西安市工业结构演变与环境影响的灰色关联分析

2014-01-01仇立慧姬巧娟同勤学

西北大学学报（自然科学版） 2014年5期

李苒，仇立慧，胡胜，刘闻，姬巧娟，徐璐，同勤学

(1.西安文理学院文化与旅游学院，陕西西安 710065;2.西北大学城市与环境学院，陕西西安 710127;3.西安市城市规划设计研究院课题所，陕西西安 710082;4.西安欧亚学院金融学院，陕西西安 710065)

国内外的城市发展历程表明，城市能够发展，必然取决于这个城市工业发展的程度，若工业发展落后，城市的经济是不可能会稳定和持续快速发展的。但是，城市环境质量下降的主要原因也是因为工业的发展。而且，工业结构对环境质量的影响也是较为严重的，因为工业中不同行业污染物排放的种类和强度都各不相同，所以不一样的工业结构必然会对城市环境造成不一样的环境影响后果［1-3］。

目前的研究大多是针对产业结构与环境之间的关系，很少有研究针对工业的结构演变与生态环境质量之间的关系［4-6］，本文以西安市为例，在时间尺度上运用灰色关联分析法对工业结构演变和生态环境质量之间的关联进行测度和分析，以期为其他城市的工业和环境的可持续发展提供借鉴。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

西安市行政区域面积为1.01×104km2，常住人口为846.78万人，人口密度为834人/km2，总产值为3 241.49亿元，人均GDP为38 279元/人，产业构成(即农业、工业、服务业所占比例)为4.3∶43.5∶52.2。西安市工业体系的门类较为齐全，基于此也成为中国高新技术产业、科研和高等教育的基地。西安市环境污染物主要来源于工业过程中产生和排放的“三废”即废水、废气和固体废弃物，同时西安市也是一个以煤炭消耗为主的能源结构城市。

1.2 研究方法

灰色关联度表示两种或以上事物发展的状态和趋势之间的相互关联的程度。灰色关联分析的基本原理是依据系统参考序列与比较序列所形成的曲线的形状的相似程度来判断两者之间的联系，因而得到序列曲线的关联度。若曲线的形状越相似，相应的关联度越大，联系越紧密;反之，关联度就越小，联系越不紧密［7-8］。

灰色关联分析法的基本研究对象是由原始数据处理过后的数据列，因为灰色关联分析有参考数据列和比较数据列两类，所以把原始数据类也分为两类，称作母序列、子序列，参考数据列对应的是母序列，比较数据列对应的是子序列。采用如下的计算步骤:

①均值化处理原始数据

②计算序列差

令Δi(k)=|x'0(k)－x'i(k)|，Δi=(Δi(1)，Δi(2)，…，Δi(n));

③计算两级最大差与最小差

④计算关联度系数

γi(k)=m+ εM/Δi(k)+ εM，∈ (0，1)，在这里取ε=0.5;

⑤计算关联度

其中 i=1，2，…，m;k=1，2，…，n。

1.3 数据来源

原始数据中，工业的国内生产总值以及工业内部各行业的生产总值数据来源于西安市统计年鉴(2004—2013);各行业生产过程中“三废”排放量和原煤的消耗量的数据来源于西安市环境质量报告书(2003—2012)。

2 工业结构演变与环境的灰色关联分析

工业结构涉及到多方因素和多级层次，是一个复杂的系统。同时，在工业结构系统中一些信息是已知的，另一些信息是未知的，也是典型的灰色系统。因此，运用灰色关联分析方法，研究工业产值与环境资源要素之间的关联程度的动态演变的特征，可以揭示其未来的发展趋势。本文根据原始数据整理出2003—2012年这10年来工业总产值和13个行业的产值，工业及其内部各行业“三废”的排放量和原煤的消耗量，分别对工业总产值与环境污染物排放量、工业内部各行业产值与环境因素、工业内部各行业产值与能源消耗作灰色关联分析。

本文根据国家行业划分标准及工业各行业生产流程、工艺、产品的近似性，再结合基础数据采集的可得性、统计的可行性和计算的简便性，把西安市原本工业内部涉及到的39个行业再进一步归类划分成为13个大类。分别为:机械制造业(简称机械，下同)，石化工业(石化)，造纸及印刷业(造印)，食品、烟草加工业(食烟)，采掘业(采掘)，通信计算机及其他电子设备制造业(通电)，金属及非金属矿物制品业(金矿)，文体、工艺品及其他制造业(文工)，纺织及服装加工业(纺服)，木材采选及加工业(木加)，冶金工业(冶金)，交通运输设备制造业(交通)，电力、燃气及水的生产和供应业(电燃)。

2.1 工业总产值与环境污染物排放量的灰色关联分析

根据收集统计和计算归类出的原始数据，以2003—2012年的西安市工业总产值为母序列，亦即参考数列，以相同时间段内的工业“三废”排放量以及原煤消耗量为子数列，亦即比较数列，依据之前的5个计算步骤算出工业总产值与工业废水的排放量、废气的排放量、固体废弃物的排放量和原煤消耗之间的灰色关联度。西安市工业总产值的增长对西安市环境影响程度依次为:废气(0.88)、废水(0.76)、固体废弃物(0.68)。同时，西安市的工业总产值与原煤消耗的关联性也较强，关联度达到了0.67。

