基于水足迹-LMDI模型的江苏省水资源利用与经济发展的脱钩关系研究

孙付华 杨一帆 沈菊琴 张丹丹 王昌盛

内容提要 缓解江苏省水资源利用与经济发展的矛盾，找寻促使水资源利用与经济发展呈现脱钩状态的驱动因素，关系到长江经济带国家战略的顺利实施与江苏经济高质量发展。通过构建扩展的水足迹-LMDI模型，分析江苏省2007—2017年水资源利用情况并探讨技术进步、产业结构、规模经济、常住人口等因素对脱钩状态的影响。结果表明：江苏省水资源利用效率逐年提高，水资源利用增长速度低于同期经济增长速度，已经进入脱钩阶段；农业作为耗水需求较大的产业，尚未达到脱钩的理想状态；在江苏省经济发展中起到支撑作用的工业，仍以弱脱钩状态为主；技术进步和产业结构是江苏省水资源利用与经济增长脱钩的主要促进因素，而规模经济和常住人口效应则起到负向驱动的效果。

一、引言

长江经济带是我国经济高质量发展的强劲引擎。2014 年政府工作报告明确将大力发展长江沿江经济带作为重要的国家战略。依托长江天然黄金水道，长江经济带沿线11个省市以21.4%的国土面积承载着全国40%以上的人口经济总量，尤其作为经济强省的江苏，在我国长江经济带发展战略中具有示范带头作用。同时，“一带一路”、大运河文化带、长三角一体化等国家战略的实施，为江苏省带来了新的发展机遇，也对水利高质量发展提出新要求。

水是关系民生大计的重要战略性经济资源，是控制生态环境质量的制约性因素。然而随着经济社会的快速发展，人们对水的需求不断增加，水资源短缺、水污染严重和水生态退化等问题日渐成为制约城市发展的瓶颈。江苏省地处江海之滨，虽过境水资源丰富，但本地水资源不足，再加上经济发展需求、城镇化发展等原因出现地下水超采、水质恶化等问题，是典型的水质性缺水省份，严重制约着经济社会的可持续发展。2020年江苏省国家节水行动实施方案中明确提出“促进经济社会发展与水资源承载能力相适应”为江苏省建设节水型社会的重点任务之一，在“以水定产、以水定城”的硬约束下，如何实现江苏省水资源利用与经济发展的协调是当前需要研究的重要问题。

