海 霞， 李偉峰， 韓立建

(1.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085； 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

1 研究背景

水資源短缺和時(shí)空分布不均衡是京津冀城市群一體化發(fā)展的巨大阻力，進(jìn)一步提高水資源利用效率是緩解水資源供需失衡的重要手段。21世紀(jì)以來，隨著北京、天津、唐山等經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極的帶動(dòng)和全區(qū)用水產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，京津冀地區(qū)生活用水年均增長(zhǎng)率為2%，截至2015年底，工業(yè)、農(nóng)業(yè)與生活用水比例為14∶63∶23，生活用水占比僅次于農(nóng)業(yè)用水[1]。由于城市群不均衡的發(fā)展模式，不僅不同城市之間的生活用水方式存在明顯差異，而且城市及其周邊地區(qū)的生活用水模式也明顯不同，例如，2001-2015年以來，北京、天津的服務(wù)業(yè)用水比重已超過30%，河北各市服務(wù)業(yè)用水比例較低，邢臺(tái)市最低僅7%[1]。

各地城鎮(zhèn)生活用水保證率、污水集中處理率與管網(wǎng)漏失修復(fù)率均較高，而農(nóng)村還普遍存在分時(shí)段供水、無取水計(jì)量設(shè)施以及水質(zhì)較差等問題[2-4]。以上現(xiàn)象不僅加劇了城鄉(xiāng)生活用水供需矛盾，而且極大地影響了京津冀水資源可持續(xù)利用和城鄉(xiāng)協(xié)同發(fā)展。因此，全面地了解城鄉(xiāng)生活用水方式與效率的差異對(duì)于改善城鄉(xiāng)居民生活質(zhì)量、進(jìn)一步提高生活用水效率以及緩解生活用水供需矛盾等具有重要意義。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生活用水效率的關(guān)注度不斷上升。Arpke等[5]用生活循環(huán)用水評(píng)價(jià)法(LCA)分析了生活用水效率與能耗、污水處理等因素的關(guān)系；Schuetze等[6]運(yùn)用“ESTS”智能水計(jì)量軟件分析得出中水利用可以有效地降低居民生活用水量；Anwandter[7]運(yùn)用DEA模型對(duì)墨西哥城市用水效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，并認(rèn)為引入市場(chǎng)機(jī)制、實(shí)行用水私有制能提高生活用水效率。在國(guó)內(nèi)，方詩標(biāo)等[8]結(jié)合典型相關(guān)分析法探討了影響生活用水效率的驅(qū)動(dòng)因素、調(diào)控因素和評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)江蘇省生活用水效率進(jìn)行了全面評(píng)價(jià)；顏瑩瑩[9]以全國(guó)人均生活用水量為基礎(chǔ)建立了生活用水效率指數(shù)；薛川燕[10]運(yùn)用DEA投入產(chǎn)出法將生活用水與GDP產(chǎn)出相掛鉤反映生活用水效率；宋巖等[11]運(yùn)用模糊層次分析法確定了中水回用率、節(jié)水器具普及率等指標(biāo)構(gòu)建了生活用水效率評(píng)價(jià)體系。

總體看來，當(dāng)前有關(guān)城市生活用水效率的研究多數(shù)集中在城市尺度，而對(duì)城市內(nèi)部城鎮(zhèn)生活用水與農(nóng)村生活效率的比較研究極少。關(guān)于研究方法，生活用水效率評(píng)價(jià)方法主要有典型相關(guān)分析法、DEA數(shù)據(jù)包絡(luò)法、AHP層次分析法及脫鉤分析方法等[7-10]。其中，脫鉤分析方法與投入產(chǎn)出法原理相似，作為一種分析物質(zhì)消耗與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展關(guān)系的評(píng)價(jià)方法，是詮釋生活用水利用效率的有效途徑，該方法的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)更直觀具體。生活用水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)脫鉤的意義在于減輕了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中對(duì)生活用水的消耗壓力，即生活用水效率提高。

本文以京津冀城市群為研究案例，從城市與周邊關(guān)聯(lián)的角度，系統(tǒng)分析了京津冀城鄉(xiāng)生活用水模式與效率的時(shí)空變化特征與規(guī)律，以期為優(yōu)化京津冀城市群生活用水方式、改善居民生活質(zhì)量、提高生活用水效率提供科學(xué)支撐。

