我國行業水資源消耗的關聯度分析

和夏冰,王 媛,張宏偉,王文琴,王麗麗 (天津大學環境科學與工程學院,天津 300072)

我國行業水資源消耗的關聯度分析

和夏冰,王 媛*,張宏偉,王文琴,王麗麗 (天津大學環境科學與工程學院,天津 300072)

選取2007年相關數據進行整理分析,應用基于假設抽取法的水資源消耗產業關聯度計量模型,比較各行業水資源的直接消耗和縱向集成消耗,定量測算出我國行業間水資源的流動轉移情況.通過分析得到:不同行業的水資源直接消耗量與滿足自身需求所需的水資源量有所差異,但是對于經濟系統而言,所有行業水資源的直接消耗總量等于為滿足最終需求所需的水資源總量,即水資源在經濟系統的不同行業之間發生了轉移;在經濟系統中,農業、基礎工業作為產業鏈上游行業將大量的水資源通過中間投入的方式轉移到其下游行業中,輕工業、高科技工業等產業鏈下游行業的直接消耗的水資源無法滿足自身需求,必須從其上游行業轉移水資源;水資源從產業鏈的上游逐級向下游轉移,維持著經濟系統產品的生產與交換;如果行業的最終需求不變,單純調整產業結構僅是將水資源消耗量大的行業進行區位或行業上的轉移,而經濟系統水資源消耗的總量并沒有改變.本文通過定量化的方式來研究行業水資源消耗關聯,初步揭示了水資源在行業間的消耗規律,能夠為產業調整提供新視角,為產業結構調整政策提供更為科學的依據.

投入產出；水資源轉移；產業關聯；假設抽取法

在水資源的產業關聯分析中,判斷行業用水關聯和特性時常用的指標為直接用水系數和完全用水系數[1].然而,直接用水系數與行業總產出相關,并未與行業的最終需求建立聯系,計算結果只依賴于中間投入,無法完全反映產業關聯[2];而建立在 Leontief逆矩陣基礎上的完全用水系數,雖然融合了水資源消耗的直接和間接聯系,但是由于該系數只是對行業的最終需求而言,也存在著一定的局限性[3].因而,單純比較行業的直接用水系數和完全用水系數來判斷行業用水關聯特征是不確切的.

在縱向集成測算法和假設抽取法的基礎上,Rosa Duarte創立了水資源消耗產業關聯度計量模型,將行業用水關聯影響效應分解為內部效應、復合效應、凈前項關聯和凈后項關聯四個部分,通過用水量而不是用水系數(單位產品耗水量)來測算行業間的用水關聯特性[4].

本文利用我國2007年投入產出表,應用此方法定量分析我國行業直接或間接用水量及其關聯特性.在此基礎上,對行業用水的凈前項關聯和凈后項關聯進一步分解,從而得到我國經濟系統中水資源的轉移方向和數量.

1 基于假設抽取法的水資源消耗產業關聯度計量模型

1.1 行業水資源關聯度的測算

Schultz創立的假設抽取法(Hypothetical Extraction Method,HWM)最早應用于分析產業結構變動對經濟系統的影響.該方法假設將 j部門從經濟系統中抽走,通過比較抽走 j部門前后經濟系統總產出的變化,分析 j部門對整個經濟系統造成的影響,從而測算該部門的重要性[5].

Cella借鑒假設抽取法的思想,提出了測算經濟系統中產業關聯度的方法[6],方法如下:

假定Bs為該經濟系統中幾個部門(或一個部門)所組成的一個產業群,則 B-s為剩余部門所組成的產業群,則經濟系統可以描述為

在假設的經濟系統中,產業群 Bs*不與其他部門產品發生產品交易,其經濟結構可以通過給Aij*賦零值而得到,假定的生產關系描述為:

比較兩個經濟系統的總產出,得到:

這里,總產出的變化反應出產業群Bs對經濟系統的影響程度.

