基于双层诊断准则的京津冀水资源与产业结构优化适配方法

吴 丹，向筱茜

（北方工业大学经济管理学院，北京100144）

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》明确提出实施国家节水行动，建立水资源刚性约束制度，为严控中国经济社会发展的用水总量、降低用水强度、推进产业结构优化布局提供了有力支撑。京津冀地区是推动中国经济社会发展的重要引擎之一。自2014年京津冀协同发展国家战略确立以来，《“十三五”时期京津冀国民经济和社会发展规划》《京津冀协同发展生态环境保护规划》《京津冀水利协同发展专项规划》等政策文件相继出台并实施，强化京津冀生态保护，以京津冀水利高质量发展支撑京津冀协同发展。京津冀地区“十四五”规划提出了实施国家节水行动、建立水资源刚性约束制度。强调加强水利基础设施建设，强化农业节水增效、工业节水减排和城镇节水降损，提高水资源集约安全利用水平，持续深化污染防治和改善生态环境质量，提升水资源优化配置能力。立足京津冀地区水资源稀缺、经济发展不平衡不充分的区情与水情，亟须加快建立健全京津冀水资源合理配置和高效利用体系，加速推进京津冀地区产业结构转型升级。在京津冀协同发展战略实施背景下，强化水资源刚性约束，开展京津冀水资源与产业结构优化适配方法研究，提高京津冀水资源配置利用与经济产业发展的适应性，已成为京津冀政府管理部门和学者们高度关注的热点研究领域。

1 文献综述

水资源配置过程是一个涉及人口、经济、环境、社会和法律的跨学科问题。国外主要是根据具体国家和地区的水资源情况、经济发展、社会制度，采用多目标耦合、多主体参与、产业结构优化升级的配置模式与规则，进行水资源配置研究。①多目标耦合配置模式。多目标耦合配置的规则是统筹体现社会公平、经济效益、生态保护、风险控制等多维目标。水资源配置的关键是提高多目标耦合效益。国外许多学者对此进行了研究，如Condon 等［1］将水资源模型与水文、经济模型进行耦合，建立了应用于智利Maipo 流域的水文-农业-经济模型、水资源-经济-水文模型；Campenhout 等［2］、Hu 等［3］以实现公平和风险控制为目标，建立了引入基尼系数和条件风险价值的水资源优化配置模型；Dadmand等［4］以不同消费部门缺水损失最小、利润最大化为目标，建立了缺水条件下水资源优化配置的鲁棒模糊随机规划模型，并将其应用于伊朗东北部马什哈德市农业、城市和工业水资源配置；Feng［5］建立了不确定条件下经济、社会、环境效益多目标动态均衡的水资源优化配置模型。②多主体参与配置模式。多主体参与配置的规则是在统筹体现多维目标的同时，加强水资源利益相关者之间的利益交互。水资源配置的关键是充分体现水资源利益相关者的利益诉求。如Read等［6］建立了模拟水资源利益相关者谈判过程、提高水资源配置方案稳定性和可行性的经济学权力指数配置方法；Xie等［7］建立了帮助决策者识别、应对复杂水环境管理系统不确定变化的区间两阶段规划模型；Liu 等［8］依据澜沧江-湄公河水资源利用的季节性需求、时空特征及净效用差异，建立了跨国多主体合作水资源配置的模糊联盟博弈模型。③产业结构优化升级的配置模式。随着研究深化，水资源配置的重点是推进产业结构转型与优化升级，实现水资源高效利用和水环境有效保护。如Taskhiri等［9］建立了用水结构与产业结构优化模式、机制与路径以及优化仿真模型；Zhang等［10］构建了水资源与产业结构优化配置的多目标ITSP 模型，实现区域产业结构和水资源配置结构的双向优化。国外水资源配置实践与理论成果为中国开展水资源配置研究提供了重要的参考借鉴。

