基于脱钩理论的区域产业节水目标研究——以广东省为例

郑炎辉， 何艳虎， 王金杰， 曾志平， 张赵毅

(1.南方科技大学 环境科学与工程学院， 广东 深圳518055; 2.广东工业大学 环境生态工程研究院， 广东 广州 510006; 3.广州丰泽源水利科技有限公司， 广东 广州 510663; 4.广东省水文局清远水文分局， 广东 清远 511500)

1 研究背景

随着经济社会的快速发展，水资源压力日趋增大，需要通过提高水资源利用效率实现经济增长与水资源利用的脱钩。因此，根据区域经济社会发展情况、产业结构、水资源利用效率等因地制宜地制定相应的节水目标，对于水资源可持续利用目标的实现具有重要意义。

脱钩一词源于物理学领域，指具有响应关系的两个或多个物理量之间的相互关系不存在，后被世界银行引入到资源环境领域，用于阐述经济增长与资源及能源消耗之间的依赖关系[1-3]。一般情况下，资源及能源消耗总是与经济同步增长，即二者挂钩，为了实现经济与资源及能源利用的可持续协调发展，人们总是努力使二者脱钩，即实现资源及能源消耗的慢增长甚至零增长支撑经济的快增长。脱钩分析常用的方法主要有弹性系数法、脱钩指数法、IPAT模型法、描述统计分析法、变化量综合分析法、LMDI方法、计量分析法和差分回归系数法等[2-4]。其中，弹性系数法简单且对数据需求少，不但能判断出脱钩是否发生，还能直接表明脱钩强弱，甚至能判断出连接状态，测量精度较高，因而得到较为广泛的应用[4]。由于该理论能够有效评价经济增长的资源及能源利用效率，因此被应用于评价城镇化水平[5]、碳排放[6]、海洋环境[7]、耕地消耗[8]、城市扩张[9]、生态承载力[10]、水资源利用[11]等与经济社会发展协调关系的研究之中。近年来，国内学者基于脱钩理论对水资源利用与经济增长之间的脱钩关系进行了较多研究[12-18]，但多局限于对脱钩状态的一般客观性描述，较少从区域空间的差异性及不同产业层面深入研究水资源利用与经济增长的协调发展关系，对进一步分析实现脱钩的节水目标研究更是鲜有报道。

鉴于此，本文以广东省为例，基于脱钩理论，全面分析了各地市不同产业经济增长与水资源利用的脱钩关系及其空间分布差异特征，进而构建了基于脱钩理论的区域节水目标计算模型，并计算预测各城市不同产业实现高效率用水的脱钩节水目标，与相关成果及规划进行对比分析讨论，以期为区域水资源高效利用与节水型城市创建提供参考依据。

2 研究区概况

广东省地处中国大陆最南部，全境位于北纬20°13′～25°31′、东经109°39′～117°19′，属于东亚季风区，年平均气温约为19～24 ℃；降水充沛，年平均降水量为1 300～2 500 mm，多年平均降水量为1 777 mm，降水年内分配不均，4-9月的汛期降水量占全年的80%以上。2015-2017年广东省用水总量呈减少趋势，用水效率不断提高，万元GDP用水量从2015年的55.6 m3减少到2017年的45.9 m3，该期间广东省各地市GDP及用水量详见表1。

表1 2015-2017年广东省各地市GDP及总用水量

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

研究中的广东省各地市第一、二、三产业生产总值与用水量数据主要来源于2015-2017 年《广东省统计年鉴》[19-21]、广东省水资源公报以及各个地市的统计年鉴和水资源公报。

3.2 研究方法

3.2.1 Tapio脱钩模型 Tapio脱钩模型[12]是对OECD脱钩模型的完善和发展，其以时期为时间尺度，有效地克服了OECD模型的基期选择困境，计算简便，分析更加客观和准确。因此运用Tapio脱钩模型探究广东省水资源利用与经济增长间的协调关系，构建经济增长与水资源消费的脱钩分析模型，模型表达式见公式(1)：

(1)

式中：R为脱钩弹性系数； ΔWU为用水量变化率； ΔGDP为国民生产总值GDP的变化率；WUn和WUn-1分别为第n年和第n-1年的用水量，108m3；GDPn和GDPn-1分别为第n年和第n-1年的GDP值，108元。

参照 Tapio的弹性模型，在Vehmas 划分的6种脱钩类型的基础上增添了“衰退性连接”与“扩张性负脱钩”两种新的脱钩类型[12-13]，与模型对应的Tapio脱钩状态体系见表2。

表2 Tapio脱钩状态体系判别标准

表2中，“强脱钩”为水资源利用的理想状态，在这种状态下随着经济增长(ΔGDP>0)，水资源消耗减少(ΔWU<0)，脱钩弹性系数值R≤0；“强负脱钩”为水资源利用的最不利状态，表现为经济负增长(ΔGDP<0)，同时水资源消耗量增加(ΔWU>0)，且脱钩弹性系数值R<0。

3.2.2 基于脱钩理论的节水目标计算模型 基于脱钩理论，构建节水目标计算模型，得到实现经济增长与水资源利用脱钩的节约用水目标值。

假设第n年满足脱钩的用水量为WUnu，第n年的节水目标值为WSn，则有：

(1)当ΔGDP≥0时

实现强脱钩应满足R≤0，即：

则有：

0≤WUnu≤WUn-1

(2)

式中：WUnu为第n年满足脱钩的用水量，108m3。

实现弱脱钩应满足0

则有：

WUn-1≤WUnu≤WUn-1+0.8ΔGDP·WUn-1

(3)

