李鐘恒，張 峰

(山東理工大學(xué) 管理學(xué)院，山東 淄博 255000)

水資源分布不均、人多水少是中國水資源的分布特點(diǎn)，這也成為中國部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要限制。京津冀地區(qū)作為我國的政治、文化中心和北方最大的經(jīng)濟(jì)核心區(qū)[1]，在國家的發(fā)展中有著不可替代的作用，但水資源的匱乏嚴(yán)重影響京津冀地區(qū)的發(fā)展前景[2-3]。工業(yè)用水作為當(dāng)前我國水資源利用的第二大用戶，面臨著水資源短缺與環(huán)境污染的多重壓力，當(dāng)前工業(yè)企業(yè)規(guī)模和數(shù)量持續(xù)上升，“十四五”期間工業(yè)用水需求必將與日俱增。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源供需矛盾日益突出，如何實(shí)現(xiàn)水資源節(jié)約與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙贏成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。尤其對(duì)于京津冀地區(qū)而言，實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)水對(duì)于統(tǒng)籌兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源節(jié)約具有重大意義。

對(duì)資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系的探討源于環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)[4-5]，研究發(fā)現(xiàn)，資源環(huán)境狀況隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間有著先惡化后改善的過程，兩者關(guān)系呈現(xiàn)為倒“U”型曲線。隨后國內(nèi)外學(xué)者在大氣污染、能源消耗等方面對(duì)曲線進(jìn)行驗(yàn)證，由于研究地區(qū)和研究期存在差異，研究對(duì)象亦具有不同的屬性特征，各類學(xué)者對(duì)環(huán)境庫茲涅茨曲線的適應(yīng)性提出了不同的看法[6]，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)同了這一曲線的存在。隨著我國工業(yè)化的不斷推進(jìn)與水資源供需矛盾的日益尖銳，工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系成為我國學(xué)者的研究重點(diǎn)。在對(duì)發(fā)達(dá)國家工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線的研究中發(fā)現(xiàn)，部分發(fā)達(dá)國家工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線滿足倒“U”型關(guān)系[7]，這為我國工業(yè)用水發(fā)展情況提供了參考價(jià)值。學(xué)者們?cè)诖嘶A(chǔ)上展開了對(duì)我國的工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線研究。張?jiān)卵芯空J(rèn)為中國工業(yè)用水發(fā)展水平符合EKC特征，人均工業(yè)用水與人均GDP存在著倒“U”型關(guān)系，拐點(diǎn)的出現(xiàn)又要由于技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)導(dǎo)致[8]。趙雨分析了景德鎮(zhèn)市工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)景德鎮(zhèn)市工業(yè)用水量隨著時(shí)間的推移、經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出“N”型的變化趨勢(shì)[9]。程亮研究發(fā)現(xiàn)山東省工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為“N”型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)曲線成因進(jìn)行了深入探討[10]。陳曉清研究發(fā)現(xiàn)寧夏工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為“N”型，并存在未來發(fā)展成“M”型的可能[11]。張兵兵通過對(duì)中國工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進(jìn)行分區(qū)域研究發(fā)現(xiàn)，東部地區(qū)曲線為倒“U”型，中部地區(qū)曲線為“N”型，而全國和西部地區(qū)曲線為單調(diào)遞增直線[12]。由于各省市發(fā)展?fàn)顩r及地區(qū)政策不同，反映在各地區(qū)工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線上表現(xiàn)為曲線形狀的差異，這表明工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展二者之間的演變關(guān)系存在明顯的空間異質(zhì)性[13]。針對(duì)推進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展的整體訴求，部分學(xué)者對(duì)如何保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)水進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)用水的脫鉤是其中關(guān)鍵[14]，而實(shí)現(xiàn)脫鉤的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素在于技術(shù)效應(yīng)帶來的用水效率的提高[15-16]。除此之外，工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整亦是節(jié)約工業(yè)水資源的有效措施[17-19]。

