楊洋，效存德，王曉明，劉世偉

（1.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730000；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100049；3.北京師范大學(xué)地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100875）

0 引言

氣候變化背景下，區(qū)域水資源受到很大的威脅。一方面，氣候變化改變?nèi)蛩h(huán)，引起水資源在時(shí)空上的重新分配，并對(duì)降水、蒸發(fā)、徑流、土壤濕度等造成直接或間接的影響；同時(shí)極端氣候事件的頻繁發(fā)生進(jìn)一步導(dǎo)致水資源的不均衡。另一方面，人口持續(xù)增長(zhǎng)、耕地?cái)U(kuò)張以及其它社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源的需求不斷增加［1］，產(chǎn)業(yè)用水與生態(tài)、城市用水之間的沖突日益增強(qiáng)，加劇了當(dāng)?shù)厮Y源壓力。2009年到2018年，中國(guó)人均水資源占有量約在1 812～1 972 m3之間變化［2］，平均值為2 054.5 m3，約為世界平均水平的四分之一，水資源短缺依然是制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大“瓶頸”。因此，合理規(guī)劃與水資源承載力相符的產(chǎn)業(yè)活動(dòng)，科學(xué)進(jìn)行水資源優(yōu)化配置具有重要意義。

水資源短缺問(wèn)題主要有兩種解決方法，一種是從實(shí)體水資源的角度出發(fā)，通過(guò)水利工程跨流域調(diào)水實(shí)現(xiàn)水資源的重新分配；另一種是通過(guò)商品貿(mào)易等經(jīng)濟(jì)手段實(shí)現(xiàn)水資源的區(qū)域間配置，以緩解當(dāng)?shù)厮Y源壓力［3］。前者例如南水北調(diào)工程等，雖然可以直接實(shí)現(xiàn)水資源在空間上的分配，但成本高昂，同時(shí)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響；后者則可通過(guò)商品流通實(shí)現(xiàn)水資源的轉(zhuǎn)移。

近年來(lái)水資源相關(guān)研究逐漸趨向于多領(lǐng)域跨學(xué)科交叉，以期從可持續(xù)發(fā)展的角度更高效的管理水資源。基于投入產(chǎn)出模型的水資源研究，從資源循環(huán)角度揭示了經(jīng)濟(jì)、水資源、環(huán)境三者之間的內(nèi)在數(shù)量關(guān)系，提出面向可持續(xù)發(fā)展的水資源價(jià)值觀和方法論，從“需求”角度管理水資源，可為政府實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供決策依據(jù)。因此，本文擬從模型拓展和實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面對(duì)國(guó)內(nèi)外基于投入產(chǎn)出模型的水資源相關(guān)研究進(jìn)行綜述，最后進(jìn)一步探討冰凍圈水資源管理的發(fā)展方向。

1 投入產(chǎn)出模型的拓展

20世紀(jì)30年代后期美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家華西里·列昂惕夫（Wassily Leontief，1906—1999）基于魁奈的經(jīng)濟(jì)表和瓦爾拉斯的一般均衡理論發(fā)表了論文《美國(guó)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中投入與產(chǎn)出的定量關(guān)系》［4］，標(biāo)志著投入產(chǎn)出理論的誕生，并在后期進(jìn)一步完善了其理論框架［5-6］。為表彰其貢獻(xiàn)，1973年列昂惕夫被授予諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)。投入產(chǎn)出理論主要通過(guò)編制投入產(chǎn)出表及建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，分析經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中產(chǎn)業(yè)間的相互依存關(guān)系，自提出至今不斷得到發(fā)展和完善，對(duì)框架的擴(kuò)展多是為了包含更多的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)信息，或是基于環(huán)境因子對(duì)模型進(jìn)行拓展，例如分析與產(chǎn)業(yè)活動(dòng)相關(guān)的水資源利用問(wèn)題。

