基于投入產出的太湖流域水足跡分析

劉存麗　丁愛芳　陳子玉

摘要 以經濟社會較為發達的太湖流域為研究區，基于2007年流域內各省（市）的水足跡投入產出表，分析了3次產業的用水系數、水足跡和凈外部水足跡。結果表明，2007年，流域內第一產業的完全用水系數最大，用水主要集中在直接用水方面；第二、第三產業用水主要集中在間接用水方面；2007年太湖流域水足跡為453.30億m3，凈外部水足跡為63.98億m3，占全流域水足跡的14%。

關鍵詞 太湖流域；用水系數；水足跡；凈外部水足跡；投入產出

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05168-03

水是生命之源，是人類賴以生存和生活的物質基礎，是社會經濟可持續發展的源泉，然而隨著經濟的高速增長和人口的增加，我國現在面臨著水資源的嚴重短缺，2010年我國淡水資源總量是2.8萬億m3，占全球水資源的6%，居世界第4位，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，但人均僅有2 200 m3，僅為世界平均水平的1/4、美國的1/5，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。目前我國水資源存在著污染嚴重、浪費嚴重、短缺嚴重等問題。當前流域經濟發展較快，對水需求也較大，在水資源利用方面出現了很多問題，跨界、跨區污染較為突出，水資源保護工作難度較大。因此，流域水資源問題是我國解決水資源問題的重點問題，也是難點問題。

在水資源利用研究中，英國學者約翰·安東尼·艾倫于1993年提出了“虛擬水”的概念[1]，用來衡量某產品生產和銷售過程中需要的水資源總量，虛擬水不是真正意義上的水，相對于實體水而言，它是以“無形”的方式寄存于產品中，因此，虛擬水又被稱為“外生水”或“嵌入水”。2002年，荷蘭學者阿爾杰恩·胡克斯特拉在“虛擬水”基礎上提出了水足跡的概念，是指一個國家或地區在一定時間內消費所有的產品和服務所形成的用水量[2]。水足跡可以很好地反映一個國家或一個地區經濟發展對水資源的需求狀況。目前國內外計算水足跡較為常用的方法有自上而下和自下而上2種，這2種方法主要是針對具體產品（如農產品和牲畜）虛擬水貿易和消費量進行核算，但在工業產品用水核算中存在一定難度。隨著學科交叉研究的不斷深入，一些國外學者運用投入產出分析方法對水資源進行了研究[3-5]，如Bicknell等基于投入產出分析方法建立了投入產出法的生態足跡核算模型[3]；Dietzenbacher等利用投入產出分析法分析了西班牙安達盧西亞的虛擬水貿易，發現農業部門消耗了大部分的水資源[5]。同時，國內學者對水資源的投入產出研究也越來越多[6-9]，如羅利民等利用投入產出分析方法對節水經濟效益進行了定量分析[7]；尚海洋等建立了甘肅2002的生態足跡投入產出分析表[8]；趙旭等利用投入產出分析法提出了水足跡的計算模型[10]。國內學者的研究多以行政地域單元為主，以流域為單元的投入產出用水分析較為少見。筆者以經濟社會較為發達的太湖流域為研究區，基于2007年流域內各省（市）的水足跡投入產出表，分析了第一、第二、第三產業的用水系數、水足跡和凈外部水足跡。

1 資料與方法

1.1 研究區太湖流域概況 太湖流域地處長江三角洲，流經上海市、江蘇省、浙江省及安徽省，自然條件優越，水陸交通便利，基礎設施好，工業發達，人口稠密，是我國沿海主要對外開發區。2009年太湖流域的GDP高達5.18萬億元，占全國的21%，在我國經濟社會發展中具有十分重要的地位。隨著流域社會經濟的發展、城市化進程的加快，流域污染排放量總體呈上升趨勢，污染引起的水質型缺水問題日益嚴峻。2009年人均水資源量為481 m3，是我國缺水較為嚴重的地區之一，2011年太湖流域遇60年以來最少降雨量，對太湖流域的經濟造成巨大損失。干旱缺水、水質惡化嚴重制約著流域經濟社會持續、穩定、健康的發展。對太湖流域的水資源進行科學的定量分析，找出存在的問題與影響機制，并制定相應的對策措施，是實現水資源可持續利用的必然選擇。

