吉林省水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展關系研究

朱光磊，趙春子，佟守正，朱衛(wèi)紅

1.延邊大學 地理與海洋科學學院，吉林 延吉 133002；2.中國科學院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長春 130102

水是人類賴以生存和發(fā)展的重要自然資源，對經(jīng)濟社會的發(fā)展起到一定程度的影響[1]，而經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源環(huán)境也具有一定的制約[2]．國內(nèi)外相關研究主要集中在水資源生態(tài)足跡的計算與評價[3-8]、水生態(tài)足跡的脫鉤分析[9]、水資源利用和經(jīng)濟發(fā)展之間匹配度[10-11]等方面，但對水資源生態(tài)足跡的影響因素以及水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展關系的綜合研究尚少．吉林省作為東北老工業(yè)基地和農(nóng)業(yè)大省[12]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的用水量占據(jù)了區(qū)域總用水量的70%以上，特別是近年來，由于氣候變化和人為活動的影響，水資源緊缺問題日益凸顯[13-14]，較大程度上制約了吉林省工農(nóng)業(yè)和城市的發(fā)展．本文以吉林省為研究區(qū)，采用匹配度、水資源生態(tài)足跡以及LMDI指數(shù)分解等模型，綜合分析影響水資源生態(tài)足跡的因素，明確經(jīng)濟發(fā)展背景下吉林省水資源利用狀況，擬為新一輪東北振興形勢下吉林省的水資源與經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論依據(jù)．

1 研究區(qū)概況

吉林省位于我國東北地區(qū)中部，松遼平原腹地，總面積為18.7萬km2，屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為2～6 ℃，年平均降水量為400～600 mm，季節(jié)和區(qū)域差異較大，降水80%集中在夏季，東部降雨最為豐沛．區(qū)內(nèi)水系較發(fā)達，但水資源空間分布不均，形成東多西少，南豐北欠的格局．以中部大黑山為界，分為東部山地和中西部平原兩大地貌，地勢呈東南高、西北低的特征．經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中以農(nóng)業(yè)為主，重工業(yè)占比偏高，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度緩慢，社會經(jīng)濟綜合實力較弱．

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)源自2004-2018年《吉林省水資源公報》和2005-2019年《吉林省統(tǒng)計年鑒》．

2.2 研究方法

2.2.1 水資源利用和經(jīng)濟社會發(fā)展匹配度模型

匹配度是衡量系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部各要素匹配程度的一個指標[10]，有助于認識區(qū)域水資源對經(jīng)濟社會發(fā)展的支撐作用．匹配程度強，表明適水產(chǎn)業(yè)布局好；匹配程度弱，表明適水產(chǎn)業(yè)布局不合理．通過分析研究區(qū)實際情況，本研究對2004-2018年的水資源利用和經(jīng)濟發(fā)展進行匹配度的計算，模型如下：

(1)

(2)

式中：at為變量X和Y之間的匹配度；rt為某一時段的變量X占研究時段變量X的比例；st為某一時段的變量Y占研究時段變量Y的比例．a(chǎn)t大于或等于0.8為匹配；0.8和0.6之間為較匹配；小于或等于0.6為不匹配[15]．

2.2.2 水資源生態(tài)足跡模型

水資源生態(tài)足跡模型用來定量評估人類對水資源的需求和區(qū)域水資源支撐可持續(xù)發(fā)展的能力，反映水資源利用及可持續(xù)開發(fā)狀況[16]，包括生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)盈虧3種，模型[17-20]如下：

EF=γ×(W/PW)

(3)

EC=0.4×γ×Φ×(Q/PW)

(4)

ED=EC-EF

(5)

EP=EF/EC

(6)

GW=EF/GDP

(7)

式中：Φ為區(qū)域水資源生產(chǎn)能力與全球水資源生產(chǎn)能力的比值[21]，計算公式如下：

Φ=P/PW

(8)

P=V/S

(9)

式中：EF為水資源生態(tài)足跡；γ為水資源全球均衡因子；W為區(qū)域用水量；Pw為水資源全球平均生產(chǎn)能力；EC為水資源生態(tài)承載力；Q為水資源總量；ED為水資源生態(tài)盈虧；EP為水資源生態(tài)壓力指數(shù)；Gw為萬元GDP水資源生態(tài)足跡；P為計算時段內(nèi)的水資源生產(chǎn)能力；V為計算時段內(nèi)區(qū)域的水資源總量；S為區(qū)域的面積．參考相關研究[16]，本研究確定γ為5.19，Pw為3 140 m3/hm2，計算得2004-2018年吉林省水資源產(chǎn)量因子見表1．

表1 2004-2018年吉林省水資源產(chǎn)量因子

ED>0為水資源生態(tài)盈余，表明研究區(qū)域水資源有利于區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展；ED<0為水資源生態(tài)赤字，表明研究區(qū)域水資源短缺．EP=1，表示該區(qū)域水資源生態(tài)環(huán)境供給平衡；EP值越大，水資源生態(tài)環(huán)境惡化程度越高；反之則越低．Gw值越大，表明研究區(qū)域內(nèi)消耗的水資源越多；反之，用水效率越高．