20 世纪60 年代开始，水资源配置成为中国学者和水利工作者关注的热点，中国水资源配置实践取得明显进展。目前水利部已批复57 条跨省江河流域水量分配方案，明确了这些江河流域及相关省区地表水开发利用相关指标，为发挥水资源刚性约束作用提供重要支撑。学术界对水资源配置原则与模型进行了热点研究。①配置原则。众多学者借鉴国际经验，总结中国《水法》等法律政策法规以及黄河、长江、黑河等流域分水实践，对水资源配置原则提出了各自见解。生活用水优先、保障粮食安全、尊重历史与现状、可持续发展、留有余量、生态用水保障等原则成为学者们达成统一共识的基本配置原则［11-12］。②配置模型。以配置原则为指导，水资源配置模型进一步为流域和区域分水实践提供了技术支撑。学者们通过产业结构用水需求与经济社会发展指标的互动反馈，结合模拟技术、动态规划分析等相关优化理论，构建了多目标优化模型、模拟仿真技术、系统动力学模型、自然资本核算法、基尼系数法等方法，开展水资源配置模型研究［13-15］。如张玲玲等［13］、赵岩等［14］应用系统动力学模型，动态模拟江苏省水资源供求变化和用水结构变化，提出总量控制下用水结构与产业结构优化方案；吴丹［15］建立了京津冀产业结构与水资源双向优化模型，实现京津冀地区经济产业结构优化目标。此外，随着研究深化，部分学者提出在水资源配置模型中嵌入判别诊断准则，提高水资源配置方案的满意度［16-20］。如吴丹等［16-17］、张丽娜等［18］提出构造判别准则，诊断流域内各行政区之间水资源配置与经济社会发展的协调适应性；左其亭［19］提出了一套水资源适应性利用的判别标准及量化方法、定量测度及评估方法；刘洋等［20］应用协调度评价法和基于成分数据的线性回归方法，评价了京津冀地区产业结构与用水结构关联性；张丽娜等［21］构建了流域用水结构与产业结构高级化适配度测算指标，判别二者同步变化程度及方向。此外，为贯彻落实空间均衡理念，左其亭等［22］、杨亚锋等［23］开始积极探索水资源空间均衡评价方法。

综上，受水资源要素禀赋、水利工程供给能力、水利科技创新能力以及经济产业政策导向的影响，水资源配置不仅强调技术方法与制度创新相融合，同时更加注重区域统筹优化配置的发展思路。通过京津冀水资源配置实践认识和文献梳理可知，目前鲜有学者将京津冀水资源利用作为一个整体进行统筹优化配置，尚未建立完善的京津冀水资源与产业结构优化适配诊断准则。在京津冀协同发展战略实施与水利政策导向作用的背景下，如何有效提高京津冀整体的水资源配置与人口分布、经济产值的空间均衡性，提高京津冀水资源配置利用与经济社会发展的适应性以及京津冀产业水资源配置结构与产业结构的匹配性，推进京津冀产业结构优化升级，优化京津冀整体的经济社会综合效益，成为京津冀水资源配置亟待解决的关键难题。为此，以京津冀水资源配置实践为导向，打破京津冀“一亩三分地”水资源配置思路，进行京津冀水资源统筹优化配置。按照“京津冀整体-地区-产业”层级结构，应用双层优化模型，构建基于双层诊断准则的京津冀水资源与产业结构优化适配方法，破解京津冀水资源与产业结构优化适配难题。

2 京津冀水资源与产业结构优化适配思路

京津冀水资源与产业结构优化适配的主要目的是通过水资源统筹优化配置，在确定京津冀及其产业的水资源配置量基础上，推进产业结构优化升级，优化经济社会综合效益；提高京津冀整体的水资源配置与人口分布、经济产值的空间均衡性。提高水资源配置利用与经济社会发展的适应性和水资源配置结构与产业结构的匹配性。以京津冀为整体进行系统性思考，按照“京津冀整体-地区-产业”层级结构，将京津冀水资源与产业结构优化适配过程划分为两个层次：“京津冀整体-地区”层次和“京津冀地区-产业”层次，提出京津冀水资源与产业结构优化适配思路，具体可分解为两个阶段。