1.2 太湖流域水足跡投入產出算法設計

1.2.1 太湖水足跡投入產出表設計。結合目前已有的研究和太湖流域的實際情況，根據國家統計局發布的《三次產業劃分規定》[11]，將太湖流域內42個行業劃分為第一產業、第二產業和第三產業三大產業，其中第一產業包括農林牧漁業，第二產業包括采礦業、制造業、電力、燃氣及水的生產和供應業、建筑業，第三產業為除第一、第二產業以外的其他行業。由于水資源的投入產出表尚處于研究階段，該研究中直接將用水量作為產業部門加入到投入產出表中，太湖流域水足跡投入產出分析表設計如表1所示，表中i、j=1，2，3，分別代表第一產業、第二產業、第三產業；xij是三產業之間的產品流量；cj表示第j個產業在生產過程中的增加值；xj表示第j個產業的總投入量；wj表示第j個產業的用水量；fi表示第i個產業在區域內最終使用量，包括農村居民消費、城鎮居民消費、政府消費和資本積累總額；ei表示第i個產業出口量；mi表示第i個產業進口量；xi表示第i個產業的產品總量。

1.2.2 水足跡投入產出分析。基于投入產出技術的虛擬水貿易與消費的計量模型，太湖流域各省（市）水足跡計算中直接消耗系數矩陣A=（aij）3×3、完全需求系數矩陣B=（I-A）-1=（bij）3×3、直接用水系數矩陣D=（dj）1×3、完全用水系數矩陣V=（vj）1×3=D×B、間接用水系數矩陣I=V-D，式中，aij=xijxj，表示第j個產業中生產單位產品直接消耗第i個產業中產品的數量；bij表示第j個產業中生產單位最終產品對于第i個產業中產品的需求量；dj=wjxj，表示第j個產業中生產單位產品需要的水量；vi表示第j個產業中生產單位最終產品需要的水量。各省（市）消費的水足跡WF=（wfj）1×3，其中wfj=vj×fj，表示第j個產業中生產的產品用于區域內消費的最終需求的用水量。凈外部水足跡WFnet=（wfnetj）1×3，其中wfnetj=vj×（mj-ej）。

1.3 數據選取 鑒于我國的投入產出表每五年編制一次，期間每份正式表3年后編制延長表。該研究中將采用2007

圖1 2007年太湖流域3次產業的用水系數年我國投入產出表和2007年太湖流域水資源公報的相關數據，利用投入分析法對太湖流域用水情況、水足跡和凈外部水足跡進行分析，以反映太湖流域的水資源現狀。

2 結果與分析

2.1 太湖流域水足跡投入產出分析

2.1.1 用水系數分析。從圖1可以看出，太湖流域第一產業的完全用水系數和直接用水系數均高于第二、第三產業，而第一產業的間接用水系數低于第二產業的間接用水系數，這與太湖流域農業和工業發展現狀相符合。由圖2可見，太湖流域各省市的第一產業完全用水系數除了上海市外均高于第二、第三產業，且除了上海市外其他各個省市的第2產業完全用水系數位居第二，對上海市而言，第二產業的完全用水系數最高，第一產業完全用水系數位居第二位；太湖流域各省市的第一產業完全用水系數是第三產業的2.06～17.03倍，上海市的倍數最小，安徽省的倍數最大，第二產業的完全用水系數是第三產業用水系數的2.24～2.26倍。三大產業的直接用水系數差異比較大，安徽省第二、第三產業的直接用水幾乎沒有，直接用水主要集中在第一產業。整個太湖流域第二產業的直接用水系數是第三產業的直接用水系數的2.85～12.01倍，由此可見，第三產業的單位經濟產出的完全用水量最少，即水資源的生產效率最高。

注：橫坐標軸1、2和3分別代表第一、第二、第三產業。

圖2 太湖流域各省（市）的用水系數比例 三大產業中直接用水系數和間接用水系數占完全用水系數的比例也不同。就整個太湖流域而言，第一產業以直接用水為主，第二、第三產業以間接用水為主。就太湖流域的各個省市而言，第一產業也是以直接用水為主，其中上海市的直接用水系數占完全用水系數的60%，而安徽省直接用水系數占完全用水系數的比例高達83%；第二、第三產業以間接用水為主，各省市的間接用水系數占完全用水系數的比例在71%以上，安徽省的第二、第三產業的間接用水系數等于完全用水系數。完全用水系數擴張的幅度取決于直接用水系數的大小和產業對國民經濟的影響水平。產業對國民經濟的影響水平越高，即該產業超過社會平均水平，成為主導性產業。太湖流域的第一產業的直接用水系數遠大于第二、第三產業且第二產業影響水平最高，因此太湖流域第二、第三產業完全用水系數擴張的幅度大于第一產業。

