乔凯，高志刚

（新疆财经大学　经济学院，新疆　乌鲁木齐　830012）

新疆工业用水效率预警研究

乔凯，高志刚

（新疆财经大学经济学院，新疆乌鲁木齐830012）

建立新疆工业用水效率评价指标体系，利用其2004—2014年的相关统计数据，通过残差检验、后验差检验、关联度检验以及预测精度检验选取合适经济预测模型对各指标2015—2019年的数据进行预测，并使用层次分析法（AHP）对指标进行赋权，使用综合效用函数法对2004—2019年新疆工业用水效率预警进行评价.结果表明：新疆工业用水效率预警综合指数总体上呈现出良好的发展趋势，但由于水资源条件与工业水生态环境子系统表现出恶化的趋势，因此综合指数总体上呈现出缓慢下降趋势.建议通过增加工业用水量、提高整体教育质量、运用“互联网+”来实现新疆工业用水的可持续发展.

新疆；工业用水效率预警；效用函数综合评价模型

水作为大自然赋予人类的宝贵财富，与人民生活戚戚相关.在现代工业中，没有一项工业不和水直接或间接发生关系，很多生产环节都有水的参与.在2014年，全国总用水量6095亿m3，占当年水资源总量的22.4%.其中，生活用水占12.6%；工业用水占22.2%；农业用水占63.5%；生态环境补水（仅包括人为措施供给的城镇环境用水和部分河湖、湿地补水）占1.7%［1］.而新疆地区属于干旱地区，水资源历来匮乏且降水量十分稀少，就2014年来说，全疆各类水利工程总供水量581.82亿m3，其中地表水源供水量449.40亿m3，地下水供水量131.36亿m3，中水回用量1.06亿m3；农业用水量为554.08 m3，工业用水量为13.2亿m3，生活用水量和生态环境补水量分别为9.28亿m3和5.26亿m3［2］.可以看出新疆地区水资源匮乏，回用量较低，因此实现工业水的高效利用，提高工业水资源的利用效率，并对未来几年工业用水效率进行预警与调控，是实现新疆可持续发展的重要途径.

近年来，国内已有部分学者进行预警方面的研究，主要体现在可持续发展和生态安全两个方面.吕峰等从能源可持续发展预警的角度出发，通过运用灰色理论并结合改进的熵权法得到我国能源综合预警指数［3］.周和平等采用综合评价和柯布道格拉斯模型，分析得出2015—2030年水资源发展与经济社会总体处于可持续发展状态［4］.宋敏等通过采用人工神经网络和层次分析法，探讨西北地区能源—环境—经济可持续发展的构建与应用问题，得出陕西能源—环境—经济的可持续发展趋势在2000～2014年存在重警、中警、轻警和无警四种状态［5］.聂春霞等通过构建城市化生态质量评价指标体系和可拓学评价模型，并采用灰色模型进行预测，对新疆2005—2014年的城市化生态质量进行分析，得出总体上城市化生态质量不断改善，但也需要减少三废排放、提高环境污染治理投资，使城市化与生态环境耦合系统处于协调状态［6］.解雪峰等利用“压力—状态—响应”模型、生态安全度模型和RS与GIS技术对东阳江流域的生态安全进行评价，认为流域内整体处于安全状态，但也存在人类活动强烈，生态结构遭受破坏的情况［7］.张利等通过“压力—状态—响应”模型构建了滨海快速城市化地区土地生态安全评价指标体系，并对天津曹妃甸新区土地生态安全进行预警，得出区域土地生态安全呈下降趋势且应加强这些区域的土地生态管理调控［8］.张凤丽采用综合指数法对新疆工业生态安全进行评价及预警分析，并通过因子障碍度模型找出制约因素，得出总系统呈较安全状态，并且应当在经济发展方式、工业结构、环境治理保护投资力度等方面进行改进［9］.徐成龙等运用熵值法对黄河三角洲地区生态安全进行预警分析，认为转变经济发展模式、生态修复与补偿、差别化区域空间管制等是改善黄河三角洲地区生态环境的必要措施［10］.

总体来看，关于预警方面的研究还不多，在水资源方面，尤其是对工业用水方面进行预警的文献很少.本文拟通过效用函数综合评价的方法对新疆工业用水效率预警进行研究，并在此基础上提出相应的对策与建议.

1　模型选择

本文拟通过研究相关文献对指标体系进行构建，并使用综合效用函数法对2004—2019年新疆工业用水效率预警进行评价.

1.1预警指标的定值转化

指标体系预警指标的定值转换主要是对于三类型指标的转化［12-16］，本文主要采用成本型指标和效益型指标两种方式进行转化.

