劉金華，倪紅珍，汪黨獻(xiàn)，黃曉麗

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 水資源研究所，北京 100038；2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，北京 100011；3.中國灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054）

天津市位于海河流域各河系的下游，歷史上素有“九河下梢”之稱。天津市屬于資源型缺水城市，人均水資源占有量為160m3，為全國人均水資源占有量的1/15，位居全國各省市人均水資源量之末。2007年天津市用水總量23.41億m3，人均用水量210m3，超出天津市人均占有量的30%，水資源短缺已成為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的主要制約因素。面對有限的水資源和日益增長的用水需求，制定良好的水資源調(diào)配政策，設(shè)計合理的水市場是重新配置水資源的有效手段［1］。為此，建立能反映水資源的多元性、非線性、動態(tài)性、多重反饋特征的政策模擬模型，實現(xiàn)對水資源經(jīng)濟(jì)價值估算和動態(tài)變化過程的預(yù)測模擬成為水資源政策研究領(lǐng)域的關(guān)鍵問題［2］。國內(nèi)外相關(guān)研究［2-4］表明，可計算一般均衡模型（Computable General Equilibrium，CGE）是分析水資源經(jīng)濟(jì)政策效應(yīng)的理想工具。因此本文采用該模型對天津市水資源經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行分析。

1 CGE模型概述

CGE模型起源于瓦爾拉斯一般均衡理論，通過構(gòu)建一般均衡經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的數(shù)值模擬模型，定量描述市場經(jīng)濟(jì)中不同要素對資源配置和收入分配的影響［5］。自Johansen［6］的第一個CGE模型問世以來，被廣泛應(yīng)用于國際貿(mào)易、公共財政政策、資源與環(huán)境等方向。隨著水資源問題日益突顯，應(yīng)用可計算一般均衡模型解決水問題逐漸成為研究的重要方向，處理方法通常將水資源作為一種生產(chǎn)要素，或者資源約束，或者直接作為一個部門納入到CGE模型中［7］。應(yīng)用CGE模型進(jìn)行水資源問題研究主要涉及水資源價格、水資源配置、水市場與水權(quán)交易和水政策決策等領(lǐng)域。目前應(yīng)用較廣泛的主要有美國模型和澳大利亞模型，模型的各項指標(biāo)對比見表1。

表1 澳大利亞模型與美國模型指標(biāo)對比

2 天津市水資源CGE模型

本文以O(shè)RANIG模型為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建。XIA Jun等［2］及趙博等［3］采用該模型及軟件平臺對北京市水資源經(jīng)濟(jì)政策進(jìn)行研究，取得了較好的應(yīng)用效果。本文則在前人研究基礎(chǔ)上，將水資源作為初始要素的基本構(gòu)成，通過設(shè)置水資源要素價格和供給量，進(jìn)行水資源經(jīng)濟(jì)效果模擬。

2.1 基本模塊 所構(gòu)建模型主要模塊包括以下11個部分。

（1）生產(chǎn)投入決策模塊。采用CES函數(shù)形式，自下而上進(jìn)行投入商品或要素的層層復(fù)合，形成中間投入復(fù)合品、初始投入復(fù)合品、其他投入三類投入要素；采用列昂惕夫生產(chǎn)函數(shù)進(jìn)行三種要素總復(fù)合，形成部門商品總產(chǎn)出。

（2）生產(chǎn)產(chǎn)出決策模塊。在假定不同部門可以生產(chǎn)同一種產(chǎn)品以及同一部門可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品的前提下，進(jìn)行部門商品生產(chǎn)決策。采用CET函數(shù)形式，進(jìn)行部門商品產(chǎn)出決策以及商品進(jìn)出口選擇。一般而言，部門是否進(jìn)行某種商品生產(chǎn)活動是由MAKE矩陣決定，但生產(chǎn)多少則是由CET彈性系數(shù)決定，同時，商品的進(jìn)出口份額除了受進(jìn)出口價格影響外，還受到CET彈性系數(shù)影響。

（3）投資需求決策。投資需求決策類似于生產(chǎn)投入決策，通過對進(jìn)口品和國產(chǎn)品的CES復(fù)合，形成復(fù)合商品；采用列昂惕夫生產(chǎn)函數(shù)形式，進(jìn)行復(fù)合商品的需求決策。

