楊 碩，張 麗，張春玲，付意成

（1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

1 研究背景

水資源是可再生的基礎(chǔ)性自然資源，同時也是有限的緊缺性戰(zhàn)略資源[1]。北京市多年平均水資源總量為37.39億m3，2015年人均水資源占有量僅為123m3。人多水少是北京市的基本水情[2]。在京津冀一體化發(fā)展的時代大背景下，未來20年北京將全面圍繞“全國政治中心、文化中心、國際交往中心、科技創(chuàng)新中心”的定位發(fā)展[3]。北京市將通過“禁、關(guān)、控、轉(zhuǎn)、調(diào)”5種方式來完成疏解非首都功能目標(biāo)，嚴(yán)格按照新增產(chǎn)業(yè)的禁止和限制目錄，就地關(guān)停“三高一低”小微企業(yè)。在新的功能定位發(fā)展過程中，北京市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)勢必會得到調(diào)整，用水結(jié)構(gòu)將會發(fā)生變動。基于此，選取適宜的分析方法，開展北京市行業(yè)用水經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)，并依據(jù)高效運(yùn)行的原則，明確在水資源短缺條件下，確定適合區(qū)域發(fā)展的高效用水行業(yè)和亟待逐步退出的低效用水行業(yè)，以推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，為建立高效用水模式、實(shí)現(xiàn)北京市水資源的優(yōu)化配置與管理提供依據(jù)。

水資源經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)研究備受各國學(xué)者關(guān)注。目前多種經(jīng)濟(jì)效益分析方法展現(xiàn)的分析結(jié)果較整體化，而投入產(chǎn)出模型能展現(xiàn)出具體到每個行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益高低，與其它分析方法相比，結(jié)果更為全面具體。多年來，國內(nèi)外學(xué)者將投入產(chǎn)出模型應(yīng)用于多方面問題研究中。1936年，美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家Leontief[4]發(fā)表第一篇有關(guān)投入產(chǎn)出技術(shù)的文章——“美國經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的投入產(chǎn)出數(shù)量關(guān)系”。1968年，Canion[5]使用投入產(chǎn)出模型來評估水資源開發(fā)的經(jīng)濟(jì)影響，構(gòu)建了流域經(jīng)濟(jì)活動的基本投入產(chǎn)出模型，確定了水資源與總產(chǎn)量的功能關(guān)系。1980年，Mensah[6]建立投入產(chǎn)出和目標(biāo)規(guī)劃的多目標(biāo)模型，預(yù)測水資源是否滿足未來經(jīng)濟(jì)和人口的需求，為水資源配置提供指導(dǎo)。2003年，Hassan[7]采用投入產(chǎn)出框架來衡量鱷魚河流域的用水經(jīng)濟(jì)效益。提出不僅要考慮用水活動的直接經(jīng)濟(jì)效益，還要考慮其與多部門的聯(lián)系，進(jìn)而評估水資源分配制度和政策。倪紅珍等[8]對2005年北京市產(chǎn)業(yè)部門經(jīng)濟(jì)特征和用水屬性進(jìn)行了界定和分析，借助結(jié)果判斷分析水價(jià)的作用效益，合理制定水價(jià)改革政策。2009年，劉冠飛[9]根據(jù)投入產(chǎn)出原理，對天津國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)用水特性和天津市虛擬水貿(mào)易進(jìn)行研究分析。2013年，Suttinon等[10]提出使用區(qū)域間投入產(chǎn)出模型，將其與用水賬戶體系結(jié)合起來，用以評估日本四國地區(qū)每個工業(yè)部門的水資源需求和用水政策影響。2016年，李瑋等[11]利用水資源投入產(chǎn)出模型對社會水循環(huán)演變的經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素進(jìn)行歸因分析。水資源利用的經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)，不能僅從水資源單方面考慮，應(yīng)該把水資源利用與用水部門相結(jié)合，既要考慮宏觀經(jīng)濟(jì)體系中的投入產(chǎn)出關(guān)系，也要注重宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源分配之間相互制約、相互促進(jìn)的關(guān)系[12]。本文采用投入產(chǎn)出模型計(jì)算了北京市各行業(yè)的用水產(chǎn)出系數(shù)、相對產(chǎn)出系數(shù)和相對產(chǎn)出乘數(shù)，用于分析行業(yè)的現(xiàn)狀用水效益及潛在用水效益；以此為基礎(chǔ)，借助主成分分析法確定主導(dǎo)行業(yè)及相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度，對北京市2015年水資源開發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評價(jià)與分析。

