东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析.pdf

水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 7 期Water Resources and Hydropower Engineering Vol.54 No.7常志冬,曹永强,王菲,等.东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析J.水利水电技术(中英文),2023,54(7):102-112.CHANG Zhidong,CAO Yongqiang,WANG Fei,et al.Evolution trend and driving force analysis of coal water footprint in three northeast provincesJ.Water Resources and Hydropower Engineering,2023,54(7):102-112.东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析常志冬1,曹永强1,2,王 菲1,姜雪梅1(1.辽宁师范大学 地理科学学院,辽宁 大连 116029;2.天津师范大学 京津冀生态文明发展研究院,天津 300387)收稿日期:2022-11-30;修回日期:2023-02-02;录用日期:2023-02-07;网络出版日期:2023-02-07基金项目:辽宁省兴辽英才项目资助(XLYC2008033,XLYC2007111);辽宁省重点研发计划(2020JH2/10200043);国家自然科学基金(52079060)作者简介:常志冬(1998),女,硕士研究生,主要从事水文水资源研究。E-mail:2234093294 通信作者:曹永强(1972),男,教授,博士,主要从事水文水资源研究。E-mail:caoyongqiang Editorial Department of Water Resources and Hydropower Engineering.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license.摘 要:【目的】煤炭与水资源是东北三省重要的战略性资源,对于保障经济社会发展具有非常重要的意义,而煤炭水足迹可以反映煤炭生产过程中实际的水资源占用状况,有利于推动煤炭资源和水资源的节约利用。【方法】基于国际标准的煤炭水足迹评价模型测算东北三省煤炭生产生命周期水足迹,分析 20002020 年东北三省煤炭水足迹的时空演变趋势,运用 LMDI 模型定量分析煤炭水足迹的驱动效应,并构建煤炭水足迹强度指标对区域水资源的利用效率水平进行评价。【结果】结果显示:(1)20002020 年东北三省煤炭水足迹总量呈现先增加后减少的趋势,在 2011 年达到峰值13.85 亿 m3,原煤和火力发电水足迹占煤炭水足迹总量的 97%以上。(2)影响煤炭水足迹的主要驱动因素是资源禀赋效应和经济效应,贡献率分别为 42.79%和 30.06%,对煤炭水足迹起增量作用,技术效应和部门效应贡献率分别为-14.19%和-12.97%,对煤炭水足迹起减量作用。(3)研究区整体煤炭水足迹强度呈逐渐降低的趋势,在 2012 年以后趋于平稳。吉林省煤炭水足迹强度下降幅度最大为87.2%,黑龙江省次之,辽宁省最小。【结论】结果表明:东北三省煤炭水足迹下降趋势明显,水资源利用效率不断提高,但原煤和火力发电耗水量大,技术效应对煤炭水足迹的减量作用明显减弱。研究成果可为东北三省促进水资源优化、调整产业布局、提高水资源利用效率提供参考决策,助力实现区域高质量发展。关键词:ISO 水足迹评价模型;LMDI 模型;煤炭水足迹;东北三省DOI:10.13928/ki.wrahe.2023.07.009开放科学(资源服务)标志码(OSID):中图分类号:TV213.4文献标志码:A文章编号:1000-0860(2023)07-0102-11Evolution trend and driving force analysis of coal water footprint in three northeast provincesCHANG Zhidong1,CAO Yongqiang1,2,WANG Fei1,JIANG Xuemei1(1.School