基于水足迹的安徽省水资源利用与经济发展脱钩效应研究

2024-07-09李宝春

安徽农业科学 2024年12期

摘要运用水足迹理论方法，结合脱钩理论和LMDI方法构建Tapio-LMDI模型，分析研究安徽省2011—2020年水资源利用与经济发展的脱钩效应。结果表明，安徽省水足迹呈现出逐渐降低的趋势，虽然人均水足迹和水资源自给率相对较高，水资源紧缺的压力有所缓解，但是水资源总量仍未能满足生产和生活的需求，仍处于紧缺状态。安徽省水资源最大流向行业为农业，生态用水占比最小，工业和生活用水表现出缓慢增加的趋势。安徽省水资源利用与经济发展整体处于弱脱钩状态，技术效应、产业结构效应、规模经济效应和常住人口效应4个脱钩因子中，技术效应、产业结构效应脱钩因子为脱钩的主要促进因子，而规模经济效应、常住人口效应脱钩因子对脱钩均具有负向驱动作用，但常住人口效应脱钩因子对脱钩的影响相对较小。因此，需要大力发展节水技术，优化升级产业结构，增强居民节水意识，从而促进安徽省水资源与经济的可持续发展。

关键词水资源利用；水足迹；脱钩效应；安徽省

中图分类号 TV 213 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）12-0197-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.12.041

Study on Decoupling Effect of Water Resources Utilization and Economic Development in Anhui Province Based on Water Footprint

LI Bao-chun

（Anhui and Huaihe River Institute of Hydraulic Research，Hefei，Anhui 230088）

Abstract The Tapio-LMDI model was constructed by combining the water footprint theory with the decoupling theory and LMDI method to analyze the decoupling effect between water resources utilization and economic development in Anhui Province from 2011 to 2020.The result showed that although the per capita water footprint and self-sufficiency rate of water resources were relatively high， and the pressure of water shortage had been alleviated， the total water resources still failed to meet the needs of production and life， and were still in a state of shortage.In Anhui Province， the largest flow industry of water resources was agriculture， the proportion of ecological water use was the smallest， and industrial and domestic water use showed a slow increase trend.On the whole， water resources utilization and economic development showed a weak decoupling state，technology effect decoupling factor and industrial structure effect decoupling factor were the main influencing factors to promote the decoupling，the decoupling factors of scale economy effect and resident population effect had negative driving effects ，and the effect of resident population decoupling factor on decoupling was relatively small.Therefore， it is necessary to vigorously develop water-saving technology， optimize and upgrade industrial structure， and enhance residents awareness of water-saving， so as to promote the sustainable development of water resources and economy in Anhui Province.

Key words Water resources utilization;Water footprint;Decoupling effect;Anhui Province

作者简介李宝春（1978—），男，安徽六安人，工程师，从事水利工程设计研究。

收稿日期 2023-12-12

水资源是重要的基础资源和战略资源，水资源的丰盈程度会对人们生活质量和区域经济发展产生重要影响，在社会生产和发展过程中具有不可替代的作用。近年来，随着我国社会经济的快速发展，城市化进程不断推进，城镇人口数量快速增加，水资源短缺、水环境恶化等问题越来越严重，已逐渐成为制约经济发展的不可忽视的因素［1］。

水足迹是在生态足迹的概念基础上被提出的，主要指消费产品中的水资源量，分为虚拟水和实体水2个部分［2］。水足迹理论有效弥补了生态足迹理论中忽视地表水和地下水资源的缺陷，可以真实反映水资源的消耗和流通程度，是一种科学、全面了解水资源状况的评价方法［3］。脱钩理论在被引入资源环境领域后，常被用来研究资源消耗与经济发展之间的耦合断裂关系，其本质是指随着经济增长，资源利用效率提高，而资源利用总量的增加速度逐渐放缓，直至实现零增长或负增长［4］。沈瑞华等［5］基于水足迹模型和Tapio脱钩模型，分析评价了京津冀城市群水资源消耗与经济发展的协调关系；杨燕燕等［6］通过水足迹理论方法和Tapio脱钩指数模型，分析了黄河流域水量足迹与经济发展脱钩的程度；潘忠文等［7］采用水足迹计算方法并结合Tapio模型对我国水资源利用与经济增长的协调关系进行了分析。对数均值迪氏指数模型（LMDI）可以将因变量分解成多个简易的指标，已被广泛应用于能源消耗相关研究中。陆秋雨［8］通过构建LMDI模型，探究了河南省水资源与经济发展之间的脱钩效应，并将脱钩状态分解为人口规模、用水强度、产业结构、规模经济4个指标；孙付华等［9］利用水足迹-LMDI模型，对江苏省水资源利用情况进行了分析研究。

