焦士興 陳林芳 王安周

摘 要：基于水資源壓力指數(shù)，結(jié)合擴(kuò)展的Kaya恒等式、LMDI分解模型，劃分了中原城市群的類型，分析了水資源生態(tài)足跡的驅(qū)動效應(yīng)。結(jié)果表明：①依據(jù)水資源壓力指數(shù)平均值，濮陽等3個(gè)城市屬于不可持續(xù)發(fā)展區(qū)，聊城等6個(gè)城市屬于可持續(xù)發(fā)展較差區(qū)，菏澤等3個(gè)城市屬于可持續(xù)發(fā)展一般區(qū)，商丘等11個(gè)城市屬于可持續(xù)發(fā)展良好區(qū)，亳州等6個(gè)城市屬于可持續(xù)發(fā)展優(yōu)異區(qū);②在中原城市群的水資源生態(tài)足跡驅(qū)動效應(yīng)中，經(jīng)濟(jì)活度效應(yīng)、資本深化效應(yīng)呈正向驅(qū)動，是水資源問題的誘發(fā)因素，而資本效率效應(yīng)、足跡強(qiáng)度效應(yīng)呈負(fù)向驅(qū)動，能夠有效緩解水資源問題;③經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大的城市，較多的勞動力、資本投入的劇增都能造成水資源問題，資本利用效率較高、用水效率較高的城市，有效緩解水資源問題的能力相對較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：水資源壓力指數(shù);擴(kuò)展的Kaya恒等式;LMDI分解模型;驅(qū)動效應(yīng);中原城市群

中圖分類號：TV213.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.05.012

Abstract： Based on the water pressure index， combined with expanded Kaya identity and LMDI decomposition model， the types of Central Plain city groups were divided and the driving effect of the ecological footprint of water resources was analyzed. The results show that： a） According to the average of the water resources pressure index， three cities such as Puyang City belong to the unsustainable development area， 6 cities such as Liaocheng City belong to the poor sustainable development area， and 3 cities such as Heze City belong to the general sustainable development area. Shangqiu City and other 11 cities belong to the good area of sustainable development， 6 cities such as Bozhou City belong to the excellent area of sustainable development. b） In the effect of the ecological footprint of water resources in the Central Plain urban agglomeration， the economic activity effect and capital deepening effect are positive driving factors of water resources problem， while the capital efficiency effect and footprint intensity effect are negative driving factors， which can effectively alleviate the water resources problem. c） Cities with higher level of economic development and large-scale economy， more labor force and capital investment can cause water resources problems， and cities with higher capital utilization efficiency and higher water efficiency have relatively strong ability to effectively alleviate water resources problems.

Key words： water pressure index; expanded Kaya identity; LMDI decomposition model; driving effect; Central Plain urban agglomeration

水是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，其經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義重大。近年來，隨著人口的增長和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源壓力日益增大，水資源可持續(xù)利用已成為社會各界關(guān)注的焦點(diǎn)。1992年，加拿大經(jīng)濟(jì)學(xué)家Rees[1]首次提出了生態(tài)足跡概念，在加拿大學(xué)者Wackernagel[2]將其完善的基礎(chǔ)上，2002年荷蘭學(xué)者Hoekstra[3]提出了水足跡理論，此后國外圍繞水足跡開展了諸多研究。2000年，徐中民等[4]把生態(tài)足跡理論引入中國，經(jīng)國內(nèi)學(xué)者研究，派生出水資源生態(tài)足跡概念，用來反映區(qū)域人類社會經(jīng)濟(jì)活動造成的水資源壓力[5]。

近年來，圍繞水資源生態(tài)足跡進(jìn)行的研究逐步增多，主要包括水資源生態(tài)足跡模型[6-7]、區(qū)域水資源生態(tài)足跡[8-9]、流域水資源生態(tài)足跡[10-11]等方面。當(dāng)前，對水資源生態(tài)足跡的研究雖多，但大都局限于單個(gè)區(qū)域，對區(qū)域集群的研究則相對較少。中原城市群地處中原腹地，涵蓋5省30市，人口密集，其協(xié)調(diào)發(fā)展受水資源短缺嚴(yán)重制約[12]。因此，通過測算并比較中原城市群各市水資源的消費(fèi)量與承載力，進(jìn)一步明確城市水資源壓力狀況以及驅(qū)動要素，對促進(jìn)區(qū)域資源利用和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)中部崛起具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?；诖耍P者研究了中原城市群水資源生態(tài)足跡的時(shí)空差異及其驅(qū)動效應(yīng)，以期為水資源可持續(xù)利用提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所用到的數(shù)據(jù)包括區(qū)域總用水量、固定資產(chǎn)投資、固定資本形成總額、GDP指數(shù)、從業(yè)人員和生產(chǎn)總值。中原城市群各市總用水量來自各省水資源公報(bào)（2005—2016年）;各市固定資產(chǎn)投資、固定資本形成總額、GDP指數(shù)、從業(yè)人員、生產(chǎn)總值來源于各省市統(tǒng)計(jì)年鑒（2006—2017年）;部分地市固定資產(chǎn)投資源自《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》（2006—2017年）;部分總用水量數(shù)據(jù)來自各市水利廳和統(tǒng)計(jì)局;河北省邢臺市缺失相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，未進(jìn)行計(jì)算分析。

