湖北省水資源利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系研究

朱 豪,尹明財(cái),胡圓昭,麻家寧,張濟(jì)世

(蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展發(fā)展,人們生產(chǎn)生活對(duì)水資源需求量的日益增加和生態(tài)環(huán)境保護(hù)用水的提高,水資源面臨的壓力日益上升。定量分析水資源的發(fā)展情況、水資源的利用效率和水資源生態(tài)承載能力的內(nèi)在規(guī)律對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展尤為重要[1-2]。因此,探究湖北省水資源的利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系,有助于綠色經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,可以合理配置和保護(hù)水資源以達(dá)到水資源利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的平衡點(diǎn)。李寧等[3]利用脫鉤模型對(duì)長江中游的經(jīng)濟(jì)進(jìn)行脫鉤分析,表明長江中游水資源的利用和經(jīng)濟(jì)增長處于初級(jí)協(xié)調(diào)狀態(tài) ;焦士興等[4]運(yùn)用脫鉤模型對(duì)河南省水資源利用與經(jīng)濟(jì)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)脫鉤分析,表明河南省水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長處于協(xié)調(diào)狀態(tài),并且呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢(shì)。孫才志等[5]對(duì)中國31省市的水生態(tài)足跡進(jìn)行分析,表明省際水生態(tài)足跡存在明顯的空間集聚現(xiàn)象;余灝哲等[6]從DPSIR視角對(duì)山東省及17地級(jí)市水資源可持續(xù)利用時(shí)空分析,表明山東省水資源利用程度趨于加強(qiáng),水資源利用效率仍可提升。湖北省作為首批全國資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)之一,已經(jīng)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展期,但其生產(chǎn)生活用水需求與水生態(tài)保護(hù)的矛盾也日益突出[7]。

基于上述分析,以消費(fèi)者的水足跡角度,計(jì)算湖北省水足跡和水足跡強(qiáng)度,以了解水足跡和水足跡強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化,通過構(gòu)建湖北省經(jīng)濟(jì)脫鉤模型,對(duì)湖北省的水資源利用和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系研究,再采用湖北省的基尼系數(shù)和錫尓指數(shù)分析水足跡強(qiáng)度的變化趨勢(shì),側(cè)面反映水資源利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系,最后結(jié)合Moran’s I 指數(shù)對(duì)湖北省的水足跡強(qiáng)度空間分析,探求湖北省的水資源的利用效率的空間分布,為湖北省水資源的可持續(xù)利用,增強(qiáng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源環(huán)境的協(xié)調(diào)程度提供理論支持。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

湖北省位于華中地區(qū)的東經(jīng)108°21′42″～116°07′50″、北緯29°01′53″～33°6′47″,見圖1。其地勢(shì)高低相差懸殊,三面環(huán)山,中間低平,向南敞開,地形復(fù)雜多樣,具有“華中屋脊”之稱。湖北省處于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,境內(nèi)主要河流有長江干流、淮河和華陽河水系。全省全年平均降水800～1 600 mm,降水量變化較大。2020年底,全省常住人口5 775.3萬人,水資源總量1 754.71億m3,地表水資源量1 734.96億m3,地下水資源總量381.67億m3,人均水資源量3 038 m3。

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取湖北省2009—2020年時(shí)序,水資源總量、工業(yè)生產(chǎn)用水、居民生活用水、生態(tài)用水、地表水資源總量和地下水水資源總量等均來自《湖北省水資源公報(bào)》,其常住人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、出口貿(mào)易值和進(jìn)口貿(mào)易值均來自《湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》以及湖北省各地級(jí)市《統(tǒng)計(jì)年鑒》。研究范圍包括湖北省16地級(jí)市(不包含神農(nóng)架林區(qū))。所有的圖表數(shù)據(jù)均采用百度地圖poi數(shù)據(jù)查詢工具、GeoDa、ArcMap和office等軟件處理;其中行政區(qū)域的shp文件是通過百度地圖poi數(shù)據(jù)查詢工具中的行政邊界查詢的范圍選擇器輸入相應(yīng)的目標(biāo)文件所獲取的,而后面對(duì)應(yīng)的LISA圖是由ArcMap制作所需要的參數(shù)的shp文件,然后導(dǎo)入GeoDa軟件設(shè)置空間權(quán)重管理,最后選擇相應(yīng)的空間分析函數(shù)獲取的。

