南京市产业结构与用水结构互动耦合机制及关联分析

陈晓+李景保+王飞+徐志

摘 要 基于2005—2014年南京市产业结构和用水结构的相关统计数据，运用灰色关联分析方法，构建产业结构与用水结构的关联度和耦合度模型，研究南京市产业结构与用水结构的互动耦合机制及其关联性，结果表明：南京市产业结构与用水结构关联度在0.5以上，属于中等关联；产业结构对用水结构的关联序为第三产业（0.566）、第一产业（0.563）、第二产业（0.557），用水结构对产业结构的关联序为生活用水（0.696）、农业用水（0.601）、工业用水（0.582）；南京市产业结构与用水结构耦合的空间差异明显，主城区属于协调型，江宁区与六合区属于磨合型，浦口区、高淳区与溧水区属于拮抗型；南京市产业结构与用水结构的耦合度在时间上显示出阶段性波动的特点，第一阶段（2005—2007年）属于磨合时期，第二阶段（2008—2010年）从磨合转向拮抗时期，第三阶段（2011～2014年）逐渐向协调方向发展.

关键词 产业结构；用水结构；灰色关联分析；耦合度；南京市

中图分类号 TV213文献标识码 A文章编号 1000-2537（2017）04-0008-06

Abstract Based on the relevant statistical data of industrial structure and water utilization structure in Nanjing city from 2005 to 2014， incidence degree and coupling model were built with gray correlation analysis by studying interactive coupling mechanism and its correlation between industrial structure and water utilization structure. The results showed that coupling-degree indexes between industrial structure and water utilization structure were all higher than 0.5， which belonged to the medium correlation level. Tertiary industry （0.566） had a higher coupling-degree than primary industry （0.563） and secondary industry （0.557）， and domestic water （0.696） had higher coupling-degree than agricultural water （0.601） and industrial water （0.582）. There existed spatial difference in coupling between industrial structure and water utilization structure in Nanjing city. The main urban zone belonged to the coordination type， Jiangning and Liuhe districts belonged to the run-in type. Pukou， Gaochun and Lishui districts belonged to rivalry type. The correlation between industrial structure and water utilization structure of Nanjing city demonstrated seasonal volatility by time sequence which can be divided into following three phases. Phase 1 （2005—2007） belonged to run-in type. Phase 2 （2008—2010） turned from run-in type to rivalry type and phase 3 （2011—2014） turned into coordination gradually.

Key words industrial structure； water utilization structure； gray relational analysis； coupling-degree； Nanjing city

南京市位于江苏省的西南部，是长三角地区的重要门户城市，属于亚热带季风气候，降水量丰富，境内河湖密布，水资源总量丰富，2014年全市水资源总量达到30.76 亿m3，但人均占有量只有374.39 m3，远远低于国际公认的人均水资源1 700 m3的警戒线[1].随着南京市城市化及产业的快速发展，南京市对水资源的需求日益增长，对当地水资源的開发利用程度也越来越高，用水结构的合理与否成为影响经济发展的重要方面.与此同时，产业结构合理与否对区域经济发展具有举足轻重的地位，产业结构的优化布局能促进资源能源等要素向各个产业合理流动，由此可见，探讨产业结构与用水结构之间的互动耦合机制及其关联程度显得尤为重要.

目前国内学者已采用多种不同的方法对多个地区产业结构与用水结构之间的关系进行研究，如云逸[2]等以北京市为例建立成分数据回归模型，证明用水结构变动与产业结构变动具有一致性；蒋桂芹[3]等以安徽省为例通过比较水资源生产率指标初步分析产业结构与用水结构之间的协调发展程度；吴丽[4]等以宁夏为例利用多目标优化模型，对产业结构与用水之间的协调进行研究，从而评价产业结构调整的合理性.相比而言，近年来对南京市水资源的研究则主要集中于水资源可持续利用和承载力等方面[5-6]，较少将其与产业结构联系起来，因此本文拟采用灰色关联度分析方法，在寻求产业结构与用水结构互动影响因素的基础上，从时空尺度上定量分析南京市产业结构与用水结构的关联程度及其变化，为合理配制水资源和优化调整产业结构提供理论依据.

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源及处理

鉴于统计数据的可获取性，产业结构指标的原始数据来源于《南京市统计年鉴》（2006—2015），部分市辖区的数据来自于各市辖区的统计公报，用水结构指标的原始数据均来自于《南京市水资源公报》（2005—2014），依据数据的可得性和科学性以及南京市各市辖区空间分布范围，将南京市11个市辖区分为6个区域，分别是主城区、江宁区、浦口区、六合区、高淳区以及溧水区.

