鄭炎輝， 何艷虎， 王金杰， 曾志平， 張趙毅

(1.南方科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 深圳518055; 2.廣東工業(yè)大學(xué) 環(huán)境生態(tài)工程研究院， 廣東 廣州 510006; 3.廣州豐澤源水利科技有限公司， 廣東 廣州 510663; 4.廣東省水文局清遠(yuǎn)水文分局， 廣東 清遠(yuǎn) 511500)

1 研究背景

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，水資源壓力日趨增大，需要通過提高水資源利用效率實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用的脫鉤。因此，根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展情況、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、水資源利用效率等因地制宜地制定相應(yīng)的節(jié)水目標(biāo)，對于水資源可持續(xù)利用目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

脫鉤一詞源于物理學(xué)領(lǐng)域，指具有響應(yīng)關(guān)系的兩個或多個物理量之間的相互關(guān)系不存在，后被世界銀行引入到資源環(huán)境領(lǐng)域，用于闡述經(jīng)濟(jì)增長與資源及能源消耗之間的依賴關(guān)系[1-3]。一般情況下，資源及能源消耗總是與經(jīng)濟(jì)同步增長，即二者掛鉤，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與資源及能源利用的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，人們總是努力使二者脫鉤，即實(shí)現(xiàn)資源及能源消耗的慢增長甚至零增長支撐經(jīng)濟(jì)的快增長。脫鉤分析常用的方法主要有彈性系數(shù)法、脫鉤指數(shù)法、IPAT模型法、描述統(tǒng)計分析法、變化量綜合分析法、LMDI方法、計量分析法和差分回歸系數(shù)法等[2-4]。其中，彈性系數(shù)法簡單且對數(shù)據(jù)需求少，不但能判斷出脫鉤是否發(fā)生，還能直接表明脫鉤強(qiáng)弱，甚至能判斷出連接狀態(tài)，測量精度較高，因而得到較為廣泛的應(yīng)用[4]。由于該理論能夠有效評價經(jīng)濟(jì)增長的資源及能源利用效率，因此被應(yīng)用于評價城鎮(zhèn)化水平[5]、碳排放[6]、海洋環(huán)境[7]、耕地消耗[8]、城市擴(kuò)張[9]、生態(tài)承載力[10]、水資源利用[11]等與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)關(guān)系的研究之中。近年來，國內(nèi)學(xué)者基于脫鉤理論對水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長之間的脫鉤關(guān)系進(jìn)行了較多研究[12-18]，但多局限于對脫鉤狀態(tài)的一般客觀性描述，較少從區(qū)域空間的差異性及不同產(chǎn)業(yè)層面深入研究水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，對進(jìn)一步分析實(shí)現(xiàn)脫鉤的節(jié)水目標(biāo)研究更是鮮有報道。

鑒于此，本文以廣東省為例，基于脫鉤理論，全面分析了各地市不同產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用的脫鉤關(guān)系及其空間分布差異特征，進(jìn)而構(gòu)建了基于脫鉤理論的區(qū)域節(jié)水目標(biāo)計算模型，并計算預(yù)測各城市不同產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高效率用水的脫鉤節(jié)水目標(biāo)，與相關(guān)成果及規(guī)劃進(jìn)行對比分析討論，以期為區(qū)域水資源高效利用與節(jié)水型城市創(chuàng)建提供參考依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

廣東省地處中國大陸最南部，全境位于北緯20°13′～25°31′、東經(jīng)109°39′～117°19′，屬于東亞季風(fēng)區(qū)，年平均氣溫約為19～24 ℃；降水充沛，年平均降水量為1 300～2 500 mm，多年平均降水量為1 777 mm，降水年內(nèi)分配不均，4-9月的汛期降水量占全年的80%以上。2015-2017年廣東省用水總量呈減少趨勢，用水效率不斷提高，萬元GDP用水量從2015年的55.6 m3減少到2017年的45.9 m3，該期間廣東省各地市GDP及用水量詳見表1。

表1 2015-2017年廣東省各地市GDP及總用水量

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

研究中的廣東省各地市第一、二、三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值與用水量數(shù)據(jù)主要來源于2015-2017 年《廣東省統(tǒng)計年鑒》[19-21]、廣東省水資源公報以及各個地市的統(tǒng)計年鑒和水資源公報。

3.2 研究方法

3.2.1 Tapio脫鉤模型 Tapio脫鉤模型[12]是對OECD脫鉤模型的完善和發(fā)展，其以時期為時間尺度，有效地克服了OECD模型的基期選擇困境，計算簡便，分析更加客觀和準(zhǔn)確。因此運(yùn)用Tapio脫鉤模型探究廣東省水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長間的協(xié)調(diào)關(guān)系，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)增長與水資源消費(fèi)的脫鉤分析模型，模型表達(dá)式見公式(1)：