2 研究方法

2.1 水足跡計(jì)算模型

“水足跡”指1個(gè)國家或地區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)消費(fèi)所有產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量,其中不僅包含了經(jīng)濟(jì)發(fā)展消耗的實(shí)體水資源,而且包含產(chǎn)品相關(guān)服務(wù)中的虛擬水資源,可以系統(tǒng)地反映該地區(qū)的水資源消耗情況[8]。研究的地區(qū)水足跡中不考慮第三產(chǎn)業(yè),水足跡計(jì)算公式[9]為:

WF=WFi+WFe

(1)

WFi+WFes+WFip+WFwp+WFde-WFc

(2)

WFe=WFh-WFj

(3)

式中 WF——國家或者地區(qū)總水足跡;WFi——內(nèi)部水足跡;WFe——外部水足跡;WFes——農(nóng)業(yè)水足跡;WFip——工業(yè)水足跡;WFwp——居民生活水足跡;WFde——生態(tài)水足跡;WFc——本國生產(chǎn)而由其他地區(qū)消費(fèi)的產(chǎn)品或服務(wù)的虛擬水資源量;WFh——進(jìn)口的虛擬水資源量;WFj——進(jìn)口后復(fù)出口的水資源量。

2.2 水足跡評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算

a)人均水足跡。指區(qū)域水足跡與該地區(qū)總?cè)丝诘谋壤齕10],反映地區(qū)的人均水足跡擁有量。

(4)

b)水資源自給率。區(qū)域內(nèi)部水足跡與總體水足跡的比例[11],反映地區(qū)對(duì)內(nèi)部水資源的依賴程度,對(duì)內(nèi)部水資源的依賴程度越高值越大。

(5)

c)水資源匱乏指數(shù)。該地區(qū)水足跡與可利用水資源量的比值,研究以可利用水資源量來表示各地區(qū)水資源現(xiàn)狀[12],可利用水資源量按照水資源總量的40.34%計(jì)算[13],反映區(qū)域水資源的短缺情況,比例越大,區(qū)域的水資源短缺程度越嚴(yán)重。

(6)

d)水資源利用效率。區(qū)域生產(chǎn)總值與該區(qū)域的水足跡之比[14],反映該地區(qū)水足跡產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

(7)

2.3 水足跡強(qiáng)度錫尓指數(shù)和基尼指數(shù)

水足跡強(qiáng)度是水足跡與國內(nèi)生產(chǎn)總值的比值,指標(biāo)反映各地區(qū)的水資源利用效率水平[7]。通過錫尓指數(shù)和基尼指數(shù)的大小來衡量水足跡強(qiáng)度的空間差異性和變化趨勢(shì),錫尓指數(shù)的計(jì)算公式[15]:

(8)

(9)

式中T——錫爾指數(shù);vi——i城市水足跡量占全省水足跡總量比例;di——i城市GDP占全省GDP比例;G——基尼系數(shù);yi——i城市的水足跡強(qiáng)度;yj——j城市的水足跡強(qiáng)度;μ——水足跡強(qiáng)度平均值。

聯(lián)合國相關(guān)組織將基尼系數(shù)作為居民收入分配均衡程度的指標(biāo),并作出詳細(xì)的分類,見表1。

表1 基尼系數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.4 水足跡強(qiáng)度Moran’s I 指數(shù)

2.4.1水足跡強(qiáng)度全局空間相關(guān)指數(shù)

全局空間自相關(guān)性可以衡量區(qū)域之間整體上的空間關(guān)聯(lián)和空間差異程度,全局莫蘭指數(shù)是用來衡量空間自相關(guān)的全局指標(biāo),反映空間鄰近的區(qū)域單元的相似程度[16],定義如下:

(10)

式中n——地區(qū)的數(shù)目;xi——地區(qū)i的觀測(cè)值;xj——地區(qū)j的觀測(cè)值。

2.4.2水足跡強(qiáng)度局部空間相關(guān)指數(shù)

