韦侦明，吴泽宁，郭 溪，王慧亮

（郑州大学 黄河实验室，河南 郑州 450001）

水资源是人类赖以生存的基本条件，也是社会发展的战略资源，其丰盈程度会影响区域的经济水平和人们的生活品质。近年来，随着经济的发展，社会对水资源的需求量不断增大，水资源短缺问题逐渐成为制约区域发展的瓶颈［1］。因此，如何协调水资源利用与经济发展关系迫在眉睫。

水足迹是Hoekstra［2］于2002 年在Allan［3］虚拟水的基础上提出的，指一个国家或地区在一定时间内消费的产品或服务中的水资源量，包括实体水和虚拟水，反映水资源真实消耗及流通程度，有助于科学全面地了解水资源利用状况。Jenerette 等［4］、Van 等［5］、吴兆丹等［6］分别研究了美国、荷兰、中国的水足迹状况，结果表明美国人口规模对其水足迹产生较大影响、荷兰水足迹主要与农产品消费有关且受外部水足迹影响较大、中国水足迹的空间差异主要源于区域间的不同。脱钩分为相对脱钩和绝对脱钩，相对脱钩指经济增长时资源消耗以较低速率增加，绝对脱钩指经济增长时资源消耗逐步减少［7］。绝对脱钩是水资源利用与经济发展的最佳状态，即在一定的社会结构、经济规模和技术水平下，以最小的水资源代价实现最大的经济增长。钟太洋等［8］、马海良等［9］、盖美等［10］基于脱钩理论，分别研究了我国各省（区）建设用地扩张、工业废水排放以及长江三角洲地区环境压力与经济增长关系，结果表明各省（区）建设用地扩张与经济增长多处于弱脱钩状态、工业废水排放与经济增长多处于强脱钩状态、长江三角洲地区环境压力与经济增长多处于相对脱钩状态。

目前，已有部分学者结合水足迹和脱钩理论研究了水资源利用与经济发展的关系［11－14］，但以往研究多缺少农业用水对经济增长的影响分析以及脱钩因素的分析，未能全面揭示水资源利用与经济发展的脱钩关系。洛阳市作为河南省副中心城市，社会经济较为发达，人口众多，对水资源的需求量不断增加，如何协调水资源利用与经济发展关系将直接影响区域未来的发展。基于此，本文以洛阳市为例，采用自上而下核算法计算水足迹，并结合脱钩理论和对数平均迪氏指数法（LMDI），构建TAPIO－LMDI 模型，分析水资源利用与经济发展脱钩关系，以期为洛阳市水资源可持续利用和经济高质量发展提供参考。

1 研究方法

1.1 水足迹核算方法

水足迹计算方法有自上而下核算法、自下而上核算法和投入产出法［15］。由于产品或服务中的水资源可能源于其他地区，而产品生产用水多为当地水资源，因此采用自上而下核算法更能反映区域水资源的真实消耗情况。水足迹计算公式为

式中：TWF为总水足迹，TIWF为内部水足迹，TEWF为外部水足迹，TAGWF为农业水足迹，TINWF为工业水足迹，TLIWF为生活水足迹，TECWF为生态水足迹，TTOWF为城镇公共水足迹，TEXWF为出口水足迹，TIMWF为进口水足迹，TIEWF为从其他地区进口再出口的水足迹，MWP为人均水足迹，TPO为总人口，RIW为水足迹自给率，IIA为水足迹压力指数，TAVWF为可利用水足迹，BGW为水足迹经济效益，TGDP为地区生产总值。

1.2 基于水足迹的TAPIO－LMDI 模型

水资源利用与经济发展脱钩关系的研究方法有VEHMAST 脱钩指数法、IPAT 模型法、差分回归系数法以及TAPIO 弹性法等［16］，前3 种方法评价体系不够完善，无法区分某些状态，而TAPIO 弹性法则可以弥补此不足，且不受量纲影响，能有效判定脱钩状态的演替［17－18］。本文参考章恒全等［19］和孙付华等［20］的研究，利用对数平均迪氏指数法将影响水足迹变化的因素分为用水效率、产业结构、经济收入、人口规模，并与TAPIO 脱钩模型耦合，构建基于水足迹的TAPIOLMDI 模型，深入研究水资源利用与经济发展脱钩关系。LMDI 方法计算公式为

