重复利用率、水资源利用强度。通过水环境和水资源协同约束作用的综合分析，构建基于水生态功能的约束分区，作为制定差别化产业准入条件与产业发展政策、产业布局优化的基础。

指标体系中指标权重的确定主要考虑差异性和重要性，对于水环境约束性指标主要考虑其可修复性和替代性，而对于水资源约束性指标主要考虑导向性。为了使结果更为准确和科学，将层次分析法和熵值法相结合确定各指标权重(表1)。

表1 水资源和水环境约束分区指标体系

注：水资源利用强度=用水量水资源量。

1.2 数据标准化

水环境约束性和水资源约束性评价指标的量纲与单位不同，直接使用收集到的数据无法计算，为此，必须对其进行规范化和同趋化处理。由于指标体系涉及正负指标，选用阈值法对指标进行无量纲化，其公式如下：

xij′=(minij-xij)(maxij-minij)

(1)

式中：xij为第i个被评价对象的第j个指标的原始数据；xij′为极值法处理后的标准化数值; maxij为第j个指标的最大值；minij为第j个指标的最小值。

对水资源约束起负向作用的指标，指标值越小，水资源约束性越高，该类指标的处理方法为xij′=(minij-xij)(maxij-minij)，-1

1.3 评价单元

水环境约束性评价主要选取流域单元。根据区域的地形图、遥感影像图和水环境功能区划图等划分流域单元。水资源约束性评价主要选择水资源利用相关指标，考虑到指标的可获性，主要选取区域市、区和县(县级市)行政单元来评价。首先根据水环境约束性评价得出水环境的约束分区，再根据水资源约束性评价得出水资源的约束分区，最后通过GIS叠加分析和聚类分析，确定水生态约束分区。

2 实证研究

铁岭市地处辽宁省中部城市群，有以辽河为主包括87条大小支流在内的辽河水系，纵贯境内100多km。辽河流域在东北经济区中占据着十分重要的战略地位，铁岭市在辽河流域经济发展中发挥着重要作用。但近年来随着经济的发展，铁岭市水资源供给压力、水环境保护压力逐年增加，水生态约束趋紧。以铁岭市为例探讨基于水生态约束的产业布局优化对策具有重要意义。根据铁岭市的地形图、遥感影像图和水环境功能区划图等将铁岭市境内划分为64个流域单元。分析数据主要来源于2013年、2014年《铁岭市统计公报》[17]、《铁岭市水资源公报》[18]、《铁岭市统计年鉴》[19]等。

2.1 水环境约束性评价

通过对铁岭市64个流域单元的COD、氨氮容量赋值，结合指标权重，计算各流域单元的总容量，并对流域单元的总容量进行分级；对行政单元的水环境压力相关指标进行赋值，结合指标权重，计算各行政单元的水环境压力指数并对结果进行分级。采用ArcGIS软件将流域单元的水环境总容量分级结果与行政单元的水环境压力指数分级结果进行相交分析，得到水环境约束性结果，并采用聚类分析法将水环境约束性划分为低、中、高3个等级(图1)。

图1 铁岭市水环境约束分级Fig.1 Water environmental constraint classification of Tieling

由图1可见，水环境约束性较高的地区分布在铁岭市的东北部，多属于山地丘陵地区，集中分布了乌鲁河、猪嘴河、小寇河等水系，以及万和水库、诚信水库等，排污限制较强。水环境约束性较低的地区主要分布在铁岭市中西部， 这些地区的流域单元水体通达性较好，交换能力相对较强，水质目标要求一般，水环境压力不高。

2.2 水资源约束性评价

通过对各行政单元的水资源可利用量指标赋值，并进行无量纲处理，结合指标权重，计算各行政单元的水资源供给能力数值并进行分级；对各行政单元的水资源压力相关指标赋值，并进行无量纲处理，结合指标权重，计算各行政单元的水资源压力指数并进行分级。采用ArcGIS软件对水资源供给能力分级结果与水资源压力分级结果进行相交分析，得到水资源约束性结果，并采用聚类分析法将水资源约束性划分为低、中、高3个等级(图2)。

图2 铁岭市水资源约束分级Fig.2 Water resources constraint classification of Tieling

由图2可见，银州区受水资源的约束较高，该地区水资源可利用量少，且水资源利用强度高，工业用水重复利用率较低，因此水资源压力较高，发展受水资源的约束就高。西丰县、铁岭县、昌图县、开原市等地受水资源约束相对较低，这几个地区的典型特点是水资源可利用量多，但水资源利用强度低，因此水资源压力相对较低，发展受水资源的约束较低。