區(qū)域要素的空間異質(zhì)性非常普遍,局域自相關(guān)就是通過對(duì)各子區(qū)域中的屬性信息進(jìn)行分析,探查整個(gè)區(qū)域?qū)傩孕畔⒌淖兓欠衿交?揭示空間自相關(guān)的異質(zhì)性可用LISA來表示[17]。局部莫蘭I指數(shù)計(jì)算方法如下:

(11)

指數(shù)是正值表示同樣類型屬性值的要素相鄰近,負(fù)值表示不同類型屬性值相鄰近,該指數(shù)值的絕對(duì)值越大鄰近程度越大。

2.5 水足跡LMDI脫鉤模型構(gòu)建

脫鉤模型廣泛用于資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間不再互相依賴的程度和方向。因此,選擇Tapio 脫鉤彈性指數(shù)構(gòu)建水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長的脫鉤模型,脫鉤經(jīng)濟(jì)模型為[18]:

(12)

(13)

WF=∑iWF=∑iIi×Si×Inc×P

(14)

式中e——水資源利用脫鉤系數(shù);ΔWF——水足跡變化率;ΔGDP——該地區(qū)的國內(nèi)生產(chǎn)總值變化率;WFt——該地區(qū)后1 a水足跡總量;WF0——該地區(qū)前1 a水足跡總量;GDPt——地區(qū)后1 a國內(nèi)生產(chǎn)總值;GDP0——地區(qū)前1 a國內(nèi)生產(chǎn)總值;WFi——第i行業(yè)水足跡總量;GDPi——第i行業(yè)生產(chǎn)總值;P——湖北省常住人口;Ii——第i行業(yè)用水強(qiáng)度;Si——第i行業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值在湖北省生產(chǎn)總值占有比重;Inc——湖北省人均生產(chǎn)總值。

參考以往學(xué)者的文獻(xiàn)將經(jīng)濟(jì)脫鉤分為8種情形,見表2。

表2 經(jīng)濟(jì)脫鉤詳細(xì)情況

為更好地進(jìn)一步探索湖北省水資源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤關(guān)系的研究,在利用Tapio脫鉤彈性方法對(duì)水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤情況進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)上,參考孫付華等[18]的研究,從技術(shù)改進(jìn)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、規(guī)模經(jīng)濟(jì)、常住人口四方面進(jìn)行擴(kuò)展研究,其擴(kuò)展模型[12]為:

ΔWF=ΔWFI+ΔWFS+ΔWFInc+ΔWFP

(15)

(16)

式中,分解因素 WFI、WFS、WFlnc、WFP分別反映技術(shù)改進(jìn)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、規(guī)模經(jīng)濟(jì)、常住人口的 4 個(gè)效應(yīng),并基于以上推導(dǎo)公式分解脫鉤模型,見式(17)[19]:

eI+eS+eInc+ep

(17)

式中eI——技術(shù)效應(yīng)引起的脫鉤因子變化;es——產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)引起的脫鉤因子變化;eInc——規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)引起的脫鉤因子變化;ep——常住人口引起的脫鉤因子變化。

3 結(jié)果分析

3.1 水足跡時(shí)序特征分析

表3可知,2009—2020年湖北省水足跡中農(nóng)業(yè)水足跡位列首位,工業(yè)水足跡較多,生態(tài)水足跡最少。湖北省水足跡、農(nóng)業(yè)水足跡、居民生活水足跡和生態(tài)水足跡呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì),變化幅度分別為24.2%、26.6%、76.7%和4 800.5%;隨著“十一五”“十二五”“十三五”計(jì)劃的提出、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越和水資源豐富以及國家對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重視,使得農(nóng)業(yè)水足跡體量大;湖北省生態(tài)保護(hù)用水主要由宜昌市、襄陽市和孝感市的生態(tài)用水量大幅增加,導(dǎo)致湖北省2020年的生態(tài)保護(hù)用水增加,隨著人民生活質(zhì)量的提高和生態(tài)保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)也增加了生態(tài)環(huán)境用水量。

