基于LMDI模型的山东省生活用水变化及驱动因素分析

赵彤彤 侯文

摘要：改革开放以来，随着经济社会的不断发展和城镇化水平的提高，生活用水量持续增加。本文利用山东省16个地市2007—2019年生活用水数据，分析这一时期山东省生活用水变化特征及时空分布差异，并基于LMDI分解模型对生活用水变化的驱动因素进行分解，研究发现：（1）山东省生活用水量和人均生活用水量总体呈现增长趋势；（2）青岛、临沂、潍坊、济南以及菏泽生活用水量增加幅度位列前五，从空间上看，主要集中在东部和中部；（3）技术效应和经济效应是导致生活用水量发生变化的主要因素，技术效应是抑制生活用水量增加的主要因素，经济效应是促进生活用水量增加的主要因素。未来可以通过加强节水教育和宣传，加大水情科普力度，大力推广和使用节水器具、节水技术等实现节约用水，对于提高水资源利用效率，优化水資源管理，建设节水型社会具有重要意义。

关键词：生活用水；驱动因素；LMDI模型；山东

中图分类号：P967文献标识码： ADOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2021.05.011

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

基金项目：山东省科学院青年科学基金资助项目（2020QN0027）

0引言

水资源是对生命健康、生产生活、生态安全、经济活动、区域发展等都具有重要意义的基础性自然资源，被称为生命之源、生产之要、生态之基①。水资源既是基础性自然资源，也是战略性经济资源，是生态环境的控制性要素②。水不但是生命的源泉，还关系着可持续发展的深度，水资源对于可持续发展的三个主要内容，即人类的福祉、经济发展和环境健康，都发挥着重要的作用[1]。虽然我国水资源总量位于世界前列，但是人口基数大，人均水资源量仅为世界平均值的四分之一，是全球严重缺水的国家之一，并且受我国的地理位置及气候条件的影响，水资源时空分布极不均匀。当前随着现代工业的迅速发展和城镇化进程的不断加快，未来一段时间内对水资源的需求将会持续增加，水资源供需矛盾进一步突出，水资源成为制约我国经济发展的重要因素[2]。党的十八大以来，习近平总书记多次就水安全发表重要讲话、作出重要指示，深刻指出随着我国经济社会不断发展，水安全中的老问题仍有待解决，新问题越来越突出、越来越紧迫，明确提出了“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水方针，突出强调要从改变自然、征服自然转向调整人的行为、纠正人的错误行为。按照使用用途，水资源可以分为农业用水、工业用水、生态用水、生活用水等。生活用水作为我国用水量的重要组成部分，其安全与否与居民日常生活及生命安全息息相关，直接影响居民生活质量。2019年，全国总用水量6021.2亿m3，其中生活用水871.7亿m3，占用水总量的14.5%，而2009年这一占比为12.6%，增加了近2%[3-4]。因此，分析历年来生活用水变化趋势，识别生活用水量变化的影响因素，能够为测算节水潜力、做好用水规划提供依据，对于未来优化用水管理、构建节水型社会具有重要意义。

当前，国内外学者对用水量及用水结构变化的驱动因素进行了诸多分析，研究对象主要集中在总用水量、用水结构以及工业用水方面[5-11]，研究方法包括信息熵[7，12]、主成分分析法、结构分解分析方法（Structural Decomposition Analysis，SDA）[13-14]和指数分解分析方法（Index decomposition analysis，IDA）等，其中结构分解和指数分解分析方法最常用，但是由于结构分解法严重依赖于相关部门发布的投入产出表，使得其应用受到一定的限制，指数分解法主要应用于分析能耗和温室气体排放驱动因素，其中LMDI（对数平均迪氏指数法，Logarithmic Mean Divisia Index）模型计算简单方便，被广泛应用在碳排放、水资源利用驱动因素分解研究中[5，15]。已有研究结论显示，经济社会发展和人口增长是影响用水结构的主导因素[7]，人口数量增加、城镇化水平及经济发展水平提高会促进用水量的增加[16]，技术进步和产业结构调整则会抑制用水量增加[5，15，17]，经济结构调整、节水水平、人口演变、用水需求等是造成用水结构变化的主要驱动因素[12]，人口增长和居民生活方式的改变会导致生活用水量增加[11]，产业用水主要是由于经济增长、产业结构调整以及技术进步共同决定的[9]。有关生活用水方面的研究主要分为两大类，一类是微观层面的居民家庭生活用水及其影响因素分析[18-21]，另一类为某一区域生活用水量变化特征及影响因素分析[22-26]。2007年袁宝招等[22]运用相关分析和主成分分析方法研究发现我国自改革开放以来生活用水量持续增加，城市和农村用水定额不断提高，经济社会发展水平、用水条件以及公共设施建设是影响生活用水变化的主要因素。当前利用因素分解法对生活用水变化趋势及驱动因素进行分析的研究较少，陈磊等[26]采用多区域LMDI模型对新城镇化时期广东省城镇和农村生活用水量变化趋势进行了分析，人口变化效应导致生活用水量增加，而用水强度抑制生活用水量的增加。赵存学等[25]研究发现城乡消费用水强度和人均消费水平分别是促进和抑制居民生活用水减少的主要因素，城镇化和人口增长会导致居民生活用水量的增加。本文利用山东省16个地市2007—2019年生活用水数据，深入分析这一时期山东省生活用水变化特征及时空分布差异，并基于LMDI分解模型，对生活用水变化的影响因素进行精准识别与分析，以期对今后山东省优化水资源管理、建设节水型社会提供科学参考。

