基于结构方程模型的江西省水资源利用影响因素分析

丁 萌, 罗 璇, 郭 熙, 钟 亮

(1.江西农业大学 国土资源与环境学院, 江西 南昌 330045; 2.江西省自然资源厅国土资源勘测规划院, 江西 南昌 330045)

在全球气候变化与人类生产活动日益加剧的形势下，水资源利用问题日益严峻。目前，对水资源的定义是指地球上可利用或者可能被利用的且能满足某一地区某一时间具体需求的水源。广义上的水资源是指地球上水的总和[1-2]，狭义的水资源是指与自然界相关的生态系统和人类生存发展密切相关的、可利用又能逐年恢复和更新的淡水资源[3-4]。而水资源利用是指通过开发各类水资源为居民提供符合质量要求的地表水与地下可用水源以及各个居民使用水的过程[5]。

近年来，由于经济的迅速发展和人口的快速增长加剧了水资源短缺、水污染和水资源供需不平衡等问题，区域水资源利用已经引起政府和专家的关注[6]。因此，分析水资源利用的影响因素可以调节人类与经济社会发展和生态之间的关系，对实现水资源利用—经济—社会—生态环境的可持续发展具有重要意义[7-8]。随着对水资源利用的深入研究，国内外学者已经在水资源利用方面进行了大量的探索。从水资源利用影响因素方面：左其亭等[9]建立3个准则层的评价指标体系并采用层次分析法和熵权法对九省区的水资源进行综合评价。朱达等[10]从农业、工业、生活和社会4个角度测算了省会城市的水资源利用效率。此外，现有对水资源利用影响因素的研究主要是产业结构、技术发展水平、农田水利设施等[11-12]，但经济社会发展和生态环境也会对水资源利用产生影响[13]。从研究尺度方面，张国兴和徐龙[14]、贺玉晓等[15]从全国的尺度分析水资源利用效率和时空分布规律。刁艺璇等[16]、赵莺燕和于法稳等[17]从流域的角度分析水资源利用与经济发展之间的协调关系，并提出了相应的政策性意见。余灏哲等[18]、熊鹰等[19]、高新才和殷颂葵[20]从城市群角度分析区域间的关联程度进而分析水资源与经济发展的协调状况，为合理调控配置水资源提供参考依据。在研究方法方面，目前分析水资源利用效率的方法大多是数据包络分析(data envelopment analysis， DEA)法[21-22]和随机前沿分析(stochastic frontier approach， SFA)法[23-24]，由于DEA法和SFA法通过投入和产出之间的加权之比进而分析决策单元的利用效率，无需考虑投入变量和产出变量之间在量纲和数量级上的差异，故难以揭示各潜在变量之间的相互关系和影响程度。合理的指标体系应当兼顾定性与定量两个方面，而结构方程模型(structural equation modeling， SEM)能够考虑误差因素的影响，弥补了因子分析的缺点，可以精确估计观测变量和潜在变量之间的关系[25]。近年来江西省水资源供需矛盾等问题日益突出，江西省也面临着水资源利用效率较低等问题，因此，本文以江西省为例，运用结构方程模型，从经济、社会和生态3个方面对2019年江西省水资源利用情况进行综合分析，为提高水资源的利用效率提供依据。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

江西省位于我国东南部、长江中下游南岸，地处中亚热带湿润季风区，属丰水区。全省共设有11个设区市100个县(市、区)，国土面积1.67×105km2，境内水系发达，河流众多，拥有我国第一大淡水湖鄱阳湖。境内水系主要为长江和珠江两大水系，分别占97.7%和2.1%，此外尚有243 km2面积属钱塘江及韩江流域诸水系，境内长江水系中，鄱阳湖水系占主要部分，在江西境内的面积达1.57×105km2，占江西省流域面积的96.6%。2019年江西省水资源公报统计发现：全省年平均降水量1 556 mm，总用水量2.53×1010m3。水资源总量丰富但在水资源利用中仍存在不足，如水资源开发利用程度较低，水资源浪费现象普遍存在，水资源空间分布差异较大，降水量较丰沛、过境水量较丰富，但调蓄水量能力较低等问题[26]。

1.2 数据来源与处理

通过文献的梳理和对比，综合考虑江西省水资源利用的实际问题，结合数据的可获取性与指标选取的全面性与科学性等原则，同时借鉴前人的研究成果[27-31]，从水资源利用、社会发展、经济发展和生态环境4个方面选取了15个观测变量(表1)。综合考虑2019年江西省水资源利用与经济发展、社会发展和生态环境之间的联系。同时为消除各潜在变量指标之间量纲的差异，对原始数据统一进行以10为底的log函数转换处理。

表1 水资源利用影响因子及其来源

2 研究方法

2.1 结构方程模型

在结构方程模型中，不能直接观察的变量为潜在变量，可以直接观察的变量为显变量[32]。该模型由结构模型和测量模型两部分构成，第一部分是结构模型，主要用路径关系图来描述潜在变量之间的关系〔公式(1)〕；第二部分是测量模型，主要描述测量指标与潜在变量之间的关系〔公式(2)—(3)〕。

