基于Input-Output模型的新疆水資源合理配置研究

劉 爽，李 莉，榮 偉

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

0 引言

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，人多水少、水資源時(shí)空分布不均是我國的基本國情和水情。現(xiàn)階段，我國面臨著水資源短缺、水污染嚴(yán)重等一系列水安全問題。新疆雖然有“黃金玉石之邦”的美稱，但人均水資源占有量僅占全國的3%，具有地域分布不均、季節(jié)變化性和蒸發(fā)量大等多重特性。合理配置水資源是新疆產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵要素，它不僅關(guān)系著區(qū)域生態(tài)進(jìn)程，還影響著地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

如何在經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的背景下，提高資源缺水型地區(qū)水資源效率問題成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重要方向。社會(huì)經(jīng)濟(jì)耦合系統(tǒng)表明資源利用效率可以從管理—生態(tài)—經(jīng)濟(jì)等不同角度探析[1]。從管理視角來看，我國頒布并實(shí)施了多項(xiàng)合理利用水資源的政策和手段，如最嚴(yán)格水資源管理制度[2]、“三條紅線”制度[3]、虛擬水貿(mào)易[4]等。在技術(shù)層面上，對(duì)于城市污水回用技術(shù)落后、雨水收集開發(fā)程度低等問題，迫切需要科技引入和政府參與程度的提高[5]，以新疆為例亟需構(gòu)建節(jié)水型工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系[6]。從生態(tài)視角來看，實(shí)現(xiàn)生態(tài)—經(jīng)濟(jì)層面綜合技術(shù)服務(wù)業(yè)有助于降低水資源的消耗[7-8]，如：從水資源空間匹配角度，對(duì)影響新疆資源的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)機(jī)等因素進(jìn)行優(yōu)化配置[9]；運(yùn)用投入產(chǎn)出法[10]、DEA模型[11]、快速影響評(píng)價(jià)矩陣[12](RIAM)等方法從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益3個(gè)方面對(duì)提升水資源效率提出建議。綜上所述，現(xiàn)有文獻(xiàn)資料多數(shù)對(duì)全國范圍內(nèi)的水資源和區(qū)域經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)性問題進(jìn)行了探討，缺乏對(duì)新疆地區(qū)水資源利用效率和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置的研究?；诖?，本文以新疆為例，選擇2007和2012年水資源投入產(chǎn)出的面板數(shù)據(jù)，利用投入產(chǎn)出模型和水資源偏差系數(shù)，對(duì)不同產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)效率和效益的實(shí)際狀況進(jìn)行了分析，為新疆水資源利用效率和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提出合理化建議。

1 區(qū)域概況分析

據(jù)《漢書·西域傳》中記載西域都護(hù)府管轄區(qū)范圍“東起陽關(guān)、玉門關(guān)，西至中亞費(fèi)爾干納盆地，北抵巴爾喀什湖，南括蔥嶺山區(qū)，共五十五國?！爆F(xiàn)今，新疆北鄰阿爾泰山、南至昆侖山、中部以天山山脈作為南北疆的分界線，位于73°40′～96°18′ E、34°25′～48°10′ N，地區(qū)面積共166萬km2，屬于溫帶大陸性氣候。流域面積達(dá)50 km2的河流共有3484條，總長13.9萬km2，湖泊140個(gè)左右，劣Ⅲ和Ⅴ類水量約占流域的12%，其中塔里木河是中國最大的內(nèi)陸河，可利用水資源多為天山融雪和內(nèi)陸河流。由圖1可見，新疆降水量的整體趨勢(shì)“忽高忽低”，大中型水庫蓄水容量的降低也從側(cè)面反映出新疆干旱少雨和城市供水量緊張的現(xiàn)狀。北疆地區(qū)平均降水量為1500 mm，而南疆地區(qū)僅占北疆地區(qū)的33%，由此可知新疆具有“北富南貧”的水資源分布特點(diǎn)；從時(shí)間分布來看，2005～2014年新疆共有7年為偏豐水年，2年為枯水年，僅1年為豐水年，春季河流徑流量占年均用水量的10%～20%左右，夏季則占50%～70%，由此可知，新疆地區(qū)“春旱夏澇”的水資源特征。