1研究模型及数据来源

1.1 LMDI模型

为了分析和理解经济、环境、就业等社会-经济指标的变化，评估其潜在的驱动或决定性因素是非常重要的。Ang[27-28]提出对数平均迪氏指数法（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI），由于该方法在分解对象后没有无法解释的残差，并且可以使用加法分解和乘法分解相对简单的转换表达式，方便计算，易于解释，被广泛应用到能源消耗、碳排放等多个领域。

1.2研究区概况及数据来源

山东省位于中国东部沿海、黄河下游，分属于黄、淮、海三大流域，下辖16个地市，2019年年末常住人口为10070.21万人，占全国总人口7.19%，多年平均水资源总量为308.1亿m3，仅占全国水资源总量的1.1%，人均水资源占有量不足全国平均水平的1/6，耕地亩均水资源占有量仅占全国平均值的1/5，资源性缺水、工程性缺水、水质性缺水并存，相互叠加，水资源供需矛盾日趋突出，是水资源严重短缺的省份之一③。水资源紧缺是山东的基本省情，也是国民经济和社会发展的重要制约因素。近年来，山东省在全国率先探索实施最严格的水资源管理制度，严控用水总量、用水效率和水功能区限制纳污能力，大力推进农业节水、工业节水和城镇节水，全省节水水平大幅提升。生活用水是水资源利用的重要一环，研究生活用水量变化趋势及其驱动因素，对于促进水资源合理开发利用和保护、优化水资源管理、建设节水型社会具有重要参考意义。

研究区域选择山东省16个市，时间跨度为2007—2019年，研究所用人口数据、用水数据均来源于《山东省统计年鉴》《山东水资源公报》，生活用水包括城镇公共生活用水和居民生活用水。

2生活用水变化趋势分析

2007—2019年，山东省生活用水量呈现稳步增长态势（详见图1），2007年山东省生活用水量为27.42亿m3，2019年这一数值为37.29亿m3，年平均增长率接近3%。从人均生活用水量来看，2007年为80.20L/ d，2019年人均生活用水量為101.45L/d，增加了26.50%，年平均增长率约为2%。

由图1，2007—2019年山东省生活用水量变化大致分为3个阶段：2007—2011年，生活用水量及人均生活用水量增加显著，2012—2015年变化不大，2016—2019年生活用水量和人均生活用水量呈现增加趋势。

山东省16地市2007、2019年生活用水量、人均生活用水量及2007—2019年生活用水量增加额如表1所示。

从空间上看，生活用水量较多的地市主要集中在鲁中和鲁东地区，主要包括济南、青岛、潍坊和临沂。2007—2019年各地市生活用水量大都呈现增加态势，2007年滨州、东营、威海和日照等4个地市生活用水量低于1亿m3，2019年山东省16地市生活用水量均超过1亿m3；2007年只有济南和济宁生活用水总量超过3亿m3，2019年有4个地市生活用水量超过3亿m3，其中济南和青岛超过4亿m3。

从人均生活用水量来看，2007年16地市中有9个地市的人均生活用水量低于80L/d，占比超过56%，只有聊城市人均生活用水量在80～90L/d，淄博、青岛和枣庄人均生活用水量在90～100L/d之间，济南、东营和济宁人均生活用水量超过100 L/d；2019年只有德州和聊城的人均生活用水量均低于80L/d，人均生活用水量超过100L/d的地市有8个，占比50%，人均生活用水量在80～90L/d的地市有淄博和烟台，其余潍坊、临沂、济宁以及菏泽4市人均生活用水量在90～100L/ d。从空间上来看，人均生活用水量较多的地市主要集中在济南和青岛及周边地市。

从各地市2007—2019年生活用水增加量来看（图2），青岛、临沂、潍坊、济南以及菏泽位列前五名，超过0.9亿m3，济宁生活用水量不增反降，2019年生活用水量比2007年减少了0.30亿m3。空间上看，生活用水量增加比较多的地市集中在东部和中部，这也是山东经济比较发达的区域。