第一阶段，应用双层优化模型，构建京津冀水资源多目标优化配置模型、主从递阶优化配置模型，确定京津冀地区及其产业的水资源配置量。主要分解为两个步骤：①京津冀水资源多目标优化配置模型构建。即通过确定京津冀水资源优化配置目标，强化水资源刚性约束，构建水资源优化配置目标函数，输出得到京津冀地区水资源配置量。②主从递阶优化配置模型构建。即通过确定京津冀整体的经济社会综合效益目标函数和约束条件，明确“京津冀地区-产业”层次的目标约束、京津冀地区产业结构优化升级的水资源配置优先序位。将京津冀地区水资源配置量输入主从递阶优化配置模型，输出得到京津冀地区产业水资源配置量。

第二阶段，构造双层诊断准则，优化京津冀地区及其产业的水资源配置量，确定水资源与产业结构优化适配的推荐方案。主要分解为四个步骤：①构造“京津冀整体-地区”层次诊断准则，将其嵌入水资源多目标优化配置模型，诊断京津冀整体的水资源配置与人口分布、经济产值的空间均衡性，诊断水资源配置利用与经济社会发展的适应性。②构造“京津冀地区-产业”层次诊断准则，将其嵌入主从递阶优化配置模型，诊断产业水资源配置结构与产业结构的匹配性。③依据确定的京津冀地区及其产业的水资源配置量，判别是否通过双层诊断准则。若不通过，采用逆向追踪法，确定需进行水资源配置量适应性调整的地区及产业，通过地区之间水市场交易，优化调整水资源配置量，返回②步骤，通过行业之间水权转让，优化调整的产业水资源配置量，进入第二阶段，重新进行双层诊断准则判别；若通过，确定京津冀整体的经济社会综合效益。④判别京津冀整体的经济社会综合效益是否满意。若满意，则得到京津冀水资源与产业结构优化适配的推荐方案；若不满意，可通过水权转让或水市场交易，再次对京津冀地区及其产业的水资源配置量进行适应性调整。最终，确定优化调整的京津冀地区及其产业的水资源配置量，得到水资源与产业结构优化适配的推荐方案，推进产业结构优化升级，优化整体经济社会综合效益。

综上，京津冀水资源与产业结构优化适配是以京津冀地区水资源配置为主、产业水资源配置为从的主从递阶优化配置过程，属于复杂系统配置问题。实现京津冀水资源与产业结构优化适配的关键是优先合理确定京津冀地区的水资源配置量。为此，综合考虑京津冀水资源演变特征、经济社会发展用水变化特征，应用双层优化模型，构建基于双层诊断准则的京津冀水资源与产业结构优化适配方法，以概化京津冀水资源与产业结构优化适配思路。

3 京津冀水资源与产业结构优化适配方法

3.1 双层优化配置模型

3.1.1 京津冀水资源多目标优化配置模型

依据京津冀水资源与产业结构优化适配思路，为优先合理确定水资源配置量，借鉴现有的水资源配置原则框架体系［11-12］，通过文献调研法和专家咨询法，构造控水性、保障性、历史性、需求性、公平性、效益性、控污性、协调性8 大配置目标（表1）。依据表1，构建京津冀水资源多目标优化配置模型，包括各个目标对应的目标函数和综合满意度诊断函数，见式（1）—式（9）。

根据表1，京津冀水资源多目标优化配置的综合满意度函数，可用公式表示为

表1 京津冀水资源优化配置目标与目标函数构造

其中：S为京津冀水资源多目标优化配置的综合满意度函数；Sk为第k个目标对应的目标函数；ωk为赋予目标函数Sk的权重，考虑8 大配置目标具有同等重要性，可采用等权法予以确定。

