基于粤港澳大湾区建设的水资源利用与经济发展关系研究

陈戎杰，李 奇，喻 言

（1.暨南大学经济学院，广州 510632；2.湖南农业大学经济学院，长沙 410125）

0 引 言

水是人类生产生活不可或缺的重要资源。依据《2020年广东省水资源公报》，全省2020年水资源总量超1 600 亿m3，其中粤港澳大湾区9市（包括香港特别行政区、澳门特别行政区和广东省广州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、东莞市、中山市、江门市、肇庆市）水资源总量为516.5 亿m3，占全省水资源总量的32%，同时，其用水量占全省用水量的52.8%。除此之外，全省2020年水资源总量与2019年和常年比较来看，分别偏少了23.6%和10.0%。水资源总量的变化主要归因于地表水和地下水量的增减幅度，与气候变化、工业污染、水资源开发技术、水资源利用理念等因素息息相关，加上中国人均水资源占有率低和资源分布不均衡的大背景，水资源供给短缺与水资源需求增长之间的矛盾不断加大。

为了探究水资源禀赋与利用方式之间的关系，国内外学者主要以资源环境约束为出发点[1-3]，分析了具体产业部门对水环境的协调关系[4]以及不同流域[5]和不同省份[6-8]视角下资源利用对经济增长之间的关系，采用的具体方法包括Tapio 弹性系数法[9]、SE-SBM 模型[10]、纵向线脱钩模型[11]。在绿色水资源效率和经济增长关系的研究上取得了一定的进展，但少有在制度建设视阈下通过某一具体地理经济布局来分析水资源利用和环境友好型经济建设的关系。故此，依托粤港澳大湾区的部署，在用水量按产业划分进行分析的基础上，构建LMDI 模型将2012-2020年间用水量变化进行分解，并加入Tapio 脱钩弹性法，具体分析了粤港澳大湾部署前后9 市水资源利用与经济增长的脱钩类型，以揭示水资源利用与经济发展的关系，并为粤港澳大湾区进一步建设提供科学依据。

1 研究区概况

1.1 区位概况

粤港澳大湾区是包括香港特别行政区、澳门特别行政区以及广东省珠三角9市在内的地理区划，其发展目标是建设国际一流湾区和世界级城市，截至2020年底，粤港澳大湾区常住人口超7 000 万人，经济总量达到11.5 万亿元。但其核心城市香港和澳门作为港湾城市，自然资源极度贫乏，且由于经济发达，人口密度为世界之最，众多资源需要其他省份调配供给，其中香港输水大部分来自于广东省珠海市，与此同时，随着广州和深圳两个核心城市在对外来人口的不断吸纳和发展升级的要求下，水资源也出现了明显的短缺。为此国家生态环境部部署了“珠江三角洲水资源配置工程”旨在解决受水区单一供水格局和水资源分布与经济要素不匹配的现状，实现生态智慧水利工程，同时为港珠澳大湾区发展提供战略支撑。

1.2 自然概况

粤港澳大湾区总体水资源总量充足，但时空分布不均衡，全年降雨量较高，2020年平均降水量为1 662.7 mm，同时，降水还具有明显的季节性特征，秋冬干燥少雨，雨季降雨量大，受季风影响常有洪水和内涝出现，枯水期和丰水期的降水量有较大差距，近年来受到高温天气影响，蒸发量略有上升。大部分河道靠近海域，且河网与入海口之间的距离较短，夏季降水短时间内集中涌入地表水系统，由于流域面积小，汛期水资源难存留，有70%～80%的地表径流直接流入大海。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

