蔡國英，趙繼榮

1 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所， 內(nèi)陸河流域生態(tài)水文重點實驗室，蘭州 730000 2 蘭州文理學(xué)院，蘭州 730000

基于假設(shè)抽取法的黑河流域中游行業(yè)用水關(guān)聯(lián)分析

蔡國英1，*，趙繼榮2

1 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所， 內(nèi)陸河流域生態(tài)水文重點實驗室，蘭州 730000 2 蘭州文理學(xué)院，蘭州 730000

基于2000—2012年張掖市混合型水資源投入產(chǎn)出模型，運用改進的假設(shè)抽取法，分析了張掖市6部門水資源關(guān)聯(lián)效應(yīng)，揭示了水資源在行業(yè)間的消耗規(guī)律，為調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提供有利的參考。研究結(jié)果表明：(1)各部門水資源直接消耗量與滿足自身所需的水資源量不對等，種植業(yè)的水資源直接消耗量和縱向集成消耗量均為最大，且其縱向集成消耗水量小于直接消耗量，是張掖市經(jīng)濟系統(tǒng)中真正的水資源凈輸出部門。(2)種植業(yè)的內(nèi)部效應(yīng)和復(fù)合效應(yīng)均最大，對自身的依賴性極強。服務(wù)業(yè)的凈后項關(guān)聯(lián)最大，對其他部門的依賴程度最高。(3)水資源在各部門之間發(fā)生了轉(zhuǎn)移，種植業(yè)是張掖市經(jīng)濟系統(tǒng)中最大的水資源供給者，服務(wù)業(yè)是各部門中最大的受水者，通過中間投入的方式，由種植業(yè)到服務(wù)業(yè)的路徑是最大的水轉(zhuǎn)移途徑，而建筑業(yè)是“純”輸入部門。(4)2000—2012年間，各部門的內(nèi)部效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)、凈前項關(guān)聯(lián)和凈后項關(guān)聯(lián)均變化顯著，進一步反映了產(chǎn)業(yè)部門水資源利用的動態(tài)關(guān)聯(lián)。

關(guān)聯(lián)效應(yīng)；假設(shè)抽取法；縱向集成消耗；投入產(chǎn)出模型

水資源是人類生存和社會經(jīng)濟發(fā)展中的基本要素和戰(zhàn)略資源[1],水資源短缺和水環(huán)境惡化問題已成為制約干旱-半干旱內(nèi)陸河流域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和社會福利的瓶頸[2- 4]。在一定的資源約束條件下，明確自然資源在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用和地位，保護區(qū)域內(nèi)脆弱的生態(tài)環(huán)境，對特定區(qū)域水資源合理利用具有重大的現(xiàn)實意義。這就要求我們在社會經(jīng)濟發(fā)展過程中，對水資源的利用狀況進行科學(xué)的定量測度，重點關(guān)注產(chǎn)業(yè)各部門的投入產(chǎn)出狀況，科學(xué)測量資源使用情況，合理分析水資源在各產(chǎn)業(yè)部門的關(guān)聯(lián)效應(yīng)和流動轉(zhuǎn)移。產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的水資源關(guān)聯(lián)效應(yīng)以混合型水資源投入產(chǎn)出模型為基礎(chǔ)，從經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部分析各部門內(nèi)及各部門間的水資源利用，確定經(jīng)濟系統(tǒng)的關(guān)鍵部門，解析各部門之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在產(chǎn)業(yè)部門關(guān)聯(lián)效應(yīng)研究中，假設(shè)抽取法(Hypothetical Extraction Method, HEM)被廣泛應(yīng)用于研究產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動對產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的影響[5]。在縱向集成測算法基礎(chǔ)上，Sanchez Choliz和Duarte改進了假設(shè)抽取法，以縱向集成消耗形式，將部門用水關(guān)聯(lián)效應(yīng)分解為內(nèi)部、復(fù)合、凈前項和凈后項4個組成要素，通過用水量的變化測算了經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)部門間的用水關(guān)聯(lián)特性[6- 7]。

