河南省產業集群工業經濟與用水脫鉤及行業貢獻率分析

關鍵詞：用水脫鉤;LMDI法;Kaya恒等式；驅動效應；產業集群；河南省中圖分類號：TV213.4 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.08.020引用格式：，.河南省產業集群工業經濟與用水脫鉤及行業貢獻率分析[J].人民黃河，2025，47（8）：123-127，133.

Analysis of Decoupling of Industrial Water Use and Industry Contribution in Regional Industrial Clusters

PAN Guoqiang1，2， YAO Fei3

（1.Henan Water Conservancy Science and Technology Application Center， Zhengzhou 45Oo03， China; 2.Henan Engineering Research Center for Water-Saving Irrigation and Smart Management， Zhengzhou 45003， China; 3.Henan Water Conservancy Survey，Design and Research Co.，Ltd.， Zhengzhou 45OoO3，China）

Abstract：InodertoexplorethedecouplingstatusanddrivingmechanismsbetweenindustrlonomyandwateruseinChina’sinustrial clusters，thisstuduiltaTapiodecoulingdrivingfectmodelforindustrialwaterusebasedontheextendedKayaidentityandtheLogarithmicMeanDivisiaIndex（LMD）decompositionmethod.Themodelwasappliedtosystematicallevaluatethedecouplingstatusandits driversintraditoalplridustcustersinHenanProvincfroto16.eresultssowtata）Teoverllcusterhasaceved strong decoupling between industrial water use and economic output，with a total decoupling effect of -2.200 ； b） The water-saving progress effect serves as the main positive driving factor，showing a continuously increasing trend，with a contribution rateof -88.8% in 2015-2016; c）The industrial scale efect remains the dominant negative driver，but its contribution ratedeclines steadily from 100% in 2011-2012 to （2 47.8% in 2015-016；d）Thewateruseficiencyefectreversesfromapositivetoanegativedriverduring2Ol3-2O14，reachingacontribution rate of 52.2% in 2015-2016；e）The industrialstructure efect maintainsa stablepositive impactand thecontributionrate to ndustrial waterdecouplingscangeduch；f）Sixidustries（iudingoal，lctricityicals，etalugometallcals，d textiles）aeeystosdiingtecoupligproc.Tepracticallcatiooftodeldmostratesitsbilitdoe dustrialwaterusedecoulingefectsacrossmultipledimensios，dentifyectoralcontributions，andprovidetechicalsupprtforater saving governance and policy formulation in industrial clusters.

KeyWords：industrialwaterdecoupling；LMDImethod；Kayaidentity；driving efects；industrialclusters；HenanProvince

0 引言

脫鉤一詞最早用于物理學領域，表示兩個物理量有不同的變化趨勢。經濟合作與發展組織（OECD）將脫鉤定義為打破經濟增長與資源消耗/環境污染之間的正向關聯，即在經濟持續增長的同時，環境壓力保持穩定甚至下降[1]。20世紀末，脫鉤概念逐步拓展到農業與資源環境等領域，目前已成為水資源利用效率[2-6]與經濟發展領域[7-10]的研究熱點。諸多學者進行了理論探討與實踐應用，包括采用虛擬水貿易、水足跡、Tapio脫鉤彈性結合擴展LMDI模型等多種方法進行研究。吳丹[8采用驅動力-壓力-響應分析框架，系統評價了我國經濟發展與水資源利用脫鉤態勢，認為在經濟增長的前提下，水資源利用效率持續提高，利用總量增長速度減慢，達到頂峰后實現用水零增長甚至負增長。張峰等[9]利用脫鉤理論和Butterworth濾波技術，對2002—2014年我國工業用水強度與環境規制、技術進步之間的脫鉤狀態變化趨勢進行了定量分析，認為工業用水強度與環境規制和技術進步之間均呈現一定的脫鉤特征。王喜峰等[\"推導出脫鉤效應中真實節水效應、資源配置效應和結構調整與疏解效應3個子效應，通過改進基于投入產出的結構分解提出區域用水脫鉤效應模型。章恒全等[\"運用LMDI-Tapio兩階段方法，建立了包括強度效應、結構效應、收入效應、人口規模效應的區域用水量脫鉤指數分解模型。董瑞媛等[基于水資源三重屬性，利用LMDI分解法建立包括用水強度、產業結構、經濟發展、水資源使用率、水資源稟賦和人口規模的區域用水脫鉤模型，分析了黃河流域用水脫鉤態勢和關鍵因素。張陳俊等[13]利用LMDI-Tapio 模型，測算了黃河流域2000—2019年用水總量與經濟增長的脫鉤彈性，并分解了脫鉤彈性的驅動因素。