安徽省位于我国中东部，降水时空分布不均，随着城镇化进程的快速推进，社会经济不断发展，对水资源的需求量不断增加，水资源与经济发展不匹配以及不同区域之间的用水矛盾日益凸显。基于此，该研究基于水足迹理论方法，结合脱钩理论和LMDI方法，构建Tapio-LMDI模型，分析安徽省水资源利用与经济发展的脱钩效应，以期为安徽省水资源利用与经济协调发展提供理论依据。

1 研究方法

1.1 水足迹测算模型

水足迹测算模型主要是通过建立境内生产和服务的用水量与境外虚拟水进出口相结合的模型［10］，进而衡量用水总量，通常将境内生产和服务用水分解成农业用水、工业用水、生活用水、生态用水。已有研究大多将农业用水作为基础指标，而忽略了农业虚拟水在农业生产过程中的影响［11］，为了真实反映安徽省水资源利用状况，笔者结合农业实体水与虚拟水来构建水足迹模型。计算公式为：

TWF=TIWF+TEWF（1）

TIWF=TAGEF+TINWF+TLIWF+TECEF-TEXWF（2）

TEWF=TIMWF-TIEWF（3）

MWP=TWFTPO（4）

RIW=TIWFTWF×100%（5）

IIA=TIWF+TEXWFTAVWF（6）

BGW=TGDPTWF（7）

式（1）～（7）中：TWF为地区水足迹总量；TIWF为境内水足迹总量；TEWF为境外消耗虚拟水量；TAGEF为农业虚拟水量；TINWF为工业用水量；TLIWF为生活用水量；TECEF为生态用水量；TEXWF为出口虚拟用水量；TIMWF为进口虚拟水量；TIEWF为进口再出口虚拟水量；MWP为人均水足迹；TPO为人口数量；RIW为水资源自给率；IIA为水资源匮乏指数；TAVWF为水资源总量；BGW为水资源利用效率；TGDP为地区生产总值。

1.2 基于水足迹的脱钩模型

脱钩模型在资源与经济发展之间关系研究中的应用较为广泛，主要是反映地区经济发展与资源消耗不再相互依赖的状况［12］。目前测度脱钩状态的方法较多，其中，Tapio脱钩弹性指数法不会受到量纲变化的影响，在脱钩状态分析过程中具有较大优势［13］。因此，该研究采用Tapio脱钩弹性指数法来构建安徽省水资源利用与经济发展的脱钩模型。计算公式为：

e=ΔTWFΔTGDP（8）

ΔTWF=TWFt-TWF0TWF0（9）

ΔTGDP=TGDPt-TGDP0TGDP0（10）

式（8）～（10）中：e为脱钩系数；ΔTWF为水足迹变化量；ΔTGDP为生产总值变化量；TWFt、TWF0分别为第t、0期的水足迹总量；TGDPt、TGDP0 分别为第t、0期的经济总量。参考文献［14］的划分标准，脱钩状态可划分为8种类型（表1）。

1.3 基于水足迹的LMDI脱钩模型及驱动因素分解

为了更加深入地分析安徽省水资源利用与经济发展的脱钩状态，在Tapio脱钩模型的基础上，继续引用LMDI模型［15］，从技术改进、产业结构、规模经济、常住人口4个方面深入分析安徽省水资源利用与经济发展脱钩驱动因素。计算公式为：

TWF=iTWF=iTWFiTGDPi×TGDPiTGDP×TGDPP×P（11）

式中：TWFi为行业i的水足迹总量；TGDPi为行业i的生产总值；TGDP为国民经济生产总值；P为常住人口数量。其中，TGDP=iGDPi，可将式（11）调整为：

TWF=iTWF=iIi×Si×Inc×P（12）

式中：Ii为行业i的用水强度；Si为行业i的生产总值；Inc为人均生产总值。

再将水足迹总量进一步分解为分别反映技术改进（TWFI）、产业结构（TWFS）、规模经济（TWFInc）、常住人口（TWFP）的4个变量因素，可得式（13）：

ΔTWF=ΔTWFI+ΔTWFS+ΔTWFInc+ΔTWFP（13）

结合上述公式，推导出水资源利用与经济发展脱钩分解模型，公式如下：

e（TWF，TGDP）=ΔTWFΔTGDP（14）

e（TWF，TGDP）=（ΔTWFI+ΔTWFS+ΔTWFInc+ΔTWFP）/TWFΔTGDP/TGDP（15）

e（TWF，TGDP）=eI+eS+eInc+eP（16）

式中：eI、eS、eInc、eP分别表示技术改进、产业结构、规模经济、常住人口效应导致的脱钩因子变化。

1.4 数据来源

研究数据来自2011—2020年《安徽统计年鉴》《安徽环境年鉴》《安徽省水资源公报》。农业生产用水利用农产品产量乘以单位农产品虚拟用水量的方法求得，单位农产品虚拟用水量参照焦士兴等［16］的研究成果，并根据安徽省农业生产实际，选取粮食、棉花、油料、水产品、猪肉、牛肉、羊肉、牛奶共8个产品，其虚拟含水量分别为1.043、4.230、2.350、5.000、2.211、12.560、5.202、2.200 m3/kg。