“脱钩”理论提出后被逐渐应用到资源管理与经济发展研究领域并成为近些年的研究热点。王喜峰（2019）等详细分析经济增长与水资源利用的脱钩机制和模型，认为水资源与经济增长之间脱钩现象的研究对于区域经济如何在水资源承载力之内发展有着重要的意义[1]王喜峰、沈大军、李玮：《水资源利用与经济增长脱钩机制、模型及应用研究》，〔济南〕《中国人口·资源与环境》2019年第11期。；马海良（2017）利用Tapio脱钩模型研究中国省际间工业废水排放和经济发展之间的脱钩程度[2]马海良、侯雅如、李珊珊：《工业废水排放与经济增长脱钩的省际差异研究》，〔济南〕《中国人口·资源与环境》2017年第11期。；潘月娥（2014）等从水足迹视角出发研究了湖北省水资源利用与经济发展之间的脱钩状况[3]潘安娥、陈丽：《湖北省水资源利用与经济协调发展脱钩分析——基于水足迹视角》，〔北京〕《资源科学》2014年第2期。。江苏省作为中央长江经济带发展中的排头兵，承受着资源能源消耗和污染物高排放的困扰。随着经济新常态的发展，水资源约束将会进一步强化。杨莉（2019）建议江苏省将资源环境承载力作为产业布局和结构调整的刚性约束条件，以资源容量确定产业的规模和发展的项目[4]杨莉、余倩倩、张雪磊：《江苏沿江城市工业绿色发展评价与转型升级路径研究》，〔南京〕《江苏社会科学》2019年第6期。；游海霞（2015）基于IPAT方程的脱钩评价方法描述了江苏省及各市水资源利用与经济发展的关系，从整体及三大产业分别研究了经济发展与水资源利用间的区域差异[5]游海霞、岳金桂：《江苏省水资源利用与经济发展脱钩分析》，〔南京〕《水利经济》2015年第6期。；严凤霞（2015）运用Moran’s I指数分析江苏省区域经济发展与用水效率的空间关联度，分析发现地区经济发展水平是影响不同区域用水效率的最主要因素，空间聚集程度显著[6]严凤霞、张玲玲：《江苏省区域经济水平与用水效率的空间关联性分析》，〔合肥〕《华东经济管理》2015年第9期。；谈飞（2019）利用PSR理论框架，构建江苏省水资源环境与经济发展评价指标体系，并用耦合测度模型测算两者的耦合协调水平[7]谈飞、史玉莹：《江苏省水资源环境与经济发展耦合协调度测评》，〔南京〕《水利经济》2019年第3期。；蒋惠凤（2016）分析江苏省15年水资源利用与经济发展的脱钩研究，指出仅以用水量衡量水资源利用情况，缺少代表性[8]蒋惠凤、张兵：《江苏省水资源利用及其与经济发展的脱钩态势评价》，〔南京〕《江苏农业科学》2016年第12期。。LMDI模型能够将一个相对复杂的指标分解为若干简易的子指标，被众多学者运用于能源消耗的分解中。许长新（2017）运用LMDI方法分析三大产业用水量与经济发展每年的脱钩状态[9]许长新、林剑婷：《江苏产业用水与经济发展关系研究——基于改进脱钩模型》，〔武汉〕《中国农村水利水电》2017年第1期。；聂志萍（2019）运用LMDI方法将生活用水分为结构效应、技术效应、经济效应和人口效应四个方面[10]聂志萍、吴梦芝、马海良：《基于LMDI和脱钩理论的我国生活用水影响因素研究》，〔南京〕《水利经济》2019年第5期。；章恒全（2020）运用LMDI-Tapio 分析长江经济带经济增长与用水量的脱钩状态，将其状态的变化分为用水强度、产业结构、经济收入、人口规模四个方面[11]章恒全、陈纯、张陈俊：《长江三角洲地区用水量演变与脱钩的驱动效应研究——基于LMDI-Tapio 两阶段方法》，〔成都〕《资源开发与市场》2019年第5期。。

综上所述，现有江苏省水资源利用及经济发展脱钩有关研究取得了一定的进展，但仍存留一些问题有待解决：一是大部分江苏省水资源与经济脱钩研究仅停留在分析水资源与经济的脱钩状态，虽有针对两者关系驱动因素的研究，但有关指标的采用仍有改进的空间；二是目前对江苏省水资源的脱钩研究多用水量指标展开分析，采用水足迹理论展开水资源利用与经济发展关系的研究仍较少。

因此，本文构建水足迹-LMDI模型，研究2007—2017年江苏省水资源利用与经济发展的关系，并从技术改进、产业结构、规模经济、常住人口四个方面，挖掘影响江苏省水资源利用及经济发展关系的驱动因素，以为制定适宜的水资源管理政策，为新时期江苏省建设“强富美高”，实现经济发展与资源环境的动态均衡，发挥长江经济带的龙头地位提供理论支撑。

二、模型的构建与数据来源

1.水足迹计算

水足迹理论常用于水资源利用情况的评价研究中，本文运用水足迹理论表征人类的生产生活消费对水资源的影响。根据Hoekstra[1]Hoekstra,A.Y.,“Chapagain A K.Water Footprints of Nations:Water Use by People as A Function of Their Consumption Pattern”,Water Resources Management,2007,21(1),pp.35-48.的研究成果，得出水足迹计算公式为：