3山东省生活用水驱动因素分析

3.1全省生活用水量驱动因素分解

利用LMDI模型对影响生活用水量变化的各个因素进行分解，探究结构效应、经济效应、技术效应以及人口效应对生活用水变化的贡献值，最终测算结果如表2所示。

根据表2，2007—2019年造成山东省生活用水量变化的驱动因素中，技术效应为负，经济效应、结构效应和人口效应为正，说明技术手段不断发展完善和提升有效地抑制了生活用水量的增加，而经济水平提高、用水结构优化调整和人口数量增长进一步促进生活用水增加。从数值上来看，技术效应的绝对值最大，为35.78亿m3，经济效应次之，为34.29亿m3，结构效应为9.05亿m3，人口效应为2.32亿m3，由此可以看出技术效应和经济效应对生活用水量变化的贡献率最大，是主要驱动因素，其中技术效应是抑制生活用水量增加的主要因素，经济效应则是促进生活用水量增加的主要因素。

2007—2019年大多数年份结构效应为正，用水结构优化调整促进了生活用水的增加，只在2014—2015年、2018—2019年结构效应为负，结构效应对生活用品用水量增加起到了抑制作用。2007年以来，山东省率先全面实施最严格水资源管理制度，不断推进节水型社会和水生态文明建设，各项工作取得积极进展，用水总量总体略有下降，用水效率进一步提升，用水结构不断优化，生活用水量占总用水量的比重逐年上升。

2007年以来技术效应全部为负值，说明技术手段提升，进一步提高了用水效率，抑制了生活用水量的增加。2003年山东省出台《山东省节约用水办法》，并于2012和2018年进行了两次修订④，2019年颁布实施新修订的用水定额系列地方标准，把水资源作为最大的刚性约束，以落实国家节水行动和最严格水资源管理制度为抓手，细化实化“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”举措，减少水资源的粗放使用和无效供给，提升水资源利用效率和效益，单位GDP所消耗的水资源量下降。此外，在全社会大力宣传合理用水、节约用水，强化居民节水意识，大力推广普及节水工艺技术和器具。

从经济效应来看，全部为正值，说明经济水平提高，人均GDP增加，居民收入增加，生活水平进一步提高，家用电器进一步普及，用水习惯、卫生习惯也会随之发生变化，这些变化会直接导致生活用水量提高，是促进生活用水量提升的首要因素。

由表2可见，2007年以来人口效应全部为正值，但是绝对值均小于0.4亿m3，可见人口效应不明显，说明人口规模扩大对生活用水总量变化的影响较小。

根据前文，山东生活用水量的变化大致可分为3个阶段，分别对这三个阶段的变化情况进行因素分解，得到的结果如图3所示。结构效应对生活用水总量的贡献率由2007—2011年的89%下降到2015—2019年的53%，技术效应的贡献率绝对值从287%下降到158%，经济效应的贡献率由282%下降到187%，只有人口效应的贡献率出现了小幅增加，由16%增至18%。

3.2分区域生活用水量因素分解

根据地理位置，参考山东省自然资源厅和生态环境厅的划分方法，将山东省划分为四个区域：胶东（包括青岛、烟台和威海）、鲁中（包括济南、淄博、潍坊和泰安）、鲁北（包括聊城、德州、滨州和东营）和鲁南地区（包括菏泽、临沂、济宁、日照、枣庄）。由表3可知，2007—2019年鲁中地区生活用水量增加最多，2.92亿m3，其次是胶东地区（2.81亿m3），鲁中地区是山东政治文化中心，经济较为发达；胶东地区包括青岛、烟台和威海，是山东经济最为发达的区域；鲁南地区生活用水量增加了2.46亿m3，近几年鲁南地区经济发展迅速，尤其是菏泽和临沂；鲁北地区生活用水增加量最少，只有1.68億m3，为省内经济较为落后的地区。

2007—2019年，各区域结构效应均为正值，结构效应促进各地区生活用水量的增加，其中鲁中地区最大，为3.45亿m3，对生活用水量增加的贡献率为118%，说明这一时期鲁中地区用水结构发生变化，生活用水量在用水总量中的比重增加；各地区技术效应均为负值，技术进步使得生活用水量增速放缓，抑制了生活用水量的增加，其中绝对值最大的是鲁南地区，12.20亿m3，鲁南地区近几年经济发展迅速，技术提升显著，有效抑制了生活用水量的增加，贡献率为-496%，技术效应绝对值最小的为鲁北地区，仅4.35亿m3，鲁北地区为山东经济发展较为落后的区域，技术水平相对落后，技术提升速度低于其他地区，对生活用水量的抑制作用不明显；经济效应最大的为鲁南地区，11.29亿m3，对生活用水量增加的贡献率为459%，最小的为鲁北地区，仅4.61亿m3，贡献率为274%，经济效应贡献率最低的是胶东地区，胶东地区经济最为发达，经济增长对生活用水量增加的促进作用不如其他地区明显。