2 水資源經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)方法

2.1 投入產(chǎn)出模型投入產(chǎn)出模型由美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家瓦西里·列昂惕夫提出，用于分析經(jīng)濟(jì)體系內(nèi)部各行業(yè)間的交易狀況。投入產(chǎn)出表以棋盤式平衡表的形式展現(xiàn)，主要表征特定經(jīng)濟(jì)體系內(nèi)部投入與產(chǎn)出間的依存關(guān)系[13]。筆者將水資源作為產(chǎn)業(yè)部門添加到投入產(chǎn)出表中，形成水資源投入產(chǎn)出表，借助用水產(chǎn)出系數(shù)（用水直接產(chǎn)出系數(shù)、用水完全產(chǎn)出系數(shù)和用水產(chǎn)出乘數(shù)）研究用水效益，將各行業(yè)產(chǎn)值與用水量聯(lián)系起來，用于反映各行業(yè)對水的占用情況。

用水直接產(chǎn)出系數(shù)（即增加值產(chǎn)出系數(shù)）是某行業(yè)使用單方水后所產(chǎn)生的增加值量，可以反映經(jīng)濟(jì)行業(yè)生產(chǎn)用水的直接經(jīng)濟(jì)效益[8]。增加值產(chǎn)出系數(shù)行向量記為B。第j行業(yè)用水增加值產(chǎn)出系數(shù)為：

式中：Vj為第j行業(yè)總產(chǎn)出，萬元；Wj為第j行業(yè)的用水量，萬m3。

用水完全產(chǎn)出系數(shù)（即完全增加值產(chǎn)出系數(shù)）從絕對量的角度考察產(chǎn)業(yè)用水產(chǎn)出的擴(kuò)張程度，是某一行業(yè)增加或減少單方水的使用所引起的整個經(jīng)濟(jì)體系的價(jià)值量變化，包括行業(yè)本身的直接利益以及相關(guān)其他行業(yè)的間接利益[14]。完全增加值產(chǎn)出系數(shù)矩陣記為C，計(jì)算公式為：

式中：I為單位矩陣；A為直接消耗系數(shù)矩陣；為增加值產(chǎn)出系數(shù)對角矩陣；Zij為第j行業(yè)總產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中對第i行業(yè)產(chǎn)品的消耗量；Xj為第j行業(yè)總投入；(I-A)-1為列昂惕夫逆矩陣。

第j行業(yè)完全增加值產(chǎn)出系數(shù)為：

用水產(chǎn)出乘數(shù)指某行業(yè)每增加單位取水量因關(guān)聯(lián)生產(chǎn)效應(yīng)所引起的整個經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)出價(jià)值的增加量，即關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)出的放大系數(shù)。第j行業(yè)用水產(chǎn)出乘數(shù)為：

相對用水產(chǎn)出系數(shù)包括相對產(chǎn)出系數(shù)和相對產(chǎn)出乘數(shù)，用來比較不同行業(yè)間的用水差異，得出各行業(yè)的用水效益在整個經(jīng)濟(jì)體系中的高低程度。相對產(chǎn)出系數(shù)借助某行業(yè)的增加值產(chǎn)出系數(shù)Bj除以整個經(jīng)濟(jì)體系平均增加值產(chǎn)出系數(shù)BN計(jì)算。第j行業(yè)增加值相對產(chǎn)出系數(shù)RB為：