梳理文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，學(xué)術(shù)界對(duì)我國工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系已有較為豐富的研究，但仍有一些尚待完善之處：(1)在研究區(qū)域方面，京津冀是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，同時(shí)也是水資源供需最矛盾的區(qū)域之一，但目前對(duì)這一區(qū)域工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系的細(xì)致研究相對(duì)較少。(2)在研究?jī)?nèi)容方面，當(dāng)前對(duì)工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的研究局限于兩者關(guān)系的研究，對(duì)影響因素的分析涉及較少，且忽視了因?yàn)檎叩臏笮詫?duì)工業(yè)用水量未來趨勢(shì)的影響。據(jù)此，本文將研究視角聚焦于京津冀地區(qū)工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系展開研究，首先對(duì)京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進(jìn)行判斷并分析工業(yè)用水影響因素，其次使用灰色預(yù)測(cè)模型基于近幾年工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系對(duì)未來京津冀地區(qū)工業(yè)用水環(huán)境庫茲涅茨曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)，最后根據(jù)研究結(jié)果提供相關(guān)建議。

一、 研究方法與數(shù)據(jù)來源

(一)研究模型與指標(biāo)選取

目前，在關(guān)于工業(yè)用水EKC研究中，約化模型受到廣泛使用，其可直接反應(yīng)資源環(huán)境指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。對(duì)變量取對(duì)數(shù)可減少數(shù)據(jù)的波動(dòng)性，消除異方差影響， 模型如下：

lnW=β0+β1lnE+β2(lnE)2+β3(lnE)3+ε

(1)

式中：W為工業(yè)用水量，單位為億立方米；E為人均工業(yè)增加值，單位為元/人；ε為誤差項(xiàng)，服從正態(tài)分布；β0為待估常數(shù)項(xiàng)，β1，β2，β3為待估參數(shù)。

(二)LMDI分解法

LMDI分解法通過量化不同因素的變化貢獻(xiàn)來研究結(jié)果的變化，經(jīng)常被用于各種影響因素和作用機(jī)制的解析[20]。由于無殘差、分解形式唯一且計(jì)算簡(jiǎn)便，LMDI方法被廣泛用于多個(gè)研究領(lǐng)域[21]。本文將影響京津冀工業(yè)用水變化的因素歸納為用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)規(guī)模[22]，公式如下：

(2)

式中：i為京津冀地區(qū)3省市，即北京市、天津市、河北??；t為年份；Wi和Wi,t分別為京津冀地區(qū)工業(yè)用水量i和i省(市)t年的工業(yè)用水量(億立方米)；Yi,t為i省(市)t年的工業(yè)增加值(億元)；Gi,t為i省(市)t年的地區(qū)生產(chǎn)總值(億元)；ei,t為i省(市)t年的工業(yè)用水量和工業(yè)增加值的比值(立方米/元)；si,t為i省(市)t年工業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值的比值；gi,t為i省(市)t年的地區(qū)生產(chǎn)總值。

使用LMDI方法中的的加法模式將工業(yè)用水變化量(ΔW)分解為用水效率(ΔE)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(ΔS)和經(jīng)濟(jì)規(guī)模(ΔG)。

ΔW=Wt-Wt-1=ΔE+ΔS+ΔG

(3)

分別測(cè)算3個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的貢獻(xiàn)值：

(4)

(5)

(6)

由(2)式計(jì)算得某驅(qū)動(dòng)因子貢獻(xiàn)值為正數(shù)時(shí)，表明該效應(yīng)增加工業(yè)用水；為負(fù)數(shù)時(shí)，表明該效應(yīng)減少工業(yè)用水。

(三) 預(yù)測(cè)方法

1.灰色預(yù)測(cè)模型。灰色系統(tǒng)理論是一種基于數(shù)學(xué)理論的方法，對(duì)一些信息不充分的系統(tǒng)，這種方法可以將有限的數(shù)據(jù)序列化為易于建模的新序列，在此基礎(chǔ)上建立新序列的預(yù)測(cè)模型即灰色預(yù)測(cè)模型[23]。本文使用灰色預(yù)測(cè)法中最常用的GM(1,1)模型。

設(shè)已知n年來工業(yè)用水量數(shù)據(jù)系列為：

x0=[x0(1),x0(2),…，x0(n)]

