丁 萌, 羅 璇, 郭 熙, 鐘 亮

(1.江西農(nóng)業(yè)大學 國土資源與環(huán)境學院, 江西 南昌 330045; 2.江西省自然資源廳國土資源勘測規(guī)劃院, 江西 南昌 330045)

在全球氣候變化與人類生產(chǎn)活動日益加劇的形勢下，水資源利用問題日益嚴峻。目前，對水資源的定義是指地球上可利用或者可能被利用的且能滿足某一地區(qū)某一時間具體需求的水源。廣義上的水資源是指地球上水的總和[1-2]，狹義的水資源是指與自然界相關的生態(tài)系統(tǒng)和人類生存發(fā)展密切相關的、可利用又能逐年恢復和更新的淡水資源[3-4]。而水資源利用是指通過開發(fā)各類水資源為居民提供符合質(zhì)量要求的地表水與地下可用水源以及各個居民使用水的過程[5]。

近年來，由于經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人口的快速增長加劇了水資源短缺、水污染和水資源供需不平衡等問題，區(qū)域水資源利用已經(jīng)引起政府和專家的關注[6]。因此，分析水資源利用的影響因素可以調(diào)節(jié)人類與經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)之間的關系，對實現(xiàn)水資源利用—經(jīng)濟—社會—生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[7-8]。隨著對水資源利用的深入研究，國內(nèi)外學者已經(jīng)在水資源利用方面進行了大量的探索。從水資源利用影響因素方面：左其亭等[9]建立3個準則層的評價指標體系并采用層次分析法和熵權法對九省區(qū)的水資源進行綜合評價。朱達等[10]從農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活和社會4個角度測算了省會城市的水資源利用效率。此外，現(xiàn)有對水資源利用影響因素的研究主要是產(chǎn)業(yè)結(jié)構、技術發(fā)展水平、農(nóng)田水利設施等[11-12]，但經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境也會對水資源利用產(chǎn)生影響[13]。從研究尺度方面，張國興和徐龍[14]、賀玉曉等[15]從全國的尺度分析水資源利用效率和時空分布規(guī)律。刁藝璇等[16]、趙鶯燕和于法穩(wěn)等[17]從流域的角度分析水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展之間的協(xié)調(diào)關系，并提出了相應的政策性意見。余灝哲等[18]、熊鷹等[19]、高新才和殷頌葵[20]從城市群角度分析區(qū)域間的關聯(lián)程度進而分析水資源與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)狀況，為合理調(diào)控配置水資源提供參考依據(jù)。在研究方法方面，目前分析水資源利用效率的方法大多是數(shù)據(jù)包絡分析(data envelopment analysis， DEA)法[21-22]和隨機前沿分析(stochastic frontier approach， SFA)法[23-24]，由于DEA法和SFA法通過投入和產(chǎn)出之間的加權之比進而分析決策單元的利用效率，無需考慮投入變量和產(chǎn)出變量之間在量綱和數(shù)量級上的差異，故難以揭示各潛在變量之間的相互關系和影響程度。合理的指標體系應當兼顧定性與定量兩個方面，而結(jié)構方程模型(structural equation modeling， SEM)能夠考慮誤差因素的影響，彌補了因子分析的缺點，可以精確估計觀測變量和潛在變量之間的關系[25]。近年來江西省水資源供需矛盾等問題日益突出，江西省也面臨著水資源利用效率較低等問題，因此，本文以江西省為例，運用結(jié)構方程模型，從經(jīng)濟、社會和生態(tài)3個方面對2019年江西省水資源利用情況進行綜合分析，為提高水資源的利用效率提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

江西省位于我國東南部、長江中下游南岸，地處中亞熱帶濕潤季風區(qū)，屬豐水區(qū)。全省共設有11個設區(qū)市100個縣(市、區(qū))，國土面積1.67×105km2，境內(nèi)水系發(fā)達，河流眾多，擁有我國第一大淡水湖鄱陽湖。境內(nèi)水系主要為長江和珠江兩大水系，分別占97.7%和2.1%，此外尚有243 km2面積屬錢塘江及韓江流域諸水系，境內(nèi)長江水系中，鄱陽湖水系占主要部分，在江西境內(nèi)的面積達1.57×105km2，占江西省流域面積的96.6%。2019年江西省水資源公報統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：全省年平均降水量1 556 mm，總用水量2.53×1010m3。水資源總量豐富但在水資源利用中仍存在不足，如水資源開發(fā)利用程度較低，水資源浪費現(xiàn)象普遍存在，水資源空間分布差異較大，降水量較豐沛、過境水量較豐富，但調(diào)蓄水量能力較低等問題[26]。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