1.2 研究方法

1.2.1 水資源壓力指數(shù)

水資源生態(tài)足跡是指在一定的經(jīng)濟(jì)及物質(zhì)生活條件下，生產(chǎn)出一定人群消費(fèi)的產(chǎn)品和服務(wù)所需的水資源量，反映了一定區(qū)域內(nèi)人類在生產(chǎn)、生活中對水資源的消費(fèi)情況[13]。

1.2.2 拓展的Kaya恒等式

式中：Pm為統(tǒng)計(jì)年從業(yè)人數(shù);CS為資本存量;G為生產(chǎn)總值;f為經(jīng)濟(jì)活度成分，用來衡量經(jīng)濟(jì)活動人口對水生態(tài)足跡的驅(qū)動，f=Pm;d為資本深化成分，用來衡量資本投入對水生態(tài)足跡的驅(qū)動，d=CS/Pm;o為資本效率成分，用來衡量資本利用效率對水生態(tài)足跡的驅(qū)動[16]，o=G/CS;w為足跡強(qiáng)度成分，用來衡量水生態(tài)足跡對社會產(chǎn)出的驅(qū)動[17]，w=EFw/G。

資本存量估算多采用簡化的永續(xù)盤存法。假設(shè)資本效率采取幾何遞減模式，則t+1年資本存量為t年資本存量乘以（1-δit）+（t+1）年的固定資產(chǎn)總投資[18]，其中：δit為i市第t年的資本存量折舊率，t年資本存量為t+1年的固定資本形成總額除以（t年的GDP增長率加上t年的資本存量折舊率）（2005—2009年折舊率為9.6%[18]，2010—2016年折舊率為10.96%[16]）。

1.2.3 LMDI分解法

LMDI分解法由拉氏分解法演化而來[19]，分為加和分解與乘積分解[20]，能對環(huán)境污染的驅(qū)動成分進(jìn)行徹底、無殘差剖析。依據(jù)LMDI基本理論，從起始年份至t年水生態(tài)足跡變化差值為總效應(yīng)，比照式（4），將水生態(tài)足跡驅(qū)動效應(yīng)加和分解[16]為

2 結(jié)果與分析

2.1 水資源生態(tài)足跡的時(shí)空差異分析

根據(jù)中原城市群2005—2016年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用式（1）～式（3）計(jì)算各市水資源生態(tài)足跡、水資源承載力、水資源壓力指數(shù)。依據(jù)2005—2016年各市水資源壓力指數(shù)平均值，進(jìn)行城市類型劃分，同時(shí)結(jié)合年度差異進(jìn)行分析。

不可持續(xù)發(fā)展區(qū)：包括濮陽、鄭州和邯鄲3個(gè)城市（見圖1），水資源壓力指數(shù)偏大且均值大于1，表明社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對當(dāng)?shù)厮Y源壓力較大且日趨嚴(yán)峻。濮陽水壓力指數(shù)最大且呈現(xiàn)明顯的波動趨勢，表明濮陽水資源問題最為嚴(yán)重且具有不可預(yù)測性。鄭州水壓力指數(shù)波動相對較小，且近年來呈下降趨勢，表明水資源壓力盡管較大但有所轉(zhuǎn)好;邯鄲的水壓力指數(shù)近年來居高不下，表明邯鄲水資源問題較為嚴(yán)重且有加重趨勢。

可持續(xù)發(fā)展較差區(qū)：包括聊城、焦作、鶴壁、開封、安陽和新鄉(xiāng)6個(gè)城市（見圖2），水資源壓力指數(shù)平均值介于0.75和1之間，表明當(dāng)?shù)貙λY源的需求不斷增長，水資源已經(jīng)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。聊城的水資源壓力指數(shù)均值最大且波動最大，表明聊城市的水資源問題最為突出，其次是焦作、鶴壁和開封，再次是安陽和新鄉(xiāng)。總的看來，不同城市水資源壓力指數(shù)有所不同，且均呈波動狀態(tài)和缺乏規(guī)律性，說明必須加大水資源管理力度和合理用水，才能確保水資源支撐區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

