基于生產視角的中國水足跡地區間差異：“總量—結構—效率”分析框架

吳兆丹　Upmanu+LALL　王張琪　+田澤

摘要 我國水資源短缺地區間差異問題正引起各界關注，分析比較各地區用水總量、結構及效率，是我國構建特色水安全保障體系、實施最嚴格水資源管理制度的前提。在“總量-結構-效率”分析框架下，采用多區域投入產出分析、錫爾指數空間差異分解、偽基尼系數差異成因分解等方法，分析我國30省級行政區（除西藏）42經濟部門生產視角下水足跡（生產水足跡）地區間差異及其成因，為我國合理高效調整生產以降低水足跡提供依據。研究結果表明：①我國生產水足跡總量、結構、效率地區間差異明顯。②生產水足跡經濟區域間差異是其總體空間差異的主要成因（貢獻率69.46%），而農林牧漁業生產水足跡經濟區域間差異是生產水足跡經濟區域間差異的重要貢獻因子（貢獻率59.19%），其關鍵因子為該部門最終需求量經濟區域間差異（貢獻率74.57%）；水資源壓力指標總體空間差異主要源自經濟區域內省區間可利用水資源量對應差別。③農林牧漁業直接用水系數與最終需求量、食品制造及煙草加工業最終需求量、住宿餐飲業用水乘數與最終需求量等省區間差別分別是三大產業生產水足跡省區間差異主要貢獻因子。④生產水足跡強度省區間差異主要源于農林牧漁業生產水足跡強度對應差異；煤炭開采和洗選業、石油和天然氣開采業對工業生產水足跡廢棄率省區間差異的貢獻高于其他經濟部門。

關鍵詞 水足跡；生產視角；多區域投入產出分析；差異分解；中國特色水安全保障體系

中圖分類號 X37 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2015）12-0085-10

21世紀水資源戰略倍受全球各國政府重視，我國水資源短缺地區間差異問題也正引起各界關注。堅持貫徹“節水優先、空間均衡”治水思路加強需水管理是構建中國特色水安全保障體系的重要內容之一。“節約水資源，保障水安全”已成為我國紀念2015年“世界水日”和“中國水周”活動的宣傳主題。我國最嚴格水資源管理制度的指導思想中強調需嚴格控制用水總量，全面提高用水效率。而把握結構有利于在總量控制中加強針對性，提高控制效率。因此，分析比較各地區用水總量、結構及效率，是我國構建特色水安全保障體系、實施最嚴格水資源管理制度的前提。

1 文獻綜述

“水足跡”概念由Hoekstra A Y于2002年首次提出，指一國（地區或人），在一定時間內消費的所有產品和服務所需要的水資源數量（這里對產品或服務的消費包括對產品或服務的最終需求，以及對當地居民直接生活用水的消費），包括直接取水量以及對除水資源外其他有關產品或服務所含虛擬水的使用量[1]。為全面反映用水需求和用水過程，基于供應鏈把握個體和組織的水資源消費行為對全球環境的影響，區域用水情況分析應基于水足跡進行。由于產品或服務的流動，區域生產和消費中的水足跡往往并不相等。而“水足跡”被提出的初衷即為衡量區域或人的消費活動對水資源的使用情況，因此國內外已有相關研究多采用消費視角，分析消費活動中的水足跡。如Cazcarro等對西班牙水足跡的評價[2]、Hoekstra等對全球水足跡的評估[3]、Ewing等對地區生態足跡和水足跡的整合[4]、可口可樂公司對歐洲糖類水足跡的研究[5]、Feng等對英國水足跡的空間分析[6]、王曉萌等對我國14個產業部門水足跡演變及其影響因素的分析[7]，王巖等對北京水足跡的估算[8]，等[9-10]。

但生產活動耗水量最終也將用于滿足需求，與地區GDP的比值可體現當地生產中水消耗對應經濟效益，與地區可利用水資源結合可反映當地生產用水對可利用水資源的壓力情況。國內外有少量相關研究基于生產視角。Mekonnen等估算了全球電力和熱力生產中的水足跡[11]、Palhares等對傳統和有機奶生產系統水足跡進行了比較[12]、Mekonnen等在流域間及國家間兩種空間維度上分析了拉丁美洲和加勒比地區生產活動中水足跡[13]、Olsen等評估了歐洲洋蔥生產水足跡[14]、IFC等分析了脫水洋蔥生產中的水足跡地區間差異[15]、Yu等估算了英國生產活動對應水足跡[16]。國內該類研究有宋智淵等對敦煌市農業水足跡[17]、史利潔等對陜西省主要作物生產水足跡[18]、軒俊偉等對新疆13個地（州）主要農作物生產水足跡[19]、Feng等對黃河流域源于當地生產的水資源消耗量[20]、Dong等對遼寧水足跡[21]、耿涌對流域生產活動中水足跡[22]的量化分析。