表3 湖北省水足跡及水資源經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

工業(yè)水足跡總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),變化幅度為23.0%。出口虛擬水質(zhì)量和進(jìn)口虛擬水質(zhì)量分別呈現(xiàn)上升和下降的趨勢(shì),出口是進(jìn)口虛擬水足跡1～2倍,分別增長6.2%和下降24.2%,湖北省對(duì)外貿(mào)易形成順差;湖北省人均水足跡12年變化幅度不大,但總量很大。2009—2020年湖北省的平均人均水足跡1 985.4 m3/(人·a),高于全球平均人均水足跡1 243 m3/(人·a)[20],也側(cè)面說明湖北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高。湖北省水資源匱乏指數(shù)為0～2,湖北省的水資源壓力輕,但水資源匱乏指數(shù)絕大多數(shù)大于1,水資源總量離滿足生產(chǎn)生活還有一定的距離;水資源自給率達(dá)到99%以上,完全可以實(shí)現(xiàn)自給自足,并且對(duì)于外部水資源的依賴程度不斷降低;2009—2020年湖北省水資源利用效率呈現(xiàn)上升趨勢(shì),增長186.6%,由此說明湖北省的水資源利用效率較高。綜合以上水資源相關(guān)指標(biāo),湖北省的水資源利用效率不斷提高,對(duì)于外部水資源的依賴程度不斷降低,人們生產(chǎn)生活的水資源具有一定的壓力,但壓力不大。

3.2 總水足跡LMDI模型驅(qū)動(dòng)因素分析

為更好對(duì)湖北省總水足跡影響因素進(jìn)行驅(qū)動(dòng)分析,以2008為基準(zhǔn)年,分別從人數(shù)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)4個(gè)方面進(jìn)行驅(qū)動(dòng)分析。表4分析可知,通過LMDI模型對(duì)水足跡總量的驅(qū)動(dòng)分析,各因素的總效應(yīng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì);其中人數(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)水足跡數(shù)量變化的影響程度為正值,表明人數(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)水足跡數(shù)量的表現(xiàn)為增量效應(yīng);結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)對(duì)水足跡數(shù)量變化的影響程度為負(fù)值,表現(xiàn)對(duì)水足跡數(shù)量的變化具有抑制效應(yīng)。人數(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì),2009年的 1.5×108、131.8×108m3至2020年的11.7×108、1 374.8×108m3,增長了7.6倍和10.4倍。人口數(shù)量的增加和經(jīng)濟(jì)增長,促使水足跡數(shù)量的直線增加,勢(shì)必會(huì)增加農(nóng)業(yè)和工業(yè)的生物資源消耗,導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮Y源壓力的增加,還需適當(dāng)?shù)脑黾淤Q(mào)易進(jìn)口來減少水資源的壓力。

表4 LMDI模型對(duì)湖北省總水足跡的驅(qū)動(dòng)分析 單位:108 m3

結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì),尤其技術(shù)效應(yīng)最為突出,在此期間數(shù)量上增長了3.5倍和15.7倍。研究結(jié)果表明水足跡的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)對(duì)水足跡的增長具有抑制效果,為更好減輕水資源壓力的影響,后續(xù)還要繼續(xù)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)對(duì)水足跡增長的重視。

3.3 水足跡經(jīng)濟(jì)脫鉤分析

3.3.1水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長脫鉤分析

表5可知,根據(jù)水足跡LMDI因子分解方法并結(jié)合Tapio脫鉤劃分標(biāo)準(zhǔn),確定2009—2020年湖北省的水足跡經(jīng)濟(jì)脫鉤情況表。

表5 水足跡脫鉤分析情況

表5分析可知,湖北省整體的經(jīng)濟(jì)脫鉤指數(shù)相對(duì)平穩(wěn),水資源利用的速度低于或者小于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度,處于脫鉤狀態(tài)。只有2016、2019年出現(xiàn)強(qiáng)脫鉤的經(jīng)濟(jì)狀態(tài),2020年出現(xiàn)弱負(fù)脫鉤,其他均為弱脫鉤狀態(tài),說明湖北省的水資源利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為穩(wěn)定,符合湖北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源利用的基本現(xiàn)狀;其中唯有2020年出現(xiàn)衰退脫鉤的情況,經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)重影響,ΔGDP也是唯一出現(xiàn)負(fù)值的,因此2020年數(shù)據(jù)不具有代表性。2019年湖北省發(fā)布《湖北省節(jié)水行動(dòng)實(shí)施方案》 ,實(shí)施用水總量強(qiáng)度雙控,提高節(jié)約農(nóng)業(yè)用水效率,加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,各個(gè)行業(yè)用水效率得以提高。