2 研究方法

2.1 研究區(qū)水資源概況

京津冀城市群位于我國(guó)華北地區(qū)的海河、灤河流域，包括北京市、天津市與河北省全部地級(jí)市(石家莊市、張家口市、秦皇島市、保定市、承德市、廊坊市、唐山市、邯鄲市、邢臺(tái)市、滄州市、衡水市)，共計(jì)13個(gè)城市。雨量多集中在夏季，且空間上水資源分布也極不平衡，從西北向東南逐漸減少。2001-2015年人均水資源量216.35 m3，遠(yuǎn)低于人均500 m3的世界水資源短缺警戒線，屬極度缺水地區(qū)。此外，各地水環(huán)境破壞嚴(yán)重，河道斷流或水污染現(xiàn)象普遍，水文水質(zhì)條件不斷惡化，人為活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞加劇了地區(qū)水資源供不應(yīng)求的局面。

2.2 數(shù)據(jù)及其來源

本研究以京津冀城市群13個(gè)城市為研究單元。研究時(shí)段為2001-2015年，主要運(yùn)用的指標(biāo)有各市城鎮(zhèn)人均生活用水量、農(nóng)村人均生活用水量、人均GDP水平、人均工資水平等,指標(biāo)的選取依據(jù)為人均城鄉(xiāng)生活用水量可以較為客觀地反映各地生活用水水平，而GDP和人均工資可基本代表城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和人民生活水平。本文的生活用水指廣義生活用水，包括居民生活用水和公共服務(wù)用水兩部分。數(shù)據(jù)來源為歷年《北京市水資源公報(bào)》、《天津市水資源公報(bào)》、《河北省水資源公報(bào)》及歷年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》等。

圖1 京津冀城市群行政區(qū)圖

2.3 研究方法

2.3.1 Tapio脫鉤理論 20世紀(jì)末，芬蘭學(xué)者Tapio[12]在研究交通工具二氧化碳排放時(shí)，結(jié)合OECD脫鉤理論[13]和Vehmas脫鉤理論提出了八維脫鉤方法，如表1(即Tapio脫鉤指數(shù)分類表)所示，Tapio脫鉤理論依據(jù)環(huán)境壓力變化量與經(jīng)濟(jì)變化量的比值(ΔES/ΔGDP)，把脫鉤狀態(tài)分為“脫鉤”“負(fù)脫鉤”和“耦合”三大類，與Vehmas提出的六維脫鉤系數(shù)相比，Tapio的八維彈性指數(shù)將臨近于1(±0.2)的輕微脫鉤關(guān)系視為耦合，即從“擴(kuò)張性負(fù)脫鉤”和“衰退型脫鉤”中細(xì)分出脫鉤指數(shù)變化較小的“擴(kuò)張性耦合”和“衰退性耦合”狀態(tài)，避免了輕微脫鉤指數(shù)變化帶來的脫鉤狀態(tài)劇烈變化，其嚴(yán)謹(jǐn)性和可行性更強(qiáng)。

2.3.2 研究思路 基于Tapio脫鉤理論，以人均生活用水量作為生活用水消耗指標(biāo)，以人均GDP和人均工資代表地區(qū)城市化水平(即經(jīng)濟(jì)水平和人民生活水平)，以人均生活用水量與人均GDP、人均工資的脫鉤狀態(tài)作為判斷生活用水效率高低的標(biāo)準(zhǔn)，脫鉤狀態(tài)為“強(qiáng)脫鉤”“弱脫鉤”或“衰退性脫鉤”，則生活用水效率較高，反之，“耦合”或“負(fù)脫鉤”等狀態(tài)表示生活用水效率較低。

2.3.3 生活用水效率評(píng)判指標(biāo) 城市化水平及生活用水量年均增長(zhǎng)率計(jì)算公式為：

(1)

(2)

式中：ΔXW為生活用水量的年均增長(zhǎng)率，%；XWa為生活用水量初始年份數(shù)值，108m3；XWc為生活用水量末期年份數(shù)值，108m3；ΔXG為城市化水平的年均增長(zhǎng)率，%；XGa為城市化水平初始年份數(shù)值，元；XGc為城市化水平末期年份數(shù)值，元；n為年限。

脫鉤指數(shù)DI計(jì)算公式為：

DGU=ΔWU/ΔG

(3)

DGR=ΔWR/ΔG

(4)

DSU=ΔWU/ΔS

(5)

DSR=ΔWR/ΔS

(6)

式中：DGU、DGR、DSU、DSR統(tǒng)稱DI，分別指城鄉(xiāng)人均生活用水量與人均GDP、人均工資的脫鉤指數(shù)，即分別表征經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益角度的生活用水效率高低。ΔWU和ΔWR統(tǒng)稱ΔWI，分別為城鎮(zhèn)人均生活用水量的年均增長(zhǎng)率和農(nóng)村人均生活用水量的年均增長(zhǎng)率；ΔG、ΔS統(tǒng)稱為ΔXI,分別指人均GDP的年均增長(zhǎng)率和人均工資的年均增長(zhǎng)率，即城市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)水平[14-15]和人民生活水平提高程度[8,16]。