1.2 指标体系构建

研究产业结构与用水结构两大系统耦合關系的一个重要方面在于构建科学合理的指标体系，本文在遵循科学性、可操作性、可比性、独立性等原则的基础上，结合文献研究成果[7-8]，同时依据南京市的实际情况，分别构建产业结构指标与用水结构指标体系（图1）.

1.3 研究方法

由于产业结构与用水结构耦合作用的交错性与复杂性，本文采用能较为全面分析两系统多因素交互作用的灰色关联度模型[9]：

在关联度矩阵的基础上分别按行或列求其平均值[11]（式（2）、（3）），再根据所求得值的大小及其对应的值域范围选取出产业结构对水资源利用最主要的影响因素，以及用水结构对产业结构调整最重要的制约因素：

2 结果分析

2.1 产业结构与用水结构互动影响机制

水资源是影响一个区域生态环境、经济发展水平和产业结构变化的重要内在资源驱动力和制约因素，同时，产业结构的优化调整有利于提高用水效率，促进水资源持续利用.产业结构系统与用水结构系统之间存在着相互促进、相互制约的关系，两者互动耦合作用主要表现在：一方面，产业结构的调整对用水结构产生巨大影响.由于各产业部门对水资源的消耗不尽相同，不同的产业发展模式会在很大程度上改变对水的需求，不合理的产业发展模式，其在发展过程中排放大量的废水、废气等污染物不可避免地会污染水体，导致水资源质量下降，用水效益降低，既不利于产业结构的进一步调整，也不利于水资源的合理开发与利用；另一方面，用水结构的变化对调整产业结构有较大影响.随着经济规模的不断扩大，用水需求随之增大，继而引起各产业部门用水结构发生变化，进一步影响产业结构的发展（图2）.

为进一步揭示两个系统之间交互耦合作用主要驱动力，将计算的关联度结果（式2和式3）进行简单的平均并排序，分别得到产业结构对用水结构产生影响的主要因素、用水结构对产业结构产生制约作用的主要因素，以及两个系统之间的耦合关系.

2.1.1 产业结构影响用水结构的主要因素 利用南京市2005～2014年的数据，计算产业结构与用水结构的关联系数，得到两系统间的关联度矩阵（表2），从表中可以看出关联度系数都在0.5以上，表明这10年间南京市产业结构与用水结构的关联性较强，产业结构对用水结构关联度最大的两个指标分别是：二、三产业结构比例X7（0.739）和万元生产总值能耗X8（0.741）.二、三产业结构比例主要反映南京市产业结构高度化的发展程度，一般来说产业结构发展程度越高，各产业部门的用水效率就越高，从而使得南京市用水结构更趋合理.万元生产总值能耗主要体现各产业部门的资源能源利用效率，万元生产总值能耗低表明资源利用效率较高，即水资源的利用效率也较高，一定程度上能够改善该城市的用水效益.第一产业增加值、第二产业增加值、第三产业增加值对用水结构的关联序为：第三产业（0.566）、第一产业（0.563）、第二产业（0.557），第三产业与用水结构关联度最高.这是因为南京市近几年来经济发展迅速，第三产业尤其是服务业等发展迅猛，其增加值已占到56%以上，第三产业用水日益增多，水资源逐渐从高耗水行业向节水行业转移，使用水结构更加合理，用水效率不断提高.同时，第一产业与用水结构关联度也较高，第一产业（主要指农业）一直是用水大户.近些年来南京市农业用水效率逐年提高，但到2014年为止，农业万元增加值用水量是工业万元增加值用水量的37.97倍，农业用水量占南京市总用水量的38%以上，第一产业仍是水资源消耗大户，其对用水结构的影响超过第二产业.

2.1.2 用水结构对产业结构发展的约束因素 由表2可知，用水结构对产业结构的关联度都在0.5以上，用水结构对产业结构关联度最大的指标是单位人口生活用水量Y4（0.696）.在农业用水、工业用水和生活用水中，生活用水与产业结构关联度最高，生活用水相对于工业用水来说，对水资源的污染程度较小，耗水量也较少，表明南京市用水结构渐趋合理，有利于促进产业结构进一步转型升级.用水结构对产业结构关联度较大的指标是：农业万元增加值用水量Y1（0.601）和单位面积农田灌溉用水量Y2（0.622），这两个指标的关联度都在0.6以上，表现出较强的关联性，农业一直是用水大户，农业的发展离不开水资源的供给，但是相对于工业和服务业来说，农业的生产效率比较低下，用水效率不高.

