长江经济带产业绿色发展等级评估

2023-02-04郏鹏鑫王红瑞刘艺欣

水资源保护 2023年1期

郏鹏鑫，杨博，王红瑞, ，刘艺欣

(1. 北京师范大学水科学研究院，北京 100875；2. 北京师范大学城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室，北京100875)

党的十八大将生态文明建设纳入“五位一体”的总体布局中，绿色发展体现了“以人为本”的基本理念，是适应资源环境、促进人与自然和谐相处的发展模式，也成了国家发展战略之一[1-5]。我国的长江经济带包括上海、江苏、浙江、安徽等11个省和直辖市，面积约205.23万km2，占全国总面积的21.4%，集聚了全国40%左右的人口，并创造了超过40%的GDP，是我国国民经济的重要支撑力量，在我国经济社会发展与生态环境保护方面都占有举足轻重的地位[6-7]。推动长江经济带发展的前提是坚持生态优先[8]，然而多年来，长江经济带将经济建设摆在首位，在本质上还是以传统的经济发展方式为主，使生态环境愈发严峻，环境状况不容乐观[9-11]。

20世纪90年代以后，我国开始有计划地对长江流域进行综合规划，《长江经济带发展规划纲要》提出长江经济带发展要坚持生态优先、绿色发展，共抓大保护，不搞大开发，经济社会的发展过程中更要力求绿色、低碳和循环的发展理念[12-14]。习近平总书记在中央财经领导小组第九次会议提出了“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”十六字治水方针，其中“空间均衡、系统治理”对实现资源区域均衡具有重要的意义[15]。国内众多学者对长江流域进行了一系列研究，陈进[16]从长江的演变发展进程、水系特点、水资源开发利用现状等方面进行了分析，对长江的战略地位进行了详细阐述；伍新木[17]从不同角度分析后认为长江经济带是中国极具发展潜力的区域，有必要也必须上升为国家战略。由于工业化进程的差异，西方国家早期快速的工业发展具有资源高消耗、高污染的特点，使得环境问题日益严重，所以西方国家较早意识到了绿色发展的理念[18]。我国由于长期粗放的发展方式，导致了长江的资源环境承载能力被透支,长江流域带各区域之间发展不均衡[19]。因此，长江经济带的长远发展需要根据实际情况因地制宜，形成自己的发展特色。近年来，随着长江经济带发展战略及相关配套政策的逐渐落地，我国生态文明建设的不断推进，长江经济带的发展有了更高的要求，为了更好落实科学发展观，改变旧理念，亟须实施绿色发展战略[20]。

本文将熵权法、可变集法和偏联系数法相结合，构建长江经济带的产业绿色发展评估模型，对长江经济带产业绿色发展等级进行研究，以期为长江经济带的建设和发展提供参考。

1 研究区概况及数据来源

由于长江黄金水道的存在，长江经济带已经成为全球开发规模潜力最大、影响范围最广的内河经济带，也是生态文明建设的先行示范带[21]。长江经济带分为上游、中游和下游3个部分，上游包括重庆、贵州、四川、云南，中游包括湖南、湖北、江西，下游包括上海、浙江、江苏、安徽[22]。选取2008—2017年为研究时段，所用数据主要来源于《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《全国第六次人口普查》《中国城市统计年鉴》《中国水利统计年鉴》以及各省市统计年鉴。

2 研究方法

利用压力-状态-响应(pressure-state-response，PSR)模型，结合长江经济带产业绿色发展特点，构建出适合长江经济带产业绿色发展的评价指标体系。通过将获取的数据进行标准化处理，利用熵权法评估指标权重，可变集方法计算相对隶属度，利用偏联系数方法计算等级支持度，确定产业绿色发展等级，等级评估流程见图1。

