京津冀城市群城鄉生活用水效率差異分析

海 霞， 李偉峰， 韓立建

(1.中國科學院生態環境研究中心 城市與區域國家重點實驗室，北京 100085； 2.中國科學院大學， 北京 100049)

1 研究背景

水資源短缺和時空分布不均衡是京津冀城市群一體化發展的巨大阻力，進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世紀以來，隨著北京、天津、唐山等經濟增長極的帶動和全區用水產業結構的調整，京津冀地區生活用水年均增長率為2%，截至2015年底，工業、農業與生活用水比例為14∶63∶23，生活用水占比僅次于農業用水[1]。由于城市群不均衡的發展模式，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、天津的服務業用水比重已超過30%，河北各市服務業用水比例較低，邢臺市最低僅7%[1]。

各地城鎮生活用水保證率、污水集中處理率與管網漏失修復率均較高，而農村還普遍存在分時段供水、無取水計量設施以及水質較差等問題[2-4]。以上現象不僅加劇了城鄉生活用水供需矛盾，而且極大地影響了京津冀水資源可持續利用和城鄉協同發展。因此，全面地了解城鄉生活用水方式與效率的差異對于改善城鄉居民生活質量、進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，國內外學者對生活用水效率的關注度不斷上升。Arpke等[5]用生活循環用水評價法(LCA)分析了生活用水效率與能耗、污水處理等因素的關系；Schuetze等[6]運用“ESTS”智能水計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]運用DEA模型對墨西哥城市用水效率進行評價，并認為引入市場機制、實行用水私有制能提高生活用水效率。在國內，方詩標等[8]結合典型相關分析法探討了影響生活用水效率的驅動因素、調控因素和評價指標，并對江蘇省生活用水效率進行了全面評價；顏瑩瑩[9]以全國人均生活用水量為基礎建立了生活用水效率指數；薛川燕[10]運用DEA投入產出法將生活用水與GDP產出相掛鉤反映生活用水效率；宋巖等[11]運用模糊層次分析法確定了中水回用率、節水器具普及率等指標構建了生活用水效率評價體系。

總體看來，當前有關城市生活用水效率的研究多數集中在城市尺度，而對城市內部城鎮生活用水與農村生活效率的比較研究極少。關于研究方法，生活用水效率評價方法主要有典型相關分析法、DEA數據包絡法、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出法原理相似，作為一種分析物質消耗與經濟社會發展關系的評價方法，是詮釋生活用水利用效率的有效途徑，該方法的評判標準更直觀具體。生活用水與經濟社會發展實現脫鉤的意義在于減輕了經濟社會發展過程中對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，從城市與周邊關聯的角度，系統分析了京津冀城鄉生活用水模式與效率的時空變化特征與規律，以期為優化京津冀城市群生活用水方式、改善居民生活質量、提高生活用水效率提供科學支撐。

2 研究方法

2.1 研究區水資源概況

京津冀城市群位于我國華北地區的海河、灤河流域，包括北京市、天津市與河北省全部地級市(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、邢臺市、滄州市、衡水市)，共計13個城市。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，遠低于人均500 m3的世界水資源短缺警戒線，屬極度缺水地區。此外，各地水環境破壞嚴重，河道斷流或水污染現象普遍，水文水質條件不斷惡化，人為活動對生態環境的破壞加劇了地區水資源供不應求的局面。

2.2 數據及其來源

本研究以京津冀城市群13個城市為研究單元。研究時段為2001-2015年，主要運用的指標有各市城鎮人均生活用水量、農村人均生活用水量、人均GDP水平、人均工資水平等,指標的選取依據為人均城鄉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濟發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用水兩部分。數據來源為歷年《北京市水資源公報》、《天津市水資源公報》、《河北省水資源公報》及歷年《中國城市統計年鑒》等。