通過文獻的梳理和對比，綜合考慮江西省水資源利用的實際問題，結(jié)合數(shù)據(jù)的可獲取性與指標選取的全面性與科學性等原則，同時借鑒前人的研究成果[27-31]，從水資源利用、社會發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境4個方面選取了15個觀測變量(表1)。綜合考慮2019年江西省水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境之間的聯(lián)系。同時為消除各潛在變量指標之間量綱的差異，對原始數(shù)據(jù)統(tǒng)一進行以10為底的log函數(shù)轉(zhuǎn)換處理。

表1 水資源利用影響因子及其來源

2 研究方法

2.1 結(jié)構方程模型

在結(jié)構方程模型中，不能直接觀察的變量為潛在變量，可以直接觀察的變量為顯變量[32]。該模型由結(jié)構模型和測量模型兩部分構成，第一部分是結(jié)構模型，主要用路徑關系圖來描述潛在變量之間的關系〔公式(1)〕；第二部分是測量模型，主要描述測量指標與潛在變量之間的關系〔公式(2)—(3)〕。

η=Bη+Γξ+ζ

(1)

X=ΛXξ+δ

(2)

Y=ΛYη+ε

(3)

式中：η，ξ分別為內(nèi)生潛變量和外生潛變量;B，Γ為路徑系數(shù);ζ為殘差項;X,Y分別是外生潛變量和內(nèi)生潛η的觀測變量;ΛX，ΛY分別表示觀測變量對潛在變量ξ和η之間的關系;δ,ε分別為X和Y的誤差項。

數(shù)據(jù)處理與建模在SPSS 22.0和AMOS 22.0軟件中完成。

2.2 模型構建

結(jié)合研究區(qū)相關特征和已有的研究，本文總結(jié)了省域尺度下對水資源利用影響較大的3類因素： ①經(jīng)濟發(fā)展。水資源利用在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著十分重要的作用，水資源可以支撐區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，水資源利用的高低很大程度上取決與經(jīng)濟發(fā)展的快慢。因此，經(jīng)濟發(fā)展可能直接影響水資源的利用[33]。 ②社會發(fā)展。近年來江西省城市化水平不斷提高，全省通過改革促進社會發(fā)展，不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構。根據(jù)區(qū)域的實際情況，通過增加第三產(chǎn)業(yè)的份額來提高居民收入，針對發(fā)展相對落后的縣區(qū)更是因地制宜調(diào)整作物的種植面積和空間布局，合理控制區(qū)域的人口密度，加快城市化進程，因此，社會發(fā)展也可能直接影響水資源的利用[34]。 ③生態(tài)環(huán)境。江西省擁有我國第一大淡水湖鄱陽湖，在水資源治理和保護方面對鄱陽湖流域的生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展具有不可替代的作用，合理調(diào)節(jié)鄱陽湖的水資源，加強水利設施的建設，通過提高生態(tài)用水的調(diào)蓄能力和合理配置水資源的功能來提高水資源的利用，故生態(tài)環(huán)境也可能對水資源產(chǎn)生不容忽視的影響[35]。

根據(jù)上述分析并結(jié)合江西省區(qū)域特征，提出以下3項研究假設：假設1，社會發(fā)展綜合指標對水資源利用綜合指標有顯著的正向影響；假設2，經(jīng)濟發(fā)展綜合指標對水資源利用綜合指標有顯著的正向影響；假設3，生態(tài)環(huán)境綜合指標對水資源利用綜合指標有顯著的正向影響?；诖?，建立江西省水資源利用影響因素相互關系的概念模型，該模型包含4個潛在變量以及15個觀測變量。綜合運用Cronbach’s和Bartlett’s球形檢驗、卡方自由度比(Cmin/DF)、擬合優(yōu)度指數(shù)(GFI)、近似誤差的均方根(RMSEA)、規(guī)范擬合指數(shù)(NFI)、遞增擬合指數(shù)(IFI)、Tucker-Lewis指數(shù)(TLI)、比較擬合指數(shù)(CFI)、精簡正規(guī)擬合指數(shù)(PNFI)、精簡擬合優(yōu)度指數(shù)(PGFI)等指標對所構建的模型進行信度檢驗[32]。

