中国水资源消耗配置的灰色关联度与适宜度测算

赵 奥 武春友

(1.大连理工大学管理学院,辽宁大连116024;2.大连理工大学生态规划与发展研究所,辽宁大连116024)

中国水资源消耗配置的灰色关联度与适宜度测算

赵 奥1,2武春友1,2

(1.大连理工大学管理学院,辽宁大连116024;2.大连理工大学生态规划与发展研究所,辽宁大连116024)

水资源作为一种可耗竭性资源,在农业、工业和生活部门的消耗量非常大,这种消耗配置格局是否合理有待于研究。本文运用灰色关联分析法对2000-2008年中国水资源消耗总量与农业、工业和生活部门耗水量的配置进行关联度测算,以探求各部门耗水量配置对水资源消耗总量的影响程度,继而将生态学中的生态位评估模型引入到水资源消耗配置评价中,对水资源消耗总量在各部门的消耗配置进行适宜度测算,研究结果表明:①工业部门耗水量与中国水资源消耗总量的灰色关联程度最高;②2008年中国水资源消耗配置的适宜度水平最高,水资源消耗总量在农业、工业和生活部门实现较优配置。通过对中国水资源消耗总量在各部门配置的关联度和适宜度测算,研究认为:提高水资源消耗总量在农业、工业和生活部门配置的适宜度,关键在于减少水资源在各部门的浪费性消耗,提高水资源利用效率,使各部门的水资源消耗值均接近最佳生态位,从而实现水资源消耗总量在各部门的消耗配置接近最优化水平。

水资源消耗;灰色关联分析;生态位评估模型;适宜度

随着中国人口数量的剧增和经济的高速发展,社会各部门对水资源的需求迅速增长,水资源供需矛盾日益突出。中国工业化、城市化进程的加快促使工业用水和生活用水量逐年增加,农业领域中低效率的生产技术导致单位农业产值的耗水量较高。2000-2008年间,中国水资源消耗总量持上涨趋势,特别在2006-2008年间增长最快,而水资源在开发利用到一定程度时会出现枯竭,消耗量的增长趋势与水资源总量的减少趋势呈现出矛盾局面,长此以往,中国水资源消耗量会随着需求量的增加而越来越多,水资源会因过度消耗而成为制约中国经济发展的障碍。

本文采用灰色关联分析法对2000-2008年中国水资源消耗总量与各部门消耗量配置的关联度进行分析,并运用生态学中的生态位评估模型测算出中国水资源消耗总量在农业、工业和生活部门的消耗配置的适宜度水平,依据测算结果分析出中国水资源消耗总量在各部门配置的现状和存在的问题,简要地提出相应的可借鉴的解决途径与建议。

1 相关文献综述

国内外学者基于不同视角,运用各种不同的分析方法,围绕水资源配置进行了大量定量研究。谷红梅、郭文献[1]等通过引入灰色关联理论,探讨区域水资源利用程度的综合评价方法,建立综合评价模型。王海政、仝允桓[2]针对水资源优化配置表现出的主从递阶决策、多目标决策、多阶段决策等特点,构建了优化配置模型。王福林、吴丹[3]建立基于水资源优化配置的区域产业结构动态演化模型。陈文艳、王好芳[4]选择生活、工业、农业与生态四个配水量作为评价指标,提出了基于模糊识别的水资源配置评价方法,并以海河流域为例进行方案评价。何逢标[5]利用AHP法分析了水资源配置指标体系的层次结构,利用TOPSIS法计算,得到水资源配置比例,为水资源配置决策提供依据。陈志松等[6]将演化博弈理论运用到流域水资源配置中。王慧敏等[7]借鉴金融工程理念,引入水期权契约作为市场机制下水资源配置的一种方式。杜静、陆小成[8]基于生态水利理论模型,探寻水资源优化配置和可持续发展路径。Jin和Wang[9]通过建立动态模型来优化区域内水资源的需求分配,最大限度地发挥区域的整体经济利益。Wang等人[10]提出了一种对水资源的空间配置等同边际收益理论,计算出优化的动态分配方案。Liu和Chen[11]提出了水资源的优化配置模型,并将此模型用于研究珠江三角洲水资源配置。Tang[12]采用系统分层动态规划来解决水资源配置模型,并且将此规划技术和方法应用到黄河流域水资源配置研究中。Najmeh Mahjouri[13]运用博弈论等相关方法和仿真模型对流域水资源开发配置进行研究。

综上所述,国内外学者针对水资源配置的研究大多集中于运用复杂的数学模型或者从博弈、期权角度来研究如何对水资源进行有效配置,而忽视了影响水资源消耗配置的主要部门。此外,在适宜度测算研究方面,国内研究基本上是将生态位适宜度模型运用到耕地资源、旅游资源、气候、技术创新等方面。因此,本文将选择一个新的视角进行水资源配置研究,搜集整理2000-2008年中国水资源消耗总量以及在农业、工业和生活部门的耗水量,通过运用灰色综合关联分析法测算出农业耗水、工业耗水和生活耗水量与耗水总量之间的关联度,并尝试将生态学中的生态位适宜度评估模型引入到水资源消耗配置的研究中,测算出2000-2008年水资源消耗配置的适宜度值,依据测算结果分析出水资源消耗量配置的现状以及存在的问题。