研究数据来源于2010-2020年《中国统计年鉴》、2010-2020年《广东省水资源公报》（以下简称《公报》）、2010-2020年《广东省统计年鉴》以及粤港澳大湾区9市中各市水资源公报数据，由于《公报》中用水量按照生产（农业、工业和城镇公共）、生活（城镇和农村居民生活，不含城镇公共用水部分）和生态（生态环境）划分，为与产业GDP 划分方式保持一致，将除农业和工业用水外的其他用水方式与第三产业经济数据相整合，其中2017-2020年《公报》缺失对粤港澳大湾区9 市用水量的综合统计，故采用2017-2020年《广东省统计年鉴》以及各市水资源公报中的粤港澳大湾区9市用水量进行加总得到，同时，所有GDP 数据按照2010年为基年不变价处理，常住人口按照第七次全国人口普查结果进行调整。

2.2 水资源利用影响因素分解模型构建

研究以粤港澳大湾区9 市为对象，采用LMDI(Logarithmetic Mean Divisia Index) 对数平均迪氏指数法的加法形式对水资源进行驱动因素分析，该方法原本用于能源消费量与能源强度随时间变化的内在机制分析，后被广泛用于衡量能源消耗在任意时段上各个影响因素对目标变量变化的影响程度。

2.2.1 LMDI指数分解方法

指数分解的边际成果来自于对分解后各个因素对变化量影响的可知性，解决了大多数模型难以进行深入分析和机理讨论的难点，其原理在于将每一个待分解的研究目标通过定性分析的方法分解为若干驱动因素的合集，然后再定量研究其贡献水平，假设V为m个部门的合计，记为在n维空间里，目标量V可以分解为n个影响因素的乘积，记为Vi=x1,i,x2,i,…,xn,i。在时间周期[0,T]内，目标量从V0=变化到后来发展成为Laspeyres分解法和Divisa分解法，前者是在假定其他因素不变的情况下，直接对各个因素进行微分，求出某一因素的变化对被分解变量的影响，而后者是将分解出的各个因素看成时间t的连续可微函数，进而对时间t进行微分，最后分解出各个因素的变化对被分解变量的影响。由此，根据Divisia 分解法定义，目标变量V对时间进行微分：

等式两边同时对时间进行积分：

根据指数分解加法形式有：

式(1)两边同时除以Vt，并对时间t进行积分：

上式两边同时做e的指数运算，根据指数分解乘法形式有：

由于加法和乘法计算困难，因此通常采用近似计算，根据近似方法不同又产生了多种具体的分解结果，即不同类型的Divisia 分解法，如AMDI 和LMDI 方法，由于AMDI 分解法存在残值问题，Ang 等[12,13]对AMDI 方法进行了改进，提出了对数平均迪氏指数法：

加法形式：

乘法形式：

2.2.2 因素分解模型

由于采用时间序列分解的方式，即分t年和t+1年进行，故分解得到2011-2020年间用水效率、产业结构效应、经济规模效应以及人口效应对用水量的影响。粤港澳大湾区9 市第t年用水总量Wt分解如下：

式中：Wt、GDPt、Pt分别表示t时期用水总量、国内生产总值以及常住人口数量；Wi,t和GDPi,t分别表示表示t时期i类产业的用水总量和国内生产总值。并得到式(9)：

式中：Ii,t表示第i产业t时期的用水总额；Si,t表示第i产业t时期的产业结构比重；Yt表示t时期人均国内生产总值。并得到水资源利用量的变动表达如下。

式中：ΔWI表示利用效率对用水量的影响；ΔWS表示产业比重对用水量的影响；ΔWY表示经济增长对用水量的影响；ΔWP表示人口数量对用水量的影响。

2.3 Tapio脱钩弹性法

脱钩理论多应用在研究资源消耗与经济增长的关系当中，表现出两者之间的相互依存度，判断该经济增长关系是否为以资源消耗为主的发展模式。一般来说，若经济增长伴随较低的资源消耗增长率，则定义为相对脱钩；若经济增长伴随着资源消耗增长率的减少，则定义为绝对脱钩，研究采用Tapio 脱钩模型，用于表示水资源利用量与经济增长的关系，建立式(11)，并借鉴李曼等[14]对脱钩状态的说明，将脱钩状态进一步划分（基于脱钩弹性的不同，Tapio 方法给出了8 种脱钩状态的划分，包括脱钩关系中的弱脱钩、强脱钩和衰退脱欧；负脱钩关系中的弱负脱钩、强负脱钩和扩张负脱钩；连接关系中的增长连接和衰退连接，划分依照判断阈值0.8和1.2为经验值）。

