曹 濤,王賽鴿,陳 彬

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875

水資源是人類生存和發(fā)展的重要保障,2015年我國(guó)水資源總量為27962億m3,總量雖高但人均水資源量?jī)H有2039.2m3,已十分接近國(guó)際缺水警戒線。更為嚴(yán)峻的是,我國(guó)水資源空間分布差異大,人口占全國(guó)46%的北方地區(qū)僅擁有全國(guó)25%的水資源量,這種水資源分布不均的現(xiàn)狀加大了水危機(jī)發(fā)生的可能性[1- 2]。緩解地區(qū)水資源匱乏問(wèn)題已成為當(dāng)務(wù)之急,方法包括大量直接調(diào)配地區(qū)水資源的硬性措施如南水北調(diào)工程、引漢濟(jì)渭等。此外還有根據(jù)當(dāng)?shù)厮Y源條件調(diào)整地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),優(yōu)化貿(mào)易網(wǎng)絡(luò),以及虛擬水貿(mào)易調(diào)控等措施[3]。其中虛擬水是指產(chǎn)品或服務(wù)在生產(chǎn)過(guò)程中所消耗的水資源[4]。虛擬水戰(zhàn)略的核心思想是水資源短缺的地區(qū)可通過(guò)進(jìn)口水密集型產(chǎn)品,減小本地水資源的使用,緩解局部缺水問(wèn)題[5]。針對(duì)虛擬水戰(zhàn)略,程國(guó)棟等[6]于2003年首次明確了虛擬水的定義,并建議在我國(guó)缺水的西北干旱區(qū)實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略。

北京市、天津市和河北省(以下簡(jiǎn)稱京津冀)位于中國(guó)資源型缺水地區(qū),以不足全國(guó)的0.7%的水資源,承載著全國(guó)約 8%的人口、6%的糧食生產(chǎn)和10%的GDP。此外,高速發(fā)展的工業(yè)化和城市化如首都副中心雄安新區(qū)的規(guī)劃建設(shè)等將不斷刺激各地部門用水需求增長(zhǎng),水資源緊張和供需矛盾等問(wèn)題制約著京津冀地區(qū)可持續(xù)發(fā)展[7- 9]。京津冀三地經(jīng)濟(jì)貿(mào)易、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移等方面關(guān)系密切,形成了以北京、天津?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭,帶動(dòng)河北協(xié)同發(fā)展的格局,使京津冀地區(qū)成為中國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)最快、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最高的地區(qū)增長(zhǎng)極之一。由此,量化分析京津冀三地虛擬水轉(zhuǎn)移情況具有戰(zhàn)略性意義。

本文旨在結(jié)合京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出表與各部門生產(chǎn)耗水量,運(yùn)用多區(qū)域投入產(chǎn)出法計(jì)算隱含在三地經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)出產(chǎn)品與服務(wù)中的虛擬水量,通過(guò)對(duì)比各部門直接用水系數(shù)、完全用水系數(shù)和拉動(dòng)系數(shù),分析各部門虛擬水進(jìn)出情況,識(shí)別重點(diǎn)耗水部門,探索部門間的水資源關(guān)聯(lián)性,為調(diào)控貿(mào)易與消費(fèi)進(jìn)而優(yōu)化區(qū)域水資源配置提供決策支持,進(jìn)而為緩解京津冀地區(qū)水資源壓力提供理論依據(jù)。

1 虛擬水核算研究現(xiàn)狀

虛擬水研究的關(guān)鍵問(wèn)題是如何核算經(jīng)濟(jì)貿(mào)易所帶來(lái)的虛擬水貿(mào)易?，F(xiàn)有虛擬水核算主要著眼于具體產(chǎn)品和復(fù)雜系統(tǒng)兩種尺度。前者擬合方法包括Zimmer 和Renault[10]提出的單位用水量法以及Hoekstra和 Chapagain提出的產(chǎn)品生產(chǎn)樹(shù)方法[11- 12]。后者針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的投入產(chǎn)出法主要是依據(jù)地區(qū)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易活動(dòng)與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的水消耗,基于經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出表與部門水資源消耗情況計(jì)算部門間的虛擬水流動(dòng)關(guān)系[13]。