對(duì)系列x0進(jìn)行累加：

x1=[x1(1),x1(2),…，x1(n)]

生成均值系列：

建立關(guān)于時(shí)間t的一元一階微分方程：

由此得模型預(yù)測(cè)方程，其一般函數(shù)形式為：

其中a和b為參數(shù)，令A(yù)=[ab]T由累加生成數(shù)列和均值生成數(shù)列，用最小二乘法求得：

可得工業(yè)用水量預(yù)測(cè)模型：

(7)

2. 自回歸預(yù)測(cè)法。自回歸預(yù)測(cè)法通過尋找歷史數(shù)據(jù)間的變化規(guī)律建立模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。

Wt=a+bWt-1

(8)

式中：Wt為t年的工業(yè)用水量；a，b為模型參數(shù)。

3. 指數(shù)平滑預(yù)測(cè)。指數(shù)平滑預(yù)測(cè)法是在加權(quán)平均法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的“修勻”進(jìn)行預(yù)測(cè)。指數(shù)平滑預(yù)測(cè)法分為一次指數(shù)平滑法、二次指數(shù)平滑法和三次指數(shù)平滑法。

一次指數(shù)平滑法：

(9)

二次指數(shù)平滑法：

Yt+T=at+btT

(10)

三次指數(shù)平滑法：

Yt+T=at+btT+ctT2

(11)

一次指數(shù)平滑法只能預(yù)測(cè)下一時(shí)期，適用于短期預(yù)測(cè)。二次指數(shù)平滑法適用于線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)，多用于求出平滑系數(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)非線性變化時(shí)，誤差較大。三次指數(shù)平滑法適用范圍較為廣泛，能用于中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，本文使用三次指數(shù)平滑法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(四)數(shù)據(jù)來源

在京津冀各省(市)統(tǒng)計(jì)年鑒及統(tǒng)計(jì)公報(bào)中獲取2000—2020年省(市)的人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、工業(yè)用水量、工業(yè)增加值及工業(yè)生產(chǎn)者出廠價(jià)格指數(shù)等數(shù)據(jù)。為避免價(jià)格變動(dòng)的影響，分別將工業(yè)增加值及地區(qū)生產(chǎn)總值根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)者出廠價(jià)格指數(shù)及地區(qū)生產(chǎn)總值指數(shù)換算成2000年價(jià)格水平下數(shù)值。

二、結(jié)果與分析

(一)數(shù)據(jù)分析

從圖1中不難發(fā)現(xiàn)，京津冀3省市之間工業(yè)用水量數(shù)據(jù)值及隨時(shí)間變化趨勢(shì)具有明顯差異。北京市工業(yè)用水量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這與北京當(dāng)前第二產(chǎn)業(yè)占比逐年降低的情況相符。天津市工業(yè)用水量在2000—2008年處于平穩(wěn)狀態(tài)，在2008年后逐漸上升，2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)后天津市擴(kuò)大基礎(chǔ)投資建設(shè)規(guī)模，包括水資源在內(nèi)的多項(xiàng)資源投入產(chǎn)出不平衡致使工業(yè)用水量升高。河北省工業(yè)用水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于北京市和天津市工業(yè)用水量，整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)楹颖笔」I(yè)總體規(guī)模大于北京和天津，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)落后其生產(chǎn)所需的工業(yè)用水量自然更多，而隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展和用水效率提高，用水量逐漸下降。

