赫振平

（大同市冊田水庫管理中心，山西 大同 037300）

習近平總書記在第十九屆中共中央政治局第二十九次集體學(xué)習時強調(diào)，生態(tài)環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展是辯證統(tǒng)一、相輔相成的，建設(shè)生態(tài)文明、推動綠色低碳循環(huán)發(fā)展，不僅可以滿足人民日益增長的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要，而且可以推動實現(xiàn)更高質(zhì)量、更有效率、更加公平、更可持續(xù)、更為安全的發(fā)展，走出一條生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路[1]。大同市作為海河流域的重要城市，是全國嚴重缺水城市之一，人均水資源占有量僅為全國平均水平的15%，地下水資源長期“透支”，地表水沒有充分有效利用，水資源供需矛盾較為突出，成為制約大同市經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的瓶頸[2]?；谒Y源生態(tài)足跡模型、Tapio脫鉤模型與LMDI模型，對大同市水資源利用與經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展聯(lián)動關(guān)系進行研究，為制定相關(guān)政策、緩解水資源壓力、保證水資源安全、推動區(qū)域經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

大同市是海河流域的重要城市，位于山西省北部，是中國首批24個國家歷史文化名城之一、國家新能源示范城市、國家重要能源基地。2020年，全市常住人口310.56萬人，城鎮(zhèn)化率72.7%，地區(qū)生產(chǎn)總值1 369.9億元，三產(chǎn)結(jié)構(gòu)比為5.1∶37.0∶57.9。

大同市屬高原溫帶季風型大陸性氣候，多年平均降水量416.4 mm，多年（1956—2014年）平均蒸發(fā)量1 011.5 mm，干旱指數(shù)2.43，多年（1994—2020年）平均水資源總量7.186億m3，人均水資源量209 m3，遠低于國際公認的維持地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展必需的1 000 m3的臨界值，屬極度缺水地區(qū)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要來自于1994—2021年《山西省統(tǒng)計年鑒》《山西省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、1997—2020年《大同市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、1999—2019年《山西省水資源公報》，同時也收集了其他相關(guān)資料數(shù)據(jù)。對于公報與統(tǒng)計年鑒中的GDP值，以1994年為基準年，運用平減指數(shù)法將1994—2020年的大同市地區(qū)生產(chǎn)總值換算成可比價與水資源利用相關(guān)指標進行研究。

2.2 研究方法

2.2.1 水資源生態(tài)足跡模型

水資源在維持生態(tài)環(huán)境和進行社會生產(chǎn)中具有不可替代的作用，水資源生態(tài)足跡是指在特定的人口和經(jīng)濟狀況下，維持水資源消費和自然環(huán)境所必需的生態(tài)生產(chǎn)性面積。其意義可表述為兩個方面，一是人類在生活生產(chǎn)中消耗水資源的過程，二是自然環(huán)境維持自身不斷進化對水的需求過程[3]。

（1）水資源生態(tài)足跡計算公式為：

式中：EFw為水資源生態(tài)足跡（hm2）；N為區(qū)域人口數(shù)（人）；efw為人均水資源生態(tài)足跡（hm2/cap）；γw為水資源的全球均衡因子，取5.19；W為人均消耗的水資源量（m3）；ρw為水資源全球平均生產(chǎn)能力（m3/hm2），取3.14×103m3/hm2。

（2）水資源生態(tài)承載力。水資源承載力是指某一地區(qū)在某一歷史發(fā)展階段，水資源所能支持的生產(chǎn)、生活和生態(tài)良性持續(xù)發(fā)展的能力。水資源生態(tài)承載力模型可表示為：

式中：ECw為區(qū)域水資源承載力（hm2）；eCw為人均水資源承載力（hm2/cap）；Q為水資源量（m3）；φ為區(qū)域水資源的產(chǎn)量因子，依據(jù)文獻[3]取0.29；其余變量含義同上。相關(guān)研究表明，一個地區(qū)的水資源開發(fā)利用率超過30%～40%時，就有可能引發(fā)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的惡化，因此需扣減區(qū)域水資源承載力的60%用于維持正常的生態(tài)環(huán)境需水量。

（3）水資源生態(tài)壓力指數(shù)。水資源生態(tài)壓力指數(shù)值可以表明水資源安全受到威脅的程度，越小越安全，其計算公式為：

（4）萬元GDP水資源生態(tài)足跡。萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）水資源生態(tài)足跡是指區(qū)域水資源生態(tài)足跡與區(qū)域GDP的比值，可以用來衡量區(qū)域內(nèi)水資源的利用效率，其計算公式為[4]：

