灰水足迹视角下长江经济带水质与经济发展关系测度

卢先智，车 力

（河海大学公共管理学院，南京 211100）

长江经济带横跨中国东中西三大区域，覆盖11个省市。2018年11月，国家出台的《长江经济带发展规划纲要》文件明确表示，区域发展面临诸多亟待解决的困难和问题，主要是生态环境状况形势严峻、长江水道存在瓶颈制约、区域经济发展不平衡问题突出、区域环境合作机制尚不健全等。解决长江经济带生态环境欠账，最大的问题在于水，而水的问题在于岸，因此只有从整体上加强长江流域污染防治，摸清资源环境承载能力本底状况，才能严格控制和治理长江水污染，促进区域内经济社会健康高速发展。

灰水足迹的概念由Hoekstra等［1］和Chapagain等［2］提出，定义为以自然本底浓度和现有的水质标准为基准，将一定的污染物负荷吸收同化所需的淡水体积。它反映在整个研究区域内由生产、生活所造成的淡水污染的指标，通过它可以科学揭示一个地区的水污染状况，对一定区域内的水环境作出水量和水质的双重评价。目前相关学者重点关注的方向集中在灰水足迹的测算［3］，计算工业污水［4，5］、农业污水［6，7］、生产生活污水［8］的灰水足迹等方面；对现有测算方法进行改进与完善［9］；以灰水足迹为指标评价特定区域内水环境状况［10，11］。随着脱钩理论及其方法在资源环境评价领域的运用，不少学者从脱钩关系的视角进行了研究。经济合作与发展组织（OECD）在20世纪90年代提出了形容资源消耗或环境污染与经济增长之间耦合联系断裂的“脱钩理论”［12，13］。运用脱钩理论评价中国经济协调发展与城镇化水平、碳排放、海洋环境、土地利用、城市扩张、水资源保护等多方面，完善了中国经济发展多维评估体系。国外相关研究对农作物水足迹与产量或经济增长之间的脱钩关系进行探讨［14，15］，Li等［16］基于水足迹的视角对中国纺织工业水环境与经济的脱钩关系进行了研究。国内学者潘安娥等［17］利用水足迹指标对湖北省系列年间水资源消耗与经济增长关系进行了测度，李宁等［18］从水资源利用的角度研究了长江中游城市群水足迹与经济发展之间的脱钩关系，潘忠文等［19］利用脱钩关系对中国经济增长与水资源利用效率加以评估。除了水资源利用视角外，班荣舶等［20］从水环境的视角对工业灰水足迹与经济发展之间进行了脱钩评价，林靖雯等［21］利用重心迁移理论对其时空演变格局及其脱钩关系进行了研究。但是，由于水足迹在国内的研究还不够深入，大多数研究仍局限于对脱钩状态的客观性描述，较少从区域空间、时间阶段和产业结构等角度探讨水资源利用与经济发展的协调关系，近2年有关水足迹的影响因素多着眼于农业方面［22-24］，将三大产业结构统筹考虑的研究较少。

基于长江经济带的重要战略定位，切实保护和利用好长江水资源、严格控制和治理区域水污染的发展要求。本研究将长江经济带9省2市作为探讨对象，利用灰水足迹理论与方法，定量分析长江经济带11个省市近年来水资源污染情况，并结合协调发展脱钩模型科学评价该区域经济发展与灰水足迹的脱钩关系，主要解决以下3个问题：①依据灰水足迹理论，对长江经济带2001—2015年灰水足迹及其变化特征进行核算与分析；②探讨灰水足迹与经济增长之间的脱钩态势，综合评价长江经济带各省市水资源压力状况；③针对长江经济带不同省市区位特征与发展特色，将区域统筹规划与地方因地施策相结合，提出切实可行的发展建议。

1 研究方法

1.1 灰水足迹总量的测算

目前中国尚没有全国及各省灰水足迹的官方统计数据，因此本研究首先对长江经济带9省2市的灰水足迹排放总量进行测算。

本研究利用文献记载的灰水足迹计算方法，对2001—2015年长江经济带11个省市灰水足迹进行核算。

1.1.1 农业灰水足迹 选取氮元素的值作为农业灰水足迹评价指标，采用面源污染公式进行计算。其公式如下。

式中，GWFagr为农业灰水足迹（m3/年），α为氮肥进入单位水体的比例，变量Appl表示氮肥的使用量（kg/年），Cmax为污染物水质标准浓度（kg/m3）；Cnat为收纳水体的自然本底浓度（kg/m3）。