太湖流域內各省市的完全用水系數差異顯著，江蘇三大產業的完全用水系數均為最大值，分別為14.28、8.95、3.29 m3/萬元，遠高于其他地區。安徽省三大產業的完全用水系數均最小，分別為0.049 4、0.006 5、0.002 9 m3/萬元。從完全用水系數可以看出，位于太湖東部的城市完全用水系數大于位于太湖西部城市的完全用水系數，說明太湖流域下游地區的水資源生產效率較高。

2.1.2 水足跡分析。根據前面設計的算法，可以得出2007年太湖流域水足跡為453.30億m3。太湖流域第一、第二、第三產業的水足跡分別為37.95、351.39、63.96億m3。江蘇省、浙江省、上海市、安徽省2007年水足跡分別為252.99、63.66、136.41、0.24億m3（表2），可見江蘇省的水足跡最大，而安徽省的水足跡最小，在流域內的各個省市第二產業的水足跡最大。2007年太湖流域凈外部水足跡為63.98億m3，占全流域水足跡的14%，其中第一產業凈輸入虛擬水量是4.44億m3，第二產業凈輸出虛擬水量63.72億m3，第三產業凈輸出虛擬水量是4.70億m3。在太湖流域內，凈輸出虛擬水集中在第二產業，江蘇省的凈輸出虛擬水量最大，為36.24億m3。

2.2 太湖流域各省（市）水資源供需分析

2.2.1 上海市。由上述計算可以得到2007年上海市水足跡是136.41億m3，即2007年上海市生產需要水資源的數量是136.41億m3，2007年太湖流域來水量是145.00億m3，根據對上海市水資源承載力分析，上海市水資源的可供給比例0.25，得到上海市水資源的可利用量為36.25億m3，但上海市是一個水質型缺乏非常嚴重的地區，根據2007年上海市水利部門的水質綜合評價結果，全市16條主要骨干河道，水質優于Ⅲ類（含Ⅲ類）僅占12.5%，水質是Ⅳ類占17.9%，水質劣于Ⅴ類（含Ⅴ類）占69.6%，因此上海市真正可以利用的太湖水只能是很少的一部分，可利用量僅有4.53億m3，遠小于上海市水資源的需求量，可以計算出水匱乏度高達30.11億m3，水資源利用呈嚴重的不可持續狀況，這與實際情況是一致的。

2.2.2 江蘇省。2007年太湖來水量是79.95億m3，水資源的利用率僅有16.7%，因此可以得到太湖可利用水量為13.30億m3，全省691個河流水質斷面中，優于Ⅲ類（含Ⅲ類）僅占31.0%，因此江蘇省可利用的太湖水量僅有4.12億m3。而2007年江蘇省三大產業的水資源的需求總量約為252.99億m3。江蘇是一個水質型缺水和資源型缺水并存的省份，蘇南地區屬水質型缺水，淮北地區為資源型缺水。隨著經濟社會的不斷發展，江蘇水污染問題日益突出，全省66.7%以上地表水劣于Ⅲ類標準，單位面積污染負荷全國第一，水資源狀況不容樂觀。2007年水資源匱乏高達61.41億m3，這與實際情況符合。

2.2.3 浙江省。2007年太湖來水量67.58億m3，水資源的利用率達23.6%，浙江省全年期河流評價中水質優于Ⅲ類（含Ⅲ類）占53.8%，水質是Ⅳ類占12.7%，水質劣于Ⅴ類（含Ⅴ類）占33.5%，因此可利用太湖水量是8.58億m3，相對于2007年浙江省對第一、第二、第三產業水資源的需求量63.66億m3而言，供不應求，且可以計算出浙江省2007年水匱乏高達7.42億m3，水資源出現嚴重的短缺現象，水資源不可持續利用。

2.2.4 安徽省。2007年安徽省三大產業對水資源的需求量是0.24億m3，監測的234個國控、省控河流（湖泊、水庫）地表水斷面（點位）中，45.7%的水質優于Ⅲ類（含Ⅲ類），31.2%的水質輕度或中度污染，為Ⅳ～Ⅴ類；23.1%的水質重度污染，為劣Ⅴ類。2007年安徽省可利用的太湖水為0.41億m3，大于其需求量，水資源可持續利用。