資料來源于2004～2012年《新疆水資源公報(bào)》。

由圖2可知，2004～2014年新疆地下水資源量降低了28.7%，地表水資源降低了35.41%。特別是2010年啟動(dòng)了最大規(guī)模的對(duì)口援疆項(xiàng)目，加速了水資源供求緊張的局面，使過度開發(fā)和資源枯竭成為經(jīng)濟(jì)迅速增長的代價(jià)。2013年全疆各類水利工程總供水量588.08億m3，但中水回用量僅占供水量的1%左右，水資源再利用效率低下、水利工程建設(shè)的滯后，也是制約水資源合理配置的主要因素之一。

資料來源于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒(2005～2015)》整理而得。

2 研究方法與數(shù)據(jù)獲取

2.1 研究方法

各產(chǎn)業(yè)間的關(guān)聯(lián)性，在水資源直接和間接的消耗過程中產(chǎn)生了對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的拉動(dòng)作用[12]。本文針對(duì)新疆農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)等各產(chǎn)業(yè)的水資源分配情況，利用Input-output model(投入產(chǎn)出模型)，對(duì)產(chǎn)業(yè)間經(jīng)濟(jì)效益和水資源利用效率進(jìn)行了測(cè)算分析，較為全面地描述了經(jīng)濟(jì)部門之間和水資源利用的數(shù)量關(guān)系。假設(shè)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)中有n種產(chǎn)品和m種生產(chǎn)要素，在均衡條件下，每一種生產(chǎn)要素的供給等于需求，由此可得平衡關(guān)系如下：

2.1.1 行平衡關(guān)系 行平衡關(guān)系計(jì)算公式：

(1)

式中：Xi為i部門總產(chǎn)出；Xij為i部門提供j部門生產(chǎn)和勞務(wù)活動(dòng)中的數(shù)量；Yi為i部門最終產(chǎn)出。

2.1.2 列平衡關(guān)系 列平衡關(guān)系計(jì)算公式：

(2)

Nj為j部門增加值合計(jì)；Xj為j部門總投入。

2.1.3 總量平衡關(guān)系 總量平衡關(guān)系計(jì)算公式：

(3)

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文主要從以下3個(gè)方面獲取數(shù)據(jù)，即2007和2012年新疆42個(gè)部門投入產(chǎn)出表、《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》和《新疆水利普查公報(bào)》。根據(jù)水資源的功能特點(diǎn)將其劃分為4個(gè)方向：農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)環(huán)境用水。其中，工業(yè)用水指工礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中用于制造、加工、冷卻等方面的用水；農(nóng)業(yè)用水是指用于灌溉和農(nóng)村牲畜的用水；生活用水包含城鎮(zhèn)和農(nóng)村用水，其中城鎮(zhèn)用水是居民用水和公共用水(第三產(chǎn)業(yè)及建筑業(yè)等)；生態(tài)用水是維持生態(tài)系統(tǒng)完整性所需要的水資源總量。最終，本文依據(jù)2007和2012年《新疆投入產(chǎn)出表》(表1)及上述定義將42個(gè)部門進(jìn)行歸類分為：農(nóng)業(yè)、工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)和生態(tài)環(huán)境業(yè)。

表1 2007和2012年新疆水資源投入產(chǎn)出表 億m3

注:資料來源于2007和2012年《新疆投入產(chǎn)出表》。

3 模型結(jié)果和分析

3.1 用水效率指標(biāo)

(4)

(5)

(6)

(7)

3.2 用水效益指標(biāo)

用水效益由直接產(chǎn)出系數(shù)(Oj)、完全產(chǎn)出系數(shù)(CO)、用水產(chǎn)出乘數(shù)(MOj)和相對(duì)產(chǎn)出乘數(shù)(RMOj)4個(gè)指標(biāo)反映，其中，O為直接產(chǎn)出系數(shù)構(gòu)成的對(duì)角矩陣。

Oj=Xj/Wj

(8)

CO=(I-A)-1O

(9)

(10)

(11)

3.3 各部門之間用水量關(guān)聯(lián)指標(biāo)

