基于ARIO的災后區域經濟模擬與重建資金分配研究
——以湖北省2016年洪災為例

劉高峰,寧思雨,王慧敏

(1. 河海大學商學院,江蘇 南京 211100; 2. 河海大學管理科學研究所,江蘇 南京 211100)

受全球氣候變化和人類活動的影響,暴雨、洪澇、颶風、高溫等極端天氣事件發生頻次和強度明顯增大。重大自然災害的發生不僅會造成房屋、基礎設施、自然資源等有形資產的直接損失,還將通過供給中斷和需求減少引起產業密切關聯的經濟系統發生連鎖反應,帶來更大的間接損失[1-2]。2016年,我國發生全國大范圍洪澇災害,多地爆發山洪、泥石流、滑坡、塌方、潰堤等險情,其中湖北省受災最為嚴重,因洪澇停產工礦企業1977個,工業直接經濟損失達17.69億元,間接經濟損失為4.54億元,嚴重影響區域經濟發展。2021年河南“7·20”特大暴雨災害,造成全省16市150個縣(市、區)1478.6萬人受災,因災死亡、失蹤398人,直接經濟損失高達1200.6億元,災害導致的交通停運、企業停工停產等間接經濟損失更是難以估量。災后快速恢復重建是確保災區未來社會經濟全面發展、和諧穩定的強有力措施[3]。一般來說,產業經濟系統關聯性越高,災害損失就越大[4],災后經濟恢復時間也越長[5]。而重建資金的投入,將影響產業部門獲得的超額生產能力,從而縮短經濟恢復時間[6-7]。由于不同產業部門經濟貢獻度不一樣,獲得不同的災后重建資金后對經濟恢復的推動效果也不一樣,因此,災后重建資金如何在各產業間合理分配,即重建資金“怎么投”可使災后經濟恢復時間最短、恢復效率最高,是亟待解決的難題。

目前對災后重建資金投入和經濟恢復的研究主要以投入產出(input-output,IO)模型和可計算的一般均衡(computable general equilibrium,CGE)模型為主。IO模型是一個靜態經濟模型,借助產業經濟系統的關聯結構,將各生產要素的消耗和使用轉化為具有一定經濟效益的價值產出,已被廣泛應用于包括經濟、環境、信息等在內的諸多領域,真實反映了各關聯主體的經濟聯系[8],適用于短期的經濟動態變化。已有學者利用IO模型的產業關聯結構,分析了災害產生的間接經濟損失在產業間的擴散影響及其經濟損失變化規律[9-11]。CGE模型是一種動態評估宏觀經濟政策變化對生產水平影響效果的模擬方法[8],適用于長期經濟變化。吳先華等[12]利用CGE模型分析了災后投入水平對提高經濟恢復效率的影響,Hallegatte[13-14]在傳統IO模型基礎上,考慮生產能力變化并結合區域經濟系統特點,提出了區域適應性投入產出(adaptive regional input output,ARIO)模型,可以將災后生產的動態變化納入災后經濟模擬中。目前該模型已被應用于評估地震、臺風等災害的災后社會經濟損失及恢復[7,15-16]。還有學者從災后響應情景出發,模擬不同資源投入對災后經濟恢復時間長短的影響[17-18]。

雖然已有不少學者利用IO模型探究重建資金對災后經濟恢復水平和恢復時間的影響[19-22],解決了災后經濟恢復所需的“投多少”問題,但現有研究一般假設災后重建資金應按照各部門的生產規模進行均衡投入,忽略了產業部門的經濟屬性和對災后經濟恢復貢獻水平的差異性。本文結合產業經濟系統理論及投入產出方法,構建基于ARIO的災后區域經濟模擬模型,設計不同重建資金分配方案,并以湖北省2016年洪災為例,探討不同重建資金分配方案對災后經濟恢復的影響。

1 模型構建與方案設定

1.1 基于ARIO的災后區域經濟模擬模型

1.1.1基本原理

為準確計算災害對區域產業經濟系統的影響,利用ARIO模型,在傳統投入產出表基礎上建立當地投入產出(local input-output,LIO)表,假設生產所需的中間消耗和最終產品可以從受災區外引入,將災害沖擊造成的直接經濟損失以各產業部門生產能力的下降來表示,并根據投入產出基本公式計算初始總產出,直到經濟生產達到新的供需平衡狀態。各產業部門的生產量可通過下式計算:

(1)

式中:Yi、Yj分別為第i個部門、第j個部門的產出;Ai,j為第i個部門生產過程對第j個部門的產品消耗系數;Dlf,i為對第i個部門的當地最終需求;Ei為第i個部門的出口需求;Dh,i、Dj,i分別為家庭重建、第j個部門重建對第i個部門的需求。當生產量等于總需求時,經濟系統達到平衡狀態。

1.1.2生產模擬

a.初始生產量。第i個產業部門的初始產量Y0,i可通過下式計算:

Y0,i=(1-A)-1Dtf,i

(2)

式中:A為第i個部門的產品消耗系數;Dtf,i為第i個部門的總最終需求,包括當地最終需求、出口需求和重建需求。

b.生產容量。遭受災害沖擊后,各部門生產能力下降,部門i的災后生產容量Ycap,i可通過下式計算:

Ycap,i=Y0,i(1-Δi)αi

(3)

式中:Δi為產業部門i的生產資本的損失比例;αi為第i個產業部門的生產能力。如果沒有庫存的限制,部門i受災后的生產量Yopt,i等于總需求DT,i和生產容量Ycap,i的最小值,即Yopt,i=min{Ycap,i,DT,i}。

重建資金的投入將為產業經濟系統的災后恢復帶來超額的生產能力,假設超額生產能力γ等于重建投入資金(RF)占當年國內生產總值(GDP)的比值,則在重建資金的支持下,最大生產能力αmax=γ+1。當災區生產能力不足,引入區外新生產量,將使得災區自身的生產能力出現超額生產的情況,生產能力將持續增加并達到最大。災后第i個產業部門t+1時段的生產能力αi,t+1可通過下式計算:

(4)

c.庫存的影響。在災后恢復過程中,生產性資產、基礎設施等受到災害沖擊,部門生產更依賴于庫存。假設現有庫存S為產業部門i擁有的部門j的產品庫存,Sm為產業部門j的目標庫存,Ycap,i(或者總需求DT,i)為一定時間內的最大生產容量。目標庫存等于在給定的目標庫存補給時間nij內,滿足部門i生產所需的部門j的產品量,即Sm=nijmin{Ycap,i,DT,i}Ai,j。假設現有庫存低于實際需求庫存,生產出現瓶頸,產業部門i的生產就會受到供應其原料的產業部門j的約束,實際需求庫存Sr可通過下式計算:

Sr=nijYiAi,j

(5)

目標庫存Sm和實際需求庫存Sr不一樣,前者是保證最大生產所需的量,后者是實際生產所需投入的量,后者將直接影響部門的實際生產。生產部門i的實際最大生產能力Ymax,ij受生產部門j的產品庫存限制,計算公式為

(6)

式中ψ為庫存不足時生產降低的系數,受經濟系統規模和產業部門內企業異質程度影響。受庫存影響,產業部門i的實際生產量等于受所有部門限制影響下的產能最小值。

1.1.3需求模擬

(7)

式中:τist為部門i目標庫存恢復的適應性時間參數,假設所有部門相同。最終需求Dtf,i包含當地最終需求Dlf,i、出口需求Ei和重建需求Ri。

重建需求表示災后修復和重置家庭部門和產業部門破壞產生的需求,每一階段獲取的總重建量ΔRi、家庭重建量ΔDh,i和產業部門重建量ΔDj,i可通過下式計算:

(8)

式中:Oi、O0,i分別為產業部門i的實際需求和初始需求。災后生產增加有效減少了災害破壞造成的經濟影響,因此重建需求會不斷減少。綜上,可以得到:

(9)

重復上述迭代過程,當總需求DT,i與實際生產量Yi相等時,產業部門i能恢復到災前的供給狀態,迭代結束。

1.2 重建資金在不同產業間的分配方案設定

為探究重建資金在不同產業部門的分配方案對災后經濟恢復的影響,本文根據產業部門的經濟屬性和實際災損情況,將重建資金投入分配方案分為3種:均衡投入、高貢獻產業優先、災損彌補與高貢獻產業優先相結合。根據上述災后區域經濟模擬框架,計算不同重建資金分配方案下的災后經濟恢復變化。

