王 凯

(朝阳县水政监察大队，辽宁 朝阳 122000)

0 引 言

水是保护生态系统环境和支撑经济社会发展的基础资源，近年来经济发展与水资源供需矛盾日趋突出，水资源短缺、用水效率低、水体污染等逐渐成为制约经济发展的瓶颈。优化调整产业结构能够确保水资源的优化配置与合理利用，而合理的用水结构有利于最大化区域经济效益，因此研究产业结构与用水结构互动机制，对促进经济社会与水资源的协调、稳定和持续发展意义重大。

对于用水结构与产业结构国外学者多侧重于调控策略、协调性、相关性等方面的研究，如Gallagher等提出产业结构规避水资源优化配置影响的措施、风险、实现路径；Mall等探讨了水资源与气候变化的相互关系，并提出实现节水减排的有效措施是产业用水结构的改善；Reynaud等结合经济结构与用水需求量的之间关系明确了产业结构调整方向；Granger等利用因果关系检验法分析了用水结构与产业结构的因果关系。国内学者多利用系统仿真、灰色关联、协调控制、线性回归等模型，研究用水结构与产业结构物的优化调度、互动演化、耦合协调关系，如刘晓霞等[1]以山西省为例，利用变量平稳性检验法研究了产业结构与用水结构关系，发现用水量与第三、第一产业长期存在均衡关系；唐宏等[2]以乌鲁木齐为例，运用系统仿真模型探讨了用水结构与产业结构的调控策略；王飞等[3]以皖江城市带为例，利用灰色关联法分析了用水结构与产业结构耦合协调时空差异性；刘珊等[4]以山东省为例，利用集对分析法评价了产业结构与用水结构两者的协调状态；李志等[5]以山东省为例，利用协调控制模型计算了产业结构与用水结构的协调度；云逸等[6]以北京市为例，利用回归模型分析产业结构与用水结构的相关性。

1917年，Grinnell最早提出了生态位的概念、模型和理论，随后得到进一步的完善和发展，因具有便于分析比较、生态意义明确、计算过程简洁等优点，生态位测度法被广泛用于资源学、生态学、旅游学、城市学等领域。例如，焦士兴等[7]对安阳市用水结构利用生态位理论加以研究，并提出优化调整措施；张狭等[8]探讨分析了土地利用的经济生态位和耕地保护机制的建立途径；林勇等[9]通过对不同群落生态位的分析，探讨了随自然恢复生态位的变化特征；王兆峰等[10]探讨了构成产业集群的生态位要素，并提出优化、特化、泛化生态位的策略；郭瑞敏等[11]以广东省为例，结合经济发展与城市用地关系，提出两者符合高生态位的库茨涅兹曲线特征。然而，结合耦合协调度模型和生态位理论深入分析产业结构、用水结构的研究较少。鉴于此，文章以朝阳市为例，利用耦合协调度、生态熵、生态位等模型分析了产业结构与用水结构的耦合协调度及其生态位，为促进经济社会与水资源利用的协调发展提供一定指导。

1 研究方法

1.1 生态熵模型

通过比较区域用水结构生态位变化情况能够辨析具有相对劣势或优势的用水类型，利用下式构建用水结构生态熵模型，即：

Qi=ωi/Wi

(1)

式中：Qi为i类用水生态熵，Qi>1、Qi=1、Qi<1用水生态位>、=、<上一级同类用水生态位，即本区域内该类用水处于优势、劣势和同等地位。用水结构生态熵与产业结构类似，可借鉴用水结构生态熵计算产业结构生态熵。按照以下标准划分耦合协调度等级，即0.9

1.2 生态位模型

区域不同类型用水的作用程度和地位以用水结构生态位来反映[12]，其计算公式为：

(2)

式中：ωi为i类用水生态位，取值区间为0-1，其值越大则水资源捕获能力越强，i类用水量越大；Ai与时间尺度有关的量纲转换系数，文中取1；Pi为i类用水量在初始年份与研究年份的差值；i值取1、2、3，代表生活、工业和农业用水。用水结构与产业结构生态位模型类似，可借鉴用水结构生态位计算产业结构生态位。