of Geographical Sciences,Liaoning Normal University,Dalian 116029,Liaoning,China;2.Academy of Eco-civilization Development for Jing-Jin-Ji Megalopolis,Tianjin Normal University,Tianjin 300387,China)Abstract:ObjectiveCoal and water resources are important strategic resources in the three northeastern provinces,which are of great significance for ensuring economic society and development.The water footprint of coal can reflect the real water 201常志冬,等/东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 7 期resources occupation in the process of coal production.MethodsWith the help of the international standard coal water footprint evaluation model,this paper calculates the water footprint of coal production life cycle in the three northeast provinces,and ana-lyzes the spatio-temporal evolution trend of coal water footprint in the three northeast provinces from 2000 to 2020,using LMDI model driven effect of quantitative analysis of the coal water footprint,coal water footprint and build strength index to evaluate the efficiency of regional water level.ResultsThe results show that:(1)From 2000 to 2020,the total coal water footprint in the three northeast provinces shows a trend of first increasing and then decreasing,reaching a peak of 1.385 billion m3 in 2011.The water footprint of raw coal and thermal power generation accounts for more than 97%of the total coal water footprint.(2)The main driving factors affecting coal water footprint are resource endowment effect and economic effect,with contribution rates of 42.79%and 30.06%,respectively,which play an incremental role in coal water footprint.The contribution rates of technology effect and sector effect are-14.19%and-12.97%,respectively,which play a role in reducing coal water footprint.