可持續(xù)發(fā)展一般區(qū)：包括菏澤、運(yùn)城和許昌3個(gè)城市（見圖3），水資源壓力指數(shù)平均值介于0.50和0.75之間，表明區(qū)域?qū)λY源的需求不斷增長，水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的平衡處于臨界狀態(tài)。運(yùn)城的水資源壓力指數(shù)最大（2012年高達(dá)1.1），其次是菏澤，再次是許昌。從波動演變趨勢看，各市2005—2010年變化幅度小、2011—2016年變化幅度大。盡管各市水資源供需總體平衡，但具有不穩(wěn)定性，需要加大管理力度且確保合理用水。

可持續(xù)發(fā)展良好區(qū)：包括商丘、漯河、周口、平頂山、濟(jì)源、洛陽、蚌埠、淮北、阜陽、南陽和長治11個(gè)城市（見圖4），水資源壓力指數(shù)平均值介于0.25和0.50之間，表明水資源的需求小于供應(yīng)，水資源能夠承載區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。各市不同年份之間水資源壓力指數(shù)波動性較大，如平頂山2013年最高為0.70、2010年最低為0.15，說明各市要重視水資源問題，確保水資源持續(xù)良性發(fā)展。

可持續(xù)發(fā)展優(yōu)異區(qū)：包括信陽、三門峽、駐馬店、晉城、宿州、亳州6個(gè)城市（見圖5），水資源壓力指數(shù)平均值介于0和0.25之間，水資源壓力指數(shù)最小，表明水資源的供應(yīng)能夠完全滿足需求，區(qū)域水資源相對安全。各市水資源壓力指數(shù)呈現(xiàn)波動狀態(tài)，規(guī)律性不明顯，只要保持目前的用水水平，水資源能夠持續(xù)滿足區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

2.2 水資源生態(tài)足跡驅(qū)動效應(yīng)剖析

結(jié)合擴(kuò)展的Kaya恒等式與LMDI分解法，測算中原城市群2005—2016年經(jīng)濟(jì)活度效應(yīng)、資本深化效應(yīng)、資本效率效應(yīng)和足跡強(qiáng)度效應(yīng)平均值，結(jié)果見表1。

運(yùn)用SPSS17.0，采用系統(tǒng)聚類中的Ward方法，結(jié)合驅(qū)動效應(yīng)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，將各市分為強(qiáng)、中、弱3個(gè)等級（見表2）。

中原城市群水資源生態(tài)足跡驅(qū)動效應(yīng)總體狀況為經(jīng)濟(jì)活度效應(yīng)、資本深化效應(yīng)呈正向驅(qū)動，資本效率效應(yīng)、足跡強(qiáng)度效應(yīng)呈負(fù)向驅(qū)動，各驅(qū)動效應(yīng)對區(qū)域水資源的作用方向存在差異。表1表明：各市經(jīng)濟(jì)活度效應(yīng)和資本深化效應(yīng)均呈正向驅(qū)動，促進(jìn)了水資源生態(tài)足跡的增長，是水資源問題的誘發(fā)因素;經(jīng)濟(jì)活度效應(yīng)的驅(qū)動力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于資本深化效應(yīng)，表明經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)張對水資源造成的壓力明顯大于就業(yè)人口增多帶來的壓力;資本效率效應(yīng)呈負(fù)向驅(qū)動，對水資源生態(tài)足跡的增長起抑制作用，說明資本利用效率的提高能有效緩解水資源危機(jī);足跡強(qiáng)度效應(yīng)呈負(fù)向驅(qū)動，反映了社會進(jìn)步、科技發(fā)展促進(jìn)了用水效率的提高，改善了區(qū)域的水資源問題。

（1）經(jīng)濟(jì)活度效應(yīng)。鄭州等經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的城市，勞動力數(shù)量多且增速較快，造成的水資源問題相對突出，其次是洛陽等，再次是漯河等。由表1、表2可知：強(qiáng)驅(qū)動區(qū)域有鄭州、邯鄲2個(gè)城市，中驅(qū)動區(qū)域有洛陽、南陽、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、商丘、信陽、阜陽、蚌埠、菏澤、聊城11個(gè)城市，弱驅(qū)動區(qū)域有漯河、開封、許昌、三門峽、平頂山、周口、駐馬店、鶴壁、安陽、濟(jì)源、亳州、宿州、淮北、長治、晉城、運(yùn)城16個(gè)城市。經(jīng)濟(jì)活度效應(yīng)反映了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與勞動力數(shù)量及其變化有密切關(guān)系，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡導(dǎo)致了勞動力的地區(qū)分配不均，勞動力的數(shù)量與用水量等有密切關(guān)系，從而造成了不同的水資源問題。

