山西省农业水资源与经济发展响应关系评价

霍丽娟,丁丽瑞,胡 健,杨改强

(太原科技大学 环境与安全学院,太原 030024)

随着我国水体污染以及水资源浪费的不断加剧,引起生态环境的恶化,降低了人民的生活质量,制约着我国的经济发展,同时也成为影响农村经济健康发展和我国粮食安全的重要因素。

农业水资源与经济协调发展之间存在一定的响应关系。F.Hadizadeh等[1]提出了农业用水综合管理系统,协助决策者将重点放在提高灌溉用水生产率和支持水稻可持续用水的战略上。J.Friesen等[2]提出了用综合水资源管理来研究环境和社会经济方法。国外对水资源的研究更多偏向于开发利用,而且国内在相关领域也有一些研究成果,但对水资源的可持续利用和经济协调发展的研究相对较少。石丽忠[3]指出辽宁省农业水资源管理利用中存在的问题,并对其有待于进一步研究的领域提出了展望。黄初龙等[4]研究了农业水资源评价指标体系的构建,建立了以农业可持续发展为目标的一般性SUAWR综合评价IS,探讨了AWR复合系统多维度可持续性评价如何在多层次IS中实现。常玉苗[5]提出了农业水资源环境与农业经济协调发展的构想。但是对区域水资源可持续利用研究从计算方法单一到计算方法多样性,都未形成完整的理论体系以及评价标准。

山西省水资源匮乏,建设全国能源基地的战略目标又进一步加剧了水资源和水环境的危机[6]。论文将根据山西省农业水资源以及经济发展的现状,建立山西省农业水资源与经济协调发展模型及判别标准,为实现山西省农业水资源的可持续利用和经济的可持续发展,评价其发展状态。

1 基础理论

1.1 指标体系的构建

根据研究目标构建的指标体系,包括两个方面内容,即农业水资源利用水平与经济发展水平。结合现有的农业水资源和经济发展的研究成果,采用频率分析和专家询问相结合的方法,根据指标体系的构建原则和数据的可得性,提出了农业水资源系统的9个评价指标和经济发展系统的11个评价指标。如表1所示,其中生态环境用水占比指当年的生态环境用水总量占当年供水总量的比例;农业用水占比指当年的农业用水总量与当年的供水总量的比值;有效面积灌溉比率指当年有效灌溉面积与耕地总面积的比值;产水系数指当年水资源总量与供水总量的比值;农田灌溉用水比率指当年农田灌溉用水量与当年供水总量的比值;人均耕地面积指山西省当年耕地总面积与年末常住人口的比值;人均社会消费品零售总额指当年社会消费品零售总额与年末常住人口的比值。

表1 农业水资源与经济协调发展指标体系
Tab.1 Index system for coordinated development of agricultural water resources and economy

目标层准则层指标层农业水资源利用水平(f)经济发展水平(g)农业水资源压力(f1)生态环境用水占比f11(%)农业用水占比f12(%)废水排放量f13(亿吨)农业水资源状态(f2)有效面积灌溉比率f21(%)产水系数f22农田灌溉用水比率f23(%)农业水资源响应(f3)人均耕地面积f31(ha/人)人均粮食产量f32(kg/人)水土流失治理面积f33(千ha)经济子系统(g1)人均GDPg11(元/人)农业总产值g12(亿元)固定资产投资g13(亿元)人均社会消费品零售总额g14(元)人口子系统(g2)城市人口密度g21(人/ ha)人口自然增长率g22(%)人均用水量g23(m2/人)城镇失业率g24(%)生态环境子系统(g3)人均公园绿地面积g31(ha/人)城市污水日处理能力g32(万m3) 建成区绿化覆盖率g33(%)

1.2 评价方法的选择

采用主观评价法和客观评价法对数据进行分析,同时结合层次分析法和均值-方差决策法来确定指标的权重,以此得出相对公平的评价结果。

农业水资源与经济协调发展的综合权重是式(1)确定:

Wj=a·Wja+b·Wjb

(1)

式中,Wj是指标的综合权重;Wja是计算得出的指标的主观权重;Wjb是计算得出的指标的客观权重;a、b分别作为相应权数,且0≤a≤1,0≤b≤1,a+b=1,此处认为主观和客观指标同等重要,因此选取a=b=0.5.

1.3 数据预处理

由于所选取的农业水资源系统的9个评价指标和经济发展系统的11个评价指标各自的指标单位不一致,各自指标的变化程度不一样,所以需要先将各指标数据进行标准化处理,根据标准化处理的不同方法和所选取指标的特殊性,选择极差标准化方法对数据进行预处理。

对于正向指标:

(2)

对于负向指标:

(3)

式中,Zij为指标无量纲化后的值,Xij为指标的原始数值,maxXj、maxXj分别为j指标的最大值和最小值,i代表同一指标的年份,j代表指标。

1.4 协调发展模型

(1)农业水资源与经济发展综合水平T

农业水资源与经济发展综合水平T的计算公式为:

T=αf(t)+βg(t)

(4)

式中,f(t)是通过加权求和法计算得来的农业水资源综合水平,g(t)是通过加权求和法求得的经济发展综合水平,α、β可作为农业水资源和经济发展水平的权重,且α+β=1.选取α=β=0.5.

