基于投入產(chǎn)出法的遼寧省水足跡和虛擬水核算

許爽爽, 馬樹才, 付云鵬(. 遼寧大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院, 沈陽(yáng) 036; 2. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)部, 沈陽(yáng) 0870)

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Richard Smalley指出,未來(lái)50年里,水資源相關(guān)問(wèn)題已成為威脅人類的僅次于能源問(wèn)題的第二大問(wèn)題。水資源相關(guān)問(wèn)題----水資源短缺和水資源污染等將嚴(yán)重制約一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。中國(guó)是水資源緊缺國(guó)家,且空間分布不勻。IWMI(International Water Management Institute)預(yù)測(cè),到2025年,中國(guó)的北方省份將會(huì)缺水[1]。長(zhǎng)期以來(lái),中國(guó)都是通過(guò)水利工程措施來(lái)解決水資源空間分布不均問(wèn)題,這不僅需要大量資金,而且會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的生態(tài)、環(huán)境等負(fù)面影響。

區(qū)別于傳統(tǒng)的水資源管理,英國(guó)學(xué)者Allan在1993年提出了虛擬水的概念。虛擬水與實(shí)體水相對(duì)應(yīng),是包含在產(chǎn)品中的看不見的水。2002年,荷蘭學(xué)者Hoekstra在虛擬水和生態(tài)足跡的基礎(chǔ)上,首次明確提出了水足跡的概念。水足跡指在一定的物質(zhì)生活標(biāo)準(zhǔn)下,生產(chǎn)一定人群消費(fèi)的產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量。水足跡對(duì)虛擬水的概念進(jìn)行了補(bǔ)充完善。虛擬水和水足跡是研究水資源問(wèn)題的一種新的方法,它不僅拓寬了水資源研究的范疇,同時(shí)為水資源管理開辟了新思路[2]。

近年來(lái),學(xué)者們對(duì)虛擬水和水足跡進(jìn)行了廣泛的研究,一部分研究側(cè)重在微觀層面,研究產(chǎn)品虛擬水含量和消費(fèi)者的水足跡,Chapagain等[3-4]計(jì)算了咖啡、茶葉、大米和肉等產(chǎn)品的虛擬水,Hoekstrah等[5]計(jì)算了生產(chǎn)過(guò)程水足跡。另一部分研究側(cè)重在宏觀層面,核算了國(guó)家或地區(qū)的水足跡和虛擬水流動(dòng)。馬忠等[6]對(duì)張掖市的部門虛擬水進(jìn)行了核算。

目前,利用投入產(chǎn)出法在核算國(guó)家或地區(qū)的行業(yè)水足跡和虛擬水貿(mào)易中得到廣泛應(yīng)用。Diezenbacher等利用投入產(chǎn)出法計(jì)算了西班牙安達(dá)盧西亞地區(qū)的虛擬水貿(mào)易量[7]。在國(guó)內(nèi),黃曉榮利用投入產(chǎn)出法核算寧夏虛擬水貿(mào)易情況,他是我國(guó)第一個(gè)應(yīng)用投入產(chǎn)出法研究虛擬水貿(mào)易的學(xué)者[11]。利用投入產(chǎn)出法計(jì)算虛擬水和水足跡,國(guó)內(nèi)已有研究主要集中在國(guó)家尺度[8-9],而區(qū)域上主要側(cè)重于北京[10]、西北干旱地區(qū)[6,11]和南方“富水”地區(qū)[12-13]。對(duì)于遼寧省這樣缺水的省份卻缺乏研究。

遼寧省位于中國(guó)東北地區(qū)的南部,是中國(guó)水資源嚴(yán)重缺乏的省份之一,人均水資源占有量約為全國(guó)人均水平的三分之一。水資源缺乏、水資源污染和水資源空間分布不均嚴(yán)重制約了遼寧省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文基于投入產(chǎn)出的計(jì)算方法,以2012年遼寧省投入產(chǎn)出表為基礎(chǔ),計(jì)算了遼寧省產(chǎn)業(yè)部門用水系數(shù)、水足跡和虛擬水貿(mào)易量。旨在通過(guò)對(duì)上述計(jì)算結(jié)果的分析,為遼寧省制定水資源的綠色可持續(xù)利用政策提供定量依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)

