韋偵明，吳澤寧，郭 溪，王慧亮

（鄭州大學(xué) 黃河實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001）

水資源是人類賴以生存的基本條件，也是社會發(fā)展的戰(zhàn)略資源，其豐盈程度會影響區(qū)域的經(jīng)濟(jì)水平和人們的生活品質(zhì)。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會對水資源的需求量不斷增大，水資源短缺問題逐漸成為制約區(qū)域發(fā)展的瓶頸［1］。因此，如何協(xié)調(diào)水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系迫在眉睫。

水足跡是Hoekstra［2］于2002 年在Allan［3］虛擬水的基礎(chǔ)上提出的，指一個國家或地區(qū)在一定時間內(nèi)消費(fèi)的產(chǎn)品或服務(wù)中的水資源量，包括實(shí)體水和虛擬水，反映水資源真實(shí)消耗及流通程度，有助于科學(xué)全面地了解水資源利用狀況。Jenerette 等［4］、Van 等［5］、吳兆丹等［6］分別研究了美國、荷蘭、中國的水足跡狀況，結(jié)果表明美國人口規(guī)模對其水足跡產(chǎn)生較大影響、荷蘭水足跡主要與農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)有關(guān)且受外部水足跡影響較大、中國水足跡的空間差異主要源于區(qū)域間的不同。脫鉤分為相對脫鉤和絕對脫鉤，相對脫鉤指經(jīng)濟(jì)增長時資源消耗以較低速率增加，絕對脫鉤指經(jīng)濟(jì)增長時資源消耗逐步減少［7］。絕對脫鉤是水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最佳狀態(tài)，即在一定的社會結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)規(guī)模和技術(shù)水平下，以最小的水資源代價實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)增長。鐘太洋等［8］、馬海良等［9］、蓋美等［10］基于脫鉤理論，分別研究了我國各?。▍^(qū)）建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、工業(yè)廢水排放以及長江三角洲地區(qū)環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系，結(jié)果表明各省（區(qū)）建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與經(jīng)濟(jì)增長多處于弱脫鉤狀態(tài)、工業(yè)廢水排放與經(jīng)濟(jì)增長多處于強(qiáng)脫鉤狀態(tài)、長江三角洲地區(qū)環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)增長多處于相對脫鉤狀態(tài)。

目前，已有部分學(xué)者結(jié)合水足跡和脫鉤理論研究了水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系［11－14］，但以往研究多缺少農(nóng)業(yè)用水對經(jīng)濟(jì)增長的影響分析以及脫鉤因素的分析，未能全面揭示水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的脫鉤關(guān)系。洛陽市作為河南省副中心城市，社會經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，人口眾多，對水資源的需求量不斷增加，如何協(xié)調(diào)水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系將直接影響區(qū)域未來的發(fā)展?；诖?，本文以洛陽市為例，采用自上而下核算法計(jì)算水足跡，并結(jié)合脫鉤理論和對數(shù)平均迪氏指數(shù)法（LMDI），構(gòu)建TAPIO－LMDI 模型，分析水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤關(guān)系，以期為洛陽市水資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 研究方法

1.1 水足跡核算方法

水足跡計(jì)算方法有自上而下核算法、自下而上核算法和投入產(chǎn)出法［15］。由于產(chǎn)品或服務(wù)中的水資源可能源于其他地區(qū)，而產(chǎn)品生產(chǎn)用水多為當(dāng)?shù)厮Y源，因此采用自上而下核算法更能反映區(qū)域水資源的真實(shí)消耗情況。水足跡計(jì)算公式為

式中：TWF為總水足跡，TIWF為內(nèi)部水足跡，TEWF為外部水足跡，TAGWF為農(nóng)業(yè)水足跡，TINWF為工業(yè)水足跡，TLIWF為生活水足跡，TECWF為生態(tài)水足跡，TTOWF為城鎮(zhèn)公共水足跡，TEXWF為出口水足跡，TIMWF為進(jìn)口水足跡，TIEWF為從其他地區(qū)進(jìn)口再出口的水足跡，MWP為人均水足跡，TPO為總?cè)丝冢琑IW為水足跡自給率，IIA為水足跡壓力指數(shù)，TAVWF為可利用水足跡，BGW為水足跡經(jīng)濟(jì)效益，TGDP為地區(qū)生產(chǎn)總值。

