基于LMDI模型的山東省生活用水變化及驅動因素分析

趙彤彤 侯文

摘要：改革開放以來，隨著經濟社會的不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的提高，生活用水量持續(xù)增加。本文利用山東省16個地市2007—2019年生活用水數據，分析這一時期山東省生活用水變化特征及時空分布差異，并基于LMDI分解模型對生活用水變化的驅動因素進行分解，研究發(fā)現：（1）山東省生活用水量和人均生活用水量總體呈現增長趨勢；（2）青島、臨沂、濰坊、濟南以及菏澤生活用水量增加幅度位列前五，從空間上看，主要集中在東部和中部；（3）技術效應和經濟效應是導致生活用水量發(fā)生變化的主要因素，技術效應是抑制生活用水量增加的主要因素，經濟效應是促進生活用水量增加的主要因素。未來可以通過加強節(jié)水教育和宣傳，加大水情科普力度，大力推廣和使用節(jié)水器具、節(jié)水技術等實現節(jié)約用水，對于提高水資源利用效率，優(yōu)化水資源管理，建設節(jié)水型社會具有重要意義。

關鍵詞：生活用水；驅動因素；LMDI模型；山東

中圖分類號：P967文獻標識碼： ADOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2021.05.011

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

基金項目：山東省科學院青年科學基金資助項目（2020QN0027）

0引言

水資源是對生命健康、生產生活、生態(tài)安全、經濟活動、區(qū)域發(fā)展等都具有重要意義的基礎性自然資源，被稱為生命之源、生產之要、生態(tài)之基①。水資源既是基礎性自然資源，也是戰(zhàn)略性經濟資源，是生態(tài)環(huán)境的控制性要素②。水不但是生命的源泉，還關系著可持續(xù)發(fā)展的深度，水資源對于可持續(xù)發(fā)展的三個主要內容，即人類的福祉、經濟發(fā)展和環(huán)境健康，都發(fā)揮著重要的作用[1]。雖然我國水資源總量位于世界前列，但是人口基數大，人均水資源量僅為世界平均值的四分之一，是全球嚴重缺水的國家之一，并且受我國的地理位置及氣候條件的影響，水資源時空分布極不均勻。當前隨著現代工業(yè)的迅速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，未來一段時間內對水資源的需求將會持續(xù)增加，水資源供需矛盾進一步突出，水資源成為制約我國經濟發(fā)展的重要因素[2]。黨的十八大以來，習近平總書記多次就水安全發(fā)表重要講話、作出重要指示，深刻指出隨著我國經濟社會不斷發(fā)展，水安全中的老問題仍有待解決，新問題越來越突出、越來越緊迫，明確提出了“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水方針，突出強調要從改變自然、征服自然轉向調整人的行為、糾正人的錯誤行為。按照使用用途，水資源可以分為農業(yè)用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水、生活用水等。生活用水作為我國用水量的重要組成部分，其安全與否與居民日常生活及生命安全息息相關，直接影響居民生活質量。2019年，全國總用水量6021.2億m3，其中生活用水871.7億m3，占用水總量的14.5%，而2009年這一占比為12.6%，增加了近2%[3-4]。因此，分析歷年來生活用水變化趨勢，識別生活用水量變化的影響因素，能夠為測算節(jié)水潛力、做好用水規(guī)劃提供依據，對于未來優(yōu)化用水管理、構建節(jié)水型社會具有重要意義。