圖1 京津冀城市群行政區圖

2.3 研究方法

2.3.1 Tapio脫鉤理論 20世紀末，芬蘭學者Tapio[12]在研究交通工具二氧化碳排放時，結合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脫鉤指數分類表)所示，Tapio脫鉤理論依據環境壓力變化量與經濟變化量的比值(ΔES/ΔGDP)，把脫鉤狀態分為“脫鉤”“負脫鉤”和“耦合”三大類，與Vehmas提出的六維脫鉤系數相比，Tapio的八維彈性指數將臨近于1(±0.2)的輕微脫鉤關系視為耦合，即從“擴張性負脫鉤”和“衰退型脫鉤”中細分出脫鉤指數變化較小的“擴張性耦合”和“衰退性耦合”狀態，避免了輕微脫鉤指數變化帶來的脫鉤狀態劇烈變化，其嚴謹性和可行性更強。

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，以人均GDP和人均工資代表地區城市化水平(即經濟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作為判斷生活用水效率高低的標準，脫鉤狀態為“強脫鉤”“弱脫鉤”或“衰退性脫鉤”，則生活用水效率較高，反之，“耦合”或“負脫鉤”等狀態表示生活用水效率較低。

2.3.3 生活用水效率評判指標 城市化水平及生活用水量年均增長率計算公式為：

(1)

(2)

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

脫鉤指數DI計算公式為：

DGU=ΔWU/ΔG

(3)

DGR=ΔWR/ΔG

(4)

DSU=ΔWU/ΔS

(5)

DSR=ΔWR/ΔS

(6)

式中：DGU、DGR、DSU、DSR統稱DI，分別指城鄉人均生活用水量與人均GDP、人均工資的脫鉤指數，即分別表征經濟效益和社會效益角度的生活用水效率高低。ΔWU和ΔWR統稱ΔWI，分別為城鎮人均生活用水量的年均增長率和農村人均生活用水量的年均增長率；ΔG、ΔS統稱為ΔXI,分別指人均GDP的年均增長率和人均工資的年均增長率，即城市經濟增長水平[14-15]和人民生活水平提高程度[8,16]。

表1 Tapio脫鉤指數分類表

3 結果與討論

3.1 城鄉生活用水量特征差異

3.1.1 城鄉生活用水量規模差異 圖2、3 分別為2001-2015年京津冀不同城市城鄉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生活用水量平均比例約為7∶3，城鄉人均生活用水量接近3∶1。北京市城鄉生活用水總量以及農村人均生活用水量均最高，而承德、廊坊、唐山等市城鎮人均生活用水量較高。

圖2 2001-2015年京津冀不同城市城鄉生活用水量

圖3 2001-2015年京津冀城鄉人均生活用水量

2001-2015年，城鎮人均生活用水與農村人均生活用水量的差距逐漸增大，2008年后，京津冀各地城鎮人均生活用水量已達到農村的兩倍以上。城鄉生活用水總量差異體現出城市化對生活用水的城市化聚集作用[17-18]，也體現了不同城市規模和水資源稟賦帶來的用水量差異。而城鎮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狀，也從側面說明了城鎮節水水平較高[9-11]。

3.1.2 城鄉生活用水量規模變化趨勢 圖4為2001-2015年京津冀城鄉年均生活用水量變化率趨勢圖。圖4中2000-2015年城鄉生活用水量變化率分析結果表明，城鎮生活用水量除天津外均增長，而農村地區生活用水量除北京和邯鄲外均降低。

城鄉生活用水增長趨勢差異的主要原因是：(1)由于人口城市化的作用，城鎮生活用水需求高于農村；(2)農村生活用水基礎設施改善，減少了農村生活用水的浪費[18-19]。

圖4 2001-2015年京津冀城鄉年均生活用水變化趨勢圖

3.2 城鄉生活用水效率時空差異

3.2.1 城鄉生活用水效率空間分異規律 總的來說，21世紀以來，京津冀城市群農村生活用水效率整體上高于城鎮，不僅與加強節水立法對村民生活用水行為產生約束有關，而且反映了農村產業布局較少且人口流失較大，用水量增長相對較慢或負增長的特點。

