基于投入產(chǎn)出的太湖流域水足跡分析

劉存麗　丁愛芳　陳子玉

摘要 以經(jīng)濟社會較為發(fā)達的太湖流域為研究區(qū)，基于2007年流域內各省（市）的水足跡投入產(chǎn)出表，分析了3次產(chǎn)業(yè)的用水系數(shù)、水足跡和凈外部水足跡。結果表明，2007年，流域內第一產(chǎn)業(yè)的完全用水系數(shù)最大，用水主要集中在直接用水方面；第二、第三產(chǎn)業(yè)用水主要集中在間接用水方面；2007年太湖流域水足跡為453.30億m3，凈外部水足跡為63.98億m3，占全流域水足跡的14%。

關鍵詞 太湖流域；用水系數(shù)；水足跡；凈外部水足跡；投入產(chǎn)出

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05168-03

水是生命之源，是人類賴以生存和生活的物質基礎，是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的源泉，然而隨著經(jīng)濟的高速增長和人口的增加，我國現(xiàn)在面臨著水資源的嚴重短缺，2010年我國淡水資源總量是2.8萬億m3，占全球水資源的6%，居世界第4位，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，但人均僅有2 200 m3，僅為世界平均水平的1/4、美國的1/5，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。目前我國水資源存在著污染嚴重、浪費嚴重、短缺嚴重等問題。當前流域經(jīng)濟發(fā)展較快，對水需求也較大，在水資源利用方面出現(xiàn)了很多問題，跨界、跨區(qū)污染較為突出，水資源保護工作難度較大。因此，流域水資源問題是我國解決水資源問題的重點問題，也是難點問題。

在水資源利用研究中，英國學者約翰·安東尼·艾倫于1993年提出了“虛擬水”的概念[1]，用來衡量某產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售過程中需要的水資源總量，虛擬水不是真正意義上的水，相對于實體水而言，它是以“無形”的方式寄存于產(chǎn)品中，因此，虛擬水又被稱為“外生水”或“嵌入水”。2002年，荷蘭學者阿爾杰恩·胡克斯特拉在“虛擬水”基礎上提出了水足跡的概念，是指一個國家或地區(qū)在一定時間內消費所有的產(chǎn)品和服務所形成的用水量[2]。水足跡可以很好地反映一個國家或一個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展對水資源的需求狀況。目前國內外計算水足跡較為常用的方法有自上而下和自下而上2種，這2種方法主要是針對具體產(chǎn)品（如農產(chǎn)品和牲畜）虛擬水貿易和消費量進行核算，但在工業(yè)產(chǎn)品用水核算中存在一定難度。隨著學科交叉研究的不斷深入，一些國外學者運用投入產(chǎn)出分析方法對水資源進行了研究[3-5]，如Bicknell等基于投入產(chǎn)出分析方法建立了投入產(chǎn)出法的生態(tài)足跡核算模型[3]；Dietzenbacher等利用投入產(chǎn)出分析法分析了西班牙安達盧西亞的虛擬水貿易，發(fā)現(xiàn)農業(yè)部門消耗了大部分的水資源[5]。同時，國內學者對水資源的投入產(chǎn)出研究也越來越多[6-9]，如羅利民等利用投入產(chǎn)出分析方法對節(jié)水經(jīng)濟效益進行了定量分析[7]；尚海洋等建立了甘肅2002的生態(tài)足跡投入產(chǎn)出分析表[8]；趙旭等利用投入產(chǎn)出分析法提出了水足跡的計算模型[10]。國內學者的研究多以行政地域單元為主，以流域為單元的投入產(chǎn)出用水分析較為少見。筆者以經(jīng)濟社會較為發(fā)達的太湖流域為研究區(qū)，基于2007年流域內各省（市）的水足跡投入產(chǎn)出表，分析了第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)的用水系數(shù)、水足跡和凈外部水足跡。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)太湖流域概況 太湖流域地處長江三角洲，流經(jīng)上海市、江蘇省、浙江省及安徽省，自然條件優(yōu)越，水陸交通便利，基礎設施好，工業(yè)發(fā)達，人口稠密，是我國沿海主要對外開發(fā)區(qū)。2009年太湖流域的GDP高達5.18萬億元，占全國的21%，在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中具有十分重要的地位。隨著流域社會經(jīng)濟的發(fā)展、城市化進程的加快，流域污染排放量總體呈上升趨勢，污染引起的水質型缺水問題日益嚴峻。2009年人均水資源量為481 m3，是我國缺水較為嚴重的地區(qū)之一，2011年太湖流域遇60年以來最少降雨量，對太湖流域的經(jīng)濟造成巨大損失。干旱缺水、水質惡化嚴重制約著流域經(jīng)濟社會持續(xù)、穩(wěn)定、健康的發(fā)展。對太湖流域的水資源進行科學的定量分析，找出存在的問題與影響機制，并制定相應的對策措施，是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的必然選擇。