(3)The overall coal water footprint intensity in the study area shows a gradually decreasing trend,and tends to be stable after 2012.The coal water footprint intensity of Jilin Province decreases the most by 87.2%,follows by Heilongjiang Province and Liaoning Province.ConclusionThe coal water footprint in the three Northeast provinces has an obvious downward trend,and the water resource utilization efficiency is constantly improving.However,the water consumption of raw coal and thermal power generation is large,and the reduction effect of technology on coal water footprint is obviously weakened.The result of this study can provide reference for the three provinces in Northeast China to promote the optimization of water resources,adjust the industrial layout,improve the efficiency of water resources utilization,and help achieve high-quality regional development.Keywords:ISO water footprint assessment model;LMDI model;coal water footprint;three northeast provinces0 0 引引 言言 煤炭与水资源相互影响和制约,如何评价煤炭耗水的演变趋势及其驱动机制对煤炭和水资源进行协同管理具有重要意义。经济社会不断发展,人们对水和能源的需求不断增加,提高对水能相互依存关系的认识十分必要。水足迹分析为维护区域水资源安全、提高水资源利用效率提供了科学依据1,也成为水资源管理领域的热点研究方向2。煤炭是所有能源中对水资源的需求最高的能源3,研究煤炭资源耗水的时空分布特征及驱动机制,有利于推进煤炭和水资源的集约利用,推动区域高质量发展。目前,相关领域学者分析了能源与水资源间的内在联系,并取得了丰富的研究成果。就研究内容来看,关伟等4已经按照能源水足迹的评价模式,计算了我国近三十个省(市、自治区)化石能源和电力生产生命周期水足迹,发现在研究期内化石能源水足迹以 2012 年为界先增后减,水电水足迹增长迅速。ZHU 等5基于产品生命周期概念和水足迹评价方法,评估了 2016 年中国燃煤发电水足迹,发现灰水足迹是燃煤发电水足迹的主要组成部分。SCHERER 等6通过对不同类型的水电部门水足迹进行测算,填补了水力发电耗水研究的空白。刘秀丽等7以黄河流域煤炭富集区为研究区,运用 ISO 水足迹评价模型测算20002017 年晋陕蒙煤炭水足迹的演变趋势,发现在研究期内煤炭水足迹总量不断增加。就研究方法来看,煤炭水足迹的测算多采用混合投入产出分析(IOA)的集成生命周期模型和国家标准委员会发布的基于生 命 周 期 的 水 足 迹 评 价 方 法 来 评 估8。如OKADERA 等9运用投入产出分析方法从能源消费角度评估中国辽宁省能源消费水足迹,结果表明辽宁省能源消费水足迹对外依存度较高。LIAO 等10利用基于消费的多区域投入产出(MRIO)模型,研究了中国京津冀和长三角地区能源水足迹特征,发现电力对这两个地区能源部门的水足迹贡献最大。OKADERA等11利用 ISO 标准水足迹评价方法评估泰国能源生产和供应的水足迹,研究结果表明 2010 年泰国能源水足迹与 1986 年相比增加了 9 倍。投入产出分析可以同时考虑水的直接消费和间接消耗12,不仅能够计算部门的直接耗水情况,还能够计算水资源在各部门之间的流动情况13,因此在学术界得到了广泛应用。基于 ISO 标准的水足迹评价模型则侧重于考虑所有煤炭产业运行过程中的用水问题,对煤炭生产、利用过程中的需水量进行物理评价。