IPAT模型安徽省用水影响因素和预测分析

张 勇，黄淑玲，高 杨

IPAT模型安徽省用水影响因素和预测分析

张 勇，黄淑玲，高 杨

运用修正的IPAT模型，对2001-2010年安徽省用水状况进行了实证分析，结果表明：在3种影响用水量变化的因素中，富裕程度因素对用水量呈现出增加效应，其中2009-2010年间影响程度最大，为69.20×108m3；技术进步因素显著地减少了用水量，其中2009-2010年间影响程度最大，为58.36×108m3；而人口因素对用水量的影响比较轻微。对安徽省2015年、2020年和2025年的用水状况设计4种情形，经模型预测分析，可知当GDP年增长16%、单位GDP用水量年降低12%时，比较符合安徽省用水的实际情况，有利于安徽省资源节约型社会的建设，在环境约束下实现社会经济的快速发展。

IPAT模型；结构分解；水资源预测；安徽省

水资源时空分布不均是安徽省的基本水情。安徽省地处热带和亚热带之间，受季风环流和地形的影响，降雨时空分布极为不均，旱涝灾害频繁发生，特别是近年来安徽省经济发展速度加快，对水资源需求量迅速增长，供需矛盾进一步激化[1]。由于引起水资源变化的驱动因素较多，需要明确每一种驱动因素对其影响的作用大小[2]，本文将从经典IPAT等式入手，以安徽省2000－2010年的水资源利用状况为例，利用结构分解模型，将安徽省水资源利用的影响因素进行分解，并对未来安徽省用水总量进行了一些预测和探讨。

1 IPAT模型及变型

自可持续发展的概念提出以来，生态环境问题成为社会各界广泛关注的焦点问题。其中学者Commoner认为导致环境质量恶化的主要原因是科学技术，新出现的环境问题都与现有技术的改革或新技术的出现有关，而学者Paul却认为技术是改善环境质量的重要手段，而环境管理政策、人口数以及人均收入的不断提高才是环境质量恶化的原因，提出了定量反映人类活动对环境影响的经典IPAT等式[3]。

其中，I为环境影响，P为人口数量，A为富裕程度，T为技术进步。其中P×A是总的国内生产总值，T表示单位GDP的能耗或污染物排放，当IPAT等式应用于水资源用水分析时，通常也选取单位GDP用水量来表征技术进步(T)。

1.1 IPAT模型变型一

经典IPAT模型描述的是用水量与人口、富裕程度以及技术进步之间在某一时间点上的静态关系，由于这3种因素随时间发生变化并导致用水量也随之改变，为了分析出一段时期内用水及其影响因素的变化特点，考察出各种因素对用水变化的贡献大小，需要对经典模型进行修正，建立结构分解模型。

设基期用水总量为 I0，基期后的某个时间 t的用水总量为It，变化量为ΔI；类似地，人口数量、富裕程度和单位GDP用水向量也同样设定。由(1)式可以推出用水总量变化为[7]：

经典 IPAT等式是一个分析人类活动对环境影响的公式[4-6]，方程为：

由（2）式可进一步分解成：

公式（3）中分别考察了单一因素、两个因素和三个因素发生变化时的用水量变化情况，如果发生了无法确定各个因素影响份额的情况，则可以将混合作用的影响平均分配给各个因素[8]。例如，人口变化对用水总量变化的贡献(Ep)为(4)式，其余因素的计算公式与此类似。

1.2 IPAT模型变型二

在经济实现可持续发展过程中，对资源和环境的压力主要受到国内生产总值和技术进步2个因素影响，于是采用资源消耗作为衡量环境压力的指标，将 IPAT 模型转化为[3，9，10]：

令GDP为G，I/GDP为T，则(5)式转化为

其中，G为国内生产总值，T为单位GDP的水资源消耗量，可认为代表技术因素。

对于式(6)，设基准年的GDP为G0，单位GDP的资源消耗量为T0，GDP的年增长率为g，单位GDP的资源消耗年降低率为t，第n年的GDP为：

第n年的单位GDP资源消耗量为：

把(7)和(8)式带入(6)式，得到第n年的资源消耗为：

简化后得到：

得到资源消耗降低、增加和不变的临界值为：

若式（11）中二者相等，则表明水资源消耗维持不变，若t值大则表明水资源消耗将随GDP增加而减少，反之则随GDP增加而增加，故可将t≥g/(1+g)作为衡量经济发展中水资源消耗强度符合可持续发展要求的必要条件，也是资源节约型社会建设努力实现的理想目标。