1.1.2 工业灰水足迹 工业污水中关键的污染物为化学需氧量（COD）和氨氮（NH+4-N），选取二者作为指标，计算工业灰水足迹。

式中，GWFind(i)为以第i类污染物为标准的工业灰水足迹（m3/年）；Lind(i)为工业第i种污染物的排放负荷（kg/年）；GWFind为工业灰水足迹总量（m3/年）；GWFind(COD)为以化学需氧量为标志污染物的工业灰水足迹量；GWFind(NH+4-N)为以氨氮为标志污染物的工业灰水足迹量。

1.1.3 生活灰水足迹 生活灰水足迹［GWFdom(i)（m3/年）］关键污染物成分与工业污水相同，同属点源污染，计算公式如下。

式中，GWFdom(i)为以第i类污染物为标准的生活灰水足迹（m3/年）；Ldom(i)为生活第i种污染物的排放负荷（kg/年）；GWFdom为生活灰水足迹总量（m3/年）；GWFdom(COD)为以化学需氧量为标志污染物的生活灰水足迹量；GWFdom(NH+4-N)为以氨氮为标志污染物的生活灰水足迹量。

1.1.4 地区总灰水足迹 将农业、工业和生活灰水足迹求和，可得总灰水足迹，其计算公式如下。

式中，TGWF为总灰水足迹（m3/年）。

1.2 脱钩分析模型及其评价

脱钩理论用以评估区域资源环境与经济发展相协调状态，打破经济增长与资源消耗的相互依赖关系，在保持经济持续增长的势头下兼顾资源节约与环境友好的可持续发展状态被称为脱钩。脱钩有绝对脱钩和相对脱钩2种情形：绝对脱钩指在经济稳健增长的同时，资源环境消耗较少；相对脱钩是描述经济增长的同时，资源环境消耗以低于经济增长比率的速度增长。本研究利用Tapio模型计算长江经济带11个省市灰水足迹脱钩指数，选取各省市GDP作为衡量经济发展的指标，研究区域经济发展与灰水足迹的脱钩关系，Tapio脱钩弹性计算公式如下。

式中，en是弹性系数，反映的是第n-1年到第n年的经济增长与灰水足迹的变化关系；ΔTW、ΔTE分别表示灰水足迹总量和经济增长的变化速率；TWn、TEn分别表示第n年的总用水量和经济总产值。脱钩指数用于刻画脱钩程度和方向，表现变量间的响应关系。

根据Tapio的脱钩模型，指数可划分为以下8种关系，如表1所示。

表1 Tapio脱钩模型下弹性脱钩指数关系标准

1.3 数据来源

选取2001—2015年长江经济带9省2市作为研究区域计算灰水足迹，其中农业灰水足迹中氮肥施用量数据来源于各省市统计年鉴及农村统计年鉴；污染物COD和氨氮排放量数据源于《中国环境统计年鉴》，排放标准浓度按照《污水综合排放标准》中一级排放标准，各为60 mg/L和15 mg/L。

2 结果与分析

2.1 长江经济带灰水足迹时空格局演变趋势分析

2.1.1 长江经济带灰水足迹时序变化分析 2001—2015年长江经济带9省2市灰水足迹的发展变动规律见图1。从图1可以看出，2001—2015年11个省市灰水足迹总量的年际变化大致呈先下降后上升再下降又上升，2012年后持续稳定下降的变化趋势，2015年总量仅为2 114.56×108m3。说明长江经济带经过一系列水污染治理措施的改进和水污染政策的实施，水污染已经得到有效控制。但由于水污染时间长，废水排放基数较大，污水治理仍然是该地区水资源管理工作的重中之重。

图1 长江经济带11个省市2001—2015年灰水足迹总量

水污染源取决于流域内与土地利用相关的人类生活和生产活动。其中，工业点源污染、城市生活污水、水土流失、城市不透水面积增加、农药化肥过量使用等均可形成非点源污染。从长江经济带灰水足迹产业分布角度（图2）分析，农业污水所占比重最大，约占65%，生产生活灰水足迹次之，工业灰水足迹总量最小。长江流域水量充沛、湖泊众多；平原连片，土壤肥沃；人口密集、劳动力资源充足；河流众多，交通便利，具有发展农业生产的优越条件。但由于技术水平的限制，目前大部分区域仍采取粗放型农业种植生产，片面追求产量效益，用水效率低下，化肥使用欠科学，农业面源污染加剧，致使农业灰水足迹总量居高。同时，长江经济带涵盖沿江多块经济重地，皖江城市带、荆江城市带、川江城市带、长三角城市群等众多城市圈，使得该地区人口压力较大，生产生活污水排放量高。最后，长江经济带重化工产业集聚显著，沿江钢铁基地、炼油厂、发电厂分布密集，资源密集型产业集中，工业污水排放量大。