黑河流域是我國西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域之一，其景觀類型完整、流域規(guī)模適中、社會-經(jīng)濟-生態(tài)問題典型，成為內(nèi)陸河研究的代表性流域，是探討寒區(qū)、旱區(qū)水資源的熱點地區(qū)[8]。作為內(nèi)陸河流域的典型綠洲區(qū)，處于黑河流域中游的張掖市是干旱綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)的代表，該地區(qū)集中了全流域95%的耕地、91%的人口和89%的國內(nèi)生產(chǎn)總值，是流域內(nèi)水資源的主要利用地區(qū)[9]。由于人口增長和綠洲農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，張掖市用水量持續(xù)增加，導(dǎo)致黑河下游可用水量不斷減少，生態(tài)環(huán)境急劇惡化。為了治理黑河流域下游生態(tài)退化, 2000年起國家實施了黑河分水措施[10]。黑河分水給張掖市的各方面發(fā)展帶來了嚴(yán)峻考驗[11]。鑒于此，本文以改進的HEM為基礎(chǔ)，參考混合型水資源投入產(chǎn)業(yè)模型，以張掖市經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)部門為研究對象，借鑒Duarte的部門關(guān)聯(lián)效應(yīng)分解法，比較分析黑河分水后張掖市產(chǎn)業(yè)部門的水資源利用關(guān)聯(lián)效應(yīng)，為黑河中游地區(qū)優(yōu)化水資源管理、調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局提供科學(xué)的依據(jù)。

1 研究方法設(shè)計

傳統(tǒng)HEM關(guān)聯(lián)效應(yīng)分析法以投入產(chǎn)出模型為基礎(chǔ)，既可測度部門之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，也可區(qū)分系統(tǒng)中的“關(guān)鍵部門”。 Schultz首先運用該方法分析單個部門變動對整體經(jīng)濟系統(tǒng)的影響[12]，隨后被廣泛用于分析經(jīng)濟系統(tǒng)單個部門的關(guān)聯(lián)，如農(nóng)業(yè)部門[13]、建筑業(yè)[14]等，也可分析環(huán)境系統(tǒng)要素如CO2[15]和資源利用如水資源[7]、土地資源[16]，以及能源利用[17]等的關(guān)聯(lián)關(guān)系。其基本思想是：假設(shè)將J部門從經(jīng)濟系統(tǒng)中抽走，通過比較抽走J部門前后經(jīng)濟系統(tǒng)總產(chǎn)出的變化，分析J部門對整個經(jīng)濟系統(tǒng)造成的影響，從而測算該部門的重要性。通過對經(jīng)濟系統(tǒng)進行部門分塊，可以確定相似經(jīng)濟部門構(gòu)成的部門塊(塊內(nèi)各部門)與經(jīng)濟系統(tǒng)其它部門塊(其它部門)間的關(guān)聯(lián)作用[12- 17]。基于縱向集成消耗的HEM關(guān)聯(lián)效應(yīng)分析法不但可量化部門間水資源消耗的關(guān)聯(lián)影響，更能明確整個系統(tǒng)中各部門水資源的轉(zhuǎn)移量和具體轉(zhuǎn)移方向。

1.1 傳統(tǒng)HEM關(guān)聯(lián)效應(yīng)分析法

HEM下產(chǎn)業(yè)部門的關(guān)聯(lián)效應(yīng)分析以投入產(chǎn)出模型為基礎(chǔ)，將經(jīng)濟系統(tǒng)分為兩個產(chǎn)業(yè)群QS和Q-S，其中QS表示經(jīng)濟系統(tǒng)若干部門(或一個部門)構(gòu)成的部門塊，Q-S表示由其他剩余部門構(gòu)成的部門塊[18]。則任意矩陣Q可表示為：

(1)

根據(jù)投入產(chǎn)出模型，可將經(jīng)濟系統(tǒng)分塊為:

(2)

其中

(3)

式(2)減去式(3)，可知抽取的部門對總產(chǎn)量變化的影響：

(4)

(5)

1.2 改進的HEM關(guān)聯(lián)效應(yīng)分析法

Rosa Duarte基于Pasinetti的縱向集成消耗，以各部門消耗的水量為度量，引入部門直接用水系數(shù)，將部門用水關(guān)聯(lián)效應(yīng)分解為內(nèi)部效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)、凈后項關(guān)聯(lián)和凈前項關(guān)聯(lián)4個要素，清晰量化了水資源部門關(guān)聯(lián)效應(yīng)[7][19- 22]。

令A(yù)iJ為投入產(chǎn)出表中列昂惕夫逆矩陣元素，即完全需要系數(shù)，則J產(chǎn)業(yè)水資源的縱向集成消耗(VIC)為：

(6)

式中，VICJ為J產(chǎn)業(yè)縱向集成消耗，qi為I產(chǎn)業(yè)直接用水系數(shù)，YJ為J產(chǎn)業(yè)最終需求。

由此，式(5)可分解為式(7)、(8)、(9)和(10)：

IE=qs(I-AS,S)-1YS

(7)