总体而言,目前国内对于水足迹的研究多集中于全国能源水足迹时空特征,或基于对燃煤发电过程中的需水量进行测算,其次对于煤炭水足迹的研究多集中于煤炭富集区,例如山西、陕西、内蒙古等地,对于国家老工业基地东北三省却少有研究,缺乏对该区域的煤炭生产、利用过程的综合耗水时空演变、水资源利用效率以及驱动力的分析研究。东北三省乃至全国范围内,煤炭在一次能源生产301常志冬,等/东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 7 期和消费结构中的比例一直占 70%左右,为实现经济持续快速发展提供了保障。近年来东北三省原煤产量不断下降,但消费量不断增加,2020 年,东北三省煤炭消费量高达 41 521 万 t,主要用于火力发电和供暖,而每消耗 1 t 煤炭损耗的水资源量 2.48 t3,水资源成为约束东北三省煤炭工业可持续发展的重要资源。本文以东北三省为研究区,采用国家标准委员会(International Organization for Standardization)发布的基于生命周期的水足迹评价方法(ISO 标准水足迹评价方法)和水足迹网络(Water Footprint Network)工作小组 HOEKSTRA 等(2011)提出的水足迹评价方法(WFN 水足迹评价方法)。此方法从煤炭生命周期出发,计算原煤、洗选煤和火力发电生产生命周期中的直接水足迹、因材料与能源投入所带来的间接水足迹14;关于水污染的考虑,WFN 水足迹方法中的灰水足迹表征污染状况已在国内外学者中形成了共识7。其次利用指数分解模型分析 20002020 年区域煤炭水足迹的驱动效应;利用水足迹强度表征煤炭工业的水资源利用效率。从煤炭资源与水资源的关系进行分析,了解煤炭生产生命周期过程的水足迹演变特征、驱动因素、水足迹强度等方面,更好地加强水资源与煤炭工业的协调发展,旨在为东北三省的煤炭资源和水资源可持续利用提供参考,为东北三省生态保护和高质量发展的资源管理提供决策支持。1 1 数数据据来来源源及及研研究究方方法法1.1 研究区概况 中国东北三省即黑、吉、辽三个省级行政区,处于 118 88 E135 08 E,38 72 N53 55 N 之间15,地形以平原、山地为主,气候属于温带季风气候,降水量自东向西递减,区域内水资源总体分布不均匀16。东北三省作为我国重要的煤炭基地,为我国工业化进程做出过巨大贡献。2020 年东北三省水资源总量为 2 403 亿 m3,占全国水资源总量的7.6%;煤炭消费量占全国煤炭资源消费总量的10.25%,煤炭产业用水超过 2020 年全国用水总量定额的 11%,多年来煤炭的过度开发和利用破坏了当地的水资源结构,造成了水资源浪费、水污染等现象。目前的水资源量无法满足能源开采和居民生活,东北地区已开始出现煤-水供需失衡7,这严重制约了东北三省的发展。东北三省地理位置如图 1 所示。1.2 研究方法1.2.1 煤炭水足迹结合 ISO 标准水足迹方法及 WFN 水足迹方图 1 研究区位置Fig.1 Location of study area法14,选取灰水足迹来衡量水污染状况,构建本研究的煤炭水足迹模型,比传统指标计算结果更加精确,更能体现区域煤炭和水资源的关联性。但由于间接水足迹计算复杂,只计算了原煤和洗煤的直接水足迹。煤炭水足迹包括蓝水足迹和灰水足迹,蓝水足迹为生产过程中消耗的自然水,灰水足迹为生产过程中排放的废水稀释到排放标准所需要的水量3,计算公式为Wc=Wdirect+Windirect=Wb,d+Wg,d+Wb,in+Wg,in(1)式中,WC指煤炭水足迹(m3);Wdirect 为煤炭直接水足迹(m3);Windirect 为煤炭间接水足迹(m3);Wb,d为煤炭直接蓝水足迹(m3);Wg,d为煤炭直接灰水足迹(m3);Wb,in 为煤炭间接蓝水足迹(m3);Wg,in 为煤炭间接灰水足迹(m3)。水足迹网络(WFN)模型计算煤炭灰水公式为Wg=L VPCmax-Cnat(2)式中,Wg为煤炭灰水足迹;L 为煤炭产业废水排放量(m3/GJ);Vp为排放废水中污染物的质量浓度401常志冬,等/东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 7 期(mg/m3);Cmax为水中可接受的污染物最大质量浓度(mg/m3);Cnat为自然水中该污染物的质量浓度(mg/m3)。通常选取化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)作为煤炭产业排放废水中最重要的污染物指标14,设 Cnat等于 0。