2.3 水资源和水环境双重约束分区

应用ArcGIS软件将流域单元的水环境约束分级与行政单元的水资源约束分级结果进行空间叠加分析，按照短板效应原则对水环境分级的结果进行合并，对于水环境的约束来说，如COD容量大、氨氮容量小或COD容量小、氨氮容量大等类型归为水环境约束高，依此得到铁岭市水资源和水环境双重约束分区结果(图3)。将铁岭市划分为水资源约束高-水环境约束高、水资源约束中-水环境约束中；水资源约束低-水环境约束高；水资源约束低-水环境约束中；水资源约束低-水环境约束低5种约束分区类型。

图3 铁岭市水资源和水环境约束分区Fig.3 Water resources and water environment constraints zones of Tieling

由图3可见，银州区、清河区为高水生态约束

区，即水资源约束高-水环境约束高地区；铁岭县部分地区和开原市少部分地区为低水生态约束区，即水资源约束低-水环境约束低地区；调兵山市为水资源约束中-水环境约束中区；昌图县大部分地区和西丰县为水资源约束低-水环境约束高区；开原市、铁岭县大部分地区和昌图县少部分地区是水资源约束低-水环境约束中区。

通过对铁岭市进行水资源和水环境约束的分区，明确各地水生态承载力水平，以及水资源、水环境对产业布局的约束作用，可以优化产业布局现状以及为未来产业发展、产业环境准入提供指导。

2.4 产业空间布局优化方案

以本研究的水资源和水环境约束分区为指引，协调各水资源和水环境约束分区的产业布局与水资源、水环境的关系，构建起各区块重点突出、特色鲜明的产业发展格局，促进区域协调发展。铁岭市产业布局优化如图4所示。

注：红色代表限制发展的产业；黄色代表改造、提升发展的产业；绿色代表鼓励、优先发展的产业。图4 铁岭市水资源和水环境约束分区及产业布局优化Fig.4 Industrial distribution optimization of Tieling’s water resources and water environment constraints zoning

2.4.1 水资源约束高-水环境约束高区

主要包括清河区和银州区。为实现该类地区的优化发展，要加快产业转型升级，避免在承载力超载的地区开发建设，将环境容量需求较大、水资源消耗较高的产业优先布局在低水生态约束区(水资源约束低-水环境约束低区)。该类地区未来以调整产业结构、淘汰落后产能、发展战略性新兴产业为重点，提高水资源利用效率，着力降低主要水污染物排放强度，实现经济、环境、资源的空间均衡。

限制清河区、银州区的造纸业，银州区的石化行业等传统产业的发展。改造、提升银州区的电力行业，清河区的食品制造业、机械、建材等行业。食品制造业重点发展以食品加工为主的农产品加工业；机械制造业重点抓好清河区起重机械制造以及石油机械制造；建材业以发展绿色建材为主。鼓励清河区发展生态旅游业、交通物流业和特色农产品加工业。鼓励银州区打造服务业(3+4)支柱产业：三大生产性服务业，即现代物流、金融服务、商务会展；四大生活性服务业，即现代商贸、房地产、旅游、社区与家庭服务。

2.4.2 水资源约束中-水环境约束中区

调兵山市属于该类地区。该类地区虽然目前水生态约束不高，但仍应坚持节约、集约发展，防止水生态约束趋紧。改造调兵山市的煤炭、电力行业等水资源消耗密集型主导产业，提高工业用水重复利用率，提高工艺技术水平，加大节水力度，提升行业整体节水水平。鼓励发展新能源产业、煤矸石发电、煤电及延伸产业。

2.4.3 水资源约束低-水环境约束高区

昌图县大部分地区和西丰县属于该类地区。该类地区的产业布局优化要着重考虑与水环境承载力的协调。限制西丰县的纺织业等传统产业的发展规模。改造、提升昌图县、西丰县的食品制造业等水污染物排放密集型的支柱产业，重点提升产业发展的层次。昌图、西丰县的食品制造以特色农副产品生产和加工业为主。以昌图汉夏、西丰中敖等肉牛企业为龙头，建设屠宰加工基地，促进昌图县淀粉及深加工业、花生油和花生米加工业的发展。此外，提高昌图县、西丰县农田灌溉效率，发展有机农业，降低农业面源污染。适度发展无污染的新兴产业，不断抬高环境准入门槛、大幅提高污染物排放标准、强化新建项目总量控制和排污许可证制度等从源头上控制新增污染物排放。