2.2 南京市产业结构与用水结构耦合度的空间差异

为分析南京市产业结构与用水结构耦合度的空间分布特点，以2014年为参考年，根据耦合度大小并结合南京市各区经济及产业结构发展状况，大致将南京市6大区域划分为协调、磨合和拮抗3种类型（图3）.值得说明的是，利用灰色关联方法计算出的系统关联耦合度只是相对的，并没有绝对的分类标准，一般来说，系统关联耦合度越小，表明两系统之间的关联性与制约性越弱，两系统间越协调，实际上各区域之间的耦合关系并不稳定，可能会出现反复或是受到相邻区域发展的影响，但这恰好说明了产业结构与用水结构之间的复杂性与动态性.具体分类步骤如下：首先对各区域的经济发展状况进行大致的划分，同时依据南京市本身的特点和所选指标的情况，选取人均GDP、第二产业增加值占GDP的比重、第三产业增加值占GDP的比重三项指标来反映各区域的经济发展状况；其次利用SPSS 22.0中的Hierarchical Cluster方法对上述3项指标数据进行组间聚类，得到南京市各区域经济发展分类结果，然后与耦合度划分的结果进行叠加；最后进行合并与调整，得出最终的组合类型.

（1）协调型.主要是主城区，2014年产业结构与用水结构的耦合度为0.66，属于协调型耦合区.主城区是南京市的经济与金融中心，经济总量巨大，2014年这一地区人均GDP超过13万元，第三产业比重超过70%，合理的产业发展模式使得各产业用水也趋于协调和稳定.主城区农业用水量较低，水资源主要用于居民生活服务业以及环境保护，水资源利用效益和效率高.总体上主城区产业结构与用水结构在较高水平上趋于协调，其相互间的关系很弱，因此耦合度较小.

（2）磨合型.包括江宁区和六合区，2014年这2个地区产业结构与用水结构耦合度均为0.61，属于磨合型耦合区.2014年江宁区二、三产业增加值占GDP的比重已超过95%，对外贸易和固定资产投资额较大，经济发展效益较高，同时江宁区农业用水比重低，工业用水和生活用水比重大，水资源利用效益较高，但与主城区相比，万元GDP排污量大，水资源保护投入方面也较小，用水结构不尽合理.六合区二、三产业增加值占GDP比重超过90%，与主城区相比，人均GDP、固定资产投资额以及出口贸易额较低，在整个南京市地区，六合区水资源总量最为丰富，工业用水和单位人口生活用水量大，但六合区作为南京市规划的工业园区，万元GDP排污量最大，水环境污染严重.总体上看这两个区域的产业结构与用水结构还处于适应和磨合阶段，耦合度也较小.

（3）拮抗型.包括浦口区、高淳区和溧水区，2014年这些区域的产业结构与用水结构的耦合度分别为0.74，0.72和0.70，属于拮抗型耦合区.这3个区中，浦口区经济发展速度最快，2014年浦口区二、三产业增加值占GDP的比重超过90%，但与主城区和江宁区相比，区域内人均GDP、固定资产投资额以及出口贸易额不高，万元生产总值能耗较大，用水结构中工业用水比重大，单位人口生活用水和生态环境用水比重小，用水效益较低，区内污水处理设施较落后，水质污染严重.高淳区和溧水區是南京市重要的农业基地，第一产业占有一定比例，农业万元增加值用水量和农田灌溉用水量较大，相比其他区域来说，工业用水比重不大，生活用水和生态用水比重较小，一般而言，农业较第二产业和第三产业发展缓慢，农业生产产值低，用水效率不高.因此这三个区域用水结构急需调整，而用水结构调整在很大程度上依赖于各产业部门用水量的调整与变化，尤其取决于产业结构的调整，产业结构的优化与升级会对用水结构产生直接的影响，二者之间的关联性较高，使这些区域处于产业结构与用水结构相互作用的拮抗、限制阶段，因此耦合度最大.