1.2.2 Kaya 恒等式的扩展本文在部分学者将扩展的 Kaya 恒等式应用到能源领域的研究基础上17,运用 Kaya 恒等式分析人均煤炭水足迹变化的驱动效应,计算公式为W=WcP=WcGGGDPGDPQwQwP=t s e r(3)式中,W 为人均煤炭水足迹(m3/人);Wc为煤炭水足迹(m3);G 为煤炭工业总产值(108元);QW为该区域当年可利用水资源量(m3);P 为区域人口数(108人)。t=Wc/G 为 煤 炭 水 足 迹 的 技 术 效 率(m3/元);s=G/GDP 为 煤 炭 水 足 迹 的 部 门 效 率(108元);e=GDP/QW为经济效率(元/m3);r=QW/P 为 人 均 水 资 源 量,表 示 水 资 源 禀 赋 水 平(m3/人)。1.2.3 LMDI 模型LMDI(Logarithmic Mean Divisia Index)模型由 Ang和 Choi 在 1997 年首次提出18,并被广泛应用于Kaya 恒等式,常用来分析不同影响因子对研究对象的影响程度。分解公式为F=Ft-F0=Fteff-Fseff-Feeff-Freff(4)Fteff=Ft-F0lnFt-lnF0lnttt0()(5)Fseff=Ft-F0lnFt-lnF0lnsts0()(6)Feeff=Ft-F0lnFt-lnF0lnete0()(7)Freff=Ft-F0lnFt-lnF0lnrtr0()(8)式中,F 为区域人均煤炭水足迹差值;Ft、F0分别为期末、期初区域人均煤炭水足迹;驱动因素可分解为技术效应(Fteff)、部门效应(Fseff)、经济效应(Feeff)、资源禀赋效应(Freff);tt、st、et、rt分别代表期末的煤炭水足迹技术效率、部门效率、经济效率和资源禀赋效率;t0、s0、e0、r0分别为期初的煤炭水足迹技术效率、部门效率、经济效率和资源禀赋效率。其中,技术效应表征技术创新对煤炭水足迹的影响,部门效应表征产业结构对煤炭水足迹的影响,经济效应反映经济发展水平对煤炭水足迹的影响,资源禀赋效应表征水资源可利用量对煤炭水足迹的影响7。若驱动效应值为正值,表明其促进煤炭水足迹的增加,若为负值,则促进煤炭水足迹的减少。1.2.4 煤炭水足迹强度水足迹可以衡量人类对水资源的实际占有量,而水足迹强度则衡量了人类对水资源的利用效率19。煤炭工业水足迹强度等于煤炭水足迹与煤炭工业总产值的比值。如果水足迹强度越小,则单位煤炭工业产值消耗的水足迹越少,水资源利用效率越高;反之,单位煤炭工业产值消耗的水足迹越多,水资源利用效率越低19。计算公式为WFI=WcG(9)式中,WFI 为地区煤炭水足迹强度;Wc为该地区煤炭水 足 迹(m3);G 为 该 地 区 煤 炭 工 业 总 产 值(104元)。1.3 数据来源 煤电产业包括原煤开采、洗煤和火力发电,数据来源于中国能源统计年鉴(20012021)20,煤炭和电力发热量参考 2021 年中国能源统计年鉴平均低位发热量系数。区域水资源量来源于吉林省统计年鉴21、辽宁省统计年鉴22、黑龙江省统计年鉴23;各省煤炭工业产值、人口数、GDP 来源于各省统计年鉴。在计算煤炭生产生命周期单位产量灰色水足迹时,运用废水排放中的主要污染物化学需氧量 COD 作为计算煤炭灰水足迹的衡量指标。由于煤炭开采、选洗中的间接水足迹计算较复杂,因此只计算开采和选洗的直接水足迹。火电水足迹计算中,直接蓝水足迹主要指冷却系统用水,直接灰水足迹根据火电行业主要污染物排放系数表进行计算;火电间接水足迹(蓝水与灰水)是指火电生产过程中能源投入的蓝水足迹和灰水足迹。参考地表水环境质量标准24,原煤开采和洗选煤过程的废水 COD 量分别为200 g/t 和 30 g/t25。煤炭行业废水排放中可接受的最大 COD 值为 70 mg/L26,火电行业废水排放中可接受的最大 COD 值为30 m/L27。具体单位产量水足迹值如表 1 所列。