1.2.1均衡投入方案

將災后重建資金按照各產業部門的生產規模(各產業部門GDP占國民經濟總值的比)進行分配。假設均衡投入方案災后重建資金總額為Ftr,則產業部門i按生產規模大小獲得災后重建資金Fire:

(10)

式中:Gi為產業部門i的GDP;n為產業部門數。均衡投入方案各產業部門新的生產能力即為Fire/Gi。不斷迭代生產和需求過程,當生產水平滿足災后需求時,得到該方案下的災后經濟恢復時間te。

1.2.2高貢獻產業優先方案

產業部門對國民經濟的貢獻一般是通過資源投入、經濟關聯等方式帶動產業部門生產、消費水平的變化,從而引起總產值的變化[23-24]。基于區域適應性投入產出方法,計算不同產業對區域經濟的貢獻率,按照貢獻率對重建資金進行分配。各產業部門對國民經濟發展的貢獻Et等于直接經濟貢獻Ez和間接經濟貢獻Ej(包含前向產業推動貢獻Eq、后向產業拉動貢獻Eh和消費波及貢獻Ex)之和。各產業部門對國民經濟發展的貢獻Et可通過下式計算:

Et=Ez+Ej=Ez+Eq+Eh+Ex

(11)

其中Ez=ZTΔXEq=WZΔXEh=ZTBΔX

Z=(zj)zj=gj/Qj

式中:Z為各產業部門的增加值系數向量;gj為產業部門j的GDP增加值;Qj為產業部門j的總產出;ΔX為各產業部門的投入增加值向量;W為完全分配系數;B為完全消耗系數;c為消費乘數。

高貢獻產業優先方案各產業部門獲得的災后重建資金Firf可用下式表示:

(12)

此時,各部門新的生產能力即為Firf/Gi。不斷迭代生產和需求過程,當生產水平滿足災后需求時,得到該方案下災后經濟恢復時間tf。

1.2.3災損彌補與高貢獻產業優先相結合方案

(13)

該方案各部門新的生產能力即為Firc/Gi,不斷迭代生產和需求過程,當生產水平滿足災后需求時,得到該方案下災后經濟恢復時間tc。

2 數據來源與模型參數設定

2.1 數據來源

考慮災害對社會經濟間接影響和災后恢復重建的典型性及相關數據的可得性,本文選取湖北省2016年6—7月間的暴雨洪澇災害為實證研究對象。湖北省是長江經濟帶最重要省份之一,地處亞熱帶,受每年梅雨季節和東亞季風氣候的影響,地區強降雨多且頻繁,易發生洪澇災害,嚴重制約了當地經濟的發展。2016年6月18日至7月21日梅雨期間,湖北省連續遭受6場大范圍強降雨,全省受災嚴重,共造成直接經濟損失750.60億元。由于投入產出表一般以省為單位編制,且湖北省全省均遭受嚴重洪災,因此本文將利用投入產出表描述湖北省國民經濟各部門間的投入和產出,運用ARIO模型模擬該省災后經濟恢復過程。

社會經濟數據來源于《湖北省統計年鑒2017》《2012年湖北省投入產出表》《2016年湖北省國民經濟和社會發展統計公報》,洪澇災害數據來源于《2016中國水旱災害公報》、水利部2016年統計數據以及2016年湖北省政府發布的《湖北省災后恢復重建總體方案》。本文基于湖北省2012年的傳統投入產出表,將原42部門合并為國民經濟核算中的15大產業類型[9],其固定資產及直接損失見表1。國家和湖北省共投資698億元用于災后恢復重建,占湖北省當年GDP的2.14%[25],根據式(4),其最大生產能力為102.14%。

表1 湖北省2016年15個部門固定資產及直接損失

2.2 模型參數設定

根據已有研究[6,13-14,18]和湖北省實際情況,對適應性時間參數、目標庫存補給時間、時間模擬步長等參數進行設定。①生產能力的適應性時間參數τα表示獲得的重建資金投入在一段時間τα內使生產能力達到最大,假定τα=360d,所有部門都相同;庫存恢復的適應性時間參數τist表示庫存將在一段時間τist內恢復,假定τist=30d,所有部門也相同。②目標庫存補給時間nij為部門i對部門j商品的庫存補給所需要的時間,假設nij=60d。③假定模擬時間步長δt=1d。