本文所使用的多區(qū)域投入產(chǎn)出分析可以估量經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中地區(qū)、部門間的生產(chǎn)活動(dòng)的直接與間接聯(lián)系,以及貿(mào)易活動(dòng)中生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)所需要的直接和間接投入,可從宏觀角度把握國(guó)民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中各部門間虛擬水的流動(dòng)關(guān)系[14],已被大量應(yīng)用于虛擬水核算之中[15-19]。該方法基于區(qū)域間經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出表,計(jì)算產(chǎn)生于某區(qū)域經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的資源消耗量以及為地區(qū)間其他部門生產(chǎn)活動(dòng)所提供的資源投入量。由于所使用的投入產(chǎn)出表覆蓋了經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程及使用去向,多區(qū)域投入產(chǎn)出分析可在各區(qū)域各部門貿(mào)易聯(lián)系中追蹤水資源流動(dòng)。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者應(yīng)用多區(qū)域投入產(chǎn)出模型開(kāi)展了虛擬水貿(mào)易與消費(fèi)的相關(guān)研究。在虛擬水貿(mào)易格局探索中,王雪妮[20]基于多區(qū)域投入產(chǎn)出模型指出區(qū)域間虛擬水貿(mào)易僅緩解我國(guó)部分貧水地區(qū)水資源短缺情況,例如部分貧水地區(qū)有大量?jī)糨敵鎏摂M水,而富水地區(qū)虛擬水的大量?jī)袅魅牖騼H僅保持了當(dāng)?shù)靥摂M水進(jìn)出平衡。Guan和Hubacek[21]使用多區(qū)域投入產(chǎn)出表計(jì)算了我國(guó)南北方的虛擬水流動(dòng)量,指出水資源估價(jià)過(guò)低,并未在生產(chǎn)和消費(fèi)中得到足夠重視,導(dǎo)致不可持續(xù)的水資源利用模式。除了國(guó)內(nèi)的虛擬水格局研究,也有學(xué)者分析了我國(guó)在國(guó)際虛擬水貿(mào)易中的角色。夏冰等[22]運(yùn)用2002、2005和2007年投入產(chǎn)出表數(shù)據(jù)分析,指出中國(guó)是一個(gè)虛擬水凈出口國(guó),并且虛擬水凈出口量始終處于增長(zhǎng)狀態(tài),主要出口到美洲、歐洲和亞洲。Zhang和Anadon[23]發(fā)現(xiàn)隱含在我國(guó)國(guó)內(nèi)貿(mào)易中的虛擬水總量是出口國(guó)外貿(mào)易的虛擬水總量的2倍。在我國(guó)省際虛擬水貿(mào)易中,Zhang等[24]運(yùn)用該方法得到在隱含于工業(yè)中的虛擬水貿(mào)易網(wǎng)中,江蘇省是最大的輸出及收入赤字省份,而廣東省是虛擬水輸入最多的省份。類似的Guo和Shen[25]通過(guò)此方法分析隱含在消費(fèi)和國(guó)際貿(mào)易中的虛擬農(nóng)田及虛擬水,得出黑龍江省是虛擬農(nóng)田及虛擬水最大的輸出省,而上海則相反。Zhang等[26]使用該方法研究了北京市的水足跡,發(fā)現(xiàn)區(qū)域貿(mào)易協(xié)調(diào)對(duì)于提高用水效率有著重要意義。張小霞和馬忠[27]基于本方法計(jì)算了新疆虛擬水流動(dòng)情況,指出新疆農(nóng)業(yè)作為主要虛擬水貿(mào)易部門,其農(nóng)產(chǎn)品的輸出規(guī)模及去向決定了新疆的虛擬水輸出基本格局。

近年來(lái)國(guó)家穩(wěn)步推進(jìn)京津冀一體化戰(zhàn)略的實(shí)施,三地在經(jīng)濟(jì)貿(mào)易、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移等方面交流愈加頻繁。如何通過(guò)調(diào)控貿(mào)易與消費(fèi)進(jìn)而優(yōu)化區(qū)域水資源配置已成為該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)焦點(diǎn)議題。京津冀地區(qū)的水資源安全是首都生態(tài)安全的基礎(chǔ)保障,而現(xiàn)有關(guān)于京津冀地區(qū)的虛擬水核算研究還相對(duì)空白。本文將分析京津冀地區(qū)不同部門的直接水資源消耗、間接水資源消耗,并分析各部門的水資源消耗拉動(dòng)系數(shù),以及部門間的虛擬水貿(mào)易情況,為京津冀地區(qū)水資源部門間配置、虛擬水策略的制定提供方法基礎(chǔ)。