公式（1）中，WFP为某地区水足迹总量，IWFP为某地区消耗的境内水资源总量，EWFP为消耗境外产品的虚拟水总量。

公式（2）中，AWU为农业虚拟水量，IWU为工业用水量，DWU为生活用水量；EWU为生态环境用水量，VWU为出口虚拟用水量。

公式（3）中，VWI为进口虚拟水量，VWE为某地区进口商品再出口包含的虚拟水量，一般忽略不计。

根据水足迹的核算方法，构建相应的水足迹指标对区域水资源利用情况进行评价。

表1 水足迹评价公式

2.基于水足迹的脱钩模型构建

（1）脱钩理论

脱钩理论常见于资源和经济增长关系的研究中，反映的是经济发展与资源消耗不再相互依赖的现象，体现为打破传统资源消耗型经济发展模式。根据变量的不同变化趋势，脱钩态势又可细分为相对脱钩和绝对脱钩，具体而言：当经济发展水平提高，水资源利用水平也以较低的增长比率提高，这种情况称为相对脱钩；如果水资源利用水平增长率减少则称为绝对脱钩。绝对脱钩被认为是资源环境压力与经济发展水平间的理想状态，即在同等资源条件下，以最小的水资源规模实现最大化的经济增长。

目前常见的测度脱钩状态的方法包括OECD脱钩因子法、Vehmas脱钩指数、IGT脱钩方程、Tapio脱钩弹性指数和EKC 曲线。其中，前三种方法无法区分某些状态的弊端，EKC 曲线反映两种变量的走势，无法准确划分每个阶段的状态。Tapio脱钩弹性指数因其不受量纲变化的影响，在判定脱钩状态的演替过程具有一定的优势，因此在实际操作中得到广泛的应用。基于此，本文利用Tapio脱钩弹性方法测算水资源利用程度与经济增长相背离的程度。

（2）基于水足迹的脱钩模型

基于水足迹理论及Tapio脱钩弹性方法构建衡量水资源利用与经济发展脱钩状态的公式，其中，水资源利用情况运用水足迹的核算方法，经济增长采用GDP的变化率，因此，基于水足迹的脱钩模型公式为：

式中：e 为水资源利用脱钩系数，ΔWF 为水足迹变化率，ΔGDP 为该地区生产总值的变化量；WFt、WF0分别为第t 期末和基期的水足迹总量，GDPt、GDP0分别为第t 期末和基期的地区经济总量。参考以往文献对脱钩系数的划分标准，脱钩弹性系数可分为表2所示的八种情况。

表2 脱钩状态分类

八种脱钩状态中最为理想的是强脱钩状态，该状态下水资源利用与经济增长呈现反向变动的关系，表明经济增长不再依赖用水量的增加，水资源利用效率提高，进入可持续利用阶段。弱脱钩、扩张连接、扩张性负脱钩三种状态常常处于粗放型经济向可持续经济发展转型的中间状态，一般出现在经济发展的初期和中期。尽管该阶段用水大量消耗，但仍能带来经济的增长，相较之下弱脱钩状态较为接近理想状态。

经济衰退时，会出现弱负脱钩、衰退连接、衰退性脱钩、强负脱钩这四种状态。其中强负脱钩状态则最不理想，经济发展并没有随着资源的消耗而得以提升。尽管其余三种状态都能表现出经济发展与水资源利用的双重减弱，但弱负脱钩状态还是优于衰退性脱钩状态。

3.水足迹-LMDI脱钩模型构建及驱动效应分解

为了进一步研究江苏省水资源利用与经济发展的脱钩关系，在利用Tapio脱钩弹性方法对水资源利用与经济发展脱钩情况进行定量分析的基础上，参考王喜峰[1]王喜峰、沈大军、李玮：《水资源利用与经济增长脱钩机制、模型及应用研究》，〔济南〕《中国人口·资源与环境》2019年第11期。、章恒全[2]章恒全、陈纯、张陈俊：《长江三角洲地区用水量演变与脱钩的驱动效应研究——基于LMDI-Tapio两阶段方法》，〔成都〕《资源开发与市场》2019年第5期。等学者的研究，考虑到江苏省常住人口更能代表人口的驱动作用，从技术改进、产业结构、规模经济、常住人口四个方面，将模型进行如下扩展：

式中WFi为i行业水足迹总量；GDPi为i行业的生产总值；GDP为某地区国民经济生产总值；P为某地区常住人口；其中GDP与GDPi满足GDP=∑iGDPi。对上式进行改写：

式中：Ii=WFi/GDPi为第i产业用水强度；Si=GDPi/GDP为第i产业生产产值在国民经济生产总值中的比重；Inc=GDP/P为地区人均生产总值；P为地区常住人口数，满足GDP=∑iGDPi。