2 研究方法

2.1 灰色关联分析法[14-15]

灰色关联分析是对灰色系统中不同事物之间的相关关系进行分析,灰色关联评价系统根据所给出的评价标准或比较序列,通过计算参考序列与各评价标准或比较序列的关联度大小,判断该参考序列与比较序列的接近程度来评定该参考序列的等级。若将某一事物的发展特征数列记为参考数列 x0(n维),称该事物为参考事物。有多个事物的发展与该事物相关,将多个事物的发展特征数列(对比数列)记为 xi(i=1,2,3,......,m)(n维),为比较多个事物与参考事物之间的相关关系,引入关联系数概念。

δ为分辨系数,其取值在0-1之间,一般取δ=0.5,ri(k)称为 xi对x0在k时刻的关联系数。进一步计算关联度,按照下面的公式对关联系数做处理后得到ωi,即为数列 xi对x0的关联度。

灰色相对对关联度计算公式与绝对关联度计算公式相似,只是在 x0i的构造上略有不同,即(7),其余计算公式都是类似的,在此不做陈述。

综合关联度是一个综合指标,既反映了序列之间的几何相似程度,又反映了序列之间相对于始点的变化速率的接近程度,可直接采用下式计算:

δ为分辨系数,其取值在0-1之间,一般取0.5,ω0i为灰色绝对关联度,ω′0i为灰色相对关联度。

2.2 生态位适宜度评估模型[16-18]

生态位评估模型的建立是以经典的生态位理论为基础,通过扩展经典生态位理论的内涵,用数学抽象方法分析系统最佳生态位点与现实生态位点的贴近度,这对于了解和掌握系统各要素的发展概况起着非常重要的作用,生态位评估模型的这一特征与水资源消耗的适宜度研究目标相一致,因此,本文选取生态位评估模型对中国水资源消耗配置的适宜度进行评估分析。

设有 m个评估年份,yij(i=1,2,...,m;j=1,2,...,n)表示第 i个生态系统在生态因子j上的观测数据值,在实际研究中,将数据进行标准化处理后得到生态因子的现实生态位,其中 ymax表示 yij中的最大值。

无纲化处理后,又设 yaj(i=1,2,...,m)表示第 j个生态因子的最佳生态位,即

其中ε∈[0,1],其值通常由 Fi=0.5计算出来。

3 中国水资源消耗配置的灰色关联度测算

3.1 灰色关联度计算

按照灰色关联度计算公式(1)-(8),对2000-2008年中国水资源消耗总量以及各部门消耗配置的数据(见表1)进行计算处理,得出如下分析结果,如表2所示。

灰色关联分析包括灰色绝对关联度、灰色相对关联度和灰色综合关联度。灰色绝对关联度表征了各数据序列几何图形的相似程度,相似程度越大,则关联度值越大;灰色相对关联度表征了各数据序列相对于始点的变化速率之间的关系,变化速率越接近,关联度值越大;灰色综合关联度分析既体现了各序列曲线(折线)在几何意义上的相似程度,又反映出各序列相对于始点的变化速率的接近程度,因此,本文选取灰色综合关联度来表征数据序列之间联系的紧密程度。

表1 2000-2008年中国耗水总量以及各部门耗水量Tab.1 Total and each sector’water consumption of China from 2000 to 2008

表2 灰色关联结果Tab.2 Results of grey correlation analysis

3.2 灰色关联结果分析

农业、工业、生活等三个主要耗水部门的耗水量与中国水资源消耗总量的灰色综合关联度分别为0.630 0、0.856 4、0.786 8,由此可以得出:工业部门耗水量对整个中国水资源消耗总量的影响最大、关系最为密切,其次是居民生活耗水量,影响最小的农业耗水量。

水是整个国民经济生产的基础,而国内生产总值中工业部门的贡献率最高,加之近些年来,由于工业生产设备陈旧、工艺落后导致整个工业生产中水的重复利用率非常低。此外,工业污水也没有形成高效的循环再利用,最终造成整个工业部门耗水量持逐年上涨态势,因此,工业部门的水资源消耗量对整个中国水资源消耗量的配置起到极大的影响作用。

中国是世界人口大国,全国居民每天生活耗水量非常大,随着人口的逐年增长,居民生活耗水量逐年增加。不合理的水价机制也造成了居民对水资源稀缺性认识不足,考虑到社会福利因素,水价长期保持在低于处理成本的水平上,居民在生活中对水资源的保护意识较弱,生活用水的浪费现象也普遍皆是,因此,生活部门的水资源消耗量对整个中国水资源消耗配置的影响仅次于工业部门。