當前，工業經濟脫鉤分析主要集中在區域用水脫鉤或碳排放脫鉤[14-19]，對產業集群的工業經濟與用水脫鉤（簡稱工業用水脫鉤）及行業貢獻率分析的相關研究較少。本文基于Kaya恒等式擴展與對數平均迪氏指數（LMDI），提出工業用水Tapio脫鉤驅動效應模型，并應用于河南省傳統支柱產業集群的工業用水脫鉤及驅動效應分析，以期通過用水脫鉤的動態演化及其驅動效應分析，為制定工業節水政策、實現工業節水精細化管理提供參考。

1工業用水脫鉤及驅動效應模型

1.1 模型構建

1.1.1Tapio脫鉤彈性系數模型

Tapio脫鉤彈性系數模型的表達式為

式中： R_?V，G 為 Tapio脫鉤彈性系數（表征工業用水脫鉤效應）， ΔV 為工業用水量的變化量， V 為工業用水量，ΔG 為工業生產總值變化量， G 為工業生產總值。

根據脫鉤效應正負和大小，脫鉤分析結果可分為

脫鉤、連接和負脫鉤3種類型，進一步細分為8種脫鉤 狀態，見表1。

表1工業用水脫鉤狀態劃分

Tab.1 Industrial Water Decoupling Classification

1.1.2 因素分解方法

日本學者YoichiKaya于1990年提出Kaya恒等式，建立了 CO₂ 排放量與能源消費、經濟發展和人口之間的聯系。由于該式結構簡單、便于求解，因此在環境、能源領域得到廣泛應用。本文對Kaya恒等式進行擴展，工業取水量表示為

式中： V^t 為第 χ_t 年的工業取水量（一次性取新鮮水的水量）， V_i^t 第 χ_t 年第 i 類工業行業取水量， n 為工業行業分類數量， r_i^t 為第 Φ_t 年第 i 類工業行業的重復用水率， G^t 為第 χ_t 年的工業增加值， G_i^t 為第 χ_t 年第 i 類工業行業的增加值， W_i^t 為第 χ_t 年第 i 類工業行業的用水量（取水量和重復用水量之和）， P_i^t 為第 χ_t 年第 i 類工業行業的非重復用水量占總用水量的比例， S_i^t 為第 χ_t 年第 i 類工業行業的增加值占當年工業增加值的比例， I_i^t 為第 χ_t 年第 i 類工業行業的方元增加值用水量。

1.1.3 LMDI分解模型

在明確工業取水量影響因素的基礎上，采用因素分解方法對其變化進行分解，確定各因素的驅動作用。常用的分解方法包括指數分解法（IDA）和結構分解法（SDA），指數分解法以解聚為基礎，結構分解法以投入產出表為基礎。指數分解法相對于結構分解法的優點是對數據量要求不高，適用于時間序列或者截面數據分析，數學方法嚴密可行，易于操作。常用的指數分解法包括拉氏（Laspeyres）指數法和LMDI法，其中LMDI法因其能夠完全分解、無殘差項并且可較好地解決零值問題等優點，在能源經濟和環保領域得到廣泛應用。本研究采用LMDI法對工業取水量變化的驅動因素進行分解，第 χ_t 年工業取水量的變化量的LMDI計算公

式為

ΔV=V^t-V⁰=ΔV_P+ΔV_G+ΔV_s+ΔV_I

式中： V⁰ 為研究期期初的工業取水量，定義 ΔV_P，ΔV_G 、ΔV_s.ΔV_I 分別為工業取水量變化的節水進步驅動效應、工業規模驅動效應、工業結構驅動效應、用水效益驅動效應。