脱钩的概念侧重于脱钩过程的趋势性，强调脱钩行为需要一定周期的调整[3]孙睿：《Tapio脱钩指数测算方法的改进及其应用》，〔太原〕《技术经济与管理研究》2014年第8期。。以往的研究中常将这种周期设置为一年，可能导致经济进步、产业结构、经济规模等效应未能及时发挥作用。故本文将研究周期延伸至两年，更能体现有关政策、技术进步的实施效果。水足迹从基期变到当期，水足迹变化量ΔWF=WFt-WF0可以进一步分解为以下4个变量：

式中，ΔWFI、ΔWFS、ΔWFInc、ΔWFP分别指技术效应、产业结构效应、规模经济效应、常住人口效应，代表技术改进、产业结构、规模经济、常住人口四方面因素变化对水足迹的影响。

结合上述式子，可以推导出水足迹与经济发展水平脱钩分解模型：

式中，eI为技术效应引起的脱钩因子变化；es为产业结构效应引起的脱钩因子变化；eInc为规模经济效应引起的脱钩因子变化；ep为常住人口引起的脱钩因子变化。

4.数据来源与处理

本文各项原始数据为2008年至2018年十年间《江苏省统计年鉴》《江苏省水资源公报》《中国环境统计年鉴》中公开披露的数据。水足迹核算中，用中国历年美元市场汇率将进出口贸易总值换算成以人民币为单位核算的数值，乘上江苏省万元国内生产总值用水量得出进出口虚拟用水量。在经济核算中，采用平减指数法消除价格波动对国内生产总值的影响。国内生产总值以1990年为基准，对国民生产总值及各行业生产总值进行换算处理。由于统计数据获得的限制，本研究忽略进口再出口产品的用水量。农业生产用水采用农业产品产量乘以单位产品虚拟用水量的公式来计算。根据江苏省的农业生产特点，农产品包括粮食、棉花、油料3个农业产品和水产品、猪肉、羊肉、牛肉、牛奶5 个动物产品。不同农业产品的虚拟水含量参考王新华[1]王新华、徐中民、龙爱华：《中国2000年水足迹的初步计算分析》，〔兰州〕《冰川冻土》2005年第5期。的研究成果，具体数值详见表3。

表3 产品的单位产品虚拟含水量/m3·kg-1

三、江苏省水足迹与经济增长的脱钩研究

1.江苏省水足迹变化分析

江苏省水足迹及相关评价指标测算结果如表4所示。从表4数据来看，2007年水足迹取得最大值1058.04亿m3，其余年间江苏省水足迹总量呈现平稳上升的态势。

（1）内部组成分析

从内部组成结构来看，2007—2017 年农业水足迹、工业水足迹、生活水足迹、生态水足迹平均可达77.86%、23.22%、0.06%。水足迹内部差异明显，农业水足迹比重最大，而生态水足迹的占比则不足1%，由此体现出江苏省农业耗水需求大的基本情况。尽管农业产品的单位虚拟水量相对较小，但是由于产品产量较为庞大，因此农业水足迹占比最高。2007年江苏省政府出台关于加快江苏省节水型社会建设的意见，要求2010年单位工业增加值耗水量降低到45立方米/万元以下，工业用水重复利用率达到65%以上，因此2010年工业水足迹出现最小值191.85亿m3，之后随着工业产能的增加，工业水足迹缓慢上升，在水足迹来源中常年位居第二。

表4 2007—2017年江苏省水足迹构成及相关指标

进出口虚拟水量中，近10年来一直呈现出口虚拟水量大于进口虚拟水量的现象，说明江苏省虚拟水交易为顺差，这加剧水资源消耗压力，反映了江苏省活跃的对外贸易水平。进、出口虚拟水量逐年降低，说明江苏省对外经济贸易结构正在不断优化。在对外贸易稳步推进的过程中，虚拟水进出口量不断减少，工业用水水平得以提升。

经济越发达地区人均水足迹也相对较高，江苏省2007—2017年间人均水足迹平均可达1187.87 m3/人·年，人均水足迹缓慢上升，高于我国平均水平702 m3/人·年，低于全球平均水平1243m3/人·年[1]刘楚烨、赵言文、马群宇、卞雪、贲春月：《基于水足迹理论的江苏省水资源可持续利用评价》，〔咸阳〕《水土保持通报》2017年第6期。，说明江苏省与世界发达地区的人均水平有所差距。