各个目标对应的目标函数分别列出。

①控水性目标函数S1可表示为

其中：Si1为京津冀第i地区用水总量控制的满意度，为第i地区的用水总量控制刚性约束目标。

②保障性目标函数S2可表示为

其中：Si2为保障京津冀第i地区基本居民生活和粮食生产安全用水需求的满意度DWiA分别为第i地区的居民生活用水需求、粮食生产安全用水需求。

③历史性目标函数S3可构造为

其中：Si3为京津冀第i地区水资源配置比例与历史用水比例相比的满意度为第i个地区的历史用水比例。

④需求性目标函数S4可表示为

其中：Si4为保障京津冀第i地区经济社会用水需求的满意度为第i地区经济社会用水需求。

⑤公平性目标函数S5可表示为

其中：Si5为京津冀第i地区经济社会发展的水资源配置满意度，为第i地区综合人口、有效灌溉面积、水资源总量、经济产值指标的水资源配置量。r2×WiA+r3×WiW+r4×WiC，其中Wip、WiA、WiW、WiC分别为第i地区按京津冀整体的人口比例、有效灌溉面积比例、水资源总量比例、经济产值比例确定的水资源配置量；r1、r2、r3、r4分别为Wip、WiA、WiW、WiC的相对重要性。

⑥效益性目标函数S6可表示为

其中：Si6为京津冀第i地区经济效益的满意度，Zi为第i地区的单方水GDP，为第i地区经济产值目标。⑦控污性目标函数S7可表示为

其中：Si7为保障京津冀第i地区废水排放总量控制的满意度，Li(t)为第i地区万元GDP废水排放量，为第i地区的废水排放刚性约束目标。

⑧协调性目标函数S8可表示为

综上，根据式（1）—式（9），构建京津冀水资源多目标优化配置模型。模型参数主要依据京津冀地区政府调控目标设定，依据2000—2019年京津冀地区平均历史用水比例确定，依据2000—2019 年京津冀地区人口占比、有效灌溉面积占比、水资源总量占比、经济产值占比的加权值与其水资源配置占比之间的误差最小化原则确定。最终，依据京津冀水资源多目标优化配置模型，可合理确定京津冀地区的水资源配置量。

3.1.2 主从递阶优化配置模型

依据京津冀水资源与产业结构优化适配思路，在确定京津冀地区水资源配置量基础上，构建主从递阶优化配置模型，包括京津冀整体的经济社会综合效益目标约束、“京津冀地区-产业”层次的目标约束，确定京津冀地区的产业水资源配置量。

（1）京津冀整体的经济社会综合效益目标函数与约束条件。京津冀整体的经济社会综合效益目标函数涉及经济发展、社会节水和生态保护3 个子目标函数，可分别表示为京津冀整体的GDP 最大化、用水总量最小化和废水排放总量最小化。其中，GDP 最大化目标主要体现京津冀整体的经济效益，用水总量最小化目标主要体现京津冀整体的用水总量控制，废水排放总量最小化目标主要体现京津冀整体的废水排放总量控制。

京津冀整体的经济社会综合效益目标函数与约束条件可表示为

其中：F(W)为京津冀整体的经济社会综合效益函数，F1(W)、F2(W)、F3(W)分别为京津冀整体的经济、社会与生态优化目标函数；分别为京津冀整体的经济、社会与生态优化目标值。

fi1(Wi) =ai1Wi1+ai2Wi2+ai3Wi3（i= 1、i= 2、i= 3 分别代表北京、天津、河北）为京津冀第i地区的GDP，可依据京津冀地区的产业水资源配置量及其用水效率确定。Wi1、Wi2、Wi3分别为第i地区第一、第二、第三产业的水资源配置量；ai1、ai2、ai3分别为第i地区第一、第二、第三产业的单方水产值。

fi2(Wi) =Wi1+Wi2+Wi3+WiL+WiE为 京 津 冀 第i地区的水资源配置量。WiL、WiE分别为第i地区的居民生活、河道外生态环境建设的水资源配置量。

fi3(Wi) =ai2Wi2bi2+ai3Wi3bi3为京津冀第i地区的废水排放量，可依据京津冀地区的产业水资源配置量、用水效率和排污绩效确定（仅考虑第二、第三产业废水排放量）。bi2、bi3分别为第i地区第二、第三产业的单位产值废水排放量。