表1 Tapio脫鉤指數(shù)分類表

3 結(jié)果與討論

3.1 城鄉(xiāng)生活用水量特征差異

3.1.1 城鄉(xiāng)生活用水量規(guī)模差異 圖2、3 分別為2001-2015年京津冀不同城市城鄉(xiāng)生活用水量以及人均生活用水量圖。如圖2、3所示，2001-2015年，京津冀不同城市的城鄉(xiāng)生活用水量平均比例約為7∶3，城鄉(xiāng)人均生活用水量接近3∶1。北京市城鄉(xiāng)生活用水總量以及農(nóng)村人均生活用水量均最高，而承德、廊坊、唐山等市城鎮(zhèn)人均生活用水量較高。

圖2 2001-2015年京津冀不同城市城鄉(xiāng)生活用水量

圖3 2001-2015年京津冀城鄉(xiāng)人均生活用水量

2001-2015年，城鎮(zhèn)人均生活用水與農(nóng)村人均生活用水量的差距逐漸增大，2008年后，京津冀各地城鎮(zhèn)人均生活用水量已達(dá)到農(nóng)村的兩倍以上。城鄉(xiāng)生活用水總量差異體現(xiàn)出城市化對(duì)生活用水的城市化聚集作用[17-18]，也體現(xiàn)了不同城市規(guī)模和水資源稟賦帶來的用水量差異。而城鎮(zhèn)人均生活用水量較低反映了城市化帶來的人口聚集和資源緊缺的現(xiàn)狀，也從側(cè)面說明了城鎮(zhèn)節(jié)水水平較高[9-11]。

3.1.2 城鄉(xiāng)生活用水量規(guī)模變化趨勢(shì) 圖4為2001-2015年京津冀城鄉(xiāng)年均生活用水量變化率趨勢(shì)圖。圖4中2000-2015年城鄉(xiāng)生活用水量變化率分析結(jié)果表明，城鎮(zhèn)生活用水量除天津外均增長(zhǎng)，而農(nóng)村地區(qū)生活用水量除北京和邯鄲外均降低。

城鄉(xiāng)生活用水增長(zhǎng)趨勢(shì)差異的主要原因是：(1)由于人口城市化的作用，城鎮(zhèn)生活用水需求高于農(nóng)村；(2)農(nóng)村生活用水基礎(chǔ)設(shè)施改善，減少了農(nóng)村生活用水的浪費(fèi)[18-19]。

圖4 2001-2015年京津冀城鄉(xiāng)年均生活用水變化趨勢(shì)圖

3.2 城鄉(xiāng)生活用水效率時(shí)空差異

3.2.1 城鄉(xiāng)生活用水效率空間分異規(guī)律 總的來說，21世紀(jì)以來，京津冀城市群農(nóng)村生活用水效率整體上高于城鎮(zhèn)，不僅與加強(qiáng)節(jié)水立法對(duì)村民生活用水行為產(chǎn)生約束有關(guān)，而且反映了農(nóng)村產(chǎn)業(yè)布局較少且人口流失較大，用水量增長(zhǎng)相對(duì)較慢或負(fù)增長(zhǎng)的特點(diǎn)。

表2為2001-2015年京津冀城市群各市生活用水效率均值脫鉤分析表。京津冀各市生活用水效率分析結(jié)果表明，首先，除北京外，其他城市的農(nóng)村生活用水與人均GDP、人均收入均呈“強(qiáng)脫鉤”關(guān)系，用水效率高且較穩(wěn)定，北京農(nóng)村生活用水效率低于其他城市，一方面揭示出北京周邊旅游業(yè)發(fā)展對(duì)水資源的高度依賴，另一方面反映了北京城郊人口激增和生態(tài)修復(fù)帶來的用水快速增長(zhǎng)現(xiàn)象。其次，城鎮(zhèn)生活用水效率較低的為邢臺(tái)、衡水市，生活用水變化與人均GDP變化均呈“擴(kuò)張性耦合”，表明了隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，兩市對(duì)生活用水的依賴也顯著提高。

3.2.2 城鄉(xiāng)生活用水效率時(shí)序變化規(guī)律 總的來說，2001-2015年，京津冀城市群農(nóng)村生活用水效率整體上高于城鎮(zhèn)，城鎮(zhèn)生活用水效率經(jīng)歷了不斷提高并相對(duì)穩(wěn)定的過程，而農(nóng)村生活用水效率則先有所提高后降低。

