基于脫鉤理論的城市水資源利用與經濟增長關系研究

韓文艷, 陳興鵬, 張子龍

(1.蘭州大學 資源環境學院, 甘肅 蘭州730000; 2.蘭州大學 中國西部循環經濟研究中心, 甘肅 蘭州 730000)

基于脫鉤理論的城市水資源利用與經濟增長關系研究

韓文艷1,2, 陳興鵬1,2, 張子龍1,2

(1.蘭州大學 資源環境學院, 甘肅 蘭州730000; 2.蘭州大學 中國西部循環經濟研究中心, 甘肅 蘭州 730000)

[目的] 探討水資源利用與經濟增長間的相互作用關系，為中國城市水資源利用與經濟增長的協調可持續發展提供科學依據和決策參考。[方法] 基于脫鉤理論，運用Tapio彈性分析法對中國4個直轄市2001—2014年水資源利用與經濟增長關系進行研究。[結果] (1) 中國4個直轄市水資源利用與經濟增長總體處于弱脫鉤狀態。(2) 農業用水脫鉤關系優于工業。農業用水方面，北京市、天津市與上海市總體處于強脫鉤，重慶市為弱脫鉤；工業用水方面，北京市與上海市主要處于強脫鉤，其余則相反。(3) 北京市水資源利用與經濟增長的脫鉤狀態最好，其次是上海市，重慶市的脫鉤狀態最差。[結論] 各市水環境與經濟尚未達到協調可持續發展，重慶市發展的壓力最大，其次是天津市，北京市與上海市要避免向弱脫鉤和負脫鉤發展。

脫鉤理論; 水資源利用; 經濟增長; 直轄市

水資源作為經濟社會發展的戰略資源和經濟資源，是人類賴以生存和發展的基本條件，對于經濟社會發展起到重要作用。水資源短缺和水生態環境惡化是目前制約中國水資源利用的兩大主要問題，也是制約經濟社會可持續發展的主要瓶頸[1]。據中國水資源公報統計，中國水資源總量并不豐富，2014年全國水資源總量為2.73×1012m3，人均占有量更低，約為世界人均的1/4；地區分布不均，東部地區水資源總量5.33×1011m3，占全國的19.6%；中部地區水資源總量6.77×1011m3，占全國的24.8%；西部地區水資源總量1.52×1012m3，占全國的55.6%；2014年全國廢污水排放總量7.71×1010t，河流水水質總體為中，地下水水質總體較差，水生態環境惡化進一步加劇水資源短缺。因此，針對水資源問題研究，對于解決中國經濟社會可持續發展與水資源危機之間的矛盾具有重要意義。

目前，國內對于水資源與經濟增長的研究主要有：一是水資源利用與經濟增長的動態關系研究，鄧朝暉等[2]基于VAR模型通過變量平穩性檢驗和協整分析和廣義脈沖響應和預測方差分解分析，對中國經濟增長與水資源利用的長期均衡關系及其動態性進行了實證研究；潘丹等[3]利用中國省級面板數據，檢驗分析了水資源與農業經濟增長的內在動態關系。二是不同尺度的水資源利用與經濟增長協調關系研究，吳丹[4]構建了中國經濟發展與水資源利用的脫鉤時態分析模型，并實證分析了新中國成立后經濟發展與水資源利用的脫鉤態勢，系統剖析了二者間脫鉤的內在機理；潘安娥等[5]基于水足跡視角，評價并分析了湖北省水資源利用與經濟協調發展的脫鉤關系；谷學明等[6]利用水足跡和系統耦合理論，從水資源消耗與水環境壓力兩方面對江蘇省的水資源利用情況與經濟增長間的關系進行評價；楊豐順等[7]利用IPAT方程對武漢用水量與經濟增長的協調關系進行了分析。此外，張陳俊等[8]利用1998—2012年中國省際面板數據模型，整體和分組檢驗不同類別用水量與經濟增長的關系；張培麗等[9]論述了水資源安全與經濟增長關系研究的新進展；羅光明等[10]運用協整理論分析了新疆水資源利用與經濟增長的關系。從研究方法看，脫鉤理論應用較為廣泛，但基于脫鉤理論對城市水資源利用與經濟增長間協調關系的研究還較少，一般都是國家和省級層面的研究。