图1 产业绿色发展等级评估流程Fig.1 Green industry development level evaluation process

2.1 PSR模型

PSR模型的概念为环境压力多由人类活动造成，通过改变资源的数量和质量即模型中的状态以及政治、经济、环境等行动对策即模型中的响应来应对这些变化[23-24]。图2为PSR模型的框架。压力指标是指人类的生产活动对自然界施加的压力，常见指标有资源的使用量、人口数量、污染物的排放量等[25]，与生产和消费方式密切相关，反映排放量或资源使用强度以及给定时期内的相关趋势和变化。状态指标旨在概述与环境有关的状况或在某段特定的时间段内的变化情况，涵盖了生态系统和自然环境条件以及生活质量等方面，反映了环境政策最终目标，与环境质量及其相关影响以及自然资源的质量和数量有关[26]。响应指标为社会在环境发生变化时，人类有意识对变化环境做出应对，以减轻对环境的影响，实现可持续的发展也是产业绿色发展理念内涵之一。PSR模型借助研究人类活动与生态环境系统具体指标之间的联系，帮助政府等决策部门做出科学合理的决策[27]。

图2 PSR模型框架Fig.2 Frame diagram of PSR model

2.2 熵权法

信息熵可用于判断指标的离散程度，熵值越小，说明指标的差异程度越大，该指标在评价过程中起到的作用就越大，即所占权重越大。熵权法消除了在计算权重的过程中主观因素所带来的影响，使指标评价结果与实际更为接近，因此学者们常将熵权法与其他算法相结合，以提高评价结果的准确性[28-29]。

为消除量纲差异的影响，保持计算的一致性，将长江经济带11个省市2008—2017年各指标值进行标准化：

(1)

式中：x′ij为标准化结果数值；xij为指标值；xijmax、xijmin分别为指标最大值和最小值。

经过标准化后的数据取值区间为[0，1]，且越大越优。将[0，1]区间投射到[0.001，0.999]，利用熵权法计算指标的权重，信息熵的计算公式为

(2)

其中

式中Ej为信息熵。当pij=0时，lnpij无限接近于0。

2.3 可变集法

陈守煜[30]于20世纪90年代提出了动态相对隶属度概念，定义了可变集合，进一步建立了可变集工程模糊集理论。可变集法针对研究对象的对立清晰属性进行研究[31-33]，在向对立面转化过程中，其隶属程度可用对立测度值来衡量。对立测度值随时空条件的变化而变化，其和恒定为1。集对是具有一定联系的两个集合所组成的对子，从同、异、反3个角度对两个集合的特性进行定量分析，得到两个集合的联系度。集对分析理论和联系数方法常应用于风险评估、成绩预测、工程安全等评价，通过建立与规则或理想方案之间的联系数来评价所研究的系统，对不确定问题进行客观的定性、定量评价[34-37]。

设方案集为U={uj}(j=1,2,…,n)，Xij为第j个方案指标i的取值。指标i分为c个等级，则c个等级的指标值区间矩阵为[aih,bih](h=1,2,…,c)。根据可变集对立统一定理，在级别h值区间中必定存在指标i的级别h与级别h+1的渐变式质变点kih，kih两侧对应两级别相对对立[38]，进而可得到：

(3)

式中aih、bih分别为指标i在h级别标准值区间的上下限。

由式(3)与[aih,bih]得[kih,bih]，若指标值Xij在矩阵区间[kih,bih]相邻两级h与h+1区间，则Xij对h级相对隶属度计算公式为

(4)

式中μih为指标i在h级别标准下所对应的方案构成的函数关系。对于小于h级、大于h+1级的指标的相对隶属度均为0。

2.4 偏联系数法

联系数是集对分析中的重要概念，用于统一处理模糊、随机、中介和信息不完全所导致的不确定性的系统理论和方法[39-40]。联系数的一般表达式为u=a+bi+cj。联系数u中，可对bi部分进行剖析和展开，增加联系数的元数，一般形式为u=a+b1i1+b2i2+…+bnin+cj。结合产业绿色发展评估的实际，本文选取n=3，即用五元联系数u=a+bi+cj+dk+el表示产业绿色联系度。将产业绿色发展水平等级与五元联系数进行结合，a表示等级Ⅰ的决策信息分量，b表示等级Ⅱ的决策信息分量，c表示等级Ⅲ的决策信息分量，d表示等级Ⅳ的决策信息分量，e表示等级Ⅴ的决策信息分量。决策分量的大小直接决定了系统所处的等级，即最大分量所对应的等级。偏联系数是联系数的伴随函数，反映了不确定状态下的系统发展趋势，实现了对内在演化程度的量化描述，可为融合动态信息的等级确定提供支持[41]。对于五元联系数u=a+bi+cj+dk+el，其一阶偏正联系数∂+u为

