熊小菊 廖春貴 賀同鑫 胡寶清

摘要：為探討廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)用水結(jié)構(gòu)的變化特征，實現(xiàn)區(qū)域水資源的合理配置，基于2006～2017年的用水數(shù)據(jù)，運用信息熵、灰色關聯(lián)分析模型，對該區(qū)域的用水結(jié)構(gòu)、信息熵、均衡度以及驅(qū)動因子進行了研究分析。分析結(jié)果表明：① 2006～2017年，北部灣經(jīng)濟區(qū)用水總量波動變化顯著，農(nóng)業(yè)用水量和比重雖然處于“雙高”地位，但是呈下降的趨勢，工業(yè)用水量總體來說呈增長的趨勢，生活用水量呈現(xiàn)為逐年增加-劇烈變化-平穩(wěn)增加的變化歷程;② 用水結(jié)構(gòu)信息熵與均衡度同步變化，信息熵在0.80以上，均衡度在0.59以上，二者都為先快速提升后波動緩慢上升;③ 有效灌溉面積、工業(yè)企業(yè)單位數(shù)、家庭總戶數(shù)分別是農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水變化的重要驅(qū)動因子，二者的關聯(lián)度分別為0.930，0.956和0.953。

關 鍵 詞：用水結(jié)構(gòu)演變; 信息熵; 灰色關聯(lián)分析; 北部灣經(jīng)濟區(qū)

1 研究背景

水伴隨著人類社會發(fā)展的始終，是社會發(fā)展及人類生存不可缺少的重要資源。改革開放40 a來，我國經(jīng)濟得到了飛速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化水平不斷提高，產(chǎn)業(yè)類型齊全，產(chǎn)業(yè)數(shù)量不斷增長，人口也不斷向城鎮(zhèn)集聚，這樣一來，一方面加大了區(qū)域水資源供需矛盾，導致用水緊張;另一方面，為了緩解人水矛盾，通過大量開采地下水等方式彌補經(jīng)濟發(fā)展所需，而且工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水的排放量大幅增加，這些未達到排放標準的廢水又會影響到水質(zhì)，擴大污染面，從而進一步激化了水資源供需矛盾[1-2]。2012年，國務院印發(fā)《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》后[3]，各地紛紛制定了水資源管理辦法，嚴格把控用水“三條紅線”;青山綠水發(fā)展觀念也進一步明確了經(jīng)濟發(fā)展應與生態(tài)環(huán)境保護同步，要實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展與水環(huán)境、水生態(tài)、水資源承載力的協(xié)調(diào)，這樣才能實現(xiàn)綠色、協(xié)調(diào)、共享的新發(fā)展理念。

用水結(jié)構(gòu)演變是當前學術界對水資源研究的一個熱點問題，研究內(nèi)容主要集中在以下3個方面。

（1） 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與用水結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)關聯(lián)研究，比如陳曉等[4]對2005～2014年南京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和用水結(jié)構(gòu)進行了耦合協(xié)調(diào)和關聯(lián)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：南京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與用水結(jié)構(gòu)關聯(lián)度在0.5以上，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與用水結(jié)構(gòu)耦合的空間差異明顯。

（2） 對典型區(qū)域的用水結(jié)構(gòu)變化特征和驅(qū)動力進行了分析，尚曉三對2006～2015年安徽全省、省內(nèi)三大流域和6個典型城市的用水結(jié)構(gòu)進行了研究[5];劉兵等[6]以干旱灌區(qū)中的石河子墾區(qū)為研究對象，采用信息熵理論、Hurst 系數(shù)等方法，對墾區(qū)1988～2011年的用水結(jié)構(gòu)進行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)墾區(qū)的用水結(jié)構(gòu)信息熵值均不超過0.5，但呈現(xiàn)為持續(xù)穩(wěn)定的上升趨勢，節(jié)水技術及產(chǎn)值為主的社會經(jīng)濟因素對其用水結(jié)構(gòu)演變過程起主導作用。