本文運(yùn)用影響力和感應(yīng)力系數(shù)分別衡量部門間用水量的關(guān)聯(lián)性。通常，影響力系數(shù)(Fj)是反映某一部門增加一個(gè)單位的最終使用時(shí)，對(duì)其他各部門產(chǎn)生的生產(chǎn)需求波及程度；而感應(yīng)力系數(shù)(Ei)與影響力系數(shù)的含義恰恰相反，它是反映其他部門增加一個(gè)單位最終需求時(shí)，某一部門由此受到的需求感應(yīng)程度。

(12)

(13)

3.4 指標(biāo)計(jì)算結(jié)果分析

3.4.1 新疆各產(chǎn)業(yè)用水效率動(dòng)態(tài)分析 根據(jù)用水效率指標(biāo)定義和公式(4)～公式(7)，分別計(jì)算2007和2012年新疆不同部門水資源效率的結(jié)果(表2)。

從表2可以看出，2007～2012年各產(chǎn)業(yè)的直接耗水率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明新疆各產(chǎn)業(yè)的節(jié)水措施取得了一定的成果。2012年，建筑業(yè)的用水乘數(shù)為179.32，間接地反映了建筑業(yè)新增用水量帶動(dòng)整體新疆經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展。近10年來，新疆大力發(fā)展建筑產(chǎn)業(yè)使得城鎮(zhèn)住房保障覆蓋率高于全國平均水平近5個(gè)百分點(diǎn)，工礦工程、內(nèi)河港口以及橋梁、隧道等建筑業(yè)總產(chǎn)值平均提升了17%。因此，2012年新疆建筑業(yè)的直接用水系數(shù)下降了96%，相對(duì)用水乘數(shù)卻上升了90.8%。這也從側(cè)面反映出迅速擴(kuò)張的建筑行業(yè)加快了水資源的消耗程度，但太陽能、淺層地能等綠色技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用和水價(jià)約束等限制條件，促使該產(chǎn)業(yè)水資源的利用效率進(jìn)一步提升。

農(nóng)業(yè)的完全用水系數(shù)居于其他產(chǎn)業(yè)之首，較2007年相比增長了近1.67倍，說明農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的大幅增長給農(nóng)業(yè)用水造成供給方面的超額負(fù)擔(dān)。新疆農(nóng)業(yè)水價(jià)僅為成本價(jià)的1/3，低廉的農(nóng)業(yè)水價(jià)和水土開發(fā)成本也是造成農(nóng)業(yè)水資源完全用水系數(shù)迅速增長的原因之一。用水乘數(shù)最低、但水資源消耗量僅次于農(nóng)業(yè)用水的產(chǎn)業(yè)是生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)，顯示出該產(chǎn)業(yè)對(duì)新疆整體經(jīng)濟(jì)效益增長的影響并不顯著，由于生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)的社會(huì)效益遠(yuǎn)高于其經(jīng)濟(jì)效益，因此構(gòu)建生態(tài)文明社會(huì)是全人類的主要任務(wù)[8]。

3.4.2 新疆各產(chǎn)業(yè)用水效益動(dòng)態(tài)分析 根據(jù)用水效益指標(biāo)定義和公式(8)～公式(11)，計(jì)算出2007和2012年新疆不同產(chǎn)業(yè)水資源效益的結(jié)果(表3)。

表2 2007和2012年新疆用水效率指標(biāo)動(dòng)態(tài)對(duì)比 萬元/萬m3

表3 2007和2012年新疆用水效益指標(biāo)動(dòng)態(tài)對(duì)比 萬元/萬m3

從表3可以看出，2007和2012年直接用水產(chǎn)出系數(shù)指標(biāo)都有不同幅度的增長，表明各產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益保持著穩(wěn)中求進(jìn)的勢(shì)態(tài)。其中建筑業(yè)的直接產(chǎn)出系數(shù)提升了96%，工業(yè)提升了73%；而在完全產(chǎn)出系數(shù)中，以上2個(gè)產(chǎn)業(yè)的增長又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)業(yè)。由此可見，工業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展對(duì)水資源利用效益提高有顯著影響。