1.2 基于水足跡的TAPIO－LMDI 模型

水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤關(guān)系的研究方法有VEHMAST 脫鉤指數(shù)法、IPAT 模型法、差分回歸系數(shù)法以及TAPIO 彈性法等［16］，前3 種方法評價體系不夠完善，無法區(qū)分某些狀態(tài)，而TAPIO 彈性法則可以彌補(bǔ)此不足，且不受量綱影響，能有效判定脫鉤狀態(tài)的演替［17－18］。本文參考章恒全等［19］和孫付華等［20］的研究，利用對數(shù)平均迪氏指數(shù)法將影響水足跡變化的因素分為用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)收入、人口規(guī)模，并與TAPIO 脫鉤模型耦合，構(gòu)建基于水足跡的TAPIOLMDI 模型，深入研究水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤關(guān)系。LMDI 方法計(jì)算公式為

式中：TWFi為i產(chǎn)業(yè)（農(nóng)業(yè)和工業(yè)）水足跡，TGDPi為i產(chǎn)業(yè)增加值；EWGi為i產(chǎn)業(yè)水足跡與其增加值的比值，反映用水效率；SGGi為i產(chǎn)業(yè)增加值與地區(qū)生產(chǎn)總值的比值，反映產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；IGP為地區(qū)生產(chǎn)總值與總?cè)丝诘谋戎?，反映?jīng)濟(jì)收入；TPO為總?cè)丝?，反映人口?guī)模。

式中：ΔTWFE、ΔTWFS、ΔTWFI、ΔTWFT分別為第t－1 年到第t年的用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)收入、人口規(guī)模變動引起的水足跡變化。

TAPIO 脫鉤模型計(jì)算公式：

耦合TAPIO 脫鉤模型，構(gòu)建TAPIO－LMDI 模型：

式中：DWGE、DWGS、DWGI、DWGT分別為第t－1 年到第t年的用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)收入、人口規(guī)模變動產(chǎn)生的效應(yīng)值。

基于水足跡的TAPIO－LMDI 模型脫鉤狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 基于水足跡的TAPIO－LMDI 模型脫鉤狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 研究區(qū)概況

洛陽市位于黃河中游南岸，面積15 229 km2，轄一市六縣八區(qū)，是河南省副中心城市，與三門峽、南陽、平頂山及鄭州市相鄰，社會經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)。境內(nèi)屬暖溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，年均降水量691.3 mm，降水多集中在6—9 月，大小河流2.7 萬多條，水資源總量28.15 億m3，水資源可利用量22.14 億m3，農(nóng)業(yè)用水量最大、工業(yè)次之。2021 年全市生產(chǎn)總值5 447 億元，年末常住人口706.9 萬，城鎮(zhèn)常住人口465.7 萬，城鎮(zhèn)化率為65.9%。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文數(shù)據(jù)來源于2005—2020 年《洛陽市水資源公報(bào)》《洛陽統(tǒng)計(jì)年鑒》及《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》等，缺失數(shù)據(jù)采用內(nèi)插法求得。農(nóng)業(yè)水足跡用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量乘以單位農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量求和得到，農(nóng)產(chǎn)品包括農(nóng)作物產(chǎn)品（糧食、油料、棉花、煙葉、蔬菜和水果等）和動物產(chǎn)品（豬肉、牛肉、羊肉、禽蛋、牛奶及水產(chǎn)等），單位農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量參照孫才志等［21］、馬靜等［22］、Hoekstra等［23］、武晗［24］的研究成果（見表2）。進(jìn)出口水足跡用萬元產(chǎn)值用水量與進(jìn)出口貿(mào)易額相乘得到，忽略從其他地區(qū)進(jìn)口再出口的水足跡。工業(yè)水足跡、生活水足跡、生態(tài)水足跡和城鎮(zhèn)公共水足跡用各自用水量代替。為消除價格變動對地區(qū)生產(chǎn)總值及產(chǎn)業(yè)增加值的影響，以2005 年為基準(zhǔn)期，利用GDP 平減指數(shù)法換算成可比較的實(shí)際GDP。