2009—2020年湖北省的GDP變化率和水足跡增長率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖2),說明湖北省的經(jīng)濟(jì)增長速度減緩,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化顯著,用水量效率提高;湖北省絕大多數(shù)的經(jīng)濟(jì)增長速度高于總用水量的速度,湖北省經(jīng)濟(jì)處于弱脫鉤狀態(tài)。2016、2019年出現(xiàn)2次強(qiáng)脫鉤,強(qiáng)脫鉤是經(jīng)濟(jì)狀態(tài)最為理想的狀態(tài),經(jīng)濟(jì)的增長不會(huì)依賴用水量的增加而增長,期間的水資源的利用效率增加;2020年出現(xiàn)1次弱負(fù)脫鉤,弱負(fù)脫鉤是不理想的經(jīng)濟(jì)狀態(tài),經(jīng)濟(jì)發(fā)展沒有因?yàn)樗Y源的用量增加而增長并出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)衰退;2009—2020年出現(xiàn)9次弱脫鉤經(jīng)濟(jì)狀態(tài),弱脫鉤經(jīng)濟(jì)狀態(tài)是一種較為理想的經(jīng)濟(jì)狀態(tài),經(jīng)濟(jì)增長速度大于水資源用水量的速度,是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源利用協(xié)調(diào)較好的發(fā)展方式。

圖2 水足跡和GDP變化率

2009—2020年農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的增長率處于先上升后下降,整體呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì),而農(nóng)業(yè)水足跡變化率呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì),并且農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增長速度絕大多數(shù)高于農(nóng)業(yè)水足跡增長速度(圖3)。2014、2015年出現(xiàn)2次擴(kuò)張連接,擴(kuò)張連接是粗放經(jīng)濟(jì)向可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)過渡的一種經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài),需要消耗大量的水資源來維持經(jīng)濟(jì)的增長,是一般理想的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài);2009年出現(xiàn)1次擴(kuò)張負(fù)脫鉤,處于不理想的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)。2009—2020年出現(xiàn)3次強(qiáng)脫鉤和6次弱脫鉤。從圖3不難發(fā)現(xiàn)出湖北省的農(nóng)業(yè)增長處于一個(gè)較為穩(wěn)定的區(qū)間范圍,而水資源用水量變化率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),2015年以后的水資源用水量的減少尤為突出,主要是與國家的節(jié)水措施和湖北省省政府的政策導(dǎo)向有關(guān)。

圖3 農(nóng)業(yè)水足跡和GDP變化率

2009—2020年湖北省工業(yè)水足跡變化率和工業(yè)產(chǎn)值變化率整體呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì),工業(yè)水足跡變化值絕大部分低于工業(yè)產(chǎn)值,形成弱脫鉤的經(jīng)濟(jì)形態(tài),見圖4、表5。期間6次弱脫鉤趨勢(shì)和5次強(qiáng)脫鉤趨勢(shì)以及1次衰退經(jīng)濟(jì)脫鉤趨勢(shì)。2009—2020年湖北省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r主要以弱脫鉤和強(qiáng)脫鉤,說明湖北省的工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不以依賴水資源用水量的大量消耗來增長經(jīng)濟(jì),經(jīng)濟(jì)增長和水資源的利用處于協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展方式并存。

圖4 工業(yè)水足跡和GDP變化率

3.3.2脫鉤驅(qū)動(dòng)因素及效應(yīng)分析

以Tapio經(jīng)濟(jì)脫鉤彈性模型為基礎(chǔ),結(jié)合Kaya恒等式和LMDI模型從經(jīng)濟(jì)效應(yīng)脫鉤因子、人數(shù)效應(yīng)經(jīng)濟(jì)脫鉤因子、結(jié)構(gòu)效應(yīng)經(jīng)濟(jì)脫鉤因子和技術(shù)效應(yīng)經(jīng)濟(jì)脫鉤因子4個(gè)方面進(jìn)行因素驅(qū)動(dòng)分解(表6)。