(a)工業(yè)用水量

(b)人均工業(yè)增加值

由圖1可知京津冀地區(qū)人均工業(yè)增加值整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。值得注意的是天津、河北在2015—2016時(shí)段起出現(xiàn)人均工業(yè)增加值下滑后又趨于平穩(wěn)的現(xiàn)象，其中原因與京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略有關(guān)。在京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略上升為國家戰(zhàn)略的背景下，為打造高精尖的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)并承接北京非首都功能，津冀對(duì)自身工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，限制、淘汰了一批高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)扶持高技術(shù)、高附加值產(chǎn)業(yè)，舊產(chǎn)業(yè)的淘汰與新產(chǎn)業(yè)的未完全成長(zhǎng)是津冀人均工業(yè)增加值下滑的共同政策原因。除政策原因外，津冀人均工業(yè)增加值下滑還可能受到了外部環(huán)境的影響，石油、機(jī)械、鋼鐵在津冀經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中均占到了一定的比例，2015年，國際石油價(jià)格大跌與鋼鐵產(chǎn)能過剩對(duì)津冀經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生負(fù)面影響。與津冀相比，北京市產(chǎn)業(yè)以第三產(chǎn)業(yè)為主，工業(yè)行業(yè)內(nèi)多為技術(shù)密集型的現(xiàn)代制造業(yè)，其優(yōu)良的產(chǎn)業(yè)格局受外部環(huán)境影響較小。且依據(jù)京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，產(chǎn)業(yè)首先遷出的多為低附加值的“三高”企業(yè)，故北京近年來人均工業(yè)增加值仍然保持增長(zhǎng)狀態(tài)。

(二)曲線擬合

使用EVIEWS 10.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，擬合結(jié)果見表1。

表1 京津冀地區(qū)工業(yè)用水EKC檢驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，北京、天津、河北相應(yīng)模型參數(shù)通過了1%置信水平下的顯著性檢驗(yàn)，京津冀模型參數(shù)通過了5%置信水平下顯著性檢驗(yàn)。P值均為零，模型擬合顯著。

由圖2可知，北京市和河北省工業(yè)用水庫茲涅茨曲線均為單調(diào)遞減直線，工業(yè)用水量隨人均工業(yè)增加值的增加而減少；京津冀工業(yè)用水量隨人均工業(yè)增加值增多而下降的趨勢(shì)先逐漸放緩后又加劇，呈現(xiàn)為“波浪型”下降曲線；天津市工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為正“U”型，當(dāng)人均工業(yè)增加值為14 310元/人時(shí)達(dá)到“U”型曲線最低點(diǎn)。京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線均不符合環(huán)境庫茲涅茨曲線倒“U”型假說，即京津冀地區(qū)工業(yè)用水量并不隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展先升高后降低。北京市和河北省工業(yè)用水量隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直在下降，可能的原因是北京市和河北省已處于倒“U”型曲線右半段。而天津市工業(yè)用水量隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展先降低后升高，拐點(diǎn)之前工業(yè)用水量隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展下降，拐點(diǎn)之后工業(yè)用水量隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展升高。就京津冀而言，工業(yè)用水庫茲涅茨曲線會(huì)由于地區(qū)發(fā)展?fàn)顩r不同而呈現(xiàn)不同的形狀。

(a)北京

(b)天津

(c)河北

(d)京津冀

(三)工業(yè)用水EKC成因分析

根據(jù)數(shù)據(jù)和公式(4)—(6)分別計(jì)算各省市及地區(qū)用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)歷年貢獻(xiàn)值。

使用LMDI方法將工業(yè)用水影響因素分解為用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)規(guī)模。當(dāng)用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)規(guī)模三者之和為負(fù)值時(shí)，表示三者的共同作用促使工業(yè)用水量下降；為正值時(shí)，表示三者的共同作用促使工業(yè)用水量上升。

1.用水效率對(duì)工業(yè)用水量的影響。從圖3、4、5、6可以看出，用水效率在京津冀地區(qū)工業(yè)用水量變化上有明顯的反向驅(qū)動(dòng)作用。圖中用水效率驅(qū)動(dòng)因子貢獻(xiàn)值絕大多數(shù)均為負(fù)值且絕對(duì)值較大，說明用水效率與京津冀工業(yè)用水量之間具有強(qiáng)反向變動(dòng)關(guān)系。水資源稟賦劣勢(shì)決定京津冀地區(qū)難以進(jìn)行粗放型生產(chǎn)，京津冀地區(qū)政府節(jié)水重視程度大、政策落實(shí)力度強(qiáng)、監(jiān)管嚴(yán)格，促使工業(yè)企業(yè)提升生產(chǎn)工藝，用水效率提高。以萬元工業(yè)增加值用水量衡量工業(yè)用水效率，京、津、冀均居于全國各省市前五位。值得注意的是，2008年天津市用水效率貢獻(xiàn)值為正值，驅(qū)動(dòng)工業(yè)用水量升高。原因在于，在2008年經(jīng)濟(jì)下行壓力逼迫下，促使天津加大包括水資源在內(nèi)的資源投入量獲取經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)固經(jīng)濟(jì)局勢(shì)，投入產(chǎn)出不平衡，工業(yè)用水效率下降使工業(yè)用水量升高。