1.1 水資源投入產(chǎn)出模型

水資源投入產(chǎn)出模型是在權(quán)威統(tǒng)計(jì)部門編制的價(jià)值型投入產(chǎn)出表的基礎(chǔ)上,加入了水資源消耗量[14],構(gòu)造價(jià)值-實(shí)物混合型水資源投入產(chǎn)出表(表1),以此計(jì)算所有生產(chǎn)和消費(fèi)部門的水足跡和虛擬水貿(mào)易量。

表1 遼寧省水資源投入產(chǎn)出表Tab.1 I-O table for Liaoning’s water consumption 萬(wàn)元

1.2 計(jì)算方法

利用單區(qū)域投入產(chǎn)出法計(jì)算遼寧省部門虛擬水和水足跡的步驟如下(式中用到的xij,Xj,Yj,Wj,IMj,IFj,OFj和EXj與表1中的符號(hào)含義一致)。

第1步 計(jì)算直接消耗系數(shù)矩陣和Leontief逆矩陣

直接消耗系數(shù):

式中aij表示部門j增加單位產(chǎn)出需要的部門i的投入;記A=[aij]n×n為直接消耗系數(shù)方陣。

Leontief逆矩陣:

B=[bij]n×n=(I-A)-1

其中I為n階單位矩陣。

第2步 部門用水系數(shù)

用水系數(shù)的計(jì)算方法主要參照文獻(xiàn)[15]中的計(jì)算方法,具體方法如下:

1) 直接用水系數(shù)

(1)

其中:j=1,2,…,n。

wj表示部門j生產(chǎn)單位產(chǎn)值(元)所直接使用的用水量。計(jì)算n個(gè)部門的直接用水系數(shù),得到直接用水系數(shù)行矩陣

DWC1×n=[w1,w2,…,wn]1×n

2) 完全用水系數(shù)

完全用水系數(shù)為部門j每增加單位產(chǎn)值(元),整個(gè)經(jīng)濟(jì)體系的總用水量(直接用水和間接用水)的增加量。它是基于投入產(chǎn)出方法的虛擬水和水足跡核算的一個(gè)重要參數(shù)。

完全用水系數(shù)行矩陣:

(2)

3) 間接用水系數(shù)行矩陣

IWC1×n=TWC1×n-DWC1×n

(3)

第3步 部門水足跡(萬(wàn)m3)

1) 部門j的完全水足跡:

TWFj=TWCj·Yj

(4)

2) 部門j的間接水足跡:

IWFj=IWCj·Yj

(5)

3) 部門j的直接水足跡:

DWFj=TWCj-IWCj

(6)

其中:j=1,2,…,n。

第4步 虛擬水貿(mào)易量

2012年的遼寧省投入產(chǎn)出表中,產(chǎn)品的流動(dòng)轉(zhuǎn)移包括國(guó)內(nèi)省外流入(IF)、國(guó)內(nèi)省外流出(OF)、進(jìn)口(IM)和出口(EX)4類。

1) 部門j的國(guó)內(nèi)省外流入虛擬水量:

(7)

2) 部門j的國(guó)內(nèi)省外流出虛擬水量:

(8)

3) 部門j的虛擬水進(jìn)口量:

(9)

4) 部門j的虛擬水出口量:

(10)

其中j=1,2,…,n。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,本文選取了中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社出版的《2012年遼寧省投入產(chǎn)出表》。投入產(chǎn)出表每5年編制一次,2012年投入產(chǎn)出表是目前可得到的最新的投入產(chǎn)出表。2012年投入產(chǎn)出表中共劃分了42部門,受限于用水?dāng)?shù)據(jù)的獲得,根據(jù)《三次產(chǎn)業(yè)劃分規(guī)定》和各部門屬性,將42部門合并為8個(gè)部門(表2)。其中,農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)用水量數(shù)據(jù)來(lái)源于《2012年遼寧省水資源公報(bào)》?！?008年中國(guó)經(jīng)濟(jì)普查年鑒》能源卷提供了詳細(xì)的工業(yè)分行業(yè)的用水?dāng)?shù)據(jù),以及各省區(qū)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)分行業(yè)用水量,結(jié)合《遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒》中遼寧省分行業(yè)增加值及《遼寧省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》(2008和2012年)中工業(yè)的分行業(yè)增加值,采礦業(yè)、制造業(yè)、電氣供應(yīng)業(yè)、水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)和服務(wù)業(yè)的用水量按其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值占比同比例求得,再結(jié)合2008年的用水?dāng)?shù)據(jù),通過(guò)2012年生產(chǎn)總用水量進(jìn)行校正。數(shù)據(jù)會(huì)存在微小誤差,對(duì)整體數(shù)據(jù)分析影響不大。