（3） 城鎮(zhèn)化水平與用水結(jié)構(gòu)變化的相關研究，比如華佳等對2008～2014年江蘇省淮安市的城市化演變歷程和用水結(jié)構(gòu)變化情況進行了關聯(lián)分析[7]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，淮安市城市化率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、用水結(jié)構(gòu)的關聯(lián)性最強，生產(chǎn)用水和工業(yè)用水對城市化水平的影響較大;曹飛采用庫茲涅茨曲線對2004～2013年中國城鎮(zhèn)化與用水結(jié)構(gòu)之間的關系進行了評判[8]。

目前，學術界對用水結(jié)構(gòu)變化方面的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但是以下個幾方面仍需要繼續(xù)開展研究。

（1） 對用水結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動因子研究主要集中在用水總量上，研究并未詳細地探討具體某一部門用水變化的驅(qū)動因子，對驅(qū)動因子的研究也主要是采用定性研究的方法，然而應當采取定性與定量相結(jié)合的方法進行研究;

（2） 對用水結(jié)構(gòu)的演變研究主要集中在我國北方和西部缺水的地區(qū)，對南方地區(qū)用水結(jié)構(gòu)演變的研究較少;特別是工業(yè)化、城鎮(zhèn)化穩(wěn)步推進的城市群還有待研究。

基于此，文章運用2006～2017年《廣西水資源公報》數(shù)據(jù)，采用信息熵、灰色關聯(lián)分析模型，以經(jīng)濟發(fā)展起步晚、發(fā)展速度快的北部灣經(jīng)濟區(qū)為研究對象，對北部灣經(jīng)濟區(qū)的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等用水類型用水量的演變趨勢、用水結(jié)構(gòu)信息熵及均衡度進行了分析，并探討了不同部門用水結(jié)構(gòu)變化的主要驅(qū)動因子，以期為北部灣經(jīng)濟區(qū)實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

北部灣經(jīng)濟區(qū)位于廣西南部，處于華南經(jīng)濟圈、東盟經(jīng)濟圈的結(jié)合部，地理位置十分優(yōu)越[9]。2006年，國務院批準成立北部灣經(jīng)濟區(qū)，其規(guī)劃范圍包括南寧、北海、防城港、欽州、玉林、崇左等6市[10]。研究區(qū)面積為7.338萬km2，占廣西總面積的30.88%;2017年，地區(qū)生產(chǎn)總值為10 007.27億元，占廣西生產(chǎn)總值的48.73%，年末戶籍人口為2 415.13萬人，占廣西戶籍總?cè)丝诘?3.13%。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，研究區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級，2006年，三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的比重為24∶35∶41，2017年則優(yōu)化為14∶44∶42。

北部灣經(jīng)濟區(qū)屬于亞熱帶氣候，雨熱同期，降水充沛[11]。2017年，北部灣經(jīng)濟區(qū)水資源總量為639.1億m3，占廣西水資源總量的26.76%;常用耕地面積為186萬hm2，占廣西總耕地面積的43.03%。因此，北部灣經(jīng)濟區(qū)以不足廣西3/10的水資源量要創(chuàng)造近1/2的地區(qū)生產(chǎn)總值，供2/5的人生活用水以及灌溉面積超過2/5的耕地用水。隨著北部灣經(jīng)濟區(qū)建設的推進、城鎮(zhèn)化率的提高，區(qū)域內(nèi)對水資源的需求量必然會加大，供需矛盾將會進一步激化。