表2 單位農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量 m3／kg

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 水足跡狀況分析

利用水足跡核算方法，分析洛陽市多年水足跡狀況，結(jié)果見表3。洛陽市總水足跡呈先增后減、整體增大趨勢，年均61.58 億m3，2015 年達(dá)到最大67.20億m3，人均水足跡變化趨勢與其基本一致，年均897.73 m3；生活水足跡、生態(tài)水足跡和城鎮(zhèn)公共水足跡波動增加，年均分別為1.98 億、1.02 億、0.52 億m3，這與近年來人們生活水平提升、重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及推進(jìn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程等有關(guān)；農(nóng)業(yè)水足跡相對較大，年均52.38 億m3，擠占了其他產(chǎn)業(yè)的水資源供應(yīng)量，不利于經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展；而進(jìn)口、出口水足跡相對較小，年均分別為0.14億、0.40 億m3，相差0.26 億m3。區(qū)域水足跡自給率在99.30%以上，水足跡壓力指數(shù)超過安全上限1，水資源利用基本源于內(nèi)部供應(yīng)，水資源安全面臨較大風(fēng)險(xiǎn)和壓力；水足跡經(jīng)濟(jì)效益由2005 年的19.94元／m3增大到2020 年80.29 元／m3，基本符合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。

表3 2005—2020 年洛陽市水足跡狀況

因農(nóng)業(yè)水足跡最大，對洛陽市總水足跡影響最大，故對其進(jìn)行詳細(xì)分析，見表4。農(nóng)作物產(chǎn)品中糧食水足跡最大，年均25.54 億m3，占農(nóng)業(yè)水足跡的48.76%，這與糧食作物種植面積最大、耗水量最多有關(guān)；蔬菜水足跡次之，年均2.47 億m3，占比4.71%，且每年變化不大，較為穩(wěn)定；棉花水足跡最小，年均僅0.24 億m3，占比不足0.50%，且有減小趨勢。動物產(chǎn)品中，牛肉、禽蛋、豬肉水足跡較大，年均分別為5.58 億、5.17 億、3.49億m3，分別占農(nóng)業(yè)水足跡的10.65%、9.86%、6.65%；羊肉水足跡最小，年均僅0.42 億m3，原因可能與洛陽市傳統(tǒng)飲食習(xí)慣有關(guān)。洛陽市應(yīng)當(dāng)發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，通過改進(jìn)灌溉方式和調(diào)整種植結(jié)構(gòu)等措施減少農(nóng)業(yè)用水，確保區(qū)域水資源可持續(xù)利用。

表4 2005—2020 年洛陽市農(nóng)業(yè)水足跡狀況 億m3

2.3.2 基于水足跡的水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤關(guān)系

利用TAPIO 脫鉤模型，研究2005—2020 年洛陽市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤關(guān)系，結(jié)果見表5。洛陽市總水足跡與生產(chǎn)總值關(guān)系由弱脫鉤向強(qiáng)脫鉤轉(zhuǎn)變，整體處于脫鉤狀態(tài)，即經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源的依賴性越來越低，是較為理想的協(xié)調(diào)關(guān)系，有利于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，其中：脫鉤關(guān)系有1 次擴(kuò)張性負(fù)脫鉤、1 次增長性連接、6 次弱脫鉤和7 次強(qiáng)脫鉤，脫鉤率86.67%，強(qiáng)脫鉤率46.67%，2012 年以后多強(qiáng)脫鉤，這與近年來洛陽市提倡高質(zhì)量發(fā)展以及用水效率提升等有關(guān)。農(nóng)業(yè)水足跡與生產(chǎn)總值關(guān)系也由弱脫鉤向強(qiáng)脫鉤轉(zhuǎn)變，脫鉤率86.67%，強(qiáng)脫鉤率46.67%，且歷年脫鉤關(guān)系和總水足跡與生產(chǎn)總值的相同，農(nóng)業(yè)用水對區(qū)域水資源利用與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展影響最大。農(nóng)業(yè)水足跡與農(nóng)業(yè)增加值關(guān)系整體弱于與生產(chǎn)總值的關(guān)系，脫鉤率73.33%，強(qiáng)脫鉤及超強(qiáng)脫鉤率46.67%，脫鉤狀態(tài)變化顯著，農(nóng)業(yè)發(fā)展對水資源的依賴性依舊明顯，不利于區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

