趙 奧 武春友

(1.大連理工大學(xué)管理學(xué)院,遼寧大連116024;2.大連理工大學(xué)生態(tài)規(guī)劃與發(fā)展研究所,遼寧大連116024)

中國水資源消耗配置的灰色關(guān)聯(lián)度與適宜度測算

趙 奧1,2武春友1,2

(1.大連理工大學(xué)管理學(xué)院,遼寧大連116024;2.大連理工大學(xué)生態(tài)規(guī)劃與發(fā)展研究所,遼寧大連116024)

水資源作為一種可耗竭性資源,在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門的消耗量非常大,這種消耗配置格局是否合理有待于研究。本文運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法對2000-2008年中國水資源消耗總量與農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門耗水量的配置進(jìn)行關(guān)聯(lián)度測算,以探求各部門耗水量配置對水資源消耗總量的影響程度,繼而將生態(tài)學(xué)中的生態(tài)位評(píng)估模型引入到水資源消耗配置評(píng)價(jià)中,對水資源消耗總量在各部門的消耗配置進(jìn)行適宜度測算,研究結(jié)果表明:①工業(yè)部門耗水量與中國水資源消耗總量的灰色關(guān)聯(lián)程度最高;②2008年中國水資源消耗配置的適宜度水平最高,水資源消耗總量在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門實(shí)現(xiàn)較優(yōu)配置。通過對中國水資源消耗總量在各部門配置的關(guān)聯(lián)度和適宜度測算,研究認(rèn)為:提高水資源消耗總量在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門配置的適宜度,關(guān)鍵在于減少水資源在各部門的浪費(fèi)性消耗,提高水資源利用效率,使各部門的水資源消耗值均接近最佳生態(tài)位,從而實(shí)現(xiàn)水資源消耗總量在各部門的消耗配置接近最優(yōu)化水平。

水資源消耗;灰色關(guān)聯(lián)分析;生態(tài)位評(píng)估模型;適宜度

隨著中國人口數(shù)量的劇增和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,社會(huì)各部門對水資源的需求迅速增長,水資源供需矛盾日益突出。中國工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快促使工業(yè)用水和生活用水量逐年增加,農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中低效率的生產(chǎn)技術(shù)導(dǎo)致單位農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的耗水量較高。2000-2008年間,中國水資源消耗總量持上漲趨勢,特別在2006-2008年間增長最快,而水資源在開發(fā)利用到一定程度時(shí)會(huì)出現(xiàn)枯竭,消耗量的增長趨勢與水資源總量的減少趨勢呈現(xiàn)出矛盾局面,長此以往,中國水資源消耗量會(huì)隨著需求量的增加而越來越多,水資源會(huì)因過度消耗而成為制約中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的障礙。

本文采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對2000-2008年中國水資源消耗總量與各部門消耗量配置的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析,并運(yùn)用生態(tài)學(xué)中的生態(tài)位評(píng)估模型測算出中國水資源消耗總量在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門的消耗配置的適宜度水平,依據(jù)測算結(jié)果分析出中國水資源消耗總量在各部門配置的現(xiàn)狀和存在的問題,簡要地提出相應(yīng)的可借鑒的解決途徑與建議。