2 研究方法

2.1 京津冀地區(qū)投入產(chǎn)出表構(gòu)建

本文使用的京津冀多區(qū)域投入產(chǎn)出表是引用自《中國(guó)2012年投入產(chǎn)出表》[28],已被多次應(yīng)用于相關(guān)研究[18,29]。原投入產(chǎn)出表中中間投入部分有i行j列(其中i=j=30,即30個(gè)地區(qū)),將原表中三地以外(i>3)的投入值相加即可合并成表中“外地總投入”部分,同理原表中三地以外(j>3)部分產(chǎn)出值相加后,再加上流入到其他地區(qū)的最終消費(fèi)得到總的“出口”部分。本文對(duì)中國(guó)投入產(chǎn)出表進(jìn)行處理后依據(jù)平衡法則對(duì)京津冀投出產(chǎn)出表進(jìn)行了檢驗(yàn),總投入仍等于總產(chǎn)出,表的核心部分即中間投入產(chǎn)出部分未有任何變動(dòng),最終構(gòu)建的京津冀跨區(qū)域投入產(chǎn)出表簡(jiǎn)表見(jiàn)表1。

2.2 京津冀虛擬水投入產(chǎn)出模型

假設(shè)某系統(tǒng)存在m個(gè)區(qū)域R1,R2,R3,…,Rm,每個(gè)區(qū)域有n個(gè)部門S1,S2,S3,…,Sn,則區(qū)間內(nèi)投入產(chǎn)出模型的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)由(m×n)個(gè)線性方程構(gòu)成[30]。地區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)存在以下平衡,如公式(1),即每個(gè)部門總的輸出等于中間使用、最終使用和輸出到系統(tǒng)外的出口量之和(a,b

(1)

(2)

將(2)式代入(1)式可得(3)式：

(3)

用矩陣表示即為：

XRa=ARaRbXRa+YRaRb+ERa

(4)

將上式移項(xiàng)變形可得：

XRa=(I-ARaRb)-1(YRaRb+ERa)

(5)

式中,(I-ARaRb)-1=[λRaRb]為L(zhǎng)eontief逆矩陣,矩陣內(nèi)元素λRaRb表示為了滿足Rb地區(qū)j部門一單位產(chǎn)品的生產(chǎn)需要Ra地區(qū)i部門的投入量。

(6)

由以上推導(dǎo)可求完全用水系數(shù)QR,該系數(shù)表示研究區(qū)各部門生產(chǎn)單位產(chǎn)品(以產(chǎn)品價(jià)值表示)消耗的整個(gè)系統(tǒng)的水資源量,公式如下：

QR=WR(I-ARaRb)-1

(7)

單個(gè)部門貿(mào)易中隱含虛擬水量為：

(8)

拉動(dòng)系數(shù)L(有研究者表述為用水乘數(shù)[31- 32])表示某個(gè)部門產(chǎn)出增加單位耗水量后,帶動(dòng)整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耗水量的增加程度,其可用于研究某一部門因生產(chǎn)變化。用水量隨之變化而對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耗水量的影響程度。其為完全用水系數(shù)QR與直接用水系數(shù)WR的比值。

(9)

為考察京津冀三地區(qū)各部門虛擬水流動(dòng)方向,引入虛擬水產(chǎn)業(yè)部門轉(zhuǎn)移矩陣TVW,計(jì)算如下：

VWR=WRB(I-ARaRb)-1

(10)

TVW=VWR-(VWR)-1

(11)