中国是传统的农业大国,但农业生产布局缺乏多样性,落后的灌溉方式至今在许多农业生产区域仍旧沿用,尽管农业用水量近些年来出现下降趋势,但单位农业生产总值的耗水量的下降速度较慢,由此说明,农业耗水利用率较低。相对于工业和生活部门而言,虽然农业部门耗水量对中国水资源消耗总量配置的影响程度较低,但随着农村滥砍滥发、毁耕导致大面积水土流失,加之农药的超量使用导致水资源被大量污染,整个农业生产过程中所造成的不必要的水资源浪费程度逐年加重。

4 中国水资源消耗配置的适宜度测算分析

4.1 适宜度测算

按照公式(9)、(10)分别计算出各个变量的现实生态位和最佳生态位,然后代入到公式(11)中进行计算,估算出模型中参数ε的值,经测算ε=0.451 8,最终分别计算出2000-2008各年水资源消耗配置的适宜度,具体计算结果如表3所示。

4.2 适宜度测算结果分析

按照表3计算出的各年份适宜度值,可以把2000-2008年水资源消耗配置的适宜度划分为三个梯度,大于0.8的为水资源消耗总量配置适宜度相对较高的第一梯度,大于0.5而小于0.8的为水资源消耗总量配置适宜度居中的第二梯度,低于0.5的为水资源消耗总量配置适宜度相对较低的第三梯度。

因此,2008年水资源消耗总量在农业、工业和生活部门配置的适宜度值最高,其中工业耗水量与生活耗水量的现实生态位均为最佳生态位,由此说明,2008年水资源消耗总量在工业、农业和生活部门的配置量处于较优配置,有利于水资源的可持续利用。

2000、2001、2002、2005、2006、2007 各年水资源消耗总量在农业、工业和生活部门配置的适宜度处于中等水平,隶属于第二梯度,存在进一步改善水资源消耗配置适宜度水平的空间,例如2000、2001年工业耗水和生活耗水生态位水平的提高可以改善水资源消耗总量在各部门配置的适宜度水平;2002、2005年工业耗水生态位水平的提高可以在总体上改善水资源消耗配置的适宜度水平。

表3 2000-2008年中国水资源消耗在各部门配置的适宜度Tab.3 Configuration suitability of water consumption in various sectors from 2000 to 2008

2003、2004年水资源消耗配置的适宜度水平较低,处于第三梯度,由此说明,2003、2004年中国水资源消耗总量在农业、工业和生活部门配置效率较低。

综上所述,将生态经济学领域中的生态位适宜度模型引入到水资源消耗总量在部门配置的研究中,通过测算适宜度可以直观地分析出各个年份水资源消耗总量在各部门的配置水平和配置效率,适宜度越高,配置水平和配置效率越高,水资源消耗总量在各个部门的配置达到最优化;反之,适宜度越低,配置水平和配置效率越低,水资源消耗总量在各个部门的配置有待于进一步通过协调各部门消耗量来进一步优化。

5 结论与对策建议

本文通过运用灰色关联分析和生态位适宜度模型对中国水资源消耗配置进行分析与测算,可以得出以下结果:(1)工业部门的耗水量与中国水资源消耗总量的灰色关联程度最高,因此,中国水资源消耗配置与工业部门的关系最为密切;(2)优化中国水资源消耗配置要协调好农业、工业和生活部门耗水量之间的分配,特别是工业部门的耗水量;(3)2008年中国水资源消耗配置的适宜度水平最高,由此说明,2008年中国水资源消耗在农业、工业和生活部门的配置基本上满足了水资源在各部门的协调使用和可持续利用。

通过对中国水资源消耗总量在各部门配置的关联度和适宜度的测算,本研究认为:提高水资源消耗总量在农业、工业和生活部门配置的适宜度,关键在于减少水资源在各部门的浪费性消耗和提高水资源利用效率,使农业、工业和生活部门的水资源消耗值均接近最佳生态位,最终达到水资源消耗总量在各部门的消耗配置接近最优化水平。具体看来,改进措施有以下几方面:在农业部门,加快高效灌溉技术的研发利用,减少土壤中水的蒸发损失,选择耗水量少、产量和经济附加值高的农作物进行生产推广,构建节水型农业生产体系;在工业部门,淘汰耗水量大、技术落后的生产工艺和设备,减少工业生产的源头耗水量,倡导节水型工业生产,科学处理工业废水,实现废水资源化和再生利用;在生活部门,充分利用价格杠杆,制定合理水价机制,强化居民节水认知意识,提高公众参与节水的认知水平,使居民认识到生活用水的减少能够促进整个水资源的循环再利用。

本研究需要进一步改进的方面有如下几点:在水资源消耗的灰色关联分析中可以进一步引入生态耗水量指标,综合分析农业、工业、生活部门以及生态耗水量与中国水资源消耗总量配置之间的关联程度;在水资源消耗配置的适宜度测算中,可进一步改进生态位适宜度模型,例如ε值的计算处理方面、现实生态位的计算公式方面。

References)

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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

赵奥,博士生,主要研究方向为能源与资源管理。

(编辑:王爱萍)