相對產(chǎn)出乘數(shù)借助某行業(yè)的產(chǎn)出乘數(shù)除以全部行業(yè)的平均產(chǎn)出乘數(shù)計(jì)算。第j行業(yè)相對產(chǎn)出乘數(shù)計(jì)算公式為：

筆者借助相關(guān)研究文獻(xiàn)[8]，當(dāng)行業(yè)相對產(chǎn)出系數(shù)RB≥1時，為相對高效用水行業(yè)；反之，為相對低效用水行業(yè)；當(dāng)行業(yè)相對產(chǎn)出乘數(shù)RO≥1時，為潛在高效用水行業(yè)；反之，為潛在低效用水行業(yè)。

2.2 主成分分析法主成分分析法通常采用降維技術(shù)將原來多變量重新組合成一組新的主成分變量，每個主成分都能夠反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復(fù)。主成分分析法根據(jù)各指標(biāo)間的相關(guān)性給出指標(biāo)包含的信息量權(quán)數(shù)，確定各指標(biāo)最后得分，有助于客觀地反映樣本指標(biāo)間的現(xiàn)實(shí)關(guān)系[15]。本文利用主成分分析法對投入產(chǎn)出表中的完全消耗系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出各行業(yè)對整個經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的影響力大小，確定國民經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)行業(yè)，明確行業(yè)關(guān)聯(lián)度大小，為后期行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供依據(jù)。

主成分分析法的主要步驟為：由m個樣本n個指標(biāo)組成原始數(shù)據(jù)矩陣對原始指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化矩陣的相關(guān)矩陣R；求相關(guān)矩陣R的特征值λ和特征向量u，確定主成分個數(shù)t，方差貢獻(xiàn)率計(jì)算主成分得分計(jì)算各樣本的綜合得分

3 北京市用水效益評價(jià)

本文借助投入產(chǎn)出表編制方法將各行業(yè)用水量作為要素代入投入產(chǎn)出表，編制北京市的水資源投入產(chǎn)出表，計(jì)算相應(yīng)的用水產(chǎn)出系數(shù)及相對系數(shù)，進(jìn)而分析北京市各行業(yè)用水效益情況。

3.1 水資源投入產(chǎn)出表編制本文以北京市統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的2012年投入產(chǎn)出表（投入產(chǎn)出表的統(tǒng)計(jì)周期為5年）為基礎(chǔ)進(jìn)行行業(yè)用水效益分析；結(jié)合北京市2015年水資源公報(bào)、北京市2016年統(tǒng)計(jì)年鑒及北京市水務(wù)局行業(yè)用水2015年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，整理得出各行業(yè)用水量，形成北京市水資源投入產(chǎn)出表。筆者依據(jù)北京市行業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)劃分情況，將42個國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)合并成18個行業(yè)（農(nóng)林牧漁產(chǎn)品和服務(wù)、冶金、石油化工等18個重點(diǎn)行業(yè)）進(jìn)行分析計(jì)算。本文收集到的數(shù)據(jù)具有較高的可信度，因此，在數(shù)據(jù)有限的情況下，計(jì)算結(jié)果可靠。

3.2 用水效益計(jì)算結(jié)果北京市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)之間用水效益差異懸殊，單方用水增加值分別為12.53、4673.02和5818.07元，計(jì)算結(jié)果見表1。北京市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)內(nèi)部不同行業(yè)間用水效益差異明顯；第二產(chǎn)業(yè)中，交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)單方用水增加值最高，為17 458.88元，其次是建筑材料制造業(yè)，為10 477.52元；第三產(chǎn)業(yè)中，交通運(yùn)輸、倉儲和郵政行業(yè)單方用水增加值最高，為19 254.40元，其次是租賃和商務(wù)服務(wù)行業(yè)，為6717.87元，水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理行業(yè)單方用水增加值最低，為82.46元。