吳兆丹等：基于生產視角的中國水足跡地區間差異：“總量-結構-效率”分析框架

中國人口·資源與環境 2015年 第12期但目前生產視角下我國水足跡已有研究仍有不足之處。第一，空間范圍上，較少針對南方及經濟落后區域，而南方地區存在“水多、水少、水臟、水渾”等水資源問題，經濟落后區域水足跡尤其是其農產品水足跡量也不容忽視。第二，空間尺度上，對“全國整體范圍”研究較多，而結合“省區”、“市”等較小尺度的研究較少，且缺乏統一分析口徑，據本人所知尚無對全國各地區的比較研究。這些導致研究結果的準確性、可比性較低，不利于各地區充分挖掘自身發展潛力及其他地區借鑒意義。第三，內容上，我國第二、三產業用水量不斷增加，水資源再利用、污水處理問題等愈顯重要。研究第二、三產業水足跡是分析我國用水情況的重要內容，但目前該類研究仍較薄弱。第四，經濟部門劃分多較粗略[7，23-24]，不能詳細反映各部門水足跡情況，影響研究結果的實用性。第五，虛擬水強度估算上，外地產品虛擬水強度多以本地該產品虛擬水強度代替，降低結果的準確性。第六，用水效率指標上，一方面，已有基于水足跡的水利用經濟效率研究多以地區消費視角下水足跡與當地GDP之比來表示。但實際上伴隨產品或服務的流入，地區消費視角下水足跡的來源有當地水和外地水兩種，故該比值實質上是當地單位GDP對應的源于當地水和外地水的水足跡量，不能準確體現利用當地水的經濟效率情況。另一方面，為反映地區水利用的有效程度，已有研究多通過比較地區消費視角下水足跡與廢水量來表示水足跡廢棄率，但該水足跡對應當地消費活動，而廢水量源于當地生產或居民生活直接用水，故該比值所比較的兩部分口徑并非一致，不能確切反映地區水利用有效程度。

本文將基于生產視角的水足跡定義為生產水足跡，指在一定時間內，為滿足當地最終需求、外地最終需求或當地居民生活直接用水需求，由當地所有產品和服務的生產所消耗的，源于當地水的水資源量（譯自“Domestic Water Footprint”及其定義）[20]。采用多區域投入產出（MRIO）分析、錫爾指數空間差異分解、偽基尼系數差異成因分解等方法，研究我國生產視角下水足跡地區間差異及其成因，具體分析基于“總量-結構-效率”分析框架。通過總量分析，區分我國除西藏外的30個省區，展現我國生產水足跡總體空間分布情況；結合結構分析，區分三大產業并細分國家統計局投入產出部門分類中42經濟部門，呈現我國各產業生產水足跡地區間差異及其成因，可作為識別產業水足跡降低中調整生產時應重點關注的省區及部門的依據；基于效率分析，構建生產水足跡強度指標，以地區的生產水足跡與GDP之比表示當地生產活動中水利用的經濟效率，并建立工業生產水足跡廢棄率指標，以地區工業廢水量與工業生產水足跡的比值反映當地工業生產過程中水利用的有效程度，從經濟效率、廢棄率兩方面反映地區生產活動用水效率，可為評價地區降低水足跡中調整生產的必要性提供參考。區分同種產品在不同產地的虛擬水強度，在視角、空間范圍與尺度、內容、經濟部門劃分、虛擬水強度估算及用水效率指標等方面對已有研究不足有部分彌補作用，為我國合理高效調整生產以降低水足跡提供較科學依據，并在研究視角及用水效率指標構建上有一定創新。

2 研究設計

2.1 研究方法

MRIO分析可反映區域間經濟部門間虛擬水投入產出情況，全面體現各地區水足跡部門及來源結構，提高水足跡估算結果的準確性；與其他多個區域之間的投入產出模型相比數據要求較低，無需分區域、分部門的區域間產品流量數據；能區分當地生產技術和貿易模式對水足跡的影響。因此，MRIO分析方法對水足跡分析具有一定適用性及優點，目前已有研究基于該方法量化水足跡[20，25]，本文也將采用MRIO分析方法估算我國各省區水足跡。