式（10）中，约束条件主要包括京津冀整体的GDP 最小目标值R1、粮食总产量最小目标值R2、废水排放总量控制目标值R3，Qi为第i地区的单方水粮食产量。

（2）“京津冀地区-产业”层次的目标函数与约束条件。“京津冀地区-产业”层次目标函数与约束条件主要用于概化京津冀地区产业结构转型升级的水资源配置优先序位，涉及硬约束和软约束。其中，硬约束包括：①地区生活、生产、生态“三生”用水总量不超过地区的水资源配置量；②保障地区粮食生产的基本用水需求；③严控地区废水排放不超过刚性约束目标。软约束包括：①地区经济总产值不低于目标值；②地区产业发展目标不低于目标值（第二、第三产业优于第一产业的发展目标）；③地区产业结构高级化水平达到目标值。

“京津冀地区—产业”层次的目标函数与约束条件可表示为

其中：minSi为“京津冀地区-产业”层次的目标函数，保障京津冀第i地区经济产业发展达到目标值；Pm为第m个目标分别为超过、未达到第m个目标的正、负偏差量；Wij为第i地区第j产业的水资源配置量；WiL、WiE分别为第i地区基本居民生活、河道外生态环境建设的水资源配置量，依据其水资源需求量予以优先配置；Wi1≥DWiA表示保障第i地区粮食生产的基本用水需求；Ri0为第i地区第二产业和第三产业的废水排放刚性约束目标；Zi1为京津冀第i地区经济产值的目标值；Zi2、Zi3、Zi4分别为第i地区第二、第三、第一产业的目标值；γi为第i地区第三产业占GDP比重的目标值，反映地区产业结构高级化程度。

综上，根据式（10）—式（11），构建主从递阶优化配置模型。模型参数R1、R2、R3、Qi、WiL、WiE、DWiA、Ri0、Zi1、Zi2、Zi3、Zi4、γi主要依据京津冀地区的政府调控目标设定。最终，依据主从递阶优化配置模型，可合理确定京津冀地区的产业水资源配置量。

3.2 双层诊断准则

依据京津冀水资源与产业结构优化适配思路，为诊断京津冀地区及其产业水资源配置量的合理性，构造“京津冀整体-地区”层次、“京津冀地区-产业”层次的诊断准则。其中，“京津冀整体-地区”层次诊断准则主要用于诊断京津冀整体的水资源配置与人口分布、经济产值的空间均衡性、京津冀地区水资源配置利用与经济社会发展的适应性；“京津冀地区-产业”层次诊断准则主要用于诊断京津冀地区产业水资源配置结构与产业结构的匹配性。

3.2.1 “京津冀整体—地区”层次诊断准则

通过文献调研法和专家咨询法，采用人口、经济产值指标作为具有代表性的经济社会发展指标，采用基尼系数法，诊断京津冀整体的水资源配置与人口分布、经济产值的空间均衡度。

其中：Gk为京津冀整体的水资源配置利用与经济发展的第k指标基尼系数；Xik为第i地区第k指标的累积百分比，Mik为第i地区经济社会发展第k指标的值；Yik为第i地区第k指标的水资源配额累积百分比，Wi为第i地区的水资源配置量；当i= 1 时，X(i-1)k、Y(i-1)k视为（0，0）；γk为第k指标基尼系数的阈值。根据基尼系数参考标准，Gk以0.2、0.3、0.4、0.5 等几个节点为分界点，当Gk≤0.2、0.2＜Gk≤0.3、0.3＜Gk≤0.4、0.4＜Gk≤0.5、Gk＞0.5，分别表示京津冀整体水资源配置利用与经济社会发展第k指标的空间均衡度很高、较高、适中、较低、很低。参考国际惯例，0.4为警戒线。