式中，IE表示內(nèi)部效應(yīng)，是水資源僅在本產(chǎn)業(yè)群內(nèi)部部門間的消耗量。

(8)

式中，ME表示復(fù)合效應(yīng)，是產(chǎn)業(yè)群QS的部分產(chǎn)品被產(chǎn)業(yè)群Q-S購買作為中間投入，用于生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)群Q-S的產(chǎn)品，之后這些產(chǎn)品又被產(chǎn)業(yè)群QS購買作為中間投入，形成最終消費YS所消耗的水量。

NFL=qsCS,-SY-S=qsΔS,-SY-S

(9)

式中，NFL表示凈前項關(guān)聯(lián)，是產(chǎn)業(yè)群QS的產(chǎn)品中被產(chǎn)業(yè)群Q-S購買作為生產(chǎn)最終需求的消耗水量，反映產(chǎn)業(yè)群QS真正的水資源凈輸出。

NBL=q-sC-S,SYS=q-sΔ-S,SYS

(10)

式中，NBL表示凈后項關(guān)聯(lián)，是產(chǎn)業(yè)群QS通過購買產(chǎn)業(yè)群Q-S產(chǎn)品來獲得最終需求YS而消耗的產(chǎn)業(yè)群Q-S的水量，反映產(chǎn)業(yè)群QS真正的水資源凈輸入。

同時，可知：水資源縱向集成消耗=直接消耗，縱向集成消耗=內(nèi)部效應(yīng)+復(fù)合效應(yīng)+凈后項關(guān)聯(lián)，直接消耗=內(nèi)部效應(yīng)+復(fù)合效應(yīng)+凈前項關(guān)聯(lián)。

1.3 部門水資源凈轉(zhuǎn)移推算

式(9)和(10)反映的是部門凈輸出和凈輸入總量，對其進一步分解，可清晰表達水資源在部門間的轉(zhuǎn)移流動，明確凈輸出的具體部門及輸出量，以及凈輸入的來源地和輸入量。

若產(chǎn)業(yè)群Q-S由多部門組成，可將產(chǎn)業(yè)群QS的凈后項關(guān)聯(lián)進一步分解。設(shè)M部門是產(chǎn)業(yè)群Q-S中的部門，則：

NBLM→S=qMCM,SYSNBL=∑NBLM→S

(11)

式中，NBLM→S是M部門轉(zhuǎn)移到產(chǎn)業(yè)群QS的水量。

同理，對式(9)分解，可知

從海岸潮汐流中漂來的漂流木還會被困在北太平洋的環(huán)流帶中，順著洋流漂向更遠的西部。在阿拉斯加西南部的亞北極苔原地區(qū)的尤皮克人中流傳的圣歌、民謠和傳說中，都講述著浮木對于當(dāng)?shù)厝酥匾缘墓适?。用漂流木建造的房屋給他們提供了庇護之所，用木材燃起的篝火照亮了北極的長夜，他們還用這些漂來的木材做成了雕刻精美的薩滿面具，豐富了他們的精神生活。在阿拉斯加大陸和西伯利亞之間沒有樹的阿留申群島上，當(dāng)?shù)厝擞脧奶窖笪鞅钡貐^(qū)漂來的黃色雪松做成蓋世無雙的“海豚皮船”，成為克萊默用來進行水上調(diào)研和如今體育比賽項目中所用的現(xiàn)代皮劃艇的前身。

NFLS→M=qSCS,MYM=qMΔS,MYMNFL=∑NFLS→M

(12)

式中，NFLS→M是產(chǎn)業(yè)群QS轉(zhuǎn)移到M部門的水量。

比較式(9)和(10)，兩者的差值即為水資源在產(chǎn)業(yè)群QS的凈轉(zhuǎn)移量。即：

NT=NFL-NBL

(13)

若NT為正值，表示產(chǎn)業(yè)群QS向經(jīng)濟系統(tǒng)凈輸出水資源；若NT為負值，則認(rèn)為產(chǎn)業(yè)群QS從經(jīng)濟系統(tǒng)凈輸入水資源。

2 實證分析

2.1 數(shù)據(jù)來源及產(chǎn)業(yè)群劃分

根據(jù)張掖市2002年價值型投入產(chǎn)出表，采用延長表的編制方法，依照當(dāng)?shù)鼐唧w經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r，將產(chǎn)業(yè)部門劃分為種植業(yè)、畜牧業(yè)、其他農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)業(yè)6個部門，編制了2000、2002、2005、2007、2010和2012年6期張掖市投入產(chǎn)出表。根據(jù)部門用水系數(shù)，編制了相應(yīng)6期張掖市水資源投入產(chǎn)出表[9,23]。