1 相關(guān)文獻(xiàn)綜述

國內(nèi)外學(xué)者基于不同視角,運(yùn)用各種不同的分析方法,圍繞水資源配置進(jìn)行了大量定量研究。谷紅梅、郭文獻(xiàn)[1]等通過引入灰色關(guān)聯(lián)理論,探討區(qū)域水資源利用程度的綜合評(píng)價(jià)方法,建立綜合評(píng)價(jià)模型。王海政、仝允桓[2]針對水資源優(yōu)化配置表現(xiàn)出的主從遞階決策、多目標(biāo)決策、多階段決策等特點(diǎn),構(gòu)建了優(yōu)化配置模型。王福林、吳丹[3]建立基于水資源優(yōu)化配置的區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演化模型。陳文艷、王好芳[4]選擇生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)與生態(tài)四個(gè)配水量作為評(píng)價(jià)指標(biāo),提出了基于模糊識(shí)別的水資源配置評(píng)價(jià)方法,并以海河流域?yàn)槔M(jìn)行方案評(píng)價(jià)。何逢標(biāo)[5]利用AHP法分析了水資源配置指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu),利用TOPSIS法計(jì)算,得到水資源配置比例,為水資源配置決策提供依據(jù)。陳志松等[6]將演化博弈理論運(yùn)用到流域水資源配置中。王慧敏等[7]借鑒金融工程理念,引入水期權(quán)契約作為市場機(jī)制下水資源配置的一種方式。杜靜、陸小成[8]基于生態(tài)水利理論模型,探尋水資源優(yōu)化配置和可持續(xù)發(fā)展路徑。Jin和Wang[9]通過建立動(dòng)態(tài)模型來優(yōu)化區(qū)域內(nèi)水資源的需求分配,最大限度地發(fā)揮區(qū)域的整體經(jīng)濟(jì)利益。Wang等人[10]提出了一種對水資源的空間配置等同邊際收益理論,計(jì)算出優(yōu)化的動(dòng)態(tài)分配方案。Liu和Chen[11]提出了水資源的優(yōu)化配置模型,并將此模型用于研究珠江三角洲水資源配置。Tang[12]采用系統(tǒng)分層動(dòng)態(tài)規(guī)劃來解決水資源配置模型,并且將此規(guī)劃技術(shù)和方法應(yīng)用到黃河流域水資源配置研究中。Najmeh Mahjouri[13]運(yùn)用博弈論等相關(guān)方法和仿真模型對流域水資源開發(fā)配置進(jìn)行研究。

綜上所述,國內(nèi)外學(xué)者針對水資源配置的研究大多集中于運(yùn)用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型或者從博弈、期權(quán)角度來研究如何對水資源進(jìn)行有效配置,而忽視了影響水資源消耗配置的主要部門。此外,在適宜度測算研究方面,國內(nèi)研究基本上是將生態(tài)位適宜度模型運(yùn)用到耕地資源、旅游資源、氣候、技術(shù)創(chuàng)新等方面。因此,本文將選擇一個(gè)新的視角進(jìn)行水資源配置研究,搜集整理2000-2008年中國水資源消耗總量以及在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門的耗水量,通過運(yùn)用灰色綜合關(guān)聯(lián)分析法測算出農(nóng)業(yè)耗水、工業(yè)耗水和生活耗水量與耗水總量之間的關(guān)聯(lián)度,并嘗試將生態(tài)學(xué)中的生態(tài)位適宜度評(píng)估模型引入到水資源消耗配置的研究中,測算出2000-2008年水資源消耗配置的適宜度值,依據(jù)測算結(jié)果分析出水資源消耗量配置的現(xiàn)狀以及存在的問題。

2 研究方法

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析法[14-15]

灰色關(guān)聯(lián)分析是對灰色系統(tǒng)中不同事物之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析,灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)系統(tǒng)根據(jù)所給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)或比較序列,通過計(jì)算參考序列與各評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)或比較序列的關(guān)聯(lián)度大小,判斷該參考序列與比較序列的接近程度來評(píng)定該參考序列的等級(jí)。若將某一事物的發(fā)展特征數(shù)列記為參考數(shù)列 x0(n維),稱該事物為參考事物。有多個(gè)事物的發(fā)展與該事物相關(guān),將多個(gè)事物的發(fā)展特征數(shù)列(對比數(shù)列)記為 xi(i=1,2,3,......,m)(n維),為比較多個(gè)事物與參考事物之間的相關(guān)關(guān)系,引入關(guān)聯(lián)系數(shù)概念。

δ為分辨系數(shù),其取值在0-1之間,一般取δ=0.5,ri(k)稱為 xi對x0在k時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)。進(jìn)一步計(jì)算關(guān)聯(lián)度,按照下面的公式對關(guān)聯(lián)系數(shù)做處理后得到ωi,即為數(shù)列 xi對x0的關(guān)聯(lián)度。

灰色相對對關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式與絕對關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式相似,只是在 x0i的構(gòu)造上略有不同,即(7),其余計(jì)算公式都是類似的,在此不做陳述。

綜合關(guān)聯(lián)度是一個(gè)綜合指標(biāo),既反映了序列之間的幾何相似程度,又反映了序列之間相對于始點(diǎn)的變化速率的接近程度,可直接采用下式計(jì)算:

δ為分辨系數(shù),其取值在0-1之間,一般取0.5,ω0i為灰色絕對關(guān)聯(lián)度,ω′0i為灰色相對關(guān)聯(lián)度。

2.2 生態(tài)位適宜度評(píng)估模型[16-18]

生態(tài)位評(píng)估模型的建立是以經(jīng)典的生態(tài)位理論為基礎(chǔ),通過擴(kuò)展經(jīng)典生態(tài)位理論的內(nèi)涵,用數(shù)學(xué)抽象方法分析系統(tǒng)最佳生態(tài)位點(diǎn)與現(xiàn)實(shí)生態(tài)位點(diǎn)的貼近度,這對于了解和掌握系統(tǒng)各要素的發(fā)展概況起著非常重要的作用,生態(tài)位評(píng)估模型的這一特征與水資源消耗的適宜度研究目標(biāo)相一致,因此,本文選取生態(tài)位評(píng)估模型對中國水資源消耗配置的適宜度進(jìn)行評(píng)估分析。

設(shè)有 m個(gè)評(píng)估年份,yij(i=1,2,...,m;j=1,2,...,n)表示第 i個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)因子j上的觀測數(shù)據(jù)值,在實(shí)際研究中,將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到生態(tài)因子的現(xiàn)實(shí)生態(tài)位,其中 ymax表示 yij中的最大值。

無綱化處理后,又設(shè) yaj(i=1,2,...,m)表示第 j個(gè)生態(tài)因子的最佳生態(tài)位,即

其中ε∈[0,1],其值通常由 Fi=0.5計(jì)算出來。

3 中國水資源消耗配置的灰色關(guān)聯(lián)度測算

3.1 灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算

按照灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式(1)-(8),對2000-2008年中國水資源消耗總量以及各部門消耗配置的數(shù)據(jù)(見表1)進(jìn)行計(jì)算處理,得出如下分析結(jié)果,如表2所示。

灰色關(guān)聯(lián)分析包括灰色絕對關(guān)聯(lián)度、灰色相對關(guān)聯(lián)度和灰色綜合關(guān)聯(lián)度?；疑^對關(guān)聯(lián)度表征了各數(shù)據(jù)序列幾何圖形的相似程度,相似程度越大,則關(guān)聯(lián)度值越大;灰色相對關(guān)聯(lián)度表征了各數(shù)據(jù)序列相對于始點(diǎn)的變化速率之間的關(guān)系,變化速率越接近,關(guān)聯(lián)度值越大;灰色綜合關(guān)聯(lián)度分析既體現(xiàn)了各序列曲線(折線)在幾何意義上的相似程度,又反映出各序列相對于始點(diǎn)的變化速率的接近程度,因此,本文選取灰色綜合關(guān)聯(lián)度來表征數(shù)據(jù)序列之間聯(lián)系的緊密程度。

表1 2000-2008年中國耗水總量以及各部門耗水量Tab.1 Total and each sector’water consumption of China from 2000 to 2008

表2 灰色關(guān)聯(lián)結(jié)果Tab.2 Results of grey correlation analysis

3.2 灰色關(guān)聯(lián)結(jié)果分析

農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等三個(gè)主要耗水部門的耗水量與中國水資源消耗總量的灰色綜合關(guān)聯(lián)度分別為0.630 0、0.856 4、0.786 8,由此可以得出:工業(yè)部門耗水量對整個(gè)中國水資源消耗總量的影響最大、關(guān)系最為密切,其次是居民生活耗水量,影響最小的農(nóng)業(yè)耗水量。

水是整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的基礎(chǔ),而國內(nèi)生產(chǎn)總值中工業(yè)部門的貢獻(xiàn)率最高,加之近些年來,由于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備陳舊、工藝落后導(dǎo)致整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中水的重復(fù)利用率非常低。此外,工業(yè)污水也沒有形成高效的循環(huán)再利用,最終造成整個(gè)工業(yè)部門耗水量持逐年上漲態(tài)勢,因此,工業(yè)部門的水資源消耗量對整個(gè)中國水資源消耗量的配置起到極大的影響作用。