在此基礎上,Rosa Duarte基于Pasinetti的縱向集成測算法,將部門直接用水系數引入產業關聯公式中,以縱向集成消耗形式,將假設抽取法中的關聯[式(1)]分解為各自獨立的四部分,用來進行水資源產業關聯度分析[4]:內部效應(IE): qs(1 - As,s)-1ys;復合效應(ME): qsCs,sys= qs[Δs,s- (1 -As,s)-1] ys;凈后項關聯(NBL): q-sC-s,sys=q-sΔ-s,sys;凈前項關聯(NFL): qsCs,-sy-s= qsΔs,-sy-s.其中,qs、q-s分別是產業群Bs、B-s單位產品的水資源投入向量(直接用水系數行向量),qs= ws/ xs,ws表示產業群Bs的用水量,xs表示產業群Bs的總產出.

圖1 水資源消耗關聯度分解Fig.1 The analysis of water consumption linkage

如圖1所示,內部效應是假定產業群Bs產品的生產和交易在產業群內部獨自完成,不與其余產業群 B-s發生聯系時所發生的水資源消耗量,即水資源在本產業群內部行業間的消耗量.復合效應是產業群Bs的一部分產品被其他產業群B-s購買作為中間投入,用來生產產業群 B-s的產品,這些產品后又被產業群 Bs購買回來作為中間投入,形成產業群 Bs最終消費品所消耗的水資源,具有前項和后項關聯雙重特性.凈后項關聯是產業群Bs為滿足最終需求ys對通過購買其余產業群B-s產品而直接和間接消耗其余產業群B-s的水資源,反映水真正的凈“輸入”.凈前項關聯是產業群 Bs的產品被其余產業群 B-s購買用來滿足B-s最終需求 y-s而直接和間接消耗的產業群 Bs的水資源,且不會返回,是產業群 Bs真正的水資源凈“輸出”[7].縱向集成消耗是為滿足產業群 Bs的所需要的直接用水量和間接用水量之和,即縱向集成消耗=內部效應+復合效應+凈后項關聯;直接消耗是產業群Bs消耗的自然形態的水資源量,是對產業群 Bs總產出而言的用水量,即直接消耗=內部效應+復合效應+凈前項關聯.

利用上述關系式可將縱向集成消耗與直接消耗分別按其構成進行分解,測算通過產品交易中輸出和輸入的水資源量,確定產業群Bs的產品在水資源消耗和需求上的替代作用.

1.2 行業水資源凈轉移的測算

若剩余產業群 B-s是由多個行業組成,可以將產業群Bs的凈后項關聯進一步分解.設t行業是剩余產業群B-s中的行業,則有

式中: NBLt→s為t行業轉移到產業群Bs的水資源量.

同理,可以將產業群Bs的凈前項關聯進一步分解,即

式中: NFLs→t為產業群Bs轉移到t行業的水資源量.

比較產業群Bs的凈前項關聯和凈后項關聯,兩者差值即為該產業群的水資源凈轉移量:

若NT為正值,表示產業群Bs向經濟系統凈輸出水資源;若NT為負值,表示產業群Bs從經濟系統凈輸入水資源.

為了明確行業間水資源凈轉移情況,將產業群Bs水資源凈轉移量NT分解:

式中: NTs→t為產業群Bs凈轉移到t行業的水資源量.

若NTs→t為正值,表示產業群Bs向t行業凈輸出水資源;若NTs→t為負值,表示產業群Bs從t行業凈輸入水資源.

2 我國水資源消耗關聯度分析

2.1 數據收集與整理

選擇2007年為基準年,數據分別來源于中國投入產出表[8],農業用水量來源于中國水資源公報[9],工業用水量來源于中國環境年鑒中各工業行業用水量數據[10].

為研究需要,采用以合促統的手段,將分類細致的數據向分類粗的數據口徑統一,以中國投入產出表中的行業分類為基本參考,最終合并為五大類17個行業,見表1.

表1 我國行業分類Table 1 The classification of Chinese industries

2.2 行業水資源縱向集成消耗與直接消耗

經濟系統中,結合行業的最終需求的水資源縱向集成消耗總量與水資源直接消耗總量相等,為 4251.02×108m3,如圖 2所示,即所有行業直接消耗的自然形態水資源總量,通過產業鏈輸送轉移,等于所有行業為滿足最終需求直接和間接消耗的水資源總量.十分有限,僅占其縱向集成消耗的 1.10%,即農業對行業自身的依賴性較高,對其他行業的依賴性較低.

of vertical integrated water consumption

agriculture

輕工業水資源縱向集成消耗最多,為1821.02×108m3,占經濟系統水資源縱向集成消耗總量的 42.84%;其次為農業,為經濟系統水資源縱向集成消耗總量的36.90%;基礎工業、高科技工業和其他制造業水資源縱向集成消耗相對較少,分別占經濟系統水資源縱向集成消耗總量的9.70%、8.72%和1.84%.