當前，國內外學者對用水量及用水結構變化的驅動因素進行了諸多分析，研究對象主要集中在總用水量、用水結構以及工業(yè)用水方面[5-11]，研究方法包括信息熵[7，12]、主成分分析法、結構分解分析方法（Structural Decomposition Analysis，SDA）[13-14]和指數分解分析方法（Index decomposition analysis，IDA）等，其中結構分解和指數分解分析方法最常用，但是由于結構分解法嚴重依賴于相關部門發(fā)布的投入產出表，使得其應用受到一定的限制，指數分解法主要應用于分析能耗和溫室氣體排放驅動因素，其中LMDI（對數平均迪氏指數法，Logarithmic Mean Divisia Index）模型計算簡單方便，被廣泛應用在碳排放、水資源利用驅動因素分解研究中[5，15]。已有研究結論顯示，經濟社會發(fā)展和人口增長是影響用水結構的主導因素[7]，人口數量增加、城鎮(zhèn)化水平及經濟發(fā)展水平提高會促進用水量的增加[16]，技術進步和產業(yè)結構調整則會抑制用水量增加[5，15，17]，經濟結構調整、節(jié)水水平、人口演變、用水需求等是造成用水結構變化的主要驅動因素[12]，人口增長和居民生活方式的改變會導致生活用水量增加[11]，產業(yè)用水主要是由于經濟增長、產業(yè)結構調整以及技術進步共同決定的[9]。有關生活用水方面的研究主要分為兩大類，一類是微觀層面的居民家庭生活用水及其影響因素分析[18-21]，另一類為某一區(qū)域生活用水量變化特征及影響因素分析[22-26]。2007年袁寶招等[22]運用相關分析和主成分分析方法研究發(fā)現我國自改革開放以來生活用水量持續(xù)增加，城市和農村用水定額不斷提高，經濟社會發(fā)展水平、用水條件以及公共設施建設是影響生活用水變化的主要因素。當前利用因素分解法對生活用水變化趨勢及驅動因素進行分析的研究較少，陳磊等[26]采用多區(qū)域LMDI模型對新城鎮(zhèn)化時期廣東省城鎮(zhèn)和農村生活用水量變化趨勢進行了分析，人口變化效應導致生活用水量增加，而用水強度抑制生活用水量的增加。趙存學等[25]研究發(fā)現城鄉(xiāng)消費用水強度和人均消費水平分別是促進和抑制居民生活用水減少的主要因素，城鎮(zhèn)化和人口增長會導致居民生活用水量的增加。本文利用山東省16個地市2007—2019年生活用水數據，深入分析這一時期山東省生活用水變化特征及時空分布差異，并基于LMDI分解模型，對生活用水變化的影響因素進行精準識別與分析，以期對今后山東省優(yōu)化水資源管理、建設節(jié)水型社會提供科學參考。

1研究模型及數據來源

1.1 LMDI模型

為了分析和理解經濟、環(huán)境、就業(yè)等社會-經濟指標的變化，評估其潛在的驅動或決定性因素是非常重要的。Ang[27-28]提出對數平均迪氏指數法（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI），由于該方法在分解對象后沒有無法解釋的殘差，并且可以使用加法分解和乘法分解相對簡單的轉換表達式，方便計算，易于解釋，被廣泛應用到能源消耗、碳排放等多個領域。

1.2研究區(qū)概況及數據來源

山東省位于中國東部沿海、黃河下游，分屬于黃、淮、海三大流域，下轄16個地市，2019年年末常住人口為10070.21萬人，占全國總人口7.19%，多年平均水資源總量為308.1億m3，僅占全國水資源總量的1.1%，人均水資源占有量不足全國平均水平的1/6，耕地畝均水資源占有量僅占全國平均值的1/5，資源性缺水、工程性缺水、水質性缺水并存，相互疊加，水資源供需矛盾日趨突出，是水資源嚴重短缺的省份之一③。水資源緊缺是山東的基本省情，也是國民經濟和社會發(fā)展的重要制約因素。近年來，山東省在全國率先探索實施最嚴格的水資源管理制度，嚴控用水總量、用水效率和水功能區(qū)限制納污能力，大力推進農業(yè)節(jié)水、工業(yè)節(jié)水和城鎮(zhèn)節(jié)水，全省節(jié)水水平大幅提升。生活用水是水資源利用的重要一環(huán)，研究生活用水量變化趨勢及其驅動因素，對于促進水資源合理開發(fā)利用和保護、優(yōu)化水資源管理、建設節(jié)水型社會具有重要參考意義。

研究區(qū)域選擇山東省16個市，時間跨度為2007—2019年，研究所用人口數據、用水數據均來源于《山東省統(tǒng)計年鑒》《山東水資源公報》，生活用水包括城鎮(zhèn)公共生活用水和居民生活用水。