（4）居民需求決策。居民需求與投資需求決策類似，區(qū)別在于居民需求采用擴(kuò)展的LES函數(shù)進(jìn)行商品需求決策，即居民在可支配收入的約束下進(jìn)行商品需求選擇。

（5）出口需求決策。模型將出口商品劃分為大宗商品與單個商品，大宗商品是由多個商品組合的商品總稱。國外用戶對大宗商品及單個商品的需求量采用如下商品需求方程描述：

式中：X4（c）為商品出口需求量；F4Q、F4P（c）分別為需求量轉(zhuǎn)移因子和價格轉(zhuǎn)移因子；EXP_ELAST（c）為出口需求彈性系數(shù)；phi為貨幣匯率；P4（c）為商品出口價格。

大宗商品組內(nèi)各商品需求量是在大宗商品總需求的基礎(chǔ)上乘以固定份額系數(shù)計算獲得。

（6）政府需求決策。政府對商品的需求量是通過居民需求量與轉(zhuǎn)移變量的乘積獲得，政府邊際消費份額的改變可通過沖擊針對商品的轉(zhuǎn)移變量來實現(xiàn)。

（7）庫存需求決策。目前仍沒有成熟的經(jīng)濟(jì)學(xué)理論來解釋庫存變化量，本模型采用商品產(chǎn)出量的變動來描述庫存需求量的變化情況。

（8）市場出清模塊。在一般均衡條件下，商品市場上的總供給應(yīng)等于總需求，資本市場上的總供給等于總需求，勞動力市場上的總供給等于總需求。

（9）價格方程模塊。本模塊是CGE模型的核心模塊，對商品和要素市場調(diào)節(jié)起著決定性作用。模型中采用“小國假設(shè)”，認(rèn)為研究區(qū)的對外貿(mào)易量不會引起研究區(qū)外商品價格波動，也即各種商品的進(jìn)出口價格維持恒定［8］。模型中價格變量十分繁多，從生產(chǎn)、分配、交換、消費過程來說，包括商品出廠價格、商品的運輸價格、商品的稅收價格、購買者價格以及要素價格等；此外，需要區(qū)分國產(chǎn)品價格和進(jìn)口品價格。模型中通過設(shè)置從價稅來實現(xiàn)對商品消費環(huán)節(jié)的征稅，并可通過對不同部門設(shè)置不同的稅率來分析稅收的影響。

（10）投資分配模塊。模型投資模塊基本原理為：投資決定固定資產(chǎn)存量，資本回報率影響投資的分配與流向。ORANIG模型中有3種投資分配機(jī)制，不同投資機(jī)制要么決定部門投資量，要么決定部門投資在總投資中的比例。具體投資機(jī)制為，①對于短期模擬而言，將部門投資與資本回報率掛鉤，較高的資本回報率帶來較多的部門投資；②對于部分行業(yè)以政府投資為主導(dǎo)，投資額的計劃性質(zhì)較大部門，在模型中采用外生處理；③對于長期模擬而言，進(jìn)行固定資產(chǎn)增長率外生，固定資產(chǎn)存量內(nèi)生處理。

（11）勞動力市場均衡。目前仍沒有成熟的勞動力供給理論，建模者根據(jù)模擬期長短選擇不同的均衡機(jī)制。一般而言，進(jìn)行短期模擬時選擇工資水平內(nèi)生，勞動力供給量外生；進(jìn)行長期模擬時選擇工資水平外生，勞動力供給量內(nèi)生。

（12）其他方程。模型還包括GDP要素貢獻(xiàn)率分解方程、商品消費結(jié)構(gòu)方程、Fan分解方程、各種指數(shù)計算方程、GDP計算方程等。

2.2 模型改進(jìn) 水資源是國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動不可或缺的重要組成部分。在水資源緊缺地區(qū)，水資源已成為產(chǎn)業(yè)布局與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要制約因素。結(jié)合天津市水資源短缺現(xiàn)狀，本文擬將水資源作為生產(chǎn)活動的初始投入要素納入到模型體系，對模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，如圖1所示。圖中虛線部分為本模型新增項。模型中生產(chǎn)要素是資本、勞動力、水資源和土地投入的CES復(fù)合，從而允許各初始投入間的不完全替代。模型的CES函數(shù)為：

