基于生產(chǎn)視角的中國水足跡地區(qū)間差異：“總量—結(jié)構(gòu)—效率”分析框架

吳兆丹　Upmanu+LALL　王張琪　+田澤

摘要 我國水資源短缺地區(qū)間差異問題正引起各界關(guān)注，分析比較各地區(qū)用水總量、結(jié)構(gòu)及效率，是我國構(gòu)建特色水安全保障體系、實施最嚴(yán)格水資源管理制度的前提。在“總量-結(jié)構(gòu)-效率”分析框架下，采用多區(qū)域投入產(chǎn)出分析、錫爾指數(shù)空間差異分解、偽基尼系數(shù)差異成因分解等方法，分析我國30省級行政區(qū)（除西藏）42經(jīng)濟(jì)部門生產(chǎn)視角下水足跡（生產(chǎn)水足跡）地區(qū)間差異及其成因，為我國合理高效調(diào)整生產(chǎn)以降低水足跡提供依據(jù)。研究結(jié)果表明：①我國生產(chǎn)水足跡總量、結(jié)構(gòu)、效率地區(qū)間差異明顯。②生產(chǎn)水足跡經(jīng)濟(jì)區(qū)域間差異是其總體空間差異的主要成因（貢獻(xiàn)率69.46%），而農(nóng)林牧漁業(yè)生產(chǎn)水足跡經(jīng)濟(jì)區(qū)域間差異是生產(chǎn)水足跡經(jīng)濟(jì)區(qū)域間差異的重要貢獻(xiàn)因子（貢獻(xiàn)率59.19%），其關(guān)鍵因子為該部門最終需求量經(jīng)濟(jì)區(qū)域間差異（貢獻(xiàn)率74.57%）；水資源壓力指標(biāo)總體空間差異主要源自經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)省區(qū)間可利用水資源量對應(yīng)差別。③農(nóng)林牧漁業(yè)直接用水系數(shù)與最終需求量、食品制造及煙草加工業(yè)最終需求量、住宿餐飲業(yè)用水乘數(shù)與最終需求量等省區(qū)間差別分別是三大產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)水足跡省區(qū)間差異主要貢獻(xiàn)因子。④生產(chǎn)水足跡強(qiáng)度省區(qū)間差異主要源于農(nóng)林牧漁業(yè)生產(chǎn)水足跡強(qiáng)度對應(yīng)差異；煤炭開采和洗選業(yè)、石油和天然氣開采業(yè)對工業(yè)生產(chǎn)水足跡廢棄率省區(qū)間差異的貢獻(xiàn)高于其他經(jīng)濟(jì)部門。

關(guān)鍵詞 水足跡；生產(chǎn)視角；多區(qū)域投入產(chǎn)出分析；差異分解；中國特色水安全保障體系

中圖分類號 X37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1002-2104（2015）12-0085-10

21世紀(jì)水資源戰(zhàn)略倍受全球各國政府重視，我國水資源短缺地區(qū)間差異問題也正引起各界關(guān)注。堅持貫徹“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡”治水思路加強(qiáng)需水管理是構(gòu)建中國特色水安全保障體系的重要內(nèi)容之一。“節(jié)約水資源，保障水安全”已成為我國紀(jì)念2015年“世界水日”和“中國水周”活動的宣傳主題。我國最嚴(yán)格水資源管理制度的指導(dǎo)思想中強(qiáng)調(diào)需嚴(yán)格控制用水總量，全面提高用水效率。而把握結(jié)構(gòu)有利于在總量控制中加強(qiáng)針對性，提高控制效率。因此，分析比較各地區(qū)用水總量、結(jié)構(gòu)及效率，是我國構(gòu)建特色水安全保障體系、實施最嚴(yán)格水資源管理制度的前提。