根據LMDI分解模型和式（2），各因素對取水量變化的驅動效應計算公式分別為

1.1.4 工業用水Tapio脫鉤驅動效應模型

將上述Tapio脫鉤彈性系數模型與工業取水量變化LMDI分解模型相結合，得到工業用水Tapio脫鉤驅動效應模型：

式中： D_?P，D_?G，D_s，D_?I 分別為工業用水脫鉤的節水進步效應、經濟規模效應、工業結構效應、用水效益效應。

1.2 分析步驟

工業用水脫鉤驅動效應分析的主要步驟如下。

1）根據研究期期初和期末產業集群的第 i 類工業行業用水量、取水量、增加值，采用式（3）～式（7），計算工業取水量變化的 ΔV_s，ΔV_P，ΔV_I，ΔV_G 4個驅動效應。

2）利用式（8），計算工業用水脫鉤的驅動效應 D_P 、D_G，D_s，D_I 。

3）按照上述步驟，計算各個行業的工業用水脫鉤驅動效應，分析識別其驅動特征，

2 河南省產業集群工業用水脫鉤及驅動效應分析

2.1 河南省產業集群概況與數據來源

依托交通與區位優勢、能源礦產資源稟賦和承接國內產業轉移的政策導向，河南省在工業經濟發展中逐步形成了獨具特色的產業集群，主要包括傳統支柱產業、高耗能行業、高成長性制造業和能源及原材料工業。河南省產業集群主要指在工業經濟發展中形成的具有一定關聯性和經濟特征的行業集合，其傳統支柱產業集群（冶金行業、建材行業、化學行業、輕紡行業和能源行業）包括黑色金屬冶煉和壓延加工業，有色金屬冶煉和壓延加工業，非金屬礦物制品業，化學原料和化學制品制造業，紡織業，石油加工、煉焦和核燃料加工業，燃氣生產和供應業，電力、熱力生產和供應業，煤炭開采和洗選業，石油和天然氣開采業，黑色金屬礦采選業，有色金屬礦采選業12個行業。

限于統計資料，研究期設定為2010—2016年。行業用水數據采用2011—2017年《河南統計年鑒》中規模以上分行業工業用水數據，行業增加值數據采用2011—2017年《中國工業經濟統計年鑒》中河南省分行業規模以上企業增加值數據。為消除物價影響，不同年份增加值以2010年為基年進行平減。

2.2 河南省傳統支柱產業集群用水脫鉤及驅動效應分析

2.2.1 用水脫鉤狀態與驅動效應

根據式（8）和表1，分析得到2010—2016年河南省傳統支柱產業工業集群的用水脫鉤狀態（見表2）；根據式（3）～式（7），計算得到工業用水脫鉤驅動效應（見表3）。按照驅動效應的正、負，分別計算對工業用水脫鉤的貢獻率，正向驅動效應（效應值為負）占年度正向驅動效應之和的百分比為正向驅動效應的貢獻率，負向驅動效應（效應值為正）占年度負向驅動效應之和的百分比為負向驅動效應的貢獻率。由表2、表3可知：1）2010—2016年河南省傳統支柱產業集群用水脫鉤效應為-2.200，除2010—2011年為弱脫鉤外，其他年度均實現強脫鉤。2）該產業集群的4個驅動效應中，節水進步效應為主要正向驅動因子，并呈波動增大趨勢，對工業用水脫鉤的貢獻率由2011—2012年的-61.3% 增大到2015—2016年的 88.8% ；工業結構效應具有穩定的正向驅動效應，對工業用水脫鉤的貢獻率變化不大；工業規模效應是主要的負向驅動因子，對工業用水脫鉤的貢獻率波動下降，由2011—2012年的100% 下降至2015—2016年的 47.8% ；用水效益效應在2013—2014年出現反轉，由正向驅動轉為負向驅動，對工業用水脫鉤的貢獻率由2010—2011年的 -85.3% 轉變為2015—2016年的 52.2% 。以上分析表明，該集群的節水工程建設與行業結構調整均取得明顯成效，對實現用水脫鉤發揮了重要作用。

表2河南省傳統支柱產業工業集群用水脫鉤狀態Tab.2Decoupling Status of Industrial Clusters in Henan Province

表3不同年度河南省傳統支柱產業集群用水脫鉤效應Tab.3Driving Effects of Industrial Water DecouplinginHenan Province