2.2 計算結(jié)果及分析2.2.1 2012年張掖市部門用水關(guān)聯(lián)效應(yīng)及凈轉(zhuǎn)移分析

(1)縱向集成消耗與直接消耗對比

根據(jù)式(6)可得張掖市水資源縱向集成消耗(表1)，部門水資源縱向集成消耗總量等于水資源直接消耗總量，即經(jīng)濟系統(tǒng)中部門通過產(chǎn)業(yè)鏈流動的直接消耗的自然形態(tài)水量等于各部門為滿足最終需求直接和間接消耗的水量。水資源直接消耗量和縱向集成消耗量均最大的是種植業(yè)，直接消耗量占其總量的88%，縱向集成消耗量占其總量的79%，這與張掖市綠洲農(nóng)業(yè)為主的實際情況相符。服務(wù)業(yè)的直接消耗量最少，但其縱向集成消耗量卻遠大于建筑業(yè)和工業(yè)，縱向集成消耗占總量的比例與其他農(nóng)業(yè)持平均為4%。建筑業(yè)的縱向集成消耗為各部門最低，僅占總量的1%。

由于水資源的縱向集成消耗量表示滿足部門最終需求的水量，因此，若部門的水資源縱向集成消耗大于其直接消耗，則反映生產(chǎn)此部門產(chǎn)品需要其他部門為其提供水。反之，則表明此部門用水實際上轉(zhuǎn)移到其他部門。從表1可知，僅有種植業(yè)的縱向集成消耗水量小于其直接消耗量，說明張掖市的種植業(yè)是經(jīng)濟系統(tǒng)中其他部門水資源的供給者，是真正的水資源凈輸出部門，凈輸出21776萬m3，占其直接消耗量的10%，也表明種植業(yè)直接消耗水量的90%直接用于農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，直接消耗水量的10%轉(zhuǎn)移到其他部門。畜牧業(yè)、其他農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)業(yè)的縱向集成消耗水量均大于直接消耗水量，這說明這些部門通過中間投入為水資源的接受者。水輸入的部門中，服務(wù)業(yè)的輸入量最大，輸入量是其直接消耗量的15.78倍，而服務(wù)業(yè)的直接消耗水量為各部門最少，這說明為滿足自身生產(chǎn)，服務(wù)業(yè)用水對其他部門的依賴程度最高。

表1 2012年張掖市部門水資源縱向集成消耗與直接消耗Table 1 Direct and vertically integrated water consumption of dirrerent industries in Zhangye in 2012

(2)內(nèi)部效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)、凈前項關(guān)聯(lián)和凈后項關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)式(7)、(8)、(9)和(10)，可得張掖市水資源利用的內(nèi)部效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)、凈后項關(guān)聯(lián)和凈前項關(guān)聯(lián)(表2)。其中，種植業(yè)的內(nèi)部效應(yīng)排名第一，即種植業(yè)為滿足自身最終需求所需的水量中，99.28%來自于行業(yè)內(nèi)部的產(chǎn)品交換，說明種植業(yè)對自身部門的依賴性極強。同時，種植業(yè)的復(fù)合效應(yīng)也是第一，這表明種植業(yè)的產(chǎn)品被其他部門購買作為中間投入，用來生產(chǎn)自身產(chǎn)品，之后這些其他部門的產(chǎn)品又被種植業(yè)購買作為中間投入，形成最終需求所消耗的水量為928萬m3。種植業(yè)的凈后項關(guān)聯(lián)排名第六，占縱向集成消耗的比例也最低，表明種植業(yè)對其他部門的水資源依賴性較低。服務(wù)業(yè)的凈后項關(guān)聯(lián)最大，占其縱向集成消耗的94.57%，說明為滿足服務(wù)業(yè)最終需求所需的水資源中，對其他部門的依賴性極高。種植業(yè)的凈前項關(guān)聯(lián)最大，占其直接消耗10.5%的水資源通過為其他部門提供中間投入而流出，是該部門真正的水資源凈輸出。同時，工業(yè)的凈前項關(guān)聯(lián)占直接消耗的比例最大，為49.01%，說明該部門有近一半的水資源凈輸出。

表2 2012年張掖市部門用水關(guān)聯(lián)效應(yīng)/104m3Table 2 Results of linkage effects of water use among sectors in Zhangye in 2012

