基于投入產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 經濟學院, 沈陽 036; 2. 沈陽工業大學 基礎部, 沈陽 0870)

諾貝爾獎獲得者Richard Smalley指出,未來50年里,水資源相關問題已成為威脅人類的僅次于能源問題的第二大問題。水資源相關問題----水資源短缺和水資源污染等將嚴重制約一個國家或地區的經濟和社會發展。中國是水資源緊缺國家,且空間分布不勻。IWMI(International Water Management Institute)預測,到2025年,中國的北方省份將會缺水[1]。長期以來,中國都是通過水利工程措施來解決水資源空間分布不均問題,這不僅需要大量資金,而且會產生比較嚴重的生態、環境等負面影響。

區別于傳統的水資源管理,英國學者Allan在1993年提出了虛擬水的概念。虛擬水與實體水相對應,是包含在產品中的看不見的水。2002年,荷蘭學者Hoekstra在虛擬水和生態足跡的基礎上,首次明確提出了水足跡的概念。水足跡指在一定的物質生活標準下,生產一定人群消費的產品和服務所需要的水資源數量。水足跡對虛擬水的概念進行了補充完善。虛擬水和水足跡是研究水資源問題的一種新的方法,它不僅拓寬了水資源研究的范疇,同時為水資源管理開辟了新思路[2]。

近年來,學者們對虛擬水和水足跡進行了廣泛的研究,一部分研究側重在微觀層面,研究產品虛擬水含量和消費者的水足跡,Chapagain等[3-4]計算了咖啡、茶葉、大米和肉等產品的虛擬水,Hoekstrah等[5]計算了生產過程水足跡。另一部分研究側重在宏觀層面,核算了國家或地區的水足跡和虛擬水流動。馬忠等[6]對張掖市的部門虛擬水進行了核算。

目前,利用投入產出法在核算國家或地區的行業水足跡和虛擬水貿易中得到廣泛應用。Diezenbacher等利用投入產出法計算了西班牙安達盧西亞地區的虛擬水貿易量[7]。在國內,黃曉榮利用投入產出法核算寧夏虛擬水貿易情況,他是我國第一個應用投入產出法研究虛擬水貿易的學者[11]。利用投入產出法計算虛擬水和水足跡,國內已有研究主要集中在國家尺度[8-9],而區域上主要側重于北京[10]、西北干旱地區[6,11]和南方“富水”地區[12-13]。對于遼寧省這樣缺水的省份卻缺乏研究。

遼寧省位于中國東北地區的南部,是中國水資源嚴重缺乏的省份之一,人均水資源占有量約為全國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重制約了遼寧省經濟的發展。本文基于投入產出的計算方法,以2012年遼寧省投入產出表為基礎,計算了遼寧省產業部門用水系數、水足跡和虛擬水貿易量。旨在通過對上述計算結果的分析,為遼寧省制定水資源的綠色可持續利用政策提供定量依據。

1 研究方法與數據

1.1 水資源投入產出模型

水資源投入產出模型是在權威統計部門編制的價值型投入產出表的基礎上,加入了水資源消耗量[14],構造價值-實物混合型水資源投入產出表(表1),以此計算所有生產和消費部門的水足跡和虛擬水貿易量。

表1 遼寧省水資源投入產出表Tab.1 I-O table for Liaoning’s water consumption 萬元

1.2 計算方法

利用單區域投入產出法計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中的符號含義一致)。

第1步 計算直接消耗系數矩陣和Leontief逆矩陣

直接消耗系數:

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

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

用水系數的計算方法主要參照文獻[15]中的計算方法,具體方法如下:

1) 直接用水系數

(1)

其中:j=1,2,…,n。

wj表示部門j生產單位產值(元)所直接使用的用水量。計算n個部門的直接用水系數,得到直接用水系數行矩陣

DWC1×n=[w1,w2,…,wn]1×n

2) 完全用水系數

完全用水系數為部門j每增加單位產值(元),整個經濟體系的總用水量(直接用水和間接用水)的增加量。它是基于投入產出方法的虛擬水和水足跡核算的一個重要參數。

完全用水系數行矩陣:

(2)

3) 間接用水系數行矩陣

IWC1×n=TWC1×n-DWC1×n

(3)

第3步 部門水足跡(萬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 虛擬水貿易量

2012年的遼寧省投入產出表中,產品的流動轉移包括國內省外流入(IF)、國內省外流出(OF)、進口(IM)和出口(EX)4類。

1) 部門j的國內省外流入虛擬水量:

(7)

2) 部門j的國內省外流出虛擬水量:

(8)

3) 部門j的虛擬水進口量:

(9)

4) 部門j的虛擬水出口量:

(10)