（2）水资源利用情况分析

水资源匮乏指数总体呈现波动趋势，其中2013年水资源最为匮乏，2016年水资源压力最轻，这可能与不同年份不同的降雨情况有关。在2007至2017年间，虽然水资源紧缺的压力得以缓解，但该指标仍然大于1，说明目前水资源总量尚未满足当前的生产生活需求。在水资源自给方面，水资源自给率从2007年79%上涨至2017年92%，持续攀升，对外界水资源的依赖性逐渐降低；水资源利用率不断提高，年均增长率17.9%。综合各个水足迹相关指标表明，江苏省水资源利用效率不断提高，但水资源仍承受一定的压力。

2.水足迹与经济增长的脱钩分析

根据水足迹-LMDI脱钩弹性模型，结合Tapio脱钩状态划分标准，确定2007—2017年江苏省水足迹与经济发展的脱钩评价结果（表5）。

（1）整体脱钩分析

由表5可以看出，整体上江苏省水资源利用与经济发展脱钩弹性指数较为平稳，水资源利用速度低于同期经济增长速度，已经进入脱钩阶段。从各年水资源利用情况来看，2007至2009年短暂地出现强脱钩状态，其余年份尚处于弱脱钩状态，江苏省水资源利用与经济发展的脱钩状态基本稳定，符合江苏省水资源利用与经济发展脱钩的基本现状。这与江苏省委省政府的一系列重要战略决策密切相关。自2007年以来，江苏省不断加大产业结构调整，开展了行业专项节水行动，使万元工业增加值用水量明显降低，各个行业的用水水平得到提高，单位国民经济产值用水量渐趋优化。2009年开始建立了最严格水资源管理制度，2012年出台了《关于实行最严格水资源管理制度的实施意见》，使得江苏经济增长的同时用水量逐渐减少。

表5 江苏省水资源利用与经济增长脱钩关系结果

（2）行业脱钩分析

由于现实水资源统计中，江苏省将服务业用水和生活用水共同并入生活用水且服务业用水占比较小，因此将不针对服务业进行单独的分析。从各行业来看，农业作为江苏省水资源第一大流向行业，2007—2009年、2015—2017年农业水足迹与农业经济产值呈现强脱钩状态，中间年份为弱脱钩状态。GDP增长率较为平稳，保持在0.066水平左右；农业水足迹在2007—2009年和2015—2017年两个阶段有所回落，2009—2015年一直保持上涨态势。农业灌溉节水技术的推广给农业用水带来一定的节水效益，但随着经济的不断发展，农业用水等刚性需求也在不断增长，这就导致农业用水与经济增长出现了弱脱钩的初级状态，尚未达到脱钩的理想状态。工业是国民经济的重要支柱性产业，经济增速平均可达0.21，远远高于同期农业经济发展增速；江苏省在2007年后开展的行业专项节水行动后，在稳步推进经济发展的同时，严控工业用水量，提高工业废水回收率，工业水足迹在2007—2011年暂时性回落，此后随着工业用水量不断扩大，工业水足迹逐年增加，仍处于弱脱钩状态。

3.脱钩驱动因素及效应分析

本文在Tapio 脱钩弹性模型的基础上，结合Kaya 恒等式和LMDI 分解法，将江苏省水资源利用与经济发展脱钩弹性指数分解为四大脱钩因子。2007—2017 年江苏省水足迹与经济发展脱钩状态的驱动效应脱钩因子贡献的分布情况见表6。