中國是世界人口大國,全國居民每天生活耗水量非常大,隨著人口的逐年增長,居民生活耗水量逐年增加。不合理的水價(jià)機(jī)制也造成了居民對水資源稀缺性認(rèn)識(shí)不足,考慮到社會(huì)福利因素,水價(jià)長期保持在低于處理成本的水平上,居民在生活中對水資源的保護(hù)意識(shí)較弱,生活用水的浪費(fèi)現(xiàn)象也普遍皆是,因此,生活部門的水資源消耗量對整個(gè)中國水資源消耗配置的影響僅次于工業(yè)部門。

中國是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國,但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局缺乏多樣性,落后的灌溉方式至今在許多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域仍舊沿用,盡管農(nóng)業(yè)用水量近些年來出現(xiàn)下降趨勢,但單位農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的耗水量的下降速度較慢,由此說明,農(nóng)業(yè)耗水利用率較低。相對于工業(yè)和生活部門而言,雖然農(nóng)業(yè)部門耗水量對中國水資源消耗總量配置的影響程度較低,但隨著農(nóng)村濫砍濫發(fā)、毀耕導(dǎo)致大面積水土流失,加之農(nóng)藥的超量使用導(dǎo)致水資源被大量污染,整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所造成的不必要的水資源浪費(fèi)程度逐年加重。

4 中國水資源消耗配置的適宜度測算分析

4.1 適宜度測算

按照公式(9)、(10)分別計(jì)算出各個(gè)變量的現(xiàn)實(shí)生態(tài)位和最佳生態(tài)位,然后代入到公式(11)中進(jìn)行計(jì)算,估算出模型中參數(shù)ε的值,經(jīng)測算ε=0.451 8,最終分別計(jì)算出2000-2008各年水資源消耗配置的適宜度,具體計(jì)算結(jié)果如表3所示。

4.2 適宜度測算結(jié)果分析

按照表3計(jì)算出的各年份適宜度值,可以把2000-2008年水資源消耗配置的適宜度劃分為三個(gè)梯度,大于0.8的為水資源消耗總量配置適宜度相對較高的第一梯度,大于0.5而小于0.8的為水資源消耗總量配置適宜度居中的第二梯度,低于0.5的為水資源消耗總量配置適宜度相對較低的第三梯度。

因此,2008年水資源消耗總量在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門配置的適宜度值最高,其中工業(yè)耗水量與生活耗水量的現(xiàn)實(shí)生態(tài)位均為最佳生態(tài)位,由此說明,2008年水資源消耗總量在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活部門的配置量處于較優(yōu)配置,有利于水資源的可持續(xù)利用。

2000、2001、2002、2005、2006、2007 各年水資源消耗總量在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門配置的適宜度處于中等水平,隸屬于第二梯度,存在進(jìn)一步改善水資源消耗配置適宜度水平的空間,例如2000、2001年工業(yè)耗水和生活耗水生態(tài)位水平的提高可以改善水資源消耗總量在各部門配置的適宜度水平;2002、2005年工業(yè)耗水生態(tài)位水平的提高可以在總體上改善水資源消耗配置的適宜度水平。

表3 2000-2008年中國水資源消耗在各部門配置的適宜度Tab.3 Configuration suitability of water consumption in various sectors from 2000 to 2008

2003、2004年水資源消耗配置的適宜度水平較低,處于第三梯度,由此說明,2003、2004年中國水資源消耗總量在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門配置效率較低。

綜上所述,將生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域中的生態(tài)位適宜度模型引入到水資源消耗總量在部門配置的研究中,通過測算適宜度可以直觀地分析出各個(gè)年份水資源消耗總量在各部門的配置水平和配置效率,適宜度越高,配置水平和配置效率越高,水資源消耗總量在各個(gè)部門的配置達(dá)到最優(yōu)化;反之,適宜度越低,配置水平和配置效率越低,水資源消耗總量在各個(gè)部門的配置有待于進(jìn)一步通過協(xié)調(diào)各部門消耗量來進(jìn)一步優(yōu)化。