1.3 耦合协调度模型

为了消除各指标间两级和数值单位差异引入极差标准化法，将指标层正、负向指标利用正向和负向标准化法进行处理[13-14]。然后结合各子系统指标标准化值计算产业结构与用水结构的耦合协调度D，即

(3)

2 结果与分析

借鉴2011-2020年《朝阳市水资源公报》的统计数据，利用文中所述公式(1)、(2)计算朝阳市生活、农业、工业用水的生态熵和生态位，并结合计算结果深入分析。

2.1 用水结构生态熵与生态位

2.1.1 生活用水

由图1(a)可知，朝阳市生活用水生态熵存在较大波动，喀左县、建平县呈波动减少趋势，而北票市、凌源市和朝阳县呈波动上升趋势。北票市生活用水生态熵年均>1，可见相对其他地区北票市的生活用水占有率较高；而建平县(0.638)、喀左县(0.659)、朝阳县(0.697)、凌源市(0.766)均<1，较全市平均水平这些地区的生活用水占有率较低，其中凌源市、朝阳市有所增长，而建平县、喀左县呈波动减少的变化趋势。从变化趋势上，波动幅度最大和最小的是北票市、朝阳县，这是由于北票市近年来大力发展旅游业和工业，外来人口波动变化较大且流动频繁，而朝阳县具有较为稳定的人口数量。朝阳市生活用水生态熵与生态位，见图1。

(a)生活用水生态熵

(b)生活用水生态位

从图1(b)可知，除建平县外朝阳市生活用水生态位均表现出波动上升的变化趋势。按照从小到大的顺序排列年均生活用水生态为：建平县(0.056)、北票市(0.085)、朝阳县(0.096)、凌源市(0.142)、喀左县(0.263)，其中北票市、朝阳县的波动上升趋势较明显，表明生活用水随人口规模的增大以及生活水平的提高呈现稳中有升的变化趋势；2011-2014年凌源市生活用水生态位有较大波动，2015-2020年波动减小并逐渐区域平稳；2011-2020年喀左县波动幅度减小，并最终区域平稳；建平县生活用水生态位最低的原因有农村剩余劳动力转移、服务业和工业提供就业岗位较少等，从而降低了该地区常住人口数。

2.1.2 农业用水

朝阳市农业用水生态熵与生态位，见图2。由图2(a)可知，朝阳市农业用水生态熵存在较大的变化趋势。按小到大的顺序排列年均农业用水生态熵为：建平县(0.575)、北票市(0.789)、朝阳县(1.191)、凌源市(1.259)、喀左县(1.398)。此外，朝阳县、凌源市、喀左县的农业用水生态熵都>2，表明在全市该地区农业用水处于相对优势；而建平县、北票市的农业用水生态熵<1，表明在全市该地区农业用水处于劣势；喀左县、凌源市和北票市的波动较大，表明该地区农业发展呈不稳定性，年际农业用水具有较大变化；研究期朝阳县均>1且基本稳定，表明在全市朝阳县农业用水处于相对优势，农业发展较稳定；2011-2020年建平县农业用水生态熵逐年减小，年均下降幅度为8.01%，可见在全市该地区农业用水地位明显下降。

从图2(b)可知，2011-2020年朝阳市农业用水生态位波动减小且占主导地位。按从小到大的顺序排列年均农业用水生态为：建平县(0.509)、北票市(0.511)、朝阳县(0.730)、凌源市(0.812)、喀左县(0.845)，各市县均超过0.5且区域差异显著。喀左县、凌源市农业用水生态位均>0.8且整体较高，表明该地区农业用水所占比例较高，属于传统农业发展区；不同年际间北票市、朝阳县、凌源市农业生态位波动明显，其中建平县的年均下降幅度为5.63%。深入分析，通过秸秆覆盖、节水灌溉等措施大大提高了农业用水效率，节水灌溉率接近45%。