表6 經(jīng)濟(jì)脫鉤效應(yīng)因子分析

2009—2020年,湖北省水資源利用效率與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤因子以經(jīng)濟(jì)效應(yīng)脫鉤因子、人口效應(yīng)脫鉤因子和技術(shù)效應(yīng)脫鉤因子為正向驅(qū)動(dòng),結(jié)構(gòu)效應(yīng)脫鉤因子為負(fù)向驅(qū)動(dòng)。其中結(jié)構(gòu)效應(yīng)脫鉤因子為負(fù)向驅(qū)動(dòng),對(duì)水資源利用效率具有促進(jìn)作用,呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì),貢獻(xiàn)值為-0.34,呈現(xiàn)這樣的情況源于湖北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí),節(jié)水措施的落實(shí),有效節(jié)約了大量的水資源。經(jīng)濟(jì)效應(yīng)脫鉤因子的正向驅(qū)動(dòng)作用,是主要的經(jīng)濟(jì)抑制因子,該因子整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),貢獻(xiàn)值均值為1.28。技術(shù)效應(yīng)脫鉤因子作為湖北省經(jīng)濟(jì)脫鉤趨勢(shì)的次要因子,其均值貢獻(xiàn)值為0.06。人口效應(yīng)脫鉤因子對(duì)湖北省的經(jīng)濟(jì)脫鉤趨勢(shì)的影響較小,其貢獻(xiàn)均值為0.002,對(duì)湖北省的經(jīng)濟(jì)脫鉤的抑制作用不明顯。

3.4 水足跡強(qiáng)度空間分析

2009—2020年湖北省各地級(jí)市水足跡強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),各地區(qū)下降幅度均超過70%,仍有部分區(qū)域的水足跡強(qiáng)度相對(duì)較高,總體上說明湖北省及各地級(jí)市的節(jié)水措施和導(dǎo)向政策極大促進(jìn)各地區(qū)的水資源利用效率(圖5)。其中武漢市、黃石市、十堰市和宜昌市的水足跡強(qiáng)度處于較低水平,說明該地級(jí)市的水資源效率很高,并位于湖北省前列;荊州市、黃岡市、恩施州、仙桃市和天門市出現(xiàn)了較高的水足跡強(qiáng)度,說明該地級(jí)市的水資源利用效率較低,污廢水的處理可能面臨較大的壓力。湖北省的水足跡強(qiáng)度的大小可以反映出各地級(jí)市的水資源利用情況,水足跡強(qiáng)的差異性也表明水足跡強(qiáng)度和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在著必然的聯(lián)系,發(fā)達(dá)地區(qū)的水資源利用效率較高,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢的地方的水資源利用效率較低。

圖5 2009—2020年湖北省水足跡強(qiáng)度

3.4.1水足跡強(qiáng)度空間差異分析

2008—2020年湖北省水足跡強(qiáng)度的錫尓指數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì),整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)(圖6)。2008—2013年錫尓指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì),由0.257 6下降到0.212 0,降低了17.7%,說明該期間內(nèi)湖北省各地級(jí)市的水足跡強(qiáng)度的差異性較小;2014—2020年,錫尓指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì),增長了23%。2008—2020年水足跡強(qiáng)度的基尼系數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì),由0.168 2至0.241 4,并處于“高度平均”和“相對(duì)平均”的水平。湖北省的基尼系數(shù)和錫尓指數(shù)2008—2020年整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),表明湖北省內(nèi)水足跡強(qiáng)度的差異性在逐步增加,但是從基尼系數(shù)指標(biāo)來看,湖北省的水足跡強(qiáng)度處于“高度平均”和“相對(duì)平均”的水平,說明湖北省內(nèi)的水足跡強(qiáng)度的差異雖然逐年增加,但是在水足跡強(qiáng)度差異合理地范圍之內(nèi)。