1.2 太湖流域水足跡投入產(chǎn)出算法設計

1.2.1 太湖水足跡投入產(chǎn)出表設計。結合目前已有的研究和太湖流域的實際情況，根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的《三次產(chǎn)業(yè)劃分規(guī)定》[11]，將太湖流域內42個行業(yè)劃分為第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)三大產(chǎn)業(yè)，其中第一產(chǎn)業(yè)包括農林牧漁業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)包括采礦業(yè)、制造業(yè)、電力、燃氣及水的生產(chǎn)和供應業(yè)、建筑業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)為除第一、第二產(chǎn)業(yè)以外的其他行業(yè)。由于水資源的投入產(chǎn)出表尚處于研究階段，該研究中直接將用水量作為產(chǎn)業(yè)部門加入到投入產(chǎn)出表中，太湖流域水足跡投入產(chǎn)出分析表設計如表1所示，表中i、j=1，2，3，分別代表第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)；xij是三產(chǎn)業(yè)之間的產(chǎn)品流量；cj表示第j個產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)過程中的增加值；xj表示第j個產(chǎn)業(yè)的總投入量；wj表示第j個產(chǎn)業(yè)的用水量；fi表示第i個產(chǎn)業(yè)在區(qū)域內最終使用量，包括農村居民消費、城鎮(zhèn)居民消費、政府消費和資本積累總額；ei表示第i個產(chǎn)業(yè)出口量；mi表示第i個產(chǎn)業(yè)進口量；xi表示第i個產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品總量。

1.2.2 水足跡投入產(chǎn)出分析?；谕度氘a(chǎn)出技術的虛擬水貿易與消費的計量模型，太湖流域各?。ㄊ校┧阚E計算中直接消耗系數(shù)矩陣A=（aij）3×3、完全需求系數(shù)矩陣B=（I-A）-1=（bij）3×3、直接用水系數(shù)矩陣D=（dj）1×3、完全用水系數(shù)矩陣V=（vj）1×3=D×B、間接用水系數(shù)矩陣I=V-D，式中，aij=xijxj，表示第j個產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)單位產(chǎn)品直接消耗第i個產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)品的數(shù)量；bij表示第j個產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)單位最終產(chǎn)品對于第i個產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)品的需求量；dj=wjxj，表示第j個產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)單位產(chǎn)品需要的水量；vi表示第j個產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)單位最終產(chǎn)品需要的水量。各?。ㄊ校┫M的水足跡WF=（wfj）1×3，其中wfj=vj×fj，表示第j個產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)的產(chǎn)品用于區(qū)域內消費的最終需求的用水量。凈外部水足跡WFnet=（wfnetj）1×3，其中wfnetj=vj×（mj-ej）。

1.3 數(shù)據(jù)選取 鑒于我國的投入產(chǎn)出表每五年編制一次，期間每份正式表3年后編制延長表。該研究中將采用2007

圖1 2007年太湖流域3次產(chǎn)業(yè)的用水系數(shù)年我國投入產(chǎn)出表和2007年太湖流域水資源公報的相關數(shù)據(jù)，利用投入分析法對太湖流域用水情況、水足跡和凈外部水足跡進行分析，以反映太湖流域的水資源現(xiàn)狀。