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文使用的京津冀投入產(chǎn)出表是引用自《中國(guó)2012年投入產(chǎn)出表》[24],其中京津冀農(nóng)業(yè)實(shí)際用水?dāng)?shù)據(jù)采用《2012年中國(guó)水資源公報(bào)》中農(nóng)業(yè)用水量。鑒于建筑業(yè)、水供應(yīng)業(yè)和服務(wù)與交通業(yè)用水量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,本文中該3個(gè)部門的用水?dāng)?shù)據(jù)是基于北京市、天津市和河北省《第一次水利普查公報(bào)》的2011年用水?dāng)?shù)據(jù),將2012年的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率作為水資源使用增長(zhǎng)率推求所得。三地礦業(yè)、制造業(yè)和電氣供應(yīng)業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)分別來(lái)自2013年《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》、《天津統(tǒng)計(jì)年鑒》和《河北經(jīng)濟(jì)年鑒》。結(jié)合所獲得用水?dāng)?shù)據(jù)及各部門屬性,將原有投入產(chǎn)出表中的42個(gè)部門合并為7個(gè)部門如表2所示：農(nóng)業(yè)(Ag)、礦業(yè)(Mi)、制造業(yè)(Ma)、電氣供應(yīng)業(yè)(El)、水供應(yīng)業(yè)(Wa)、建筑業(yè)(Co)、服務(wù)與交通業(yè)(ST)。

表2 投入產(chǎn)出表42部門合并明細(xì)表

3 結(jié)果與討論

3.1 京津冀地區(qū)直接用水系數(shù)、完全用水系數(shù)及拉動(dòng)系數(shù)分析

圖1反映了京津冀地區(qū)不同部門的完全用水系數(shù)值(直接用水系數(shù)與間接用水系數(shù)之和),其中京津冀3個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)、水供應(yīng)業(yè)、服務(wù)業(yè)的完全用水系數(shù)較高,均超過(guò)200m3/萬(wàn)元。其次是河北的制造業(yè)及電氣供應(yīng)業(yè)。3個(gè)地區(qū)建筑業(yè)的完全用水系數(shù)都較小,均不足50m3/萬(wàn)元。從完全用水系數(shù)構(gòu)成來(lái)看,各地直接用水系數(shù)超過(guò)間接用水系數(shù)的部門有北京的農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、水供應(yīng)業(yè)，天津的農(nóng)業(yè)、水供應(yīng)業(yè)，河北的農(nóng)業(yè)、電氣供應(yīng)業(yè)和水供應(yīng)業(yè)。

圖1 京津冀各部門直接、間接及完全用水系數(shù)Fig.1 Direct, indirect and total water use coefficients at sectoral level in Jing-Jin-Ji regionAg：農(nóng)業(yè),Agriculture;Mi：礦業(yè),Mining;Ma：制造業(yè),Manufacturing;El：電氣供應(yīng)業(yè),Electricity and gas supply;Wa：水供應(yīng)業(yè),Water supply;Co：建筑業(yè),Construction;ST：服務(wù)與交通業(yè),Services and transport；前綴“B-,T-,H-”分別表示北京市、天津市和河北省

從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看,北京市工業(yè)的完全用水系數(shù)最大,農(nóng)業(yè)及服務(wù)業(yè)次之,工業(yè)農(nóng)業(yè)與服務(wù)業(yè)間差距不大。這表明在北京產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中,服務(wù)業(yè)的投入力度最大,3類產(chǎn)業(yè)單位經(jīng)濟(jì)活動(dòng)耗水量均較低,該地區(qū)用水效率較高。天津市農(nóng)業(yè)完全用水系數(shù)最大、其次為工業(yè)和服務(wù)業(yè)。而河北省工業(yè)平均完全用水系數(shù)達(dá)到580.6m3/萬(wàn)元,遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)業(yè)。這表明河北省在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上側(cè)重于工業(yè),一方面需要加強(qiáng)工業(yè)用水效率的提升,同時(shí)應(yīng)注意對(duì)這些耗水效率低的工業(yè)部門的整頓升級(jí)。

京津冀三地農(nóng)業(yè)、水供應(yīng)業(yè)、河北礦業(yè)及電氣供應(yīng)業(yè)的直接用水系數(shù)均較大于間接用水系數(shù)。若提高該部門直接用水效率(如制定合理的灌溉制度、選擇耐旱植物種,降低冷卻水用量等),可有效減少水資源消耗量。此外對(duì)于間接用水系數(shù)大于直接用水系數(shù)的部門,其需要大量其他部門產(chǎn)品,尤其以農(nóng)業(yè)的水密集型產(chǎn)品作為投入。在進(jìn)行節(jié)水政策制定時(shí),若僅考慮直接用水,則這些直接用水雖小而間接用水大的部門易被忽略。因此對(duì)這些部門來(lái)說(shuō),需從經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的整個(gè)生產(chǎn)周期角度考慮節(jié)水,才能達(dá)到全面節(jié)水的目的。