2.4.4 水资源约束低-水环境约束中区

开原市、铁岭县大部分地区和昌图县少部分地区属于该类地区。为实现该类地区产业布局与水环境承载力的协调，应限制开原市的石化行业、铁岭县的冶金行业。改造、提升开原市、铁岭县的电力行业。铁岭县的电力以发展风电等新能源产业为主，以铁岭三能公司为龙头，开发榛子油、榛子粉和榛子饮料等新产品，重点培育铁榛牌。鼓励开原市依托亨泰等医药企业发展生物制药产业，发展生态旅游业、交通物流业和特色农产品加工业。鼓励昌图县发展花生种植业境内区域重点发展有机农业、生物质发电等。

2.4.5 水资源约束低区-水环境约束低区

主要包括铁岭县部分地区和开原市少部分地区。该类区域水资源、水环境压力相对较小，但是该类区域生态环境较为敏感、脆弱，一旦破坏修复难度更大。因此，未来该类区域可作为铁岭市对接沈阳的产业大平台和城市拓展新空间。铁岭县境内作为沈铁工业走廊的核心区和先导区，鼓励发展节能环保、信息产业、新材料等产业。开原市境内鼓励发展新能源产业等，保持该类区域水生态承载力的持续提高。

3 结论与展望

(1)当前水生态功能已经成为影响流域、区域产业布局的重要因素，在开展产业布局规划以及优化中要将其作为主要依据。但是，由于水生态功能区划、水生态承载力等的研究体系尚不成熟，基于水生态(水资源、水环境)约束来指导产业布局优化的研究多数仅提出应以水生态(水资源、水环境)承载力的理念、尊重水生态功能来指导产业布局，较少关注水陆空间联系以及水生态对区域产业布局约束的定量研究。

(2)在总结现有研究的基础上，将水生态约束分解为可量化的水环境、水资源约束，从水资源和水环境的本底因素和压力、胁迫因素方面构建了水生态对产业发展的约束分区指标体系。以铁岭市为例进行了实证研究，总体上将铁岭市划分为5个水资源和水环境约束区，其中昌图县、西丰县、开原市、铁岭县等大部分区域属于水资源约束低-水环境约束中、高地区，表明铁岭市大部分地区水环境压力较大，今后应限制污染产业的发展，改造、淘汰现有水污染物排放量大的产业，评价结果不仅有利于指导该地区的产业空间布局，而且也能为其他流域产业布局优化提供理论和方法的借鉴。

(3)从本研究指标体系的构建来看，由于受资料可获性的影响，现有指标体系还有待进一步完善。一方面对于水环境、水资源压力、胁迫评价中可以增加TN、TP等环境指标及人口密度、人均用水量等指标；另一方面为使指标体系更能体现水生态的特性，应增加水生生物多样性等表征水生态系统功能的指标，使指标体系更全面。

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Study on optimization of Industrial Distribution under the Constraints of Water Resources and Water Environment: A Case Study of Tieling City

WU Na1,2, FU Zeqiang1,2, WU Jia1,2, XIE Yuanyuan1,2, CHI Minghui3

1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012, China 2.Center of Cleaner Production and Circular Economy Research, Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012, China 3.State Environmental Protection Key Laboratory of Estuarine and Coastal Environment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

Based on the constraint mechanism of water ecological function to industrial distribution, the water ecological constraints were decomposed into water resources constraint and water environmental constraint. A water ecological constraint zoning index system was constructed, covering not only baseline factors of water resources and water environment, but also stress factors of water resources and water environment produced by industrial distribution. A water ecological constraint zoning method was also presented. Taken Tieling city as an example, water ecological zoning was carried out by applying the index system. The city was divided into five types of water ecological constraint zones, including high water resources constraint and high water environmental constraint, medium water resources constraint and medium water environmental constraint, low water resources constraint and high water environmental constraint, low water resources constraint and medium water environmental constraint, and low water resources constraint and low water environmental constraint. Finally, industrial distribution optimization countermeasures were proposed on different types of restricted, upgraded and encouraged industries and industrial development focuses at different water ecological constraint zones.

water ecology constraint; water environment; water resource; industrial distribution; optimization; Tieling City

2016-07-18

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07501-005-01)；国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAC03B02)

邬娜(1983—)，女，工程师，硕士，主要研究区域产业经济、工业生态学、区域规划的理论与方法，wuna@craes.org.cn

*通讯作者：傅泽强(1963—)，男，研究员，博士，长期从事区域循环经济、工业生态学和战略环境评价的理论与方法研究，fuzq@craes.org.cn

X37

1674-991X(2016)06-0600-07

10.3969j.issn.1674-991X.2016.06.086

邬娜，傅泽强，吴佳,等.水资源和水环境约束下的产业布局优化研究：以铁岭市为例[J].环境工程技术学报,2016,6(6):600-606.

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