2 結果與分析

2.1 太湖流域水足跡投入產(chǎn)出分析

2.1.1 用水系數(shù)分析。從圖1可以看出，太湖流域第一產(chǎn)業(yè)的完全用水系數(shù)和直接用水系數(shù)均高于第二、第三產(chǎn)業(yè)，而第一產(chǎn)業(yè)的間接用水系數(shù)低于第二產(chǎn)業(yè)的間接用水系數(shù)，這與太湖流域農業(yè)和工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀相符合。由圖2可見，太湖流域各省市的第一產(chǎn)業(yè)完全用水系數(shù)除了上海市外均高于第二、第三產(chǎn)業(yè)，且除了上海市外其他各個省市的第2產(chǎn)業(yè)完全用水系數(shù)位居第二，對上海市而言，第二產(chǎn)業(yè)的完全用水系數(shù)最高，第一產(chǎn)業(yè)完全用水系數(shù)位居第二位；太湖流域各省市的第一產(chǎn)業(yè)完全用水系數(shù)是第三產(chǎn)業(yè)的2.06～17.03倍，上海市的倍數(shù)最小，安徽省的倍數(shù)最大，第二產(chǎn)業(yè)的完全用水系數(shù)是第三產(chǎn)業(yè)用水系數(shù)的2.24～2.26倍。三大產(chǎn)業(yè)的直接用水系數(shù)差異比較大，安徽省第二、第三產(chǎn)業(yè)的直接用水幾乎沒有，直接用水主要集中在第一產(chǎn)業(yè)。整個太湖流域第二產(chǎn)業(yè)的直接用水系數(shù)是第三產(chǎn)業(yè)的直接用水系數(shù)的2.85～12.01倍，由此可見，第三產(chǎn)業(yè)的單位經(jīng)濟產(chǎn)出的完全用水量最少，即水資源的生產(chǎn)效率最高。

注：橫坐標軸1、2和3分別代表第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)。

圖2 太湖流域各省（市）的用水系數(shù)比例 三大產(chǎn)業(yè)中直接用水系數(shù)和間接用水系數(shù)占完全用水系數(shù)的比例也不同。就整個太湖流域而言，第一產(chǎn)業(yè)以直接用水為主，第二、第三產(chǎn)業(yè)以間接用水為主。就太湖流域的各個省市而言，第一產(chǎn)業(yè)也是以直接用水為主，其中上海市的直接用水系數(shù)占完全用水系數(shù)的60%，而安徽省直接用水系數(shù)占完全用水系數(shù)的比例高達83%；第二、第三產(chǎn)業(yè)以間接用水為主，各省市的間接用水系數(shù)占完全用水系數(shù)的比例在71%以上，安徽省的第二、第三產(chǎn)業(yè)的間接用水系數(shù)等于完全用水系數(shù)。完全用水系數(shù)擴張的幅度取決于直接用水系數(shù)的大小和產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟的影響水平。產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟的影響水平越高，即該產(chǎn)業(yè)超過社會平均水平，成為主導性產(chǎn)業(yè)。太湖流域的第一產(chǎn)業(yè)的直接用水系數(shù)遠大于第二、第三產(chǎn)業(yè)且第二產(chǎn)業(yè)影響水平最高，因此太湖流域第二、第三產(chǎn)業(yè)完全用水系數(shù)擴張的幅度大于第一產(chǎn)業(yè)。

太湖流域內各省市的完全用水系數(shù)差異顯著，江蘇三大產(chǎn)業(yè)的完全用水系數(shù)均為最大值，分別為14.28、8.95、3.29 m3/萬元，遠高于其他地區(qū)。安徽省三大產(chǎn)業(yè)的完全用水系數(shù)均最小，分別為0.049 4、0.006 5、0.002 9 m3/萬元。從完全用水系數(shù)可以看出，位于太湖東部的城市完全用水系數(shù)大于位于太湖西部城市的完全用水系數(shù)，說明太湖流域下游地區(qū)的水資源生產(chǎn)效率較高。

2.1.2 水足跡分析。根據(jù)前面設計的算法，可以得出2007年太湖流域水足跡為453.30億m3。太湖流域第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)的水足跡分別為37.95、351.39、63.96億m3。江蘇省、浙江省、上海市、安徽省2007年水足跡分別為252.99、63.66、136.41、0.24億m3（表2），可見江蘇省的水足跡最大，而安徽省的水足跡最小，在流域內的各個省市第二產(chǎn)業(yè)的水足跡最大。2007年太湖流域凈外部水足跡為63.98億m3，占全流域水足跡的14%，其中第一產(chǎn)業(yè)凈輸入虛擬水量是4.44億m3，第二產(chǎn)業(yè)凈輸出虛擬水量63.72億m3，第三產(chǎn)業(yè)凈輸出虛擬水量是4.70億m3。在太湖流域內，凈輸出虛擬水集中在第二產(chǎn)業(yè)，江蘇省的凈輸出虛擬水量最大，為36.24億m3。