表5 2005—2020 年洛陽市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤關(guān)系

利用TAPIO－LMDI 模型，研究2005—2020 年洛陽市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤因素，結(jié)果見表6。區(qū)域用水效率和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多為負(fù)向因素，即抑制水資源消耗，促使與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤，是脫鉤驅(qū)動因素，引起的水足跡變化量分別為－7.672 億～1.407 億m3、－5.188億～－0.131 億m3，產(chǎn)生的效應(yīng)值分別為－1.328～0.248、－0.549～－0.075，年均分別為－0.457、－0.415，二者差別較??；而經(jīng)濟(jì)收入和人口規(guī)模多為正向因素，即促進(jìn)水資源消耗，阻礙與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤，是脫鉤抑制因素，引起的水足跡變化量分別為－0.770 億～8.187 億m3、0.248 億～2.383 億m3，產(chǎn)生的效應(yīng)值分別為－0.440～0.894、0.035～1.362，年均分別為0.749、0.155，二者差別較大。用水效率是主要的脫鉤驅(qū)動因素，而經(jīng)濟(jì)收入則是主要的脫鉤抑制因素，用水效率產(chǎn)生的效應(yīng)值絕對值越大、經(jīng)濟(jì)收入產(chǎn)生的效應(yīng)值絕對值越小，區(qū)域水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展就越容易脫鉤。此外，經(jīng)濟(jì)收入引起的水足跡變化整體有下降趨勢，即經(jīng)濟(jì)收入對水足跡的促進(jìn)作用逐步減弱，有利于區(qū)域水資源與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

表6 2005—2020 年洛陽市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤因素研究

3 結(jié)論

1）洛陽市總水足跡整體有增大趨勢，年均61.58億m3，水足跡自給率在99.30%以上，水資源利用基本源于內(nèi)部供應(yīng)，水資源安全面臨較大風(fēng)險(xiǎn)和壓力；農(nóng)業(yè)水足跡最大，年均52.38 億m3，擠占了其他產(chǎn)業(yè)的水資源供應(yīng)量，不利于經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

2）洛陽市水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體處于脫鉤狀態(tài)，脫鉤率為86.67%，即經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源的依賴性越來越低，是較為理想的協(xié)調(diào)關(guān)系，有利于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展；農(nóng)業(yè)水足跡與農(nóng)業(yè)增加值關(guān)系（脫鉤率73.33%）弱于其與生產(chǎn)總值的關(guān)系（脫鉤率86.67%），農(nóng)業(yè)發(fā)展對水資源的依賴性依舊明顯。

3）洛陽市用水效率是主要的脫鉤驅(qū)動因素（年均效應(yīng)值－0.457），而經(jīng)濟(jì)收入則是主要的脫鉤抑制因素（年均效應(yīng)值0.749），用水效率產(chǎn)生的效應(yīng)值絕對值越大、經(jīng)濟(jì)收入產(chǎn)生的效應(yīng)值絕對值越小，區(qū)域水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展越容易脫鉤。

受數(shù)據(jù)資料等限制，本研究尚存在以下不足，有待進(jìn)一步完善：

1）在借鑒他人單位農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量的研究成果時，未考慮地域差異和農(nóng)業(yè)發(fā)展情況，會有一定誤差；采用工業(yè)用水量代替工業(yè)水足跡和利用萬元產(chǎn)值用水量與進(jìn)出口貿(mào)易額相乘計(jì)算進(jìn)出口水足跡的方法不夠準(zhǔn)確，下一步應(yīng)考慮使用投入產(chǎn)出法計(jì)算水足跡。

2）在計(jì)算用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)收入、人口規(guī)模變動引起的水足跡變化和產(chǎn)生的效應(yīng)值時，僅考慮了農(nóng)業(yè)和工業(yè)，不夠全面，下一步應(yīng)將用水產(chǎn)業(yè)細(xì)分為第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)進(jìn)行研究。