(3)部門水資源凈轉(zhuǎn)移分析

根據(jù)式(11)、(12)，對各部門的凈后項關(guān)聯(lián)和凈前項關(guān)聯(lián)進一步分解(表3)，反映了各部門在生產(chǎn)過程中與其他部門關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的水資源轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移方向。從橫向來看，體現(xiàn)了各部門通過中間投入轉(zhuǎn)移到其他部門的水量。種植業(yè)是最大的水資源供給者，分別向畜牧業(yè)、其他農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)移水量5006.24萬m3、3640.23萬m3、4786.17萬m3、1653.02萬m3和7137.50萬m3。從縱向來看，表達了各部門通過中間投入接受的具體部門的水量。服務(wù)業(yè)從各部門中接受到的水量最高，分別從種植業(yè)、畜牧業(yè)、其他農(nóng)業(yè)、工業(yè)和建筑業(yè)獲得水量為7137.50萬m3、75.49萬m3、204.21萬m3、737.14萬m3和12.29萬m3。

表3 2012年張掖市各部門凈前項關(guān)聯(lián)和凈后項關(guān)聯(lián)分解/104m3Table 3 Results of linkage decomposition among sectors in Zhangye in 2012

根據(jù)式(13)及表3中的數(shù)據(jù)可明確表示張掖市水資源凈轉(zhuǎn)移的數(shù)量和具體方向(圖1)。種植業(yè)是各部門中“真正的”水資源凈輸出行業(yè)，但凈轉(zhuǎn)移到其他部門的水量有所差異。其中，從種植業(yè)轉(zhuǎn)移到服務(wù)業(yè)的水量最多，為7133.13萬m3，其次是轉(zhuǎn)移到畜牧業(yè)的水量，這與張掖市綠洲農(nóng)業(yè)的基本經(jīng)濟情況相符。另外，工業(yè)也向除種植業(yè)之外的部門轉(zhuǎn)移了1420.49萬m3的水量，是第二大轉(zhuǎn)移部門。建筑業(yè)是“純”輸入部門，種植業(yè)、畜牧業(yè)、其他農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)分別對其輸入1652.83萬m3、44.66萬m3、227.73萬m3、610.95萬m3和6.87萬m3的水量。

圖1 2012年張掖市各部門水資源凈轉(zhuǎn)移圖

2.2.2 近10年部門用水關(guān)聯(lián)效應(yīng)分析

由式(7)、(8)、(9)和(10)，可得2000—2010年張掖市水資源利用的內(nèi)部效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)、凈后項關(guān)聯(lián)和凈前項關(guān)聯(lián)。種植業(yè)的內(nèi)部效應(yīng)和凈前項關(guān)聯(lián)總體呈遞增狀態(tài)，說明種植業(yè)為滿足最終需求的水量大部分來自自身產(chǎn)品交換的水量，對其他部門的依賴性持續(xù)降低，也表明種植業(yè)是該地區(qū)水資源的凈輸出部門。復(fù)合效應(yīng)先降后升，為部門中最大值，顯示出種植業(yè)的部門產(chǎn)品被其他部門利用來生產(chǎn)，隨后生產(chǎn)的新產(chǎn)品又流入種植業(yè)作為最終消費所需的水量最大。凈后項關(guān)聯(lián)呈下降趨勢，降低了4.85倍，顯著表明種植業(yè)對其他部門的巨大貢獻(圖2)。由此可知，種植業(yè)歷年來均為張掖市水資源利用的“關(guān)鍵部門”，是“純”凈輸出部門，這與該地區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)為主、河西走廊糧倉的實際情況相符。

近年來，張掖市開展了百萬頭肉牛建設(shè)工程，成效顯著，以肉牛產(chǎn)業(yè)為主帶動了該地區(qū)畜牧業(yè)的長足發(fā)展，也對其他產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了積極影響。畜牧業(yè)的內(nèi)部效應(yīng)呈穩(wěn)增趨勢，提高了6.22倍，表明畜牧業(yè)對自身的依賴性在增加。凈前項關(guān)聯(lián)和復(fù)合效應(yīng)在2002年均遞減，隨后穩(wěn)步提升。凈后項關(guān)聯(lián)由2000年的7601.55萬m3增加到2002年的8017.47萬m3，隨之持續(xù)下降到2012年的5179.73萬m3，說明其他部門對畜牧業(yè)對的依賴先減后增(圖3)。

圖2 種植業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)