2生活用水變化趨勢分析

2007—2019年，山東省生活用水量呈現穩(wěn)步增長態(tài)勢（詳見圖1），2007年山東省生活用水量為27.42億m3，2019年這一數值為37.29億m3，年平均增長率接近3%。從人均生活用水量來看，2007年為80.20L/ d，2019年人均生活用水量為101.45L/d，增加了26.50%，年平均增長率約為2%。

由圖1，2007—2019年山東省生活用水量變化大致分為3個階段：2007—2011年，生活用水量及人均生活用水量增加顯著，2012—2015年變化不大，2016—2019年生活用水量和人均生活用水量呈現增加趨勢。

山東省16地市2007、2019年生活用水量、人均生活用水量及2007—2019年生活用水量增加額如表1所示。

從空間上看，生活用水量較多的地市主要集中在魯中和魯東地區(qū)，主要包括濟南、青島、濰坊和臨沂。2007—2019年各地市生活用水量大都呈現增加態(tài)勢，2007年濱州、東營、威海和日照等4個地市生活用水量低于1億m3，2019年山東省16地市生活用水量均超過1億m3；2007年只有濟南和濟寧生活用水總量超過3億m3，2019年有4個地市生活用水量超過3億m3，其中濟南和青島超過4億m3。

從人均生活用水量來看，2007年16地市中有9個地市的人均生活用水量低于80L/d，占比超過56%，只有聊城市人均生活用水量在80～90L/d，淄博、青島和棗莊人均生活用水量在90～100L/d之間，濟南、東營和濟寧人均生活用水量超過100 L/d；2019年只有德州和聊城的人均生活用水量均低于80L/d，人均生活用水量超過100L/d的地市有8個，占比50%，人均生活用水量在80～90L/d的地市有淄博和煙臺，其余濰坊、臨沂、濟寧以及菏澤4市人均生活用水量在90～100L/ d。從空間上來看，人均生活用水量較多的地市主要集中在濟南和青島及周邊地市。

從各地市2007—2019年生活用水增加量來看（圖2），青島、臨沂、濰坊、濟南以及菏澤位列前五名，超過0.9億m3，濟寧生活用水量不增反降，2019年生活用水量比2007年減少了0.30億m3?？臻g上看，生活用水量增加比較多的地市集中在東部和中部，這也是山東經濟比較發(fā)達的區(qū)域。

3山東省生活用水驅動因素分析

3.1全省生活用水量驅動因素分解

利用LMDI模型對影響生活用水量變化的各個因素進行分解，探究結構效應、經濟效應、技術效應以及人口效應對生活用水變化的貢獻值，最終測算結果如表2所示。

根據表2，2007—2019年造成山東省生活用水量變化的驅動因素中，技術效應為負，經濟效應、結構效應和人口效應為正，說明技術手段不斷發(fā)展完善和提升有效地抑制了生活用水量的增加，而經濟水平提高、用水結構優(yōu)化調整和人口數量增長進一步促進生活用水增加。從數值上來看，技術效應的絕對值最大，為35.78億m3，經濟效應次之，為34.29億m3，結構效應為9.05億m3，人口效應為2.32億m3，由此可以看出技術效應和經濟效應對生活用水量變化的貢獻率最大，是主要驅動因素，其中技術效應是抑制生活用水量增加的主要因素，經濟效應則是促進生活用水量增加的主要因素。

2007—2019年大多數年份結構效應為正，用水結構優(yōu)化調整促進了生活用水的增加，只在2014—2015年、2018—2019年結構效應為負，結構效應對生活用品用水量增加起到了抑制作用。2007年以來，山東省率先全面實施最嚴格水資源管理制度，不斷推進節(jié)水型社會和水生態(tài)文明建設，各項工作取得積極進展，用水總量總體略有下降，用水效率進一步提升，用水結構不斷優(yōu)化，生活用水量占總用水量的比重逐年上升。