目前，許多城市存在水資源短缺、水污染嚴重等問題，特別是一些大城市，使得如何緩解城市水資源利用與經濟增長之間的矛盾成為水資源管理與區域經濟研究的主要內容[11]。本文擬基于脫鉤理論，采用脫鉤評價方法之一的Tapio彈性分析法[12]對中國4個直轄市——北京、天津、上海及重慶市的水資源利用與經濟增長間的協調關系進行脫鉤評價與分析，并比較脫鉤差異，以期為中國城市水資源利用與經濟增長的協調可持續發展提供一定的科學依據和決策參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

脫鉤這一概念被廣泛應用于資源環境領域，目前引用較廣泛的是OECD的脫鉤概念[12]，OECD認為“脫鉤”就是打破環境危和經濟財富之間的聯系[13]，脫鉤是對資源環境與經濟增長之間協調關系的一種測量及評價手段。目前在判斷脫鉤狀態或測度脫鉤程度時，采取的方法主要有變化量綜合分析法、脫鉤指數法、彈性分析法、基于完全分解技術的脫鉤分析方法、IPAT模型法、描述統計分析法、計量分析法和差分回歸系數法[12]，其中Tapio彈性分析方法在資源環境與經濟增長領域較為廣泛[14]。

Tapio從彈性概念出發，研究了歐洲國家交通業經濟增長量與二氧化碳排量間的脫鉤關系，并建立Tapio脫鉤指標體系[15]，本文以此為基礎加入指標值為0的狀態(如表1所示)。

表1 Tapio脫鉤指標體系

注：ΔWC為城市年用水量的變化百分比(%)； ΔGDP為城市年GDP變化百分比(%)。

劉愛東等[16]通過構建碳排放量與出口貿易之間的Tapio脫鉤模型，判別了中國碳排放量與出口貿易之間的脫鉤狀態；齊紹洲等[17]利用Tapio脫鉤模型研究了中部各省經濟增長與碳排放總量、人均碳排放量和碳強度之間的關系。本文在這些研究的基礎上，運用Tapio脫鉤模型探討中國城市水資源利用與經濟增長間的協調關系，構建城市用水與經濟增長間的Tapio脫鉤模型，公式表示為：

式中：R——城市用水與經濟增長間的彈性關系； ΔWC——城市年用水量的變化百分比(%)； ΔGDP——城市年GDP變化百分比(%)。

參照Tapio脫鉤指標體系可得到城市用水與經濟增長間的脫鉤狀態。由表1可知，“強脫鉤”是水資源集約節約利用程度增強，而經濟快速發展的情況，這是實現城市水資源利用與經濟協調發展的理想狀態；“強負脫鉤”則是經濟發展下降的同時，水資源消耗卻增加的情況，即水資源集約節約利用與經濟發展嚴格“反向脫鉤”的情況，為水資源利用與經濟不合理發展的悖論狀態；其余六種狀態均不利于城市水資源利用與經濟的協調可持續發展。

1.2 數據來源

本文選擇中國4個直轄市——北京、天津、上海及重慶市作為城市水資源利用與經濟增長脫鉤分析的研究對象，采用Tapio脫鉤彈性模型評價并分析其在2001—2014年的脫鉤狀態。數據來源為2000—2014年的《中國統計年鑒》、地方統計年鑒及水資源公報，選取的數據有各市年總用水量、農業用水量、工業用水量，城市年GDP、第一產業GDP和第二產業GDP。

2 結果與分析

2.1 計算結果

利用Tapio脫鉤彈性模型和相關數據，分別計算北京、天津、上海及重慶市4個城市的水資源利用與經濟增長的脫鉤彈性。在考慮水資源利用時，除了總用水量外，農業和工業作為地區經濟生產中2個最大的用水量部門，也將其納入到水資源利用與經濟增長關系的分析中。計算時，城市總用水量對應GDP、農業用水量對應第一產業GDP、工業用水量對應第二產業GDP，分別計算3組數據的脫鉤彈性，評價脫鉤狀態并進行分析。4個直轄市2001—2014年(以2000年為基年)的水資源利用變化量、經濟增長變化量及脫鉤彈性如表2—5所示(由于篇幅所限，只列出奇數年相關數據)。