圖3 北京市工業(yè)用水量變化及驅(qū)動(dòng)因子貢獻(xiàn)值

圖4 天津市工業(yè)用水量變化及驅(qū)動(dòng)因子貢獻(xiàn)值

圖5 河北省工業(yè)用水量變化及驅(qū)動(dòng)因子貢獻(xiàn)值

圖6 京津冀地區(qū)工業(yè)用水量變化及驅(qū)動(dòng)因子貢獻(xiàn)值

2．產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)工業(yè)用水量的影響。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)貢獻(xiàn)值大部分情況下為負(fù)值，意味著京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)驅(qū)動(dòng)工業(yè)用水量減少。對(duì)比圖3與圖4、5、6可直觀地看到北京與津、冀、地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)值的差異，與津冀相比，北京的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工業(yè)節(jié)水的作用更強(qiáng)。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比較，京津冀之間存在著由高到低的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)梯度，北京第三產(chǎn)業(yè)增加值超過其地區(qū)生產(chǎn)總值的75%，處于后工業(yè)化階段，津冀依然處在“二、三、一”階段，工業(yè)仍為其支柱產(chǎn)業(yè)；從工業(yè)細(xì)分行業(yè)比較，北京的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)集中在生活服務(wù)業(yè)和技術(shù)、資本密集型的現(xiàn)代制造業(yè)，天津的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)集中在設(shè)備制造和現(xiàn)代制造業(yè)，河北的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)主要是資源加工型、勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。2020年北京地區(qū)生產(chǎn)總值中工業(yè)增加值占比僅為12%，而津冀在30%左右。對(duì)比京津冀的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及效應(yīng)貢獻(xiàn)值的差異，說明以提高第三產(chǎn)業(yè)占比，降低第二產(chǎn)業(yè)占比，發(fā)展高新技術(shù)為期望的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)有助于實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)水。

3.經(jīng)濟(jì)規(guī)模對(duì)工業(yè)用水量的影響。由圖3、4、5、6可知，經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)貢獻(xiàn)值為正值且數(shù)值較大，表明經(jīng)濟(jì)規(guī)模擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)京津冀地區(qū)工業(yè)用水量增長(zhǎng)。對(duì)京津冀而言，保持經(jīng)濟(jì)規(guī)模擴(kuò)張的同時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)水是重中之重。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，節(jié)水逐漸受到政府及企業(yè)重視，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及新興技術(shù)的出現(xiàn)帶來用水效率的提高。由京津冀各效應(yīng)貢獻(xiàn)值可知，通過提升工業(yè)用水效率和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可抵消經(jīng)濟(jì)規(guī)模帶來的工業(yè)用水量增長(zhǎng)，尤其是技術(shù)改進(jìn)帶來的用水效率提升，從而減輕經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源的依賴性。

(四)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線預(yù)測(cè)

要對(duì)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)，需要對(duì)人均工業(yè)增加值和工業(yè)用水量分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，考慮到數(shù)據(jù)的可得性和易操作性，選用灰色預(yù)測(cè)法、自回歸預(yù)測(cè)法和指數(shù)平滑法直接對(duì)人均工業(yè)增加值對(duì)數(shù)和工業(yè)用水量對(duì)數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)數(shù)值可直接與工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進(jìn)行對(duì)比分析。以上3種方法將外部的影響簡(jiǎn)化，通過分析歷史數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)并將之延展，得到預(yù)測(cè)值，無需收集其它數(shù)據(jù)。