2.2.2 Tapio脫鉤模型

脫鉤理論一般被用于資源消耗或環(huán)境污染與經(jīng)濟增長之間相互糾纏變化的關(guān)聯(lián)關(guān)系研究。脫鉤的本質(zhì)是指隨著經(jīng)濟的增長水資源利用效率提高而水資源利用總量增速放緩，直至最終實現(xiàn)零增長甚至負增長[5]。Tapio脫鉤模型可表示為：

式中：e為脫鉤指數(shù)；ΔW為水資源利用變化量（億m3）；ΔE為經(jīng)濟增長變化量（億元）；Wt、Wt-1分別為第t年、第t-1年的水資源利用量（億m3）；Et、Et-1分別為第t年和第t-1年的經(jīng)濟指標（億元）。根據(jù)ΔW和ΔE的正負以及脫鉤指數(shù)，現(xiàn)將脫鉤狀態(tài)劃分為表1中的8種情況。

表1 水資源利用量與經(jīng)濟增長脫鉤狀態(tài)的劃分標準

2.2.3 LMDI模型

對于極度缺水地區(qū)而言，如何解決水資源短缺與經(jīng)濟增長之間的矛盾，需揭示出引起水資源利用變化的主要驅(qū)動因素?；贚MDI模型將大同市水資源利用總量分解為結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)、經(jīng)濟效應(yīng)、人口效應(yīng)，以期找到驅(qū)動因素效應(yīng)的變化規(guī)律[5]，計算公式如下：

式中：W為水資源利用總量（億m3）；Wi為第i行業(yè)用水量（億m3）；G為國內(nèi)生產(chǎn)總值（億元）；P為人口（億人）。

在式（6）中加入結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟效應(yīng)后可表示為：

式中：Si=Wi/W為第i行業(yè)用水量占水資源利用總量的比值，代表結(jié)構(gòu)效應(yīng)；Y=W/G為單位GDP用水量，代表技術(shù)效應(yīng)；γ=G/P為人均GDP，代表經(jīng)濟效應(yīng)；P為人口效應(yīng)。

本文采用文獻[5]中的LMDI加法分解方式計算水資源利用總量的變化，計算公式如下：

式中：ΔW為水資源利用總量變化（億m3）；Wt為第t年水資源利用總量（億m3）；W0為基準年水資源利用總量（億m3）；ΔWs、ΔWY、ΔWr、ΔWP分別為結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)、經(jīng)濟效應(yīng)、人口效應(yīng)引起的水量變化（億m3）。式（9）—（12）表示各種效應(yīng)對水資源利用總量變化的影響，當計算值大于0時，表示該效應(yīng)為正向效應(yīng)，表現(xiàn)為促進水資源利用量的增加；當計算值小于0時，表示該效應(yīng)為負向效應(yīng)，表現(xiàn)為抑制水資源利用量的增加[6]。

3 計算分析

3.1 水資源利用與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展

3.1.1 水資源利用

圖1為1994—2020年大同市水資源利用總量及各行業(yè)用水量變化。

圖1 1994—2020年大同市水資源利用總量及各行業(yè)用水量變化

由圖1可知，1994—2020年大同市水資源利用總量及各行業(yè)用水量整體呈上升趨勢[7]，年均增長率約為8.4%。2019年，全市總供水量6.34億m3，其中地表水源供水量2.73億m3，占總供水量的43.1%；地下水供水量3.10億m3，占總供水量的48.9%；其他水源占總供水量的8.0%。2020年，全市用水總量6.16億m3，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、林牧漁、生態(tài)用水量占比分別為57.1%、16.4%、17.7%、1.9%、6.9%，農(nóng)業(yè)用水量占比較大。

（1）水資源開發(fā)利用程度。表2為大同市水資源開發(fā)利用程度，水資源開發(fā)利用程度由水資源開發(fā)利用率來體現(xiàn)，為年取用的淡水資源量占可以獲得的或可更新淡水資源量的百分比。由表2可知，大同市水資源開發(fā)利用程度由1994—1999年的63.2%逐年攀升至84.0%，2010—2019年全市用水總量與河川年徑流總量比值平均為162.0%，大同市供水以地下水水源為主，地下水水資源長期“透支”，超采歷史欠賬嚴重。自1980年以來，大同市地表水衰減嚴重，逐漸不能滿足生活生產(chǎn)需要，城鎮(zhèn)生活和工業(yè)主要使用地下水源，多年來的開發(fā)利用導(dǎo)致地下水超采嚴重。水資源生態(tài)壓力指數(shù)高達0.86，表明大同市水資源在近期雖然可以勉強維持正常的生產(chǎn)生活用水，但從長期來看水資源安全形勢不容樂觀。