根據上述脫鉤彈性計算結果，參照Tapio脫鉤指標體系，評價出2001—2014年中國4個直轄市水資源利用與經濟增長的脫鉤狀態(見表6)。

表2 北京市水資源利用與經濟增長的脫鉤彈性

表3 天津市水資源利用與經濟增長的脫鉤彈性

表4 上海市水資源利用與經濟增長的脫鉤彈性

表5 重慶市水資源利用與經濟增長的脫鉤彈性

表6 中國4個直轄市水資源利用與經濟增長的脫鉤狀態

2.2 各市總用水與GDP的脫鉤關系

由表6和圖1可知，自2001年以來，北京、天津、重慶市總用水量與GDP一直處于脫鉤狀態，上海市處于脫鉤與連接交替狀態。其中北京強脫鉤有6 a，弱脫鉤有8 a；天津強脫鉤有4 a，弱脫鉤有10 a；重慶市強脫鉤有2 a，弱脫鉤有12 a；上海市強脫鉤有6 a，弱脫鉤有7 a，增長連接有1 a。從時間分布上看，北京市強脫鉤主要出現于考察期的前期，弱脫鉤則是后期；重慶市則相反；天津市與上海市強脫鉤與弱脫鉤交替出現。結果說明目前4個直轄市總用水量與經濟增長主要處于弱脫鉤階段，且北京市、天津市有弱脫鉤趨勢。

圖1 2001-2014年4個直轄市總用水量與GDP的脫鉤狀態

2.3各市工業用水與第二產業GDP的脫鉤關系

表6和圖2顯示，2001—2014年，北京市工業用水與第二產業GDP一直處于脫鉤狀態，天津、上海市處于脫鉤與負脫鉤交替狀態，重慶市則處于脫鉤與連接交替狀態。其中北京市強脫鉤有8 a，弱脫鉤有6 a；天津市強脫鉤有5 a，弱脫鉤有8 a，增長負脫鉤有1 a；上海市強脫鉤有6 a，弱脫鉤有5 a，衰退脫鉤有1 a，負脫鉤有2 a；重慶強脫鉤有4 a，弱脫鉤有8 a，增長連接有2 a。從時間序列看，北京、天津和重慶市強脫鉤主要出現于前期，后期為弱脫鉤，且天津和上海市后期各出現1 a負脫鉤；重慶市強脫鉤主要在后期，弱脫鉤和連接主要在前期。總體來看，北京、上海市工業用水與第二產業GDP主要處于強脫鉤狀態，其他則處于弱脫鉤，且天津市弱脫鉤趨勢明顯，環境壓力較大。

2.4 各市農業用水與第一產業GDP的脫鉤關系

由計算結果可知，2001—2014年期間，北京、上海和重慶市的農業用水與第一產業GDP處于脫鉤和負脫鉤交替狀態，重慶市則是脫鉤、負脫鉤和連接交替狀態。其中北京市脫鉤有12 a，負脫鉤有2 a；上海市脫鉤有10 a，負脫鉤有4 a；重慶市脫鉤有12 a，負脫鉤有2 a；天津市脫鉤有10 a，負脫鉤有2 a，連接有2 a。在時間尺度方面，4個直轄市農業用水與經濟增長的脫鉤狀態主要出現于2008年以后，負脫鉤狀態則主要在2008年以前。總體來說，4個直轄市農業用水與經濟增長處于脫鉤狀態，且均有強脫鉤趨勢。

圖2 2001-2014年4個直轄市工業用水量與第二產業GDP的脫鉤狀態

2.5水資源利用與經濟增長脫鉤差異及原因分析

2001—2014年中國4個直轄市水資源利用與經濟增長總體處于弱脫鉤狀態，且城市間、水資源利用結構間仍存在脫鉤差異。如圖1所示，2001—2014年，各直轄市的總用水量與GDP均呈弱脫鉤關系，北京與上海較天津和重慶市強脫鉤年限較長，北京和上海市強脫鉤有6 a，重慶和天津市弱脫鉤顯著，其弱脫鉤分別為12和10 a。由此可見，在城市總用水量與GDP增長協調關系方面，重慶市壓力最大，其次是天津市，最后是上海和北京市。此外，上海市有增長連接狀態出現，即水資源利用量增多的同時經濟發展水平提高，應采取相應措施加強水資源的集約節約利用，同時加快經濟發展速度，提升經濟發展水平，逐步向強脫鉤轉變。

