山东省工业经济增长的水资源效应及时空演变分析

吴欣颖，任建兰，程 钰

(山东师范大学人口·资源与环境学院，中国济南 250014)

水是自然界最基本的构成要素，是人类生存、经济建设和社会发展的基础性自然资源和战略性经济资源，是人类文明建设中最为关键的因素.然而，近年来由于工业经济规模持续增长使得水资源短缺和水资源污染问题成为影响区域可持续发展的障碍性因素.2012年，国务院印发《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》，明确要求:到2015年，全国用水总量力争控制在635 km3以内，万元工业增加值用水量比2010年下降30%以上.2013年，我国用水量为618.34 km3，其中工业用水量为140.64 km3，约占全国总用水量的22.74%，我国用水总量控制形势严峻.同年，我国人均水资源占有量为2 059.70 m3/人，约为世界人均水平的28%，是全球13 个人均水资源占有量最少的国家之一.我国年平均缺水量高达50 km3以上，水资源供需矛盾突出.山东省是我国工业大省，产业结构偏向重工业化.2013年山东省工业用水量达2.886 km3，人均用水量为224.48 m3/人，人均水资源量约为300.45 m3/人.按照国际标准，人均水资源少于500 m3/人的地区为极度缺水地区.因此，山东省水资源供需矛盾尤为明显.

当前对于工业经济增长与水资源关系研究体现在以下3 方面:①研究尺度方面，美国、日本和荷兰等发达国家是研究主力［1］，大部分对水资源的研究归入可持续发展的范畴［2-3］.我国主要研究全国重点城市、工业区和各省级行政区［4-14］，主要集中在北方地区;②研究视角集中于工业用水量主要影响因素［4，14-15］、工业用水效率［5-7，12，16］、工业用水与经济发展［17］等方面，工业总产值、工业规模和工业制成品出口额是影响我国工业用水量的主要原因;而效率变化率和水价是影响我国工业用水效率的主要因素;③研究方法主要是计量方法，利用数据分析预测［18-19］，少部分研究采用空间自相关方法［12］.以上研究存在定量研究少、空间研究少特别是时间演化过程和空间分异格局研究不能结合的问题.本文探讨山东省近20年工业经济增长与水资源关系，对山东省水资源可持续利用提供借鉴.

1 研究方法与数据来源

1.1 LMDI 分解模型

通过工业用水量分解模型，分解出影响工业用水量变化的因素，并计算各个因素对工业用水量变化的影响程度.工业用水量Z 表示为式中，Zt是t 时期工业用水量;Ct是t 时期工业增加值;是t 时期i 行业增加值;是t 时期i 行业用水量;，表示t 时期i 行业增加值在工业增加值中的比重，代表t 时期的产业结构;Nti=Z Ctiti，表示t 时期i 行业的消耗强度，代表t 时期i 行业的水资源消耗效率.因此，基期和报告期的工业用水量差异可分解为:ΔZtot=Zt－Z0=ΔZact+ΔZstr+ΔZint.式中，ΔZact，ΔZstr，ΔZint依次代表经济规模效应对工业用水量变化的影响、产业结构效应对工业用水量变化的影响、技术效率效应对工业用水量变化的影响.

利用LMDI 方法分解上述公式，则有:

1.2 水资源密集型行业测算

各行业的水资源使用情况可以用行业用水强度(Mi)和行业用水规模(Zi)测算.为测算水资源密集型行业，综合考虑行业用水强度和行业用水规模，构建行业用水指数(Yi).首先，将数据进行标准化处理:

其次，采用几何平均法构建行业用水指数(Yi，表示i 行业的行业用水指数)1/2.

1.3 数据来源与行业分类

本文分析的时间段为1996—2013年，各行业的用水量数据来源于《山东省环境统计年报》，各行业增加值和工业增加值数据来源于《山东省统计年鉴》.期间，《山东省环境统计年报》对工业内部的行业分类标准稍有不同，考虑到行业分类以及数据的统一性，本文将工业内部的行业划分为采掘业，食品、烟草加工及食品、饮料制造业，皮革、毛皮、羽绒及其制造业，印刷业，医药制造业，橡胶制品业，塑料制品业，金属制品业，电力、煤气及水的生产和供应业等18 个行业.

2 工业用水量状况分析

2.1 工业用水量的整体变化分析

纵观1996—2013年，山东省18 个行业工业增加值高速增长，2013年较1996年增长约28.74 倍，年均增长率约为22.09%;山东省18 个行业工业用水量的增长情况却不同，2013年较1996年增长约1.85 倍，年均增长约6.36%(图1).1996—2013年间，山东省18 个行业的单位工业增加值用水量逐年下降，降幅达到90.40%(图2).