北京市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)單方用水完全經(jīng)濟(jì)效益分別為40.35、20 551.94和16 572元。產(chǎn)業(yè)內(nèi)部不同行業(yè)單方用水完全經(jīng)濟(jì)效益差異明顯。第二產(chǎn)業(yè)中，交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)的單方用水完全經(jīng)濟(jì)效益最高，為74 426.21元，其次是建筑材料制造業(yè)，為47 631.09元。第三產(chǎn)業(yè)中，交通運(yùn)輸倉儲和郵政行業(yè)單方用水完全經(jīng)濟(jì)效益最高，為68 874.77元，其次是金融和房地產(chǎn)行業(yè)，為39 741.36元；水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理行業(yè)的單方用水完全經(jīng)濟(jì)效益最低，為279.45元。

表1 北京市用水效益評價(jià)

北京市用水產(chǎn)出乘數(shù)基本處于2—5之間，見圖1（各行業(yè)名均為簡稱）。電力工業(yè)的用水產(chǎn)出乘數(shù)最高，為5.02。金融和房地產(chǎn)行業(yè)的用水產(chǎn)出乘數(shù)最低，為2.07。本文根據(jù)表1、圖1的結(jié)果，對北京市各行業(yè)用水性質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果見表2。

圖1 北京市各行業(yè)用水產(chǎn)出乘數(shù)

將投入產(chǎn)出完全消耗系數(shù)表的數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件進(jìn)行計(jì)算。把各行業(yè)看作樣本，即X1至X18依次對應(yīng)表1中第1至18行業(yè)，得出各主成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率結(jié)果如表3所示。主成分有7個，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為73.3%。各行業(yè)最終綜合得分及排名情況如表4所示。

4 北京市用水效益分析

目前，北京市用水效益總體表現(xiàn)為第一產(chǎn)業(yè)低，第二、第三產(chǎn)業(yè)較高。計(jì)算數(shù)據(jù)顯示，在有限的范圍內(nèi)，減少一立方米第一產(chǎn)業(yè)用水，補(bǔ)給第二產(chǎn)業(yè)，可多產(chǎn)生超過2萬元的增加值。從現(xiàn)狀用水產(chǎn)出程度分析可知，目前北京市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)的電力行業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的住宿和餐飲、水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理、教育等行業(yè)相對產(chǎn)出系數(shù)小于1，即用水效益低。從潛在用水產(chǎn)出程度分析可知，未來北京市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)的石油化工、食品、交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的金融和房地產(chǎn)、租賃和商務(wù)服務(wù)、教育、公共管理、社會保障和社會組織等行業(yè)相對產(chǎn)出乘數(shù)小于1，即潛在用水效益低。

表2 北京市行業(yè)用水性質(zhì)分類

表3 各主成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率

表4 各行業(yè)對經(jīng)濟(jì)拉動綜合得分

此前，有學(xué)者對2005年北京市水資源經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了研究[8]，對比本文研究成果發(fā)現(xiàn)，2005—2015年十年間，北京市冶金、石油化工行業(yè)經(jīng)過產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，從低效用水行業(yè)發(fā)展到相對高效行業(yè)，用水效益提升顯著。農(nóng)林牧漁產(chǎn)品和服務(wù)、電力工業(yè)、住宿和餐飲、水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理、教育等行業(yè)用水效益一直處于低效狀態(tài)。其中，農(nóng)林牧漁產(chǎn)品和服務(wù)和教育行業(yè)潛在用水效益仍較低。未來北京市行業(yè)用水特性，工業(yè)相關(guān)行業(yè)用水效益會得到提升，而農(nóng)林牧漁產(chǎn)品和服務(wù)和教育行業(yè)將繼續(xù)處于用水低效狀態(tài)。