(1)

式中：R為脫鉤彈性系數(shù)； ΔWU為用水量變化率； ΔGDP為國民生產(chǎn)總值GDP的變化率；WUn和WUn-1分別為第n年和第n-1年的用水量，108m3；GDPn和GDPn-1分別為第n年和第n-1年的GDP值，108元。

參照 Tapio的彈性模型，在Vehmas 劃分的6種脫鉤類型的基礎(chǔ)上增添了“衰退性連接”與“擴(kuò)張性負(fù)脫鉤”兩種新的脫鉤類型[12-13]，與模型對應(yīng)的Tapio脫鉤狀態(tài)體系見表2。

表2 Tapio脫鉤狀態(tài)體系判別標(biāo)準(zhǔn)

表2中，“強(qiáng)脫鉤”為水資源利用的理想狀態(tài)，在這種狀態(tài)下隨著經(jīng)濟(jì)增長(ΔGDP>0)，水資源消耗減少(ΔWU<0)，脫鉤彈性系數(shù)值R≤0；“強(qiáng)負(fù)脫鉤”為水資源利用的最不利狀態(tài)，表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)負(fù)增長(ΔGDP<0)，同時水資源消耗量增加(ΔWU>0)，且脫鉤彈性系數(shù)值R<0。

3.2.2 基于脫鉤理論的節(jié)水目標(biāo)計算模型 基于脫鉤理論，構(gòu)建節(jié)水目標(biāo)計算模型，得到實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用脫鉤的節(jié)約用水目標(biāo)值。

假設(shè)第n年滿足脫鉤的用水量為WUnu，第n年的節(jié)水目標(biāo)值為WSn，則有：

(1)當(dāng)ΔGDP≥0時

實(shí)現(xiàn)強(qiáng)脫鉤應(yīng)滿足R≤0，即：

則有：

0≤WUnu≤WUn-1

(2)

式中：WUnu為第n年滿足脫鉤的用水量，108m3。

實(shí)現(xiàn)弱脫鉤應(yīng)滿足0

則有：

WUn-1≤WUnu≤WUn-1+0.8ΔGDP·WUn-1

(3)

(2)當(dāng)ΔGDP<0時

實(shí)現(xiàn)衰退性脫鉤應(yīng)滿足R≥1.2，即：

則有：

0≤WUnu≤WUn-1+1.2ΔGDP·WUn-1

(4)

因此得出：

WSn=0(WUnu≥WUn)

(5)

WSn≥WUn-WUnu(WUnu

(6)

式中：WSn為第n年的節(jié)水目標(biāo)值，108m3。

4 結(jié)果與分析

4.1 水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長脫鉤關(guān)系

選取廣東省各地市“十三五”期間2015-2017年GDP和水資源利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)公式(1)計算得到廣東省各地市各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用的脫鉤狀態(tài)，其中2016和2017年的脫鉤狀態(tài)如圖1、2所示。

圖1 2016年廣東省各地市各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用的脫鉤狀態(tài)

圖2 2017年廣東省各地市各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用的脫鉤狀態(tài)

由圖1可知，2016年，廣東省21個地級市總體經(jīng)濟(jì)增長和水資源利用全部實(shí)現(xiàn)脫鉤，其中廣州市等16個地市實(shí)現(xiàn)強(qiáng)脫鉤，佛山市等5個地市實(shí)現(xiàn)弱脫鉤。第一產(chǎn)業(yè)用水中，除珠海市與東莞市以外，其余19個地市全部實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用脫鉤；第二產(chǎn)業(yè)用水中，除陽江市以外，其余20個地級市全部實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用脫鉤；第三產(chǎn)業(yè)用水中，除梅州市以外，其余20個地級市全部實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用脫鉤；2016年總體脫鉤態(tài)勢良好，各產(chǎn)業(yè)用水效率較高，基本實(shí)現(xiàn)了水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長脫鉤。2017年，廣東省21個地市總體經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用仍全部實(shí)現(xiàn)脫鉤，其中佛山市等11個地市實(shí)現(xiàn)強(qiáng)脫鉤，廣州市等10個地市實(shí)現(xiàn)弱脫鉤，廣州市等6個地市從強(qiáng)脫鉤狀態(tài)變?yōu)槿趺撱^狀態(tài)，僅有湛江市從弱脫鉤狀態(tài)變?yōu)閺?qiáng)脫鉤狀態(tài)。在第一產(chǎn)業(yè)用水中，有深圳市等14個地市實(shí)現(xiàn)第一產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用脫鉤，江門市呈現(xiàn)增長連接狀態(tài)，廣州市等6個地級市呈現(xiàn)擴(kuò)張性負(fù)脫鉤狀態(tài)，非脫鉤城市主要分布在珠江三角洲和粵東地區(qū)；在第二產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)用水中，廣州市等14個地市實(shí)現(xiàn)第二產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用脫鉤，佛山市和茂名市呈現(xiàn)增長連接狀態(tài)，肇慶市等5個地級市呈現(xiàn)負(fù)脫鉤狀態(tài)，非脫鉤城市主要分布在粵東、粵西和粵北地區(qū)，該部分地區(qū)第二產(chǎn)業(yè)用水效率偏低；在第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)用水中，除中山市以外，其余20個地級市全部實(shí)現(xiàn)第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用脫鉤；相對于2016年，2017年用水效率偏低，脫鉤態(tài)勢偏弱，其中珠江三角洲地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)用水效率較低，應(yīng)大力推進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)，提高第一產(chǎn)業(yè)用水效率，粵東、粵西和粵北地區(qū)第二產(chǎn)業(yè)用水效率較低，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)工業(yè)節(jié)水技術(shù)，提高第二產(chǎn)業(yè)用水效率。