η=Bη+Γξ+ζ

(1)

X=ΛXξ+δ

(2)

Y=ΛYη+ε

(3)

式中：η，ξ分别为内生潜变量和外生潜变量;B，Γ为路径系数;ζ为残差项;X,Y分别是外生潜变量和内生潜η的观测变量;ΛX，ΛY分别表示观测变量对潜在变量ξ和η之间的关系;δ,ε分别为X和Y的误差项。

数据处理与建模在SPSS 22.0和AMOS 22.0软件中完成。

2.2 模型构建

结合研究区相关特征和已有的研究，本文总结了省域尺度下对水资源利用影响较大的3类因素： ①经济发展。水资源利用在经济发展中发挥着十分重要的作用，水资源可以支撑区域经济的发展，水资源利用的高低很大程度上取决与经济发展的快慢。因此，经济发展可能直接影响水资源的利用[33]。 ②社会发展。近年来江西省城市化水平不断提高，全省通过改革促进社会发展，不断优化产业结构。根据区域的实际情况，通过增加第三产业的份额来提高居民收入，针对发展相对落后的县区更是因地制宜调整作物的种植面积和空间布局，合理控制区域的人口密度，加快城市化进程，因此，社会发展也可能直接影响水资源的利用[34]。 ③生态环境。江西省拥有我国第一大淡水湖鄱阳湖，在水资源治理和保护方面对鄱阳湖流域的生态保护和高质量发展具有不可替代的作用，合理调节鄱阳湖的水资源，加强水利设施的建设，通过提高生态用水的调蓄能力和合理配置水资源的功能来提高水资源的利用，故生态环境也可能对水资源产生不容忽视的影响[35]。

根据上述分析并结合江西省区域特征，提出以下3项研究假设：假设1，社会发展综合指标对水资源利用综合指标有显著的正向影响；假设2，经济发展综合指标对水资源利用综合指标有显著的正向影响；假设3，生态环境综合指标对水资源利用综合指标有显著的正向影响。基于此，建立江西省水资源利用影响因素相互关系的概念模型，该模型包含4个潜在变量以及15个观测变量。综合运用Cronbach’s和Bartlett’s球形检验、卡方自由度比(Cmin/DF)、拟合优度指数(GFI)、近似误差的均方根(RMSEA)、规范拟合指数(NFI)、递增拟合指数(IFI)、Tucker-Lewis指数(TLI)、比较拟合指数(CFI)、精简正规拟合指数(PNFI)、精简拟合优度指数(PGFI)等指标对所构建的模型进行信度检验[32]。

3 结果与分析

3.1 数据处理与信度分析

应用SPSS 22.0对数据的有效性进行信度分析，通过Cronbach’s系数检验4个潜在变量的信度，结果详见表2。水资源利用、经济发展、社会发展和生态环境潜在变量的Cronbach’s分别为0.786，0.678，0.799和0.615，绝对值均大于0.6，说明该数据有较好的信度；Bartlett’s球形检验值在1%的水平上显著，表明各观测变量具有良好的效度[32]。

表2 各变量的信度和效度检验

3.2 模型运算

根据江西省100个县(市、区)统计后的数据，运用AMOS22.0软件对构建的水资源利用影响因素初始模型进行拟合，得到初始模型见图1。从显著性与相关性来看，经济发展综合指标路径系数较不合理，不利于模型的优化，因此需要对模型进行修正。从表3中初始模型的拟合结果来看，模型各参数未达到评判标准[36]，拟合效果一般，因此需要对初始模型进行修正。模型校正包括对参数合理性和适配性的修正，而模型拟合的参数越好并不代表模型的结果就越好，需要将理论与实际相结合进行修正，这样模型不仅有统计学的理论意义，也具有现实意义。通过多次的修正与拟合，最终得到修正模型(图2)和拟合指标表(表3)，修正后的模型各项拟合指数均在标准范围之内，模型拟合度较好，潜在变量的效度和信度也符合要求，整个模型可以较好地解释各变量之间的相互关系。

注：e1—e15为15个观测变量编号。下同。

表3 结构方程模型的适配度拟合指标

3.3 模型结果与分析

从修正模型图2和拟合指标表4来看，在构建模型时3个假设均成立。在有显著相关性的前提下，结构方程模型路径系数的绝对值越大，表示变量间的影响程度越大[32]。结果显示，经济发展、社会发展和生态环境对水资源利用都有显著的正向影响。其标准化路径系数分别为0.847，0.500和0.177，表明江西省水资源利用主要受经济发展和社会发展的影响，随着经济和社会的发展，政府管理水平逐渐越高，在资金充足的情况下更有条件减少资源的浪费[6]。此外，生态环境对水资源利用的路径系数较低，说明生态环境对水资源利用的影响较小，这主要是因为近年来江西省生态环境趋好。