(2)协调度C

协调度的计算公式[7-8]为:

(5)

式中,C为协调度(0≤C≤1),表明农业水资源与经济发展的协调程度。

(3)计算协调发展度D

协调发展度D是针对协调度公式的不足而提出的改进,引用杨士弘[9]提出的协调发展度公式构建协调发展模型如下:

(6)

1.5 协调发展类型判别标准

根据李艳[10]和张晓东等[11]研究成果,确定农业水资源与经济协调发展类型及其协调类型的判别标准,如表2、表3所示。

表2 发展类型判别标准
Tab.2 Assessment criteria for development types

D类型发展类型 0-0.09极度失调 0.1-0.19严重失调 0.2-0.29中度失调 0.3-0.39轻度失调 0.4-0.49濒临失调 0.5-0.59勉强协调 0.6-0.69初级协调 0.7-0.79中级协调 0.8-0.89良好协调 0.9-1.0优质协调失调类 过渡类 协调发展类

表3 协调类型判别标准
Tab.3 Assessment criteria for coordination types

条件协调类型 f(t)>g(t)经济损益型 f(t)

2 评价结果

以山西省为研究区域,数据来源于山西省统计年鉴(2011-2015)、山西省水资源公报(2011-2015)、山西省国民经济和社会发展统计公报(2011-2015)等,经过协调发展模型,评价农业水资源与经济发展的状态。

山西省农业水资源与经济协调发展的评价指标权重计算结果见表4.

表4 指标权重计算
Tab.4 Agricultural water resources and economic development indicators weight

指标主观权重客观权重综合权重指标主观权重客观权重综合权重 f10.6480.3510.499g10.1060.3630.235 f110.1310.1170.124g110.0410.0940.068 f120.4410.1190.28g120.0160.0930.055 f130.0760.1140.095g130.0070.0870.047 f20.230.3170.274g140.0410.090.066 f210.1420.1170.13g20.2610.3580.309 f220.0220.1010.062g210.0790.1050.092 f230.0650.0990.082g220.0170.080.048 f30.1220.3320.227g230.0490.0820.065 f310.0110.1140.062g240.1160.0920.104 f320.0330.1140.074g30.6330.2780.456 f330.0780.1040.091g310.4050.0840.245g320.1730.0850.129 g330.0550.1090.082

根据综合权得,结合调查得到的指标数值,计算综合指数,如图1所示。

图1 2011-2015年农业水资源与经济综合水平Fig.1 Agricultural water resources and economic integration level from 2011 to 2015

由公式(4)得出2011-2015年间农业水资源与经济发展之间的协调度如图2所示。协调度C本身存在不足。两个区域不能直接指示农业水资源与经济发展的整体功能处于相似的水平上。

图2 2011-2015年农业水资源与经济发展的协调度Fig.2 Coordination of agricultural water resources and economic development from 2011 to 2015

计算出2011-2015年山西省农业水资源与经济协调发展度如图3所示。

图3 2011-2015年山西省农业水资源与经济协调发展度Fig.3 Coordinate development level of agricultural water resources and economy in Shanxi Province from 2011 to 2015

3 结果分析

3.1 农业水资源系统的主要影响因子分析

在农业水资源系统的9个指标中,农业用水占比f12、有效面积灌溉比率f21、生态环境用水占比f11、废水排放量f13、水土流失治理面积f33这5个指标为该系统的主要影响因子。农业用水占比f12、生态环境用水占比f11、废水排放量f13是农业水资源压力子系统的主要影响因子。2011-2015年山西省农业用水占比f12最小值为58.20%,最大值为61.28%,且中间有减小的趋势,将近1/3作为农业水资源压力子系统的主要影响因子。2011-2015年水资源对农业水资源影响的综合权重为0.123 7,随着生态环境用水占比的增加,有利于生态环境质量的改善,但影响到农业水资源的利用。2011-2015年废水排放量只增不减,加大了水资源的供水负荷。2011-2015年间有效面积灌溉比率由32.59%增长到35.98%,有利于节约农业水资源。水土流失治理面积f33在2011-2015年五年间山西省水土流失治理面积逐年增长。因此,根据农业水资源系统的5个主要影响因子,可以科学的制定水土流失治理措施、合理地利用灌溉技术与方式、降低废水排放量,减少农业水资源压力子系统的影响,将有利于农业水环境的改善。

3.2 农业水资源综合水平变化趋势分析

由图4可得到,在2011-2015年间山西省农业水资源发展水平表现出整体上升趋势,其综合评价值由2011年的0.282 9上升到2015年的0.704 8.分析农业水资源利用水平下的三个准则层即农业水资源压力f1、农业水资源状态f2、农业水资源响应f3的各个阶段,得到2011-2015年间的农业水资源压力由0.137 0上升到0.375 5,农业水资源状态由0.039 5上升到0.212 1,其两者的发展水平与农业水资源发展水平的各个阶段几乎均处于不断上升的趋势,而农业水资源响应与农业水资源发展水平变化趋势不符。所以农业水资源压力及其状态可作为农业水资源综合水平的主要影响因子。