2.3 南京市产业结构与用水结构耦合的阶段性分析

图4是2005—2014年南京市产业结构与用水结构耦合度变化曲线图，近10年间，除2013年耦合度值略低外，其他年份都保持在0.5以上的耦合度，个别年份如2009年和2010年耦合度都达到0.7以上，表现出明显的波动性，一方面表明产业结构与用水结构耦合作用关系密切，另一方面也说明在这10年间，随着南京市经济的不断发展，产业结构与用水结构耦合的强度、协调程度等存在较明显的差别，大致可将其划分为三个阶段：第一阶段为2005—2007年，南京市产业结构与用水结构耦合度在0.52～0.61之间，两系统耦合关系处于磨合阶段.这一时期南京市经济发展速度平稳，人均GDP增长率保持在10%左右，产业结构呈现出二、三、一的模式，万元GDP排污量较大，水环境污染严重，生活用水及生态用水比重较小，用水结构不尽合理，总体上表现为产业结构与用水结构相互适应与磨合阶段.第二阶段为2008—2010年，产业结构与用水结构耦合度在0.65～0.77之间，总体趋势表现为产业结构与用水结构耦合强度逐渐提高，产业结构与用水结构耦合由磨合转向拮抗.受到2008年金融危机的影响，这一时期南京市人均GDP增长速度有所下降，固定资产投资额以及出口贸易额明显降低，经济发展显现出较大的不稳定性，进而导致产业发展陷入低谷，工业用水与生活用水比重相对减小，用水结构处于低效用水阶段，因而此阶段产业结构与用水结构表现出较高的耦合度，两系统处于拮抗阶段.第三阶段为2011—2014年，产业结构与用水结构逐渐转向协调发展.经济危机过后，南京市迎来了新的发展契机—成为2014年夏季青年奥运会的举办地，为了顺利举办青奥会，南京市积极调整产业结构，改善用水结构，取得了明显的成效：万元生产总值能耗逐渐降低，产业结构呈现出三、二、一的模式，产业结构趋于合理；2014年工业用水重复利用率达到80%以上，工业万元增加值用水、农业万元增加值用水以及万元GDP排污量逐年减少，水资源利用效率大大提高，这些变化反应出南京市产业结构与用水结构的关系逐渐从磨合向协调方向发展，由图4的耦合度曲线也可看出其耦合度值逐渐变小.根据图中曲线的走向，今后几年耦合度值也有逐渐上升的可能，其耦合关系也有可能从协调再次转向拮抗，因此今后也需要继续关注两者之间的耦合关系.

3 讨论

为促进南京市产业结构与用水结构协调发展，需要在已有“三、二、一”产业结构布局的基础上进一步调整用水结构：农业上采用喷灌、滴灌的方式，发展节水型农业；工业上不断引进新技术与新方法，提高电力、化工等高耗水产业的用水效率；同时，进一步扩大第三产业用水比重，减少第一产业用水量，提高水资源的利用效益，最终实现产业结构与用水结构协调发展.

参考文献：

[1] 林俊宏.厦门市水资源可持续利用评价[J].水资源保护，2010，26（6）：51-69.

[2] 云 逸，邹志红，王惠文.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.

[3] 蒋桂芹，于福亮，赵 勇.区域产业结构与用水结构协调度评价与调控—以安徽省为例[J].水利水电技术，2012，43（6）：8-11.

[4] 吴 丽，田俊峰.区域产业结构与用水协调的优化模型及评价[J].南水北调与水利科技，2011，9（4）：51-54.

[5] 季 妤，陆宝宏.南京市水资源可持续利用评价[J].水资源保护，2014，30（1）：79-83.

[6] 陈 慧，冯利华，等.南京市水资源承载力的主成分分析[J].人民长江，2010，41（12）：95-98.

[7] 刘慧敏，周戎星，等.我国区域用水结构与产业结构的协调评价[J].水电能源科学，2013，31（9）：159-160.

[8] 张玲玲，王宗志，等.总量控制约束下区域用水结构调控策略及动态模拟[J].长江流域资源与环境，2015，24（1）：91-93.

[9] 傅 立.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学技术文献出版社，1992.

[10] 张胜武，石培基，等.干旱区内流河流域城镇化与水资源环境系统耦合分析—以石羊河流域为例[J].经济地理，2012，32（8）：144-145.

[11] 毕其格，宝 音，等.内蒙古人口结构与区域经济耦合的关联分析[J].地理研究，2007，26（5）：997.

[12] 刘耀彬，李仁东，等.中国区域城市化与生态环境耦合的关联分析[J].地理学报，2005，60（2）：242-245.