3 結果與分析

3.1 產業部門生產增加值隨時間變化的關系

根據2012年當地投入產出和2016年洪澇災害后各產業的直接損失數據,模擬了湖北省災后區域經濟的生產與需求變化,計算在實際投入698億元情況下(此時αmax=102.14%)災后區域經濟恢復變化情況。圖1為湖北省洪災后經濟恢復期間生產增加值的變化率,生產增加值變化率呈現先驟減后快速恢復并緩慢趨于平穩的特點。

圖1 湖北省洪災后經濟恢復期間生產增加值變化率

一般認為,災后經濟恢復是指從開始受到災害沖擊到區域經濟重新恢復到災前水平,并滿足正常生產生活需要所經歷的階段。但是,從災后重建的角度出發,區域經濟能滿足重建需求和生產所需就預示著災后重建結束。因此,災后重建恢復視角下的區域經濟恢復時間,是指受到災害沖擊開始到災后重建結束所經歷的時間。產業部門生產增加值在災后經歷了4個階段(表2)。在T1階段,災害直接破壞廠房設備等生產性資產,在短時間內導致生產驟減。而后,由于產業間的關聯性,區域經濟系統內其他產業的生產水平持續下降,下降幅度最大為6.28%。在T2階段,由于災后重建資金的投入,災后生產在一定時間內獲得了極大的超額生產能力,生產水平不斷提升,在重建工作進行11月左右,恢復至災前水平。但是,由于災后重建帶來了更高的需求,拉動生產持續增加,直至第19個月后生產增加值達到最高。在T3和T4階段,由于重建需求的減少會產生產量過剩,最終生產和需求減少并逐步趨于穩定,直至洪澇災后第98月,經濟回到災前水平。本文所指的區域經濟恢復時間是0～T3時間段,即從災害發生到重建結束所經歷的時間。2016年湖北省政府實際投入698億元的重建資金,模擬得到湖北省洪災后經濟恢復期約為598d。根據湖北省政府公布的《2017年湖北政府工作報告》《2018年湖北政府工作報告》,截至2018年2月,湖北省2016年暴雨洪災后經濟恢復重建工作基本完成,共歷時20月,與本文模擬值598d非常接近。因此,本文建立的災后經濟恢復時間模擬模型能反映湖北省2016年洪災后區域經濟的變化。

表2 災后經濟恢復中生產增加值變化階段

3.2 不同重建投入資金與災后經濟恢復時間關系

災后一定時間內能達到的αmax在100%、102.14%、110%、120%、150%情景下災后經濟恢復的變化與恢復時間見表3(后3種情況均超出正常生產能力)。隨著αmax的提升,生產增加值的下降幅度不斷減小,從下降6.44%減小到下降3.69%。由于生產能力的提升幅度變大,且產業間關聯擴散導致的間接損失也不斷下降,在無超額生產能力的情況下,間接損失達588.61億元,超額生產能力提升10%,間接損失下降30%左右。生產增加值變化率最大值也隨著αmax的提高而變大。在無超額生產能力的情況下,生產緩慢恢復,在災后3203d回到災前水平,生產增加值與災前相比無增加;最大生產能力為110%時,生產增加值上升0.52%,重建結束時間為445d;但當最大生產能力提升到150%時,生產增加值上升1.98%,與最大生產能力110%時相比,重建恢復時間僅縮短了137d。

表3 不同最大生產能力下生產增加值變化、間接損失與經濟恢復時間

分析表3發現,最大生產能力越高,間接損失越小,重建恢復時間越短。同時也發現,最大生產能力越高,其最大生產增加值越高,由于區域經濟需要一定適應過程,在其恢復平衡過程中,表現出較明顯的震蕩性,如當最大生產能力提升到150%時,在恢復初期出現較明顯的震蕩,隨后逐步趨于平穩。由于最大超額能力是由重建投入資金的大小決定的,洪災后經濟恢復時間隨著災后重建投入資金的增加而不斷縮短,重建資金與災后恢復時間呈指數關系(圖2)。當重建投入資金為6453億元,即占2016年湖北省GDP的20%時,災后經濟恢復時間為378d,比實際投入698億元的經濟恢復時間縮短半年多,如果重建資金繼續增加至GDP的50%時,災后經濟恢復時間為308d,僅縮短了70d。

