山東省工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長的水資源效應(yīng)及時空演變分析

吳欣穎，任建蘭，程 鈺

(山東師范大學(xué)人口·資源與環(huán)境學(xué)院，中國濟(jì)南 250014)

水是自然界最基本的構(gòu)成要素，是人類生存、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展的基礎(chǔ)性自然資源和戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源，是人類文明建設(shè)中最為關(guān)鍵的因素.然而，近年來由于工業(yè)經(jīng)濟(jì)規(guī)模持續(xù)增長使得水資源短缺和水資源污染問題成為影響區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的障礙性因素.2012年，國務(wù)院印發(fā)《國務(wù)院關(guān)于實行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》，明確要求:到2015年，全國用水總量力爭控制在635 km3以內(nèi)，萬元工業(yè)增加值用水量比2010年下降30%以上.2013年，我國用水量為618.34 km3，其中工業(yè)用水量為140.64 km3，約占全國總用水量的22.74%，我國用水總量控制形勢嚴(yán)峻.同年，我國人均水資源占有量為2 059.70 m3/人，約為世界人均水平的28%，是全球13 個人均水資源占有量最少的國家之一.我國年平均缺水量高達(dá)50 km3以上，水資源供需矛盾突出.山東省是我國工業(yè)大省，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏向重工業(yè)化.2013年山東省工業(yè)用水量達(dá)2.886 km3，人均用水量為224.48 m3/人，人均水資源量約為300.45 m3/人.按照國際標(biāo)準(zhǔn)，人均水資源少于500 m3/人的地區(qū)為極度缺水地區(qū).因此，山東省水資源供需矛盾尤為明顯.

當(dāng)前對于工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源關(guān)系研究體現(xiàn)在以下3 方面:①研究尺度方面，美國、日本和荷蘭等發(fā)達(dá)國家是研究主力［1］，大部分對水資源的研究歸入可持續(xù)發(fā)展的范疇［2-3］.我國主要研究全國重點城市、工業(yè)區(qū)和各省級行政區(qū)［4-14］，主要集中在北方地區(qū);②研究視角集中于工業(yè)用水量主要影響因素［4，14-15］、工業(yè)用水效率［5-7，12，16］、工業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展［17］等方面，工業(yè)總產(chǎn)值、工業(yè)規(guī)模和工業(yè)制成品出口額是影響我國工業(yè)用水量的主要原因;而效率變化率和水價是影響我國工業(yè)用水效率的主要因素;③研究方法主要是計量方法，利用數(shù)據(jù)分析預(yù)測［18-19］，少部分研究采用空間自相關(guān)方法［12］.以上研究存在定量研究少、空間研究少特別是時間演化過程和空間分異格局研究不能結(jié)合的問題.本文探討山東省近20年工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長與水資源關(guān)系，對山東省水資源可持續(xù)利用提供借鑒.

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 LMDI 分解模型

通過工業(yè)用水量分解模型，分解出影響工業(yè)用水量變化的因素，并計算各個因素對工業(yè)用水量變化的影響程度.工業(yè)用水量Z 表示為式中，Zt是t 時期工業(yè)用水量;Ct是t 時期工業(yè)增加值;是t 時期i 行業(yè)增加值;是t 時期i 行業(yè)用水量;，表示t 時期i 行業(yè)增加值在工業(yè)增加值中的比重，代表t 時期的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu);Nti=Z Ctiti，表示t 時期i 行業(yè)的消耗強(qiáng)度，代表t 時期i 行業(yè)的水資源消耗效率.因此，基期和報告期的工業(yè)用水量差異可分解為:ΔZtot=Zt－Z0=ΔZact+ΔZstr+ΔZint.式中，ΔZact，ΔZstr，ΔZint依次代表經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)對工業(yè)用水量變化的影響、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)對工業(yè)用水量變化的影響、技術(shù)效率效應(yīng)對工業(yè)用水量變化的影響.

利用LMDI 方法分解上述公式，則有:

1.2 水資源密集型行業(yè)測算

各行業(yè)的水資源使用情況可以用行業(yè)用水強(qiáng)度(Mi)和行業(yè)用水規(guī)模(Zi)測算.為測算水資源密集型行業(yè)，綜合考慮行業(yè)用水強(qiáng)度和行業(yè)用水規(guī)模，構(gòu)建行業(yè)用水指數(shù)(Yi).首先，將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理:

其次，采用幾何平均法構(gòu)建行業(yè)用水指數(shù)(Yi，表示i 行業(yè)的行業(yè)用水指數(shù))1/2.