表3為2001-2005年京津冀城市群城鄉(xiāng)用水效率的對(duì)比分析，其結(jié)果表明：除北京外，農(nóng)村的生活用水效率高于城市。北京農(nóng)村生活用水效率較低，說明由于北京城郊人口聚集，造成了用水量激增和用水浪費(fèi)現(xiàn)狀，也反映了北京市城郊改造、綠化建設(shè)等用水較多[4,20]。

表4為2006-2010年京津冀用水效率與上一時(shí)期的對(duì)比分析，分析結(jié)果表明：首先，城鎮(zhèn)生活用水效率均有所提高，尤其表現(xiàn)在邢臺(tái)、保定、張家口等市，邢臺(tái)和保定市毗鄰石家莊市，受到省會(huì)城市化發(fā)展的帶動(dòng)，而張家口市則與北京市的經(jīng)濟(jì)輻射有較大關(guān)系[21-22]；其次農(nóng)村生活用水效率穩(wěn)定性略有降低，秦皇島、邯鄲、承德、滄州市農(nóng)村生活用水效率由“強(qiáng)脫鉤”狀態(tài)退化為“弱脫鉤”狀態(tài)，用水量增長(zhǎng)較快，用水效率降低，一方面揭示了農(nóng)村自來水管網(wǎng)改造使得生活用水的普及率和使用率大幅提升[23]，另一方面承德和秦皇島的旅游業(yè)耗水是其用水量增幅較高的主要原因，而邯鄲和滄州市農(nóng)村生態(tài)河道改造是主要的用水去向[2]。

表2 2001-2015年京津冀城市群各市生活用水效率均值脫鉤分析表

表3 2001-2005年京津冀城市群各市城鄉(xiāng)生活用水效率脫鉤分析表

表5為2011-2015年京津冀城市群城鄉(xiāng)生活用水效率脫鉤分析結(jié)果。如表5所示，與過去5年相比，2011-2015年京津冀生活用水效率城鎮(zhèn)生活用水效率仍舊較高，但穩(wěn)定性增強(qiáng)，而農(nóng)村生活用水效率繼續(xù)下滑，并主要表現(xiàn)在北京、唐山、秦皇島等地農(nóng)村生活用水量增長(zhǎng)而經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益相對(duì)較低，這3個(gè)城市的共同特征為城市化發(fā)展帶動(dòng)了城市周邊的服務(wù)業(yè)發(fā)展并增加了城郊基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)用水[9，24]，而北京市與唐山和秦皇島不同點(diǎn)在于其城郊人口聚集導(dǎo)致周邊居民生活用水量也大幅增加。

表4 2006-2010年京津冀城市群各市城鄉(xiāng)生活用水效率脫鉤分析表

表5 2011-2015年京津冀城市群各市城鄉(xiāng)生活用水效率脫鉤分析表

4 結(jié) 論

本文首先對(duì)京津冀城市群城鄉(xiāng)生活用水的規(guī)模、結(jié)構(gòu)和變化趨勢(shì)差異進(jìn)行了對(duì)比研究；其次，從經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益角度兩方面入手，對(duì)京津冀城市群城鄉(xiāng)生活用水效率的時(shí)空差異規(guī)律進(jìn)行了全面探索。

從整個(gè)城市群角度，2001-2015年，京津冀城市群農(nóng)村生活用水效率整體上高于城鎮(zhèn)，城鎮(zhèn)生活用水效率經(jīng)歷了不斷提高并相對(duì)穩(wěn)定的過程，而農(nóng)村生活用水效率則先有所提高后降低。具體來說，北京市農(nóng)村生活用水效率較低，衡水和邢臺(tái)市城鎮(zhèn)生活用水效率較低。綜上所述，京津冀城市化發(fā)展對(duì)生活用水效率的影響存在明顯的城鄉(xiāng)差異，區(qū)域不平衡現(xiàn)象也較為突出。

進(jìn)一步提高京津冀城市群城鄉(xiāng)生活用水效率的具體建議為：一方面應(yīng)著眼于城鄉(xiāng)居民家庭和公共服務(wù)生活節(jié)水，從源頭上減少用水浪費(fèi)[23-25]；另一方面要提高供水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平和用水管理水平，為高效用水提供客觀保障[26]。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)依附地區(qū)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，協(xié)調(diào)配置各地區(qū)生活用水，以更好地服務(wù)于京津冀城市群一體化及資源環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展[27-28]。

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