(2)当ΔGDP<0时

实现衰退性脱钩应满足R≥1.2，即：

则有：

0≤WUnu≤WUn-1+1.2ΔGDP·WUn-1

(4)

因此得出：

WSn=0(WUnu≥WUn)

(5)

WSn≥WUn-WUnu(WUnu

(6)

式中：WSn为第n年的节水目标值，108m3。

4 结果与分析

4.1 水资源利用与经济增长脱钩关系

选取广东省各地市“十三五”期间2015-2017年GDP和水资源利用数据进行分析，根据公式(1)计算得到广东省各地市各产业经济增长与水资源利用的脱钩状态，其中2016和2017年的脱钩状态如图1、2所示。

图1 2016年广东省各地市各产业经济增长与水资源利用的脱钩状态

图2 2017年广东省各地市各产业经济增长与水资源利用的脱钩状态

由图1可知，2016年，广东省21个地级市总体经济增长和水资源利用全部实现脱钩，其中广州市等16个地市实现强脱钩，佛山市等5个地市实现弱脱钩。第一产业用水中，除珠海市与东莞市以外，其余19个地市全部实现经济增长与水资源利用脱钩；第二产业用水中，除阳江市以外，其余20个地级市全部实现经济增长与水资源利用脱钩；第三产业用水中，除梅州市以外，其余20个地级市全部实现经济增长与水资源利用脱钩；2016年总体脱钩态势良好，各产业用水效率较高，基本实现了水资源利用与经济增长脱钩。2017年，广东省21个地市总体经济增长与水资源利用仍全部实现脱钩，其中佛山市等11个地市实现强脱钩，广州市等10个地市实现弱脱钩，广州市等6个地市从强脱钩状态变为弱脱钩状态，仅有湛江市从弱脱钩状态变为强脱钩状态。在第一产业用水中，有深圳市等14个地市实现第一产业经济增长与水资源利用脱钩，江门市呈现增长连接状态，广州市等6个地级市呈现扩张性负脱钩状态，非脱钩城市主要分布在珠江三角洲和粤东地区；在第二产业经济用水中，广州市等14个地市实现第二产业经济增长与水资源利用脱钩，佛山市和茂名市呈现增长连接状态，肇庆市等5个地级市呈现负脱钩状态，非脱钩城市主要分布在粤东、粤西和粤北地区，该部分地区第二产业用水效率偏低；在第三产业经济用水中，除中山市以外，其余20个地级市全部实现第三产业经济增长与水资源利用脱钩；相对于2016年，2017年用水效率偏低，脱钩态势偏弱，其中珠江三角洲地区第一产业用水效率较低，应大力推进节水灌溉技术，提高第一产业用水效率，粤东、粤西和粤北地区第二产业用水效率较低，应进一步加强工业节水技术，提高第二产业用水效率。

4.2 基于脱钩的产业节水目标

以2017年为现状年，根据公式(2)～(6)得到2017年广东省各地市各产业实现经济增长与水资源利用的脱钩节水目标如表3所示。

由表3可以看出，实现各产业经济发展与水资源利用弱脱钩，广东省第一、二、三产业用水量需分别节约1.16×108、0.98×108、0.13×108m3，分别较现状年减少0.52%、0.92%、0.12%，实现强脱钩则第一、二、三产业用水量需分别节约2.26×108、1.57×108、1.67×108m3，分别较现状年减少1.03%、1.46%、1.57%。从第二产业节水目标中可看出，珠江三角洲地区的城市，如广州、深圳、珠海和佛山等几个城市的第二产业节水压力均较小，节水目标基本在0.5×108m3以下，这与黎锐锋[22]已有的研究成果中提到的广东省深圳、珠海和佛山等几个城市的工业节水潜力在0.5×108m3以下一致。

第一产业节水压力最大的城市为珠海市，实现强、弱脱钩节水目标分别需节水0.21×108和0.16×108m3，分别较现状节水20.79%和15.64%，其弱脱钩节水目标与《珠海市节约用水专项规划》中提出的珠海市农业节水潜力为0.13×108m3相近；第二产业节水压力最大的城市为肇庆市，由于其第二产业经济衰退严重，相比2016年衰退了23.91%，因此通过节水只能实现衰退性脱钩，脱钩节水目标为节水20.87%；第三产业节水压力最大的城市为中山市，实现强、弱脱钩节水目标分别为较现状节水12.83%和3.65%。

5 结 论

基于脱钩理论，以广东省为例，全面核算了“十三五”期间2015-2017年全省21个地市各产业经济发展与水资源利用的脱钩状态，并在此基础上，基于建立的节水目标计算模型，分别计算了各地市不同产业的脱钩节水目标，具体结论如下：

(1)2015-2017年广东省经济增长与水资源利用脱钩态势良好，实现了总体经济增长与水资源利用脱钩，但是珠江三角洲地区第一产业用水水平偏低，粤东、粤西与粤北地区第二产业经济增长未能摆脱高耗水模式，各产业经济增长与水资源利用并未完全脱钩。

(2)实现各产业经济发展与水资源利用脱钩，不同产业不同城市节水压力不同。第一产业节水压力最大的城市为珠海市，第二产业节水压力最大的城市为肇庆市，第三产业节水压力最大的城市为中山市。

地区节水规划受到水资源管理政策、社会经济发展和水资源禀赋等诸多复杂因素的影响。本文主要从经济发展的角度研究了地区节水目标的设定，未来变化环境下的区域产业节水目标计算模型还应根据区域自身特点和不同发展阶段纳入相应主要影响因素，以便体现出更好的适用性和灵活性。