基于灰色理论的城市经济与水资源利用关系研究
——以郑州市为例

张 黎 鸣

(晋中学院经济管理学院,山西晋中030600)

基于灰色理论的城市经济与水资源利用关系研究
——以郑州市为例

张 黎 鸣

(晋中学院经济管理学院,山西晋中030600)

分析评价城市经济发展与水资源利用结构之间的相关性，可以为城市水资源优化配置提供理论依据。以郑州市为例，基于2004年～2014年城市经济发展和水资源利用的具体数据，分析其主要指标的走势，利用灰色关联分析法，定量分析城市经济发展与水资源利用结构的关联度。结果表明： 城镇居民人均可支配收入的提高对水资源利用结构的变化影响最大，人均GDP和城市化率次之，产业结构调整最小；工业用水与城市经济发展水平的相关性最强，生活用水和环境用水次之，农业用水与城市经济发展的相关性最弱。城市发展过程中，针对工业用水量和生活用水量的增加，可以采取相应的措施来加以控制，从而保障郑州市城市用水的供需平衡。

城市经济发展; 水资源; 关联分析; 郑州市

水资源是城市经济社会发展不可或缺的重要自然资源。作为中国中部地区重要的工业城市之一，2000年以来，郑州市进入了快速发展时期。其城市化进程大大加快，人口规模扩大，各项经济产能指标提高，给城市水资源供给带来了巨大压力，水资源短缺已经严重制约了该市经济的快速发展。郑州市作为中原经济区的中心城市，其城市经济发展及用水结构变化也会对周边城市产生较为深远的影响。

关于城市经济发展与水资源利用关系的研究，目前主要集中在水资源可持续利用[1]、城市水资源承载能力[2]、水资源在不同区域和产业间的配置以及水资源利用效率[3]等领域。对郑州市水资源的研究较多集中在水环境评价、水资源承载力变化和用水结构演变等领域，从时间序列上对郑州市城市经济社会发展和城市用水结构相关性的研究还相对较少。笔者利用灰色关联分析方法，研究2005年～2015年郑州市城市经济发展的主要指标与各类用水之间的相互作用关系，为优化郑州市水资源利用，促进其经济可持续发展提供理论依据。本研究的数据来源于2005年～2015年的《郑州市水资源公报》和《郑州市统计年鉴》。

一、郑州市城市经济发展与水资源利用现状

(一)城市经济发展

据统计，2004年郑州市总人口数为708.2万，其中城镇人口数是411.1万，城市化率约58%；2014年城市总人口数为937.8万，其中城镇人口数为640.6万，城市化率约为68.3%。与2003年相比郑州市的城市化率增加了约10个百分点，呈直线上升趋势，如图1所示。

图1 2004年～2014年郑州市城市人口与城市化率

2004年～2014年，郑州市GDP从1 375亿圆增长至6 783亿圆，年均增长率为17.3%。其中，第二、第三产业产值所占比重较为平稳，2004年比例为53.7∶41.9，2014年为55.6∶42.2；第一产业产值所占比重从2004年的4.4%降至2014年的2.2%；人均GDP从1.786万圆增至7.305 6万圆，按照世界银行的标准，郑州市已接近高收入国家水平[4]。此外，郑州市城镇居民人均可支配收入也呈直线增长趋势，从2004年的0.936 4万圆增加至2014年的2.909 5万圆，年均增长率为12%。2004年～2014年郑州市的主要经济发展指标如图2所示。

图2 2004年～2014年郑州市主要经济发展指标

(二)水资源利用结构变化

2014年，郑州市总用水量为16.323 9亿立方米，其中，地表水供水占总供水量的43.4%；地下水供水占总供水量的51.7%；其他水源供水量占总供水量的4.9%。可见，地下水供水仍然是郑州市供水的主要来源。2004年～2014年，郑州市水资源利用变化情况如表1所示。

表1 2004年～2014年郑州市水资源利用情况(单位：亿立方米)

表1显示了如下的信息。

第一，2004年～2014年间，郑州市用水总量变化幅度不大，但各类水资源利用结构发生了较为明显的变化。其中，农业用水比重呈下降趋势，下降了约39个百分点，这和农业产值比重下降、城市规模扩张不无关系，同时，农业技术进步对农业用水效率的提高也起着至关重要的作用[5]。工业用水量在2004年～2012年间呈上升趋势，这和产业结构优化升级以及河南省实行最严格的水资源管理制度有关。生活用水和环境用水占比在2004年～2014年间分别增加了约56%和186%。

第二，根据表1中所显示的数据可以计算出四种水资源利用的年均增长率。结果表明：郑州市用水总量的年均增长率为0.5%，农业用水量的年均增长率为-4.8%，工业用水量的年均增长率为1.9%，生活用水量的年均增长率为4.6%，环境用水量的年均变化率为10.8%，农业用水量呈现显著的下降趋势，环境用水量年均变化率最大，增长趋势明显。