图1 1996—2013年山东省18 个行业的行业增加值和行业用水量Fig.1 Value added of the industry and industry water use of 18 industries in Shandong Province from 1996 to 2013

图2 1996—2013年山东省18 个行业单位工业增加值用水量Fig.2 Water consumption per unit industrial added value of 18 industries in Shandong Province from 1996 to 2013

由图1 和2 可知，2000年以前，山东省工业规模较小，行业用水量相对较低并表现出缓慢上升的发展态势;行业增加值低，但是呈现平稳上升的趋势;同时期的水资源利用效益较差，单位工业增加值用水量较高，但是呈现急速下降的趋势，年均降幅约为22.62%.2001—2008年，山东省在发展中调整、优化产业结构，提高产业层次，行业用水量和行业增加值出现小幅度持续增长，年均增长率分别约为6.20%和19.46%;单位工业增加值用水量年均降幅约为12.49%.这主要得益于2006年起，山东省大力发展循环经济，通过关闭50 kt 以下的草浆造纸生产线、关停钢铁企业19 家等措施实现减少工业用水量、降低单位工业增加值用水量.2009—2013年，山东省在行业用水量平稳增长的情况下，行业增加值大幅度增加，而单位工业增加值用水量缓慢下降，年均增长率分别约为5.39%，18.76%和－11.26%.

2.2 基于LMDI 分解模型的工业用水量的变化分析

1996—2013年间，山东省工业用水总量增加了36 137.817 Mt，年均增长约6.36%.其中经济规模对工业用水总量增长的效应是65 610.743 Mt，产业结构对工业用水总量增长的效应是1 751.732 Mt，技术效率对工业用水总量增长的效应是－31 224.659 Mt(表1).经济规模、产业结构、技术效率对工业用水总量增长的贡献度分别是181.56%，4.84%和－86.40%.由此推断，经济规模效应是引起工业用水总量增加的主要原因;技术效率效应是抑制工业用水总量增加的主要原因;产业结构效应虽然对工业用水总量的增加起到一定作用，但是作用相对较小.

表1 1996—2013年山东省工业用水量的因素分解Tab.1 Factor decomposition of industrial total water use in Shandong Province from 1996 to 2013

2.3 水资源密集型行业结构变动分析

山东省工业用水指数在1996—2013年间徘徊在较高水平(图3)，但波动下降，降幅高达67.16%.根据Yi测算结果，山东省1996—2013年不同行业的行业用水指数按照从大到小进行排序，前7 位山东省水资源密集型行业是石油加工及炼焦业，医药制造业，电力、煤气及水的生产和供应业，化工原料及化学制品制造业，纺织业，非金属矿物制造业，造纸及纸质品业.自1996年以来，山东省水资源密集型行业比重变化如表2所示.在所测算年份中，排在首位的石油加工及炼焦业的行业比重升降各半，但总体来看其行业比重呈现上升的趋势，1996—2013年累计行业比重变化达6.39%;医药制造业，电力、煤气及水的生产和供应业以及化工原料及化学制品制造业的行业比重下降显著，尤其是电力、煤气及水的生产和供应业累计行业比重变化高达－10.08%;医药制造业、纺织业、非金属矿物制造业的行业比重稳中有降;造纸及纸质品业的行业比重平稳上升.综上，减少山东省工业用水量，需要重点控制石油加工及炼焦业、造纸及纸质品业的用水量.

图3 1996—2013年山东省工业用水指数Fig.3 Industrial water consumption index of Shandong Province from 1996 to 2013

表2 山东省水资源密集型行业比重变化(单位:%)Tab.2 Proportion changes of water resource intensive industry in Shandong Province(unit:%)

2.4 工业用水强度的时空格局

单位工业总产值用水量表征了一个地区工业经济与工业耗水状况，同时也在一定程度上表示了工业用水强度.从整体上分析，山东省17 地市单位工业总产值用水量近年来一直处于下降的态势(图4，表3).2000，2006，2013年山东省17 地市中工业用水强度为一级的地市数量大幅增加，二级的地市数量基本保持不变，三级和四级的地市数量减少，2013年三级和四级的地市数量为零，说明2000年以来，山东省工业用水强度总体下降.