1）对于成本型指标而言，根据指标值所处的状态，按下面的公式进行定值转化.

分数=分数下限+（指标值-警限下限）×（分数上限-分数下限）/（警限上限-警限下限）

式中，分数上限、下限所表示的为指标所处状态的分数上限、下限，警限上下值表示指标值所处状态的警限上限和下限.

2）效益型指标，同样根据下面的公式进行定值转化.

分数=分数下限-（指标值-警限下限）×（分数上限-分数下限）/（警限上限-警限下限）

当有些指标处于“不可持续”与“可持续”状态时可能会出现没有上限、下限的状况，对于没有警限上限的指标，将其下限值的2倍作为其上限，对于系数或者百分率指标，如果2倍的预警下限值大于该指标的最优值，则把预警上限当做最优值；如果指标值大于该上限时，按该上限计算；当指标值处于没有下限时，把零作为其下限.

1.2权重确定

综合采用GM（1，1）灰色预测、指数平滑法、趋势外推法对各指标进行预测，通过残差检验、后验差检验、关联度检验以及预测精度检验选取最佳结果，并通过层次分析法（AHP）对各个指标体系进行赋权.

1.3效用函数综合评价

效用函数综合评价模型是对工业用水效率预警或趋势抽象程度较高的定量描述，具有全面性与整体性，评价结果在目前预警研究较少情况下，是一种较为有力的评价方法，其思想是将每一个预警指标按照一定方法进行量化处理，转换成对评价问题测量的一个量化值，然后再通过多目标线性函数加权求得综合预警指数［12-15］.

本文首先对各个准则层的预警指数进行计算，在某一发展阶段工业用水效率预警指数的综合评价模型按照下式进行计算：

式中，SDi（t）为在某一发展阶段t时准则层i的预警指数，其取值范围在0～100，SDi（t）值越小表明该准则层越接近可持续发展状态；i表示准则层序号，分别表示水资源条件、工业水开发利用、社会、经济发展、工业水生态环境五个方面；j表示指标序号，Wij表示准则层i中j指标的权重，Fij（t）表示准则层i中j指标的分数值.根据各个准则层的SDi（t）值可以确定其发展状况.

在确定各个准则层预警指数大小的基础上，根据其相对于目标层权重，进行加权求得工业用水预警效率的综合预警指数，其计算公式如下：

式中，ISD（t）表示某一发展阶段t内工业用水效率的综合预警指数，Wi表示第i准则层相对于目标层的权重，SDi（t）为在某一发展阶段t时准则层i的预警指数.

2　新疆工业用水效率预警研究及分析

2.1指标体系构建与数据来源

充分考虑新疆水资源及新疆工业用水的特点并遵循客观性、科学性、有效性等普遍原则，参考相关文献［4-6，9，12，13，16］确定了水资源条件子系统、工业水资源开发子系统、社会以及经济子系统的10项指标，并考虑到新疆近年来工业废水中化学需氧量以及氨氮排放量高且呈现出上升趋势的情况，把这两项纳入生态环境子系统，最终确定资源、工业用水开发、社会、经济、生态环境五个子系统12个指标来对新疆工业用水效率预警进行研究（见表2）.

表2　新疆工业用水效率评价指标体系

其中，C3（万元增加值用水量）、C9（万元GDP用水量）来自于2004—2014年《新疆水资源公报》，C1（人均水资源可用量）、C6（每万人中受高等教育人数）、C7（城镇化率）、C8（人均GDP）、C10（工业废水中化学需氧量排放量）和C11（工业废水中氨氮排放量）均来自于2005—2015年《新疆统计年鉴》，C2（地表水资源开发利用效率=地表水供水量/可用地表水资源总量）通过2005—2015年《新疆统计年鉴》整理计算得出，C4（工业用水比重=工业用水量/总水量）通过对2005—2015年《中国统计年鉴》和《新疆统计年鉴》整理得出，C5（工业用水重复利用率）数据来自于新疆维吾尔自治区发改委.综合整理得2004—2014年新疆工业用水效率预警各指标值（见表3）.

表3　新疆2004—2014年各预警指标值

2.2指标体系预测

针对各个指标数据在选择预测模型时，一般尽可能使所选择的模型拟合历史数据，同时也必须考虑到经济和社会指标自身特点及其运行规律，后者更为重要.本文以2004—2014年的数据为基础，预测2015—2019年各个指标的值，预测采用各个预测方法综合来预测，并进行残差检验、后验差检验、关联度检验和预测精度检验，通过比较选出一个拟合程度高、同时又符合经济运行规律的方法进行预测.预测模型选择见表4，详细预测结果见表5.