2 2 结结果果分分析析2.1 煤炭水足迹演变特征分析2.1.1 煤炭水足迹时间变化特征根据煤炭水足迹计算公式以及单位煤炭水足迹值分别计算了东北三省原煤、洗煤、火力发电三种煤501常志冬,等/东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 7 期 表 1 中国煤炭生产生命周期中单位产量水足迹值Table 1 Water footprint value per unit of production in coal production life cycle in China能源类型生产加工过程单位产量水足迹分类单位产量水足迹值/m3GJ-1煤火 电原煤开采洗 煤冷却系统火电的能源投入原煤直接蓝水足迹0.014原煤直接灰水足迹0.137洗煤直接蓝水足迹0.007洗煤直接灰水足迹0.027火电直接蓝水足迹0.681火电直接灰水足迹0.083火电间接蓝水足迹0.063火电间接灰水足迹0.387图 2 20002020 年东北三省煤炭水足迹Fig.2 Coal water footprint of three northeastern provinces from 2000 to 2020炭水足迹(见图 2)。从总量来看,近 20 a 来,东北三省煤炭水足迹以 2011 年为界,呈现先增加后减少的趋势,20002011 年煤炭水足迹呈增长趋势,在2011 年达到最高值 13.85 亿 m3,而后从 20112020年呈下降趋势,总体上 20002020 年煤炭水足迹增长了 3.04 亿 m3,该结果主要与东北三省经过长期的开采,煤炭资源趋于枯竭且开采条件变差28,加上能源“十二五”规划的发布,煤炭开采总量下降有关。从结构上来看,原煤和火力发电水足迹占煤炭水足迹总量的 97%以上,该结果主要与东北三省煤炭产业结构有关,作为中国重要的老工业基地,东北三省煤炭开采年份较长,且主要用于供暖和火力发电,研究期内火力发电总量增加了约 2.98 倍。随着煤炭产业内部结构的变化,原煤和火力发电占比变化趋势分异明显。2000 年原煤和火力发电水足迹占比分别为 53.04%和 45.08%,2020 年 二 者 占 比 分 别 为31.86%和 65.98%,主要原因为原煤产量的减少和火力发电需求量的增加。近 20 a 来,洗煤水足迹以2012 年为界,呈现先增加后减少的趋势,但洗煤水足迹在东北三省煤炭水足迹中的占比依旧非常小,洗煤水足迹的增长或减少都与洗煤总量的增长或减少趋势一致,但随着国家环境治理标准的提高,洗煤灰水足迹总体增加25。从煤炭灰水足迹来看,火力发电和原煤灰水足迹比重最大,二者的比重占煤炭水足迹总量的 54%及以上,其变化时序基本与原煤和火力发电水足迹占比一致。具体来看原煤、洗煤、火力发电灰水足迹分别占各自水足迹的 90.74%、79.50%和 38.41%。在中国碳减排的约束下,东北三省煤炭产业减排压力巨大,煤炭产业灰水足迹耗水问题易被忽视,情况不容乐观。2.1.2 煤炭水足迹省际间差异从煤炭水足迹空间分异来看见图 3(a),辽宁省和黑龙江省煤炭水足迹最高,吉林省最低,均呈先增加后减少的趋势。2000 年辽宁、黑龙江和吉林的煤炭水足迹分别为 2.69 亿 m3、2.72 亿 m3和 1.17 亿m3,2020 年分别为 3.93 亿 m3、3.65 亿 m3和 2.06亿 m3。辽宁省和黑龙江省在 2011 年煤炭水足迹总量达到最高值,分别为 5.25 亿 m3和 5.21 亿 m3,吉林省在 2012 年煤炭水足迹总量达到最高值 3.68 亿 m3。总体而言,20002012 年黑龙江省煤炭水足迹高于辽宁省,20122020 年辽宁省煤炭水足迹高于黑龙江省,主要是辽宁省火力发电量的持续增长。从原煤水足迹来看见图 3(b),2000 年黑吉辽三省原煤水足迹分别占原煤水足迹总量的 44.95%、14.79%、40.25%,黑龙江省和辽宁省相差不大,吉林省原煤水足迹占比较小,主要是吉林省煤炭资源较少、原煤开采量远小于黑辽两省,2000 年后吉林省原煤水足迹比例有所增加,2012 年达到 28.71%,601常志冬,等/东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 7 期 图 3 20002020 年东北三省各类型煤炭水足迹Fig.3 Coal water footprint of different types in the three northeastern provinces from 2000 to 2020但总体维持在黑龙江省和辽宁省占比较高的状态。从洗煤水足迹来看见图 3(c)黑吉辽空间差异较大,黑龙江省占比最大,20002020 年占比在 49.92%65.67%,辽宁省占比在25.79%48.21%之间,吉林省占比从 1%增加到 16.58%,黑吉辽三省洗煤水足迹的总体趋都是先增加后减少。根据国家发展改革委发布的煤炭工业发展“十二五”规划,东北三省于 2012 年深入实施煤炭产业升级战略,洗煤产量开始呈现下降趋势,洗煤水足迹减少。