式中：V1PRIM為總初始投入量；X1LAB_O、X1CAP、X1WAT、X1LND分別為勞動力要素、資本要素、水資源要素和土地要素的投入量；A1LAB_O、A1CAP、A1WAT、A1LND分別為勞動力要素、資本要素、水資源要素和土地要素的技術(shù)進(jìn)步系數(shù)；i為行業(yè)類別。

在模型閉合選擇上，設(shè)置水資源的供給量為外生變量，水資源的要素價格為內(nèi)生變量。

在進(jìn)行政策模擬時，根據(jù)研究目的及模擬期需要，可設(shè)置2種不同的機(jī)制實現(xiàn)水資源要素的市場均衡。在進(jìn)行長期模擬時，采用水資源要素價格內(nèi)生、水資源供給量外生機(jī)制；進(jìn)行短期模擬時，采用水資源要素價格外生、水資源供給量內(nèi)生機(jī)制。本文基于編制的2007年投入產(chǎn)出表，采用長期模擬機(jī)制進(jìn)行天津市水資源經(jīng)濟(jì)效果分析。

3 實例研究

3.1 基本說明 水資源占用量通常指在某一時期內(nèi)，生產(chǎn)主體為進(jìn)行生產(chǎn)活動而占用的水資源量；水資源占用價值指經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)占用的水資源量在價值上的體現(xiàn)，包括生態(tài)環(huán)境價值、經(jīng)濟(jì)價值和社會價值等，是水資源功效的價值表達(dá)。水資源占用價值涉及范圍廣，計算復(fù)雜，目前尚未形成統(tǒng)一的價值核算理論體系。本文擬采用部門用水量來表述該部門對水資源的占用情況，并采用部門用水中水資源稅支出來描述行業(yè)的水資源占用價值量。

3.2 數(shù)據(jù)處理及基本參數(shù)

3.2.1 數(shù)據(jù)處理 利用2007年天津市42部門投入產(chǎn)出表［9］和相關(guān)的三產(chǎn)用水成果［10］，結(jié)合文獻(xiàn)［11］行業(yè)用水定額信息，建立天津市水資源投入占用產(chǎn)出表。具體步驟如下：（1）將42部門投入產(chǎn)出表按照農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、交通運輸業(yè)、零售業(yè)、其他三產(chǎn)以及水的生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)匯總合并。鑒于交通運輸業(yè)和零售業(yè)與其他部門的密切聯(lián)系，以及澳大利亞模型多將其作為邊際費用部門處理，擬將其從第三產(chǎn)業(yè)中單獨列出；考慮到水的生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)中水資源投入大、自身用水少的特點，將其單獨列出。（2）在計算分行業(yè)用水量的基礎(chǔ)上，結(jié)合2007年天津市水資源稅率水平，計算不同行業(yè)用水支出中水資源稅支出及其他水費支出水平；將水資源稅從原始投入產(chǎn)出表中的生產(chǎn)稅凈額項分離出來，構(gòu)造水資源占用矩陣；將其他水費支出從中間投入矩陣中的水的生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)部門扣除，采用RAS方法進(jìn)行投入產(chǎn)出表修正。如此，天津市投入產(chǎn)出表初始投入項被分解為勞動者報酬、固定資產(chǎn)折舊、水資源稅、生產(chǎn)稅凈額和營業(yè)盈余等。

3.2.2 基本參數(shù) 模型基本數(shù)據(jù)包括基準(zhǔn)年水平數(shù)據(jù)以及重要的經(jīng)濟(jì)系數(shù)或參數(shù)。由于ORANIG模型的價格齊次性，意味著模型只對相對價格的變動作出反應(yīng)，而不受絕對價格變化的影響［8］。為此，基準(zhǔn)水平數(shù)據(jù)的校核和率定問題不大；而均衡狀態(tài)下的參數(shù)值選取對模型結(jié)果影響較大，也是CGE模型備受爭議的原因之一［12］。

模型主要彈性系數(shù)及參數(shù)調(diào)整和賦值如下：①勞動需求彈性系數(shù)SLAB采用社科院估計數(shù)0.243［13］；②消費價格彈性采用PRCGEM模型數(shù)據(jù)4；③行業(yè)Arminton彈性、要素替代彈性和居民消費彈性采用ORANIG03版本中的成果，并按加權(quán)平均處理；④根據(jù)文獻(xiàn)［1］研究成果，人均收入從100美元增加到3 000美元（1970年價格）時，F(xiàn)risch參數(shù)從-7.5提高到-2，2007年天津市城市人均可支配收入2 500美元（當(dāng)年價），故Frisch參數(shù)值設(shè)置為-3；⑤模型其他參數(shù)選用ORANIG模型參數(shù)，部分行業(yè)按加權(quán)平均處理。