式中：TWFi为i产业（农业和工业）水足迹，TGDPi为i产业增加值；EWGi为i产业水足迹与其增加值的比值，反映用水效率；SGGi为i产业增加值与地区生产总值的比值，反映产业结构；IGP为地区生产总值与总人口的比值，反映经济收入；TPO为总人口，反映人口规模。

式中：ΔTWFE、ΔTWFS、ΔTWFI、ΔTWFT分别为第t－1 年到第t年的用水效率、产业结构、经济收入、人口规模变动引起的水足迹变化。

TAPIO 脱钩模型计算公式：

耦合TAPIO 脱钩模型，构建TAPIO－LMDI 模型：

式中：DWGE、DWGS、DWGI、DWGT分别为第t－1 年到第t年的用水效率、产业结构、经济收入、人口规模变动产生的效应值。

基于水足迹的TAPIO－LMDI 模型脱钩状态划分标准见表1。

表1 基于水足迹的TAPIO－LMDI 模型脱钩状态划分标准

2 实例应用

2.1 研究区概况

洛阳市位于黄河中游南岸，面积15 229 km2，辖一市六县八区，是河南省副中心城市，与三门峡、南阳、平顶山及郑州市相邻，社会经济较为发达。境内属暖温带半干旱大陆性气候区，年均降水量691.3 mm，降水多集中在6—9 月，大小河流2.7 万多条，水资源总量28.15 亿m3，水资源可利用量22.14 亿m3，农业用水量最大、工业次之。2021 年全市生产总值5 447 亿元，年末常住人口706.9 万，城镇常住人口465.7 万，城镇化率为65.9%。

2.2 数据来源及处理

本文数据来源于2005—2020 年《洛阳市水资源公报》《洛阳统计年鉴》及《河南统计年鉴》等，缺失数据采用内插法求得。农业水足迹用农产品产量乘以单位农产品虚拟水含量求和得到，农产品包括农作物产品（粮食、油料、棉花、烟叶、蔬菜和水果等）和动物产品（猪肉、牛肉、羊肉、禽蛋、牛奶及水产等），单位农产品虚拟水含量参照孙才志等［21］、马静等［22］、Hoekstra等［23］、武晗［24］的研究成果（见表2）。进出口水足迹用万元产值用水量与进出口贸易额相乘得到，忽略从其他地区进口再出口的水足迹。工业水足迹、生活水足迹、生态水足迹和城镇公共水足迹用各自用水量代替。为消除价格变动对地区生产总值及产业增加值的影响，以2005 年为基准期，利用GDP 平减指数法换算成可比较的实际GDP。

表2 单位农产品虚拟水含量 m3／kg

2.3 结果分析

2.3.1 水足迹状况分析

利用水足迹核算方法，分析洛阳市多年水足迹状况，结果见表3。洛阳市总水足迹呈先增后减、整体增大趋势，年均61.58 亿m3，2015 年达到最大67.20亿m3，人均水足迹变化趋势与其基本一致，年均897.73 m3；生活水足迹、生态水足迹和城镇公共水足迹波动增加，年均分别为1.98 亿、1.02 亿、0.52 亿m3，这与近年来人们生活水平提升、重视生态环境保护以及推进城镇化进程等有关；农业水足迹相对较大，年均52.38 亿m3，挤占了其他产业的水资源供应量，不利于经济协调发展；而进口、出口水足迹相对较小，年均分别为0.14亿、0.40 亿m3，相差0.26 亿m3。区域水足迹自给率在99.30%以上，水足迹压力指数超过安全上限1，水资源利用基本源于内部供应，水资源安全面临较大风险和压力；水足迹经济效益由2005 年的19.94元／m3增大到2020 年80.29 元／m3，基本符合区域经济发展状况。

表3 2005—2020 年洛阳市水足迹状况

因农业水足迹最大，对洛阳市总水足迹影响最大，故对其进行详细分析，见表4。农作物产品中粮食水足迹最大，年均25.54 亿m3，占农业水足迹的48.76%，这与粮食作物种植面积最大、耗水量最多有关；蔬菜水足迹次之，年均2.47 亿m3，占比4.71%，且每年变化不大，较为稳定；棉花水足迹最小，年均仅0.24 亿m3，占比不足0.50%，且有减小趋势。动物产品中，牛肉、禽蛋、猪肉水足迹较大，年均分别为5.58 亿、5.17 亿、3.49亿m3，分别占农业水足迹的10.65%、9.86%、6.65%；羊肉水足迹最小，年均仅0.42 亿m3，原因可能与洛阳市传统饮食习惯有关。洛阳市应当发展高效节水农业，通过改进灌溉方式和调整种植结构等措施减少农业用水，确保区域水资源可持续利用。