3 材料與方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)包括研究區(qū)概況數(shù)據(jù)、用水量數(shù)據(jù)以及驅(qū)動因子數(shù)據(jù)。研究區(qū)概況數(shù)據(jù)來源于《廣西統(tǒng)計年鑒-2018》和廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃建設管理辦公室網(wǎng)站（http：//www.bbw.gov.cn/）;用水量數(shù)據(jù)來源于《廣西水資源公報》（2006～2017年）;驅(qū)動因子數(shù)據(jù)來源于《廣西統(tǒng)計年鑒》（2007～2018）和《中國城市統(tǒng)計年鑒》（2007～2018），以及研究區(qū)各地級市的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展公報;對于個別缺失數(shù)據(jù)進行了插值處理。

3.2 研究方法

3.2.1 信息熵

4 結(jié)果與分析

4.1 用水結(jié)構(gòu)演變分析

4.1.1 用水總量變化

2006～2017年，北部灣經(jīng)濟區(qū)用水總量波動變化顯著，大致經(jīng)過了以下3個階段。

（1） 2006～2008年為第一階段，該階段的用水量直線上升，從2006年的109.04億m3增長至2008年的115.46億m3，主要原因是經(jīng)濟區(qū)正處于大規(guī)模建設的初期，各行業(yè)的用水需求量激增，因此用水總量增加明顯。

（2） 2009～2013年為第二階段，該階段的用水總量波動上升，年均增長率為1.25%。

（3） 2014～2017年為第三階段，該階段的用水總量總體上呈下降的趨勢，2014年的總用水量為111.53億m3，到2016年則減少到了107.21億m3，2017年的總用水量出現(xiàn)了回升，達到了107.70億m3，如表1所示。

4.1.2 用水結(jié)構(gòu)變化

農(nóng)業(yè)用水處于“雙高”地位，即農(nóng)業(yè)用水總量大，占比高。從表1和圖1可以看出：2006～2017年，研究區(qū)的用水大戶是農(nóng)業(yè)，歷年用水總量在70.00億m3以上。農(nóng)業(yè)用水量的占比遠遠高于工業(yè)和生活用水量的占比，多年居于65%以上的高水平。工業(yè)用水量總體呈增長的趨勢，比重波動上升。2006～2013年，工業(yè)用水從11.84億m3增加到20.91億m3，年均增長1.13億m3，年均增長率為8.46%;2014～2017年，工業(yè)用水總量總體呈下降趨勢，比重略高于17%。生活用水量呈逐年增加-劇烈變化-平穩(wěn)增加的演變歷程。生活用水所占的比重在9.39%～11.81%之間變化，生活用水所占比重偏低，說明北部灣經(jīng)濟區(qū)在今后的發(fā)展中要注重產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，加大科學技術投入，發(fā)展高質(zhì)量的經(jīng)濟，為建成中國經(jīng)濟增長第四極打下堅實的基礎。其他用水類型的用水量較少，占比也較低。

4.2 基于信息熵的用水結(jié)構(gòu)演變分析

為了探究北部灣經(jīng)濟區(qū)用水結(jié)構(gòu)的合理性，在表1數(shù)據(jù)的基礎上，運用信息熵計算模型，對研究區(qū)的用水結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度進行計算，如圖2所示。

由圖2可以看出，信息熵先快速提升后再波動、緩慢上升。2006～2011年，研究區(qū)的用水結(jié)構(gòu)信息熵提升速度較快，勢頭旺盛。主要原因是2006年國家開始建設北部灣經(jīng)濟區(qū)，一系列的重點園區(qū)、深水碼頭等重大基礎設施的建設以及工業(yè)的快速發(fā)展，加大了對水資源的利用，工業(yè)用水比重、建筑業(yè)和服務行業(yè)用水占比也隨之提升，信息熵不斷接近最大值。2012年，信息熵下降到了0.852，主要是該年經(jīng)濟發(fā)展的外部環(huán)境不樂觀，在世界經(jīng)濟疲弱的背景下，國家實施了宏觀調(diào)控，經(jīng)濟增長速度放緩。2013～2017年，信息熵又提升到了0.900以上的較高水平。主要原因是經(jīng)濟區(qū)經(jīng)過6～7 a的發(fā)展，已經(jīng)具備了一定的經(jīng)濟基礎，經(jīng)濟發(fā)展需要實現(xiàn)從量到質(zhì)的突破，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)格局，實現(xiàn)創(chuàng)新、綠色、協(xié)調(diào)發(fā)展。