图2 长江经济带11个省市2001—2015年灰水足迹分部门占比

2.1.2 长江经济带灰水足迹空间格局变化分析 如图3、图4所示，长江经济带11个省市中灰水足迹年均总量由高至低排列，分别为江苏省、湖北省、云南省、四川省、湖南省、安徽省、江西省、贵州省、重庆市、浙江省和上海市，水污染排放在东中西部都存在“极点”区域，江苏、湖北、湖南和四川等省分别是水污染物排放量较高区域，这与各省市人口总量、经济发展、技术水平和产业结构等诸多因素密切相连。

图3 长江经济带11个省市区位示意

图4 长江经济带11个省市省际灰水足迹总量组成

选取2001、2005、2010、2015年4个典型年份的灰水足迹数据，用ArcGIS软件中的自然断点法将各年份区域内灰水足迹由高至低分为3个等级（图5）。从整体空间来看，上中游地区灰水足迹高于下游地区的灰水足迹；从时间节点上来看，2000—2015年长江经济带城市灰水足迹演变较小，从2010年与2015年空间对比可以看出，云南省灰水足迹由二级升为三级，湖南省灰水足迹等级由三级降为二级，江西省灰水足迹等级由一级升为二级，上海市灰水足迹等级由二级下降为一级，其余省市未发生明显变化。

图5 长江经济带2001—2015年灰水足迹分位

通过上述结果分析可得，长江经济带各省市灰水足迹呈现出较强的地区差异性。近年来，长江经济带相关省市不断加强水污染治理工作，如优化农业布局和作物结构，发展绿色生态循环农业；工业生产过程中实现生产清洁化、废弃物资源化，全面推进源头减量、过程控制和末端治理，由资源密集型产业向高新技术产业过渡；通过宣传教育，提升民众节水意识，取得了一定的成效，11个省市灰水足迹总量和平均等级均下降显著。但受西部大开发和中部崛起战略的影响，上游地区部分产业向中上游地区转移，经济的快速发展导致水资源问题日益突出。以云南省为例，近年来该省为促进本地区经济发展和群众就业，利用当地优越的自然条件大力发展旅游业，但由于旅游景点和基础设施的过度开发，导致生态环境超负荷运转，水污染情况进一步恶化［25］。

2.2 长江经济带经济发展与灰水足迹脱钩指数分析

2.2.1 长江经济带经济发展与灰水足迹脱钩关系总体趋势分析 由于区域内近15年经济均呈持续增长态势，因此灰水足迹与经济增长之间的脱钩状态主要取决于该地区灰水足迹的变化情况。就脱钩态势来说，2001—2015年长江经济带灰水足迹与经济发展之间的脱钩状态主要分为2类，强脱钩9个（64.28%），弱脱钩4个（35.72%）（图6）。灰水足迹总量呈波动下降趋势，与经济增长的脱钩状态以强脱钩为主，表明该时期内区域大致处于污染物排放量减少而经济快速增长的状态。

图6 长江经济带11个省市2001—2015年灰水足迹脱钩指数

2.2.2 长江经济带区域经济发展与灰水足迹脱钩程度分析 2001—2015年，长江经济带11个省市GDP一直处于正向增长，即ΔTE始终大于0。此时，脱钩指数在(-∞,0)，GDP增长与灰水足迹增长呈反向增长，脱钩类型为强脱钩，表明经济发展与水环境之间趋于协调状态，这是经济发展与灰水足迹的理想状态。脱钩指数在（0，0.8）表明GDP与灰水足迹同为正向增长，经济发展与环境之间呈弱脱钩关系，趋向于不协调状态。

由表2可以看出，2001—2006年，长江经济带11个省市中重庆、贵州、云南3省市呈弱脱钩状态；2006—2011年，江西、湖北、重庆、贵州、云南5省市呈弱脱钩状态；2010—2015年，仅湖北省呈弱脱钩状态。说明长江经济带灰水足迹和GDP增长脱钩关系逐渐由弱脱钩向强脱钩状态转变，水环境与经济社会发展协调程度显著增强。