2.2.2 用水脫鉤的行業驅動總體效應及貢獻率分析

2010—2016年河南省傳統支柱產業集群不同行業工業用水脫鉤總驅動效應見表4，不同行業對集群工業用水脫鉤年際變化貢獻率見圖1。各行業中，煤炭開采和洗選業，電力、熱力生產和供應業，非金屬礦物制品業，化學原料和化學制品制造業，黑色金屬冶煉和壓延加工業，紡織業6個工業行業對用水脫鉤的貢獻率較大，為工業用水脫鉤的重點行業;煤炭開采和洗選業的驅動效應在2012—2013年后出現反轉（由負向轉為正向驅動），除2014—2015年對工業用水脫鉤的貢獻率較?。?-5.02% ）外，其他年度貢獻率為-36.01%～-58.33% ;而化學原料和化學制品制造業年度驅動效應在2011—2012年后由正向轉變為負向，對工業用水脫鉤的貢獻率為 6.94%～62.96% ，2015—2016年負向驅動效應貢獻率為 53.33% ；非金屬礦物制品業各年度驅動效應正負向交替波動，對工業用水脫鉤的貢獻率為 -34.51%～75.83% ;黑色金屬冶煉和壓延加工業各年度驅動效應正負向交替波動，對工業用水脫鉤的貢獻率為 -33.74%～28.24% ；電力、熱力生產和供應業的驅動效應在2010—2013年為正負向交替波動，對工業用水脫鉤的貢獻率為 -77.58% ～24.63% ，但在2013—2014年后呈現穩定的正向驅動趨勢，貢獻率為 -65.75%～-1.51% ；紡織業各年度驅動效應較小且正負向交替波動，除2015—2016年對工業用水脫鉤的貢獻率較大（為 37.22% ）外，其他年度的貢獻率為 -3.88%～5.29% 。

表42010一2016年不同行業年度工業用水脫鉤總驅動效應

2.2.3重點行業對集群用水脫鉤的貢獻率分析

限于篇幅，以上述6個重點行業中的電力、熱力生產和供應業為例，對重點行業用水脫鉤的驅動效應及貢獻率進行分析。電力、熱力生產和供應業用水脫鉤驅動效應見表5，對集群工業用水脫鉤的貢獻率見圖2。該行業的用水效益效應主要為負向驅動效應（2015—2016年對工業用水脫鉤的貢獻率為 84.3% ），而節水進步效應主要為正向驅動效應（2015—2016年對工業用水脫鉤的貢獻率為 -88.6% ），表明節水進步效應和用水效益效應為該行業用水脫鉤的主要驅動因子，用水效益效應是該行業用水脫鉤總驅動效應顯著衰減的主要原因，這可能與該行業面臨的成本提升、市場疲軟有關。

表5電力、熱力生產和供應業用水脫鉤驅動效應

Tab.5Driving Effect of Water Decoupling in Production andSupplyofElectricityandHeat

3 結論與建議

1）河南省傳統支柱產業集群近年來實現工業用水強脫鉤的主要貢獻者是節水進步效應，2015—2016年節水進步效應貢獻進一步凸顯；工業結構發揮穩定的正向驅動效應，對工業用水脫鉤的貢獻率變化不大；用水效益效應在2013—2014年反轉為負向驅動效應。2）該集群的各行業中，煤炭開采和洗選業，電力、熱力生產和供應業，非金屬礦物制品業，化學原料和化學制品制造業，黑色金屬冶煉和壓延加工業，紡織業等6個工業行業為工業用水脫鉤的重點行業，其中：電力、熱力生產和供應業，煤炭開采和洗選業等總體為正向驅動效應；化學原料和化學制品制造業，紡織業等具有負向驅動效應。

河南省傳統產業集群的工業節水管理與工程建設、行業結構調整均取得明顯成效，而用水效益效應的反轉與該集群行業整體市場經濟效益衰減以及集群的骨干行業成本提升、市場需求疲軟有關。建議河南省出臺節水激勵政策，加大產業集群工業節水工程投入力度，進一步優化產業結構和工藝流程，降低高耗水行業產能；通過積極提升行業服務水平、充分挖掘市場潛力，提高集群經濟效益水平，降低用水效益的負向驅動作用，實現行業高質量發展

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【責任編輯 張華興】