2016～2017年，研究區(qū)的用水結(jié)構(gòu)均衡度與信息熵變化同步。均衡度在2006～2011年穩(wěn)步提升，2011年達到了研究期的最高值0.702，說明該階段經(jīng)濟區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)用水優(yōu)勢減弱，系統(tǒng)用水分配逐步均勻，系統(tǒng)越發(fā)穩(wěn)定。2012年均衡度回落到了0.615，系統(tǒng)用水分配均勻度降低。2013～2017年，均衡度以較平緩的速度波動增長，均衡度值維持在0.650左右?？傮w來看，北部灣經(jīng)濟區(qū)的用水結(jié)構(gòu)信息熵增速緩慢，增幅小，用水結(jié)構(gòu)均衡度偏低，區(qū)域用水結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)用水量大，這些都對區(qū)域的用水結(jié)構(gòu)變化影響顯著。

4.3 基于灰色關聯(lián)度的驅(qū)動因子分析

4.3.1 農(nóng)業(yè)用水變化驅(qū)動因子分析

為了探究影響北部灣經(jīng)濟區(qū)農(nóng)業(yè)用水的主要驅(qū)動因子，選取常用耕地面積（A1）、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值（A2）、有效灌溉面積（A3）、糧食作物總播種面積（A4）、經(jīng)濟和其他農(nóng)作物播種面積（A5）等5項因子數(shù)據(jù)作為比較序列[17-19]，以2006～2017年北部灣經(jīng)濟區(qū)農(nóng)業(yè)用水量作為參考序列，進行關聯(lián)度分析。

表2數(shù)據(jù)顯示，rA3>rA4>rA5>rA1>rA2。有效灌溉面積、糧食作物總播種面積與農(nóng)業(yè)用水的關聯(lián)度很強，分別為0.930和0.920，說明區(qū)域內(nèi)的灌溉面積和糧食作物播種面積對農(nóng)業(yè)用水變化影響大。

研究區(qū)地勢較平坦，水稻種植面積廣，基本采用漫灌形式，滴管、噴灌等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術采用率低，因此經(jīng)濟區(qū)中灌溉面積和糧食作物播種面積與農(nóng)業(yè)用水的關聯(lián)度高達0.900以上。經(jīng)濟和其他農(nóng)作物播種面積與農(nóng)業(yè)用水的關聯(lián)度為0.860，屬于較高關聯(lián)。在經(jīng)濟和其他作物中，蔬菜、甘蔗種植面積廣;2017年，北部灣經(jīng)濟區(qū)的甘蔗種植面積占農(nóng)作物總播種面積的21%以上，蔬菜種植面積占比也接近20%，蔬菜和甘蔗在生長期需水量大，從而提升了經(jīng)濟和其他農(nóng)作物播種面積與農(nóng)業(yè)用水的關聯(lián)度。常用耕地面積、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值與農(nóng)業(yè)用水的關聯(lián)度分別為0.730和0.560。對比其他3個驅(qū)動因子的關聯(lián)度，常用耕地面積和農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值對農(nóng)業(yè)用水變化的影響較小。

4.3.2 工業(yè)用水變化驅(qū)動因子分析

為了探究影響北部灣經(jīng)濟區(qū)工業(yè)用水的主要驅(qū)動因子，選取固定資產(chǎn)投資（B1）、工業(yè)企業(yè)單位數(shù)（B2）、輕工業(yè)產(chǎn)值（B3）、重工業(yè)產(chǎn)值（B4）、工業(yè)廢水排放量（B5）等5項因子數(shù)據(jù)作為比較序列[18-19]，以2006～2017年北部灣經(jīng)濟區(qū)工業(yè)用水量作為參考序列，進行關聯(lián)分析。