从火力发电水足迹来看见图 3(d),辽宁省占比最大,约占比45%,黑龙江省约占30%,吉林省最小约25%,吉林省火力发电水足迹占比逐渐增大,黑龙江省反之。20002020 年各省火力发电水足迹均呈上升趋势,到 2020 年东北三省火力发电水足迹达到 6.36 亿 m3,较 2000 年相比增加了 3.39 亿 m3,这与东北三省对火力发电需求量增加有关。2.2 驱动因素演变特征分析2.2.1 驱动因素时间变化特征煤炭水足迹的影响因素贡献程度分析结果(见图 4)表明,20002020 年影响区域煤炭水足迹的因素主要是资源禀赋作用和经济效应,贡献率分别为42.79%和 30.06%,其次为技术效应和部门效应,贡献率分别为-14.19%和-12.97%。经济效应和资源禀赋效应对煤炭水足迹起增量作用,而技术效应和部门效应对煤炭水足迹起减量作用。从各驱动因素时间变化情况来看:(1)技术效应对煤炭水足迹的影响表现出先增强后减弱的趋势,且由负效应逐渐演变成了正效应,表明仅仅依赖技术创新减少单位煤炭产出的水资源消耗量已无法降低人均煤炭水足迹,甚至在 2012 年以后,技术创新会提高煤炭水足迹的总量。可能原因是技术进步的“能源回弹效应”所致,随着技术进步带来能源效率的提高,从而导致价格降低,价格效应刺激消费增长29,进而生产总量的增加导致煤炭水足迹的增加。(2)部门效应对煤炭水足迹的影响逐渐增强,其中 20002011 年为正效应,20112020 年基本为负效应。主要原因为研究区在 20002012 年煤炭产业产值的逐渐增加导致人均煤炭水足迹逐渐增加,2012 年之后随着“十二五”规划各地区进行煤炭资源型工业经济转型,产业结构逐步优化,煤炭产业占 GDP 比重开始降低,部门效应对人均煤炭水足迹起减量作用,且减量效应在逐步增加。(3)经济效应对人均煤炭水足迹的影响变化较大,以 2012 年为界,在 2012 年之前基本为正效应,2012 年以后基本为负效应,表明701常志冬,等/东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 7 期 图 4 20002020 年东北三省煤炭水足迹各驱动因素贡献度变化趋势Fig.4 Contribution trend of driving factors of coal water footprint in the three northeastern provinces from 2000 to 2020在 2012 年以前东北三省经济的发展对煤炭产业的依赖程度较大,但随着煤炭资源的减少、开采量的下降,经济发展对煤炭产业的依赖虽然依旧存在,但程度在逐渐减小,东北三省应该积极进行产业结构的升级,在促进经济发展的同时保障煤炭资源的可持续发展,在提高区域经济发展水平的同时降低煤炭产业的人均水足迹。(4)资源禀赋效应对人均煤炭水足迹的影响基本一直呈现为正效应且贡献度占比最大,为42.79%。表明其对人均煤炭水足迹起增量作用,主要是东北三省的水资源较丰富但开采和利用技术都较为落后,能源的开采和利用造成了水资源浪费、水污染等现象,经济的发展是以资源的浪费为代价的,东北三省在今后的生产生活中要节约用水,保障煤炭水资源可持续利用。2.2.2 驱动因素省际间差异从各驱动因素空间分异来看,各区域差异不明显。以 2012 年为时间节点,各区域煤炭水足迹的影响因素呈现基本相同的变化趋势(见图 5)。20002020 年经济效应和资源禀赋效应对黑龙江省煤炭水足迹的影响最大,贡献度分别为 29.78%和 27.10%。其中,20002012 年,对黑龙江煤炭水足迹影响最大的因素是经济效应,对煤炭水足迹起增量作用,表明其煤炭水足迹很大程度上源于经济增长原因。20122020 年,影响黑龙江煤炭水足迹最大的因素为资源禀赋效应,对煤炭水足迹起增量作用,而技术效应演变为正效应,表明技术进步的“节约能源”效应已不明显,开始呈现出技术进步的“能源回弹”效应,相反,部门效应和经济效应演变为负效应表明通过部门产业结构的调整和经济发展方式的转型对煤炭水足迹的减量效应日益显现。20002020 年,对辽宁煤炭水足迹影响最大的同样为经济效应和资 源 禀 赋 效 应,贡 献 率 分 别 为36.20%和 34.33%,相比黑龙江均较大。分阶段来看,20002012 年,影响辽宁煤炭水足迹最大的因素为经济效应,贡献率为 39.60%,对煤炭水足迹起增量作用;20122020年,影响辽宁煤炭水足迹最大的因素演变为资源禀赋效应,贡献率为32.51%;经济效应则已演变为负效应,对煤炭水足迹起减量作用,且贡献率仅小于资源禀赋效应,为-31.11%。