(a)农业用水生态熵

(b)工业用水生态位

2.1.3 工业用水

朝阳市工业用水生态熵与生态位，见图3。由图3(a)可知，朝阳市工业用水生态熵存在明显差异。按小到大的顺序排列年均工业用水生态熵为：喀左县(0.338)、凌源市(0.967)、朝阳县(1.042)、北票市(2.234)、建平县(2.946)。此外，北票市和建平县的工业用水生态熵都>2，这表明在全市建平、北票市工业发展处于全市优势地位，发展速度较快。从变化趋势上，2013年后建平县的工业用水生态熵超过北票市，表明建平县工业发展趋势较好，工业用水具有显著优势；喀左县工业用水生态熵<1且最低，表明喀左县工业发展水平较低，工业用水相对劣势。

(a)工业用水生态熵

(b)工业用水生态位

从图3(b)可知，2011-2020年朝阳市工业用水生态位呈波动增大的变化趋势，从2011年的0.162波动增大至2020年的0.195，各市县的增加程度有所差异，表明北票市工业用水量波动增大，工业发展较快。按从小到大的顺序排列年均工业用水生态为：喀左县(0.061)、凌源市(0.132)、朝阳县(0.173)、北票市(0.315)、建平县(0.560)，北票市和建平县的工业发展较快，其他地区发展相对缓慢，特别是喀左县的工业发展水平有限，工业用水量最低。

2.2 产业结构生态熵与生态位

借鉴2011-2020年《朝阳市统计年鉴》、《辽宁省统计年鉴》的产业产值数据，利用文中所述公式(1)，(2)计算2011年、2013年、2015年、2017年、2020年朝阳市三大产业生态熵和生态位，如表1。

从表1可以看出，朝阳市三大产业城不协调发展状态，该地区以第二产业为主。各市县第一、第三产业占比较小，而第二产业最大，按从小到大的顺序排列年均第二产业生态位为：建平县(0.397)、喀左县(0.419)、凌源市(0.597)、朝阳县(0.620)、北票市(0.638)。将各区县按照产业结构生态位划分成两类：①第一产业生态位最小、第二产业生态位最大，包括北票市、朝阳县、凌源市，这些市县的区位优势明显，具有优良的自然禀赋和产业基础条件，所以占主导地位的为第二产业。第一产业年均生态位低于第三产业，这些地区依据宗教文化和山水旅游资源大力发展了配套服务业、旅游业，所以北票市、凌源市、朝阳县的第三产业生态位有较快增速；②第三产业生态位最小、第二产业生态位最大，包括建平县、喀左县，这些市县的农业产值所占比例较高，属于传统的欠发达农业区，加之第三产业发展速度缓慢、整体水平偏低，所以出于较低位次[17-20]。

表1 朝阳市三大产业生态熵与生态位

朝阳市第三产业生态位持续上升而第一产业波动下降，各市县的第二产业生态位变化有明显差异，如表1。对于第一产业生态位，建平县从2011年的0.431不断减小至2020年的0.227，具有最大的下降幅度；北票市从2011年的0.067减少至2020年的0.035，具有最小的下降幅度；对于第二产业生态位，北票市、凌源市、朝阳县明显下降，而建平县、喀左县呈小幅上升趋势，可见建平县和喀左县工业发展速度较快，其他各市县发展相对缓慢。对于第三产业生态位，北票市具有最大的上升幅度，年均增长幅度达到0.024，凌源市具有最小的生态位上升幅度，年均增长幅度仅有0.010。北票市的旅游景点较多，所以具有增长幅度最大；凌源市虽然具有丰富的旅游资源，但基础设施相对落后且开发深度不足，所以增长率较低。

北票市产业结构生态熵具有明显的空间差异，如表1。对于第一产业生态熵，建昌县、凌源市、喀左县均>1，而北票市、朝阳县<1，这是由于建昌县、喀左县、凌源市属传统产量大县，具有明显的发展优势，与全市相比朝阳县、北票市处于历史。对于第二产业生态熵，北票市、朝阳县、凌源市均>1，而建平县、喀左县随逐年增加但仍<1，这表明在全市中建平县和喀左县第二产业地位较低，但工业化发展态势较快。对于第三产业生态熵，各市县均<1且发展趋势不同，其中北票市、朝阳县不端正增加，表明具有良好的发展态势，凌源市、建平县、喀左县的下降幅度较小，凌源市第三产业生态熵从2011年的0.955减少到2020年的0.760，具有最大的下降幅度。