表2 大同市水資源開發(fā)利用程度

（2）水資源利用的保證率。水資源利用的保證率是指水資源利用在無法采取措施完全免除自然災(zāi)害或滿足實際需求的情況下抵御風險的程度。采用皮爾遜P-Ⅲ型頻率曲線對1994—2020年大同市水資源總量數(shù)據(jù)進行計算，得出P-Ⅲ型頻率曲線三參數(shù)（Ex、Cv、Cs）分別為7.19億m3、0.2、1.17。

在大同市水生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃中，2025年全市水資源配置總量為7.4億m3，其中引用黃河水配置量1.98億m3。由表3可知，在年調(diào)用黃河水1.98億m3的情況下，水資源總量扣減30%用于維持正常的生態(tài)環(huán)境需水量后，2025年規(guī)劃水資源配置的保證率僅為29.1%，說明大同市水資源利用抵御風險的能力較弱。

表3 大同市水資源總量保證率

（3）水質(zhì)安全形勢。2020年，大同市12個國考和省考斷面全部消除劣Ⅴ類水，城市建成區(qū)黑臭水體徹底根除，18家飲用水水源地水質(zhì)均達到或優(yōu)于Ⅲ類標準，河流生態(tài)水量逐步恢復(fù)。但總體來看，大同市全域生態(tài)系統(tǒng)脆弱問題、結(jié)構(gòu)性污染問題、環(huán)境風險隱患問題依然存在，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量仍是大同市實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的突出短板[2]。

3.1.2 區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展情況

由大同市地區(qū)生產(chǎn)總值構(gòu)成變化圖2可知，1994—2020年大同市地區(qū)生產(chǎn)總值由1994年的106.3億元增加到2020年的1 369.9億元，地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展速度較為迅速。2020年，全市地區(qū)生產(chǎn)總值按不變價格計算，比上年增長4.3%，增速全省排名第4。其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值70.4億元，增長1.4%，占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重為5.1%；第二產(chǎn)業(yè)增加值506.7億元，增長7.0%，占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重為37.0%；第三產(chǎn)業(yè)增加值792.7億元，增長2.8%。三產(chǎn)比重由1994年的12.76%、59.16%、28.08%至2020年變化為5.1%、37.0%、57.9%，第三產(chǎn)業(yè)持續(xù)攀升。大同市地區(qū)生產(chǎn)總值增速雖然在全省排名中位列第4，但是大同市在山西省乃至全國城市經(jīng)濟總量與人均GDP排名都較為靠后，還存在較大差距。

圖2 大同市地區(qū)生產(chǎn)總值構(gòu)成變化

3.1.3 水資源利用和經(jīng)濟增長關(guān)系

圖3為大同市地區(qū)生產(chǎn)總值（不變價）與用水總量變化。由圖3可知，1994—2013年大同市地區(qū)生產(chǎn)總值與年用水總量同步增長，相關(guān)分析表明兩者呈高度正相關(guān)；2013—2020年年用水總量呈下降趨勢，地區(qū)生產(chǎn)總值與年用水總量為負相關(guān)。2020年，大同市萬元地區(qū)生產(chǎn)總值用水量和萬元工業(yè)增加值用水量較2015年分別下降了15%和14%，生態(tài)環(huán)境用水比例持續(xù)上升，同期地區(qū)生產(chǎn)總值持續(xù)上升，表明“十三五”期間大同市水安全保障工作取得了成效，水資源利用效率不斷提高，用水結(jié)構(gòu)逐漸趨于合理。

圖3 大同市地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）與總用水量變化

3.2 水資源生態(tài)足跡

3.2.1 人均水資源生態(tài)足跡變化

表4為大同市1994—2020年水資源生態(tài)足跡相關(guān)指標。由表4可知，1994—2020年大同市人均水資源生態(tài)足跡整體呈緩慢上升趨勢，人均水資源生態(tài)足跡增長速率約為1.3‰；農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡和生活用水生態(tài)足跡整體也呈緩慢上升趨勢。通過回歸分析表明，只有人均工業(yè)用水生態(tài)足跡呈下降趨勢，近5 a來人均工業(yè)用水生態(tài)足跡由前20 a平均的0.067 9 hm2降低到了0.048 5 hm2，降幅達28.5%，而生活用水生態(tài)足跡呈緩慢上升趨勢，因而導(dǎo)致了人均生活用水生態(tài)足跡于2016年超過了人均工業(yè)用水生態(tài)足跡。至2019年，人均農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡、工業(yè)用水生態(tài)足跡、生活用水生態(tài)足跡比例為63∶18∶19，說明大同市農(nóng)業(yè)用水在總用水量中占主導(dǎo)地位，工業(yè)與生活用水基本持平。具體情況，如圖4所示。