2.2 太湖流域各?。ㄊ校┧Y源供需分析

2.2.1 上海市。由上述計算可以得到2007年上海市水足跡是136.41億m3，即2007年上海市生產(chǎn)需要水資源的數(shù)量是136.41億m3，2007年太湖流域來水量是145.00億m3，根據(jù)對上海市水資源承載力分析，上海市水資源的可供給比例0.25，得到上海市水資源的可利用量為36.25億m3，但上海市是一個水質型缺乏非常嚴重的地區(qū)，根據(jù)2007年上海市水利部門的水質綜合評價結果，全市16條主要骨干河道，水質優(yōu)于Ⅲ類（含Ⅲ類）僅占12.5%，水質是Ⅳ類占17.9%，水質劣于Ⅴ類（含Ⅴ類）占69.6%，因此上海市真正可以利用的太湖水只能是很少的一部分，可利用量僅有4.53億m3，遠小于上海市水資源的需求量，可以計算出水匱乏度高達30.11億m3，水資源利用呈嚴重的不可持續(xù)狀況，這與實際情況是一致的。

2.2.2 江蘇省。2007年太湖來水量是79.95億m3，水資源的利用率僅有16.7%，因此可以得到太湖可利用水量為13.30億m3，全省691個河流水質斷面中，優(yōu)于Ⅲ類（含Ⅲ類）僅占31.0%，因此江蘇省可利用的太湖水量僅有4.12億m3。而2007年江蘇省三大產(chǎn)業(yè)的水資源的需求總量約為252.99億m3。江蘇是一個水質型缺水和資源型缺水并存的省份，蘇南地區(qū)屬水質型缺水，淮北地區(qū)為資源型缺水。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，江蘇水污染問題日益突出，全省66.7%以上地表水劣于Ⅲ類標準，單位面積污染負荷全國第一，水資源狀況不容樂觀。2007年水資源匱乏高達61.41億m3，這與實際情況符合。

2.2.3 浙江省。2007年太湖來水量67.58億m3，水資源的利用率達23.6%，浙江省全年期河流評價中水質優(yōu)于Ⅲ類（含Ⅲ類）占53.8%，水質是Ⅳ類占12.7%，水質劣于Ⅴ類（含Ⅴ類）占33.5%，因此可利用太湖水量是8.58億m3，相對于2007年浙江省對第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)水資源的需求量63.66億m3而言，供不應求，且可以計算出浙江省2007年水匱乏高達7.42億m3，水資源出現(xiàn)嚴重的短缺現(xiàn)象，水資源不可持續(xù)利用。

2.2.4 安徽省。2007年安徽省三大產(chǎn)業(yè)對水資源的需求量是0.24億m3，監(jiān)測的234個國控、省控河流（湖泊、水庫）地表水斷面（點位）中，45.7%的水質優(yōu)于Ⅲ類（含Ⅲ類），31.2%的水質輕度或中度污染，為Ⅳ～Ⅴ類；23.1%的水質重度污染，為劣Ⅴ類。2007年安徽省可利用的太湖水為0.41億m3，大于其需求量，水資源可持續(xù)利用。

比較上海、江蘇、浙江和安徽的水足跡，發(fā)現(xiàn)安徽省的水足跡最低，因為安徽省的經(jīng)濟相對于上海市、江蘇省和浙江省，大部分的用水量集中在第一產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟相對比較落后，而江蘇省的水足跡最高，對水資源的需求量較大，這與江蘇省重點發(fā)展重工業(yè)密切相關，經(jīng)濟增長較快，導致了江蘇省缺水嚴重，需要占據(jù)其他地區(qū)的水資源，同時工業(yè)發(fā)展過快導致了很多水污染，對各個地區(qū)水資源的供需分析為流域補償機制的建立提供理論基礎。