式中：Di(Wi,GDPi)表示GDP与用水量之间的脱钩弹性，ΔWi表示i产业用水量Wi,t与上一期Wi,0之间的差值，相似地，ΔGDPi表示i产业的国内生产总值变化量。

3 粤港澳大湾区9市水资源利用效应分解

3.1 水资源利用概况

2011-2020年第一、第二和第三产业用水量以及总用水量见图1。从用水总量来看，2011-2020年，粤港澳大湾区9 市年用水平均量为202.58 亿m3，年均增长率为-0.3%。具体看来，在2011-2016年间，粤港澳大湾区9 市总用水量一直处于平稳下降的趋势，由2011年的209.74 亿m3逐年下降到了2016年的188.374 亿m3，而后急速上升并在2018年出现峰值217.1亿m3，随即又逐年减少，其中减少速度最快出现在2012年，用水总量较2011年减少了4.29%，约9 亿m3。除此之外，在观察年份当中，粤港澳大湾区9市用水总量的两次增长分别出现在2017年前后，其中2016-2017年用水总量增长了4.73%，2017-2018年用水总量增长了10.04%，按照图示可简单看出两个时段的增长主要来自于第三产业用水量增长的影响，后由于第二产业用水量急速下降和第一和第三产业用水量的相对平稳态势，总用水量在2018年后出现再次减少。

图1 2011-2020年粤港澳大湾区9市各产业用水变化Fig.1 Change of industrial water use in 9 cities of the GBA from 2011 to 2020

从粤港澳大湾区9 市第一、第二和第三产业用水量来看，整体说来，第二产业为主要用水产业，其次是第一产业，最后是第三产业，且第二产业用水量呈总体下降趋势，第三产业用水量呈总体上升趋势，第一产业用水量保持平稳略有下降的趋势。这与2021年水利部部署的《粤港澳大湾区水安全保障规划》有关，在2025年和2035年的两个目标前提出节水集约的用水理念：提高农业用水效率和现代灌溉农业技术，制造业转型升级实现“低耗低排少污染”。在2020年，粤港澳大湾区9市第三产业用水量首次超过第一产业和第二产业用水量，成为该年用水量最大的产业，而第二产业降为用水量最低的产业。从具体分析看来，粤港澳大湾区9市第一产业用水量始终保持平稳趋势，用水量最大年份与用水量最小年份之间的极差为5.1 亿m3，且近三年用水量年均减少0.78%，相反，第二产业用水量呈现出阶梯式下降，由2011年的96 亿m3，急速下降到2012年的87.52 亿m3，用水量减少了8.48 亿m3，之后四年间保持相对平稳的下降趋势，用水量年均减少2.63%，从2016年开始反弹，次年达到小高峰，用水量为83.55 亿m3，随即开始下降，于2020年达到观察年份的最低值，用水量为67.2 亿m3。粤港澳大湾区9 市第三产业用水量变化较第一产业和第二产业来说，波动最大，从图1中观察来看，主要在于2017年后出现较大幅度的增长。从2011年到2017年间，第三产业用水量保持总体偏低、起伏较小、整体上升的趋势，同比浮动值都在7%以下，用水量最高年份与用水量最低年份的差值为3.85 亿m3。在观察年份当中，用水量浮动最大出现在2017年，从42.86 亿m3上升到2018年的67.4亿m3，差值为24.54 亿m3，相当于2017年整个第三产业用水量的57.3%，这与2017年《深化粤港澳合作推进大湾区建设框架协议》正式签署有关，而在2018年后，用水量增速明显放缓，总体仍然呈现不断上升的态势。