2.2.3 LMDI指數(shù)分解模型

對數(shù)平均迪氏指數(shù)法(LMDI)能定量分析事物變化的特點及其影響因素的作用，在分解過程中不會出現(xiàn)異常值，影響分解因素的關鍵指標可以被明確指出，具有良好的準確性和聚合性[22-23]，模型如下：

(10)

(11)

利用LMDI分解法對上式進行分解，結(jié)果如下：

(12)

(13)

(14)

(15)

式中：sit，gt，rt，Pt分別代表結(jié)構(gòu)效應、技術(shù)效應、經(jīng)濟效應和人口效應；Δeft為總水資源生態(tài)足跡變化量；eft，ef0分別代表第t年和基準年的水資源生態(tài)足跡．

3 結(jié)果與分析

3.1 水資源利用與經(jīng)濟社會發(fā)展之間的匹配度

由圖1a可知，研究期內(nèi)吉林省逐年人均用水量呈先升后降的特征，而人均GDP逐年上升，二者匹配度在2011年達到峰值后開始下降，分析原因，主要是隨著吉林省經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水資源量對經(jīng)濟社會發(fā)展的支撐作用日益顯著，在2011年以前兩者同步增長因而匹配度逐漸提高．2011年至2018年間，水資源利用狀況呈現(xiàn)先平穩(wěn)后下降的態(tài)勢，經(jīng)濟社會持續(xù)增長后又出現(xiàn)小幅回落，匹配度由較匹配及以上水平變?yōu)椴黄ヅ洌砻魅藗児?jié)水意識日漸增強，并隨著資金投入力度加大、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的推廣和工業(yè)污水循環(huán)利用處理技術(shù)的進步，水資源利用效率逐步提高．

從圖1b來看，2011年之后，除了人均農(nóng)業(yè)用水量與第一產(chǎn)業(yè)GDP匹配度在2016年開始上升，人均工業(yè)用水量與第二產(chǎn)業(yè)GDP在2018年出現(xiàn)回升以外，其余時間段第三產(chǎn)業(yè)人均用水量與其GDP的匹配度均呈明顯下降趨勢．這反映出近年來吉林省統(tǒng)籌推進工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設，實施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃，通過調(diào)整農(nóng)業(yè)區(qū)域布局，因地制宜發(fā)展不同農(nóng)作物種植，并扎實推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級有序進行，使得水資源利用相較于過去有了較大改觀．但值得注意的是，吉林省的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展對水資源需求量大，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展有待提高，農(nóng)業(yè)節(jié)水設施建設尚需完善，政府應協(xié)調(diào)各區(qū)域間經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高水資源利用效率以推動各產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟高效發(fā)展．

圖1 吉林省水資源利用與經(jīng)濟社會發(fā)展之間的匹配度

3.2 水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力分析

由圖2可見，2004-2018年吉林省水資源生態(tài)足跡總體呈上升趨勢，變化范圍為1 626.26～2 207.57萬hm2．水資源生態(tài)承載力波動變化明顯，在2010年最高，為5 309.28萬hm2，2009年最低，僅為1 000.17萬hm2；其波動的原因是受到年平均降雨量的影響，二者變化規(guī)律基本一致，且呈現(xiàn)顯著正相關，相關系數(shù)為0.83．萬元GDP水資源生態(tài)足跡呈逐年下降趨勢，表明吉林省用水效率逐年提高，對水資源生態(tài)危機有緩解作用．

在水資源各賬戶中，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)用水足跡多年平均值分別占全省水資源總生態(tài)足跡的67.78%、18.55%、10.22%和3.41%．由此可見，吉林省水資源生態(tài)足跡以農(nóng)業(yè)用水為主．農(nóng)業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水生態(tài)足跡總體呈波動上升趨勢，工業(yè)用水生態(tài)足跡在2015年前呈波動上升趨勢，之后生態(tài)足跡逐步下降．這表明全省農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程的推廣和使用還不完善，并隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、國家加大生態(tài)環(huán)境保護力度和居民生活水平的不斷提高，工業(yè)用水消耗量逐步減少．在研究期的15年間，水資源生態(tài)虧損年份出現(xiàn)了9年，水資源生態(tài)壓力指數(shù)臨近和大于1的年份數(shù)多達12年，表明吉林省水生態(tài)環(huán)境處于危險狀態(tài)，水資源利用可持續(xù)性失衡，將可能導致生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展受到制約，間接阻礙區(qū)域的整體發(fā)展．

3.3 基于LMDI指數(shù)分解法的水資源生態(tài)足跡

為定量分析水資源利用與經(jīng)濟發(fā)展主要因素間的關系，利用LMDI模型，選擇2004年為基準年，對吉林省水資源生態(tài)足跡變化進行經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)、技術(shù)和人口等4種效應的因素分解，結(jié)果如圖3所示．