水資源直接消耗量最多的行業為農業,為3601.78×108m3,占經濟系統水資源直接消耗總量的84.73%;基礎工業水資源直接消耗量所占比例為12.57%;輕工業、高科技工業和其他制造業水資源直接消耗量較少,共占經濟系統水資源直接消耗總量的2.70%.

2.3 行業水資源消耗的關聯度

2.3.1 農業水資源關聯度 農業水資源的縱向集成消耗僅為其直接消耗的 43.55%(圖 3),意味著農業有水資源轉移到經濟系統的其他行業中.

農業的內部效應為 1488.12×108m3,占其縱向集成消耗的 94.88%.也就是說,農業為滿足自身最終需求所需的水資源中,94.88%都是來自行業內部的產品交換,從其他行業凈輸入的水資源

農業的凈前項關聯為 2050.58×108m3,占其直接消耗的56.93%,而內部效應占其直接消耗的41.32%.雖然農業水資源直接消耗顯著高于其他行業,但是56.93%的直接消耗卻是轉移到其他行業,用于其他行業的產品生產,且不發生返回.這不僅對農業自身水資源直接消耗水平有一定影響,對經濟體系用水也有重要影響,其他行業水資源需求能否獲得滿足,很大程度上依賴于農業的水資源轉移.

農業水資源的凈輸出中,轉移到輕工業的水資源為 1656.72×108m3,占其凈前項關聯的80.79%;轉移到高科技工業、基礎工業和其他制造業的水資源分別占農業凈前項關聯的8.50%、7.40%和 3.31%.可見,輕工業是農業水資源轉移的主要對象.

2.3.2 基礎工業水資源關聯度 基礎工業的水資源縱向集成消耗為直接消耗的 77.18%(圖 4),該比例高于農業.基礎工業也有水資源轉移到經濟系統中,但轉移量低于農業.

基礎工業的縱向集成消耗以內部效應為主,為 237.07×108m3,占其縱向集成消耗的 57.46%;而凈后項關聯所占比例與農業相比有所提高,為40.00%.這意味著基礎工業用水不但對行業自身有較高的依賴性,同時對其他行業也存在著一定的依賴性.基礎工業水資源的凈輸入中,絕大部分是從農業轉移的,輸入量為151.77×108m3,占其凈后項關聯的96.82%.

基礎工業直接消耗的水資源主要轉移到其他行業中,其凈前項關聯為278.72×108m3,占直接消耗的 52.14%.其中,基礎工業轉移到高科技工業的水資源最多,為179.34×108m3,占凈輸出量的64.34%,即高科技工業是基礎工業水資源轉移的主要對象.

2.3.3 輕工業水資源關聯度 輕工業的水資源縱向集成消耗是其直接消耗的17.83倍(圖5),也就是說,輕工業直接消耗的水資源無法完全滿足自身的最終需求,必須以中間投入的方式,通過購買其他行業的產品,輸入更多水資源,才能滿足自身產品生產的需要.

輕工業水資源消耗的凈后向關聯為1733.58×108m3,占其縱向集成消耗的 95.20%.也就是說,為滿足輕工業自身最終需求而消耗的水資源中,僅有4.56%來自于該行業自身,而95.20%都是從其他行業凈轉移到輕工業的,即輕工業的水資源消耗對其他行業的依賴性很強,而對行業自身的依賴性較弱.其中,農業是輕工業水資源的主要來源,水資源轉移量占輕工業凈后項關聯的95.57%.

與農業和基礎工業不同,輕工業的水資源直接消耗中,81.29%是內部效應,為 83.05×108m3,凈前項關聯僅占14.40%,即輕工業直接消耗的水資源主要用于行業自身生產,轉移到其他行業的水資源比較少.