1. 預(yù)測(cè)方法比較。以北京市2011—2020年數(shù)據(jù)為例，選取上文中的3種方法對(duì)人均工業(yè)增加值對(duì)數(shù)和工業(yè)用水量對(duì)數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并計(jì)算實(shí)際值與預(yù)測(cè)值誤差，結(jié)果見表2。

表2 預(yù)測(cè)方法誤差對(duì)比

均方根誤差和平均絕對(duì)誤差可用來比較同一序列用不同模型得到的不同預(yù)測(cè)結(jié)果，值越小，代表該模型所得預(yù)測(cè)結(jié)果越準(zhǔn)確。由表2可知，在人均工業(yè)增加值對(duì)數(shù)和工業(yè)用水量對(duì)數(shù)預(yù)測(cè)上，灰色預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)精度都要高于另外2種方法。與灰色預(yù)測(cè)法相比，自回歸預(yù)測(cè)法適用范圍小，對(duì)數(shù)據(jù)平穩(wěn)性要求高。三次指數(shù)平滑模型加權(quán)系數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果影響較大，但取值難以確定。經(jīng)過綜合考慮，選擇灰色預(yù)測(cè)法對(duì)京津冀工業(yè)用水庫茲涅茨曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.曲線預(yù)測(cè)?？紤]到數(shù)據(jù)的時(shí)效性，選取2011—2020年數(shù)據(jù)對(duì)未來10年工業(yè)用水庫茲涅茨曲線趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。將京津冀2011—2020年數(shù)據(jù)代入到灰色預(yù)測(cè)模型中，得到預(yù)測(cè)值。

在灰色預(yù)測(cè)模型中，可通過方差比、小誤差概率判斷預(yù)測(cè)精確度，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 灰色預(yù)測(cè)模型精度及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)過計(jì)算，得到各預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的小誤差概率和均方差比，并與表3對(duì)比得表4。由表4可知，天津工業(yè)用水量對(duì)數(shù)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)不合格，經(jīng)檢查為天津市工業(yè)用水量數(shù)據(jù)離散程度過高所致，選擇將離散度最高的2020年天津工業(yè)用水量數(shù)據(jù)剔除，使用2010—2019年數(shù)據(jù)對(duì)2021—2029年數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，P值和C值分別為0.7、0.53，達(dá)到勉強(qiáng)合格標(biāo)準(zhǔn)。除天津市工業(yè)用水量對(duì)數(shù)外其余各預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)均通過了精確度檢驗(yàn)，整體預(yù)測(cè)效果較好，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)可用于工業(yè)用水庫茲涅茨曲線趨勢(shì)研究。

表4 京津冀灰色預(yù)測(cè)精確度

京津冀工業(yè)用水隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展繼續(xù)下降，這得益于京津冀地方政府對(duì)節(jié)水的重視。在當(dāng)前節(jié)水政策和工藝下，京津冀工業(yè)節(jié)水空間正逐步縮小，需要制定新政策和革新節(jié)水技術(shù)進(jìn)一步激發(fā)節(jié)水潛力。近幾年來，國家對(duì)節(jié)水日益重視，2019年相關(guān)部門相繼出臺(tái)《國家節(jié)水行動(dòng)方案》《京津冀工業(yè)節(jié)水行動(dòng)計(jì)劃》等政策，對(duì)水資源利用提出更嚴(yán)格的要求，在新政策的刺激下，預(yù)計(jì)未來京津冀工業(yè)用水下降趨勢(shì)比預(yù)測(cè)結(jié)果更顯著。京津冀2019—2029年工業(yè)用水EKC發(fā)展預(yù)測(cè)見圖7。

(a)北京

(b)天津

(d)京津冀

北京市工業(yè)用水EKC繼續(xù)保持下降勢(shì)頭。北京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)良，工業(yè)行業(yè)內(nèi)高耗水產(chǎn)業(yè)占比小，工業(yè)用水效率連年居于全國第一，節(jié)水空間會(huì)隨著時(shí)間推移越來越小。預(yù)計(jì)在未來的某個(gè)時(shí)間，北京市工業(yè)用水量會(huì)降低到某個(gè)值并在之后的時(shí)間圍繞該值在一定的范圍內(nèi)上下浮動(dòng)。隨著以疏解北京非首都功能為“牛鼻子”的京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略持續(xù)推進(jìn)，北京市部分工業(yè)產(chǎn)業(yè)繼續(xù)遷出[25]，產(chǎn)業(yè)遷出的同時(shí)帶來工業(yè)用水量和工業(yè)增加值的降低，其對(duì)北京工業(yè)用水庫茲涅茨曲線趨勢(shì)的影響有待觀察。