3 結論與討論

太湖流域是我國經(jīng)濟社會最發(fā)達的地區(qū)之一，在產(chǎn)業(yè)結構上，第二產(chǎn)業(yè)比重較大，其中重工業(yè)占第二產(chǎn)業(yè)的絕大部分比例。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，經(jīng)濟發(fā)展與水資源污染之間的矛盾日益突出，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，增大第三產(chǎn)業(yè)比重，同時調節(jié)第二產(chǎn)業(yè)輕、重工業(yè)比例關系。作為衡量水資源需求量的水足跡，可以很好地揭示區(qū)域內人類消費和水資源利用之間的關系，太湖流域2007年總水足跡是453.30億m3，第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)水足跡分別為37.95、351.39、63.96億m3，第一產(chǎn)業(yè)用水中農業(yè)占絕大部分，主要是直接用水，用水效率較低，通過加強農業(yè)節(jié)水提高農業(yè)用水效率。第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)主要是間接用水比較多，第二、第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品的原材料大多來源于第一產(chǎn)業(yè)，第一產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)生的大量虛擬水以中間投入方式轉移到了第二、第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品中去，因此可以提高太湖流域第一產(chǎn)業(yè)的用水效率來有效地降低第二、第三產(chǎn)業(yè)的用水系數(shù)，提高第二、第三產(chǎn)業(yè)的用水效率。同時太湖流域也可以通過調整產(chǎn)業(yè)結構來降低水足跡，在調整產(chǎn)業(yè)結構時，考慮到第三產(chǎn)業(yè)的用水系數(shù)較低，通過增加第三產(chǎn)業(yè)的份額可以減少太湖流域的總水資源耗用量。

太湖流域水資源問題涉及到經(jīng)濟社會的方方面面，流域內各級政府必須加強流域管理，提高人們環(huán)保意識，調動人們積極性，要建立健全的合理的上下游地區(qū)補償機制，具體可以從以下幾個方面著手：實行用水總量控制，促進水資源可持續(xù)利用；強化水功能區(qū)達標管理，有效保護水資源；加強工程科學調度，提高水資源保障水平；建立健全的補償機制；制定法律。同時還應把環(huán)境政策與產(chǎn)業(yè)政策結合起來。

參考文獻

[1] ALLAN J A.Fortunately there are substitutes for water otherwise our hydro political futures would be impossible[C]//Prioritized for Water Resources Allocation and Management.London，United Kingdom：ODA，1993：13-26.

[2] HOEKSTRA A Y，HUNG P Q.Globalization of water resources：International virtual water flows in relation to crop trade[J].Global Environmental Change Part A，2005，15（1）：45-56.

[3] BICKNELL K B，BALL R J，CULLEN R，et al.New methodology for the ecological footprint with an application to the New Zealand economy[J].Ecological Economics，1998，27：149.

[4] LENTEN M，MURRAY S A.A modified ecological footprint and its application to Australia[J].Ecological Economics，2001，37：229.

[5] DIETZENBACHER E，VELZQUEZ E.Analyzing Andalusian virtual water trade in an input-output framework[J].Regional Studies，2007，41（2）：185-196.

[6] 黃曉榮，汪黨獻，裴源生.寧夏國民經(jīng)濟用水投入產(chǎn)出分析[J].資源科學，2005，27（3）：135-139.

[7] 羅利民，王超，顧強生，等.基于投入產(chǎn)出分析法的節(jié)水經(jīng)濟效益分析[J].水利經(jīng)濟，2006，24（2）：17-20.

[8] 尚海洋，徐中民.甘肅省2002年生態(tài)足跡的投入-產(chǎn)出分析[J].冰川凍土，2007，29（5）：837-844.

[9] 王亞菲，陳長.北京市生態(tài)足跡的投入產(chǎn)出分析[J].生態(tài)與環(huán)境，2009（4）：129-134，148.

[10] 趙旭，楊志峰，陳彬.基于投入產(chǎn)出分析技術的中國虛擬水貿易及消費研究[J].自然資源學報，2009，24（2）：286-294.

[11] 國家統(tǒng)計局國民經(jīng)濟核算司.中國地區(qū)投入產(chǎn)出表（2007）[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2007.安徽農業(yè)科學，Journal of Anhui Agri. Sci.2014，42（16）：5175-5177，5185責任編輯 張彩麗 責任校對 況玲玲