2 结果与分析

2.1 安徽省水足迹状况分析

2.1.1 水足迹内部组成分析。

根据水足迹测算模型，得出安徽省水足迹和相关指标测算结果（表2）。由表2可知，2011—2020年安徽省农业水足迹、工业水足迹、生活水足迹和生态水足迹年均值分别占比86.86%、10.33%、2.28%、0.53%，且在2015年水足迹达到最大值979.67亿m3。进一步分析可知，研究期内水足迹内部存在明显差异，农业水足迹所占比重最大，而生态水足迹所占比重不到1%，由此可以看出安徽省耗水需求较大的行业为农业，虽然安徽省单位农产品虚拟用水量较小，但是由于农业种植规模庞大，且产量较高，导致农业水足迹占比最大。工业水足迹和生活水足迹整体上呈现出逐渐增加的状态，而生态水足迹经历了短暂降低—升高—降低—升高的趋势，波动较大。这主要是由于研究期内安徽省连续出台了一系列关于水资源的政策和法规，安徽省属于农业大省，农业水资源需求量大，虽然政府部门实行了区域年度用水计划管理政策，也在一定程度上降低了不同行业的水资源浪费现象，水资源利用效率有所提高，但是部分地区仍存在农业灌溉技术落后、水资源承载力弱的问题。

进口虚拟用水量和出口虚拟用水量方面，2011—2020年始终表现为出口虚拟用水量大于进口虚拟用水量，表明安徽省虚拟水交易呈现顺差的特征，也进一步加剧了水资源消耗的压力，也可以反映出安徽省对外贸易水平较为活跃。研究期内进口虚拟用水量和出口虚拟用水量整体上均呈现出降低的趋势，反映出安徽省对外经济贸易结构正在逐步优化。

一般情况下经济较发达的地区，其人均水足迹也较高，安徽省2011—2020年的人均水足迹在2015年达到最高，为1 629.80 m3/人，总均值为1 568.87 m3/人，整体表现出缓慢降低的趋势，但仍高于我国平均水平的1 190.9 m3/（人·a）［17］，表明安徽省人均水足迹与预期具有一定差距。

2.1.2

水资源利用情况。

由表2可以看出，2011—2020年安徽省水资源匮乏指数表现出一定波动的趋势，其中2016年的水资源压力较轻，2019年的水资源压力最大，2020年水资源压力有所缓解，这主要与研究期间各年份的降雨量有关。虽然2020年安徽省水资源匮乏指数表现出下降的趋势，水资源压力稍有缓解，但是匮乏指数仍大于1，表明现阶段安徽省水资源总量无法满足人们生活、生产的需要。水资源自给率从2011年的98.03%逐渐增高至2020年的98.97%，表明安徽省对外界水资源的依赖程度在不断降低。水资源利用效率也由2011年的18.26元/m3逐渐上升为2020的42.68元/m3，年均增长率24.64%。综合上述水足迹各项指标数据可知，安徽省水资源利用效率正在不断提高，但水资源仍面临着较大的压力。

2.2 安徽省水资源利用与经济发展脱钩状况分析

2.2.1 整体脱钩状况分析。

由表3可知，2011—2020年安徽省水资源利用与经济发展之间的脱钩弹性指数处于相对平稳的状态，水资源利用与经济发展整体上呈现出弱脱钩状态。其中，2011—2012年表现为短暂的强脱钩状态，其他年份均呈现出弱脱钩状态，脱钩因子小于0.3，处于基本稳定阶段，这与研究期内安徽省的现状基本相一致。近些年来安徽省逐渐加大了产业结构的调整力度，同时制定和实施了专项节水行动，使得各行业的用水水平和效率得到大幅提高，2013年安徽省人民政府印发《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，使得安徽省在大力发展经济的同时也降低了总用水量。