2007年以來技術效應全部為負值，說明技術手段提升，進一步提高了用水效率，抑制了生活用水量的增加。2003年山東省出臺《山東省節(jié)約用水辦法》，并于2012和2018年進行了兩次修訂④，2019年頒布實施新修訂的用水定額系列地方標準，把水資源作為最大的剛性約束，以落實國家節(jié)水行動和最嚴格水資源管理制度為抓手，細化實化“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產”舉措，減少水資源的粗放使用和無效供給，提升水資源利用效率和效益，單位GDP所消耗的水資源量下降。此外，在全社會大力宣傳合理用水、節(jié)約用水，強化居民節(jié)水意識，大力推廣普及節(jié)水工藝技術和器具。

從經濟效應來看，全部為正值，說明經濟水平提高，人均GDP增加，居民收入增加，生活水平進一步提高，家用電器進一步普及，用水習慣、衛(wèi)生習慣也會隨之發(fā)生變化，這些變化會直接導致生活用水量提高，是促進生活用水量提升的首要因素。

由表2可見，2007年以來人口效應全部為正值，但是絕對值均小于0.4億m3，可見人口效應不明顯，說明人口規(guī)模擴大對生活用水總量變化的影響較小。

根據前文，山東生活用水量的變化大致可分為3個階段，分別對這三個階段的變化情況進行因素分解，得到的結果如圖3所示。結構效應對生活用水總量的貢獻率由2007—2011年的89%下降到2015—2019年的53%，技術效應的貢獻率絕對值從287%下降到158%，經濟效應的貢獻率由282%下降到187%，只有人口效應的貢獻率出現了小幅增加，由16%增至18%。

3.2分區(qū)域生活用水量因素分解

根據地理位置，參考山東省自然資源廳和生態(tài)環(huán)境廳的劃分方法，將山東省劃分為四個區(qū)域：膠東（包括青島、煙臺和威海）、魯中（包括濟南、淄博、濰坊和泰安）、魯北（包括聊城、德州、濱州和東營）和魯南地區(qū)（包括菏澤、臨沂、濟寧、日照、棗莊）。由表3可知，2007—2019年魯中地區(qū)生活用水量增加最多，2.92億m3，其次是膠東地區(qū)（2.81億m3），魯中地區(qū)是山東政治文化中心，經濟較為發(fā)達；膠東地區(qū)包括青島、煙臺和威海，是山東經濟最為發(fā)達的區(qū)域；魯南地區(qū)生活用水量增加了2.46億m3，近幾年魯南地區(qū)經濟發(fā)展迅速，尤其是菏澤和臨沂；魯北地區(qū)生活用水增加量最少，只有1.68億m3，為省內經濟較為落后的地區(qū)。

2007—2019年，各區(qū)域結構效應均為正值，結構效應促進各地區(qū)生活用水量的增加，其中魯中地區(qū)最大，為3.45億m3，對生活用水量增加的貢獻率為118%，說明這一時期魯中地區(qū)用水結構發(fā)生變化，生活用水量在用水總量中的比重增加；各地區(qū)技術效應均為負值，技術進步使得生活用水量增速放緩，抑制了生活用水量的增加，其中絕對值最大的是魯南地區(qū)，12.20億m3，魯南地區(qū)近幾年經濟發(fā)展迅速，技術提升顯著，有效抑制了生活用水量的增加，貢獻率為-496%，技術效應絕對值最小的為魯北地區(qū)，僅4.35億m3，魯北地區(qū)為山東經濟發(fā)展較為落后的區(qū)域，技術水平相對落后，技術提升速度低于其他地區(qū)，對生活用水量的抑制作用不明顯；經濟效應最大的為魯南地區(qū)，11.29億m3，對生活用水量增加的貢獻率為459%，最小的為魯北地區(qū)，僅4.61億m3，貢獻率為274%，經濟效應貢獻率最低的是膠東地區(qū)，膠東地區(qū)經濟最為發(fā)達，經濟增長對生活用水量增加的促進作用不如其他地區(qū)明顯。

4結論與討論

本文基于山東省16個地市2007—2019年生活用水數據，分析了這一時期山東省生活用水量的變化情況，并利用LMDI分解模型對其影響因素進行了分析，研究發(fā)現：

（1）山東省生活用水量和人均生活用水量總體呈現增長趨勢，2007—2011年，生活用水量及人均生活用水量增加顯著，2012—2015年變化不大，2016—2019年生活用水量和人均生活用水量繼續(xù)呈增加趨勢。