圖2 重建資金變化對災后經濟恢復時間的影響

3.3 不同重建資金分配方案下災后經濟恢復時間

為分析重建資金分配對重建時間的影響,設定重建投入資金達到2016年湖北省GDP的20%,即重建投入資金為6453億元(此時αmax=120%),模擬均衡投入(方案1)、高貢獻產業優先(方案2)、 災損彌補與高貢獻產業優先相結合(方案3)3種重建資金分配方案下的災后經濟恢復時間(表4)。由于僅能獲取農業、工業、建筑業、批發和零售、交通運輸和倉儲、住宿和餐飲、金融業、房地產業、其他等9部門的數據,因此將采礦業、制造業、能源供應業合并為工業,假設這3個產業能達到的最大生產能力相同;將信息業、科學研究和技術服務業、行政機關及其他社會服務業、教育文化體育事業、衛生和社會工作合并為其他產業,假設這5個產業能達到的最大生產能力也相同。

表4 3種情景下的資金分配方案、最大生產能力及經濟恢復時間

3種重建資金分配方案下災后經濟恢復時間差異顯著。按恢復期從短到長的方案順序是:方案2(312d)、方案3(323d)、方案1(378d)。在方案1下,重建資金根據各產業增加值占GDP比例進行分配,得到各產業的最大生產能力相同,均為120%;在方案2下,重建資金根據各產業對國民經濟發展貢獻率的比例進行分配,工業、房地產業、交通運輸和倉儲產業獲取重建資金較多。由于這3個產業的大力拉動,區域經濟恢復時間為312d,比方案1縮短66d。因此,將重建資金分配在對國民經濟貢獻較大的產業能有效縮短經濟恢復時間;方案3將一部分資金用于彌補損失、保障民生,各產業能獲取的重建資金較方案2少,各產業能達到的最大生產能力也較低。因此,方案3下經濟恢復時間較方案2長11d。

4 結 語

區域經濟從受到災害沖擊到恢復災前平衡狀態歷經4個階段:生產驟減損失不斷擴大、生產快速回到災前生產水平、生產持續增加、生產回到災前平衡狀態。從湖北省2016年洪災后經濟恢復過程發現,災后111d內生產增加值一直下降,表明損失不斷加大,這也是災害防控的關鍵時期。生產增加值快速下降是由于產業關聯帶來的間接損失直接影響區域經濟的恢復。因此,要完善自然災害損失統計制度,重視災害擴散引起的間接經濟損失,建立科學、全面的災害損失評估體系,開展自然災害間接經濟損失及宏觀經濟影響、災害對貧困與區域發展影響等方面的研究,為災區災后恢復重建提供決策支撐。

洪災后經濟恢復時間與重建資金呈指數關系。隨著重建資金投入的增加,區域災后經濟恢復時間不斷減少。當湖北省重建資金投入為GDP的20%時,災后經濟恢復時間為378d,比實際投入698億元時經濟恢復時間縮短半年多。可見,加大重建資金投入力度、健全災后重建資金籌措機制非常重要。積極爭取中央支持,加大地方各級投入力度,建立健全政府主導、社會多元化投入的資金籌措機制,建立多渠道的社會資金動員和參與機制,積極運用市場機制動員企業參與災后重建,有助于減少災后重建時間,增強區域經濟恢復能力。

在“以保障安全和改善民生為核心”的國家災后重建理念指導下,災損彌補與高貢獻產業優先相結合方案比高貢獻產業優先方案更優。從湖北省2016年洪災后重建實證分析過程發現,高貢獻產業優先方案下災后經濟恢復時間比均衡投入方案縮短66d,但比災損彌補與高貢獻產業優先相結合方案僅縮短11d。因此,可以優先考慮災損彌補與高貢獻產業優先相結合方案,先將一部分重建資金用于彌補災害損失來保障民生和基本生產生活,然后將剩下的資金分配在對國民經濟貢獻較大的產業,從而進一步建立健全洪澇災害后重建資金分配使用制度,提高災后重建效率。