天津市工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展未來一段時(shí)間內(nèi)仍將是同向變動(dòng)關(guān)系，但增長(zhǎng)勢(shì)頭有所放緩。按此趨勢(shì)天津市在未來一段時(shí)間內(nèi)工業(yè)用水量仍會(huì)隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增加而增加。但天津市2020年工業(yè)用水量與往年相比大幅下降，2014—2019年間天津市工業(yè)用水量始終維持在5.4億立方米左右，2020年降為4.5億立方米，這證實(shí)了相關(guān)節(jié)水政策的作用。天津市應(yīng)繼續(xù)推行當(dāng)前相關(guān)節(jié)水政策，加快天津市工業(yè)用水EKC曲線由“U”型向倒“N”型轉(zhuǎn)變。

河北省工業(yè)用水量隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展下降趨勢(shì)加劇,表明當(dāng)前政策和技術(shù)條件下河北省工業(yè)節(jié)水能力未到達(dá)極限，仍有潛力等待挖掘。從工業(yè)產(chǎn)業(yè)構(gòu)成角度分析，與京津相比河北省工業(yè)結(jié)構(gòu)相對(duì)落后，高污染、高耗能、高耗水、低附加值行業(yè)企業(yè)仍占有一定比例，這意味著河北省工業(yè)用水量仍有大量下降空間，在當(dāng)前河北省限制“三高”行業(yè)和推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的背景下，河北省未來工業(yè)用水量下降速度會(huì)有所提高。

三、討論

京津冀地區(qū)用水形勢(shì)十分嚴(yán)峻，京津冀地區(qū)兩市一省以不足全國1%的水資源，承載了全國9.5%的工業(yè)增加值、近26%的鋼鐵產(chǎn)量，水資源長(zhǎng)期處于嚴(yán)重超載狀態(tài)，是中國最缺水的區(qū)域之一[26]。作為我國政治和文化中心以及經(jīng)濟(jì)重要的增長(zhǎng)極，水資源缺乏已嚴(yán)重限制了京津冀地區(qū)的發(fā)展前景。除依靠外部輸水工程外，京津冀還需做好自身節(jié)水工作。針對(duì)京津冀地區(qū)工業(yè)用水現(xiàn)狀，在京津冀協(xié)同發(fā)展背景下，結(jié)合本文研究情況現(xiàn)提出以下建議。

1.進(jìn)一步提升工業(yè)用水效率。由LMDI分解結(jié)果知，用水效率無論是在京津冀整體還是獨(dú)立省市均具有較大的貢獻(xiàn)值，證實(shí)了用水效率是京津冀地區(qū)工業(yè)用水量減少的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子。京津冀工業(yè)用水效率位居全國前列，但尚有上升空間。京津冀用水效率存在的問題主要在于不同行業(yè)和企業(yè)間用水效率存在較大差距。一些用水量大、節(jié)水工作開展早的行業(yè)由于已經(jīng)掌握了成熟的節(jié)水技術(shù)工藝和節(jié)水管理方法，用水效率較高；同時(shí)，重點(diǎn)企業(yè)和大型企業(yè)普遍更重視節(jié)水管理，而數(shù)量多體量小的中小企業(yè)，對(duì)節(jié)水工作普遍重視度不高。這需要發(fā)揮政府的引導(dǎo)與監(jiān)督作用，制定相關(guān)政策對(duì)企業(yè)加以約束，向中小企業(yè)普及工業(yè)節(jié)水技術(shù)，并對(duì)企業(yè)節(jié)水工作進(jìn)行階段性監(jiān)督檢驗(yàn)。