（2）青島、臨沂、濰坊、濟南以及菏澤生活用水量增加幅度位列前五，從空間上看，主要集中在東部和中部，這也是山東經濟比較發(fā)達或經濟增速較快的區(qū)域。

（3）2007—2019年，技術效應為負，抑制了生活用水量的增加，經濟效應、結構效應和人口效應為正，進一步促進生活用水增加。從數值上來看，技術效應的絕對值最大，為35.78億m3，經濟效應次之，34.29億m3，說明技術效應和經濟效應是導致生活用水量發(fā)生變化的主要因素，技術效應是抑制生活用水量增加的主要因素，經濟效應則是促進生活用水量增加的主要因素。

（4）魯中地區(qū)生活用水量增加最多，貢獻率最大的影響因素是技術效應，貢獻率為-393%，魯北地區(qū)生活用水增量最少，貢獻率最大的是經濟因素，為274%。膠東地區(qū)和魯南地區(qū)技術效應絕對值最大。

對山東省各地市生活用水量變化及影響因素進行了分析，發(fā)現技術是抑制生活用水量增加的主要因素，經濟發(fā)展是促進生活用水量增加的主要因素，結構效應和人口效應對生活用水量增加不明顯，今后山東省優(yōu)化水資源管理、建設節(jié)水型社會一方面要加強節(jié)水教育和宣傳，加強水情科普，提高居民節(jié)水意識，從根本上減少生活用水量，另一方面要大力推廣使用節(jié)水技術和節(jié)水器具，提高水資源利用效率，健全水資源管理制度。由于數據獲取受限，研究沒有區(qū)分城鎮(zhèn)和農村生活用水，但是現實中農村和城鎮(zhèn)生活用水變化趨勢及影響因素存在一定的差異，未來可以在這方面進行進一步分析。

注釋：

①2010年12月31日？中共中央國務院關于加快水利改革發(fā)展的決定？. http：//www. gov. cn/gongbao/content/2011/content_1803158. htm

②國家發(fā)展改革委水利部關于印發(fā)？國家節(jié)水行動方案？的通知（發(fā)改環(huán)資規(guī)〔2019〕695號）. http：//www.gov.cn/gongbao/con‐tent/2019/content_5419221.htm

③山東省人民政府辦公廳關于全面加強節(jié)約用水工作的通知（魯政辦字〔2017〕151號）. http：//www.shandong.gov.cn/art/2017/ 9/30/art_2267_17764.html

④山東省人民政府關于修改？山東省節(jié)約用水辦法？等33件省政府規(guī)章的決定（省政府令第311號）. http：//zwfw.sd.gov.cn/art/2018/ 2/12/art_1684_1452.html

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Analysis of Driving Factors and Changes of Domestic Water in Shandong Province Based on LMDI

ZHAO Tongtong1，HOU Wen2（1. Institute of Science and Technology for Development of Shandong， Qilu University of Technology（Shandong Academy of Sciences）， Jinan 250014， China；2. Shandong Sport University，Jinan 250014， China）

Abstract： Since the reform and opening up， with the continuous development of economy and society and the improvement of urbanization level， the domestic water consumption continues to increase. Based on the domestic water data of 16 cities in Shandong Province from 2007 to 2019， this paper analyzed the variation characteristics and spatial and temporal distribution differences of domestic water in Shandong Province during this period， and decomposed the driving factors of domestic water change based on LMDI. The study found that （1） domestic water consumption and per capita domestic water consumption in Shandong Province showed an overall increasing trend. （2） Qingdao， Linyi， Weifang， Jinan and Heze ranked the top five in terms of increase in domestic water consumption， mainly concentrated in the eastern and central regions. （3） the technical effect and economic effect are the main factors leading to changes in domestic water consumption， Technical effect is the main factor to restrain the increase of domestic water consumption and economic effect is the main factor to promote the increase. In the future， water conservation can be achieved by strengthening water-saving education and publicity， intensifying water-situation science popularization， vigorously promoting and using water-saving appliances and technologies， it is of great significance for improving the utilization efficiency of water resources， optimizing water resources management and building a water-saving society.

Keywords： domestic water；driving factor；LMDI；Shandong province