3.2 水资源利用效应分解

图2表示粤港澳大湾区9 市水资源利用变化的LMDI 驱动因素分解图，得到2011-2020年间用水效率、产业结构效应、经济规模效应以及人口效应对用水量的影响。

图2 粤港高大湾区9市水资源利用变化LMDI分解Fig.2 LMDI decomposition of water resources use change in 9 cities of the GBA

整体看来，水资源利用变化的拉动效应主要归因于规模经济效应和人口效应，其中规模经济效应占主导，而水资源利用变化的抑制效应主要归因于产业结构效应和用水效率，其中用水效率占主导。除了人口效应的用水分解值在0上处于较平稳态势，其余3个效应均呈现出明显波动。在观察年份当中，4种效应的用水分解值依次排序为用水效率、规模经济效应、产业结构效应和人口效应，其中人口效应的用水分解值最小，约12.09 亿m3。以上说明粤港高大湾区9 市的经济建设发展对水资源有显著性影响，且在产业结构调整、示范园区设立的推动作用下，产业结构和科技投入能减少对水资源利用的依赖性。

从人口效应来看，在观察年份内，其用水分解值均大于0，也就是说，人口效应对水资源利用有绝对的拉动效应，以2016年为界，左右两边大体呈现对称形式，除了2016年以外，其他年份的用水分解值相对保持一致，无较大差异，根据2016年粤港澳大湾区9 市常住人口数据，2016年出现较大增幅，较上一年度增加了7.44%，约435.77 万人，由此表现出具有明显峰值的用水分解值，之后由于人口数量增加量的放缓，人口效应用水分解值从2017年开始趋于平稳。

从用水效率来看，与人口效应不同的是，用水效率一直处于频繁波动当中，且在2012年开始急速下降后随即以更快的速度上升，并于2014年超过0 值达到6.33 亿m3，成为观察年份内唯一的正数，经过产业划分得出，在2014年第一、第二和第三产业的用水效率分别是-4.13、-8.71 和19.17 亿m3，由于第三产业较高的用水分解值，将2014年整体用水分解值拉高，从2014年《公报》可以发现，2014年粤港澳大湾区9市较其他年份具有更大增幅的用水量，而在用水分解当中被放大，由于政策滞后性，在2014年后的用水计划有所调整，最终用水效率的分解值在2016年后恢复到2013年的水平，2017年粤港澳大湾区成立，表现在用水分解值上为继2014年后的又一个峰值，随即以较快的减速在2020年降到最低点-21.863 亿m3，说明粤港澳大湾区的部署对珠三角9 市的用水可持续发展起到了显著作用。

从产业结构效应来看，用水分解值的主要变化集中在2013-2016年间，从2013年开始以年均减少15.4%的速度从4.33 亿m3减少到了-7.75 亿m3，而后触底反弹，增加了5.29亿m3，且在2016年形成次高峰，之后有所下降，并于2017年保持相对稳定的趋势。由于2017年粤港澳大湾区的建设，珠三角9 市产业结构的优化和调整使得2017年后的用水分解值都低于0，抑制效应始终保持在-5 亿m3上下，对水资源的节约和有效利用有推动作用。

从规模经济效应来看，经济快速发展的背后是对水资源的巨大拉动作用，除了2016年的用水分解值低于0 为-0.35 以外，其余年份均高于0，整体偏高的原因在于近年来粤港澳大湾区9市的快速建设，尤其是以广州和深圳为核心，珠海、佛山、东莞为辐射区域的大型基础设施建设、科技创新投资、产业孵化落地等规划和布局。而波动性趋势来自于具体政策的调整和落实，以及滞后性影响的叠加和突发性事件的发生。