圖6 湖北省水足跡強(qiáng)度的基尼系數(shù)和錫尓指數(shù)

3.4.2全局Moran’s I空間自相關(guān)檢驗(yàn)

2009—2020年湖北省全局Moran’s I指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì),2009—2017年為負(fù)相關(guān)性,湖北省地級(jí)市的水足跡強(qiáng)度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的空間聚集現(xiàn)象;2018—2020年為正相關(guān)性,地級(jí)市的水足跡強(qiáng)度呈現(xiàn)正相關(guān)的空間聚集現(xiàn)象(表7)。說明湖北省地級(jí)市之間從聯(lián)系不緊密到后期聯(lián)系緊密而逐漸靠攏,水足跡強(qiáng)度集聚的程度與空間相關(guān)性均在逐步增強(qiáng)。

表7 湖北省水足跡強(qiáng)全局Moran’s I指數(shù)

3.4.3局部Moran’s I空間自相關(guān)檢驗(yàn)

2009—2010年,低-低聚集的城市是十堰市,高-低聚集的城市是恩施州和襄陽市(圖7)。2011—2017年,低-低聚集的城市是十堰市和襄陽市,高-低聚集的城市是恩施州。2018—2019年,低-低聚集的城市有十堰市和襄陽市,高-低聚集的城市有恩施州,高-高聚集的城市有荊門市。2020年,低-低聚集的城市有十堰市和襄陽市,高-低聚集的城市有恩施州,高-高聚集的城市有荊門市,其他城市均為不顯著聚集。

a)2009年

b)2011年

c)2018年

d)2020年

2009—2020年不同時(shí)期低-低聚集的城市有十堰市和襄陽市,主要是以十堰市為中心形成1個(gè)水足跡強(qiáng)度低的空間集聚區(qū)域,并且有明顯向周邊擴(kuò)散的趨勢(shì),這也體現(xiàn)出了該區(qū)域的水資源利用效率高,這也與水足跡強(qiáng)度趨勢(shì)分析說明十堰市水足跡強(qiáng)度低的結(jié)論相一致;而襄陽市2011—2019年是1個(gè)水足跡強(qiáng)度低的空間聚集區(qū)域并向高-高聚集區(qū)的荊門市擴(kuò)散;其中恩施州處于高-低的空間集聚區(qū)域,12 a來并未發(fā)生向周邊擴(kuò)散的趨勢(shì)。2018—2020年,高-高集聚的城市是荊門市,形成1個(gè)水足跡強(qiáng)度高的空間聚集區(qū)域,這一區(qū)域在空間上的范圍保持穩(wěn)定,并且有明顯的下降趨勢(shì),逐漸縮小與其他地級(jí)市的水足跡強(qiáng)度的差異。荊門市水足跡強(qiáng)度高的原因是農(nóng)業(yè)的種植業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)達(dá),大力發(fā)展制造業(yè)(裝備制造、新能源新材料、再生資源利用與環(huán)保等),需要消耗大量的水資源,致使荊門市的水足跡強(qiáng)度下降緩慢。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

從消費(fèi)者的角度對(duì)湖北省2009—2020年進(jìn)行水足跡的計(jì)算,總體水足跡和農(nóng)業(yè)水足跡呈現(xiàn)上升趨勢(shì),工業(yè)水足跡呈現(xiàn)下降趨勢(shì),其變化幅度分別為24.2%、26.6%和23.0%。通過對(duì)水足跡LMDI模型因素驅(qū)動(dòng)分解,人數(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)水足跡的數(shù)量具有增量效應(yīng),而結(jié)構(gòu)效應(yīng)和對(duì)水足跡的數(shù)量具有抑制效果。

