基于水足跡理論的水資源利用評價
——以我國紡織工業為例

高 妍1,2,馬廣奇1,李宗省

(1.陜西科技大學 經濟與管理學院,陜西 西安 710021;2.陜西國際商貿學院 信息工程學院,陜西 西安 712046;3.中國科學院寒區旱區環境與工程研究所,甘肅 蘭州 730000)

經濟發展和社會進步離不開對水資源的利用,作為自然資源重要組成部分的水資源,對人類文明和社會進步意義重大,但水資源分布不均衡影響著經濟和環境之間的協調發展[1]。長久以來，水資源污染重、數量消耗大成為制約著作為我國重要民生和支柱產業的紡織工業的發展,因此積極尋求一條提升水資源利用率的途徑十分必要。2002年由荷蘭學者首次提出的水足跡為這一問題的解決提供了新的思路。水足跡可理解為水資源留下的痕跡,表示一定時期內生產所消耗的水資源量。目前利用水足跡進行研究的領域較廣泛,研究對象涉及國家、流域、產品等[2-7]。戚瑞等采用水足跡相關理論評價和計算了大連市水資源的利用效率和可持續性狀況,并建立了相應的評價體系[8];楊帆等在計算江蘇水足跡的基礎上,利用水足跡強度量化水資源的利用效率為政府制定相關政策提供了依據[9],相關內容可為本研究提供一定的指導。

雖然目前研究水足跡的論文數量較多,但是涉及紡織工業的較少，探究提高紡織工業水資源利用率的文章更少。本文引入水足跡理論探討了我國紡織工業的用水情況,采用水足跡強度和水生產率定量評價水資源利用狀況,并對其可持續性進行了相應分析。

1 研究方法

1.1 水足跡基本原理和計算方法

依據水資源的來源和用途,可將紡織工業的水足跡分為藍水、初始灰水和殘余灰水足跡三類。其中,藍水足跡表示生產、消費過程中對地表水資源的消耗。計算公式為[9]:

WFbiue=Wtotal

(1)

式中,WFblue、Wtotal分別表示紡織工業藍水足跡和用水總量。

初始灰水足跡可定義為以當前環境的水質為標準,對排放的污水進行稀釋,達到規定的可排放標準需要的水量,可用來評價水資源的污染程度。計算公式為[9]:

(2)

式中,WFori-grey為初始灰水足跡;Lori(k)為排放前后污染物k的濃度差值;Csta(k)為規定的污染物k可排放的最高值;Cnat(k)為自然本地濃度稀釋污染物k的數量。

殘余灰水足跡可定義為將達到排放標準的廢水繼續進行稀釋,達到自然本底濃度時需要的水量。計算公式為[9]:

(3)

式中,WFres-grey為殘余灰水足跡;Lres(k)為廢水處理后污染物k的殘留量。

1.2 水資源利用率評價指標

本文參考碳足跡的分析方法[10],結合水足跡強度和水生產率的計算模型,對水足跡強度和水生產率做以下定義:水足跡強度定義為單位經濟產出量所消耗水的數量,可衡量水資源利用效率,水足跡強度越大，說明發生單位經濟產出時消耗的水資源數量越多,即對水資源的依賴性越高。計算公式為:

(4)

式中,WFS為水足跡強度(t/萬元);WF為水足跡(兆t/a);V為經濟產出量(萬元/a)。

水生產率可定義為消耗單位水資源所獲得的經濟價值的產出量,它是參考度量農業生產灌溉時水資源的使用效率而提出的。水生產率的值越大,說明對水資源的使用越有效,單位耗水所的經濟產出越多。計算公式為:

(5)

式中，WP為水生產率(萬元/t)。

2 結果及分析

2.1 紡織工業及各子行業水足跡變化趨勢

本文所使用的數據主要來源于《中國環境年鑒》、《中國工業經濟統計年鑒》和《中國環境統計年報》。將數據帶入公式(1)—(3)分別計算出我國紡織工業及各子行業的水足跡,計算結果見圖1。需要說明的是,按照國標GB/T4754-2017的行業劃分標準,紡織工業可劃分為化纖業、紡織業、服裝業和紡織設備制造業4個子行業。