1.3 數(shù)據(jù)來源與行業(yè)分類

本文分析的時間段為1996—2013年，各行業(yè)的用水量數(shù)據(jù)來源于《山東省環(huán)境統(tǒng)計年報》，各行業(yè)增加值和工業(yè)增加值數(shù)據(jù)來源于《山東省統(tǒng)計年鑒》.期間，《山東省環(huán)境統(tǒng)計年報》對工業(yè)內(nèi)部的行業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn)稍有不同，考慮到行業(yè)分類以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，本文將工業(yè)內(nèi)部的行業(yè)劃分為采掘業(yè)，食品、煙草加工及食品、飲料制造業(yè)，皮革、毛皮、羽絨及其制造業(yè)，印刷業(yè)，醫(yī)藥制造業(yè)，橡膠制品業(yè)，塑料制品業(yè)，金屬制品業(yè)，電力、煤氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)等18 個行業(yè).

2 工業(yè)用水量狀況分析

2.1 工業(yè)用水量的整體變化分析

縱觀1996—2013年，山東省18 個行業(yè)工業(yè)增加值高速增長，2013年較1996年增長約28.74 倍，年均增長率約為22.09%;山東省18 個行業(yè)工業(yè)用水量的增長情況卻不同，2013年較1996年增長約1.85 倍，年均增長約6.36%(圖1).1996—2013年間，山東省18 個行業(yè)的單位工業(yè)增加值用水量逐年下降，降幅達(dá)到90.40%(圖2).

圖1 1996—2013年山東省18 個行業(yè)的行業(yè)增加值和行業(yè)用水量Fig.1 Value added of the industry and industry water use of 18 industries in Shandong Province from 1996 to 2013

圖2 1996—2013年山東省18 個行業(yè)單位工業(yè)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

由圖1 和2 可知，2000年以前，山東省工業(yè)規(guī)模較小，行業(yè)用水量相對較低并表現(xiàn)出緩慢上升的發(fā)展態(tài)勢;行業(yè)增加值低，但是呈現(xiàn)平穩(wěn)上升的趨勢;同時期的水資源利用效益較差，單位工業(yè)增加值用水量較高，但是呈現(xiàn)急速下降的趨勢，年均降幅約為22.62%.2001—2008年，山東省在發(fā)展中調(diào)整、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)業(yè)層次，行業(yè)用水量和行業(yè)增加值出現(xiàn)小幅度持續(xù)增長，年均增長率分別約為6.20%和19.46%;單位工業(yè)增加值用水量年均降幅約為12.49%.這主要得益于2006年起，山東省大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，通過關(guān)閉50 kt 以下的草漿造紙生產(chǎn)線、關(guān)停鋼鐵企業(yè)19 家等措施實現(xiàn)減少工業(yè)用水量、降低單位工業(yè)增加值用水量.2009—2013年，山東省在行業(yè)用水量平穩(wěn)增長的情況下，行業(yè)增加值大幅度增加，而單位工業(yè)增加值用水量緩慢下降，年均增長率分別約為5.39%，18.76%和－11.26%.

2.2 基于LMDI 分解模型的工業(yè)用水量的變化分析

1996—2013年間，山東省工業(yè)用水總量增加了36 137.817 Mt，年均增長約6.36%.其中經(jīng)濟(jì)規(guī)模對工業(yè)用水總量增長的效應(yīng)是65 610.743 Mt，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對工業(yè)用水總量增長的效應(yīng)是1 751.732 Mt，技術(shù)效率對工業(yè)用水總量增長的效應(yīng)是－31 224.659 Mt(表1).經(jīng)濟(jì)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)效率對工業(yè)用水總量增長的貢獻(xiàn)度分別是181.56%，4.84%和－86.40%.由此推斷，經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)是引起工業(yè)用水總量增加的主要原因;技術(shù)效率效應(yīng)是抑制工業(yè)用水總量增加的主要原因;產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)雖然對工業(yè)用水總量的增加起到一定作用，但是作用相對較小.