表3數(shù)據(jù)顯示，rB2>rB5>rB3>rB4>rB1>0.600，說明工業(yè)企業(yè)單位數(shù)、工業(yè)廢水排放量、輕工業(yè)產(chǎn)值、重工業(yè)產(chǎn)值、固定資產(chǎn)投資對工業(yè)用水變化影響較大。工業(yè)企業(yè)單位數(shù)與工業(yè)用水之間的關聯(lián)度高達0.956，說明工業(yè)企業(yè)單位數(shù)是影響北部灣經(jīng)濟區(qū)工業(yè)用水的最主要驅(qū)動因子。工業(yè)廢水排放量與工業(yè)用水的關聯(lián)度為0.863，二者關聯(lián)度較高。工業(yè)企業(yè)數(shù)量的增加，導致工業(yè)用水量增加，也會影響工業(yè)廢水排放量的增加。輕工業(yè)產(chǎn)值、重工業(yè)產(chǎn)值與工業(yè)用水的關聯(lián)度在0.650左右，研究區(qū)多個組團重點發(fā)展的是加工制造業(yè)、物流等現(xiàn)代服務業(yè)，輕工業(yè)企業(yè)數(shù)量多，因此，輕工業(yè)產(chǎn)值與工業(yè)用水的關聯(lián)度略高于重工業(yè)產(chǎn)值。固定資產(chǎn)投資與其他4個因子相比，其與工業(yè)用水的關聯(lián)較弱，關聯(lián)度為0.612。固定資產(chǎn)的增加會影響工業(yè)企業(yè)數(shù)量的增加和生產(chǎn)規(guī)模的擴大，進而影響工業(yè)用水。

4.3.3 生活用水變化驅(qū)動因子分析

為了探究北部灣經(jīng)濟區(qū)生活用水變化的主要驅(qū)動因子，選取市鎮(zhèn)人口（C1）、鄉(xiāng)村人口（C2）、總戶數(shù)（C3）、農(nóng)村居民人均純收入（C4）、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（C5）等5項因子數(shù)據(jù)作為比較序列[18-19]，以2006～2017年北部灣經(jīng)濟區(qū)生活用水量作為參考序列，進行關聯(lián)分析。

表4數(shù)據(jù)顯示，rC3>rC1>rC2>rC5>rC4>0.6，說明C1、C2、C3、C4、C5對生活用水變化影響作用較大，家庭戶數(shù)和人口數(shù)量對生活用水的影響作用大于居民的經(jīng)濟收入水平。具體來看，總戶數(shù)與生活用水的關聯(lián)度高達0.953，是影響北部灣經(jīng)濟區(qū)生活用水變化的重要因子。市鎮(zhèn)人口數(shù)量與生活用水的關聯(lián)度為0.930，說明市鎮(zhèn)地區(qū)是北部灣經(jīng)濟區(qū)生活用水的重心。鄉(xiāng)村人口數(shù)量對生活用水的影響強度僅次于市鎮(zhèn)人口數(shù)量，二者關聯(lián)度為0.895。

雖然北部灣經(jīng)濟區(qū)城鎮(zhèn)化水平不斷提高，但其農(nóng)村地域廣大，鄉(xiāng)村人口多，生活用水量不可小覷。居民的經(jīng)濟收入情況與生活用水關聯(lián)度在0.630左右，相比于C1、C2、C3而言，其關聯(lián)度大大下降。農(nóng)村居民人均純收入、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入與生活用水的關聯(lián)度相差很小，因為水是人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢扇钡?，而且?jié)水觀念深入人心，因此，生活用水受經(jīng)濟收入水平的影響較小。