2.2.2 不同行业脱钩状况分析。

由表3可知，安徽省水资源最大流向行业为农业，2011—2012、2019—2020年农业水足迹与经济产值表现为强脱钩状态，2012—2019年均呈现弱脱钩状态，农业水足迹在2011—2015年持续上涨，2016—2020年有所回落。安徽省为农业大省，自2010年开始就加大了对灌区节水改造力度，积极建设水利工程，大力推广农业灌溉节水技术，这些措施的实施促进了农业用水方式与经济发展方式的转变，提高了农业水资源的利用效率，但是伴随着经济的快速发展，农业用水的刚性需求也不断增加，致使农业用水与经济发展呈现弱脱钩状态。在此期间，随着安徽省工业生产总值的增加，工业用水量也表现出快速增加的趋势，且水环境污染等问题也变得日益严重。2011—2013年，安徽省工业水足迹与经济发展呈现强脱钩状态，自2013年安徽省加大产业结构的调整力度，并出台实施专项节水行动，严格控制工业用水量，提升工业废水的回收率，工业水足迹在2014—2017年有所降低，但是随着工业用水总量的增加，自2017年工业水足迹也呈现出增加的趋势，持续处于弱脱钩状态。

2.3 安徽省水资源利用与经济发展脱钩效应分析

该研究基于Tapio脱钩模型，并利用LMDI模型，将安徽省水资源利用与经济发展脱钩弹性指数分解为4个脱钩因子，即技术效应、产业结构效应、规模经济效应、常住人口效应（表4）。表4显示，技术效应脱钩因子（eI）是促进安徽省水资源利用与经济发展脱钩的主要影响因子，呈现出先降低再持续升高的趋势，2012—2013年为研究期内最低值，这主要是由于2013年安徽省出台了一系列专项节水行动，并大力推广实施先进的节水技术。产业结构效应脱钩因子（eS）是促进脱钩的另一个主要影响因子，近年来随着安徽省第二、三产业的快速发展，产业结构得到了明显优化，这就导致第二、三产业逐渐取代了耗水量最大的第一产业，在保证经济稳步发展的同时也提高了水资源利用效率。尽管第三产业具有明显的节水效率，但是所占比重低，这也就导致产业结构效应脱钩因子（eS）的驱动效应不明显，因此，优化产业结构仍是安徽省今后的工作重点，需要大力发展、培育节水型产业。规模经济效应脱钩因子（eInc）不但未能促进安徽省水资源利用与经济发展的脱钩，反而导致了用水量的增加。常住人口效应脱钩因子（eP）未能有效促进安徽省水资源利用与经济发展的脱钩，从2011—2012年的12.27降低为2019—2020年的7.11，降低了42.05%，表明虽然安徽省加大了推广实施先进的节水技术和方法的力度，但是人口增长仍增加了水资源的需求量。

3 结论与建议

3.1 结论

安徽省水足迹呈现出逐渐降低的趋势，虽然人均水足迹和水资源自给率相对较高，水资源紧缺的压力有所缓解，但是水资源总量仍未能满足生产和生活的需求，仍处于紧缺状态。安徽省水资源最大流向行业为农业，农业用水占比超过80%，而生态用水占比不到1%，工业和生活用水表现出缓慢增加的趋势。安徽省水资源利用与经济发展总体上呈现出弱脱钩状态，即水足迹随着经济的发展也在不断增加。技术效应、产业结构效应脱钩因子为脱钩的主要促进因子，规模经济效应、常住人口效应脱钩因子对安徽省水资源利用与经济发展脱均具有负向驱动作用，但常住人口效应脱钩因子对脱钩的影响相对较小。

3.2 建议

3.2.1

大力发展农业节水技术。安徽省水资源量消耗最大的产业是农业，应积极引进并推广农业生产过程的节水技术，摒弃大水漫灌，积极采用并推广滴灌、喷灌等高效的和智能化的灌溉方式，促进节水农业的发展［18］。

3.2.2

优化升级产业结构，促进产业结构转型和升级。优化产业结构，促进制造业的转型和升级，建设产业集群，推广水循环用水技术、设备和工艺，优先利用再生水等非常规水源，不断完善水资源利用与产业结构协调发展的格局。可以将水资源作为刚性条件，及时淘汰高耗水行业，积极转变能源利用方式，推广使用清洁能源。

3.2.3

增强居民节水意识。通过节水政策、市场机制等引导节水型生活方式，加大节约水资源宣传力度，科学利用价格杠杆的引导作用，不断增强居民的节水意识，以达到控制用水总量的目的，逐渐形成一种绿色的水资源消费模式。

参考文献

［1］赵一丹，陈红.虚拟水视角下我国主粮贸易对水资源压力的影响［J］.安徽农业科学，2022，50（4）：69-73，78.

［2］侯小洁，范珂，何琴慧，等.水足迹视角下陕西省水资源利用评价分析［J］.江西农业学报，2022，34（12）：136-144.

［3］孙贤斌，孙良萍，刘乾坤，等.基于水足迹的引江济淮调水生态补偿标准研究［J］.安庆师范大学学报（自然科学版），2022，28（3）：63-68.

［4］高甜，杨肖丽.黄河流域粮食与能源水足迹压力与绿色发展脱钩关系研究［J］.节水灌溉，2021（10）：24-29，35.