1.1 投入占用產(chǎn)出模型

基于投入產(chǎn)出理論進(jìn)行水資源研究始于投入占用產(chǎn)出模型的提出。一般而言，生產(chǎn)活動(dòng)的前提除了消耗外，還必須占用生產(chǎn)資料、勞動(dòng)力、資金和相應(yīng)的自然資源。傳統(tǒng)的投入產(chǎn)出表在垂直方向只包含投入部分，而投入占用產(chǎn)出表則增加了“占用”部分［7］，它能夠清晰的列出某個(gè)時(shí)間各經(jīng)濟(jì)部門(mén)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)自然資源的占用數(shù)量，“占用”是進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的前提和基礎(chǔ)，能夠?qū)⑾到y(tǒng)的流量投入與存量占用聯(lián)系起來(lái)，更全面、合理的度量人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)資源的影響。因此，學(xué)者們?cè)O(shè)計(jì)和編制了中國(guó)1999、2002年全國(guó)及長(zhǎng)江、黃河等九大流域的水利投入占用產(chǎn)出表，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了流域用水系數(shù)等指標(biāo)的計(jì)算方法［8-9］；同時(shí)結(jié)合線性規(guī)劃模型計(jì)算和預(yù)測(cè)了全國(guó)主要流域的水資源影子價(jià)格（生產(chǎn)、工業(yè)用水）［10-11］。結(jié)果表明，1999年中國(guó)農(nóng)業(yè)虛擬水消耗較大，水資源較為充足的東南諸河、珠江、長(zhǎng)江和西南諸河流域的產(chǎn)品虛擬水普遍大于內(nèi)陸河流域［3］，為水資源定價(jià)和水利投資效應(yīng)等分析提供了數(shù)據(jù)支持。但由于編制流域投入占用產(chǎn)出表對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求較大，限制了模型的后期發(fā)展。

1.2 水資源投入產(chǎn)出模型

隨著工業(yè)化和城市化的不斷發(fā)展，資源快速消耗的同時(shí)排放大量溫室氣體與其他污染物，給人類(lèi)生存環(huán)境帶來(lái)負(fù)面影響。為了能夠更好的分析區(qū)域、國(guó)家和全球經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)資源流動(dòng)和環(huán)境的影響，學(xué)者們引入了環(huán)境投入產(chǎn)出分析。早期的拓展基于混合型投入產(chǎn)出表，例如把產(chǎn)業(yè)部門(mén)分為純經(jīng)濟(jì)部門(mén)和資源關(guān)聯(lián)部門(mén)，并加入以實(shí)物單位計(jì)量的資源投入［12］。

后期學(xué)者們建立了分離出資源部分的獨(dú)立模型，開(kāi)啟了水資源投入產(chǎn)出模型的運(yùn)用，通過(guò)構(gòu)建水資源衛(wèi)星賬戶建立水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的聯(lián)系，描述產(chǎn)業(yè)部門(mén)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)實(shí)體水資源的直接消耗和由于生產(chǎn)最終產(chǎn)品引起的間接水資源消耗。例如綜合評(píng)價(jià)水資源投入產(chǎn)出模型的發(fā)展［13］；剖析行業(yè)用水特性［14-15］；指出僅使用直接、完全用水系數(shù)和用水關(guān)聯(lián)度等指標(biāo)分析部門(mén)用水特性并不夠精確［16］。目前最常見(jiàn)的水資源投入產(chǎn)出表是在價(jià)值型投入產(chǎn)出表的下方加入“用水量”項(xiàng)目（如表1），即通過(guò)構(gòu)建水資源衛(wèi)星賬戶建立水資源與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的聯(lián)系。

表1 水資源投入產(chǎn)出表的基本結(jié)構(gòu)［17］Table 1 Basic framework of the water input-output table［17］

假設(shè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可以分為n個(gè)部門(mén)（如表1），Z是由Zij構(gòu)成的中間使用流量矩陣，代表行業(yè)j對(duì)行業(yè)i產(chǎn)品的直接消耗量；Y是由Yi構(gòu)成的最終使用矩陣，表示行業(yè)i產(chǎn)品作為最終使用的數(shù)量；xi表示行業(yè)i的總產(chǎn)出，xj表示行業(yè)j的總投入；Vj表示行業(yè)j的增加值數(shù)額，則根據(jù)該水資源投入產(chǎn)出表可以建立用水系數(shù)分析模型。用水系數(shù)是部門(mén)用水強(qiáng)度的測(cè)度指標(biāo)，常用以反映各部門(mén)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)水資源的依賴(lài)程度及利用效率。直接用水系數(shù)能夠表示行業(yè)j生產(chǎn)單位價(jià)值量產(chǎn)品所需要的水資源量，反映各部門(mén)在生產(chǎn)本部門(mén)產(chǎn)品或服務(wù)過(guò)程中的直接用水強(qiáng)度。其計(jì)算公式為：