∂+u=∂+a+i∂+b+j∂+c+k∂+d

(5)

其中

其一阶偏负联系数∂-u为

∂-u=i∂-b+j∂-c+k∂-d+l∂-e

(6)

以等级Ⅰ为例，分量a对等级Ⅰ的支持率为1；分量b存在着向层次a的演化，且演化率为∂+a，因此分量b对等级Ⅰ的支持率为∂+a，支持度为b·∂+a；分量c、d、e对等级Ⅰ的支持率记为0。计算等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的支持度SⅠ、SⅡ、SⅢ、SⅣ、SⅤ，根据支持度最大原则确定等级，进而对系统所处等级及其演化态势进行综合评估。SⅠ、SⅡ、SⅢ、SⅣ、SⅤ的计算公式为

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

3 结果与分析

3.1 长江经济带产业绿色发展整体情况

表1为2008—2017年长江经济带11个省市产业绿色发展等级。2008年长江经济带整体级别范围为Ⅱ～Ⅴ级，2017年为Ⅰ～Ⅲ级，且Ⅱ级及以上省市超过了长江经济带总体的70%。可见，2008—2017年长江经济带产业绿色发展情况呈现整体好转，Ⅰ级、Ⅱ级水平城市逐渐增多。其中，作为国务院批复确定的中国国际经济、金融、贸易、航运、科技创新中心，上海市的产业绿色发展等级一直处于良好的状态；江苏和浙江的发展水平紧跟上海的步伐；云南贵州的产业绿色发展水平取得了一定的进步；安徽省作为长江下游的城市整体发展水平长期处于较低的水平。

表1 2008—2017年长江经济带11个省市产业绿色发展等级Table 1 2008—2017 green development level of 11 provinces and cities in Yangtze River Economic Belt

由表1可见，整个长江经济带的产业呈现出明显的由点到面发展的特点。2008年，只有上海发展等级为Ⅱ级，安徽、江西、重庆、云南、贵州发展等级都为Ⅴ级，湖北、湖南、四川发展等级为Ⅳ级。2012年，共有9个地区发生了转型，其中，江苏和浙江加入了Ⅱ级行列；安徽、江西、重庆、云南、贵州5省除了贵州依旧停留在Ⅴ级外，其余4个地区已经升级为Ⅳ级；湖北、湖南、四川升级到III级。2013年，3个地区完成升级，其中上海和江苏从Ⅱ级升级为Ⅰ级，贵州首次从Ⅴ级升级为Ⅳ级。2014年，共有4个地区转型成功，其中安徽、江西、重庆从Ⅳ级升级为Ⅲ级，四川从Ⅲ级升级为Ⅱ级。2017年，所有11个地区的发展等级范围均为Ⅰ～Ⅲ级，可见长江经济带产业绿色发展总体出现了较大的飞跃。

3.2 发展节点的长江经济带产业绿色发展水平

选择2008年、2012年和2017年作为研究时段内的发展节点进行分析。2008年，整个长江经济带没有产业绿色发展水平处于最优级别(Ⅰ级)的省市，只有上海为Ⅱ级，浙江处于适中级别(Ⅲ级)。而江苏、湖北、湖南、四川处于发展较差的级别(Ⅳ级)，其余5省都处在最差级别(Ⅴ级)；说明在2008年整个长江经济带产业绿色发展水平整体偏低，具有较大的提升空间。2012年，长江经济带大部分省市的产业绿色发展水平都有了一定的提升，除上海处于高水平，贵州处于低水平没有变化，江苏由2008年的较低水平提升至较高水平外，长江经济带的产业绿色发展水平均提升了1个等级；说明2012年上海、江苏和浙江的产业绿色发展处于较高水平，湖北、湖南和四川处于一般水平，安徽、江西、重庆、云南处于较低水平，贵州处于低水平。2017年，长江经济带各省产业绿色发展水平均有了显著提升，长江经济带产业绿色发展已经没有了Ⅳ级和Ⅴ级两个等级，上海、江苏、浙江均由2012年的产业绿色发展较高水平提升至高水平，安徽和重庆连续提高2个等级至较高水平，湖北、湖南、四川也提升至较高水平，江西、云南提升了1个等级，贵州提升2个等级后3省均处于发展的一般水平。