2012年新疆農(nóng)業(yè)用水量占供水總量的93.9%，但農(nóng)業(yè)完全產(chǎn)出系數(shù)卻降低了21%，顯示出新疆農(nóng)業(yè)用水量的增加對(duì)整體經(jīng)濟(jì)價(jià)值的影響力逐漸削弱。這也在一定程度上驗(yàn)證了配第—克拉克定理，即新疆產(chǎn)業(yè)變化趨勢(shì)逐步由農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)向以工業(yè)、建筑業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展的趨向。2007年生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)出乘數(shù)是2012年的2.8倍，說明生態(tài)環(huán)境業(yè)在新疆國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的作用微乎其微。

3.4.3 新疆各產(chǎn)業(yè)間用水感應(yīng)力和影響力分析 根據(jù)影響力和感應(yīng)力系數(shù)的相關(guān)定義和計(jì)算公式(12)～公式(13)，計(jì)算出2012年新疆各產(chǎn)業(yè)水資源影響力系數(shù)和感應(yīng)力系數(shù)的結(jié)果(圖3)。

由圖3可知，2012年新疆各產(chǎn)業(yè)的影響力系數(shù)變化大致呈現(xiàn)出“倒U”曲線，工業(yè)和建筑業(yè)的影響力系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)業(yè)，顯示出這2個(gè)產(chǎn)業(yè)對(duì)水資源的依賴性較大。從用水感應(yīng)力系數(shù)的整體走向來看，農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境的感應(yīng)力系數(shù)和影響力系數(shù)之間呈現(xiàn)顯著反差，表明水資源雖然是農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)中不可或缺的重要因素，但在拉動(dòng)新疆整體經(jīng)濟(jì)效益的過程中影響范圍小、效益低。鑒于此，合理的調(diào)整農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)體系，有助于實(shí)現(xiàn)新疆各產(chǎn)業(yè)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖3 2012年產(chǎn)業(yè)效率與效益差異性比較

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本研究運(yùn)用投入產(chǎn)出模型和消耗偏差系數(shù)構(gòu)建出水資源結(jié)構(gòu)偏差系數(shù)指標(biāo)，從直接用水和完全用水2個(gè)角度對(duì)2007和2012年新疆各產(chǎn)業(yè)之間水資源效率和效益進(jìn)行分析。根據(jù)對(duì)新疆水資源消耗分析結(jié)果顯示，新疆產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源消耗間存在明顯的關(guān)聯(lián)關(guān)系。(1)農(nóng)業(yè)用水的完全產(chǎn)出系數(shù)和消耗系數(shù)呈反比關(guān)系，而建筑業(yè)的完全產(chǎn)出系數(shù)和消耗系數(shù)呈正比關(guān)系，表明新疆農(nóng)業(yè)水資源消耗量與自身經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)比例嚴(yán)重失衡，而建筑業(yè)等生產(chǎn)服務(wù)業(yè)水耗較低且相關(guān)產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)作用強(qiáng)。(2)近幾年來，第三產(chǎn)業(yè)的水資源消耗量并沒有顯著的變化，但產(chǎn)業(yè)效益呈現(xiàn)逐步遞增的趨勢(shì)，進(jìn)一步說明新疆產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的方向。(3)工業(yè)水資源消耗量與產(chǎn)出效益之間出現(xiàn)逆增長現(xiàn)象。(4)生態(tài)環(huán)境的水資源消耗與產(chǎn)出效益之間顯示出遞減的態(tài)勢(shì)。