圖4 大同市人均水資源生態(tài)足跡生產(chǎn)賬戶的變化

表4 大同市1994—2020年水資源生態(tài)足跡相關(guān)指標

圖5為大同市萬元GDP與糧食產(chǎn)量水資源生態(tài)足跡。由圖5可知，大同市萬元GDP水資源生態(tài)足跡與糧食產(chǎn)量水資源生態(tài)足跡逐年下降，年下降率分別為2.4%、5.2%，說明大同市經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整、重工業(yè)產(chǎn)業(yè)調(diào)整轉(zhuǎn)型、高新技術(shù)的應(yīng)用、實行最嚴格水資源管理制度等在經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展中發(fā)揮了積極作用，水資源利用效率逐年提升[8]。圖5中糧食產(chǎn)量水資源生態(tài)足跡的突起，是由于1999年和2001年大同市遭受了嚴重干旱自然災(zāi)害，年降雨量減少約120 mm，減少幅度約為30%，糧食等主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量大幅減產(chǎn)所致。

圖5 大同市萬元GDP與糧食產(chǎn)量水資源生態(tài)足跡

3.2.2 水資源生態(tài)承載力空間

圖6為大同市人均水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力對比。由圖6可知，1994—2020年大同市人均水資源生態(tài)足跡與人均水資源生態(tài)承載力曲線越來越趨于接近，水資源生態(tài)壓力指數(shù)多年平均值為0.82，2019年水資源生態(tài)壓力指數(shù)高達0.87。1994—2020年期間，2001年和2011年水資源生態(tài)盈余為負，說明大同市經(jīng)濟發(fā)展超出了水資源的承載能力；1999、2006、2009、2014年水資源生態(tài)盈余接近0，說明水資源生態(tài)承載力空間嚴重不足[9]。

圖6 大同市人均水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力對比

3.3 水資源利用與經(jīng)濟增長的脫鉤效應(yīng)

采用Tapio脫鉤模型計算大同市1994—2020年全市水資源利用總量與GDP、工業(yè)用水量與工業(yè)增加值、農(nóng)業(yè)用水量與農(nóng)業(yè)增加值相應(yīng)的脫鉤指數(shù)，并按照脫鉤狀態(tài)的劃分標準（見表1）進行脫鉤評價，評價結(jié)果詳見表5。

表5 大同市水資源利用與經(jīng)濟增長脫鉤評價

（1）工業(yè)脫鉤狀態(tài)。工業(yè)用水與工業(yè)增加值增長脫鉤狀態(tài)出現(xiàn)強脫鉤11次、弱脫鉤4次、衰退脫鉤3次、擴張連接1次、擴張負脫鉤5次，脫鉤狀態(tài)略占優(yōu)勢，近2 a表現(xiàn)為強脫鉤和弱脫鉤，這反映了用水監(jiān)管加強與工業(yè)產(chǎn)能結(jié)構(gòu)進行逐步調(diào)整的狀況。

（2）農(nóng)業(yè)脫鉤狀態(tài)。農(nóng)業(yè)用水與農(nóng)業(yè)增加值增長脫鉤狀態(tài)出現(xiàn)強脫鉤10次、弱脫鉤6次、弱負脫鉤1次、強負脫鉤4次、擴張連接3次，農(nóng)業(yè)糧食產(chǎn)量與農(nóng)田灌溉用水量的脫鉤狀態(tài)與農(nóng)業(yè)增加值增長與農(nóng)業(yè)用水的脫鉤情況基本一致。近4 a來，大同市農(nóng)業(yè)增加值增長與農(nóng)業(yè)用水脫鉤情況表現(xiàn)為弱脫鉤向強脫鉤狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，說明農(nóng)業(yè)與水利實施的灌區(qū)渠系節(jié)水改造、高標準農(nóng)田建設(shè)以及高效節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用在一定程度上提高了農(nóng)業(yè)節(jié)水水平[10]。

（3）總體脫鉤狀態(tài)。1994—2020年大同市水資源利用總量與地區(qū)生產(chǎn)總值增長的脫鉤關(guān)系出現(xiàn)了4種狀態(tài)，共有強脫鉤7次、弱脫鉤14次、擴張負脫鉤2次、衰退脫鉤1次，整體脫鉤態(tài)勢良好，近10 a總體脫鉤狀態(tài)處于由弱脫鉤向強脫鉤發(fā)展?？傮w而言，大同市水資源利用與經(jīng)濟增長的脫鉤關(guān)系正在向逐步協(xié)調(diào)的方向發(fā)展，兩者的協(xié)調(diào)程度在不斷加強。