筆者結(jié)合現(xiàn)狀和潛在用水產(chǎn)出程度，對用水效益高低進(jìn)行簡單分析。北京市第一產(chǎn)業(yè)用水效益較低，主要表現(xiàn)在種植模式尚未完善，農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)施尚未普及，再生水利用率低，畜禽養(yǎng)殖總量較大；第二產(chǎn)業(yè)中，電力工業(yè)的用水效益較低，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)工藝落后，冷卻方式耗水量大，廢水處理系統(tǒng)不完善，再生水利用率低；冶金、電子儀表和建筑材料制造業(yè)的用水效益較高，在生產(chǎn)過程中提升水資源重復(fù)利用率利于用水效益提升；第三產(chǎn)業(yè)中，教育行業(yè)的用水效益較低，節(jié)水意識低，節(jié)水設(shè)備未完全普及；交通運(yùn)輸倉儲和郵政業(yè)、科學(xué)研究和技術(shù)服務(wù)業(yè)、衛(wèi)生和社會工作、文化體育和娛樂業(yè)的用水效益較高，因此，在產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通、倉儲、消費(fèi)等各環(huán)節(jié)應(yīng)嚴(yán)控水耗水量。

在北京市新的功能定位發(fā)展過程中，在水資源承載能力下，未來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整應(yīng)向高效用水行業(yè)方向發(fā)展，需從整體化原則出發(fā)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)節(jié)水改造，提高用水效率，實(shí)現(xiàn)水資源消耗總量和強(qiáng)度“雙控”管理，從而促進(jìn)水資源經(jīng)濟(jì)效益的提高。對此，筆者借助主成分分析法得出7個主導(dǎo)行業(yè)為交通運(yùn)輸倉儲和郵政、交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)、金融和房地產(chǎn)、建筑材料制造業(yè)、公共管理社會保障和社會組織、租賃和商務(wù)服務(wù)、電子儀表行業(yè)。主導(dǎo)行業(yè)中，僅有交通運(yùn)輸倉儲和郵政、建筑材料制造業(yè)、電子儀表3個為潛在高效用水行業(yè)。主導(dǎo)行業(yè)與其他行業(yè)關(guān)聯(lián)度較高，其結(jié)構(gòu)調(diào)整，會牽動經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)其他行業(yè)變化。在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)時，此類問題需得到重視。針對第一產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)改革，提高對再生水的利用，改善種植結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制畜禽養(yǎng)殖總量。針對居民家庭與高校，加強(qiáng)節(jié)水宣傳，推進(jìn)高效節(jié)水器具換裝。針對工業(yè)行業(yè)，推進(jìn)新型節(jié)水生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)水價(jià)管理，實(shí)施獎罰制度。

5 結(jié)論

（1）本文借助北京市水資源投入產(chǎn)出表，結(jié)合現(xiàn)狀和潛在用水產(chǎn)出程度得出，北京市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)中的電力工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)中的教育行業(yè)用水效益較低。而用水效益較高行業(yè)主要分布在第二、第三產(chǎn)業(yè)中。未來北京市發(fā)展過程中，工業(yè)相關(guān)行業(yè)的用水效益會得到提升，而農(nóng)業(yè)和教育行業(yè)將繼續(xù)處于用水低效狀態(tài)。

（2）本文借助SPSS軟件的主成分分析法得出北京市主導(dǎo)行業(yè)有7個，分別為交通運(yùn)輸倉儲和郵政、交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)、金融和房地產(chǎn)、建筑材料制造業(yè)、公共管理社會保障和社會組織、租賃和商務(wù)服務(wù)、電子儀表行業(yè)。尚有交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)、金融和房地產(chǎn)、公共管理社會保障和社會組織、租賃和商務(wù)服務(wù)4個主導(dǎo)行業(yè)為潛在用水低效行業(yè)，需做出調(diào)整。但因主導(dǎo)行業(yè)與其他行業(yè)關(guān)聯(lián)度較大，其結(jié)構(gòu)調(diào)整會牽動經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)其他行業(yè)變化，將會限制調(diào)整力度。分析結(jié)果可為北京市產(chǎn)業(yè)調(diào)整提供技術(shù)支撐。

（3）目前，京津冀協(xié)同發(fā)展、疏解非首都功能正在分層次、有梯度推進(jìn)，謹(jǐn)遵“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”和“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的發(fā)展思路，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，就地淘汰耗水較高的行業(yè)和生產(chǎn)工藝，將用水效益低且為典型非首都功能的教育行業(yè)部分疏解遷出，加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)節(jié)水工作的推進(jìn)。