圖3 吉林省水資源生態(tài)足跡分解效應及其貢獻率

2004-2018年吉林省水資源生態(tài)足跡變化中，經(jīng)濟效應持續(xù)增長，雖然在2018年有小幅回落，仍然占據(jù)主導作用且為明顯的正效應，并未受到全球經(jīng)濟危機的影響，水資源生態(tài)足跡累計貢獻率達到698.53%．從2004年國家正式啟動振興東北地區(qū)老工業(yè)基地政策以來，在資金、政策、產(chǎn)業(yè)技術(shù)、基礎設施和生態(tài)文明建設等方面予以了大力支持，從圖4和圖5中可以看出，吉林省人均GDP和城鎮(zhèn)人均可支配收入逐年上升，各種社會保障支出明顯提高，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)中的工業(yè)有效平穩(wěn)發(fā)展，服務產(chǎn)業(yè)得到大力發(fā)展，對水資源的消耗呈平穩(wěn)上升態(tài)勢，而且在農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比重逐年下降的同時，其用水量居高不下，說明農(nóng)業(yè)節(jié)水現(xiàn)代化措施推廣力度較弱，整體上對水資源生態(tài)足跡增長起到推動作用．

圖4 吉林省主要經(jīng)濟社會發(fā)展指標變化

圖5 吉林省各產(chǎn)業(yè)比值與用水量變化

研究期內(nèi)，吉林省水資源生態(tài)足跡受到技術(shù)效應的顯著抑制作用，且呈逐年上升趨勢，累積貢獻率為-604.66%，僅次于經(jīng)濟效應的累計貢獻率．可見，盡管隨著水利設施的增加，節(jié)水技術(shù)的改造和節(jié)水體系的健全，一定程度上技術(shù)效應抑制了水資源生態(tài)足跡的增長，但其抑制作用遠不及經(jīng)濟效應和結(jié)構(gòu)效應共同作用引起的促進效果，因而在總體上吉林省水資源生態(tài)足跡仍呈增長趨勢．

2004-2009年結(jié)構(gòu)效應對吉林省水資源生態(tài)足跡有著抑制作用，呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢，但從2010年開始，結(jié)構(gòu)效應出現(xiàn)推動作用，累積貢獻率為86.88%．表明吉林省水資源生態(tài)足跡結(jié)構(gòu)合理化調(diào)整有待加強，由于農(nóng)業(yè)對水資源的依賴以及工業(yè)過度消耗水資源，將會間接引起水資源生態(tài)足跡增加，結(jié)構(gòu)效應起到一定促進效果，但其貢獻程度要比經(jīng)濟效應和技術(shù)效應小得多．

2004-2011年吉林省常住人口的平均增長率為0.3%，對水資源生態(tài)足跡的影響較??；2012-2017年吉林省常住人口持續(xù)下降，下降率為0.5%，人口效應也呈現(xiàn)下降趨勢，直至2016年和2017年人口效應為負，但隨著2018年常住人口的增加，人口效應變?yōu)榇龠M作用，累計貢獻率為9.92%．說明在吉林省水資源生態(tài)足跡的增長中，人口效應起到一定的作用，但效果不顯著．

4 結(jié) 論

1) 2004-2018年吉林省逐年人均用水量呈先上升后下降趨勢，而逐年人均GDP在升高，二者匹配度在2011年達最大后逐步下降．2011年以后，除人均農(nóng)業(yè)用水量與第一產(chǎn)業(yè)GDP匹配度在2016年開始逐年上升，人均工業(yè)用水量與第二產(chǎn)業(yè)GDP在2018年出現(xiàn)回升以外，其余時間段各產(chǎn)業(yè)人均用水量與其GDP的匹配度均呈明顯下降趨勢．

2) 研究期內(nèi)，吉林省水資源生態(tài)足跡變化總體呈上升趨勢，農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡占水資源總生態(tài)足跡的67.78%，是最主要的用水形式；受年降水量的影響，水資源生態(tài)承載力和生態(tài)盈虧起伏變化明顯，水資源利用表現(xiàn)為生態(tài)赤字狀態(tài)；農(nóng)業(yè)用水生態(tài)環(huán)境已處于危險狀態(tài)，工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水處于水資源可持續(xù)利用狀態(tài)．

3) 吉林省水資源生態(tài)足跡增長的主要影響因素是經(jīng)濟效應，技術(shù)效應則是抑制這一增長趨勢的關鍵原因，結(jié)構(gòu)效應和人口效應在水資源生態(tài)足跡增長中發(fā)揮了一定的作用，但影響效果較弱．

綜上所述，為使東北老工業(yè)基地之一的吉林省水資源利用與經(jīng)濟協(xié)同高效發(fā)展，應全面推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水改造技術(shù)及節(jié)水設施，大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)；支持低耗水工業(yè)的發(fā)展，增加第三產(chǎn)業(yè)比重；加強科技創(chuàng)新能力建設，推廣水污染的防治，減少污染水的排放，推動水資源循環(huán)利用，確保在經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的同時，提高水資源利用效率，從而緩解吉林省用水壓力，改善水環(huán)境安全狀況，以期實現(xiàn)吉林省水資源的可持續(xù)發(fā)展和利用．