2 安徽省用水状况分析

安徽省地处中部内陆地区，水资源短缺已经成为制约安徽省经济社会发展的主要瓶颈因素之一。水资源紧缺已成为安徽经济发展的制约因素之一，随着工业化、城市化进程的推进,社会经济对于水资源的需求日益扩大，加上水环境问题日益突出，人水矛盾问题更加突出[11，12]。水资源的开发利用状况不仅受自然条件的影响，同时与人类活动一起形成了错综复杂的综合问题。安徽省 2001－2010年的社会经济和用水的基本情况见表1。

表1 安徽省2001－2010年社会经济及用水原始数据

从表1可以看出，安徽省户籍人口和常住人口总量相对比较稳定，户籍人口从 2001年的6325.00万人增加到2010年的6827.00万人，涨幅很小，常住人口基本上稳定在 6000.00万人到6200.00之间，变化较小；经济总量从2001年的3246.71亿元增长到 12359.33亿元，增长了280.67%，经济规模增长很快；用水量在2001年至 2005年比较稳定，基本上稳定在 200×108m3左右，2006年开始有较大增长，增加到 2010年的 293.72×108m3，平均增幅为 45%左右，相对于经济总量的增长，增幅较小。依据公式(1)可知，P维持相对稳定、A有较大幅度增长，而总的用水量I相对增幅较小，必然是由于技术进步T缓解了人口和经济增长对环境造成的压力。

根据(3)式对用水量的分解因素要求，需计算出 2001－2010年各年的人口、人均 GDP、单位GDP的用水量以及它们的变化量，结果见表2。从表2可见，10年间安徽省常住人口相对稳定，有小幅减小。人均 GDP处于较快增长状态，10年间增加了15449.42元。单位增加值的用水量下降明显，减少了63.99%。从表1可知，10年间全省的用水总量相对涨幅较小，那么，在有限的水资源约束下为了满足人口和社会经济规模的扩张要求，人们开始追逐更高效地利用有限的水资源。

表2 2001－2010年IPAT模型中各因素的数值

3 安徽省用水变动的影响因素分解

在2001－2010年间，安徽省人口相对稳定，富裕程度快速增长，而用水总量保持相对较小幅度增长，为使以后在水资源管理方面进行科学指导，需要分析上述3种用水影响因子对用水总量的贡献程度。于是在表2的数据基础上，运用IPAT模型变型一提出的分析方法，计算出不同时间间隔的各因素对用水的变动情况，这里采用时间间隔为1年，以减弱水资源系统较强的时间差异性，具体变化情况分解结果见表3。

表3 不同因素对用水变化的效应分解结果

分析表3计算结果，可知富裕程度因素对用水量变化是增加效应，且总体呈现增长形势，其中 2009－2010年的值最高(69.20×108m3)，从2001-2010年间GDP和人均收入都逐年提高，这源于逐年扩大的工农业生产规模，直接导致水资源消耗量增加，同时收入增高带来的消费增加，也增大了水资源的消耗量。人口因素对水量变化的影响效应相对较低，这可能主要是因为人口数量的变化幅度相对较小，从2001年到2010年常住人口基本不变，并有微幅下降，其中 2004－2005年间、2005－2006年间、2008－2009年间以及2009－2010年间是四个较为特殊的时间段，由于常住人口的小幅减少，使其对用水总量的效应为负增长效应，如2004－2005年间和2009－2010年间，由于这段时间的常住人口数量分别减少108万人和174万人，使水资源使用量相应减少3.67×108m3和8.50×108m3，其效应占当期总效应的 214.41%和 457.12%，但与富裕程度的影响程度相比较，作用较小。技术进步因素对水量变化则是呈现出减少效应，所有时间段内除了2005-2006年间以外，技术进步的变化对用水量的变化都是减少的作用，最高为2009－2010年间减少了58.36×108m3，其次是2006-2007年间，减少了53.22×108m3，这表明用水的技术进步显著地减少了用水量，体现了在资源约束的情况下，人们通过各种技术手段在提高利用水资源的利用效率。

4 安徽省用水变动预测

安徽省2001年至2010年水资源总量平均数为725.00亿立方米（见表4），按2010年6827.00万(户籍)人口计算，全省人均占有水资源总量为1061.96立方米，约为全国的1/2，随着经济社会的快速健康发展，安徽省对水资源的需求持续增加，依据中共安徽省委2011年一号文件，要求到2020年基本建成优化配置、高效利用的水资源保障体系，故选取2010为基准年，5年为时段长，预测2015，2020和2025年用水变化情况。