表明辽宁省通过部门产业结构的调整,实现了产业多元化促进经济发展,促使煤炭水足迹逐渐减少;技术效应也由负效应转变为正效应,表明已无法单纯依赖技术进步降低煤炭水足迹,未来需通过技术创新手段综合降低煤炭水足迹。20002020 年,对吉林省煤炭水足迹影响最大的为资源禀赋效应,贡献率为 66.91%。20002012年影响吉林省煤炭水足迹最大的是资源禀赋效应,而20122020 年依旧为资源禀赋效应,且技术效应由负效应演变为正效应,再次呈现技术进步的“能源回弹”效应,但部门效应由正效应演变为负效应。值得注意的是,吉林省人均煤炭水足迹的资源禀赋效应和其它两省相比是最大的,表明吉林省的水资源优势较小,应通过技术的创新和节约生产用水保障水资源的可持续利用。从东北三省整体来看,如何在提高区域经济发展水平的同时降低煤炭水足迹,是共同面临亟需解决的问题;继续加快部门产业结构调整、技术创新和保障水资源的可持续利用,是未来东北三省降低煤炭水足迹的主要方式。2.3 煤炭水足迹强度演变特征分析 东北三省煤炭水足迹强度在 2011 年以前呈现不断下降的明显趋势(见图 6),表明伴随技术水平的提升,东北三省单位煤炭工业产值消耗的水资源有所减少,水资源利用效率在明显提高,东北三省的煤炭水足迹强度从 2001 年的 44.61 m3/万元下降到 2012 年的 8.15 m3/万元,大约下降了 81.73%;2012 年后,801常志冬,等/东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 7 期 图 5 20002020 年东北三省各区域驱动因素贡献度Fig.5 Contribution of driving factors of each region in the three provinces of Northeast China from 2000 to 2020图 6 20002020 年东北三省煤炭水足迹强度Fig.6 Coal water footprint intensity in three northeastern provinces from 2000 to 2020东北三省煤炭水足迹强度有所提高,但幅度较小,主与煤炭水足迹总量的变化趋势相一致,表明技术进步的“节约能源”效应已不明显,东北三省不能仅仅通过提高技术水平来降低煤炭水足迹强度。从空间上看,东北三省用水效率的提高速度并不相同,吉林省用水效率提高最快,煤炭水足迹强度下降幅度为87.20%;辽宁省用水效率提高最慢,煤炭水足迹强度下降幅度为 74.41%,这主要与辽宁省煤炭水足迹较高有关。辽宁省在东北三省之中水资源短缺问题更加严峻,因此更应注重降低煤炭水足迹强度,提高水资源的利用效率。与全国其他地区工业水足迹相比30,目前东北三省煤炭水足迹强度较低,但也应901常志冬,等/东北三省煤炭水足迹演变趋势及驱动力分析水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 7 期该注重水资源的节约,煤炭工业发展的技术创新,加快资源经济的转型,充分利用自身优势实现经济的快速发展。3 3 结结论论与与讨讨论论3.1 讨 论 煤炭水足迹受多种因素的影响,必须充分考虑区域经济、技术发展水平、区域产业结构以及水资源的承载力7。虽然研究区内各地区煤炭水资源利用效率不断提高,但东北三省所面临的问题各不相同,辽宁省煤炭资源需求量大,煤炭水足迹较高,应进一步优化产业结构,加快技术革命,形成多元化能源供应体系;黑龙江省煤炭产业的发展仍有较大的潜力,但应在转变区域产业结构的同时加强水资源保护;吉林省煤炭资源一直处于衰退阶段28,煤炭水足迹也较低,要进一步优化煤炭资源的配置效率,进行制度创新。除此之外,鉴于东北地区冬季高寒、采暖期长的特点,政府应全面推广绿色建筑,同时优化能源消费结构,稳步发展可再生能源项目建设,减轻对煤炭资源的依赖31。总体来看,东北三省面临的共同问题是如何在提高区域经济发展水平的同时节约煤炭资源,减少煤炭水足迹,加快资源型经济转型,调整产业结构,加快技术创新,实现区域高质量发展是解决该问题的必由之路。现有研究多为全国范围单一年份的煤炭火力发电耗水评价或煤炭富集区生命周期水足迹的测算,本文基于多年份的东北三省煤炭水足迹测算,弥补了区域煤炭生产、利用过程的综合耗水的时空演变研究的空缺;针对现有研究对区域煤炭