湖北省水資源利用與經(jīng)濟(jì)增長呈現(xiàn)弱脫鉤趨勢(shì),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水效率與經(jīng)濟(jì)增長處于較弱的狀態(tài),而工業(yè)生產(chǎn)用水量和經(jīng)濟(jì)增長呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢(shì),總體來看湖北省的水資源利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為穩(wěn)定。通過湖北省經(jīng)濟(jì)脫鉤分析,其結(jié)構(gòu)效應(yīng)脫鉤因子對(duì)水資源利用效率具有促進(jìn)作用;人口效應(yīng)脫鉤因子對(duì)水資源利用效率和經(jīng)濟(jì)增長的脫鉤趨勢(shì)的作用微乎其微,而技術(shù)效應(yīng)脫鉤因子和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)脫鉤因子對(duì)湖北省的脫鉤趨勢(shì)具有正向驅(qū)動(dòng)效應(yīng),并且整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),對(duì)水資源利用效率和經(jīng)濟(jì)增長的趨勢(shì)抑制作用明顯。

湖北省各城市的水足跡強(qiáng)度明顯呈現(xiàn)下降趨勢(shì),減少幅度均超過70%。2009—2020年湖北省水足跡強(qiáng)度的錫尓指數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升,整體上升的趨勢(shì),表明水足跡強(qiáng)度的差異逐年增加,但是從基尼系數(shù)的趨勢(shì)來看,水足跡強(qiáng)度雖然存在差異,但又處于合理的空間范圍內(nèi),差異并沒有兩極分化。水足跡強(qiáng)度存在著顯著的空間效應(yīng),并集聚的程度與空間相關(guān)性均在逐步增強(qiáng);低-低和高-低是主要的空間聚類方式,具有明顯向周邊擴(kuò)散的趨勢(shì)。由此看來,湖北省的水資源利用效率和經(jīng)濟(jì)增長向好趨勢(shì)發(fā)展,并且水資源效率有明顯的提高,雖然城市之間有一定的差異,但是在可控范圍之內(nèi)。

4.2 建議

通過水足跡的LMDI因素驅(qū)動(dòng)和經(jīng)濟(jì)脫鉤分析以及水足跡強(qiáng)度的空間相關(guān)性分析,針對(duì)湖北省水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系提出以下改進(jìn)建議。

a)加強(qiáng)節(jié)水技術(shù)改造,提高水資源利用效率。通過水足跡相關(guān)公式計(jì)算,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水和工業(yè)生產(chǎn)用水占水資源的比重最大。農(nóng)業(yè)方面,積極探索適合湖北省的低能耗、低耗水、高產(chǎn)、全自動(dòng)化的農(nóng)作物規(guī)模種植,推動(dòng)農(nóng)田灌溉設(shè)施完善。對(duì)于大中型灌區(qū),需要采用高效、智能的節(jié)水灌溉監(jiān)測(cè)技術(shù)。工業(yè)方面,推廣綠色節(jié)水模式,以先進(jìn)的智能技術(shù)為基礎(chǔ),嚴(yán)格控制恩施州、荊州市、荊門市等工業(yè)高聚集城市的污水排放總量,加大節(jié)水力度,推動(dòng)轉(zhuǎn)變水資源使用模式,提高水資源的利用效率。

b)加強(qiáng)供給側(cè)改革,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。湖北省作為制造業(yè)大省,需要加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),推進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),建立內(nèi)部經(jīng)濟(jì)循環(huán),合理配置水資源,持續(xù)關(guān)注發(fā)展水資源利用效率與規(guī)模經(jīng)濟(jì)的關(guān)系,完善水資源利用效率評(píng)價(jià)機(jī)制。

c)加強(qiáng)科技人才合作交流,提高全民節(jié)約用水能力。從節(jié)約用水法律條例、市場(chǎng)體制等方面引導(dǎo)節(jié)水生產(chǎn)和生活方式,促使節(jié)水意識(shí)深入人心,提高水資源利用效率。

d)堅(jiān)持綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展思想,健全生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償制度。劃分灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)、生產(chǎn)聚集區(qū)與自然保護(hù)地,以確立“可持續(xù)發(fā)展”的生態(tài)補(bǔ)償觀念。同時(shí)貫徹綠色生態(tài)的基本思想,用好各類市場(chǎng)化生態(tài)補(bǔ)償制度,以避免生態(tài)開發(fā)和水資源保護(hù)之間的相互沖突,更有效地推動(dòng)我國生態(tài)文明發(fā)展和保障廣大人民群眾的安全利益。