3 結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)處理與信度分析

應用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)的有效性進行信度分析，通過Cronbach’s系數(shù)檢驗4個潛在變量的信度，結(jié)果詳見表2。水資源利用、經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境潛在變量的Cronbach’s分別為0.786，0.678，0.799和0.615，絕對值均大于0.6，說明該數(shù)據(jù)有較好的信度；Bartlett’s球形檢驗值在1%的水平上顯著，表明各觀測變量具有良好的效度[32]。

表2 各變量的信度和效度檢驗

3.2 模型運算

根據(jù)江西省100個縣(市、區(qū))統(tǒng)計后的數(shù)據(jù)，運用AMOS22.0軟件對構建的水資源利用影響因素初始模型進行擬合，得到初始模型見圖1。從顯著性與相關性來看，經(jīng)濟發(fā)展綜合指標路徑系數(shù)較不合理，不利于模型的優(yōu)化，因此需要對模型進行修正。從表3中初始模型的擬合結(jié)果來看，模型各參數(shù)未達到評判標準[36]，擬合效果一般，因此需要對初始模型進行修正。模型校正包括對參數(shù)合理性和適配性的修正，而模型擬合的參數(shù)越好并不代表模型的結(jié)果就越好，需要將理論與實際相結(jié)合進行修正，這樣模型不僅有統(tǒng)計學的理論意義，也具有現(xiàn)實意義。通過多次的修正與擬合，最終得到修正模型(圖2)和擬合指標表(表3)，修正后的模型各項擬合指數(shù)均在標準范圍之內(nèi)，模型擬合度較好，潛在變量的效度和信度也符合要求，整個模型可以較好地解釋各變量之間的相互關系。

注：e1—e15為15個觀測變量編號。下同。

表3 結(jié)構方程模型的適配度擬合指標

3.3 模型結(jié)果與分析

從修正模型圖2和擬合指標表4來看，在構建模型時3個假設均成立。在有顯著相關性的前提下，結(jié)構方程模型路徑系數(shù)的絕對值越大，表示變量間的影響程度越大[32]。結(jié)果顯示，經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境對水資源利用都有顯著的正向影響。其標準化路徑系數(shù)分別為0.847，0.500和0.177，表明江西省水資源利用主要受經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展的影響，隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，政府管理水平逐漸越高，在資金充足的情況下更有條件減少資源的浪費[6]。此外，生態(tài)環(huán)境對水資源利用的路徑系數(shù)較低，說明生態(tài)環(huán)境對水資源利用的影響較小，這主要是因為近年來江西省生態(tài)環(huán)境趨好。

表4 江西省水資源利用影響因素修正模型擬合結(jié)果

圖2 江西省水資源利用影響因素標準化修正模型

水資源利用的5個觀測變量都會對水資源利用產(chǎn)生不同程度的影響。影響程度由高到低依次為：水資源開發(fā)利用率(0.891)>人均水資源量(0.803)>水資源總量(0.713)>單位面積水資源量(0.663)>產(chǎn)水系數(shù)(0.489)。江西省屬豐水區(qū)，水資源總量豐富，全省用水總量和控制指標完成情況較好，且近年來全省大力投入節(jié)水改造工程，通過加強農(nóng)業(yè)節(jié)水、工業(yè)節(jié)水和城鎮(zhèn)居民生活節(jié)水來逐步提高水資源開發(fā)利用率，這些都為提高全省水資源利用效率打下良好的基礎。

經(jīng)濟發(fā)展對水資源利用均有極顯著(p<0.01)的正向影響，其標準化路徑系數(shù)為0.847。影響程度由高到低依次為：農(nóng)林漁牧總產(chǎn)值(0.930)>工業(yè)生產(chǎn)總值(0.879)>國民生產(chǎn)總值(0.792)>人均GDP(0.577)。近年來江西省通過不斷改革經(jīng)濟發(fā)展模式，優(yōu)化三產(chǎn)結(jié)構，根據(jù)各地區(qū)的實際情況來逐步提高第三產(chǎn)業(yè)的占比。江西省作為農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)林漁牧總產(chǎn)值占比較高，農(nóng)業(yè)用水量也相對較高，水資源浪費現(xiàn)象較嚴重，全省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.509，遠低于發(fā)達國家0.8的平均水平，且現(xiàn)階段較少運用先進的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術和灌溉耕作技術，農(nóng)民節(jié)水意識不強，這也是影響水資源利用的原因。此外，隨著江西省工業(yè)化進程的推進，工業(yè)用水量逐年增加，提高工業(yè)用水利用效率不僅可以提高工業(yè)總產(chǎn)值，也為保證未來江西省水資源利用提供保障[37]。