由圖2可知，2001—2014年，北京和上海市工業用水量與第二產業GDP主要呈強脫鉤關系，天津和重慶市則是弱脫鉤。其中，北京市強脫鉤較上海明顯，強脫鉤出現的年限分別有8和6 a；天津和重慶市的弱脫鉤年限一樣，均為8 a。此外，北京市有弱脫鉤趨勢，天津和上海市面臨負脫鉤威脅，重慶市有連接的挑戰。說明天津和上海市均存在增長負脫鉤，即工業用水量增長速度快于第二產業GDP增長速度的情況，而上海市甚至出現工業用水量與第二產業GDP嚴格“反向脫鉤”的情況，工業用水量與第二產業GDP嚴重不協調發展；重慶市存在增長鏈接，即第二產業GDP增長的同時工業用水量也在不斷增加，且增加速度較快。總之，在工業用水與經濟增長協調關系方面，天津和重慶市面臨的壓力較大，北京和上海市需提高警惕，還需要從多方面努力，以改變現狀，實現工業用水與經濟的協調發展。

如圖3所示，北京、天津和上海3個城市的農業用水量與第一產業GDP主要呈強脫鉤關系，重慶市則主要是弱脫鉤。其中北京市農業用水與第一產業GDP的強脫鉤關系最為顯著，有7 a，其次是天津和上海，分別有6和5 a；重慶市則有7 a的弱脫鉤。此外，北京和上海市均有負脫鉤情況出現，增長負脫鉤說明北京和上海市農業用水量增長速度快于第一產業GDP增長速度，弱負脫鉤則說明農業用水量隨第一產業GDP的降低而降低；天津2002—2007年農業用水與第一產業發展間的關系不容樂觀，脫鉤狀態由增長連接到增長負脫鉤再到強脫鉤，即農業用水量與第一產業GDP同時增長到農業用水量增長速度快于第一產業GDP，再到農業用水量與第一產業發展嚴格“反向脫鉤”、極為不協調的情況，2008年以后盡管出現一年增長連接，但總體有較大改善；重慶市有2 a增長連接，即農業用水量隨第一產業GDP增長而增長，且增長速度較快。可看出，雖然北京、天津和上海市強脫鉤年限較多，但依然和重慶市一樣，面臨弱脫鉤和負脫鉤的挑戰，農業發展方面壓力較大。

圖3 2001-2014年4個直轄市農業用水量與第一產業GDP的脫鉤狀態

3 討論與結論

3.1討論

2001—2014年，中國4個直轄市水資源利用與經濟增長的脫鉤關系，總體呈脫鉤狀態，且弱脫鉤有顯著優勢。其中，各市的總用水量與GDP均呈弱脫鉤關系；北京、天津和上海市的農業脫鉤狀態主要呈強脫鉤，重慶市則為弱脫鉤；北京和上海市工業脫鉤狀態呈強脫鉤，天津和重慶市則是弱脫鉤。顯然，各市水資源利用與經濟增長的脫鉤關系中，弱脫鉤狀態顯著的城市依次為重慶、天津、上海和北京市，即重慶市水資源環境與經濟增長協調可持續發展面臨的壓力最大，北京市則最小。

北京和上海市水資源利用與經濟增長間的協調關系較天津和重慶較好，主要在于其作為大陸的國際金融中心[18]，經濟發展水平較高，推動了水資源利用效率的提升。北京水資源利用與城市發展整體上有著較強的相關性，產業結構的優化升級與用水觀念的轉變[19]，以及水危機意識下節水防污社會建設和水資源管理機制和體制的逐步完善，有效促進了城市水資源利用與經濟的協調發展，增加了強脫鉤年限。隨著經濟和城市發展，上海市的水資源匱乏度越來越大，水資源利用呈嚴重超載狀態，且自給能力較低[20]，但其作為中國重要的金融中心，第三產業發展較快，在一定程度上將低了農業和工業用水，加上較高的技術進步效率優勢和嚴格水資源管理制度的實行[21]，有效提高了其水資源利用效率和效益，改善了水環境與經濟發展的關系。作為中國近代工業發祥地的天津，在南水北調工程的實施下，加上本身擁有的海河流域水資源，使得該地區水資源安全得到有效保障[22]，一定程度上導致了水資源的浪費，降低了水資源效率，但隨著京津冀一體化戰略的發展，區域產業結構得到優化調整，使得多目標條件下的水資源利用效率有效提高，天津水資源利用與經濟增長總體處于弱脫鉤狀態，但向強脫鉤發展的潛力巨大。重慶市作為長江經濟帶的重要城市之一，水資源較豐富，水資源開發利用處于安全范圍[22]，在水資源供給約束不嚴格情況下,其經濟增長嚴重依賴于水資源消費，而水資源與經濟發展的鏈接又較深，加上重慶水資源利用效率較低，使得重慶市成為4個直轄市中水資源環境與經濟協調發展壓力最大的城市。