式中：Bd為完全用水系數(shù)矩陣；Q為直接用水系數(shù)構(gòu)成用水系數(shù)行向量；A為直接消耗系數(shù)矩陣；I為單位矩陣；（I-A）-1稱(chēng)為“列昂惕夫逆矩陣”。

研究表明水資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值在于水資源具有使用價(jià)值，即能滿足人類(lèi)生存的基本需求，并與其他生存物質(zhì)具有同樣的重要性；由于資源的稀缺性，投入產(chǎn)出表中的部門(mén)產(chǎn)出并沒(méi)有完全反映水資源的使用價(jià)值。例如國(guó)家會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉用水進(jìn)行補(bǔ)貼，如果僅使用農(nóng)業(yè)用水價(jià)格指代水資源價(jià)格，會(huì)低估農(nóng)業(yè)用水產(chǎn)生的影響。同時(shí)加入用水行向量構(gòu)建的價(jià)值型水資源投入產(chǎn)出表是不全面的，將對(duì)應(yīng)總量指標(biāo)不同的兩個(gè)相對(duì)指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較并不能完全說(shuō)明產(chǎn)業(yè)用水的關(guān)聯(lián)特征［18］。因此，為了使模型更加合理，許多學(xué)者嘗試在投入產(chǎn)出模型之外構(gòu)造單獨(dú)的水資源分析模塊，描述更加完整的水資源-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。

1.3 區(qū)域間投入產(chǎn)出模型

在經(jīng)濟(jì)全球化和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)一體化的趨勢(shì)下，國(guó)家及國(guó)家內(nèi)部不同地區(qū)之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系日益密切，各種商品和服務(wù)中“隱含”的資源在區(qū)域間流動(dòng)。同時(shí)，不同地區(qū)的資源稟賦和技術(shù)水平也存在差異，使得各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡。為了研究區(qū)域間環(huán)境及資源問(wèn)題，區(qū)域間投入產(chǎn)出模型（Inter-regional input-output model，IRIO）應(yīng)運(yùn)而生。IRIO是基于不同地區(qū)的商品和勞務(wù)流動(dòng)，將各地區(qū)投入產(chǎn)出模型連接而成的跨區(qū)域模型。相比單區(qū)域投入產(chǎn) 出 模 型（Single-regional input-output model，SRIO），IRIO可以更好的反映區(qū)域間產(chǎn)業(yè)部門(mén)的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，從系統(tǒng)循環(huán)的角度分析區(qū)域間水資源的流動(dòng)性與可持續(xù)性，適用于水資源的區(qū)域間配置。

1.3.1 行系數(shù)模型

Isard［19-20］首次提出的區(qū)域間投入產(chǎn)出模型常被稱(chēng)為Isard模型或行系數(shù)模型。該模型對(duì)區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)業(yè)交易采取分項(xiàng)處理，如果同一部門(mén)的產(chǎn)品，生產(chǎn)區(qū)域不同則視為不同的產(chǎn)品，即區(qū)域外部和內(nèi)部采用不同的投入系數(shù)。IRIO的構(gòu)建不僅需要研制各區(qū)域內(nèi)的流量矩陣，還需要調(diào)查各區(qū)域間產(chǎn)品的流動(dòng)，對(duì)數(shù)據(jù)的需求量較大，因此研制比較困難。用r、s表示兩個(gè)不同的區(qū)域，將一個(gè)區(qū)域生產(chǎn)的某種產(chǎn)品以固定的比例分配給各區(qū)域（包括本區(qū)域），這個(gè)比例關(guān)系稱(chēng)為區(qū)域分配系數(shù)：