從部門生產(chǎn)帶動(dòng)京津冀所有部門水資源消耗增減的角度分析,部門之間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系越少,間接消耗的環(huán)節(jié)即會(huì)越少,拉動(dòng)系數(shù)將越接近于1,反之若聯(lián)系越密切拉動(dòng)系數(shù)即會(huì)越大。從圖2和表3中可以看出,三地制造業(yè)、建筑業(yè)及服務(wù)與交通業(yè)的平均拉動(dòng)系數(shù)明顯高于其他部門,即該3個(gè)部門直接與完全用水量間的差距較大這表明這些部門的生產(chǎn)過(guò)程中間接消耗的原材料及中間產(chǎn)品里存在對(duì)水資源依賴性較高的產(chǎn)品,意味著以上3個(gè)部門單位產(chǎn)出的增加將較大程度帶動(dòng)其他部門水資源消耗。此外京津冀三地農(nóng)業(yè)、礦業(yè)和水供應(yīng)業(yè)的拉動(dòng)系數(shù)均較接近1。原因在于一方面其直接耗水量大,同時(shí)其本身作為其他部門的原材料供給源,需要的原料投入量不大,間接用水量較小,直接和完全用水量差別不大,故而拉動(dòng)系數(shù)接近1。同一地區(qū)各部門拉動(dòng)系數(shù)之間的差異主要是由投入原材料及產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程的不同所導(dǎo)致的,而同一部門不同區(qū)域拉動(dòng)系數(shù)的不同則主要源于當(dāng)?shù)嘏c中間投入的生產(chǎn)地用水效率的相對(duì)差異。

圖2 京津冀各部門消耗虛擬水量、生產(chǎn)實(shí)際用水量及拉動(dòng)系數(shù)Fig.2 The sectoral virtual water consumption, actual water consumption and driving coefficients in Jing-Jin-Ji region

地區(qū)Regions農(nóng)業(yè)Agriculture礦業(yè)Mining制造業(yè)Manufacturing電氣供應(yīng)業(yè)Electricityandgassupply水供應(yīng)業(yè)Watersupply建筑業(yè)Construction服務(wù)與交通業(yè)Servicesandtransport北京市1.031.1973.044.021.0325.9967.16天津市1.033.03130.106.311.0220.5921.20河北省1.202.4273.7014.631.0116.6717.76

3.2 京津冀地區(qū)部門進(jìn)出口貿(mào)易分析

為識(shí)別京津冀各省市虛擬水貿(mào)易中的重點(diǎn)部門,現(xiàn)對(duì)各部門虛擬水進(jìn)出口情況作對(duì)比分析。由計(jì)算結(jié)果可以看出,京津冀地區(qū)虛擬水出口量較進(jìn)口量大4.03×109m3,屬于虛擬水凈出口區(qū)。Wang等[33]基于單區(qū)域投入產(chǎn)出分析得到北京為虛擬水凈進(jìn)口的城市,而運(yùn)用多區(qū)域投入產(chǎn)出分析同樣印證了這一結(jié)果。此外，本文分析得出2012年北京凈進(jìn)口虛擬水量為1.23×109m3,天津凈進(jìn)口虛擬水2.98×109m3,但河北凈出口虛擬水量達(dá)到8.26×109m3,遠(yuǎn)大于北京和天津的凈進(jìn)口量,因此京津冀整體呈現(xiàn)為虛擬水凈出口區(qū)。