社會發(fā)展對水資源利用有顯著(p<0.05)的正向影響，其標準化路徑系數(shù)為0.500。影響程度由高到低依次為：人均耕地面積(0.992)>人口密度(0.905)>城市化水平(0.765)。江西省水資源總量雖然豐富，但耕地灌排設施布局凌亂，土質(zhì)渠道較多，基礎設施的落后影響了耕地的灌溉與排水，進而影響耕地的利用，這也是人均耕地面積影響最大的直接原因。此外，在加快城市化進程中，也要合理控制人口密度，這樣既可以提高水資源的利用，也可以營造良好的生態(tài)環(huán)境[38-39]。

生態(tài)環(huán)境對水資源利用有顯著(p<0.05)的正向影響，其標準化路徑系數(shù)為0.177，生態(tài)環(huán)境對水資源利用的影響最小。影響程度由高到低依次為：生態(tài)環(huán)境用水率(0.929)>氨氮環(huán)境容量(0.681)>COD環(huán)境容量(0.603)。近年來江西省生態(tài)環(huán)境發(fā)展較好，在逐步加大污水處理設施的同時嚴格控制污水排放標準，開發(fā)利用新技術，這也是生態(tài)環(huán)境路徑系數(shù)較低的原因。

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié) 論

(1) 經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境對水資源利用都有顯著的直接影響，影響程度從大到小依次是經(jīng)濟發(fā)展(0.847)>社會發(fā)展(0.500)>生態(tài)環(huán)境(0.177)。

(2) 經(jīng)濟發(fā)展對水資源利用的影響程度由大到小依次為：農(nóng)林漁牧總產(chǎn)值(0.930)>工業(yè)生產(chǎn)總值(0.879)>國民生產(chǎn)總值(0.792)>人均GDP(0.577)。

(3) 社會發(fā)展的影響程度由大到小依次為：人均耕地面積(0.992)>人口密度(0.905)>城市化水平(0.765)。

(4) 生態(tài)環(huán)境的影響程度由大到小依次為：生態(tài)環(huán)境用水率(0.929)>氨氮環(huán)境容量(0.681)>COD環(huán)境容量(0.603)。

由于水資源利用的影響因素具有復雜性，不同尺度范圍內(nèi)其影響因素都會發(fā)生改變，本文選取江西省100個縣(市、區(qū))，研究結(jié)果可以為南方豐水區(qū)水資源利用影響因素分析提供一定的參考依據(jù)。

4.2 討 論

(1) 建立良好的節(jié)水機制，減少對水資源的無效投入。一方面增加水產(chǎn)養(yǎng)殖與水利方面的投入和利用，另一方面應當保護好當?shù)氐乃Y源，逐步加強對水資源的開發(fā)與管理[40]。積極響應國家建立節(jié)水型社會的號召，建立節(jié)水型社會是提高江西省用水效率、解決水資源供需矛盾等問題的最好途徑；當區(qū)域水資源相對豐富時，人民的節(jié)水意愿與采取節(jié)水措施可能性會相對較低，這樣不僅會降低水資源的利用效率，也會加劇水資源浪費[41]，應當學習國內(nèi)外先進的水資源管理知識與經(jīng)驗以此提高水資源利用效率。

(2) 綜合考慮不同地區(qū)水資源利用的實際情況。經(jīng)濟相對發(fā)達的地區(qū)應當加強對生產(chǎn)設備、供水水利設施等基礎設施的投資；經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)由于在供水與節(jié)水方面投入力度相對有限，水資源利用方式較發(fā)達地區(qū)會更加粗放，整體的水資源利用效率會較低[16]，應當加大對節(jié)水設備的投入，提高居民的節(jié)水意識逐步提高水資源的利用。

(3) 提高政府宣傳節(jié)水措施的力度，普及人民的節(jié)水意識，讓居民意識到水資源保護的重要性。此外還可以在符合江西省發(fā)展的前提下，合理規(guī)劃江西省水資源利用的內(nèi)容與方向，結(jié)合實際情況從經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境3個方面綜合提高水資源利用效率。

要說明的是，本文的研究結(jié)果基于某一時間點的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，但各影響因素的相互作用是一個動態(tài)變化的過程，隨著數(shù)據(jù)的變化結(jié)構方程模型也會隨之變化。在數(shù)據(jù)量充足的情況下，應當收集不同時期的數(shù)據(jù)，建立不同時期的結(jié)構方程模型進行對比分析，可以使結(jié)果更具有科學性。