3.3 結(jié)果與分析

3.3.1 情景設(shè)置 為研究不同水資源供給量變動水平對GDP的影響，分析水資源邊際貢獻(xiàn)規(guī)律，擬進(jìn)行多情景方案分析。為此，按供水量變化率的不同，設(shè)置13套情景方案，供水量變化率分別為-5%～-1%、1%～6%、8%和16%等。受篇幅所限，除對水資源邊際貢獻(xiàn)分析外，本文僅分析天津市行業(yè)產(chǎn)出、中間投入消費者價格及行業(yè)就業(yè)水平在供水量減少5%時的宏觀經(jīng)濟(jì)效果。

3.3.2 水資源邊際貢獻(xiàn)分析 將水資源作為生產(chǎn)要素納入到模型體系中，因此，不能直接計算水資源的供給價格，而是通過供水量的變動來模擬GDP變動，從而確定水資源的邊際價格。圖2給出了水資源供給量的變化對GDP的影響。結(jié)果顯示，在模擬水資源供給量變化范圍內(nèi)，水資源供給量與地區(qū)增加值有著很強(qiáng)的正向相關(guān)性，隨著供水量的增加，地區(qū)增加值也呈現(xiàn)增加趨勢；此外，由擬合曲線的二次項系數(shù)為負(fù)可知，供水量與地區(qū)GDP增長并不同步，隨著供水量的增加，GDP增速明顯放緩，水資源對地區(qū)GDP的邊際貢獻(xiàn)率隨著水量的增加而不斷減少。水資源邊際價格與供水量關(guān)系，如表2所示。由計算結(jié)果可知，2007年天津市國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)用水對GDP的邊際貢獻(xiàn)量為8.65元/m3，與天津市當(dāng)年工業(yè)用水水價（6.2元/m3）相差2.45元/m3，表明天津市現(xiàn)有水價水平尚未充分反映水資源的價值，不能發(fā)揮水價對資源的優(yōu)化配置作用；天津市水資源供給量從22.85億m3減少到18.70億m3，水資源的邊際貢獻(xiàn)量則從7.47元/m3提高至9.03元/m3。

3.3.3 水資源變化對行業(yè)產(chǎn)出影響分析 模型中行業(yè)總產(chǎn)出是由資本投入、水資源投入以及中間投入共同決定，因此，減少水資源的供給量必定會減少行業(yè)總產(chǎn)出。受行業(yè)替代彈性差異影響，不同行業(yè)總產(chǎn)出影響程度并不相同。圖3為行業(yè)用水量統(tǒng)一減少5%的行業(yè)總產(chǎn)出變化率影響?？煽闯?，當(dāng)部門用水量減少5%時，水的生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)總產(chǎn)出受影響最大，總產(chǎn)出減幅超過3%；其次為交通運輸業(yè)，減幅為0.33%，零售業(yè)受影響程度最小，減幅不足0.1%。表3為行業(yè)用水量減少5%對部門總產(chǎn)出水平的影響。可看出，天津市分行業(yè)供水量減少5%，國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出減少0.2%，即，天津市每減少9 850萬m3的供水量將會使社會總產(chǎn)出減少31億元，其中農(nóng)業(yè)0.6億元，工業(yè)16.4億元，水的生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)0.5億元，建筑業(yè)3億元，交通運輸業(yè)3.4億元，零售業(yè)0.6億元，其他三產(chǎn)6.8億元；部門間邊際產(chǎn)出差異較大，交通運輸業(yè)水資源邊際貢獻(xiàn)量最高，達(dá)到440元/m3，農(nóng)業(yè)水資源邊際貢獻(xiàn)量最低，僅為0.8元/m3，兩者相差550倍。表明農(nóng)業(yè)部門用水效率低下，提高農(nóng)業(yè)用水水平是解決天津市水資源短缺的關(guān)鍵所在；非農(nóng)部門水資源邊際貢獻(xiàn)量相對較高，進(jìn)行行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水向非農(nóng)部門轉(zhuǎn)移是提高經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)用水效率、緩解地區(qū)水資源供需矛盾的有效措施。