表4 安徽省2001—2010年水资源总量

由表1知安徽省2010年水资源消耗总量为293.72亿立方米，GDP为12359.33亿元，单位GDP水消耗为 0.0238m3/元，安徽省过去十年期间GDP年平均年增长率为16%，单位GDP的用水量（m3/元）平均年降低率为 10.73%。为了便于讨论问题，设安徽省2010年的GDP为G0，单位GDP用水量为T0，GDP的年增长率为g，单位GDP用水量年降低率为t。

根据公式(7)、(8)和(10)，对安徽省未来用水情况分四种情形讨论[3，9，10]：

第一种情况：按照GDP年增长16%、单位GDP用水量年降低10.73%计算；

第二种情况：按照GDP年增长16%、单位GDP用水量不变计算；

第三种情况：按照公式(9)，GDP年增长16%，单位GDP用水量年降低率临界值为13.79%来计算；

第四种情况：按照GDP年增长16%、单位GDP用水量年降低12%计算；

按照上述四种情形，计算2015年、2020年和2025年安徽地区水资源消耗总量和单位GDP用水量，结果见表5和表6。

依据表6计算结果，可知：

1）按照GDP年增长16%、单位GDP用水量年减少 10.73%计算，总水消耗量将呈增长趋势，2015、2020和2025年将分别达到349.53亿m3、417.08亿m3、496.39亿m3，这对于水供应和环境状况的压力较大，不是长久之计。

2）按照GDP年增长16%、单位GDP用水量不变计算，总水消耗量与GDP同步增长，2015、2020和2025年将分别达到616.81亿m3、1295.31亿m3、2722.78亿m3，远远超出安徽省水资源总供给量，水资源匮乏现象必然会产生。

表5 安徽省2015，2020，2025年G，I，T的计算值

表6 安徽省2015，2020，2025年GDP，水资源消耗总量以及单位GDP的用水量的计算值

3）按照GDP年增长16%，单位GDP用水量临界值为年降低13.79%来计算，则总水消耗量保持在293.72亿m3，单位GDP用水量降低很快，这是理想状态，目前的技术条件、水资源利用水平很难达到，但我们要朝这个目标努力。

4）按照GDP年增长16%、单位GDP用水量年降低12%计算，总水消耗量缓慢增长，单位GDP用水量逐年降低，2015、2020和2025年将分别达到0.0126m3/元、0.0067m3/元和0.0036m3/元，这比较符合安徽地区的实际情况，有利于安徽省资源节约型和环境友好型社会的建设。

5 结论

本文从经典的 IPAT等式出发，利用结构分解模型对 3种用水影响因素进行分析，可知在2001-2010年安徽省用水变化增加效应是富裕程度因素，减少效应是技术进步，人口变化则对用水量的影响相对较小。然后，通过四种不同情景的模拟对安徽省用水的变动进行了预测和分析，得出当GDP年增长16%、单位GDP用水量年降低12%比较合适安徽省的实际情况，能够较好保持国民经济快速、健康、稳定发展。

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责任编辑：殷培峰

Analysis of Impact Factors and Prediction of Water Use Based on IPAT Model for Anhui Province

Zhang Yong,Huang Shuling, Gao Yang

This paper has an empirical analysis of the water situation in Anhui Province in 2001-2010 based on the modified IPAT model.The results show that in the three kinds of factors affecting the change of water consumption,affluence factors on water consumption show an increase in effect, which has the greatest influence between 2009-2010 to 69.20×108m3;technological progress factors significantly reduce the amount of water, which has the greatest of influence between 2009-2010 to 58.36×108m3;the impact of demographic factors on water use is relatively minor.This paper devies four cases of water situation in 2015, 2020 and 2025 of Anhui Province.Through model predictive analysis,it can be found that when the GDP growing by 16% year-on-year and water consumption per unit of GDP decreasing by 12% year-on-year, it is more in line with the reality of water resources in Anhui Province. It is conducive to the construction of resource-saving society in Anhui Province, and to achieve rapid socio-economic development with environmental constraints.

IPAT model；Structure decomposition；Water resources prediction；Anhui Province

X37

A

1673-1794(2014)05-0060-06

张勇, 安徽省煤矿勘探工程技术中心, 宿州学院地球科学与工程学院讲师，硕士; 黄淑玲,高杨, 宿州学院地球科学与工程学院(安徽 宿州 234000)。

安徽省教育厅自然科学研究重点项目（项目号KJ2014A251）；校级高校优秀拔尖人才培育资助项目

2014-01-23