3.4 大同市水資源利用量變化驅(qū)動因素

為深入研究大同市水資源利用量變化的驅(qū)動因素，以1994年為基準年，采用LMDI模型的加法分解方式將水資源利用量的變化分解為結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)、經(jīng)濟效應(yīng)和人口效應(yīng)。在結(jié)構(gòu)效應(yīng)中，將農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)居民、農(nóng)村居民、林牧漁與生態(tài)等用水量均加入模型進行計算。

圖7為1994—2019年大同市水資源利用量變化效應(yīng)分解。由圖7可知，在影響水資源利用量變化的4種效應(yīng)中，經(jīng)濟效應(yīng)、人口效應(yīng)與結(jié)構(gòu)效應(yīng)三者為正值，3種效應(yīng)促進水資源利用量增加的作用占比分別為46.35 %、6.86%、0.03 %，說明經(jīng)濟效應(yīng)是目前促進大同市水資源利用量逐年增加的主要因素，人口效應(yīng)與結(jié)構(gòu)效應(yīng)影響較小。在4種效應(yīng)中，只有技術(shù)效應(yīng)值為負值，技術(shù)效應(yīng)是目前抑制大同市水資源利用量增加的唯一因素，至2019年技術(shù)效應(yīng)累積值為-154.06億m3，累積貢獻率為720.74%，抑制作用占比為46.76%，說明技術(shù)進步在促進節(jié)水、抑制水資源利用量增加、提高水資源利用效率上作用明顯[11]。

圖7 大同市水資源利用量變化效應(yīng)分解

在大同市水資源利用中，技術(shù)效應(yīng)的抑制作用小于其他3種效應(yīng)的促進作用，水資源利用量總效應(yīng)的線性回歸方程為y=0.09x-17.08。其相關(guān)指數(shù)為0.774，屬顯著正相關(guān)，表明大同市水資源利用量呈逐年增加態(tài)勢。

4 結(jié)論

基于水資源生態(tài)足跡模型、脫鉤模型和LMDI模型，對大同市水資源利用與經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展聯(lián)動關(guān)系進行研究，得出以下結(jié)論。

（1）1994—2020年大同市水資源利用量整體呈上升趨勢，人均水資源生態(tài)足跡呈緩慢上升趨勢，人均水資源承載力呈下降趨勢，水資源生態(tài)承載力空間逐年減小，水資源生態(tài)壓力指數(shù)持續(xù)增高，已接近0.9，水資源生態(tài)壓力極大，水資源長期可持續(xù)利用安全形勢較為嚴峻。

（2）萬元GDP水資源生態(tài)足跡逐年降低，萬元地區(qū)生產(chǎn)總值用水量和萬元工業(yè)增加值用水量較2015年分別下降了15%和14%，農(nóng)田灌溉有效利用系數(shù)提高到了0.558，生態(tài)環(huán)境用水比例持續(xù)上升，表明大同市水資源利用效率逐年提高。

（3）水資源利用與經(jīng)濟增長的脫鉤關(guān)系由脫鉤略占優(yōu)勢逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿趺撱^與強脫鉤占主導(dǎo)地位，說明大同市經(jīng)濟增長與水資源利用的關(guān)系正在向逐步協(xié)調(diào)方向發(fā)展。

（4）在影響水資源利用量變化的4種效應(yīng)中，技術(shù)效應(yīng)是目前抑制大同市水資源利用量增加的唯一因素，其抑制作用占比為46.76%，說明技術(shù)進步在促進節(jié)水、抑制水資源利用量增加、提高水資源利用效率上作用明顯。但是，技術(shù)效應(yīng)的抑制作用小于其他3種效應(yīng)的促進作用，水資源利用總量還在逐年增加。

大同市是國家重化工能源基地，在立足新發(fā)展階段、全面貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局下的高質(zhì)量發(fā)展中，應(yīng)認清水資源承載力空間不足嚴重形勢，不斷強化自身實力，進一步優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加快高效節(jié)水灌溉技術(shù)的實施，改進煤炭、能源等高耗水行業(yè)的生產(chǎn)工藝，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)、新興產(chǎn)業(yè)，在新舊動能增長轉(zhuǎn)換等方面不斷加快創(chuàng)新型驅(qū)動戰(zhàn)略的實施。