表1 1996—2013年山東省工業(yè)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 水資源密集型行業(yè)結(jié)構(gòu)變動分析

山東省工業(yè)用水指數(shù)在1996—2013年間徘徊在較高水平(圖3)，但波動下降，降幅高達(dá)67.16%.根據(jù)Yi測算結(jié)果，山東省1996—2013年不同行業(yè)的行業(yè)用水指數(shù)按照從大到小進(jìn)行排序，前7 位山東省水資源密集型行業(yè)是石油加工及煉焦業(yè)，醫(yī)藥制造業(yè)，電力、煤氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，化工原料及化學(xué)制品制造業(yè)，紡織業(yè)，非金屬礦物制造業(yè)，造紙及紙質(zhì)品業(yè).自1996年以來，山東省水資源密集型行業(yè)比重變化如表2所示.在所測算年份中，排在首位的石油加工及煉焦業(yè)的行業(yè)比重升降各半，但總體來看其行業(yè)比重呈現(xiàn)上升的趨勢，1996—2013年累計行業(yè)比重變化達(dá)6.39%;醫(yī)藥制造業(yè)，電力、煤氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)以及化工原料及化學(xué)制品制造業(yè)的行業(yè)比重下降顯著，尤其是電力、煤氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)累計行業(yè)比重變化高達(dá)－10.08%;醫(yī)藥制造業(yè)、紡織業(yè)、非金屬礦物制造業(yè)的行業(yè)比重穩(wěn)中有降;造紙及紙質(zhì)品業(yè)的行業(yè)比重平穩(wěn)上升.綜上，減少山東省工業(yè)用水量，需要重點控制石油加工及煉焦業(yè)、造紙及紙質(zhì)品業(yè)的用水量.

圖3 1996—2013年山東省工業(yè)用水指數(shù)Fig.3 Industrial water consumption index of Shandong Province from 1996 to 2013

表2 山東省水資源密集型行業(yè)比重變化(單位:%)Tab.2 Proportion changes of water resource intensive industry in Shandong Province(unit:%)

2.4 工業(yè)用水強(qiáng)度的時空格局

單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量表征了一個地區(qū)工業(yè)經(jīng)濟(jì)與工業(yè)耗水狀況，同時也在一定程度上表示了工業(yè)用水強(qiáng)度.從整體上分析，山東省17 地市單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量近年來一直處于下降的態(tài)勢(圖4，表3).2000，2006，2013年山東省17 地市中工業(yè)用水強(qiáng)度為一級的地市數(shù)量大幅增加，二級的地市數(shù)量基本保持不變，三級和四級的地市數(shù)量減少，2013年三級和四級的地市數(shù)量為零，說明2000年以來，山東省工業(yè)用水強(qiáng)度總體下降.

圖4 2000，2006，2013年山東省17 地市單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量空間分布圖Fig.4 Spatial distribution of water consumption per unit industrial total output value in 17 cities of Shandong Province in 2000，2006 and 2013

從空間上分析，以萊蕪市、濟(jì)寧市為代表的傳統(tǒng)重工業(yè)城市的單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量較高;而膠東半島地區(qū)的單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量較低.2000年，單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量最多的地市集中在魯西北地區(qū)，以德州市和聊城市為主，其次是魯中地區(qū)和魯西南地區(qū)，膠東半島地區(qū)以及日照市、臨沂市的單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量最低.德州市天衢工業(yè)園、聊城市嘉明工業(yè)園、鳳凰工業(yè)園以化工、紡織、醫(yī)藥制造和印刷業(yè)為主，多是山東省水資源密集型行業(yè)，隨著生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，工業(yè)用水量不斷攀升，工業(yè)用水強(qiáng)度大.2006年，單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量最多的地市主要是萊蕪市和濟(jì)寧市，威海市、日照市、臨沂市單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量明顯增加.萊蕪市和濟(jì)寧市依靠自身資源優(yōu)勢大力發(fā)展鋼鐵業(yè)、煤炭業(yè)，萊鋼集團(tuán)、兗礦集團(tuán)快速發(fā)展，工業(yè)用水量占全市總用水量的比重較大.2006年萊蕪市工業(yè)企業(yè)用水12 031 萬m3，其中地表水5 110 萬m3，約占總用水量的42.47%，加之其生產(chǎn)設(shè)備老化、技術(shù)效率較低，導(dǎo)致其工業(yè)用水強(qiáng)度高.在“工業(yè)強(qiáng)省”的號召下，威海市、日照市、臨沂市加速推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程，其化工業(yè)、造紙業(yè)等迅速發(fā)展，工業(yè)用水強(qiáng)度明顯增加.2013年，山東省工業(yè)用水強(qiáng)度明顯下降，除萊蕪市、濟(jì)寧市以及菏澤市單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量在6～20 dm3/元外，其余地市的單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量均未超過6 dm3/元.萊蕪市、濟(jì)寧市以及菏澤市工業(yè)用水強(qiáng)度較2006年出現(xiàn)下降，均在20 dm3/元以下.宣傳推廣發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使得各地市重視資源能源的循環(huán)利用與節(jié)約利用;科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步提高了水資源的利用效率;鋼鐵產(chǎn)業(yè)整合發(fā)展，“轉(zhuǎn)方式，調(diào)結(jié)構(gòu)”優(yōu)化山東省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高技術(shù)效率，推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變，工業(yè)用水強(qiáng)度大幅度下降.