2.持續(xù)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)是工業(yè)用水實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)的根本原因[27]。以北京為例，2008年以來，北京市已形成穩(wěn)固的“三、二、一”型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)格局，工業(yè)用水進(jìn)入負(fù)增長(zhǎng)階段，工業(yè)用水的負(fù)增長(zhǎng)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)的階段性存在時(shí)間上的一致,體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與城市生產(chǎn)用水量變化密切相關(guān),特別是第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)降低生產(chǎn)用水量起到了重要的支撐作用[28]。以節(jié)約工業(yè)用水為目標(biāo)，京津冀產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)尚有升級(jí)空間，京津冀地區(qū)高耗水行業(yè)(鋼鐵、石化化工、紡織、食品、造紙等)產(chǎn)值仍占有一定比例，2019年高耗水行業(yè)在京、津、冀占比比值分別為37.4%、39.0%和59.5%，而河北省高耗水行業(yè)用水量占工業(yè)用水總量70%以上。推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，減少高耗水行業(yè)占比，構(gòu)建全新的京津冀工業(yè)體系，發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)減少第二產(chǎn)業(yè)占比，對(duì)于促進(jìn)京津冀地區(qū)工業(yè)節(jié)水是行之有效的措施[29]。此外，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移對(duì)于轉(zhuǎn)出地和承接地的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，以及產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率的提升具有至關(guān)重要的作用[30]。隨著京津冀協(xié)同發(fā)展政策的不斷開展，京津冀產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移逐漸加快，對(duì)于京津冀地區(qū)而言，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移過程中要做到“先升級(jí)再轉(zhuǎn)移”，對(duì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)入地及轉(zhuǎn)出地實(shí)現(xiàn)雙向互利。

四、結(jié)論

本文使用約化模型擬合2000—2020年京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線，采用LMDI方法分析工業(yè)用水庫茲涅茨曲線影響因素，并用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)未來京津冀工業(yè)用水庫茲涅茨曲線發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，最后在京津冀協(xié)同發(fā)展的背景下提出相關(guān)建議。研究結(jié)果如下：

1.京津冀工業(yè)用水庫茲涅茨曲線形態(tài)存在地區(qū)差異性。北京市及河北省工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為單調(diào)遞減直線，京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線為“波浪型”下降曲線，天津市工業(yè)用水庫茲涅茨曲線呈現(xiàn)“U”型。

2.工業(yè)用水變化受用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)規(guī)模的影響，從京津冀總體來看三者對(duì)工業(yè)用水影響力大小為：用水效率>經(jīng)濟(jì)規(guī)模>產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。用水效率和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)值為負(fù)值，驅(qū)動(dòng)工業(yè)節(jié)水；經(jīng)濟(jì)規(guī)模為正值，帶來工業(yè)用水量的升高。各驅(qū)動(dòng)因子在時(shí)間和空間的變化上存在顯著性差異。

3.使用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)京津冀地區(qū)各省市工業(yè)用水庫茲涅茨曲線發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。京津冀地區(qū)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線均朝有利方向發(fā)展，北京市繼續(xù)維持其下降趨勢(shì)，天津市增長(zhǎng)趨勢(shì)放緩且已展現(xiàn)下降勢(shì)頭，預(yù)計(jì)工業(yè)用水庫茲涅茨曲線將由“U”型轉(zhuǎn)為倒“N”型，河北省工業(yè)用水量隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展下降趨勢(shì)加劇。

4.通過對(duì)京津冀庫茲涅茨曲線及LMDI分解法的分析，提出通過提高用水效率和推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、轉(zhuǎn)移促進(jìn)工業(yè)節(jié)水。北京、天津、河北用水效率均處于全國前列，但仍有上升空間，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的方式既能促進(jìn)工業(yè)用水量的降低又符合京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略要求。

本文研究表明京津冀地區(qū)工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)關(guān)系不完全符合環(huán)境庫茲涅茨曲線倒“U”型假說，但京津冀工業(yè)用水庫茲涅茨曲線未來趨勢(shì)均朝有利方向發(fā)展，證實(shí)了近年來京津冀工業(yè)節(jié)水工作的有效性。