圖3 畜牧業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)

其他農(nóng)業(yè)的內(nèi)部效應(yīng)先升后降，凈前項關(guān)聯(lián)和復(fù)合效應(yīng)總體呈下降趨勢，降幅較大。凈后項關(guān)聯(lián)穩(wěn)增，2010年開始增幅較大(圖4)。工業(yè)的內(nèi)部效應(yīng)呈下降趨勢，從2012年比2000年降低了1148.26萬m3。凈后項關(guān)聯(lián)和凈前項關(guān)聯(lián)在2002均降低，隨后均出現(xiàn)增長，總體呈先降后升趨勢。復(fù)合效應(yīng)在2005年降到最低值，隨后有緩慢增長，但總體呈降低趨勢，說明部分工業(yè)產(chǎn)品流入其他部門生產(chǎn)新產(chǎn)品，隨后這些產(chǎn)品又流入工業(yè)，形成最終消費所耗的水量總體呈下降趨勢(圖5)。張掖市的工業(yè)經(jīng)濟總量持續(xù)穩(wěn)增，從水資源利用角度來看，成為繼種植業(yè)之后的第二“輸水”部門。

建筑業(yè)的內(nèi)部效應(yīng)、凈前項關(guān)聯(lián)和復(fù)合效應(yīng)均在2002年達到最小值，隨后總體呈增加趨勢(圖6)。服務(wù)業(yè)的內(nèi)部效應(yīng)呈遞增趨勢，2012年達到最大值。凈后項關(guān)聯(lián)呈先降后漲趨勢，比2000年增長了2.26倍。凈前項關(guān)聯(lián)在2002年達到最大值，隨后急劇下降。復(fù)合效應(yīng)在2005年將為最低值，隨后增加，到2012年達到最大值(圖7)。

圖4 其他農(nóng)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)

圖5 工業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)

圖6 建筑業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)

圖7 服務(wù)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)

3 結(jié)語

本文基于混合型水資源投入產(chǎn)出模型，運用改進的假設(shè)抽取法，分析部門用水的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，并以2000—2012年黑河流域中游的張掖市為例實證研究。主要結(jié)論如下：(1)種植業(yè)是各部門中水資源直接消耗量和縱向集成消耗量的最大者，服務(wù)業(yè)的直接消耗量最少，建筑業(yè)的縱向集成消耗為各部門最低。同時，種植業(yè)的縱向集成消耗水量小于其直接消耗量，是張掖市經(jīng)濟系統(tǒng)中真正的水資源凈輸出部門。(2)種植業(yè)的內(nèi)部效應(yīng)和復(fù)合效應(yīng)均最大，說明種植業(yè)對自身部門的依賴性極強。但其凈后項關(guān)聯(lián)最低，占其縱向集成消耗的比例也最低，說明種植業(yè)對其他部門的水資源依賴性最弱。服務(wù)業(yè)的凈后項關(guān)聯(lián)最大，對其他部門的依賴程度最高。(3)通過部門水資源凈轉(zhuǎn)移分析可知，種植業(yè)是最大的水資源供給者，服務(wù)業(yè)是各部門中最大的受水者。種植業(yè)中7133.13萬m3的水轉(zhuǎn)移到服務(wù)業(yè)，是水量最大的轉(zhuǎn)移途徑。(4)2000—2012年間，各部門的內(nèi)部效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)、凈前項關(guān)聯(lián)和凈后項關(guān)聯(lián)均變化顯著，表明了水資源在各部門的不同運移，也說明種植業(yè)是張掖市水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵部門。

為推動區(qū)域水資源的可持續(xù)利用，辨明水資源利用中的關(guān)鍵部門和具體的流動規(guī)律將會為張掖市水資源開發(fā)、利用、管理和保護等提供科學(xué)依據(jù)。假設(shè)抽取法結(jié)合投入產(chǎn)出分析，直觀量化了生產(chǎn)部門在經(jīng)濟生產(chǎn)過程中的作用，明確了經(jīng)濟系統(tǒng)中的關(guān)鍵部門，成為研究資源的生產(chǎn)部門關(guān)聯(lián)特性的新熱點。從本文來看，種植業(yè)是張掖市水資源利用過程中的關(guān)鍵部門，也是該地區(qū)的耗水大戶，為了有效合理的利用水資源，需加快推進該地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、新型工業(yè)、生態(tài)綠洲旅游等發(fā)展，增加生產(chǎn)部門的水資源利用附加值，提高用水效率。

[1] 王勇, 肖洪浪, 任娟, 陸明峰. 基于CGE模型的張掖市水資源利用研究. 干旱區(qū)研究, 2008, 25(1): 28- 34.

