吉林省水資源利用與經濟發展關系研究

朱光磊，趙春子，佟守正，朱衛紅

1.延邊大學 地理與海洋科學學院，吉林 延吉 133002；2.中國科學院 東北地理與農業生態研究所，長春 130102

水是人類賴以生存和發展的重要自然資源，對經濟社會的發展起到一定程度的影響[1]，而經濟社會發展對水資源環境也具有一定的制約[2]．國內外相關研究主要集中在水資源生態足跡的計算與評價[3-8]、水生態足跡的脫鉤分析[9]、水資源利用和經濟發展之間匹配度[10-11]等方面，但對水資源生態足跡的影響因素以及水資源利用與經濟發展關系的綜合研究尚少．吉林省作為東北老工業基地和農業大省[12]，在農業生產方面的用水量占據了區域總用水量的70%以上，特別是近年來，由于氣候變化和人為活動的影響，水資源緊缺問題日益凸顯[13-14]，較大程度上制約了吉林省工農業和城市的發展．本文以吉林省為研究區，采用匹配度、水資源生態足跡以及LMDI指數分解等模型，綜合分析影響水資源生態足跡的因素，明確經濟發展背景下吉林省水資源利用狀況，擬為新一輪東北振興形勢下吉林省的水資源與經濟社會協調發展提供理論依據．

1 研究區概況

吉林省位于我國東北地區中部，松遼平原腹地，總面積為18.7萬km2，屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為2～6 ℃，年平均降水量為400～600 mm，季節和區域差異較大，降水80%集中在夏季，東部降雨最為豐沛．區內水系較發達，但水資源空間分布不均，形成東多西少，南豐北欠的格局．以中部大黑山為界，分為東部山地和中西部平原兩大地貌，地勢呈東南高、西北低的特征．經濟產業結構中以農業為主，重工業占比偏高，第三產業發展速度緩慢，社會經濟綜合實力較弱．

2 數據與方法

2.1 數據來源

本研究數據源自2004-2018年《吉林省水資源公報》和2005-2019年《吉林省統計年鑒》．

2.2 研究方法

2.2.1 水資源利用和經濟社會發展匹配度模型

匹配度是衡量系統之間或系統內部各要素匹配程度的一個指標[10]，有助于認識區域水資源對經濟社會發展的支撐作用．匹配程度強，表明適水產業布局好；匹配程度弱，表明適水產業布局不合理．通過分析研究區實際情況，本研究對2004-2018年的水資源利用和經濟發展進行匹配度的計算，模型如下：

(1)

(2)

式中：at為變量X和Y之間的匹配度；rt為某一時段的變量X占研究時段變量X的比例；st為某一時段的變量Y占研究時段變量Y的比例．at大于或等于0.8為匹配；0.8和0.6之間為較匹配；小于或等于0.6為不匹配[15]．

2.2.2 水資源生態足跡模型

水資源生態足跡模型用來定量評估人類對水資源的需求和區域水資源支撐可持續發展的能力，反映水資源利用及可持續開發狀況[16]，包括生態足跡、生態承載力和生態盈虧3種，模型[17-20]如下：

EF=γ×(W/PW)

(3)

EC=0.4×γ×Φ×(Q/PW)

(4)

ED=EC-EF

(5)

EP=EF/EC

(6)

GW=EF/GDP

(7)

式中：Φ為區域水資源生產能力與全球水資源生產能力的比值[21]，計算公式如下：

Φ=P/PW

(8)

P=V/S

(9)

式中：EF為水資源生態足跡；γ為水資源全球均衡因子；W為區域用水量；Pw為水資源全球平均生產能力；EC為水資源生態承載力；Q為水資源總量；ED為水資源生態盈虧；EP為水資源生態壓力指數；Gw為萬元GDP水資源生態足跡；P為計算時段內的水資源生產能力；V為計算時段內區域的水資源總量；S為區域的面積．參考相關研究[16]，本研究確定γ為5.19，Pw為3 140 m3/hm2，計算得2004-2018年吉林省水資源產量因子見表1．

