摘 要：山西長期的資源型經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式對水環(huán)境帶來了許多不利影響，而水資源的過度浪費(fèi)嚴(yán)重阻礙了山西省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。通過收集和整理2013—2022年山西省的經(jīng)濟(jì)增長數(shù)據(jù)和水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，探討了山西省經(jīng)濟(jì)增長與水環(huán)境質(zhì)量之間的耦合作用，并通過灰色關(guān)聯(lián)度分析方法進(jìn)行了評估。結(jié)果表明：山西省工業(yè)用水、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)COD排放量、工業(yè)氨氮排放量，整體呈下降趨勢；生活用水、生活污水排放量、生活COD排放量、生活氨氮排放量，整體呈上升趨勢；水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)與人均GDP和第二、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重均存在灰色關(guān)聯(lián)度，3種指標(biāo)耦合作用較強(qiáng)，山西省經(jīng)濟(jì)增長與水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)存在關(guān)聯(lián)度，兩者相互影響作用明顯。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)增長；水環(huán)境質(zhì)量；灰色關(guān)聯(lián)分析

中圖分類號：X824 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–00-03

山西省水資源緊缺，截至2022年，水資源總量153.5億m3，地表水資源38.2億m3，地下水資源27.5億m3。山西省年平均降水量508.8 mm，降水量少且分布不均，主要集中在夏季，占全年降水量的60%[1-2]。山西地形復(fù)雜，北高南低，呈階梯狀，導(dǎo)致水資源分布不均勻。改革開放以來，山西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)歷史性的重大突破，2022年山西省的GDP總額高達(dá)2.56萬億元，人均GDP為7.37萬元。山西地區(qū)煤炭資源豐富，是我國典型資源型經(jīng)濟(jì)的重要煤炭產(chǎn)區(qū)[3]。但由于溫室效應(yīng)、環(huán)境變化和人類活動加劇等因素的影響，使得水環(huán)境質(zhì)量發(fā)生了重大變化[4]。隨著人口的快速增長和經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，生活、工業(yè)廢水等排放量增加，加上公民節(jié)約水資源意識缺乏、用水率低等問題，導(dǎo)致山西省的水環(huán)境遭到不同程度的污染[5-6]。

生活污水排放量、工業(yè)廢水排放量、氨氮排放量和COD排放量等指標(biāo)都顯示了山西省的經(jīng)濟(jì)增長與水環(huán)境質(zhì)量之間的相互影響。人均GDP增長率相比其總量GDP增長速度更加能較為精準(zhǔn)、直觀地反映某一個(gè)特定地區(qū)的綜合經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r[7-9]。

1 數(shù)據(jù)模型與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源和處理

研究數(shù)據(jù)源自國家統(tǒng)計(jì)局（2013—2022年）中國經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫、山西?。?013—2022年）統(tǒng)計(jì)公報(bào)、山西省（2013—2022年）生態(tài)環(huán)境廳《環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)》、山西省（2013—2022年）水利廳《水資源公報(bào)》。數(shù)據(jù)用Excel和SPSS進(jìn)行處理。經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)見表1。

由于研究中各種指標(biāo)的單位不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)量綱也不同，在比較時(shí)難以得出正確的結(jié)論。因此，在計(jì)算前，要用無量綱化算法處理數(shù)據(jù)，得到無量綱化的數(shù)據(jù)（表2）。

1.2 灰色關(guān)聯(lián)分析方法

灰色系統(tǒng)分析方法以灰色曲線關(guān)聯(lián)分析思想為基礎(chǔ)，灰色系統(tǒng)相關(guān)性的概念主要涉及利用灰色系統(tǒng)曲線的發(fā)展和變化。通過利用數(shù)據(jù)之間的幾何形狀關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析，確定是否存在相對緊密的內(nèi)部連通性，從而反映灰色曲線系統(tǒng)之間的動態(tài)相關(guān)性過程。具體步驟如下：

第一步，確定分析數(shù)列。根據(jù)分析目標(biāo)建立分析指標(biāo)體系，收集分析數(shù)據(jù)，確定原始數(shù)據(jù)矩陣，建立參考數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

第二步，變量的無量綱化。在進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析時(shí)，通常需要先進(jìn)行無量綱化數(shù)據(jù)處理（表2）。無量綱化數(shù)據(jù)處理公式為：

（1）

（i=0，1，…，n；k=1，2，…，m）

第三步，計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。由公式（2）分別計(jì)算每個(gè)關(guān)聯(lián)度系數(shù)：

（2）

第四步，計(jì)算關(guān)聯(lián)度。將各個(gè)分析比較指標(biāo)之間的相對相關(guān)度系數(shù)的平均值作為比較數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)之間相關(guān)度指數(shù)的數(shù)量。

（3）

第五步，關(guān)聯(lián)度排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 山西省經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)與水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的變化情況

圖1是2013—2022年山西省人均GDP與水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)時(shí)序。由圖1可知，2013—2022年人均GDP呈上升趨勢，人均國內(nèi)生產(chǎn)總值逐年上升，工業(yè)用水和工業(yè)廢水排放量呈下降趨勢，工業(yè)用水量下降22.1%；生活用水和生活污水排放量呈現(xiàn)增長趨勢，生活污水排放量增長22.8%，生活污水排放量增長33.9%。2019年，家庭用水量首次超過工業(yè)用水量。生活污水化學(xué)需氧量實(shí)際流出量高于工業(yè)化學(xué)需氧量，工業(yè)廢水中化學(xué)需氧量排放相對穩(wěn)定放緩。工業(yè)氨氮排放量呈下降趨勢，2016年降幅最大；日常生活污水中的氨氮排放總量有所增加。