图4 2000，2006，2013年山东省17 地市单位工业总产值用水量空间分布图Fig.4 Spatial distribution of water consumption per unit industrial total output value in 17 cities of Shandong Province in 2000，2006 and 2013

从空间上分析，以莱芜市、济宁市为代表的传统重工业城市的单位工业总产值用水量较高;而胶东半岛地区的单位工业总产值用水量较低.2000年，单位工业总产值用水量最多的地市集中在鲁西北地区，以德州市和聊城市为主，其次是鲁中地区和鲁西南地区，胶东半岛地区以及日照市、临沂市的单位工业总产值用水量最低.德州市天衢工业园、聊城市嘉明工业园、凤凰工业园以化工、纺织、医药制造和印刷业为主，多是山东省水资源密集型行业，随着生产规模持续扩大，工业用水量不断攀升，工业用水强度大.2006年，单位工业总产值用水量最多的地市主要是莱芜市和济宁市，威海市、日照市、临沂市单位工业总产值用水量明显增加.莱芜市和济宁市依靠自身资源优势大力发展钢铁业、煤炭业，莱钢集团、兖矿集团快速发展，工业用水量占全市总用水量的比重较大.2006年莱芜市工业企业用水12 031 万m3，其中地表水5 110 万m3，约占总用水量的42.47%，加之其生产设备老化、技术效率较低，导致其工业用水强度高.在“工业强省”的号召下，威海市、日照市、临沂市加速推进工业化进程，其化工业、造纸业等迅速发展，工业用水强度明显增加.2013年，山东省工业用水强度明显下降，除莱芜市、济宁市以及菏泽市单位工业总产值用水量在6～20 dm3/元外，其余地市的单位工业总产值用水量均未超过6 dm3/元.莱芜市、济宁市以及菏泽市工业用水强度较2006年出现下降，均在20 dm3/元以下.宣传推广发展循环经济，使得各地市重视资源能源的循环利用与节约利用;科学技术的进步提高了水资源的利用效率;钢铁产业整合发展，“转方式，调结构”优化山东省产业结构，提高技术效率，推动经济发展向可持续发展转变，工业用水强度大幅度下降.

表3 2000，2006，2013年山东省17 地市单位工业总产值用水量各等级个数及所占百分比Tab.3 The number and percentage of each level area of water consumption per unit industrial total output value in 17 cities of Shandong Province in 2000，2006 and 2013

3 结论与建议

3.1 主要结论

利用LMDI 分解模型和ArcGis 软件，通过定量划分2000，2006 和2013年山东省17 地市工业用水强度的等级，分析山东省1996—2013年工业用水量与工业经济的关系及其空间格局，得出如下结论:(1)近17年来，山东省行业增加值和行业用水量持续增长，而单位行业增加值用水量持续下降，降幅高达90.40%;(2)经济规模效应是山东省工业用水量增加的主要原因，产业结构效应对工业用水量的增加有一定作用，但是作用较小，技术效率效应是抑制工业用水量增加的主要原因，三者对工业用水量增长的贡献度依次是181.56%，4.84%和－86.40%;(3)1996年以来，山东省水资源密集型行业主要有石油加工及炼焦业，医药制造业，电力、煤气及水的生产和供应业，化工原料及化学制品制造业，纺织业，非金属矿物制造业，造纸及纸质品业;(4)1996—2013年，山东省工业用水强度一直呈现下降趋势;从空间分布来看，以莱芜市、济宁市为代表的传统重工业城市的单位工业总产值用水量较高;而胶东半岛地区的单位工业总产值用水量较低.济南市、泰安市、淄博市等地市的单位工业总产值用水量逐渐降低.

3.2 对策建议

目前，山东省仍处于工业化中期阶段，工业经济增长所带来的水资源短缺压力将持续存在.根据本文研究，提出以下对策建议:

(1)深入调整优化工业结构，协调工业发展与水资源的关系.加快非金属矿物制造业、造纸及纸质品业等高耗水行业产业重组，降低石油加工及炼焦业，电力、煤气及水的生产和供应业等七大水资源密集型行业的比重，提高低水耗行业产业的比重，在节水降耗的同时实现工业经济快速健康发展.

(2)深入研发推广高新技术，降低工业发展对水资源的依赖.贯彻落实清洁生产，促进以环境为导向的再循环经济体系的产生;同时，营造发展新技术、开发新能源的优质环境，支持企业采用新工艺、自主研发节水降耗新技术，大力推动科技成果转化为生产力，降低工业用水量，提高水资源利用效率.

(3)差别制定区域工业发展规划.山东省各地市具有不同的区位条件，东部沿海地区地理位置优越，经济发达，技术先进，着重进行研发和营销;鲁西南地区是山东省传统工业区，需整合区域间水资源，实行阶梯定量用水管理办法，加快由粗放式向集约式发展的转变，降低山东省工业用水总量.

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