4结论与讨论

本文基于山东省16个地市2007—2019年生活用水数据，分析了这一时期山东省生活用水量的变化情况，并利用LMDI分解模型对其影响因素进行了分析，研究发现：

（1）山东省生活用水量和人均生活用水量总体呈现增长趋势，2007—2011年，生活用水量及人均生活用水量增加显著，2012—2015年变化不大，2016—2019年生活用水量和人均生活用水量继续呈增加趋势。

（2）青岛、临沂、潍坊、济南以及菏泽生活用水量增加幅度位列前五，从空间上看，主要集中在东部和中部，这也是山东经济比较发达或经济增速较快的区域。

（3）2007—2019年，技术效应为负，抑制了生活用水量的增加，经济效应、结构效应和人口效应为正，进一步促进生活用水增加。从数值上来看，技术效应的绝对值最大，为35.78亿m3，经济效应次之，34.29亿m3，说明技术效应和经济效应是导致生活用水量发生变化的主要因素，技术效应是抑制生活用水量增加的主要因素，经济效应则是促进生活用水量增加的主要因素。

（4）鲁中地区生活用水量增加最多，贡献率最大的影响因素是技术效应，贡献率为-393%，鲁北地区生活用水增量最少，贡献率最大的是经济因素，为274%。胶东地区和鲁南地区技术效应绝对值最大。

对山东省各地市生活用水量变化及影响因素进行了分析，发现技术是抑制生活用水量增加的主要因素，经济发展是促进生活用水量增加的主要因素，结构效应和人口效应对生活用水量增加不明显，今后山东省优化水资源管理、建设节水型社会一方面要加强节水教育和宣传，加强水情科普，提高居民节水意识，从根本上减少生活用水量，另一方面要大力推广使用节水技术和节水器具，提高水资源利用效率，健全水资源管理制度。由于数据获取受限，研究没有区分城镇和农村生活用水，但是现实中农村和城镇生活用水变化趋势及影响因素存在一定的差异，未来可以在这方面进行进一步分析。

注释：

①2010年12月31日？中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定？. http：//www. gov. cn/gongbao/content/2011/content_1803158. htm

②国家发展改革委水利部关于印发？国家节水行动方案？的通知（发改环资规〔2019〕695号）. http：//www.gov.cn/gongbao/con‐tent/2019/content_5419221.htm

③山东省人民政府办公厅关于全面加强节约用水工作的通知（鲁政办字〔2017〕151号）. http：//www.shandong.gov.cn/art/2017/ 9/30/art_2267_17764.html

④山東省人民政府关于修改？山东省节约用水办法？等33件省政府规章的决定（省政府令第311号）. http：//zwfw.sd.gov.cn/art/2018/ 2/12/art_1684_1452.html

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[4]中华人民共和国水利部. 2019年中国水资源公报[R/OL].（2020-08-03） [2021-05-30]. http：//www. mwr. gov. cn/sj/tjgb/szygb/ 202008/t20200803_1430726.html

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Analysis of Driving Factors and Changes of Domestic Water in Shandong Province Based on LMDI

ZHAO Tongtong1，HOU Wen2（1. Institute of Science and Technology for Development of Shandong， Qilu University of Technology（Shandong Academy of Sciences）， Jinan 250014， China；2. Shandong Sport University，Jinan 250014， China）

Abstract： Since the reform and opening up， with the continuous development of economy and society and the improvement of urbanization level， the domestic water consumption continues to increase. Based on the domestic water data of 16 cities in Shandong Province from 2007 to 2019， this paper analyzed the variation characteristics and spatial and temporal distribution differences of domestic water in Shandong Province during this period， and decomposed the driving factors of domestic water change based on LMDI. The study found that （1） domestic water consumption and per capita domestic water consumption in Shandong Province showed an overall increasing trend. （2） Qingdao， Linyi， Weifang， Jinan and Heze ranked the top five in terms of increase in domestic water consumption， mainly concentrated in the eastern and central regions. （3） the technical effect and economic effect are the main factors leading to changes in domestic water consumption， Technical effect is the main factor to restrain the increase of domestic water consumption and economic effect is the main factor to promote the increase. In the future， water conservation can be achieved by strengthening water-saving education and publicity， intensifying water-situation science popularization， vigorously promoting and using water-saving appliances and technologies， it is of great significance for improving the utilization efficiency of water resources， optimizing water resources management and building a water-saving society.

Keywords： domestic water；driving factor；LMDI；Shandong province