1 文獻(xiàn)綜述

“水足跡”概念由Hoekstra A Y于2002年首次提出，指一國（地區(qū)或人），在一定時間內(nèi)消費(fèi)的所有產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量（這里對產(chǎn)品或服務(wù)的消費(fèi)包括對產(chǎn)品或服務(wù)的最終需求，以及對當(dāng)?shù)鼐用裰苯由钣盟南M(fèi)），包括直接取水量以及對除水資源外其他有關(guān)產(chǎn)品或服務(wù)所含虛擬水的使用量[1]。為全面反映用水需求和用水過程，基于供應(yīng)鏈把握個體和組織的水資源消費(fèi)行為對全球環(huán)境的影響，區(qū)域用水情況分析應(yīng)基于水足跡進(jìn)行。由于產(chǎn)品或服務(wù)的流動，區(qū)域生產(chǎn)和消費(fèi)中的水足跡往往并不相等。而“水足跡”被提出的初衷即為衡量區(qū)域或人的消費(fèi)活動對水資源的使用情況，因此國內(nèi)外已有相關(guān)研究多采用消費(fèi)視角，分析消費(fèi)活動中的水足跡。如Cazcarro等對西班牙水足跡的評價[2]、Hoekstra等對全球水足跡的評估[3]、Ewing等對地區(qū)生態(tài)足跡和水足跡的整合[4]、可口可樂公司對歐洲糖類水足跡的研究[5]、Feng等對英國水足跡的空間分析[6]、王曉萌等對我國14個產(chǎn)業(yè)部門水足跡演變及其影響因素的分析[7]，王巖等對北京水足跡的估算[8]，等[9-10]。

但生產(chǎn)活動耗水量最終也將用于滿足需求，與地區(qū)GDP的比值可體現(xiàn)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)中水消耗對應(yīng)經(jīng)濟(jì)效益，與地區(qū)可利用水資源結(jié)合可反映當(dāng)?shù)厣a(chǎn)用水對可利用水資源的壓力情況。國內(nèi)外有少量相關(guān)研究基于生產(chǎn)視角。Mekonnen等估算了全球電力和熱力生產(chǎn)中的水足跡[11]、Palhares等對傳統(tǒng)和有機(jī)奶生產(chǎn)系統(tǒng)水足跡進(jìn)行了比較[12]、Mekonnen等在流域間及國家間兩種空間維度上分析了拉丁美洲和加勒比地區(qū)生產(chǎn)活動中水足跡[13]、Olsen等評估了歐洲洋蔥生產(chǎn)水足跡[14]、IFC等分析了脫水洋蔥生產(chǎn)中的水足跡地區(qū)間差異[15]、Yu等估算了英國生產(chǎn)活動對應(yīng)水足跡[16]。國內(nèi)該類研究有宋智淵等對敦煌市農(nóng)業(yè)水足跡[17]、史利潔等對陜西省主要作物生產(chǎn)水足跡[18]、軒俊偉等對新疆13個地（州）主要農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡[19]、Feng等對黃河流域源于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的水資源消耗量[20]、Dong等對遼寧水足跡[21]、耿涌對流域生產(chǎn)活動中水足跡[22]的量化分析。