圖2是2013—2022年山西省第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)分別占GDP比重與水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)時(shí)序圖。由圖可知，第二、第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重均在96%以上，2013年，山西省開始全面推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局，2013—2016年開始第二產(chǎn)業(yè)占比下降，工業(yè)廢水排放量及其COD、氨氮排放量排放也開始下降；隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，山西省逐漸轉(zhuǎn)為以第三產(chǎn)業(yè)為主，占比由38.4%上升至51.1%，生活污水的排放量及其化學(xué)需氧量和氨氮排放量也開始增加。第二產(chǎn)業(yè)占GDP的份額與工業(yè)用水量密切相關(guān)，兩者關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)，關(guān)聯(lián)度為0.808 6，有較強(qiáng)的耦合作用；與生活用水量的關(guān)聯(lián)度也較強(qiáng)，關(guān)聯(lián)度為 0.779 2，耦合作用較強(qiáng)。

第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重與生活氨氮排放量的關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)，關(guān)聯(lián)度為0.718 8，與生活污水排放量和生活化學(xué)需氧量排放量之間也存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度，兩者間的耦合作用較強(qiáng)。第三產(chǎn)業(yè)占GDP的份額與生活污水排放量間的關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)，關(guān)聯(lián)度為0.801 4，兩者有較強(qiáng)的耦合作用，與生活污水的氨氮排放量、生活污水的化學(xué)需氧量排放量耦合作用較強(qiáng)。

2.2 山西省經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)與水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

由表3可知，山西省經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)與水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度在0.530 4～0.830 6之間，可知灰色關(guān)聯(lián)度主要集中在中等和較強(qiáng)之間，耦合作用也在中等和較強(qiáng)之間，山西省經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)與水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)之間有中等或較強(qiáng)的耦合作用。

山西省水環(huán)境質(zhì)量污染物的指標(biāo)與人均GDP的關(guān)聯(lián)度排序由強(qiáng)到弱：rx4＞rx6＞rx2＞rx3＞rx5＞rx1，rx7=0.613 3，rx8=0.677 2；與第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重的關(guān)聯(lián)度排序由強(qiáng)到弱：rx6＞rx2＞rx4＞rx1＞rx5＞rx3，rx7=0.8086，rx8=0.779 2；與第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重的關(guān)聯(lián)度排序由強(qiáng)到弱：rx2＞rx4＞rx6＞rx1＞rx5＞rx8，rx7=0.819 7，rx8=0.719 3。

3 結(jié)論

（1）2013—2022年山西省工業(yè)用水量和工業(yè)廢水排放量呈下降趨勢，工業(yè)用水量下降22.1%，工業(yè)廢水排放下降58.5%。同時(shí)，生活用水量逐年增加，增長率為22.8%。生活污水排放量同比增長33.9%。工業(yè)廢水中化學(xué)需氧量和工業(yè)廢水中氨氮的排放量呈下降趨勢，生活污水中COD的排放量呈上升趨勢。

（2）山西省生活污水中的化學(xué)需氧量排放量和人均國內(nèi)生產(chǎn)總值的關(guān)聯(lián)度最大，關(guān)聯(lián)度為0.830 6，兩者間有較強(qiáng)耦合作用，其次是生活污水中的氨氮排放量，關(guān)聯(lián)度為0.669 1，工業(yè)廢水排放量的關(guān)聯(lián)度最小，關(guān)聯(lián)度為0.530 4，兩者的耦合作用中等。

（3）山西省的第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重表現(xiàn)為下降后上升，上升幅度不大；第三產(chǎn)業(yè)占GDP份額必須為上升后下降，下降幅度較小，第二、第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重在2021—2022年表現(xiàn)相近。第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重與工業(yè)用水量關(guān)聯(lián)度大，關(guān)聯(lián)度為0.808 6，兩者耦合作用較強(qiáng)。第三產(chǎn)業(yè)與生活污水量關(guān)聯(lián)度大，關(guān)聯(lián)度為0.801 4，兩者的耦合作用較強(qiáng)。

4 討論

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，水環(huán)境污染物的種類也發(fā)生了變

化[10]。2013—2022年人均GDP整體表現(xiàn)增長趨勢，生活用水量和廢水量也逐年增加，主要原因是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和城鎮(zhèn)化發(fā)展[11-14]。2013年是“十二五”規(guī)劃的第三年，是承前啟后的關(guān)鍵一年。山西省的煤炭工業(yè)發(fā)生巨大變化，形成了多元化發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[15-16]。

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，城市人口穩(wěn)步增長，生活用水量增加，從而導(dǎo)致廢水排放量增加。廢水的增加導(dǎo)致污染物濃度升高，家庭用水的化學(xué)需氧量和氨氮排放量增加；工業(yè)用水量與人均GDP的關(guān)聯(lián)度為0.613 3，兩者之間存在中等的耦合作用，工業(yè)廢水排放量、工業(yè)化學(xué)需氧量排放量、工業(yè)氨氮排放量與人均國內(nèi)生產(chǎn)總值的耦合作用也是中等，人均國內(nèi)生產(chǎn)總值增加，工業(yè)廢水排放量也在減少。改革開放以來，大力發(fā)展外向型經(jīng)濟(jì)，在經(jīng)濟(jì)取得增長的同時(shí)，會逐漸導(dǎo)致一些生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞，進(jìn)而引起水環(huán)境質(zhì)量下降[13]。

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