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果表明，首先，除北京外，其他城市的農村生活用水與人均GDP、人均收入均呈“強脫鉤”關系，用水效率高且較穩定，北京農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發展對水資源的高度依賴，另一方面反映了北京城郊人口激增和生態修復帶來的用水快速增長現象。其次，城鎮生活用水效率較低的為邢臺、衡水市，生活用水變化與人均GDP變化均呈“擴張性耦合”，表明了隨著經濟發展和人民生活水平的提高，兩市對生活用水的依賴也顯著提高。

3.2.2 城鄉生活用水效率時序變化規律 總的來說，2001-2015年，京津冀城市群農村生活用水效率整體上高于城鎮，城鎮生活用水效率經歷了不斷提高并相對穩定的過程，而農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用水效率的對比分析，其結果表明：除北京外，農村的生活用水效率高于城市。北京農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現狀，也反映了北京市城郊改造、綠化建設等用水較多[4,20]。

表4為2006-2010年京津冀用水效率與上一時期的對比分析，分析結果表明：首先，城鎮生活用水效率均有所提高，尤其表現在邢臺、保定、張家口等市，邢臺和保定市毗鄰石家莊市，受到省會城市化發展的帶動，而張家口市則與北京市的經濟輻射有較大關系[21-22]；其次農村生活用水效率穩定性略有降低，秦皇島、邯鄲、承德、滄州市農村生活用水效率由“強脫鉤”狀態退化為“弱脫鉤”狀態，用水量增長較快，用水效率降低，一方面揭示了農村自來水管網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耗水是其用水量增幅較高的主要原因，而邯鄲和滄州市農村生態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生活用水效率脫鉤分析結果。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生活用水效率仍舊較高，但穩定性增強，而農村生活用水效率繼續下滑，并主要表現在北京、唐山、秦皇島等地農村生活用水量增長而經濟、社會效益相對較低，這3個城市的共同特征為城市化發展帶動了城市周邊的服務業發展并增加了城郊基礎設施服務用水[9，24]，而北京市與唐山和秦皇島不同點在于其城郊人口聚集導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生活用水效率脫鉤分析表

4 結 論

本文首先對京津冀城市群城鄉生活用水的規模、結構和變化趨勢差異進行了對比研究；其次，從經濟效益和社會效益角度兩方面入手，對京津冀城市群城鄉生活用水效率的時空差異規律進行了全面探索。

從整個城市群角度，2001-2015年，京津冀城市群農村生活用水效率整體上高于城鎮，城鎮生活用水效率經歷了不斷提高并相對穩定的過程，而農村生活用水效率則先有所提高后降低。具體來說，北京市農村生活用水效率較低，衡水和邢臺市城鎮生活用水效率較低。綜上所述，京津冀城市化發展對生活用水效率的影響存在明顯的城鄉差異，區域不平衡現象也較為突出。

進一步提高京津冀城市群城鄉生活用水效率的具體建議為：一方面應著眼于城鄉居民家庭和公共服務生活節水，從源頭上減少用水浪費[23-25]；另一方面要提高供水基礎設施建設水平和用水管理水平，為高效用水提供客觀保障[26]。在此基礎上，應依附地區聯動機制，協調配置各地區生活用水，以更好地服務于京津冀城市群一體化及資源環境協調可持續發展[27-28]。

參考文獻:

[1] 鮑 超，賀東梅.京津冀城市群水資源開發利用的時空特征與政策啟示[J].地理科學進展,2017,36(1):58-67.

[2] 賈世靖，馬 麗，王慧君，等.城市化進程中河北省居民生活用水分析[J].河北農業大學學報,2008.31(6):114-117.

[3] 陸大道.京津冀城市群功能定位及協同發展[J].地理科學進展,2015,34(3):265-270.