圖3反映了京津冀地區(qū)進(jìn)出口總量情況。從圖中可以看出,主要進(jìn)行虛擬水外部交易的部門包括北京的制造業(yè)、服務(wù)與交通業(yè)、天津的制造業(yè)、河北的農(nóng)業(yè)和制造業(yè),這些部門在整個(gè)地區(qū)的水資源消耗系統(tǒng)中扮演著重要的角色。其中凈出口部門主要為北京服務(wù)與交通業(yè),河北的農(nóng)業(yè)和制造業(yè),分別占京津冀地區(qū)凈出口總量的16%,62%和17%,意味著這些部門在該地區(qū)的水資源消耗系統(tǒng)中扮演生產(chǎn)者的角色。凈進(jìn)口主要部門包括北京的農(nóng)業(yè)和天津的制造業(yè),分別占京津冀地區(qū)凈進(jìn)口總量的42%和37%,是該地區(qū)水資源消耗系統(tǒng)中的重要消費(fèi)者。

圖3 京津冀各部門進(jìn)虛擬水進(jìn)出口量Fig.3 Virtual water import and export volume at sector level in Jing-Jin-Ji region

不同部門進(jìn)出口所占比例結(jié)果顯示制造業(yè)和服務(wù)與交通業(yè)進(jìn)、出口總量均較大。從制造業(yè)看北京以進(jìn)口虛擬水為主而河北以出口為主,天津則表現(xiàn)為兩者相當(dāng),可見(jiàn)河北省在制造業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的過(guò)程中投入了大量虛擬水并向外轉(zhuǎn)移,這種差別與當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、政策傾向有關(guān)。除此以外,為避免制造業(yè)和服務(wù)與交通業(yè)總量過(guò)大導(dǎo)致量小的部門在圖中不易識(shí)別的問(wèn)題,現(xiàn)忽略以上兩個(gè)部門，重點(diǎn)分析其他部門的占比情況。由圖4可以看出在虛擬水貿(mào)易中,除未列出的制造業(yè)、服務(wù)與交通業(yè)外,北京、天津均以建筑業(yè)出口最多,其次為農(nóng)業(yè)和礦業(yè)；河北農(nóng)業(yè)出口最多,其次為建筑業(yè)和礦業(yè)。同時(shí)北京的建筑業(yè)和農(nóng)業(yè)、天津的電氣供應(yīng)業(yè)和農(nóng)業(yè)以及河北的農(nóng)業(yè)和電氣供應(yīng)業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中輸入了較多的虛擬水,為相應(yīng)地區(qū)的虛擬水進(jìn)口重點(diǎn)部門。根據(jù)虛擬水的進(jìn)出口情況,可以識(shí)別需要減少水資源消耗的重點(diǎn)部門,分析不同部門減少水資源消耗的潛力,其中虛擬水進(jìn)口量大的部門具有較高的減少水資源消耗的潛力。

圖4 京津冀當(dāng)?shù)馗鞑块T虛擬水進(jìn)(出)口比值Fig.4 Proportions of import(export) of total virtual water consumption at sector level in Jing-Jin-Ji region

3.3 京津冀地區(qū)間貿(mào)易流分析

部門的虛擬水流入與流出量可用以分析部門在整個(gè)京津冀地區(qū)水資源系統(tǒng)中所扮演的角色。同時(shí)對(duì)虛擬水流通關(guān)鍵路徑的識(shí)別是合理調(diào)配水資源的重要步驟。圖5展示了區(qū)域間的虛擬水流動(dòng)關(guān)系,圖中內(nèi)圈最寬圓帶的顏色代表對(duì)應(yīng)最外圈文字標(biāo)明的部門,由這部門圓帶向外輻射的流表示該部門輸出給其他部門的流,即虛擬水流動(dòng)去向。