2.3 用水结构与产业结构耦合协调度

采用公式(3)计算朝阳市产业结构与用水结构协调耦合度，朝阳市产业结构与用水结构耦合协调度，见图4。由图4可知，朝阳市第一产业与农业用水协调耦合度呈现出下降(2011-2014年)、上升(2014-2016年)、下降(2016-2020年)的变化趋势，从2017年的低度协调转变成2020年的中度协调。2011-2014年，耦合协调度从0.388不断减小至0.337，这是由于降水量、农业产值的增加和农业用水量的减少，使得此阶段两者达到低度失调状态；2014-2016年，耦合协调度从0.337不断增加到0.357，此阶段虽然有所有所增加但还处于低度失调状态，这是由于农业用水和农业产值两者保持同步增长，所以耦合协调度有所增加；2016-2020年，耦合协调度从0.357波动减小至0.302，下降趋势明显，这是由于2016年后微喷灌技术的不断推广应用，进一步提高了农业用水效率，总用水量下降，而农业产值增加，所以两者耦合协调度在2016年后明显减小，并最终达到中度失调水平。

图4 朝阳市产业结构与用水结构耦合协调度

朝阳市第二产业与农业用水协调耦合度呈现先增大再减小的变化趋势，研究期间两者的耦合协调度处于0.3-0.4，总体达到低度失调水平。2011-2015年，朝阳市工业用水和第二产业同步增加，但第二产业的增速高于工业用水，虽然耦合协调度不断增大但变化幅度较小。2017-2020年，随着产业结构的调整以及工业用水效率的提升，朝阳市工业用水总量呈波动下降趋势，加之第二产业值明显增大，所以2017年后两者耦合协调度虽不断减小，但仍处于低度失调水平。

朝阳市第三产业与生活用水的耦合协调度呈波动上升的变化趋势，2014年从严重失调转变成中度失调。朝阳市年均生活用水和第三产业值增长率为0.8%、9.5%，两者差距较大，虽然耦合协调度不断增加但仍处于不协调状态。从变化速度的角度上，2011-2016年两者耦合协调度年均增长率为0.75%，增速较慢；2016-2020年的年均增长率为2.28%，增速较快。2016年，朝阳市大力发展旅游、金融、信息等现代服务业，逐步形成了较为完善的现代市场体系，为第三产业升级转型提供了有力条件，生活用水量和第三产业产值同步增长，两者耦合协调度增加。朝阳市生活用水量将随着经济社会的发展不断增长，并持续发展第三产业，第三产业与生活用水的耦合协调度也会持续增大。

3 结 语

1)从用水结构上，朝阳市各市县用水结构呈现出不同的变化趋势，且农业用水占主导地位。朝阳市农业用水生态位波动下降，而生活与工业不断上升；其中，生态熵较大的有北票市生活用水和凌源市、朝阳县、喀左县农业用水，以及北票市、建平县工业用水。因此，为实现“三生”用水安全，朝阳市应限制高耗水产业发展和压缩农业用水规模。

2)从产业结构上，朝阳市三大产业呈不协调发展状态，以第二产业为主；朝阳市第三产业生态位不断增加，第二和第一产业波动减小；北票市、朝阳县的第一产业生态熵和建平县、喀左县的第二产业生态熵以及各市县第三产业生态较小，其他市县各较大。对此，朝阳市应优化产业内部结构、加强创新和引进技术、切实改善投资环境。

3)总体上，朝阳市产业结构与用水结构的耦合协调度处于失调水平，各市县具有不同的伐善趋势。第一产业与农业用水从低度失调转变成中度失调，第二产业与工业用水耦合协调度波动减少但仍属于低度失调，第三产业与生活用水从严重失调转变成中度失调。鉴于此，朝阳市应通过合理配置水资源、优化产业内部结构、加大资金技术投入等措施，保障区域用水安全以及加快循环经济、高效节水农业发展，为实现水资源与经济社会协调可持续发展提供保障。