5 結(jié)論與對策建議

本文通過運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析和生態(tài)位適宜度模型對中國水資源消耗配置進(jìn)行分析與測算,可以得出以下結(jié)果:(1)工業(yè)部門的耗水量與中國水資源消耗總量的灰色關(guān)聯(lián)程度最高,因此,中國水資源消耗配置與工業(yè)部門的關(guān)系最為密切;(2)優(yōu)化中國水資源消耗配置要協(xié)調(diào)好農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門耗水量之間的分配,特別是工業(yè)部門的耗水量;(3)2008年中國水資源消耗配置的適宜度水平最高,由此說明,2008年中國水資源消耗在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門的配置基本上滿足了水資源在各部門的協(xié)調(diào)使用和可持續(xù)利用。

通過對中國水資源消耗總量在各部門配置的關(guān)聯(lián)度和適宜度的測算,本研究認(rèn)為:提高水資源消耗總量在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門配置的適宜度,關(guān)鍵在于減少水資源在各部門的浪費(fèi)性消耗和提高水資源利用效率,使農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門的水資源消耗值均接近最佳生態(tài)位,最終達(dá)到水資源消耗總量在各部門的消耗配置接近最優(yōu)化水平。具體看來,改進(jìn)措施有以下幾方面:在農(nóng)業(yè)部門,加快高效灌溉技術(shù)的研發(fā)利用,減少土壤中水的蒸發(fā)損失,選擇耗水量少、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)附加值高的農(nóng)作物進(jìn)行生產(chǎn)推廣,構(gòu)建節(jié)水型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系;在工業(yè)部門,淘汰耗水量大、技術(shù)落后的生產(chǎn)工藝和設(shè)備,減少工業(yè)生產(chǎn)的源頭耗水量,倡導(dǎo)節(jié)水型工業(yè)生產(chǎn),科學(xué)處理工業(yè)廢水,實(shí)現(xiàn)廢水資源化和再生利用;在生活部門,充分利用價(jià)格杠桿,制定合理水價(jià)機(jī)制,強(qiáng)化居民節(jié)水認(rèn)知意識(shí),提高公眾參與節(jié)水的認(rèn)知水平,使居民認(rèn)識(shí)到生活用水的減少能夠促進(jìn)整個(gè)水資源的循環(huán)再利用。

本研究需要進(jìn)一步改進(jìn)的方面有如下幾點(diǎn):在水資源消耗的灰色關(guān)聯(lián)分析中可以進(jìn)一步引入生態(tài)耗水量指標(biāo),綜合分析農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活部門以及生態(tài)耗水量與中國水資源消耗總量配置之間的關(guān)聯(lián)程度;在水資源消耗配置的適宜度測算中,可進(jìn)一步改進(jìn)生態(tài)位適宜度模型,例如ε值的計(jì)算處理方面、現(xiàn)實(shí)生態(tài)位的計(jì)算公式方面。

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Grey Correlation Degree and Niche Measurement of Allocation of China’s Water Resources Consumption

ZHAO Ao1,2WU Chun2you1,2
(1.School of Management,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China;2.Institute for Eco-planning and Development,Dalian University of Technology,Dalian Liaoning 116024,China)

Water as an exhaustive resource,its consumption in agricultural,industrial and domestic sectors is very large.Whether the pattern of consumption allocation is reasonable or not still should be further studied.This paper calculated the grey correlation degree between total water consumption and sector’s consumption during 2000-2008 in order to searchfor the extent of sector’s consumption on the impact of total consumption.This paper evaluated the suitability of allocation of water resources consumption in sectors by means of niche assessment model.The results showed that the grey correlation degree between water resources consumption in industrial sector and total water consumption was the highest,and the suitability of water consumption allocation in 2008 was the highest namely achieving high-level allocation.Based on the calculation of correlation and suitability,this research concluded that the promotion of suitability of water consumption allocation in sectors lay in decreasing wasteful consumption and increasing utilization efficiency in order to achieve optimum niche of sector’s consumption and optimization of allocation of total water resources consumption in sectors.

water resources consumption;grey correlation analysis;niche assessment model;suitability

TV213.4

A

1002-2104(2010)09-0065-05

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.09.012

2010-04-09

趙奧,博士生,主要研究方向?yàn)槟茉磁c資源管理。

(編輯:王愛萍)