表3 2000，2006，2013年山東省17 地市單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量各等級個數(shù)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 結(jié)論與建議

3.1 主要結(jié)論

利用LMDI 分解模型和ArcGis 軟件，通過定量劃分2000，2006 和2013年山東省17 地市工業(yè)用水強(qiáng)度的等級，分析山東省1996—2013年工業(yè)用水量與工業(yè)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系及其空間格局，得出如下結(jié)論:(1)近17年來，山東省行業(yè)增加值和行業(yè)用水量持續(xù)增長，而單位行業(yè)增加值用水量持續(xù)下降，降幅高達(dá)90.40%;(2)經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)是山東省工業(yè)用水量增加的主要原因，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)對工業(yè)用水量的增加有一定作用，但是作用較小，技術(shù)效率效應(yīng)是抑制工業(yè)用水量增加的主要原因，三者對工業(yè)用水量增長的貢獻(xiàn)度依次是181.56%，4.84%和－86.40%;(3)1996年以來，山東省水資源密集型行業(yè)主要有石油加工及煉焦業(yè)，醫(yī)藥制造業(yè)，電力、煤氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，化工原料及化學(xué)制品制造業(yè)，紡織業(yè)，非金屬礦物制造業(yè)，造紙及紙質(zhì)品業(yè);(4)1996—2013年，山東省工業(yè)用水強(qiáng)度一直呈現(xiàn)下降趨勢;從空間分布來看，以萊蕪市、濟(jì)寧市為代表的傳統(tǒng)重工業(yè)城市的單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量較高;而膠東半島地區(qū)的單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量較低.濟(jì)南市、泰安市、淄博市等地市的單位工業(yè)總產(chǎn)值用水量逐漸降低.

3.2 對策建議

目前，山東省仍處于工業(yè)化中期階段，工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長所帶來的水資源短缺壓力將持續(xù)存在.根據(jù)本文研究，提出以下對策建議:

(1)深入調(diào)整優(yōu)化工業(yè)結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)工業(yè)發(fā)展與水資源的關(guān)系.加快非金屬礦物制造業(yè)、造紙及紙質(zhì)品業(yè)等高耗水行業(yè)產(chǎn)業(yè)重組，降低石油加工及煉焦業(yè)，電力、煤氣及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)等七大水資源密集型行業(yè)的比重，提高低水耗行業(yè)產(chǎn)業(yè)的比重，在節(jié)水降耗的同時實現(xiàn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速健康發(fā)展.

(2)深入研發(fā)推廣高新技術(shù)，降低工業(yè)發(fā)展對水資源的依賴.貫徹落實清潔生產(chǎn)，促進(jìn)以環(huán)境為導(dǎo)向的再循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系的產(chǎn)生;同時，營造發(fā)展新技術(shù)、開發(fā)新能源的優(yōu)質(zhì)環(huán)境，支持企業(yè)采用新工藝、自主研發(fā)節(jié)水降耗新技術(shù)，大力推動科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，降低工業(yè)用水量，提高水資源利用效率.

(3)差別制定區(qū)域工業(yè)發(fā)展規(guī)劃.山東省各地市具有不同的區(qū)位條件，東部沿海地區(qū)地理位置優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，技術(shù)先進(jìn)，著重進(jìn)行研發(fā)和營銷;魯西南地區(qū)是山東省傳統(tǒng)工業(yè)區(qū)，需整合區(qū)域間水資源，實行階梯定量用水管理辦法，加快由粗放式向集約式發(fā)展的轉(zhuǎn)變，降低山東省工業(yè)用水總量.

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