（2）資本深化效應(yīng)。鄭州等經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大的城市，資本投入劇增造成的水資源問題相對突出，其次是平頂山等，再次是漯河等。聚類表明：強(qiáng)驅(qū)動區(qū)域有鄭州、開封、洛陽、南陽、周口、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、安陽、商丘、信陽、邯鄲、蚌埠、菏澤、聊城、運(yùn)城16個(gè)城市，中驅(qū)動區(qū)域有平頂山、駐馬店、亳州、宿州、阜陽5個(gè)城市，弱驅(qū)動區(qū)域有漯河、許昌、三門峽、鶴壁、濟(jì)源、淮北、長治、晉城8個(gè)城市。資本投入是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的源動力，經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)張加劇了區(qū)域水資源問題，且資本投入對水資源的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于勞動力增多對水資源的需求量。

（3）資本效率效應(yīng)。鄭州等資本利用效率較高的城市，有效緩解水資源短缺的能力相對較強(qiáng)，其次是漯河等，再次是南陽等。聚類表明：強(qiáng)驅(qū)動區(qū)域有鄭州、開封、洛陽、周口、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、安陽、商丘、信陽、蚌埠、菏澤、運(yùn)城、阜陽14個(gè)城市，中驅(qū)動區(qū)域有漯河、許昌、三門峽、鶴壁、濟(jì)源、淮北、長治、晉城、平頂山、駐馬店、亳州、宿州12個(gè)城市，弱驅(qū)動區(qū)域有南陽、邯鄲、聊城3個(gè)城市。資本利用效率是資源配置、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等多因素共同作用的結(jié)果，資本利用效率的提高能夠增大水資源的重復(fù)利用率、減少用水總量，從而有助于解決區(qū)域存在的水資源短缺等問題。

（4）足跡強(qiáng)度效應(yīng)。鄭州等用水效率較高的城市，不斷降低的用水強(qiáng)度有效緩解了水資源短缺問題，其次是運(yùn)城等，再次是洛陽等。聚類表明：強(qiáng)驅(qū)動區(qū)域有鄭州、開封、新鄉(xiāng)、濮陽、安陽、菏澤、南陽、聊城8個(gè)城市，中驅(qū)動區(qū)域有運(yùn)城、漯河、許昌、三門峽、鶴壁、濟(jì)源、淮北、長治、晉城、平頂山、亳州、宿州12個(gè)城市，弱驅(qū)動區(qū)域有洛陽、周口、焦作、商丘、信陽、蚌埠、阜陽、邯鄲、駐馬店9個(gè)城市。足跡強(qiáng)度效應(yīng)反映區(qū)域的用水效率，足跡強(qiáng)度效應(yīng)有減量效應(yīng)特點(diǎn)，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動用水強(qiáng)度逐步降低和用水效率提高，可改善區(qū)域水資源問題。

3 結(jié) 語

（1）依據(jù)水資源壓力指數(shù)平均值，把中原城市群分為不可持續(xù)發(fā)展區(qū)（濮陽等3個(gè)城市）、可持續(xù)發(fā)展較差區(qū)（聊城等6個(gè)城市）、可持續(xù)發(fā)展一般區(qū)（菏澤等3個(gè)城市）、可持續(xù)發(fā)展良好區(qū)（商丘等11個(gè)城市）和可持續(xù)發(fā)展優(yōu)異區(qū)（亳州等6個(gè)城市）。

（2）在水資源生態(tài)足跡驅(qū)動效應(yīng)中，經(jīng)濟(jì)活度效應(yīng)、資本深化效應(yīng)呈正向驅(qū)動，可促進(jìn)水資源生態(tài)足跡的增長，是水資源問題的誘發(fā)因素;而資本效率效應(yīng)、足跡強(qiáng)度效應(yīng)呈負(fù)向驅(qū)動，可抑制水資源生態(tài)足跡的增長，能夠有效改善區(qū)域的水資源問題。

（3）從經(jīng)濟(jì)活度效應(yīng)來看，鄭州等經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的城市，勞動力增多造成的水資源問題相對突出，其次是洛陽等，再次是漯河等。從資本深化效應(yīng)來看，鄭州等經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大的城市，資本投入劇增造成的水資源問題相對突出，其次是平頂山等，再次是漯河等。從資本效率效應(yīng)來看，鄭州等資本利用效率較高的城市，有效緩解水資源短缺的能力相對較強(qiáng)，其次是漯河等，再次是南陽等。從足跡強(qiáng)度效應(yīng)來看，鄭州等用水效率較高的城市，不斷降低的用水強(qiáng)度有效緩解了水資源短缺問題，其次是運(yùn)城等，再次是洛陽等。

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【責(zé)任編輯 張華興】