若已知一個(gè)區(qū)域的產(chǎn)量，根據(jù)分配系數(shù)即可計(jì)算某區(qū)域與所有區(qū)域之間的貿(mào)易量。

則s區(qū)域i部門(mén)產(chǎn)品的實(shí)際供給量為：

s區(qū)域i部門(mén)產(chǎn)品的需求量為：

根據(jù)s區(qū)域供需平衡關(guān)系，則：

用矩陣形式表示模型平衡關(guān)系為：

1.3.2 列系數(shù)模型

后期學(xué)者們?cè)谛邢禂?shù)模型的基礎(chǔ)上提出了一些對(duì)數(shù)據(jù)要求相對(duì)較少的簡(jiǎn)化模型。例如Chenery［21］和Moses［22］提 出 的 多 區(qū) 域 投 入 產(chǎn) 出 模 型（Multi-regional input-Output model，MRIO），常被稱(chēng)為Chenery-Moses模型或列系數(shù)模型。該模型建立每一個(gè)部門(mén)的產(chǎn)品流動(dòng)矩陣，由此推算區(qū)域間貿(mào)易系數(shù)。與直接研制區(qū)域間投入產(chǎn)出矩陣的IRIO相比，MRIO對(duì)數(shù)據(jù)的需求較少，更方便于跨區(qū)域水資源的相關(guān)研究。用r、s表示兩個(gè)不同的區(qū)域，則區(qū)域供應(yīng)系數(shù)可以表示為：

1.3.3 引力模型

編制MRIO的難點(diǎn)是估算區(qū)域間商品的流量，由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不全面，很難直接獲取所需的區(qū)域間流量數(shù)據(jù)。因此，多數(shù)編制都是以現(xiàn)有數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)數(shù)學(xué)模型估算其區(qū)域間商品的流量數(shù)據(jù)，例如區(qū)位熵、引力模型和回歸方程等。Leontief和Strout［23］提出的引力模型（Balanced regional model）是目前為止運(yùn)用最廣泛的方法，其基本形式可以表示為：

作為較常用的區(qū)域間模型，三種模型的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。Isard模型與Chenery-Moses模型相比，前者確定了一個(gè)區(qū)域某種產(chǎn)品向各個(gè)區(qū)域（包括本區(qū)域）的分配，即行系數(shù)固定。后者確定了各個(gè)區(qū)域?qū)δ骋粎^(qū)域某種產(chǎn)品需求量的供應(yīng)比例，即列系數(shù)固定。目前區(qū)域間投入產(chǎn)出模型已成為分析區(qū)域間經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、水資源流動(dòng)等環(huán)境問(wèn)題的基礎(chǔ)，中國(guó)學(xué)者們也嘗試編制了不同規(guī)模的區(qū)域間投入產(chǎn)出表。

表2 區(qū)域間投入產(chǎn)出模型的比較Table 2 The three inter-regional input-output models（IRIO）

2 投入產(chǎn)出理論在水資源應(yīng)用方面的拓展

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源，中國(guó)已將水資源列為和糧食、石油資源并列的三大戰(zhàn)略資源之一［24］。隨著人口增長(zhǎng)和生產(chǎn)力的發(fā)展，水資源問(wèn)題日益嚴(yán)峻，作為計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的重要理論與方法，投入產(chǎn)出分析為解決水資源短缺問(wèn)題提供了新的方法?；谕度氘a(chǎn)出理論的水資源研究逐漸擴(kuò)展，虛擬水、水足跡以及與其他方法結(jié)合的水資源配置分析成為其研究的熱點(diǎn)。

2.1 虛擬水

20世紀(jì)90年代英國(guó)學(xué)者Tony Allan［25］提出“虛擬水”概念，將其定義為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中一種看不見(jiàn)但又實(shí)際存在的水資源；后期Hoekstra和Chapagain［26-27］對(duì)虛擬水概念進(jìn)行了拓展，定義為生產(chǎn)商品和服務(wù)過(guò)程中所需要的水資源量。

產(chǎn)品虛擬水測(cè)算是虛擬水研究的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的計(jì)算方法有Zimmer等［28］提出的單位用水量法以及Chapagian等［29］提出的產(chǎn)品生產(chǎn)樹(shù)法，但其量化主要針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品及動(dòng)物產(chǎn)品，適用于核算部門(mén)個(gè)別商品的虛擬水量，較難對(duì)工業(yè)和服務(wù)產(chǎn)品的虛擬水量進(jìn)行計(jì)算。例如，Lenzen［30］認(rèn)為，由于“系統(tǒng)和不可量化的截?cái)嗾`差”，使用其他替代的虛擬水定量方法可能導(dǎo)致虛擬水量的低估。相比之下，基于投入產(chǎn)出模型的虛擬水計(jì)算，從產(chǎn)業(yè)部門(mén)交易數(shù)據(jù)出發(fā)考慮部門(mén)之間的相互依賴(lài)程度，避免了重復(fù)計(jì)算，可以從宏觀角度更好的分析水資源的流動(dòng)。但由于缺乏描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原始數(shù)據(jù)，投入產(chǎn)出的應(yīng)用也可能受到很大程度的限制。