表6 脱钩因子分析表

技术效应脱钩因子呈现先下降后上升趋势，2009—2011年达到近10年的最小值。这得益于江苏省2009年开始实施的最严格水资源管理制度，以及全省大力推广节水技术与方法，系列推进节水型社会建设的制度安排。产业结构效应脱钩因子是江苏省水资源利用与经济脱钩的主要影响因子，近些年江苏省二三产业比重逐渐增加，产业结构不断优化，这使得高耗水的第一产业逐步被耗水少、经济产值大的二三产业取代，在大力发展经济的同时有效节约了水资源。但是节水效率明显的第三产业占比仍然较低，导致产业结构脱钩因子的驱动效应尚不显著，因此未来江苏省依旧将产业结构优化调整作为工作发展的重心，培育节水型产业发展，推进节水型社会建设可持续发展。规模经济发展效应也没有促进水资源利用与经济发展的脱钩，反而在一定程度上导致用水增加。任何行业的发展都离不开水资源的支持，因此经济发展效应没有促进水资源利用与经济发展的脱钩并不意味着江苏省为了节水而抑制经济的发展。人口效应并没有促进江苏省水资源利用与经济增长的脱钩。脱钩因子从2007—2009 年的11.55 下降到2015—2017 年的6.83，十年间近乎下降一半。这说明，尽管节水技术、节水设施已经在居民中推广，但是人口的持续增长仍然导致水资源需求增加。

综上，在影响江苏省水资源利用与经济增长脱钩状态变化的四个脱钩效应驱动因子中，技术效应和产业结构是促进江苏省水资源利用与经济增长脱钩的主要因素，而规模经济效应和人口效应则起到负向驱动的效果。

四、结论与建议

1.结论

为了解当前江苏省在经济高速发展状态下的水资源利用情况，本文计算了江苏省2007—2017年的水足迹并结合水足迹相关的评价指标对江苏省水资源利用情况进行了评价，结果表明：江苏省水足迹呈现下降的趋势，内部结构差异大，农业用水是江苏省水资源的最大流向，占比超过一半。尽管江苏省目前仍然面临水资源紧缺的压力，但水资源利用效率在不断上升。江苏省水资源利用整体上呈现弱脱钩状态，即经济增长的同时伴随水足迹的增加，但水足迹增加的幅度小于经济增长的增加幅度。进一步利用LMDI方法将水资源利用与经济发展脱钩指数分解为技术改进、产业结构、规模经济和人口效应四个方面，可知技术效应和产业结构对提高水资源利用效率具有驱动作用。

2.建议

根据研究脱钩驱动效应分析可知，产业结构效应脱钩因子是江苏省水资源利用与经济脱钩的主要影响因子，根据江苏省的实际情况，提出以下改进建议：

（1）深化节水技术应用，提高水资源利用率。农业与工业是消耗水资源最多的两个产业。农业方面，江苏省内各地区应合理发展低耗水、高经济效益的农业产品种植规模，推进江苏农田水利设施提档升级，加强大中型灌区节水改造力度，推广高效、智能化节水灌溉技术。工业方面，宣扬节水型绿色生产模式，依托先进的智能化技术开源节流，加大节水力度，提高水资源的利用效率，以资源利用方式的转变促进经济发展方式转变，促进水资源利用与经济发展相协调。（2）深化供给侧结构性改革，加快产业结构转型升级。江苏作为制造经济大省，应持续深化供给侧结构性改革，调整优化产业结构，促进制造业转型升级，打造先进产业集群，积极推行水循环梯级利用，形成水资源利用与产业结构、区域空间布局协调发展的新格局。通过推动节水合同管理，完善节水产品企业质量诚信体系建设，大力培育发展节水服务业。优化江苏省进出口商品结构，引进丰富的虚拟水，最大化实现节水效应。（3）积极探索经济内循环，优化水资源配置效率。江苏省既是中国经济大省又是水资源水质性缺水省份，规模经济发展尚未促进水资源利用与经济发展脱钩。借机双循环经济发展战略，优化水资源配置，持续关注水资源利用效率与规模经济的发展关系，完善水资源利用效率的考评机制。（4）促进科技人才流动，强化居民节水意识。以立体的节水政策法规、市场机制、标准体系多维引导节水型生产和生活方式，推动节水意识深入民心，以此严格控制全省用水总量，提升水资源利用效率。（5）坚持绿色发展理念，完善生态补偿机制。区分农业灌溉区、产业集群以及生态保护区域，树立“可持续发展”的生态补偿理念。坚持“优农业、新工业、保生活、增生态”的绿色经济发展思路，充分利用市场化、多元化的生态补偿机制，缓解经济发展与水资源保护的矛盾，以更好地提升全省生态文明建设，保障人民群众健康权益。