4 水资源利用量和经济增长脱钩关系

基于粤港澳大湾区9 市2012-2020年相关数据，计算得到水资源消耗情况与经济发展之间的脱钩弹性值，并根据具体的用水变化和生产总值划分为8种脱钩类型（见表1）。从总体看来，粤港澳大湾区9市经济增长与水资源利用之间的脱钩类型呈现由弱脱钩转变为强脱钩的趋势，说明近年来经济发展朝着更高效绿色的现代化模式调整。从产业结构划分来看，第一产业的非负脱钩数量最多，其中强脱钩有6次，其次是第二产业，强脱钩有4 次，第三产业的脱钩关系更具有波动性，2015年由强脱钩状态转为弱负脱钩状态，之后在2018年又从弱负脱钩转变为衰退脱钩，最后在2020年表现为扩张负脱钩，说明第三产业用水量的变化相较于地区生产总值变化来说更为显著，既在两者同向变化时，用水量的增速或减速较经济变化来说更具有弹性，可以说明第三产业对于水资源的依赖性低于第一和第二产业，但外生因素导致的冲击更容易对其产生影响。

表1 2012-2020年粤港澳大湾区9市水资源利用与经济增长的脱钩类型Tab.1 Decoupling types of water resources use and economic growth in nine cities of the GBA from 2012 to 2020

为更加说明脱钩关系受粤港澳大湾区9 市规划建设影响导致的变化，以2018年为分界，可以发现2018年后强脱钩出现的频率大大增加，尤其是第二产业，2018-2019年间均为强脱钩状态，并且2020年的脱钩弹性值显著下降，说明第二产业用水量与产业生产总值之间的相关性正在消减，主要源于对耗水行业的大力监管和新技术革新带来的高质量经济增长，另外“大藤峡工程”的建设，也在一定程度上缓解了珠江流域枯水期和丰水期之间流量变化导致的用水困难。同时，考虑到粤港澳大湾区建设具有政策滞后性，于是将原观察年份滞后两期（见表2），发现2019 和2020年3 种产业结构的水资源利用与地区生产总值之间仍然具备强脱钩效应，可以说明粤港澳大湾区建设的规划对于水资源的管理以及合理利用具有正向效应。

表2 2013-2020年粤港澳大湾区9市水资源利用与经济增长的脱钩类型Tab.2 Decoupling types of water resources use and economic growth in nine cities of the GBA from 2013 to 2020

5 结 论

本文在对粤港澳大湾区9 市2011-2020年用水量按产业分析的基础上，根据LMDI 因素分解模型，将用水变化分解成为水定额效应、产业结构效应、经济规模效应以及人口效应，进而采用Tapio 脱钩弹性法分析了经济增长与水资源消耗之间的脱钩关系，得出以下结论：

（1）从用水量变化来看，第一产业用水量保持相对平稳态势，仅在2016年出现了一个“V”形波动，之后以较低减速逐年下降。而第二产业用水量的变化幅度较大，在2020年前一直是主要用水产业，但2017年开始，出现较大的下降幅度，表现为“急-缓-急”变化特征，并在2020年成为用水最少的产业。相反，第三产业用水量经历了一个较大的增长变化，尤其是在2017-2018年间，并于两年后成为2020年用水最多的产业。

（2）从利用变化分解来看，水资源利用变化的拉动效应主要受规模经济效应和人口效应的影响，其中规模经济效应占主导，而水资源利用变化的抑制效应主要受产业结构效应和用水效率影响，其中用水效率占主导，其中规模经济效应在2017年后出现较大变化，说明粤港澳大湾区经济建设对用水量的影响较大，因此要更加注重先进节水技术的开发和利用，做好分地区分产业约束性管理。

（3）从脱钩关系来看，第一产业的“强脱钩”出现次数最多，说明节水农业的调整得到了提升，现代化农业技术和立体化发展取得显著成果，结合用水量来看，第一产业用水向着低水资源消耗和高经济增长的趋势变革。同样的，第二产业也出现了明显成果，尤其在2017年之后，一转之前强负脱钩的态势，经历了“强负脱钩-弱脱钩-强脱钩”的变化，并在2018-2020年间保持强脱钩关系。第三产业的脱钩关系表现出较大的波动性，尤其滞后两期发现基年脱钩关系与上一年截然不同，说明第三产业受到外生冲击的影响表现得更具有弹性。因此，粤港澳大湾区建设在保障经济建设的同时要更加注重节水成果转化和水资源利用效率的提高。