采用人口、经济产值、多年平均供水量、区域面积和有效灌溉面积等指标，作为具有代表性的经济社会综合考量指标，采用加权综合指数法，诊断京津冀地区间水资源配置利用与经济社会发展的相对适应度，可用公式表示为

其中：Wi、Wi′分别为京津冀第i地区、第i′地区的水资源配置量；Mi、Mi′分别为第i地区、第i′地区的经济社会综合考量指标加权值，依据京津冀地区经济社会综合考量指标确定；εmin、εmax分别为诊断阈值的下限、上限，以2000—2019年京津冀地区的水资源配置量与经济社会综合考量指标加权值的比值为参照值确定；Yik为第i地区第k指标值占京津冀整体第k指标值的比重；wk为第k指标的权重，为减少人为因素的干扰，采用等权法确定指标权重；约束条件Mi≥Mi′⇒Wi≥Wi′表示第i地区、第i′地区的经济发展综合指标加权值与水资源配置利用量同向变动。

3.2.2 “京津冀地区—产业”层次诊断准则

通过文献调研法和专家咨询法，采用协调度评价法，诊断京津冀地区产业水资源配置结构与产业结构的匹配性，可用公式表示为

其中：Hi为京津冀第i地区的产业水资源配置结构与产业结构的匹配度。Hi越大，则第i地区的产业水资源配置结构与产业结构越匹配。为诊断阈值下限，由于不同时期京津冀地区的产业水资源配置结构与产业结构的匹配度存在显著差异，因此，以2000—2019 年京津冀地区的产业水资源配置结构与产业结构的匹配度为参照值确定。Pi为第i地区的产业结构偏水度，表示地区产业结构偏向单位产出耗水量多的产业的程度；GDPi为第i地区的国内生产总值；GDPij为第i地区第j产业的产业增加值。j为第i地区第j产业的位置值，若第i地区第j产业用水效率最低，则位置值为1，依此类推；L为产业总数；Ci为第i地区的产业水资源配置结构粗放度，表示地区水资源配置结构偏向用水效率较低产业的程度。

综上，应用双层优化配置模型，确定京津冀地区及其产业的水资源配置量，若满足双层诊断准则中的式（12）—（14），则得到京津冀水资源与产业结构优化适配的推荐方案。

4 实证研究

为保障构建的京津冀水资源与产业结构优化适配方法切实可行，依据2019 年京津冀地区宏观经济、产业结构、水资源配置利用、废水排放和粮食生产等数据，应用构建的双层优化配置模型与双层诊断准则，确定2019 年京津冀水资源与产业结构优化适配方案，验证研究方法的有效性。采用的参数数据主要源自2000—2019 年《中国水资源公报》《北京市水资源公报》《天津市水资源公报》《河北省水资源公报》。同时，针对北京市、河北省2000—2019 年《水资源公报》没有将第一产业、第二产业和第三产业的水资源配置量单独列出，《天津市水资源公报》只对2003—2017 年三次产业水资源配置情况进行了统计，为提高数据的准确性，按照农业、工业、服务业、生态、居民生活用水进行用水类型划分。其中，生态用水量数据可从京津冀地区的《水资源公报》中直接获取，居民生活用水量数据可通过京津冀地区的城镇居民用水定额和农村居民用水定额计算得到。此外，自2003 年之后，《海河流域水资源公报》开始提供全流域工业及建筑业废水排放和第三产业废水排放量的分项数据。根据2004—2017年海河流域、京津冀地区的废水排放量数据，估算得到京津冀地区工业和服务业废水排放量。同时，以农业、工业、服务业分别代表适配方法中的第一产业、第二产业、第三产业。应用双层优化配置模型求解京津冀地区及其农业、工业、服务业水资源配置量。2019年京津冀地区的经济产业发展参数见表2。