從圖中流動(dòng)情況可以看出,河北省農(nóng)業(yè)部門輸出了大量虛擬水以供給其他部門的生產(chǎn)。這表明河北省農(nóng)業(yè)為三地區(qū)各部門生產(chǎn)提供了大量的虛擬水支持,其主要供給對(duì)象為河北本省的制造業(yè)及建筑業(yè),同時(shí)對(duì)北京、天津各部門也均有輸出。在北京市、天津市各部門中，虛擬水進(jìn)口自河北農(nóng)業(yè)占比較大的部門(來(lái)自河北農(nóng)業(yè)的虛擬水量占總進(jìn)口量比值超過(guò)50%)包括北京礦業(yè)、制造業(yè)、電氣供應(yīng)業(yè)和建筑業(yè),天津的制造業(yè)和建筑業(yè),可見(jiàn)這些部門對(duì)河北農(nóng)業(yè)部門的依賴程度較大。同時(shí)河北省的礦業(yè)向河北省的建筑業(yè)和制造業(yè)輸出了較多虛擬水(超過(guò)目的部門流入流出的5%),而河北的制造業(yè)向河北的建筑業(yè)有較多的虛擬水輸出(約占目的部門流入流出總量的10%),在調(diào)控時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注。此外,就部門虛擬水的輸出情況而言,北京農(nóng)業(yè)、水供應(yīng)業(yè)和服務(wù)與交通業(yè),天津農(nóng)業(yè)、水供應(yīng)業(yè)和電氣供應(yīng)業(yè),河北農(nóng)業(yè)、礦業(yè)和制造業(yè),這些部門輸出量與本地其余部門的輸出量相比較大且“去向部門”多元,是虛擬水貿(mào)易輸出活躍的部門；另一方面,就虛擬水流入情況而言,京津冀三地的制造業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)與交通業(yè)均表現(xiàn)流入量較高且“來(lái)源部門”多元的特點(diǎn),這表明這些部門作為產(chǎn)業(yè)鏈末端的部門,在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)口了大量來(lái)自其他部門的原材料,即中間投入量大且來(lái)源廣泛。從輸入輸出這兩方面識(shí)別的虛擬水貿(mào)易活躍部門在調(diào)控時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注。

河北通過(guò)向北京、天津提供能源、農(nóng)產(chǎn)品,并以此為媒介將虛擬水輸入至北京、天津的各部門。河北向北京、天津水資源輸出總量較大,占北京、天津的水資源消耗的比例較大,為北京、天津的發(fā)展提供了大量的水資源支撐。此外,北京、天津的農(nóng)業(yè)部門分別向當(dāng)?shù)刂圃鞓I(yè)輸送了大量虛擬水。這些虛擬水的流通路徑是判斷部門間的水資源關(guān)聯(lián)關(guān)系的重要依據(jù)。三地區(qū)部門間的虛擬水流動(dòng)情況對(duì)于指導(dǎo)如何調(diào)配三地區(qū)水資源具有重要意義。

圖5 京津冀各部門間虛擬水流動(dòng)分布圖/104m3Fig.5 Virtual water flows among sectors in Jing-Jin-Ji region

4 結(jié)論與建議

虛擬水的核算結(jié)果反映了水資源在城市系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)各部門及地區(qū)間的配置關(guān)系與配置量,因此可以為識(shí)別減少水資源消耗的路徑提供新思路。本文探索了京津冀地區(qū)不同部門水資源直接和間接消費(fèi)狀況,以及三地間、部門間虛擬水流動(dòng)情況。結(jié)合京津冀各自的水資源分布狀況,可進(jìn)一步分析三地各部門的水資源貿(mào)易的合理性。京津冀地區(qū)虛擬水流動(dòng)情況反映了區(qū)域水資源在三地部門內(nèi)部、相互之間以及與區(qū)域外部配置狀態(tài),可以從水資源消耗的視角為產(chǎn)業(yè)政策、貿(mào)易政策調(diào)整提供依據(jù),進(jìn)而為虛擬水戰(zhàn)略引入該地區(qū)水資源配置管理中提供支撐。本文基于多區(qū)域投入產(chǎn)出模型對(duì)京津冀地區(qū)虛擬水貿(mào)易及消費(fèi)做了核算分析,得出結(jié)論與建議如下：

(1)從部門用水的角度來(lái)看,直接用水系數(shù)較大的部門依次為農(nóng)業(yè)、礦業(yè)和水供應(yīng)業(yè),完全用水系數(shù)較大的依次有農(nóng)業(yè)、水供應(yīng)業(yè)和制造業(yè)。同時(shí),從直接和間接用水的差異可以分析不同部門的生產(chǎn)活動(dòng)的用水特征差異。比如制造業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中雖然直接水消耗不大,但由于有制造原材料等的加入使得間接用水增加,使得虛擬水總的消耗量很大,應(yīng)重點(diǎn)考慮減少其間接水消耗而非直接水消耗。對(duì)不同部門的間接與直接消耗的差異分析,為不同部門節(jié)水的措施差異提供理論依據(jù)。另外制造業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)與交通業(yè)平均拉動(dòng)系數(shù)較大,對(duì)這些部門的直接和間接水消耗的調(diào)控都將對(duì)整個(gè)地區(qū)的水資源消耗總量增減起到較大的間接效應(yīng)。