表4　预测模型选择

表5　各指标预测结果

2.3警度及警限的确定

预警警度和警限的确定关系到预警的敏感性和准确性.本文根据新疆地区实际情况，结合文献［4-7，17-20］，确定新疆工业用水效率预警的各指标警限与相应的四级评价标准（见表6、7）

表6　新疆工业用水效率预警警度划分

表7　新疆工业用水效率预警指标警限划分

2.4新疆工业用水效率预警综合评价

2.4.1预警指标的定值转化

本文所选取的12指标中属于成本型指标（逆指标）的有：地表水资源开发利用效率（C2）、万元工业增加值用水量（C3）、万元GDP用水量（C9）、工业废水中化学需氧量排放量（C10）、工业废水中氨氮排放量（C11）；属于效益型指标的有：人均水资源可用量（C1）、工业用水比例（C4）、工业用水重复利用率（C5）、每万人中受高等教育人数（C6）、城镇化率（C7）、人均GDP（C8），把成本型与效益型指标进行定值转化，结果见表8.

(1) 1981年年平均流量和年最大流量分别作为边界条件时，巴塘河河道21 480.34横断面淹没水深分别为20 m和23 m，淹没水深增幅为3 m。这两种流量条件下，均未出现河道溢流情况。

表8　各指标定值转化结果

2.4.2各指标权重的确定

对工业用水效率预警的各指标权重采用层次分析法来确定.这里区别常用的9位标度法，使用5位标度法，为的是使变量之间的关系更加清晰可界定.本项目组邀请相关领域7位专家分别对指标进行打分，然后对打分结果进行平均，得到最终结果（见表9）.

表9　各指标层次分析法综合打分结果

2.4.3新疆工业用水预警效率综合评价

本文采用效用函数对新疆工业用水效率预警进行综合评价，其中各个准则层预警指数的计算采用式（1），工业用水效率预警目标层的预警指数采用式（2）来计算，计算结果见表10和图1.

图1　新疆工业用水效率预警综合评价

表10　新疆工业用水效率预警综合评价

2.4.4新疆工业用水效率预警结果分析

由表10和图1分析可得新疆工业用水效率预警的目标层和各准则层绝大多数年份都处于轻警和中警区间，总的呈现下降趋势，但各个准则层的情况不一样.

1）水资源条件子系统（SD1）从2004年的44.72上升到2019年的49.79.结合图1可以看出，整体呈现出波动上升趋势，且接近黄色信号灯区域即中警区域.水资源条件子系统包括人均水资源量与地表水资源开发利用率两个方面，从表8可以看出由于新疆人均水资源量处于无警状态，而新疆地表水资源开发利用率一直处于重警区间，说明水资源条件子系统一直处于轻警但有进入中警区间的趋势，地表水资源开发利用率长期处于重警状态.这是由于首先新疆水资源开发利用率超过了国际安全标准，处于80%以上，且新疆本地利用效率很低；其次虽说新疆人均水资源量比较充足，但其人口并不多加之水资源空间分布不均、且不能合理利用以及气候和地理环境的原因加剧了新疆水资源利用问题.

3）社会子系统（SD3）从2004年的62.21下降到2019年的43.76，由中警逐渐下降到轻警，呈现出良好的变动趋势.随着教育水平和城镇化率的提高，人们会逐渐意识到水资源的重要性，节水意识会增强，而且学习运用高新技术节水的能力也会增强，这都有利于提高新疆工业用水效率.

4）经济发展子系统（SD4）从2004年的86.26下降到2019年的38.49，变化幅度比较大，由最初的重警下降到轻警.结合表8可以看出，新疆人均GDP不断提高与万元GDP用水量的下降共同促使其经济发展子系统逐步朝着好的方向发展.新疆经济发展相对于中东部地区比较落后，经济发展水平较低，这使得人均GDP比较落后，再者由于该地区节水技术等并不发达且没有较好利用，可以看出新疆地区经济还有很大的发展空间.

5）工业水生态环境子系统（SD5）从最初的轻警状态到2019年变为重警.说明新疆工业用水的生态环境正在不断恶化，整个工业的发展并没有与生态环境的发展相协调.具体来看，工业废水中化学需氧排放量与工业废水中氨氮排放量不断地提高使得生态环境子系统不断恶化.从《中国环境统计年报》中可知从2013年后新疆工业废水化学需氧量与氨氮排放量就一直比较靠前，工业水生态环境不容乐观，而且工业废水没有得到有效且广泛的开发利用，这些都导致新疆地区工业水生态环境子系统从轻警变为重警.