2.3.4 高科技工業水資源關聯度 高科技工業的水資源消耗縱向集成消耗是直接消耗的30.17倍(圖6).內部效應為10.06×108m3,占其直接消耗的比例高達81.92%;凈后項關聯為359.88×108m3,占其縱向集成消耗的97.11%,即高科技工業直接消耗的水資源主要用于自身生產,但這部分水資源并不能完全滿足自身最終需求,而從經濟系統中輸入了大量水資源.農業和基礎工業分別向高科技工業輸入174.31×108m3和179.34×108m3水資源, 是高科技工業水資源的主要供給者,占高科技工業凈后項關聯的48.44%和49.83%.

high-technology industry

2.3.5 其他制造業水資源關聯度 其他制造業幾乎完全依賴于經濟系統中其他行業對該行業的水資源輸入.如圖7所示,其他制造業水資源的縱向集成消耗是其直接消耗的266.65倍,其凈后項關聯為 78.18×108m3,占縱向集成消耗的99.73%.其他制造業主要從農業轉移水資源(97.78×108m3),占其凈后項關聯的86.70%.

2.4 行業水資源凈轉移

如圖 8,農業和基礎工業是經濟系統中水資源的供給者,分別向經濟系統凈轉移水資源量為2033.30×108m3和121.96×108m3.輕工業、高科技工業和其他制造業是經濟系統中水資源的接收者,分別從經濟系統中凈轉移了1718.86×108m3、358.30×108m3和78.10×108m3水資源.

圖8 我國各行業水資源凈轉移Fig.8 Net water transfer among sectors in China

農業是“真正的”水資源凈輸出行業,雖然有水資源從其他行業轉移到農業,如基礎工業和輕工業,但由于這部分水資源相對較少,無法平衡農業轉移到其他行業中的水資源.如圖9所示,農業凈轉移到其他四類行業的水資源量有所差異.其中,農業凈轉移到輕工業的水資源最多,為1653.58×108m3;而凈轉移到其他制造業的水資源相對較少,為67.78×108m3.

圖9 我國行業水資源凈轉移分解Fig.9 The analysis of net water transfer among sectors in China

基礎工業水資源凈轉移的行業包括輕工業、高科技工業和其他制造業,其中凈轉移到高科技工業中的水資源最多,為178.44×108m3.基礎工業并沒有水資源凈轉移到農業中,相反地,基礎工業從農業凈輸入了137.72×108m3水資源,即農業是基礎工業嚴格意義上的水資源供給者.

輕工業水資源凈轉移的對象為高科技工業和其他制造業,而從農業和基礎工業凈轉移來的水資源量遠高于輕工業凈輸出的水資源量,因而輕工業是水資源凈輸入行業,且水資源凈輸入量相當可觀.

高科技工業只凈轉移 0.01×108m3水資源到其他制造業,而從農業和基礎工業凈轉移了大量水資源,從輕工業轉移的水資源量較低.

其他制造業沒有向其他任何行業凈轉移水資源,相反地,其他行業都有一定量的水資源凈轉移到其他制造業,其中,從農業凈輸入的水資源相對較多.可以說,其他制造業是真正意義上的水資源凈輸入行業.

基于以上分析,可以得到經濟系統內行業間水資源凈轉移的方向和數量.在整個經濟產業鏈中,位于上游的農業和基礎工業,通過中間投入的方式將自身產品的水資源凈轉移到下游的其他行業;位于產業鏈下游的輕工業、高科技工業和其他制造業,通過中間投入的方式從上游行業凈輸入水資源來滿足自身的最終需求.產業間進行產品交換的同時,水資源也從產業鏈的上游行業轉移到產業鏈的下游行業.

3 討論

調整產業最終需求規模會是緩解水資源供需矛盾的有效選擇.在區域產業調整過程中,需要考慮行業之間水資源的替代關系.將高耗水行業遷出,僅是降低的某一區域的用水量,并沒有降低所有區域的用水總量.如何根據我國水資源消耗現狀,科學地進行水資源優化配置,建立節水型社會,還有待更深入的研究.