圖1 2007—2017年我國紡織工業及其子行業水足跡

從圖1的變化結果可見,我國紡織工業藍水足跡變化趨勢整體呈現先降低后升高的趨勢,類似于 “V”型,2012年達到最小值,之后呈緩慢波動上漲趨勢,但漲幅相對較低。“十一五”到“十三五”初期,我國紡織工業藍水足跡的年均增長率分別為1%、-15.1%和7.8%,對水資源的消耗量中化纖業最高,其次是紡織業,第三是服裝業。紡織設備制造業的用水量最少,總體上服裝業和設備業變化較為平穩;2007—2010年藍水足跡較平穩,而2010年后開始明顯下降。在技術水平進步、節能減排技術推廣、相關規定的實施,如《工業和信息化部關于進一步加強工業節水工作的意見》(2010年)等的共同作用下,紡織工業水資源消耗量下降顯著,在“十二五”期間其增長率甚至一度為負值。但由于生產規模的不斷擴大、相關政策落實到達瓶頸期、產業布局優化升級不合理等因素,使藍水足跡又呈現出一定程度的升高趨勢。如2012年后的五年內藍水足跡表現為持續上升的趨勢,但幅度較小。

紡織工業初始灰水足跡呈現倒“V”型變化的趨勢,在2011年達到最高點的34.5億t,增幅達到50%,2011—2012年呈20.3%的大幅降低態勢,之后保持不斷降低趨勢。紡織業的初始灰水足跡消耗量在4個子行業中位居第一,第二是化纖業,第三是服裝業,紡織設備制造業最少。2011年之前，紡織工業生產規模不斷擴大,而污水處理技術水平不足,生產工藝和流程不夠優化使廢水中污染物數量不斷增加,說明清潔生產目標目前尚未實現,因此我國頒布了《關于印發國家環境保護“十二五”規劃的通知》(2011年),對生產廢水的排放標準和形式做了更嚴格的規定,許多不符合規定的企業被關停。從2012年開始，初始灰水足跡下降,此后表現出持續降低的態勢,證明政策執行的力度較好。

2007—2011年,我國紡織工業的殘余灰水足跡趨勢變化較為平穩,其中2008年和2010年較低,而此后7年呈現小幅逐年降低的趨勢,年平均降幅為-3.2%。在子行業的殘余灰水足跡數量中,紡織業最大,表明生產清潔度最差,是最需要進行清潔生產的行業,化纖業次之,而服裝業和紡織設備制造業殘余灰水足跡量最小。國家嚴格的降污減排政策和技術革新在一定程度上抑制了廢水中污染物數量增加,使紡織工業殘余灰水足跡整體呈波動降低趨勢,但降低幅度很小,說明近年來沒有產生更加新型有效的節能減排技術。

2.2 紡織工業的水足跡強度和生產率

為了更好地分析我國紡織工業在2007—2012年的水資源利用情況,對我國紡織工業的水足跡強度和水生產率進行了計算,結果見圖2和圖3。由圖2的變化發現,2007—2012年的水生產率表現出幅度較大的連續降低趨勢,2012年藍水足跡強度比2007年降低了68%,原因在于紡織工業的生產技術提升、節能減排技術推廣、各規章制度貫徹執行到位,促使生產效率提升,單位水資源消耗獲得的經濟產出量增加。2012年之后,水足跡強度開始緩慢下降,甚至出現小幅上漲,這是生產規模進一步擴大,而技術革新力度不足、落后的產能改造不到位、相關政策執行到達瓶頸期導致的。從“十一五”開始的三個“五年規劃”期間,紡織工業藍水足跡強度年均變化幅度分別為-13.7%、-10.1%、4.1%。從分行業來看,藍水足跡強度由大到小分別為化纖業、紡織業、服裝業和紡織設備制造業,且化纖業和紡織業的藍水足跡強度明顯高于服裝業和紡織設備制造業,說明化纖業和紡織業藍水利用率遠不及服裝業和設備制造業。圖3可明顯地觀察到服裝業和設備業的藍水生產率遠高于化纖業和紡織業。