為更準確分析我國生產水足跡、水資源壓力地區間差異成因，本文需區分經濟區域間和經濟區域內省區間兩部分差異對總體空間差異的貢獻，而錫爾指數空間差異分解方法正適用于此。故本文將采用該方法，依據2002，2007年中國區域間投入產出模型中對經濟區域的劃分[26]（東北區域：黑龍江、吉林和遼寧；京津區域：北京和天津；北部沿海區域：河北和山東；東部沿海區域：江蘇、上海和浙江；南部沿海區域：福建、廣東和海南；中部區域：山西、河南、安徽、湖北、湖南和江西；西北區域：內蒙古、陜西、寧夏、甘肅、青海和新疆；西南區域：四川、重慶、廣西、云南、貴州和西藏。），分解我國生產水足跡、水資源壓力總體空間差異。偽基尼系數差異成因分解方法可將區域總體差異分解為其不同分項因子差異的貢獻率。本文將采用該方法，分析各經濟部門生產水足跡及居民生活直接用水對生產水足跡空間差異的貢獻程度，并將部門生產水足跡地區間差異分解為部門直接用水系數、用水乘數及最終需求量三方面地區間差異；將水資源壓力指標空間差異分解為生產水足跡與可利用水資源量兩方面空間差異；將效率指標地區間差異分解為各部門對應效率地區間差異，得到總差異主要成因。

2.2 水足跡多區域投入產出表編制

我國最新30省區42經濟部門多區域投入產出表是本文基于MRIO方法構建我國各省區細化部門水足跡模型的前提。目前已有學者出版了我國多區域之間的投入產出表，但其中最近年份即2007年對應表均僅公布了合并省份或合并部門后的表格[26-27]，故這里需根據我國最新的各地區投入產出表編制該表[28]。當前我國最新的各地區投入產出表為《中國地區投入產出表2007》，投入產出表所體現的各種系數在相當長的時期內是有效穩定的，故基于該表研究水足跡的結果對表對應年份后一段時期內相關情況仍有一定代表性[29]。我國水足跡多區域投入產出模型基本形式如下：

于是最終需求矩陣FD構成如下：

FD=[FD1，FD2，…，FD30]，FDm=[Rm，Um，Gm，FCm，INm]，其中Rm、Um、Gm、FCm、INm分別是R、U、G、FC、IN的第m列。

基于該模型，我國水足跡多區域投入產出表的基本編制思路如圖1，基本框架形式如表1。其中區分四列貿易包括對各省區投入產出表中無進口或出口列省份的進出口量估算、30省區進出口價格調整、省區間流入流出列估算。省區間貿易矩陣估算的雙約束引力模型中，各部門距離系數γ引用“1997年中國區域間投入產出表”編制中距離系數估算結果[30]。

其中，WWI是地區年工業廢水量；WDom，I為當地年工業生產水足跡。將式（11）中各指標換成某具體工業部門對應指標，即可得該工業部門年生產水足跡廢棄率。

2.4 數據來源

我國地區人口、工業廢水排放量以及生活污水排放量數據源自國家統計年鑒，地區分經濟部門產值參照我國地區投入產出表[28]。對各省區各部門直接用水量及居民生活直接用水量的確定，將基于各省區或所屬流域水資源公報、《中國環境統計年鑒》、我國“水利投入占用投入產出表”、《中國可持續發展戰略報告》，省區各部門用水定額、省區投入產出表中各部門源于“水的生產和供應業”部門的投入等。水資源公報中城鎮建筑業用水計入第二產業用水，服務業用水、生態用水納入第三產業用水。為估算第二產業和第三產業各部門直接用水量，先確定產業直接用水總額，再根據有關資料確定個別部門用水量，繼而將產業直接用水總額減去已確定的部門用水量后的值，在產業內其他部門間進行分配。第二產業該分配依據、當地工業廢水排放量計；第三產業分配依據中國投入產出學會課題組關于我國各部門用水系數的分析結果與各省區對應部門的產值之積[31]，并參考對應省份城市用水的重復用水比例加以調整。

3 實證結果與分析3.1 我國生產水足跡總量地區間比較