4.1 京津冀地区及其产业水资源配置量确定

应用构建的京津冀水资源多目标优化配置模型，确定2019 年京津冀地区的水资源配置量。模型参数中依据2019 年京津冀地区用水量作为刚性约束设定，分别为41.70 亿m3、28.40 亿m3、182.30 亿m3；依 据2019 年居民基本用水和粮食安全用水需求设定，分别为12.17亿m3、14.45 亿m3、133.64 亿m3；依据2000—2019 年京津冀地区的平均历史用水比例设定，分别为0.14、0.09、0.76； 依据2019 年京津冀用水量作为用水需求设定；依据2000—2019 年京津冀地区的人口占比、有效灌溉面积占比、水资源总量占比、经济产值占比的加权值与其水资源配置占比之间的误差最小化原则，设定r1、r2、r3、r4分别为0.40、0.30、0.20、0.10；依据表2 中的GDP 设定；依据表2中的废水排放限额设定；依据2019年京津冀用水量作为用水需求设定。最终，通过模型计算，求解得到北京市、天津市、河北省的水资源配置量分别为41.70 亿m3、28.40 亿m3、182.30 亿m3。其中，控水性、保障性、历史性、需求性、公平性、效益性、控污性、协调性8大配置目标的满意度，分别为1.00、1.00、0.94、0.99、0.99、1.00、1.00、1.00，综合满意度达到0.99。

应用构建的主从递阶优化配置模型，确定2019 年京津冀地区的产业水资源配置量。模型参数R1、R2、R3、Qi、WiL、WiE、DWiA、Ri0、Zi1、Zi2、Zi3、Zi4依据表2 的数据得到，北京市、天津市、河北省的产业结构高级化水平（服务业占比）γi分别设定为87.7%、67.5%、56.5%。通过模型计算，求解得到北京市、天津市、河北省的产业水资源配置量（表3）。其中，京津冀整体的经济效益为84 580.09 亿元，经济效益满意度为1.00；京津冀整体的用水总量控制在252.40 亿m3，社会效益满意度为1.00；京津冀整体的工业和服务业废水排放总量控制在16.31 亿t，生态效益满意度为1.00。因此，京津冀整体的经济社会效益综合满意度达到最大值1.00。

表2 2019年京津冀地区的经济产业发展参数

表3 2019年京津冀地区及产业的水资源配置方案/108m3

4.2 基于双层诊断准则的适配方案诊断

首先，确定双层诊断准则的诊断阈值。参考国际惯例，将京津冀整体的水资源配置与人口分布、经济产值的空间均衡度诊断阈值设定为0.4。经计算得到2000—2019年京津冀地区水资源配置利用与经济发展的相对适应性变化（图1），2000—2019年京津冀地区产业水资源配置结构与产业结构匹配度（图2）。

根据图1 可知，2000—2019 年，北京-天津、北京-河北、天津-河北水资源配置利用与经济社会发展的相对适应度分别处于［0.80，1.20］、［0.80，1.00］、［0.70，1.20］区间。为此，将京津冀地区水资源配置利用与经济社会发展的相对适应度诊断阈值设定为［0.80，1.20］区间。

图1 2000—2019年京津冀地区间水资源配置利用与经济社会发展的相对适应度

图2 2000—2019年京津冀地区产业水资源配置结构与产业结构的匹配度

根据图2 可知，2000—2019 年，北京市、天津市和河北省的产业结构偏水度均呈下降态势，分别从2000 年的0.19、0.30、0.41 降至2019 年的0.08、0.19、0.29。北京产业用水结构粗放度呈显著下降态势，从2000 年的0.65降至2019 年的0.32，津冀地区产业用水结构粗放度略有下降但无显著变化，分别从2000 年的0.77、0.91 降至2019 年的0.72、0.89。2000—2019 年，京津冀地区产业用水结构与产业结构匹配度均呈上升态势，北京市、天津市和河北省分别从0.65、0.52、0.39 升至0.84、0.63、0.49。至2019 年，北京市接近0.85，天津市达到0.60 以上，河北省仍低于0.50。为此，将北京市、天津市和河北省的产业水资源配置结构与产业结构匹配度诊断阈值分别设定为0.80、0.60、0.45。