4.2 建議

4.2.1 革新節(jié)水灌溉技術(shù)，著力發(fā)展新疆特色農(nóng)業(yè) 新疆屬于大陸性干旱氣候，具有“荒漠綠洲，灌溉農(nóng)業(yè)”的特點(diǎn)，結(jié)合農(nóng)業(yè)水資源效率與其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效益相悖的實(shí)際情況。建議應(yīng)從以下2個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：(1)由于新疆傳統(tǒng)的渠道防滲、噴灌、滴管等節(jié)水方式都呈現(xiàn)出人為控制灌溉時(shí)間和灌水量的特征，屬于“被動(dòng)式”灌溉模式，尤其對(duì)襯砌材料、管道質(zhì)量等外在因素要求高。因此，可以采用“痕量灌溉”技術(shù)，建立自主性、實(shí)時(shí)控制的新型灌溉技術(shù)，將傳統(tǒng)“被動(dòng)式”轉(zhuǎn)化為“主動(dòng)式”的澆灌模式，從科學(xué)技術(shù)層面提高農(nóng)用水資源的利用效率。(2)發(fā)展新疆“三紅二白”特色農(nóng)業(yè)，充分利用光熱資源和“一帶一路”戰(zhàn)略背景下的區(qū)位優(yōu)勢(shì)等條件，以深加工番茄、枸杞、紅花等經(jīng)濟(jì)作物為主要途徑；利用電商平臺(tái)出售國內(nèi)外具有市場(chǎng)競(jìng)爭力的瓜果、乳制品發(fā)展多樣化農(nóng)業(yè)模式；形成以天山北坡和塔里木盆地區(qū)域的高質(zhì)量棉花產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶，提高農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2.2 均衡非農(nóng)產(chǎn)業(yè)水資源利用結(jié)構(gòu)，開發(fā)綠色經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn) 在“十三五”規(guī)劃背景下，2016年新疆第三產(chǎn)業(yè)同比增長了9.7%，貢獻(xiàn)率達(dá)到57.3%，通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)、房地產(chǎn)、旅游業(yè)等新興行業(yè)的迅速發(fā)展都預(yù)示著未來新疆區(qū)域經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的新方向。旅游業(yè)屬于第三產(chǎn)業(yè)中低耗能，高產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)之一[13]。因此，本文認(rèn)為應(yīng)以旅游業(yè)為先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)開發(fā)具有新疆民族文化特色的古代絲綢之路、天山旅游和額爾齊斯河為軸線的旅游線路，帶動(dòng)新疆交通運(yùn)輸業(yè)、民族餐飲服務(wù)業(yè)以及特色商業(yè)等相關(guān)性產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有助于均衡非農(nóng)產(chǎn)業(yè)水資源的利用比例。

4.2.3 建立節(jié)水型工業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)多元主體監(jiān)管機(jī)制 建立節(jié)水型工業(yè)體系，應(yīng)從技術(shù)和治理2個(gè)層面進(jìn)行改進(jìn)。首先，從技術(shù)性角度考慮為提高工業(yè)用水的重復(fù)率需要完善現(xiàn)有的輪回用水系統(tǒng)、推廣新型節(jié)水工藝，在提高水資源使用效率的前提下降低工業(yè)污水產(chǎn)量。其次，從治理性角度考慮應(yīng)合理布局工業(yè)結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)卣块T應(yīng)大力削減紡織業(yè)、造紙業(yè)、石油化工業(yè)等水資源消耗高、污染嚴(yán)重、工藝落后的產(chǎn)業(yè)。最后，加大企業(yè)排污處罰的行政力度，對(duì)于多次排污量超標(biāo)的工業(yè)企業(yè)進(jìn)行強(qiáng)制停產(chǎn)處罰，勒令其改進(jìn)排污設(shè)備和工藝技術(shù)；提高群眾對(duì)工業(yè)廢水污染監(jiān)管的積極性，鼓勵(lì)當(dāng)?shù)厝罕妼?duì)嚴(yán)重影響生活環(huán)境的排污企業(yè)進(jìn)行舉報(bào)，實(shí)現(xiàn)多元主體共同監(jiān)管的排污機(jī)制。

4.2.4 完善定居興牧水利工程，加大流域污染防治力度 自2010年新疆啟動(dòng)定居興牧水利工程后，牧民將逐步告別“逐水草而居”的游牧生活。當(dāng)?shù)卣畱?yīng)加強(qiáng)新疆游牧地區(qū)的水利工程建設(shè)，進(jìn)一步保障牧民生活用水安全。建立資源缺水型地區(qū)多層次生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，對(duì)新疆土地荒漠化、鹽堿化等生態(tài)環(huán)境問題設(shè)立專項(xiàng)研究機(jī)構(gòu)及基金，提升新疆生態(tài)環(huán)境承載能力，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境修復(fù)和污染防治力度，針對(duì)重點(diǎn)湖泊、流域，如：博斯騰湖、伊犁河等跨國界流域開展水資源保護(hù)宣傳工作。

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