图4 山西省农业水资源综合水平变化趋势Fig.4 Trends in the comprehensive level of agricultural water resources in Shanxi Province

3.3 经济系统主要影响因子分析

在经济发展系统的11个指标中,人均公园绿地面积g31、城市污水日处理能力g32、城镇失业率g24、城市人口密度g21、建成区绿化覆盖率g33、人均GDPg11,这6个指标作为该系统的主要影响因子。人均公园绿地面积、城市污水日处理能力、建成区绿化覆盖率是经济发展系统在生态环境子系统的表现;其中人均公园绿地面积在2011-2015年间由10.17 ha/人增加到11.61 ha/人;城市污水日处理能力由2011年的196万m3/d增加至2015年的244.9万 m3/d,建成区绿化覆盖率在这五年间逐渐扩大,由2011年的38.3%扩大至2015年40.1%,城镇失业率g24、城市人口密度g21是经济发展系统在人口子系统的表现,其中城镇失业率在2011-2013年逐年减少,由3.50%减少至3.10%,从2013年至2015年期间有增加的趋势,由3.10%增加到3.50%.城市人口密度由2011年的2 977 人/ha增加至2015年的3 920 人/ha,人均GDPg11是经济发展系统是经济子系统的主要影响因子,这五年间山西省人均GDP逐年增加,其相对于经济发展系统的综合权重为0.067 7.可见,生态环境改善是基础,生活水平是保证,经济发展是目标。

3.4 经济发展水平变化趋势分析

为判断山西省经济发展综合水平变化趋势,将各子系统的综合评价值绘制于图5.可见在2011-2015年间山西省的经济发展水平g表现出上升趋势,其综合评价值由0.227 4上升到0.906 0,通过分析经济发展水平下的三个准则层即山西省经济子系统g1、人口子系统g2、生态环境子系统g3,得出生态环境子系统与经济发展水平系统具有相似的上升趋势,说明生态环境子系统与经济发展水平在一定程度上具有相互影响的作用。

图5 山西省经济发展综合水平变化趋势Fig.5 Trends in the comprehensive level of economic development in Shanxi Province

2011-2012年人口子系统水平由0.1953下降到0.1290,2013年开始呈上升趋势,2011年山西省人均用水量为207 m3/人,2012年下降到203.75m3/人,2013年又上升到203.76m3/人,2013年以后逐年增加,这说明人均用水量对山西省经济发展水平有着一定程度上的影响。因此,在山西省经济发展系统评价中起主导作用的因子包括人均公园绿地面积、城市污水日处理能力、城镇失业率、城市人口密度、建成区绿化覆盖率、人均GDP、人均用水量7个因子。因此,在制定山西省未来经济发展战略时可以首先考虑这几个主要因子。

3.5 协调发展态势分析

根据农业水资源与经济协调发展类型(见表5),将山西省农业水资源与经济协调发展类型大致可分为4种类型:

(1)2011年呈濒临失调衰退类经济损益型,农业和经济发展濒临失调,经济发展水平相对较低,农业可持续利用综合水平相对较高,表现出农业水资源对经济发展的胁迫作用。

表5 山西省农业水资源与经济协调发展水平及类型
Tab.5 Level and type of coordinated development of agricultural water resources and economy in Shanxi Province

年份TCD协调发展类型 20110.255 20.976 50.499 2濒临失调衰退类经济损益型 20120.350 90.995 70.591 1勉强协调发展类农业水资源滞后型 20130.537 80.994 00.731 1中级协调发展类农业水资源滞后型 20140.632 60.934 00.768 7中级协调发展类农业水资源滞后型 20150.805 40.969 00.883 4良好协调发展类农业水资源滞后型

(2)2012年呈勉强协调发展类农业水资源滞后型,农业和经济发展勉强协调,表现出农业可持续利用的相对滞后。

(3)2013-2014年呈中级协调发展类农业水资源滞后型,农业和经济发展比较协调,但是由于不合理的农业用水方式也在一定程度上减缓了农业水资源利用水平的上升。

(4)2015年呈良好协调发展类农业水资源滞后型,农业和经济发展处于良好协调状态,不过农业水资源相对仍然存在一定滞后性,需要继续推进合理利用。

4 结论

通过层次分析和均值-方差决策法建立了农业水资源与经济协调发展指标体系及协调发展类型判别标准。

经过2011-2015年农业水资源综合水平变化分析,认为农业用水占比、有效面积灌溉比率、生态环境用水占比、废水排放量、水土流失治理面积是农业水资源系统的主要影响因子。在经济发展系统中,人均公园绿地面积、城市污水日处理能力、城镇失业率、城市人口密度、建成区绿化覆盖率、人均GDP是该系统的主要影响因子。

目前山西省的农业水资源与经济发展已经由濒临失调逐渐发展过渡到良好协调,但农业水资源对经济发展的滞后性依然存在。