表2 水資源邊際貢獻(xiàn)量與供水關(guān)系

表3 行業(yè)供水變動-5%對產(chǎn)出水平影響

3.3.4 水資源變化對行業(yè)消費者價格影響 模型中消費者價格由商品基本價格、邊際服務(wù)價格及消費稅三部分組成。由于不同行業(yè)對中間商品的消費者價格具有相同的規(guī)律，本文僅列出行業(yè)供水量減少5%的情況下，工業(yè)部門用于中間投入的商品消費者價格變化率情況，如圖4所示。圖4顯示，減少相同比例供水量條件下，不同商品的消費者價格變化規(guī)律不同：水生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)消費者價格上漲了0.33%，零售業(yè)消費者價格下降0.01%。表明供水量變化對工業(yè)部門購買者價格影響與供水量變化是同向的，少部分是反向的，其中，水生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)的商品消費者價格變化與該部門供水量變化方向一致，零售業(yè)則呈反向變化，即隨著部門供水量的減少，水生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)的商品消費者價格增加，零售業(yè)的商品消費者價格減少。

3.3.5 水資源變化對部門就業(yè)影響 本次模擬為短期模擬，勞動者工資為外生變量，勞動者就業(yè)人數(shù)作內(nèi)生變量處理。因此，水資源供給量變化對勞動力的影響體現(xiàn)在部門從業(yè)人員的變化上。表4給出水資源供給量變動對部門從業(yè)人員的影響。結(jié)果表明，天津市每減少9 850萬m3的水資源供給量，全社會就會減少10 056個勞動力需求，其中，農(nóng)業(yè)1 673人，工業(yè)3 303人，交通運輸業(yè)229人，零售業(yè)765人，其他三產(chǎn)4 776人，水的生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)189人。從邊際貢獻(xiàn)傾向可看出，天津市每減少100萬m3的水資源供給量，全社會勞動力需求量大約減少102人。就部門勞動力需求而言，每減少100萬m3的水資源供給量，零售業(yè)勞動力需求量減少傾向最大，高達(dá)2 790人，農(nóng)業(yè)部門最小，僅為24人；建筑業(yè)部門勞動力需求量隨著供水的減少呈增加趨勢，這一點與王勇等［8］對張掖市研究成果類似。

表4 行業(yè)供水變動-5%對部門就業(yè)影響

4 結(jié)論

本文基于ORANIG模型，構(gòu)建了天津市水資源CGE模型，結(jié)合2007年投入產(chǎn)出表和國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)用水信息，通過多情景模擬分析，評估了天津市水資源的宏觀經(jīng)濟(jì)效果。結(jié)論如下：（1）在2007年科技發(fā)展水平及水資源開發(fā)利用條件下，水資源對GDP的邊際貢獻(xiàn)量約為8.65元/m3，邊際貢獻(xiàn)量隨著供水量的增加呈減少趨勢。（2）水資源對總產(chǎn)出的邊際貢獻(xiàn)量約為31元/m3，其中，農(nóng)業(yè)為0.8元/m3，交通運輸業(yè)為440元/m3，兩者相差550倍。提高農(nóng)業(yè)用水水平、進(jìn)行農(nóng)業(yè)用水向非農(nóng)行業(yè)轉(zhuǎn)移，是提高經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)用水效率，緩解地區(qū)水資源供需矛盾的有效措施。（3）減少水資源供給量將提高除零售業(yè)部門產(chǎn)出的消費者價格，其中水生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)的消費者價格受影響程度最大：每減少5%水資源供給量，水生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)消費者價格提高0.33%。在進(jìn)行行業(yè)用水總量控制過程中，政策制定者除需要考慮總量控制對于減少水資源消耗量與污染物排放量的效果，還應(yīng)考慮企業(yè)和居民對于由供水減少帶來的消費者價格上升的承受能力。（4）一般而言，減少水資源供給量將減少部門勞動力需求，且部門減少傾向是不同的。就天津市2007年投入產(chǎn)出表數(shù)據(jù)而言，零售業(yè)受影響程度最大，農(nóng)業(yè)最??；建筑業(yè)在模型優(yōu)化機(jī)制下出現(xiàn)相反的規(guī)律：減少水資源供給量，建筑業(yè)勞動力需求增加。

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