表2 2012年遼寧省水足跡核算結(jié)果Tab.2 Results of water footprint in Liaoning

2 計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 部門用水系數(shù)分析

圖1 2012年遼寧省各部門用水系數(shù)Fig.1 Water coefficient at the sectoral level of Liaoning in 2012

根據(jù)式(1)～(3),計(jì)算出2012年遼寧省各部門的用水系數(shù)(表3),結(jié)合圖1可知,2012年,遼寧省各部門完全用水系數(shù)按照由大到小的順序,依次為:水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、農(nóng)業(yè)、電氣供應(yīng)業(yè)、制造業(yè)、建筑業(yè)、采礦業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)和服務(wù)業(yè)。水的生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)是因?yàn)橹苯佑盟禂?shù)較大而導(dǎo)致完全用水系數(shù)過(guò)大,因其包括自來(lái)水廠,用水系數(shù)必然是最大的。除了水的生產(chǎn)供應(yīng)業(yè),遼寧省用水系數(shù)最大的仍是農(nóng)業(yè)。因此,農(nóng)業(yè)仍然是節(jié)水工程的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。而剩余6個(gè)部門則是間接用水系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接用水系數(shù)。根據(jù)以往的研究,農(nóng)業(yè)因?yàn)橹苯佑盟禂?shù)大一直備受關(guān)注,但是考慮了間接用水之后,間接用水系數(shù)較大的部門,在制定節(jié)水措施時(shí)要格外關(guān)注。

2.2 水足跡

根據(jù)式(4)～(6),計(jì)算出2012年遼寧省各部門的完全水足跡、間接水足跡和直接水足跡。制造業(yè)是完全水足跡和間接水足跡最大的部門,制造業(yè)和建筑業(yè)同時(shí)也是間接水足跡最大的2個(gè)部門,農(nóng)業(yè)仍然是直接水足跡最大的部門。

2.3 虛擬水貿(mào)易量

根據(jù)式(7)～(10),結(jié)合2012年遼寧省投入產(chǎn)出表中的相關(guān)數(shù)據(jù),計(jì)算出2012年遼寧省各部門的省外流入虛擬水量、省外流出虛擬水量、虛擬水進(jìn)口量和虛擬水出口量(表3)。

2012年,遼寧省是虛擬水凈出口地區(qū),通過(guò)商品貿(mào)易流向國(guó)內(nèi)其他省份的虛擬水量為29 728萬(wàn)m3,向海外出口的虛擬水量為10 281萬(wàn)m3,合計(jì)虛擬水凈輸出量為40 009萬(wàn)m3。除了制造業(yè)和服務(wù)業(yè)為虛擬水凈輸入部門外,其余6個(gè)部門均為虛擬水凈輸出部門。

3 結(jié)論和建議

虛擬水和水足跡理論的提出,為水資源管理提供了新思路。而利用投入產(chǎn)出分析方法對(duì)虛擬水和水足跡進(jìn)行核算是投入產(chǎn)出分析應(yīng)用領(lǐng)域的新擴(kuò)展。投入產(chǎn)出分析所反映的部門之間產(chǎn)品的流動(dòng)與水資源在各部門的流動(dòng)極其相似,雖然利用投入產(chǎn)出法不能夠計(jì)算出具體產(chǎn)品的水足跡和虛擬水,但是它能形象描述水資源在不同產(chǎn)業(yè)部門的流動(dòng)。本文以虛擬水和水足跡為視角,以投入產(chǎn)出法為工具,建立行業(yè)尺度的核算模型,計(jì)算并分析了遼寧省2012年8個(gè)產(chǎn)業(yè)部門的用水系數(shù)、水足跡和虛擬水貿(mào)易量。這些結(jié)果為遼寧省制定緩解水資源短缺問(wèn)題提供了定量依據(jù)。