表4 2005—2020 年洛阳市农业水足迹状况 亿m3

2.3.2 基于水足迹的水资源利用与经济发展脱钩关系

利用TAPIO 脱钩模型，研究2005—2020 年洛阳市水资源利用与经济发展脱钩关系，结果见表5。洛阳市总水足迹与生产总值关系由弱脱钩向强脱钩转变，整体处于脱钩状态，即经济发展对水资源的依赖性越来越低，是较为理想的协调关系，有利于区域可持续发展，其中：脱钩关系有1 次扩张性负脱钩、1 次增长性连接、6 次弱脱钩和7 次强脱钩，脱钩率86.67%，强脱钩率46.67%，2012 年以后多强脱钩，这与近年来洛阳市提倡高质量发展以及用水效率提升等有关。农业水足迹与生产总值关系也由弱脱钩向强脱钩转变，脱钩率86.67%，强脱钩率46.67%，且历年脱钩关系和总水足迹与生产总值的相同，农业用水对区域水资源利用与经济协调发展影响最大。农业水足迹与农业增加值关系整体弱于与生产总值的关系，脱钩率73.33%，强脱钩及超强脱钩率46.67%，脱钩状态变化显著，农业发展对水资源的依赖性依旧明显，不利于区域协调发展。

表5 2005—2020 年洛阳市水资源利用与经济发展脱钩关系

利用TAPIO－LMDI 模型，研究2005—2020 年洛阳市水资源利用与经济发展脱钩因素，结果见表6。区域用水效率和产业结构多为负向因素，即抑制水资源消耗，促使与经济发展脱钩，是脱钩驱动因素，引起的水足迹变化量分别为－7.672 亿～1.407 亿m3、－5.188亿～－0.131 亿m3，产生的效应值分别为－1.328～0.248、－0.549～－0.075，年均分别为－0.457、－0.415，二者差别较小；而经济收入和人口规模多为正向因素，即促进水资源消耗，阻碍与经济发展脱钩，是脱钩抑制因素，引起的水足迹变化量分别为－0.770 亿～8.187 亿m3、0.248 亿～2.383 亿m3，产生的效应值分别为－0.440～0.894、0.035～1.362，年均分别为0.749、0.155，二者差别较大。用水效率是主要的脱钩驱动因素，而经济收入则是主要的脱钩抑制因素，用水效率产生的效应值绝对值越大、经济收入产生的效应值绝对值越小，区域水资源利用与经济发展就越容易脱钩。此外，经济收入引起的水足迹变化整体有下降趋势，即经济收入对水足迹的促进作用逐步减弱，有利于区域水资源与经济协调发展。

表6 2005—2020 年洛阳市水资源利用与经济发展脱钩因素研究

3 结论

1）洛阳市总水足迹整体有增大趋势，年均61.58亿m3，水足迹自给率在99.30%以上，水资源利用基本源于内部供应，水资源安全面临较大风险和压力；农业水足迹最大，年均52.38 亿m3，挤占了其他产业的水资源供应量，不利于经济协调发展。

2）洛阳市水资源利用与经济发展整体处于脱钩状态，脱钩率为86.67%，即经济发展对水资源的依赖性越来越低，是较为理想的协调关系，有利于区域可持续发展；农业水足迹与农业增加值关系（脱钩率73.33%）弱于其与生产总值的关系（脱钩率86.67%），农业发展对水资源的依赖性依旧明显。

3）洛阳市用水效率是主要的脱钩驱动因素（年均效应值－0.457），而经济收入则是主要的脱钩抑制因素（年均效应值0.749），用水效率产生的效应值绝对值越大、经济收入产生的效应值绝对值越小，区域水资源利用与经济发展越容易脱钩。

受数据资料等限制，本研究尚存在以下不足，有待进一步完善：

1）在借鉴他人单位农产品虚拟水含量的研究成果时，未考虑地域差异和农业发展情况，会有一定误差；采用工业用水量代替工业水足迹和利用万元产值用水量与进出口贸易额相乘计算进出口水足迹的方法不够准确，下一步应考虑使用投入产出法计算水足迹。

2）在计算用水效率、产业结构、经济收入、人口规模变动引起的水足迹变化和产生的效应值时，仅考虑了农业和工业，不够全面，下一步应将用水产业细分为第一产业、第二产业和第三产业进行研究。