表1 2004-2018年吉林省水資源產量因子

ED>0為水資源生態盈余，表明研究區域水資源有利于區域的協調發展；ED<0為水資源生態赤字，表明研究區域水資源短缺．EP=1，表示該區域水資源生態環境供給平衡；EP值越大，水資源生態環境惡化程度越高；反之則越低．Gw值越大，表明研究區域內消耗的水資源越多；反之，用水效率越高．

2.2.3 LMDI指數分解模型

對數平均迪氏指數法(LMDI)能定量分析事物變化的特點及其影響因素的作用，在分解過程中不會出現異常值，影響分解因素的關鍵指標可以被明確指出，具有良好的準確性和聚合性[22-23]，模型如下：

(10)

(11)

利用LMDI分解法對上式進行分解，結果如下：

(12)

(13)

(14)

(15)

式中：sit，gt，rt，Pt分別代表結構效應、技術效應、經濟效應和人口效應；Δeft為總水資源生態足跡變化量；eft，ef0分別代表第t年和基準年的水資源生態足跡．

3 結果與分析

3.1 水資源利用與經濟社會發展之間的匹配度

由圖1a可知，研究期內吉林省逐年人均用水量呈先升后降的特征，而人均GDP逐年上升，二者匹配度在2011年達到峰值后開始下降，分析原因，主要是隨著吉林省經濟社會的快速發展，水資源量對經濟社會發展的支撐作用日益顯著，在2011年以前兩者同步增長因而匹配度逐漸提高．2011年至2018年間，水資源利用狀況呈現先平穩后下降的態勢，經濟社會持續增長后又出現小幅回落，匹配度由較匹配及以上水平變為不匹配，表明人們節水意識日漸增強，并隨著資金投入力度加大、現代化農業的推廣和工業污水循環利用處理技術的進步，水資源利用效率逐步提高．

從圖1b來看，2011年之后，除了人均農業用水量與第一產業GDP匹配度在2016年開始上升，人均工業用水量與第二產業GDP在2018年出現回升以外，其余時間段第三產業人均用水量與其GDP的匹配度均呈明顯下降趨勢．這反映出近年來吉林省統籌推進工業化、城鎮化和農業現代化建設，實施農業可持續發展規劃，通過調整農業區域布局，因地制宜發展不同農作物種植，并扎實推進供給側結構性改革，經濟產業轉型升級有序進行，使得水資源利用相較于過去有了較大改觀．但值得注意的是，吉林省的農業經濟發展對水資源需求量大，現代化農業技術發展有待提高，農業節水設施建設尚需完善，政府應協調各區域間經濟產業結構，提高水資源利用效率以推動各產業的經濟高效發展．

圖1 吉林省水資源利用與經濟社會發展之間的匹配度

3.2 水資源生態足跡和生態承載力分析

由圖2可見，2004-2018年吉林省水資源生態足跡總體呈上升趨勢，變化范圍為1 626.26～2 207.57萬hm2．水資源生態承載力波動變化明顯，在2010年最高，為5 309.28萬hm2，2009年最低，僅為1 000.17萬hm2；其波動的原因是受到年平均降雨量的影響，二者變化規律基本一致，且呈現顯著正相關，相關系數為0.83．萬元GDP水資源生態足跡呈逐年下降趨勢，表明吉林省用水效率逐年提高，對水資源生態危機有緩解作用．

在水資源各賬戶中，農業、工業、生活和生態用水足跡多年平均值分別占全省水資源總生態足跡的67.78%、18.55%、10.22%和3.41%．由此可見，吉林省水資源生態足跡以農業用水為主．農業用水、生活用水和生態用水生態足跡總體呈波動上升趨勢，工業用水生態足跡在2015年前呈波動上升趨勢，之后生態足跡逐步下降．這表明全省農業節水灌溉工程的推廣和使用還不完善，并隨著經濟的快速發展、國家加大生態環境保護力度和居民生活水平的不斷提高，工業用水消耗量逐步減少．在研究期的15年間，水資源生態虧損年份出現了9年，水資源生態壓力指數臨近和大于1的年份數多達12年，表明吉林省水生態環境處于危險狀態，水資源利用可持續性失衡，將可能導致生態環境與經濟發展受到制約，間接阻礙區域的整體發展．