其次，根据表2 和表3，结合2019 年京津冀地区及其产业的水资源配置方案，应用构造的双层诊断准则，诊断京津冀整体的水资源配置与人口分布、经济产值的空间均衡性、京津冀地区之间水资源配置利用与经济社会发展的适应性，诊断京津冀地区产业水资源配置结构与产业结构的匹配性。研究表明，2019年，京津冀整体的水资源配置与人口分布、经济产值的空间均衡度分别为0.049、0.327，低于诊断阈值0.4，属于“空间均衡度很高”“空间均衡度适中”。北京-天津、北京-河北、天津-河北的水资源配置利用与经济社会发展的相对适应度分别为0.88、0.98、1.11，位于诊断阈值区间［0.80，1.20］。京津冀地区间水资源配置利用量与经济社会发展综合指标加权值保持同向变动。因此，京津冀地区的水资源配置量满足“京津冀整体—地区”层次诊断准则。同时，北京市、天津市和河北省的产业用水结构与产业结构匹配度分别达到0.84、0.63、0.49，满足“京津冀地区-产业”层次诊断准则。

综上，2019 年京津冀地区及其产业的水资源配置方案通过了双层诊断准则，表3即为京津冀水资源与产业结构优化适配方案。研究表明，表3 与2019 年京津冀地区水资源配置实践相吻合，说明京津冀水资源与产业结构优化适配方法切实可行。此外，为进一步推进京津冀地区的产业结构优化升级，优化京津冀整体的经济社会综合效益，可通过水权转让或水市场交易，适应性调整京津冀地区及其产业的水资源配置量。

5 结语

文章以京津冀水资源配置实践为导向，构建了基于双层诊断准则的京津冀水资源与产业结构优化适配方法，并验证了研究方法的可行性与实用性。①通过构建双层优化配置模型，实现京津冀水资源统筹优化配置，加速推进京津冀地区产业用水结构合理化与产业结构高级化，优化京津冀整体的经济社会综合效益。②通过构造双层诊断准则，有效提高了京津冀整体的水资源配置与人口分布、经济产值的空间均衡度、京津冀地区水资源配置利用与经济社会发展的适应性、京津冀地区产业水资源配置结构与产业结构的匹配性。未来，亟须强化京津冀双控行动，把水资源作为最大的刚性约束，建立健全京津冀水资源与产业结构优化适配方案的实施保障制度，以保障适配方案的有效落实。同时，实践表明，随着京津冀双控行动方案的持续有效实施、农业节水技术创新与水利科技创新能力的快速提升以及节水型社会建设的加速推进，京津冀地区农业、工业用水量已逐步得到有效控制。通过实证研究可知，京津冀地区产业用水存在显著差异，京津冀水资源统筹优化配置的合理方向为：在完善京津冀地区水权交易市场平台构建基础上，通过水权转让或水市场交易，将河北农业水资源转移配置到京津地区及其工业和服务业，推进京津冀地区产业用水结构合理化与产业结构高级化，实现京津冀水资源与产业结构优化适配。京津冀水资源配置实践表明，通过水权转让或水市场交易，加强京津冀地区水资源利益相关者的利益交互与水资源配置适应性调整，建立健全京津冀地区水资源转让的利益补偿机制。在京津冀地区水资源“农转非”过程中，加大非农部门对农业部门的水资源补偿成为未来深化京津冀水资源统筹优化配置研究的主要方向。