其中j=1,2,…,n。

1.3 數據來源與處理

為了保證數據的準確性,本文選取了中國統計出版社出版的《2012年遼寧省投入產出表》。投入產出表每5年編制一次,2012年投入產出表是目前可得到的最新的投入產出表。2012年投入產出表中共劃分了42部門,受限于用水數據的獲得,根據《三次產業劃分規定》和各部門屬性,將42部門合并為8個部門(表2)。其中,農業、工業、建筑業和第三產業用水量數據來源于《2012年遼寧省水資源公報》。《2008年中國經濟普查年鑒》能源卷提供了詳細的工業分行業的用水數據,以及各省區規模以上工業企業分行業用水量,結合《遼寧省統計年鑒》中遼寧省分行業增加值及《遼寧省國民經濟和社會發展統計公報》(2008和2012年)中工業的分行業增加值,采礦業、制造業、電氣供應業、水的生產和供應業、交通運輸業和服務業的用水量按其經濟產值占比同比例求得,再結合2008年的用水數據,通過2012年生產總用水量進行校正。數據會存在微小誤差,對整體數據分析影響不大。

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

2 計算結果及分析

2.1 部門用水系數分析

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

根據式(1)～(3),計算出2012年遼寧省各部門的用水系數(表3),結合圖1可知,2012年,遼寧省各部門完全用水系數按照由大到小的順序,依次為:水的生產和供應業、農業、電氣供應業、制造業、建筑業、采礦業、交通運輸業和服務業。水的生產供應業是因為直接用水系數較大而導致完全用水系數過大,因其包括自來水廠,用水系數必然是最大的。除了水的生產供應業,遼寧省用水系數最大的仍是農業。因此,農業仍然是節水工程的重點關注對象。而剩余6個部門則是間接用水系數遠遠大于直接用水系數。根據以往的研究,農業因為直接用水系數大一直備受關注,但是考慮了間接用水之后,間接用水系數較大的部門,在制定節水措施時要格外關注。

2.2 水足跡

根據式(4)～(6),計算出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。制造業是完全水足跡和間接水足跡最大的部門,制造業和建筑業同時也是間接水足跡最大的2個部門,農業仍然是直接水足跡最大的部門。

2.3 虛擬水貿易量

根據式(7)～(10),結合2012年遼寧省投入產出表中的相關數據,計算出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,通過商品貿易流向國內其他省份的虛擬水量為29 728萬m3,向海外出口的虛擬水量為10 281萬m3,合計虛擬水凈輸出量為40 009萬m3。除了制造業和服務業為虛擬水凈輸入部門外,其余6個部門均為虛擬水凈輸出部門。

3 結論和建議

虛擬水和水足跡理論的提出,為水資源管理提供了新思路。而利用投入產出分析方法對虛擬水和水足跡進行核算是投入產出分析應用領域的新擴展。投入產出分析所反映的部門之間產品的流動與水資源在各部門的流動極其相似,雖然利用投入產出法不能夠計算出具體產品的水足跡和虛擬水,但是它能形象描述水資源在不同產業部門的流動。本文以虛擬水和水足跡為視角,以投入產出法為工具,建立行業尺度的核算模型,計算并分析了遼寧省2012年8個產業部門的用水系數、水足跡和虛擬水貿易量。這些結果為遼寧省制定緩解水資源短缺問題提供了定量依據。

遼寧省完全用水系數和直接用水系數最高的部門是水的生產供應業,農業位居第二;結合水足跡的核算結果,農業的直接水足跡最高,達到300 269萬m3。因此,遼寧省要加強節水力度,提高農業灌溉技術,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,在制定節水資源管理相關政策時,不僅僅要關注直接用水系數較高的部門,同時也要關注間接用水量大的產業部門,為間接用水系數較高的部門制定適合的節水政策。

通過表3計算可知,遼寧省是虛擬水凈輸出地區,虛擬水凈輸出量為40 009萬m3。這對于水資源短缺的遼寧省來說,無疑是雪上加霜。在這種情形下,遼寧省應該結合虛擬水貿易理論,調整產業結構和貿易結構,提高用水效率,盡量發展節水產業,減少用水量高的產品的流出,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 ]程國棟. 虛擬水-中國水資源安全戰略的新思路[J]. 中國科學院院刊, 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出分析[J]. 統計研究, 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 ]中國投入產出課題組. 國民經濟各部門水資源消耗及用水系數的投入產出分析[J]. 統計研究, 2007,24(3):20-25.

[ 9 ]王曉萌,黃凱,等. 中國產業部門水足跡演變及其影響因素分析[J]. 自然資源學報, 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. 寧夏虛擬水貿易計算的投入產出方法[J]. 水科學進展, 2005,16(4):564-568.

[12]梅燕,沈浩軍. 基于投入產出法的浙江省虛擬水貿易實證分析[J]. 技術經濟, 2013,32(9):79-86.

[13]吳兆丹,張珊珊,等. 江蘇省虛擬水貿易結構調整研究[J]. 水利經濟, 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. 直接用水系數和完全用水系數的計算方法[J]. 水利規劃設計, 2002(4):28-30,36.