总体来看，上海、江苏、浙江产业绿色发展位于前列，其中，江苏发展速度最快且幅度最大，5年内，从2008年的Ⅳ级发展到2012年的Ⅰ级，并且一直持续Ⅰ级水平。江西、云南、贵州的发展水平较为缓慢，其中，贵州在2012年的发展节点依旧停留在2008年的Ⅴ级发展水平，成了2012年唯一1个Ⅴ级地区，直到2017年才升级至III级水平。

3.3 长江经济带上、中、下游省市产业绿色发展水平

长江经济带上、中、下游呈现出明显的由点及面的发展特征，2008年上中下游分别以四川、湖北、湖南和上海为发展先锋，2013年可以看出整个长江经济带呈现出了较为均衡的发展水平，到了2016年，四川、湖北、湖南的发展水平再次提高。

长江经济带上游地区在2008年产业绿色发展水平较低，除四川省处于为Ⅳ级外，重庆、云南、贵州均为Ⅴ级，2017年重庆的产业绿色发展水平提高了3级，其余3个省均提高了2个等级，分别处于Ⅱ级和Ⅲ级。贵州发展最为落后，2008到2012年产业绿色发展水平处于Ⅴ级无变化，重庆和云南次之，分别于1年后提升1个等级，但处于Ⅳ级4年左右没有改善。可见上游地区每次产业绿色发展水平提升后均会有3～5a的保持蓄力期，为下一次发展水平的提升做准备。

长江经济带中游地区各省产业绿色发展水平近似，且时空变化较为同步。江西、湖北、湖南产业绿色发展水平提升较为缓慢。2008—2014年，湖北和湖南变化过程一致，此后湖南先于湖北1年提升为Ⅱ级；江西省稍落后于湖北省和湖南省，从2008年的Ⅴ级提升至2013年的Ⅲ级，并一直保持到2017年。由此可见中游地区产业绿色发展水平每次提升后，会有3～4a的平台期，略短于上游地区。

长江经济带下游地区产业绿色发展水平较高。一方面，下游地区从研究时段开始时产业绿色发展水平就较高；另一方面，下游地区产业绿色发展水平提升速度较快，如2008—2009年江苏省由Ⅳ级升至Ⅱ级。至2017年，除安徽省的发展水平为Ⅱ级外，上海市、江苏省和浙江省均提升至Ⅰ级。但下游地区的平台期相较于上游和中游地区来说更长，平均为3～7a，可见产业绿色发展水平越高，提升就越困难。

从动态发展进程来看，长江经济带各省市的产业绿色发展水平并不是一蹴而就，也不是完全同步的，而是各个省市逐渐提升的过程。在研究时段，变化幅度最小的为贵州。贵州位于我国西南地区，资源丰富，但工业发展不发达，教育发展较为滞后，科技与人力资源水平普遍不高，第一、第二产业占比较高，发展需要消耗大量的劳动力，相对应的技术密集型产业发展较为缓慢，工业大多数为重工业，仅为简单的粗加工，并未进行深度开发。可以看出，贵州第一产业占比过高，第二产业发展滞后，第三产业发展不充分。

2017年，国家发布实施了一系列与长江经济带发展密切相关的政策，使各省长江经济带产业绿色发展水平均有显著提升。《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》指出了包括提升黄金水道通航能力、建设绿色生态走廊等7项重点任务，由此创建我国绿色发展、生态建设的示范先行区域；《长江经济带发展规划纲要》绘制了长江经济带长期发展的蓝图，将环境保护摆在了极其重要的位置。