4.3.4 其他用水類型用水變化驅(qū)動因子分析

為了探究影響建筑業(yè)和服務行業(yè)、生態(tài)環(huán)境用水量變化的主要驅(qū)動因子，選取建筑企業(yè)單位數(shù)（D1）、建筑業(yè)總產(chǎn)值（D2）、社會消費品零售總額（D3）、批發(fā)和零售業(yè)、住宿和餐飲業(yè)企業(yè)數(shù)（D4）、國內(nèi)旅游人數(shù)（D5）、衛(wèi)生機構(gòu)數(shù)（D6）、園林綠地面積（D7）、建成區(qū)綠化覆蓋率（D8）等8項因子數(shù)據(jù)作為比較序列，以2006～2017年北部灣經(jīng)濟區(qū)其他用水類型用水量為參考序列，進行關聯(lián)分析。

表5數(shù)據(jù)顯示，rD8>rD1>rD7>rD6>rD4>rD2>rD3>rD5>0.650，說明建成區(qū)綠化覆蓋率等8個因子與其他用水類型用水量變化有著較強關聯(lián)性。其中，rD8>rD1>rD7>rD6>0.850，表明生態(tài)環(huán)境因子是影響其用水變化的重要因子，建筑業(yè)和服務行業(yè)中的建筑企業(yè)單位數(shù)和衛(wèi)生機構(gòu)數(shù)也是重要的驅(qū)動因子;D2、D3、D4等3個因子與其他用水類型用水量變化的關聯(lián)度在0.700以上，只有D5的關聯(lián)度在0.700以下，說明國內(nèi)旅游人數(shù)對該類用水類型用水量變化的影響較小。

5 結(jié)論與討論

通過對2006～2017年北部灣經(jīng)濟區(qū)用水結(jié)構(gòu)演變和驅(qū)動因子進行分析，可以得到如下結(jié)論。

（1） 用水總量波動變化顯著，2006～2008年用水總量直線上升，2009～2013年用水總量波動上升，2014～2017年用水總量總體上呈下降趨勢。

（2） 農(nóng)業(yè)用水總量和比重都呈下降趨勢，但仍處于“雙高”地位，比重在65%以上;工業(yè)用水總量總體呈增長趨勢，比重波動上升;生活用水量呈現(xiàn)逐年增加-劇烈變化-平穩(wěn)增加的變化歷程，其他用水類型的用水總量較少，用水總量和占比均呈波動提升-下降-緩慢上升的變化歷程。

（3） 2006～2017年，研究區(qū)的用水結(jié)構(gòu)信息熵先快速提升后再波動、緩慢上升，用水結(jié)構(gòu)均衡度與信息熵同步變化。

（4） 有效灌溉面積、糧食作物總播種面積與農(nóng)業(yè)用水的關聯(lián)度分別為0.930和0.920;工業(yè)企業(yè)單位數(shù)與工業(yè)用水的關聯(lián)度高達0.956;總戶數(shù)與生活用水的關聯(lián)度高達0.953;園林綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、建筑企業(yè)單位數(shù)、衛(wèi)生機構(gòu)數(shù)是其他用水類型用水總量變化的重要驅(qū)動因子。

本研究仍存在著以下不足：

（1） 研究時間尺度較短，經(jīng)濟區(qū)還處于發(fā)展的初期，區(qū)域用水矛盾還未很好地顯露出來，因此，對其用水結(jié)構(gòu)演變的規(guī)律未能進行準確分析。

（2） 只考慮到了部分社會經(jīng)濟因子，并未結(jié)合降水、蒸散發(fā)、自然災害等自然因子進行研究，因此，未能綜合探明影響用水結(jié)構(gòu)變化的主要因子。

（3） 把北部灣經(jīng)濟區(qū)作為一個整體進行分析，并未具體分析該經(jīng)濟區(qū)內(nèi)6市的具體情況，也沒有找出哪些地級市對北部灣經(jīng)濟區(qū)用水結(jié)構(gòu)變化的作用最強烈。

鑒于上述不足，還有待開展進一步的探討分析。

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（編輯：趙秋云）