吳兆丹等：基于生產(chǎn)視角的中國水足跡地區(qū)間差異：“總量-結(jié)構(gòu)-效率”分析框架

中國人口·資源與環(huán)境 2015年 第12期但目前生產(chǎn)視角下我國水足跡已有研究仍有不足之處。第一，空間范圍上，較少針對南方及經(jīng)濟(jì)落后區(qū)域，而南方地區(qū)存在“水多、水少、水臟、水渾”等水資源問題，經(jīng)濟(jì)落后區(qū)域水足跡尤其是其農(nóng)產(chǎn)品水足跡量也不容忽視。第二，空間尺度上，對“全國整體范圍”研究較多，而結(jié)合“省區(qū)”、“市”等較小尺度的研究較少，且缺乏統(tǒng)一分析口徑，據(jù)本人所知尚無對全國各地區(qū)的比較研究。這些導(dǎo)致研究結(jié)果的準(zhǔn)確性、可比性較低，不利于各地區(qū)充分挖掘自身發(fā)展?jié)摿捌渌貐^(qū)借鑒意義。第三，內(nèi)容上，我國第二、三產(chǎn)業(yè)用水量不斷增加，水資源再利用、污水處理問題等愈顯重要。研究第二、三產(chǎn)業(yè)水足跡是分析我國用水情況的重要內(nèi)容，但目前該類研究仍較薄弱。第四，經(jīng)濟(jì)部門劃分多較粗略[7，23-24]，不能詳細(xì)反映各部門水足跡情況，影響研究結(jié)果的實用性。第五，虛擬水強(qiáng)度估算上，外地產(chǎn)品虛擬水強(qiáng)度多以本地該產(chǎn)品虛擬水強(qiáng)度代替，降低結(jié)果的準(zhǔn)確性。第六，用水效率指標(biāo)上，一方面，已有基于水足跡的水利用經(jīng)濟(jì)效率研究多以地區(qū)消費(fèi)視角下水足跡與當(dāng)?shù)谿DP之比來表示。但實際上伴隨產(chǎn)品或服務(wù)的流入，地區(qū)消費(fèi)視角下水足跡的來源有當(dāng)?shù)厮屯獾厮畠煞N，故該比值實質(zhì)上是當(dāng)?shù)貑挝籊DP對應(yīng)的源于當(dāng)?shù)厮屯獾厮乃阚E量，不能準(zhǔn)確體現(xiàn)利用當(dāng)?shù)厮慕?jīng)濟(jì)效率情況。另一方面，為反映地區(qū)水利用的有效程度，已有研究多通過比較地區(qū)消費(fèi)視角下水足跡與廢水量來表示水足跡廢棄率，但該水足跡對應(yīng)當(dāng)?shù)叵M(fèi)活動，而廢水量源于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)或居民生活直接用水，故該比值所比較的兩部分口徑并非一致，不能確切反映地區(qū)水利用有效程度。

本文將基于生產(chǎn)視角的水足跡定義為生產(chǎn)水足跡，指在一定時間內(nèi)，為滿足當(dāng)?shù)刈罱K需求、外地最終需求或當(dāng)?shù)鼐用裆钪苯佑盟枨?，由?dāng)?shù)厮挟a(chǎn)品和服務(wù)的生產(chǎn)所消耗的，源于當(dāng)?shù)厮乃Y源量（譯自“Domestic Water Footprint”及其定義）[20]。采用多區(qū)域投入產(chǎn)出（MRIO）分析、錫爾指數(shù)空間差異分解、偽基尼系數(shù)差異成因分解等方法，研究我國生產(chǎn)視角下水足跡地區(qū)間差異及其成因，具體分析基于“總量-結(jié)構(gòu)-效率”分析框架。通過總量分析，區(qū)分我國除西藏外的30個省區(qū)，展現(xiàn)我國生產(chǎn)水足跡總體空間分布情況；結(jié)合結(jié)構(gòu)分析，區(qū)分三大產(chǎn)業(yè)并細(xì)分國家統(tǒng)計局投入產(chǎn)出部門分類中42經(jīng)濟(jì)部門，呈現(xiàn)我國各產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)水足跡地區(qū)間差異及其成因，可作為識別產(chǎn)業(yè)水足跡降低中調(diào)整生產(chǎn)時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的省區(qū)及部門的依據(jù)；基于效率分析，構(gòu)建生產(chǎn)水足跡強(qiáng)度指標(biāo)，以地區(qū)的生產(chǎn)水足跡與GDP之比表示當(dāng)?shù)厣a(chǎn)活動中水利用的經(jīng)濟(jì)效率，并建立工業(yè)生產(chǎn)水足跡廢棄率指標(biāo)，以地區(qū)工業(yè)廢水量與工業(yè)生產(chǎn)水足跡的比值反映當(dāng)?shù)毓I(yè)生產(chǎn)過程中水利用的有效程度，從經(jīng)濟(jì)效率、廢棄率兩方面反映地區(qū)生產(chǎn)活動用水效率，可為評價地區(qū)降低水足跡中調(diào)整生產(chǎn)的必要性提供參考。區(qū)分同種產(chǎn)品在不同產(chǎn)地的虛擬水強(qiáng)度，在視角、空間范圍與尺度、內(nèi)容、經(jīng)濟(jì)部門劃分、虛擬水強(qiáng)度估算及用水效率指標(biāo)等方面對已有研究不足有部分彌補(bǔ)作用，為我國合理高效調(diào)整生產(chǎn)以降低水足跡提供較科學(xué)依據(jù)，并在研究視角及用水效率指標(biāo)構(gòu)建上有一定創(chuàng)新。