表4 江西省水资源利用影响因素修正模型拟合结果

图2 江西省水资源利用影响因素标准化修正模型

水资源利用的5个观测变量都会对水资源利用产生不同程度的影响。影响程度由高到低依次为：水资源开发利用率(0.891)>人均水资源量(0.803)>水资源总量(0.713)>单位面积水资源量(0.663)>产水系数(0.489)。江西省属丰水区，水资源总量丰富，全省用水总量和控制指标完成情况较好，且近年来全省大力投入节水改造工程，通过加强农业节水、工业节水和城镇居民生活节水来逐步提高水资源开发利用率，这些都为提高全省水资源利用效率打下良好的基础。

经济发展对水资源利用均有极显著(p<0.01)的正向影响，其标准化路径系数为0.847。影响程度由高到低依次为：农林渔牧总产值(0.930)>工业生产总值(0.879)>国民生产总值(0.792)>人均GDP(0.577)。近年来江西省通过不断改革经济发展模式，优化三产结构，根据各地区的实际情况来逐步提高第三产业的占比。江西省作为农业大省，农林渔牧总产值占比较高，农业用水量也相对较高，水资源浪费现象较严重，全省农田灌溉水有效利用系数仅为0.509，远低于发达国家0.8的平均水平，且现阶段较少运用先进的农业节水技术和灌溉耕作技术，农民节水意识不强，这也是影响水资源利用的原因。此外，随着江西省工业化进程的推进，工业用水量逐年增加，提高工业用水利用效率不仅可以提高工业总产值，也为保证未来江西省水资源利用提供保障[37]。

社会发展对水资源利用有显著(p<0.05)的正向影响，其标准化路径系数为0.500。影响程度由高到低依次为：人均耕地面积(0.992)>人口密度(0.905)>城市化水平(0.765)。江西省水资源总量虽然丰富，但耕地灌排设施布局凌乱，土质渠道较多，基础设施的落后影响了耕地的灌溉与排水，进而影响耕地的利用，这也是人均耕地面积影响最大的直接原因。此外，在加快城市化进程中，也要合理控制人口密度，这样既可以提高水资源的利用，也可以营造良好的生态环境[38-39]。

生态环境对水资源利用有显著(p<0.05)的正向影响，其标准化路径系数为0.177，生态环境对水资源利用的影响最小。影响程度由高到低依次为：生态环境用水率(0.929)>氨氮环境容量(0.681)>COD环境容量(0.603)。近年来江西省生态环境发展较好，在逐步加大污水处理设施的同时严格控制污水排放标准，开发利用新技术，这也是生态环境路径系数较低的原因。

4 结论和讨论

4.1 结 论

(1) 经济发展、社会发展和生态环境对水资源利用都有显著的直接影响，影响程度从大到小依次是经济发展(0.847)>社会发展(0.500)>生态环境(0.177)。

(2) 经济发展对水资源利用的影响程度由大到小依次为：农林渔牧总产值(0.930)>工业生产总值(0.879)>国民生产总值(0.792)>人均GDP(0.577)。

(3) 社会发展的影响程度由大到小依次为：人均耕地面积(0.992)>人口密度(0.905)>城市化水平(0.765)。

(4) 生态环境的影响程度由大到小依次为：生态环境用水率(0.929)>氨氮环境容量(0.681)>COD环境容量(0.603)。

由于水资源利用的影响因素具有复杂性，不同尺度范围内其影响因素都会发生改变，本文选取江西省100个县(市、区)，研究结果可以为南方丰水区水资源利用影响因素分析提供一定的参考依据。

4.2 讨 论

(1) 建立良好的节水机制，减少对水资源的无效投入。一方面增加水产养殖与水利方面的投入和利用，另一方面应当保护好当地的水资源，逐步加强对水资源的开发与管理[40]。积极响应国家建立节水型社会的号召，建立节水型社会是提高江西省用水效率、解决水资源供需矛盾等问题的最好途径；当区域水资源相对丰富时，人民的节水意愿与采取节水措施可能性会相对较低，这样不仅会降低水资源的利用效率，也会加剧水资源浪费[41]，应当学习国内外先进的水资源管理知识与经验以此提高水资源利用效率。

(2) 综合考虑不同地区水资源利用的实际情况。经济相对发达的地区应当加强对生产设备、供水水利设施等基础设施的投资；经济欠发达地区由于在供水与节水方面投入力度相对有限，水资源利用方式较发达地区会更加粗放，整体的水资源利用效率会较低[16]，应当加大对节水设备的投入，提高居民的节水意识逐步提高水资源的利用。

(3) 提高政府宣传节水措施的力度，普及人民的节水意识，让居民意识到水资源保护的重要性。此外还可以在符合江西省发展的前提下，合理规划江西省水资源利用的内容与方向，结合实际情况从经济发展、社会发展和生态环境3个方面综合提高水资源利用效率。

要说明的是，本文的研究结果基于某一时间点的现状数据，但各影响因素的相互作用是一个动态变化的过程，随着数据的变化结构方程模型也会随之变化。在数据量充足的情况下，应当收集不同时期的数据，建立不同时期的结构方程模型进行对比分析，可以使结果更具有科学性。