3.3 基于LMDI指數分解法的水資源生態足跡

為定量分析水資源利用與經濟發展主要因素間的關系，利用LMDI模型，選擇2004年為基準年，對吉林省水資源生態足跡變化進行經濟、結構、技術和人口等4種效應的因素分解，結果如圖3所示．

圖3 吉林省水資源生態足跡分解效應及其貢獻率

2004-2018年吉林省水資源生態足跡變化中，經濟效應持續增長，雖然在2018年有小幅回落，仍然占據主導作用且為明顯的正效應，并未受到全球經濟危機的影響，水資源生態足跡累計貢獻率達到698.53%．從2004年國家正式啟動振興東北地區老工業基地政策以來，在資金、政策、產業技術、基礎設施和生態文明建設等方面予以了大力支持，從圖4和圖5中可以看出，吉林省人均GDP和城鎮人均可支配收入逐年上升，各種社會保障支出明顯提高，經濟產業中的工業有效平穩發展，服務產業得到大力發展，對水資源的消耗呈平穩上升態勢，而且在農業產值比重逐年下降的同時，其用水量居高不下，說明農業節水現代化措施推廣力度較弱，整體上對水資源生態足跡增長起到推動作用．

圖4 吉林省主要經濟社會發展指標變化

圖5 吉林省各產業比值與用水量變化

研究期內，吉林省水資源生態足跡受到技術效應的顯著抑制作用，且呈逐年上升趨勢，累積貢獻率為-604.66%，僅次于經濟效應的累計貢獻率．可見，盡管隨著水利設施的增加，節水技術的改造和節水體系的健全，一定程度上技術效應抑制了水資源生態足跡的增長，但其抑制作用遠不及經濟效應和結構效應共同作用引起的促進效果，因而在總體上吉林省水資源生態足跡仍呈增長趨勢．

2004-2009年結構效應對吉林省水資源生態足跡有著抑制作用，呈現持續增長的態勢，但從2010年開始，結構效應出現推動作用，累積貢獻率為86.88%．表明吉林省水資源生態足跡結構合理化調整有待加強，由于農業對水資源的依賴以及工業過度消耗水資源，將會間接引起水資源生態足跡增加，結構效應起到一定促進效果，但其貢獻程度要比經濟效應和技術效應小得多．

2004-2011年吉林省常住人口的平均增長率為0.3%，對水資源生態足跡的影響較小；2012-2017年吉林省常住人口持續下降，下降率為0.5%，人口效應也呈現下降趨勢，直至2016年和2017年人口效應為負，但隨著2018年常住人口的增加，人口效應變為促進作用，累計貢獻率為9.92%．說明在吉林省水資源生態足跡的增長中，人口效應起到一定的作用，但效果不顯著．

4 結 論

1) 2004-2018年吉林省逐年人均用水量呈先上升后下降趨勢，而逐年人均GDP在升高，二者匹配度在2011年達最大后逐步下降．2011年以后，除人均農業用水量與第一產業GDP匹配度在2016年開始逐年上升，人均工業用水量與第二產業GDP在2018年出現回升以外，其余時間段各產業人均用水量與其GDP的匹配度均呈明顯下降趨勢．

2) 研究期內，吉林省水資源生態足跡變化總體呈上升趨勢，農業用水生態足跡占水資源總生態足跡的67.78%，是最主要的用水形式；受年降水量的影響，水資源生態承載力和生態盈虧起伏變化明顯，水資源利用表現為生態赤字狀態；農業用水生態環境已處于危險狀態，工業用水、生活用水和生態用水處于水資源可持續利用狀態．

3) 吉林省水資源生態足跡增長的主要影響因素是經濟效應，技術效應則是抑制這一增長趨勢的關鍵原因，結構效應和人口效應在水資源生態足跡增長中發揮了一定的作用，但影響效果較弱．

綜上所述，為使東北老工業基地之一的吉林省水資源利用與經濟協同高效發展，應全面推廣農業節水改造技術及節水設施，大力發展生態農業；支持低耗水工業的發展，增加第三產業比重；加強科技創新能力建設，推廣水污染的防治，減少污染水的排放，推動水資源循環利用，確保在經濟穩定發展的同時，提高水資源利用效率，從而緩解吉林省用水壓力，改善水環境安全狀況，以期實現吉林省水資源的可持續發展和利用．