2 研究設(shè)計

2.1 研究方法

MRIO分析可反映區(qū)域間經(jīng)濟(jì)部門間虛擬水投入產(chǎn)出情況，全面體現(xiàn)各地區(qū)水足跡部門及來源結(jié)構(gòu)，提高水足跡估算結(jié)果的準(zhǔn)確性；與其他多個區(qū)域之間的投入產(chǎn)出模型相比數(shù)據(jù)要求較低，無需分區(qū)域、分部門的區(qū)域間產(chǎn)品流量數(shù)據(jù)；能區(qū)分當(dāng)?shù)厣a(chǎn)技術(shù)和貿(mào)易模式對水足跡的影響。因此，MRIO分析方法對水足跡分析具有一定適用性及優(yōu)點(diǎn)，目前已有研究基于該方法量化水足跡[20，25]，本文也將采用MRIO分析方法估算我國各省區(qū)水足跡。

為更準(zhǔn)確分析我國生產(chǎn)水足跡、水資源壓力地區(qū)間差異成因，本文需區(qū)分經(jīng)濟(jì)區(qū)域間和經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)省區(qū)間兩部分差異對總體空間差異的貢獻(xiàn)，而錫爾指數(shù)空間差異分解方法正適用于此。故本文將采用該方法，依據(jù)2002，2007年中國區(qū)域間投入產(chǎn)出模型中對經(jīng)濟(jì)區(qū)域的劃分[26]（東北區(qū)域：黑龍江、吉林和遼寧；京津區(qū)域：北京和天津；北部沿海區(qū)域：河北和山東；東部沿海區(qū)域：江蘇、上海和浙江；南部沿海區(qū)域：福建、廣東和海南；中部區(qū)域：山西、河南、安徽、湖北、湖南和江西；西北區(qū)域：內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海和新疆；西南區(qū)域：四川、重慶、廣西、云南、貴州和西藏。），分解我國生產(chǎn)水足跡、水資源壓力總體空間差異。偽基尼系數(shù)差異成因分解方法可將區(qū)域總體差異分解為其不同分項因子差異的貢獻(xiàn)率。本文將采用該方法，分析各經(jīng)濟(jì)部門生產(chǎn)水足跡及居民生活直接用水對生產(chǎn)水足跡空間差異的貢獻(xiàn)程度，并將部門生產(chǎn)水足跡地區(qū)間差異分解為部門直接用水系數(shù)、用水乘數(shù)及最終需求量三方面地區(qū)間差異；將水資源壓力指標(biāo)空間差異分解為生產(chǎn)水足跡與可利用水資源量兩方面空間差異；將效率指標(biāo)地區(qū)間差異分解為各部門對應(yīng)效率地區(qū)間差異，得到總差異主要成因。