(2)北京、天津和河北分別為虛擬水凈進(jìn)口、凈進(jìn)口和凈出口區(qū),京津冀地區(qū)整體為虛擬水凈出口區(qū)。這表明北京和天津的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)于減緩其水資源壓力比較有利,但河北的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)加重其水資源壓力,京津冀地區(qū)整體的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出加劇該地區(qū)水資源壓力的特征。鑒于河北總的水資源消耗量較大,且有大量的虛擬水出口,該地區(qū)應(yīng)調(diào)整其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),減少其水資源消耗,使其由虛擬水出口地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)型為進(jìn)口地區(qū)。此外虛擬水凈進(jìn)口主要部門包括北京的農(nóng)業(yè)和天津的制造業(yè),凈出口部門主要有北京的服務(wù)與交通業(yè),河北的農(nóng)業(yè)和制造業(yè)。為減少虛擬水出口,制造業(yè)和服務(wù)業(yè)應(yīng)致力于調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)使其向節(jié)水型產(chǎn)業(yè)的方向發(fā)展。

(3)京津冀區(qū)域、部門之間存在一定聯(lián)系,但主要的虛擬水流動(dòng)發(fā)生在同一地區(qū)不同部門間。三地虛擬水流動(dòng)中,河北農(nóng)業(yè)作為重點(diǎn)耗水部門,向京津冀地區(qū)各部門輸送了大量虛擬水,為各部門經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)提供了強(qiáng)大的水資源支撐作用。因此為保障京津冀地區(qū)整體的水安全及其可持續(xù)發(fā)展,河北地區(qū)農(nóng)業(yè)部門亟需關(guān)注其節(jié)水問(wèn)題。河北地區(qū)的虛擬水進(jìn)出口特征的轉(zhuǎn)型及其農(nóng)業(yè)部門的節(jié)水,是減少河北乃至整個(gè)京津冀地區(qū)的水資源消耗,推進(jìn)該地區(qū)向虛擬水進(jìn)口地區(qū)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。北京農(nóng)業(yè)、水供應(yīng)業(yè)和服務(wù)與交通業(yè),天津農(nóng)業(yè)、水供應(yīng)業(yè)和電氣供應(yīng)業(yè),河北農(nóng)業(yè)、礦業(yè)和制造業(yè),這些部門輸出量與本地其余部門相比較大且“去向部門”多元,是輸出虛擬水活躍的部門；京津冀三地的制造業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)與交通業(yè)虛擬水輸入量與本地其余部門相比均表現(xiàn)較高且“來(lái)源部門”多元,是虛擬水輸入活躍的部門。從這兩方面識(shí)別的部門在制定調(diào)控政策時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注。

綜上,為保障京津冀地區(qū)的水資源安全,河北應(yīng)重視調(diào)整其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),減少其水資源直接和間接消耗,其中河北的農(nóng)業(yè)和制造業(yè)是減少水資源消耗的重點(diǎn)部門,應(yīng)促進(jìn)其向節(jié)水型產(chǎn)業(yè)的方向發(fā)展。根據(jù)直接和間接用水的特征差異分析,應(yīng)重點(diǎn)考慮減少制造業(yè)間接水消耗。這是由于制造業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中有原材料等的投入,使得間接用水和虛擬水消耗總量增加。根據(jù)對(duì)不同部門的拉動(dòng)系數(shù)分析,我們發(fā)現(xiàn)制造業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)與交通業(yè)平均拉動(dòng)系數(shù)較大,因此這3個(gè)部門單位產(chǎn)出的提高將對(duì)整個(gè)地區(qū)水資源消耗量的帶動(dòng)作用比較大,其直接和間接水消耗的減少都對(duì)于緩解地區(qū)水壓力都具有重要意義,應(yīng)當(dāng)成為節(jié)水措施實(shí)施的重點(diǎn)部門。

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