[2] 魏勝文, 馬忠, ?？×x. 基于地區(qū)投入產(chǎn)出模型的干旱區(qū)水資源效益評價——以黑河流域甘肅張掖市為例. 中國沙漠, 2011, 31(3): 799- 803.

[3] 程懷文, 李玉文, 徐中民. 水資源短缺的社會適應(yīng)能力理論及實證——以黑河流域為例. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(5): 1430- 1439.

[4] 鄧曉紅, 徐中民. 內(nèi)陸河流域試驗拍賣水權(quán)定價影響因素——以黑河流域甘州區(qū)為例. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(5): 1587- 1595.

[5] 馬忠, 徐中民. 改進的假設(shè)抽取法在產(chǎn)業(yè)部門用水關(guān)聯(lián)分析中的應(yīng)用. 水利學(xué)報, 2008, 39(2): 176- 182.

[6] Sánchez-Chóliz J, Duarte R. Analysing pollution by way of vertically integrated coefficients, with an application to the water sector in Aragon. Cambridge Journal of Economics, 2003, 27(3): 433- 488.

[7] Duarte R, Sánchez-Chóliz J, Bielsa J. Water use in the Spanish economy: an input-output approach. Ecological Economics, 2002, 43(1): 71- 85.

[8] 肖生春, 肖洪浪, 藍永超, 楊永剛. 近50a來黑河流域水資源問題與流域集成管理. 中國沙漠, 2011, 31(2): 529- 535.

[9] 蔡國英, 徐中民. 黑河流域中游地區(qū)國民經(jīng)濟用水投入產(chǎn)出分析——以張掖市為例. 冰川凍土, 2013, 35(3): 770- 775.

[10] 李傳哲, 于福亮, 劉佳. 分水后黑河干流中游地區(qū)景觀動態(tài)變化及驅(qū)動力. 生態(tài)學(xué)報, 2009, 29(11): 5832- 5842.

[11] 石敏俊, 王磊, 王曉君. 黑河分水后張掖市水資源供需格局變化及驅(qū)動因素. 資源科學(xué), 2011, 33(8): 1489- 1497.

[12] Schultz S. Approaches to identifying key sectors empirically by means of input - output analysis. The Journal of Development Studies, 1977, 14(1): 77- 96.

[13] Cai J N, Leung P S. Linkage measures: a revisit and a suggested alternative. Economic Systems Research, 2004, 16(1): 65- 83.

[14] Song Y, Liu C L, Langston C. Linkage measures of the construction sector using the hypothetical extraction method. Construction Management and Economics, 2006, 24(6): 579- 589.

[15] Wang Y, Wang W Q, Mao G Z, Cai H, Zuo J, Wang L L, Zhao P. Industrial CO2emissions in China based on the hypothetical extraction method: linkage analysis. Energy Policy, 2013, 62: 1238- 1244.

[16] 王亞菲. 北京市生產(chǎn)性土地的部門關(guān)聯(lián)效應(yīng)分析. 中國人口.資源與環(huán)境, 2011, 21(5): 56- 60.

[17] Guerra A I, Sancho F. Measuring energy linkages with the hypothetical extraction method: An application to Spain. Energy Economics, 2010, 32(4): 831- 837.

[18] Cella G. The input-output measurement of interindustry linkages. Oxford Bulletin of Economics and Statistics, 1984, 46(1): 73- 84.

[19] 馬忠, 石培基, 胡科. 張掖市產(chǎn)業(yè)部門用水關(guān)聯(lián)分析. 地球科學(xué)進展, 2010, 25(6): 666- 672.

[20] 黃素心, 王春雷. 產(chǎn)業(yè)部門重要性測算: 基于假設(shè)抽取法的實證. 統(tǒng)計與決策, 2011, (9): 4- 6.

[21] 和夏冰, 王媛, 張宏偉, 王文琴, 王麗麗. 我國行業(yè)水資源消耗的關(guān)聯(lián)度分析. 中國環(huán)境科學(xué), 2012, 32(4): 762- 768.

[22] 錢明霞, 路正南, 王健. 基于假設(shè)抽取法的產(chǎn)業(yè)部門碳排放關(guān)聯(lián)分析. 中國人口·資源與環(huán)境, 2013, 23(9): 34- 41.

[23] 肖強, 胡聃, 郭振, 王天祥, 譚宏. 水資源投入產(chǎn)出方法研究進展. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(19): 5475- 5483.