2.2 水足跡多區(qū)域投入產(chǎn)出表編制

我國最新30省區(qū)42經(jīng)濟(jì)部門多區(qū)域投入產(chǎn)出表是本文基于MRIO方法構(gòu)建我國各省區(qū)細(xì)化部門水足跡模型的前提。目前已有學(xué)者出版了我國多區(qū)域之間的投入產(chǎn)出表，但其中最近年份即2007年對應(yīng)表均僅公布了合并省份或合并部門后的表格[26-27]，故這里需根據(jù)我國最新的各地區(qū)投入產(chǎn)出表編制該表[28]。當(dāng)前我國最新的各地區(qū)投入產(chǎn)出表為《中國地區(qū)投入產(chǎn)出表2007》，投入產(chǎn)出表所體現(xiàn)的各種系數(shù)在相當(dāng)長的時期內(nèi)是有效穩(wěn)定的，故基于該表研究水足跡的結(jié)果對表對應(yīng)年份后一段時期內(nèi)相關(guān)情況仍有一定代表性[29]。我國水足跡多區(qū)域投入產(chǎn)出模型基本形式如下：

于是最終需求矩陣FD構(gòu)成如下：

FD=[FD1，F(xiàn)D2，…，F(xiàn)D30]，F(xiàn)Dm=[Rm，Um，Gm，F(xiàn)Cm，INm]，其中Rm、Um、Gm、FCm、INm分別是R、U、G、FC、IN的第m列。

基于該模型，我國水足跡多區(qū)域投入產(chǎn)出表的基本編制思路如圖1，基本框架形式如表1。其中區(qū)分四列貿(mào)易包括對各省區(qū)投入產(chǎn)出表中無進(jìn)口或出口列省份的進(jìn)出口量估算、30省區(qū)進(jìn)出口價格調(diào)整、省區(qū)間流入流出列估算。省區(qū)間貿(mào)易矩陣估算的雙約束引力模型中，各部門距離系數(shù)γ引用“1997年中國區(qū)域間投入產(chǎn)出表”編制中距離系數(shù)估算結(jié)果[30]。

其中，WWI是地區(qū)年工業(yè)廢水量；WDom，I為當(dāng)?shù)啬旯I(yè)生產(chǎn)水足跡。將式（11）中各指標(biāo)換成某具體工業(yè)部門對應(yīng)指標(biāo)，即可得該工業(yè)部門年生產(chǎn)水足跡廢棄率。

2.4 數(shù)據(jù)來源

我國地區(qū)人口、工業(yè)廢水排放量以及生活污水排放量數(shù)據(jù)源自國家統(tǒng)計年鑒，地區(qū)分經(jīng)濟(jì)部門產(chǎn)值參照我國地區(qū)投入產(chǎn)出表[28]。對各省區(qū)各部門直接用水量及居民生活直接用水量的確定，將基于各省區(qū)或所屬流域水資源公報、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、我國“水利投入占用投入產(chǎn)出表”、《中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報告》，省區(qū)各部門用水定額、省區(qū)投入產(chǎn)出表中各部門源于“水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)”部門的投入等。水資源公報中城鎮(zhèn)建筑業(yè)用水計入第二產(chǎn)業(yè)用水，服務(wù)業(yè)用水、生態(tài)用水納入第三產(chǎn)業(yè)用水。為估算第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)各部門直接用水量，先確定產(chǎn)業(yè)直接用水總額，再根據(jù)有關(guān)資料確定個別部門用水量，繼而將產(chǎn)業(yè)直接用水總額減去已確定的部門用水量后的值，在產(chǎn)業(yè)內(nèi)其他部門間進(jìn)行分配。第二產(chǎn)業(yè)該分配依據(jù)、當(dāng)?shù)毓I(yè)廢水排放量計；第三產(chǎn)業(yè)分配依據(jù)中國投入產(chǎn)出學(xué)會課題組關(guān)于我國各部門用水系數(shù)的分析結(jié)果與各省區(qū)對應(yīng)部門的產(chǎn)值之積[31]，并參考對應(yīng)省份城市用水的重復(fù)用水比例加以調(diào)整。

3 實證結(jié)果與分析3.1 我國生產(chǎn)水足跡總量地區(qū)間比較