圖2 2007—2017年我國紡織工業及其子行業水足跡強度

圖3 2007—2017年我國紡織工業及其子行業水生產率

紡織工業初始灰水足跡強度總體呈現波動降低的態勢,具體可分為三個階段:2007—2008年小幅上升之后持續下降，直至2011年左右回升。從紡織工業規劃發展的年份來看,三個“五年計劃”期間年均增長率分別為-7.1%、-16.9%、-6.4%,說明生產工藝不斷優化,清潔生產成效不斷凸顯,國家相關政策落實到位。2012年之后表現得更加明顯,在各子行業中,紡織業的初始灰水足跡強度最大,化纖業和服裝制造業次之,紡織設備制造業最小。灰水生產率是灰水足跡強度的倒數,其變化規律正好與水足跡強度的變化規律相反。綜合以上分析,紡織業的初始灰水足跡強度最高,水生產率最低,因此紡織業最需要大力推進清潔生產,提升清潔生產的力度。殘余灰水足跡強度和生產率的變化特征與初始灰水足跡類似,化纖業和紡織業的節能減排效果較明顯,但服裝業和設備業的水生產率一直有較大幅度變化,說明技術水平和生產規模目前還處于動態發展的階段。

2.3 紡織工業經濟變化與水資源消耗之間的關系

紡織工業的經濟發展狀況與水資源消耗之間存在非常緊密的聯系,水足跡強度和水生產率可在一定程度上反應經濟發展的水平,因此對水足跡的研究有利于用于指導紡織工業的健康與可持續發展。為了揭示水資源消耗情況與經濟發展之間的關系,以藍水足跡為基礎繪制2007—2017年我國紡織工業及各子行業水足跡強度與生產總值的變化趨勢圖(圖4)。

圖4 2007—2017年我國紡織工業及子行業水足跡強度與GDP的變化趨勢

從圖4的變化趨勢可見,2007—2017年我國紡織工業的GDP經歷了近3倍增長,由2.68萬億元上漲到6.89萬億元,而水足跡強度與之相反,降低趨勢明顯,由35.28t/萬元減少到11.11t/萬元。各子行業的GDP和水足跡強度的變化趨勢與行業整體類似,其中紡織業的相似度最高。不論哪個子行業,水足跡強度表現出與經濟發展相反的變化趨勢。為了促進經濟發展,降低紡織工業水足跡強度勢在必行。

紡織工業水生產率與經濟發展之間的關系見圖5。從圖5可見其趨勢與水強度截然相反,紡織工業及各子行業的水生產率與經濟總量呈正相關,均表現為逐年上漲態勢,且兩者的變化趨勢基本類似,“十二五”期間水生產率上升幅度和速度最大,極大值出現在2015年,數值為0.107萬元/t,此后逐年緩慢減小。服裝業、設備業和紡織業變化趨勢較相似,2015年之前呈現波動上漲態勢,2015年達到最低點之后開始波動上升。化纖業的變化較特殊,2013年水生產率達到最大值,之后出現持續下降。但從整體的變化趨勢來看,研究區間內水生產率和經濟發展都表現出穩定上升的變化趨勢,因此提高各子行業的水生產率是保證經濟發展的重要措施。

圖5 2007—2017年我國紡織工業及各子行業水生產率與GDP的變化趨勢

3 結論與建議

3.1 結論

本文分析了我國紡織工業和各子行業水資源消耗情況以及與經濟發展之間的關系,得出以下主要結論:一是研究期間紡織工業及各子行業不同類型的水足跡均展現出不同的變化趨勢,從一定程度上可反應出當前的相關政策和技術水平進步的影響力,為制定相關政策提供了借鑒。二是2007—2012年,我國紡織工業藍水足跡強度減少比率為68%,水資源利用率顯著提升,各子行業中紡織業和化纖業的藍水足跡明顯大于服裝業和設備制造業;初始灰水與殘余灰水足跡強度在研究區間內呈逐年連續下降態勢,變化最明顯的是紡織業。三是紡織工業各類水足跡生產率均呈現出緩慢小幅波動增長的態勢。從各子行業來看,設備業和服裝業水生產率大于紡織業和化纖業,且變化幅度相對較大。

3.2 建議

根據上述結論，本文提出以下對策建議：為促進我國紡織工業的經濟發展,降低水資源消耗,提高水資源利用率,應進一步加強技術創新力度,推進清潔生產;促進產業結構尤其是紡織業的優化升級;著力完善各項法規政策和行業標準體系,為更好地實現清潔生產提供制度性保障,同時充分發揮輿論的監督作用。