比較上海、江蘇、浙江和安徽的水足跡，發現安徽省的水足跡最低，因為安徽省的經濟相對于上海市、江蘇省和浙江省，大部分的用水量集中在第一產業，經濟相對比較落后，而江蘇省的水足跡最高，對水資源的需求量較大，這與江蘇省重點發展重工業密切相關，經濟增長較快，導致了江蘇省缺水嚴重，需要占據其他地區的水資源，同時工業發展過快導致了很多水污染，對各個地區水資源的供需分析為流域補償機制的建立提供理論基礎。

3 結論與討論

太湖流域是我國經濟社會最發達的地區之一，在產業結構上，第二產業比重較大，其中重工業占第二產業的絕大部分比例。隨著經濟的快速發展，經濟發展與水資源污染之間的矛盾日益突出，優化產業結構，增大第三產業比重，同時調節第二產業輕、重工業比例關系。作為衡量水資源需求量的水足跡，可以很好地揭示區域內人類消費和水資源利用之間的關系，太湖流域2007年總水足跡是453.30億m3，第一、第二、第三產業水足跡分別為37.95、351.39、63.96億m3，第一產業用水中農業占絕大部分，主要是直接用水，用水效率較低，通過加強農業節水提高農業用水效率。第二產業和第三產業主要是間接用水比較多，第二、第三產業的產品的原材料大多來源于第一產業，第一產業中產生的大量虛擬水以中間投入方式轉移到了第二、第三產業的產品中去，因此可以提高太湖流域第一產業的用水效率來有效地降低第二、第三產業的用水系數，提高第二、第三產業的用水效率。同時太湖流域也可以通過調整產業結構來降低水足跡，在調整產業結構時，考慮到第三產業的用水系數較低，通過增加第三產業的份額可以減少太湖流域的總水資源耗用量。

太湖流域水資源問題涉及到經濟社會的方方面面，流域內各級政府必須加強流域管理，提高人們環保意識，調動人們積極性，要建立健全的合理的上下游地區補償機制，具體可以從以下幾個方面著手：實行用水總量控制，促進水資源可持續利用；強化水功能區達標管理，有效保護水資源；加強工程科學調度，提高水資源保障水平；建立健全的補償機制；制定法律。同時還應把環境政策與產業政策結合起來。

參考文獻

[1] ALLAN J A.Fortunately there are substitutes for water otherwise our hydro political futures would be impossible[C]//Prioritized for Water Resources Allocation and Management.London，United Kingdom：ODA，1993：13-26.

[2] HOEKSTRA A Y，HUNG P Q.Globalization of water resources：International virtual water flows in relation to crop trade[J].Global Environmental Change Part A，2005，15（1）：45-56.

[3] BICKNELL K B，BALL R J，CULLEN R，et al.New methodology for the ecological footprint with an application to the New Zealand economy[J].Ecological Economics，1998，27：149.

[4] LENTEN M，MURRAY S A.A modified ecological footprint and its application to Australia[J].Ecological Economics，2001，37：229.

[5] DIETZENBACHER E，VELZQUEZ E.Analyzing Andalusian virtual water trade in an input-output framework[J].Regional Studies，2007，41（2）：185-196.

[6] 黃曉榮，汪黨獻，裴源生.寧夏國民經濟用水投入產出分析[J].資源科學，2005，27（3）：135-139.

[7] 羅利民，王超，顧強生，等.基于投入產出分析法的節水經濟效益分析[J].水利經濟，2006，24（2）：17-20.

[8] 尚海洋，徐中民.甘肅省2002年生態足跡的投入-產出分析[J].冰川凍土，2007，29（5）：837-844.

[9] 王亞菲，陳長.北京市生態足跡的投入產出分析[J].生態與環境，2009（4）：129-134，148.

[10] 趙旭，楊志峰，陳彬.基于投入產出分析技術的中國虛擬水貿易及消費研究[J].自然資源學報，2009，24（2）：286-294.

[11] 國家統計局國民經濟核算司.中國地區投入產出表（2007）[M].北京：中國統計出版社，2007.安徽農業科學，Journal of Anhui Agri. Sci.2014，42（16）：5175-5177，5185責任編輯 張彩麗 責任校對 況玲玲