二、城市经济发展与水资源利用关联性分析

(一)数据来源与指标体系的确立

为了能够完整地反映郑州市城市经济发展与水资源利用结构之间的关系，在影响城市经济发展的诸多因素中，笔者选取城市化率(x1)、产业结构(x2)、人均GDP(x3)、城镇人均可支配收入(x4)等4个指标来反映城市经济发展水平。与此同时，根据郑州市水资源综合规划规定的用水分类口径，将水资源利用分为农业用水(y1)、工业用水(y2)、生活用水(y3)和环境用水(y4)等4个类型作为因变量，构建城市经济发展水平与用水结构关联的指标体系。由于城镇公共用水主要为公共生活用水，因此在本研究中，对城镇公共用水做了简单处理，全部归为生活用水。

(二)研究方法

笔者利用灰色关联分析方法来分析郑州城市经济发展与水资源利用之间的相关性。灰色关联分析是通过分析各因子之间的相似或相异程度，来衡量因素间的影响程度或贡献测度的一种方法[6]。其具体计算步骤如下所述。

第一，确定反映系统行为特征的参考数列和影响系统行为的比较数列。

第二，对参考数列和比较数列进行无量纲化处理。由于系统中各因素的物理意义不同，导致数据的量纲也不一定相同，不便于对数据进行比较，或在比较时难以得到正确的结论。因此，在进行灰色关联度分析时，一般都要对原始数据进行无量纲化。笔者采用初值化处理法对其进行处理。

第三，计算参考数列与比较数列的灰色关联系数

(1)

式中，k为时间序列个数(k=1,2,3,…，11)，i为指标个数(i=1,2,3,4);

(2)

其中，ρ∈(0,1)，ρ为分辨系数，取ρ=0.5。

关联度系数只表示了各个时刻参考序列和比较序列之间的关联程度，要从总体上把握系统之间的关联程度，必须求出关联度系数的时间平均值，即关联度。关联度计算公式为

(3)

其中，N为时间序列个数11。

(三)计算结果

根据灰色关联分析的计算方法，以郑州市2004年～2014年水资源利用以及城市经济发展的各项指标为依据，笔者分别计算出了城市经济发展子指标对用水结构的灰关联系数，如表2所示；用水结构子指标对城市经济发展的关联度如表3所示；城市经济发展与水资源利用结构系统关联度如表4所示。

表2 城市发展子指标对水资源系统的灰关联系数

续表

年份ξ1ξ2ξ3ξ4200906606006606820100530480650672011055049066068201205504706606920130610520610662014063053062065

表3 城市用水子指标对城市发展的灰关联系数

表4 城市发展与水资源利用结构系统的灰关联系数

表2～表4显示了如下的信息。

第一，如表2所示的城市发展子指标对水资源系统在各个年份的灰关联系数，对其按年份加以平均可以得出城市经济发展各子指标对用水结构的关联度，分别为0.67、0.61、0.71、0.74，依次排序为：城镇人均可支配收入>人均GDP>产业结构>城市化率，这表明居民生活水平的提高对水资源利用结构变化的影响最大，人均GDP和城市化率次之，产业结构最小。从关联度值来看，城市化率、人均GDP、城镇居民可支配收入与水资源利用结构的关联度都介于0.65～0.85，属于强关联，说明这三个因素与郑州市各类用水量的相关性都很强，符合进行关联度分析的基本条件。

第二，如图3所示的城市用水子指标对城市发展在各个年份的灰关联系数，对其按年份加以平均可以得出用水结构子指标对城市发展的关联度，分别为0.53、0.75、0.74、0.70，依次排序为：工业用水>生活用水>环境用水>农业用水，这表明工业用水与城市发展之间的关联度最高，其次为生活用水和环境用水，农业用水量最小。从关联度值来看，工业用水、生活用水、环境用水与城市发展的关联度值都介于0.65～0.85，属于强关联，这说明在城市发展过程中，刺激这三类用水量增加的因素变化相对明显，比如第二产业比重、人口规模的增加、城市规模扩张等。此外，农业用水与城市发展指标之间的关联度值呈下降趋势，且下降幅度先大后小，下降曲线日趋变缓。