6）新疆工业用水效率预警综合系统（ISD）分数值从2004年的59.33下降到2019年的49.84，由中警变为轻警，总体上呈现出波动下降趋势.从图1可以看出工业用水效率预警复合系统变化与工业用水开发子系统（SD2）、社会子系统（SD3）、经济发展子系统（SD4）变化趋势一致，说明工业水资源开发子系统对工业用水效率预警这一目标层的影响最大，但新疆工业用水效率预警综合系统（ISD）不如这几个准则层变化明显，相反呈现下降比较缓慢的趋势，这是由于受到水资源条件子系统（SD1）与工业水生态环境子系统（SD5）的影响，特别是工业水生态环境子系统（SD5）对工业用效率地影响程度较大所导致的.

3　结论及建议

工业用水效率预警研究对工业用水的可持续发展以及新疆本地水资源的高效利用具有重要意义.本文通过研究相关文献对指标体系进行构建，采用综合效用函数法对2004—2019年新疆工业用水效率预警进行评价.结果表明，虽然新疆工业用水效率预警总体呈现下降趋势，由2004年的中警变为2019年的轻警，但下降幅度逐渐呈现放缓趋势，与工业用水开发子系统、社会子系统与经济发展子系统的变化趋势一致，其中工业用水开发子系统对新疆工业用水效率预警综合系统影响最大，与水资源条件子系统和工业水生态环境子系统的变化趋势相反，其中工业水生态环境对工业用水效率预警的影响较大.为继续降低新疆工业用水效率预警综合指数，使其工业水资源高效利用，提出以下几点建议：

1）适当提高工业用水比重.新疆农业用水占总供水量的95%以上，而工业用水比重一直维持在2%左右，工业用水需水量巨大但得不到满足，工业水资源开发遇到困难，所以适当增加工业用水比重，提高水资源的经济效益与利用效率，促进工业水资源的开发利用.

2）提高整体教育质量，推动城镇化进程.教育水平及城镇化率的提高有利于工业用水效率的提高.目前，新疆地区接受高等教育人数正在不断加，城镇化水平在不断提高，但两者增长幅度较低，且远低于全国平均水平，说明还有较大的发展空间.因此，应当在疆内大力支持高等教育的发展，提高整体教育水平，而教育水平的提高对城镇化水平的提高也具有促进作用.

3）通过运用“互联网+”技术加快工业用水生态安全建设，促进工业发展与社会经济发展相协调.目前来看，新疆经济在不断地发展但仍处在低水平发展阶段，其工业废水中化学需氧含量以及氨氮含量在全国范围内都比较高，工业废水处理技术运用不成熟，造成大量浪费，使得工业发展没有与生态环境相协调.不仅需要引进先进技术来降低工业废水中化学需氧量与氨氮含量，还应引入“互联网+”技术，建立“互联网+智能环保”大数据平台，对工业废水的各项污染物指标进行实施第三方远程监控，实现远程智能化管理，有助于完成降低成本、节能减排的目标.

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Early Warning to Industrial Water Efficiency in Xinjiang

QIAO Kai，GAO Zhigang

（School of Economics，Xinjiang University of Finance Economics，Urumqi 830012，China）

Based on the relevant statistical data from 2004 to 2014，with residual test，posterior difference test，correlation test and precision test to select appropriate economic forecast model to predict each index data from 2015 to 2019，it established an industrial water efficiency evaluation index system，and empower each index by AHP.The overall utility function method was used to evaluate industrial water efficiency in Xinjiang in 2004 to 2019 warning.The results show that the composite index is on the good development trend.However，due to deterioration of water resources and subsystems of industrial water ecological environment，the composite index is of downtrend.In future，we should increase the industrial water consumption，improve the overall quality of education and use“Internet+”to achieve the sustainable development of industrial water in Xinjiang.

Xinjiang；Early warning to water use efficiency；Comprehensive evaluation model of the utility function

TV213.9

A

2095-4476（2016）08-0038-07

2016-05-26；

2016-07-10

新疆优秀青年科技创新人才培养项目（2014721013）；新疆财经大学研究生科研项目（XJUFE2016K071）

乔凯（1991—），男，山西太原人，新疆财经大学经济学院硕士研究生；

高志刚（1972—），男，河南濮阳人，新疆财经大学经济学院教授，博士生导师，博士，主要研究方向：区域经济与可持续发展.

（责任编辑：饶超）