本文所應用的基于假設抽取法的水資源消耗產業關聯度計量模型,其計算結果是一種較為簡單的行業用水情況,既沒有考慮行業內部水資源循環利用的情形,也沒有考慮不同行業對水質要求的差異問題.實際上,上述兩種情況都是客觀存在的,如何更為準確地測算出復雜情況下的行業用水關聯,將是今后研究的內容.

4 結論

4.1 經濟系統水資源的縱向集成消耗總量等于直接消耗總量,即經濟系統所有行業直接消耗的自然形態的水資源總量能夠滿足最終需求所需要的水資源.但是經濟系統內部,由于每個行業最終需求不同,各行業水資源消耗的縱向集成消耗不同,與直接消耗的比較結果表明,不同行業之間發生了水資源轉移.縱向集成消耗小于直接消耗的農業和基礎工業,雖然直接消耗量很高,但是用于滿足自身最終需求的水資源量不足其直接消耗量的50%,而是將一定比例的水資源轉移到經濟系統的其他行業;而縱向集成消耗大于直接消耗的輕工業、高科技工業和其他制造業,雖然直接消耗量較低,但是無法滿足自身的最終需求,需要其他行業為這三類行業提供水資源,這部分水資源量占各自水資源縱向集成消耗量的比例均達到95%以上.

4.2 經濟系統中,所有行業水資源消耗的凈前項關聯總和等于凈后項關聯總和,即通過中間投入,各行業輸出到其他行業的水資源總量等于行業從其他行業輸入的水資源總量.從農業、基礎工業、輕工業、高科技工業到其他制造業,都是從其上游行業凈輸入水資源,向其下游行業凈輸出水資源.水資源按照產業鏈的方向進行流動轉移,維持經濟系統的產品生產與交換.其中,農業是經濟系統最大的水資源供給者,而輕工業是經濟系統最大的水資源接收者.

4.3 行業的水資源消耗取決于自身的最終需求.如果最終需求不變,行業用水需求就不變,單純調整產業結構未必會影響經濟系統用水總量,直接消耗的水資源只不過是在經濟系統內部按照產業鏈方向逐級由上游向下游轉移,即最終去向發生變化,但是水資源消耗總量并未發生改變.產業間的關系非常復雜,有些直接水資源消耗量低的行業需要水資源消耗量高的行業支撐才能發展,這些低耗水行業是深深錨定在高耗水行業產出中的,也就是說,低耗水行業的發展有時會同時增加高耗水行業的產出.

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Linkage analysis of water use among industrial sectors in China.

HE Xia-bing, WANG Yuan*, ZHANG Hong-wei, WANG Wen-qin, WANG Li-li (School Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China). China Environmental Science, 2012,32(4)：762～768

The aim of this paper was to study the behaviour of the productive sectors of the Chinese economy as direct and indirect consumers of water. Industrial water consumption linkages analysis was empolyed, based on hypothetical extraction method. By comparing the direct water consumption with vertical integrated water consumption based on the input-output data of water utilization in 2007 in China, direct water consumption of each sector was not equal to water required to meet final demand of itself. In view of the economy, the total of direct water consumption of all sectors was equivalent to the total of water required to meet final demand of themselves. Water resource transferred among productive sectors. In the supply-chain, upstream sectors such as agriculture and basic industry, met their final demand by the internal exchange of production, and transferred a large number of water resource to their downstream sectors by intermediate input. On the contrary, downstream sectors such as light industry and high-technology industry, transferred a great quantity of water resource from their upstream sectors, because their direct water consumption was unable to meet the final demand. In this way, water resource was transferred from upstream to downstream step by step to maintain the production and exchange in economy. If the final demand did not have a change, industrial restructuring was just to divert the sector with a high-water-consumption from a place to the other. Therefore, the total water consumption of the economy did not have a change. This paper revealed the regular of industrial water consumption so as to provide a fresh perspective of structure adjustment and more scientific basis of policy-making.

input-output analysis；water resource transfer；industries linkage；hypothetical extraction method

X32

A

1000-6923(2012)04-0762-07

2011-08-25

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2009ZX07317-005-001)

* 責任作者, 副教授, w_yuan77@163.com

和夏冰(1986-),女,遼寧沈陽人,碩士,主要研究方向為水資源規劃與管理.發表論文2篇.