2.2 工业内部各行业产值与环境因素的灰色关联分析

根据收集统计和计算归类出的原始数据，以2003—2012年西安市的原煤消耗、工业废气的排放量、工业废水的排放量、工业固体废物的排放量分别为母序列，亦即参考数列，以相同时间段内的13类工业各行业为子序列，亦即比较数列，依据之前的5个计算步骤分别计算出消耗的原煤数量与13类行业的产值之间关联度、工业废气的产生量与13类行业的产值之间关联度、工业废水的产生量与13类行业的产值之间关联度、工业固体废物的产生量与13类行业的产值之间关联度，见表1。

由表1数据可知:西安市近10年来工业原煤消耗量与工业内部13类行业的产值之间关联度按由大到小的排序依次为:金矿、石化、造印、纺服、食烟、机械、通电、交通、电燃、木加、采掘、冶金、文工。

西安市近10年来工业废气排放量与工业内部13类行业的产值之间的关联度按由大到小的排序依次为:造印、金矿、纺服、石化、机械、通电、食烟、电燃、木加、交通、采掘、冶金、文工。

西安市近10年来工业废水排放量与工业内部13类行业的产值之间的关联度按由大到小的排序依次为:造印、石化、金矿、纺服、机械、食烟、通电、电燃、木加、采掘、交通、冶金、文工。

西安市近10年来工业固体废弃物排放量与工业内部13类行业的产值之间的关联度按由大到小的排序依次为:造印、石化、金矿、纺服、机械、食烟、通电、电燃、木加、采掘、交通、冶金、文工。

对比13类行业与“三废”排放量之间的关联度，可以看到，各行业与工业废气排放的关联度是最大的，也就是说工业废气排放量的大小直接影响着西安市的环境质量，也是环境污染的主要因素。

表1 工业各行业产值与环境资源要素的关联度Tab．1 Industrial output value of industry and environmental resources correlation factor

2.3 工业产业结构对生态环境影响的定量分析

根据表1的计算结果与工业“三废”与经济关联度的大小，对废水、废气、固体废弃物的关联度赋以权重，其中废水的关联度权重为0.33，废气的关联度的权重为0.49，固体废弃物的关联度的权重为0.18，从而可以得到13类工业各行业对环境影响的综合关联度，见表2。

由表2中的数据可知:

西安市近10年来工业“三废”排放量与工业内部13类行业的产值之间的关联度按由大到小的排序依次为:造印、金矿、纺服、石化、通电、食烟、机械、电燃、冶金、交通、木加、采掘、文工。

由表1中的数据可知:

西安市近10年来工业原煤消耗量与工业内部13类行业的产值之间的关联度按由大到小的排序依次为:金矿、石化、造印、纺服、食烟、机械、通电、交通、电燃、木加、采掘、冶金、文工。

由表1和表2的数据可得西安市近10年来工业“三废”排放量和原煤消耗量与工业内部13类行业的产值之间关联度与13类行业产值的关联度大小基本呈一致态势。

表2 工业各行业产值与环境的综合关联度Tab．2 Consolidated correlation industrial output value of the industry and the environment

结合以上西安市近10年来工业内部13类行业的产值与工业“三废”排放量和工业原煤消耗量之间的关联度排序，将这13类行业对西安市环境质量的影响进行划分，共分为3类，分别为重度、中度、轻度环境影响行业。对环境影响程度较轻的3类行业中，文体、工艺品及其他制造业和木材采选及加工业由于其生产工艺过程的特点对环境影响较小，采掘业通常情况下都会对环境产生较大的影响。但是，对西安环境影响较小的原因主要是其在西安工业构成中的比例非常低。

对环境影响程度居中的6类行业中，交通运输设备制造业、通信计算机及其他电子设备制造业、食品、烟草加工业等行业在西安市一直都发展势头较好，也因此打下了良好的基础，很多行业都建成了一定规模的研发生产基地。这些行业大都是技术密集型，行业发展必然促使新技术的产生，从而带动相关行业的发展，在西安工业发展中起着重要的作用。但是，也正是基于此，在这些行业快速发展的同时，不能忽视其对西安市环境造成的影响，否则，一旦造成影响，会有严重的后果，不利于行业的持续发展。

对环境影响程度严重的4类行业中，纺织及服装加工业虽然造成的影响比较严重，但是其在西安的工业构成比例中呈下降趋势，主要是做好生产过程中产生污染物的后期处理净化;随着西安市经济的快速发展，对能源的需求也越来越大，石油化工行业因此在工业结构中所占的比例也越来越大，因积极研发新技术应用与其生产和工艺的过程中，减少污染物的产生和排放;造纸印刷业和金属非金属矿物制品业能源消耗比较大，产生的工业“三废”量也很大，且在工业构成中的比例也很大，所以应该适当限制其在西安的发展。