3.2 結 論

(1) 4個直轄市水資源利用與經濟增長總體處于弱脫鉤狀態，且北京和天津市有弱脫鉤發展趨勢。

(2) 農業用水脫鉤關系優于工業，農業用水北京、天津與上海總體處于強脫鉤，重慶為弱脫鉤；工業用水北京與上海主要處于強脫鉤，其余則相反。

(3) 北京市水資源利用與經濟增長的脫鉤狀態最好，其次是上海，重慶市的脫鉤狀態最差。

(4) 各市水環境與經濟尚未達到協調可持續發展，重慶市發展的壓力最大，其次是天津市，但隨著產業結構的優化升級、技術創新戰略的實施及最嚴格水資源管理制度的實行等，可避免負脫鉤和連接的出現，降低城市水資源利用壓力，各市水資源利用與經濟增長協調發展的潛力巨大，尤其是重慶市。

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ResearchonRelationshipBetweenUrbanWaterUseandEconomicGrowthBasedonDecouplingAnalysisTheory

HAN Wenyan1,2, CHEN Xingpeng1,2, ZHANG Zilong1,2

(1.CollegeofEarthEnvironmentalScience,LanzhouUniversity,Lanzhou,Gansu730000,China; 2.ResearchInstituteforCircularEconomyinWesternChina,LanzhouUniversity,Lanzhou,Gansu730000,China)

[Objective] To explore the interaction between water use and economic growth in order to provide some scientific basis and decision-making reference for the coordinated development of urban water resource utilization and economic growth in China. [Methods] The article based on decoupling theory, use Tapio elastic analysis to research the relationship between water use and economic growth in China’s four municipalities from 2001 to 2014. [Results] (1) Water resource utilization and economic growth overall were in a weak state of decoupling. (2) Agricultural water decoupling was better than that of industry. In terms of agricultural water use, Beijing, Tianjin and Shanghai cities were strongly decoupled; Chongqing City was in weak decoupling state. For industrial water, Beijing and Shanghai City mainly were in strong decoupling, it was contrary for other two cities. (3) Decoupling state of water use and economic growth in Beijing City was best, followed by Shanghai City, Chongqing City was the worst. [Conclusion] Municipal water environment and economy has not yet reached coordinated and sustainable development. Especially, the development of Chongqing City is facing the greatest pressure, followed by Tianjin City. Beijing and Shanghai City should avoid the negative and weak decoupling development.

decouplingtheory;wateruse;economicgrowth;municipalities

A

1000-288X(2017)05-0140-06

TV213.4

文獻參數： 韓文艷, 陳興鵬, 張子龍.基于脫鉤理論的城市水資源利用與經濟增長關系研究[J].水土保持通報，2017,37(5)：140-145.

10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.024； Han Wenyan, Chen Xingpeng, Zhang Zilong. Research on relationship between urban water use and economic growth based on decoupling theory[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(5)：140-145.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.024

2017-02-09

2017-02-27

國家自然科學基金項目“城市循環經濟發展格局、過程及其驅動機制的跨尺度—多層次研究：以甘肅省典型城市為例”(41471462)

韓文艷(1993—),女(漢族),甘肅省文縣人,碩士研究生,研究方向為區域規劃與可持續發展。E-mail:hanwy15@lzu.edu.cn。

陳興鵬(1963—),男(漢族),甘肅省慶城縣人,教授，博士生導師,主要從事循環經濟、資源與環境管理和可持續發展研究。E-mail:chenxp@lzu.edu.cn。