遼寧省完全用水系數(shù)和直接用水系數(shù)最高的部門是水的生產(chǎn)供應(yīng)業(yè),農(nóng)業(yè)位居第二;結(jié)合水足跡的核算結(jié)果,農(nóng)業(yè)的直接水足跡最高,達(dá)到300 269萬(wàn)m3。因此,遼寧省要加強(qiáng)節(jié)水力度,提高農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù),降低耗水率。完全水足跡和間接水足跡最高的部門是制造業(yè),在制定節(jié)水資源管理相關(guān)政策時(shí),不僅僅要關(guān)注直接用水系數(shù)較高的部門,同時(shí)也要關(guān)注間接用水量大的產(chǎn)業(yè)部門,為間接用水系數(shù)較高的部門制定適合的節(jié)水政策。

通過(guò)表3計(jì)算可知,遼寧省是虛擬水凈輸出地區(qū),虛擬水凈輸出量為40 009萬(wàn)m3。這對(duì)于水資源短缺的遼寧省來(lái)說(shuō),無(wú)疑是雪上加霜。在這種情形下,遼寧省應(yīng)該結(jié)合虛擬水貿(mào)易理論,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和貿(mào)易結(jié)構(gòu),提高用水效率,盡量發(fā)展節(jié)水產(chǎn)業(yè),減少用水量高的產(chǎn)品的流出,這是遼寧省緩解水資源短缺的有效途徑。

[ 1 ]FRANK R R. Water scarcity: fact or fiction?[J]. Agricultural Water Management, 2006,80(1):5-22.

[ 2 ]程國(guó)棟. 虛擬水-中國(guó)水資源安全戰(zhàn)略的新思路[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊, 2003(4):260-265.

[ 3 ]CHAPAGAIN A K,HOEKSTRA A Y. The water footprint of coffee and tea consumption in the Netherlands[J]. Ecological Economics, 2007,64(1):109-118.

[ 4 ]CHAPAGAIN A K,HOEKSTRA A Y. The blue,green and grey water footprint of rice from production and consumption perspectives[J]. Ecological Economics, 2011,70(4):749-758.

[ 5 ]HOEKSTRA A Y,MEKONNEN M M. The water footprint of humanity[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012,109(9):3232-3237.

[ 6 ]馬忠,張繼良. 張掖市虛擬水投入產(chǎn)出分析[J]. 統(tǒng)計(jì)研究, 2008,25(5):65-70.

[ 7 ]DIEZENBACHER E,VELAZQUEZ E. Analysing Andalusian virtual water trade in an input-output framework[J]. Regional Studies, 2007,41(2):185-196.

[ 8 ]中國(guó)投入產(chǎn)出課題組. 國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門水資源消耗及用水系數(shù)的投入產(chǎn)出分析[J]. 統(tǒng)計(jì)研究, 2007,24(3):20-25.

[ 9 ]王曉萌,黃凱,等. 中國(guó)產(chǎn)業(yè)部門水足跡演變及其影響因素分析[J]. 自然資源學(xué)報(bào), 2014,29(12):2114-2126.

[10]WANG Hongrui,WANG Yan. An input-output analysis of virtual water uses of the three economic sectors in Beijing[J]. Water International, 2009,34(4):451-467.

[11]黃曉榮,裴源生,梁川. 寧夏虛擬水貿(mào)易計(jì)算的投入產(chǎn)出方法[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2005,16(4):564-568.

[12]梅燕,沈浩軍. 基于投入產(chǎn)出法的浙江省虛擬水貿(mào)易實(shí)證分析[J]. 技術(shù)經(jīng)濟(jì), 2013,32(9):79-86.

[13]吳兆丹,張珊珊,等. 江蘇省虛擬水貿(mào)易結(jié)構(gòu)調(diào)整研究[J]. 水利經(jīng)濟(jì), 2017,35(3):31-36.

[14]WASSILY L. Environmental repercussions and the economic structure:an input-output approach[J]. The Review of Economics and Statistics, 1970,52(3):262-271.

[15]許健,陳錫康,楊翠紅. 直接用水系數(shù)和完全用水系數(shù)的計(jì)算方法[J]. 水利規(guī)劃設(shè)計(jì), 2002(4):28-30,36.