[4] 付慧英，劉慧生，李 勇.北京市山區農村生活飲用水用水量現狀及其影響因素[J].職業與健康,2010,26(23):2835-2837.

[5] ARPKE A, HUTZLER N. Domestic water use in the united states: a life-cycle approach[J]. Journal of Industrial Ecology, 2006, 10(1-2):169-184.

[6] SCHUETZE T,SANTIAGO-FANDINO V.Quantitative assessment of water use efficiency in urban and domestic buildings[J].Water Resourses,2013,5(3):1172-1193.

[7] ANWANDTER L.Can public sectors reforms improve the efficiency of public water utilities ? An empirical analysis of the water sector in Mexican using data envelopment analysis[D].Mary land:University of Mary land,2000.

[8] 方詩標，賈仁甫，方詩彬，等.城市生活用水效率驅動因子及調控研究[J].人民黃河,2013,35(3):47-61.

[9] 顏瑩瑩.城市水系統運行效率[D].北京：中國城市規劃設計研究院，2007.

[10] 薛川燕.黑河流域張掖段用水效率研究[D].蘭州：蘭州大學,2013.

[11] 宋 巖，劉群昌，江培福,等.區域用水效率評價體系研究[J].節水灌溉,2013,10(3):56-62.

[12] TAPIO P. Towards a theory of decoupling: degrees of decoupling in the EU and the case of road traffic in Finland between 1970 and 2001[J].Transport Policy,2005,12(2):137-151.

[13] OECD.Indicators to measure decoupling of environmental plessures for economic growth[R].Paris:OECD,2002.

[14] 蔣惠鳳，張 兵.江蘇省水資源利用及其與經濟發展的脫鉤態勢評價[J].江蘇農業科學,2016,44(12):616-619.

[15] 尹 艷,鄒 君.湖南經濟發展與水資源利用關系研究[J].衡陽師范學院學報,2014,35(3):155-161.

[16] 吳 丹.中國經濟發展與水資源利用脫鉤態勢評價與展望[J].自然資源學報,2014,29(1):46-54.

[17] 沈大軍，陳 雯，羅健萍.城鎮居民生活用水的計量經濟學分析與應用實例[J].水利學報,2006,37(5):593-597.

[18] 鮑 超，方創琳.城市化與水資源開發利用的互動機理及調控模式[J].城市發展研究,2010,17(12):19-23+65.

[19] 王新娜.我國城鎮化進程中城市居民生活用水“浪費”的根源研究[J].干旱區資源與環境,2015,29(11):49-54.

[20] 孫艷芝，魯春霞，謝高地，等.北京城市發展與水資源利用關系分析[J].資源科學，2015,37(6):1124-1132.

[21] 樊良新.渭河流域關中地區農村居民生活用水行為研究[D].楊凌：西北農林科技大學,2014.

[22] 范群芳, 董增川, 杜芙蓉. 農業用水和生活用水效率研究與探討[J]. 水利學報, 2007，38(s1):465-469.

[23] 白 穎，王紅瑞，許新宜，等.水資源利用效率及評價方法若干問題研究[J].水利經濟,2010,28(3):1-4+8.

[24] 王崇梅.中國經濟增長與能源消耗脫鉤分析[J].中國人口·資源與環境,2011,20(3):35-37.

[25] 鐘太洋,黃賢金，韓 立，等.資源環境領域脫鉤分析研究進展[J].自然資源學報,2010,25(8):1400-1412.

[26] 陸忠武,王鶴鳴，岳 強.脫鉤指數:資源消耗、廢物排放與經濟增長的定量表達[J].資源科學,2011,33(1):2-9.

[27] 封志明,劉登偉. 京津冀地區水資源供需平衡及其水資源承載力[J].自然資源學報,2006,21(5):689-699.

[28] 鄭曉欣.我國典型城市群“城-鄉”協調發展的關系及演變-以京津冀和長三角城市群為例[D].北京：中國地質大學,2016.