第三，由表4可以看出，城市化率(x1)对用水结构子指标的相关系数排序为y3>y2>y4>y1，说明城镇人口的增加对生活用水的影响最大，工业用水仅次之，对环境用水和农业用水的影响相对较小；产业结构(x2)对用水结构子指标的相关系数排序为y3>y2>y1>y4，这说明第二、第三产业比重对生活用水量的影响最大，其次是工业用水和农业用水，对环境用水的影响最小；人均GDP对用水结构子指标的相关系数排序为y4>y2>y3>y1，这说明经济发展水平对环境用水的影响很大，工业用水和生活用水次之，对农业用水的影响最小；城镇居民人均可支配收入对用水结构子指标的相关系数排序为y4>y2>y3>y1，说明居民生活水平的提高对环境用水的影响最大，其次是工业用水和生活用水，对农业用水的影响最小。

三、结 语

第一，城镇人均可支配收入的增加与郑州市水资源利用结构的关联度最大，尤其是与工业用水、环境用水的相关性较大。在各类用水中，工业用水量的变化受城市发展影响最大。工业在促进郑州城市经济发展和提高居民生活水平的同时，其用水量也呈上升趋势，是用水总量增加的主要推动力，给环境用水带来了一定的压力。在2014年以后，工业用水量大体上出现下降趋势，这是因为随着工业领域的技术进步，产业结构升级，加之政府部门实行了更为严格的环保规定，工业用水效率以及重复利用率都得到了大幅提高。

第二，农业用水出现了绝对的降低，这和农业产值比重的下降是相吻合的，说明郑州市经济发展越来越符合城市功能的定位[7]。《郑州统计年鉴》(2004年～2014年)显示：郑州市农作物播种面积2004年为513.6千公顷，2014年为486.2千公顷，总体波动幅度不大，这说明郑州市农业用水效益有所提高，现代农业节水技术的发展以及农田节水灌溉面积的增加是农业用水下降的重要原因。

第三，生活用水受城镇人口增加的影响最大，其次是城镇居民人均可支配收入的提高。郑州外来人口的增加，使得家庭生活用水量和公共生活用水量大幅增加。居民生活水平的提高，促进了居民的用水观念发生了较大的转变，对卫生条件的要求越来越高，温泉、洗浴桑拿等导致了大量的生活用水消耗[8]。

第四，在未来的水资源管理策略中，应加强水资源的需求管理[9]。通过实行严格的用水总量控制、完善水价结构[10]、加强节约用水的宣传教育以及节水器具的普及等措施来提高人们的节水意识，降低用水需求，从而缓解水资源的供需矛盾。

[1] 荆平.城市水资源的循环经济发展理念及驱动机制分析[J].科技管理研究,2015,35(9):250-253.

[2] 孙莉,吕斌,胡军.中原城市群城市承载力评价研究[J].地域研究与开发,2008,27(3):16-20.

[3] 路宁,周海光.中国城市经济与水资源利用压力的关系研究[J].中国人口资源与环境,2010(S2):48-50.

[4] 张启良.高收入国家 (地区) 的衡量标准及其相关概念[J].中国统计,2014,12(6):33-34.

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[6] 沈永跃.河南省经济增长和教育发展的灰色关联度分析[J].技术经济,2009,28(7):105-108.

[7] 史炜,汪勰.我国城市群建设的功能定位及亟待解决的问题[J].中国经贸导刊,2013(1):40-43.

[8] 孙艳芝,鲁春霞,谢高地,等.北京城市发展与水资源利用关系分析[J].资源科学,2015,37(6):1124-1132.

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(责任编辑 杨耕文)

Analysis Based on Theory of Grey Correlativity of Relationship Between Urban Economic Development and Utilization of Water Resources— In the Case of Zhengzhou

ZHANG Liming

(Economic Management College, Jinzhong College, Jinzhong 030600, China)

An analysis and evaluation of the relationship between the municipal economic development and the application structure of water resource can offer theoretical basis for optimal water allocation in the city. This paper, taking Zhengzhou as a case study and based on the concrete data of the city′s economic development and the water resource during the period of 2004-2014 in Zhengzhou, has analyzed its trend of the main indicators, and conducted a study, based on Grey Relational Analysis, of the correlations between urban economic development and the utilization structure of water resource. The result shows that the raise of the per-capita disposable income of urban residents influences water utilization mostly, and the GDP per-capita and urbanization come the second, while the adjustment of industrial structure has the weakest effect. The industrial water consumption strongly correlates with the level of the municipal economic development, and the daily life water supply and the environmental water consumption come the second, while the connection between the agricultural water irrigation and the urban economic development is the weakest. During the process of urban development, in view of the increase of industrial water and household water supplies, corresponding measures can be taken to control the water supply so as to ensure the balance between water supply and demand in Zhengzhou.

urban economic development; water resources; grey relational analysis; city of Zhengzhou

2017-01-20

张黎鸣(1982-),女,山西晋中人,讲师,主要从事经济资源可持续发展研究.

10.3969/j.issn.1674-5035.2017.02.008

F224.0

A

1674-5035(2017)02-0035-04