表2 长江经济带11个省市2001—2015年平均脱钩类型

2.2.3 长江经济带产业结构与灰水足迹脱钩关联性分析 从产业结构（表3）来看，农业方面，江西、江苏、湖北、湖南、贵州、云南等省均呈弱脱钩态势，浙江省为衰退型脱钩，其余4省市为强脱钩，表明江苏、江西、湖北、湖南、贵州、云南等地农业发展与水污染协调状况并不理想，农业多为粗犷型种植养殖，随着土地使用趋于集约化，各地大大增加了合成农药、肥料和其他投入品的使用，大量农用化学品和沉积物排入水体，致使污染程度加剧；工业方面，上海市、贵州省2地呈弱脱钩状态，上海市工业以汽车制造、钢铁生产、石油化工及精细化工为支柱产业，工业企业在生产过程中产生大量的“三废”，其中就包括废水，而贵州省则依靠自身丰富的矿产资源，大力发展冶金、有色、化工、机械等产业，壮大了贵州省的工业规模，奠定了工业基础，但由于经济基础薄弱技术水平的限制，导致工业灰水足迹与经济发展呈弱脱钩状态。位于长江经济带“龙腰”的湖北省，在长江、汉江两江沿线15 km范围内有394家重化工及造纸企业，2015年共排放废水28 672万t、COD 20 353 t、氨氮2 453 t。采矿业等资源型产业是长江中上游地区的重要产业，尤其是四川、贵州、云南等地，对采矿业依赖程度较高，高能耗、高污染的产业特征致使损耗资源严重，生态环境脆弱。钢铁、有色金属、建材、化工和电力等项目密布长江沿线，部分重化工项目仍采取较为粗放的生产模式，工业能耗、物耗和污染水平居高不下。当前，沿江各地都提出了各自的发展战略，强调更大的项目和产业园区布局，造成产业布局与资源要素和市场现状不相适应。同时，长期以来形成的上中游地区的能源产业和下游地区的能耗型产业集中布点，进口原油西运加工，毛、麻、丝等天然纤维原料东运生产，都致使长江经济带部分省市工业水污染严重；生产生活方面，仅江西省呈弱脱钩状态，生活污水压力大，由于公共基础设施建设短缺、相关部门管制缺失，农村污水、垃圾直排现象严重。但产业结构优化调整、完善污水管网收集系统、强化污水处理厂处理能力等措施有效助力污染减排，长江经济带第二产业、第三产业脱钩产业脱钩状态优于第一产业。

表3 长江经济带11个省市2001—2015年产业发展与灰水足迹脱钩关系

目前，流域内缺乏对污染源的监测，生态环境监管体系缺失，沿江污染企业环境损害行为经常得不到严格的约束和惩罚，政府对地区的环境考核绩效无法达标。分散的“九龙治水”情形，使得沿江城市未充分考虑与干流规划的对接，具体的标准和规划甚至有冲突［26］。此外，流域内缺乏权威的管理协调机制，导致一些污染从上游向下游非法排污加剧，甚至以邻为壑的现象加重，造成邻避效应。重化工产业发展效益强，发展重化工业一直是长江沿江地区推进经济发展的首选，但流域整体规划、环保设施运营仍未落地。流域监测体系只对单个项目，但从整个长江经济带出发全面考虑却很少，没有考虑到产业布局和产业链的互补组合，促进该地区环境与经济的有序、协调开展。

3 小结与展望

1）长江经济带灰水足迹总量上呈波动下降趋势，2015年11个省市总和为2 114.56×108m3，说明区域内经过一系列水污染改进治理措施和水污染政策的实施，污染已经得到有效控制。其中，区域内农业灰水足迹占比最大，工业灰水足迹占比最小，从空间格局上看，长江经济带11个省市灰水足迹存在较强的地区差异性，上游地区灰水足迹高于下游地区。

2）长江经济带大部分省市经济发展与灰水足迹呈强脱钩关系，在2001—2006年长江经济带11个省市中有3个省市呈弱脱钩状态，在2006—2010年有5个省市呈弱脱钩状态，2011—2015年仅湖北省呈弱脱钩状态。说明长江经济带灰水足迹和GDP增长脱钩关系逐渐由弱脱钩向强脱钩状态转变，水环境与经济社会发展协调程度显著增强。

3）针对不同产业结构，长江经济带农业灰水足迹多省市呈弱脱钩状态，说明当前产业比例、种植结构、灌溉模式还需进一步优化；工业灰水足迹和生产生活灰水足迹多数呈强脱钩状态，说明在政府、企业与民众的共同努力下，长江“化工围江”的污染状况得以改善，沿江重化工业和生态环境修复成效显著，污染排放力度大幅降低。

4）总体来看，深化长江经济带多省市水污染防治需要从协同治理、精准治理和现代化治理等不同方面发力。集中力量促整改，强化重点行业、重点区域、重点点位的监管工作，确保区域内水生态环境质量持续改善。