4.2 基于脫鉤的產(chǎn)業(yè)節(jié)水目標(biāo)

以2017年為現(xiàn)狀年，根據(jù)公式(2)～(6)得到2017年廣東省各地市各產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用的脫鉤節(jié)水目標(biāo)如表3所示。

由表3可以看出，實(shí)現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源利用弱脫鉤，廣東省第一、二、三產(chǎn)業(yè)用水量需分別節(jié)約1.16×108、0.98×108、0.13×108m3，分別較現(xiàn)狀年減少0.52%、0.92%、0.12%，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)脫鉤則第一、二、三產(chǎn)業(yè)用水量需分別節(jié)約2.26×108、1.57×108、1.67×108m3，分別較現(xiàn)狀年減少1.03%、1.46%、1.57%。從第二產(chǎn)業(yè)節(jié)水目標(biāo)中可看出，珠江三角洲地區(qū)的城市，如廣州、深圳、珠海和佛山等幾個城市的第二產(chǎn)業(yè)節(jié)水壓力均較小，節(jié)水目標(biāo)基本在0.5×108m3以下，這與黎銳鋒[22]已有的研究成果中提到的廣東省深圳、珠海和佛山等幾個城市的工業(yè)節(jié)水潛力在0.5×108m3以下一致。

第一產(chǎn)業(yè)節(jié)水壓力最大的城市為珠海市，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱脫鉤節(jié)水目標(biāo)分別需節(jié)水0.21×108和0.16×108m3，分別較現(xiàn)狀節(jié)水20.79%和15.64%，其弱脫鉤節(jié)水目標(biāo)與《珠海市節(jié)約用水專項規(guī)劃》中提出的珠海市農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力為0.13×108m3相近；第二產(chǎn)業(yè)節(jié)水壓力最大的城市為肇慶市，由于其第二產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)衰退嚴(yán)重，相比2016年衰退了23.91%，因此通過節(jié)水只能實(shí)現(xiàn)衰退性脫鉤，脫鉤節(jié)水目標(biāo)為節(jié)水20.87%；第三產(chǎn)業(yè)節(jié)水壓力最大的城市為中山市，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱脫鉤節(jié)水目標(biāo)分別為較現(xiàn)狀節(jié)水12.83%和3.65%。

5 結(jié) 論

基于脫鉤理論，以廣東省為例，全面核算了“十三五”期間2015-2017年全省21個地市各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源利用的脫鉤狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上，基于建立的節(jié)水目標(biāo)計算模型，分別計算了各地市不同產(chǎn)業(yè)的脫鉤節(jié)水目標(biāo)，具體結(jié)論如下：

(1)2015-2017年廣東省經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用脫鉤態(tài)勢良好，實(shí)現(xiàn)了總體經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用脫鉤，但是珠江三角洲地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)用水水平偏低，粵東、粵西與粵北地區(qū)第二產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長未能擺脫高耗水模式，各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源利用并未完全脫鉤。

(2)實(shí)現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源利用脫鉤，不同產(chǎn)業(yè)不同城市節(jié)水壓力不同。第一產(chǎn)業(yè)節(jié)水壓力最大的城市為珠海市，第二產(chǎn)業(yè)節(jié)水壓力最大的城市為肇慶市，第三產(chǎn)業(yè)節(jié)水壓力最大的城市為中山市。

地區(qū)節(jié)水規(guī)劃受到水資源管理政策、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源稟賦等諸多復(fù)雜因素的影響。本文主要從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度研究了地區(qū)節(jié)水目標(biāo)的設(shè)定，未來變化環(huán)境下的區(qū)域產(chǎn)業(yè)節(jié)水目標(biāo)計算模型還應(yīng)根據(jù)區(qū)域自身特點(diǎn)和不同發(fā)展階段納入相應(yīng)主要影響因素，以便體現(xiàn)出更好的適用性和靈活性。