Linkage analysis of water use among industrial sectors in the middle reaches of the Heihe River Basin, China

CAI Guoying1,*, ZHAO Jirong2

1ChinaKeyLaboratoryofEcohydrologyandIntegratedRiverBasinScience,ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute,ChinaAcademyofSciences,Lanzhou730000,China2LanzhouUniversityofArtsandScience,Lanzhou730000,China

With population increases and the socio-economic development of Chinese society, the demand for and use of water in China is increasing rapidly. Water scarcity is one of the main problems for sustainable development, especially in arid areas in the northwest of China. Water saving is thus one of the main concerns of local and national policy makers. Analysis of the linkage effects of water resource use between economic sectors, and the movement of commodities and services using water is helpful in water conservation management, water use rationalization, and in strengthening water-saving practices. The Heihe River is the second largest inland river basin in the northwest of China, and water scarcity is the key problem for its sustainable development. The Zhangye city area, which is in the middle Heihe River Basin, is a pilot area for water saving. For this reason, it was chosen as the research site for this study. To produce commodities and to supply services an area needs water. Water-movements associated with the complex linkages among sectors are usually ignored, however, in favor of measures of direct consumption. Studying the movement of commodities and services can reveal the movement of water. In this study, an input-output resource analysis is integrated with an hypothetical extraction method, to uncover the in-depth characteristics of the inter-sectoral patterns of water movement. Commodity input-output tables and water input-output tables were developed for Zhangye for the years 2000, 2002, 2005, 2007, 2010 and 2012. Based on a mixed type input-output model of Zhangye, water resources for the period 2000—2012, a modified hypothetical extraction method was applied to identify indicators and analyze the linkage effects among six economic sectors of Zhangye in relation to water resource use. These sectors were the planting industry, livestock farming, other agriculture, industry, construction, and service sectors. The results showed that: (1) by comparing direct water consumption with vertically integrated sectoral water consumption, the direct water consumption of all sectors was not equal to the water required to meet final demand in any of them. However, in view of the state of the economy, total direct water consumption in all sectors was deemed equivalent to the total of water required to meet internal demand. With respect to the water resources transferred among productive sectors, the planting industry consumes the largest amount of direct water, and of vertically integrated water consumption. However, because vertically integrated consumption is less than direct water consumption, the planting industry is a real net output sector with respect to water resources in Zhangye; (2) by measuring the internal effects, mixed effects, net forward linkages and net backward linkages in the six sectors, compared with other sectors the internal effects and mixed effects in the planting industry were the largest of all. In contrast, the net backward linkages in the service industry were the largest determinant of inter-sectoral water consumption, which shows that this sector has the highest dependency on other sectors; (3) in terms of the water resources transferred among sectors, the largest water resource provider in Zhangye was the planting industry, and transferred a large amount of water to the service industry by intermediate inputs (the largest recipient of water). Conversely, the construction industry does not make net water transfers to other sectors, but receives a certain amount of net water inputs from them. Thus, the construction industry is a “pure” input sector; and (4) the internal effects, mixed effects, net forward linkages, and net backward linkages of the six sectors were analyzed in terms of the Zhangye economic system between 2000 and 2012. These data show the dynamic linkages relating to water use among industrial sectors, and indicates clearly that the key sector in terms of water use in the Zhangye economic system is the planting industry. This paper argues that the linkage effects of water resource movements among different sectors actually stem from the demand that transfers from one sector to another. Using a modified hypothetical extraction method, and analyzing direct consumption and decomposing the components of water resources, this study could more directly and clearly quantify the linkage relationships found between and within each industrial sector in relation to water resources. This in turn revealed the regularity of industrial water consumption patterns, and therefore may provide a new perspective on structural adjustment, and a more scientific basis for policy-making.

linkage effect; hypothetical extraction method; vertically integrated consumption; input-output model

國家自然科學(xué)基金重大研究計劃重點支持項目資助(91125019)

2014- 06- 17;

2014- 12- 01

10.5846/stxb201406171257

*通訊作者Corresponding author.E-mail: caigy1121@163.com

蔡國英，趙繼榮.基于假設(shè)抽取法的黑河流域中游行業(yè)用水關(guān)聯(lián)分析.生態(tài)學(xué)報,2015,35(12):4215- 4223.

Cai G Y, Zhao J R.Linkage analysis of water use among industrial sectors in the middle reaches of the Heihe River Basin, China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(12):4215- 4223.