在國(guó)內(nèi)，程國(guó)棟［31］首次提出虛擬水概念，并建議在我國(guó)西北干旱地區(qū)實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略，即貧水國(guó)家（地區(qū)）通過(guò)貿(mào)易的方式從富水國(guó)家（地區(qū)）購(gòu)買(mǎi)水密集型農(nóng)產(chǎn)品，以緩解缺水國(guó)家（地區(qū)）的水資源短缺和糧食安全。虛擬水研究揭示了全球貿(mào)易對(duì)水資源重新分配的重要作用，為解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)等問(wèn)題造成的水資源壓力提供了新的思路和方法，但由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異性，后期有學(xué)者認(rèn)為虛擬水戰(zhàn)略的實(shí)施必須具備一定的條件［32-33］。例如孫才志等［34］指出虛擬水戰(zhàn)略的出發(fā)點(diǎn)只關(guān)注了水資源的要素稟賦，完全依靠水資源因素實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略具有一定的局限性，同時(shí)提出“廣義虛擬水戰(zhàn)略”；另外有學(xué)者認(rèn)為從系統(tǒng)的角度出發(fā)，虛擬水出口在某種程度上擠占了當(dāng)?shù)厮Y源在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面的提供能力，虛擬水貿(mào)易應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的規(guī)則，不能完全依賴(lài)現(xiàn)有的國(guó)際市場(chǎng)貿(mào)易秩序［35］。

基于投入產(chǎn)出模型的虛擬水研究涉及全球及國(guó)家尺度虛擬水貿(mào)易［36-38］、考慮虛擬水短缺后的虛擬水貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)［39］、歐盟國(guó)家虛擬水轉(zhuǎn)移［40］等內(nèi)容，通過(guò)測(cè)算產(chǎn)品或行業(yè)間的虛擬水流量，從進(jìn)出口貿(mào)易的角度進(jìn)行水資源的合理配置。中國(guó)虛擬水的相關(guān)研究（表3），從模型上主要存在兩個(gè)方面的限制：基于SRIO的研究未能涵蓋中國(guó)國(guó)內(nèi)區(qū)域間貿(mào)易的整個(gè)供應(yīng)鏈，因此不能充分揭示經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水資源可得性的空間差異；而基于MIRO的研究存在空間分辨率不高，或者水資源利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)不完善等問(wèn)題。

表3 基于投入產(chǎn)出模型的中國(guó)虛擬水研究案例（2009—2019年）Table 3 Case studies of virtual water based on the water input-output models from 2009 to 2019

2.2 水足跡

水足跡指一個(gè)國(guó)家、地區(qū)或個(gè)人在一定時(shí)間段內(nèi)消費(fèi)的所有產(chǎn)品和服務(wù)所包含的水資源量［53］，不僅包括生產(chǎn)過(guò)程中直接消耗的水資源，還包括生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)消耗原材料產(chǎn)生的間接水資源。水足跡概念關(guān)聯(lián)了實(shí)體水和虛擬水兩個(gè)部分，是評(píng)價(jià)地區(qū)居民消費(fèi)對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源影響的潛在可持續(xù)性指標(biāo)之一［54］，水足跡側(cè)重于研究區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)對(duì)水資源的消耗，虛擬水則側(cè)重于研究跨區(qū)域消費(fèi)和貿(mào)易過(guò)程的水資源消耗，需要注意的是兩者描述的都是產(chǎn)品和服務(wù)生產(chǎn)過(guò)程中的耗水量。基于投入產(chǎn)出理論的水足跡研究主要基于不同的尺度：例如從產(chǎn)業(yè)尺度量化英國(guó)水足跡情況，研究表明農(nóng)業(yè)、食品制造業(yè)、電力和天然氣生產(chǎn)行業(yè)的水足跡消耗較多［55］；分析黑河流域產(chǎn)業(yè)間水足跡及虛擬水轉(zhuǎn)移等［56］。從行政區(qū)尺度基于生產(chǎn)和消費(fèi)對(duì)遼寧?。?7-58］、新疆維吾爾自治區(qū)［59］等地區(qū)的水足跡進(jìn)行評(píng)價(jià)。從流域尺度結(jié)合水壓力指數(shù)評(píng)估海河流域虛擬水和消費(fèi)水足跡的影響［60］。從國(guó)家尺度分析我國(guó)1997—2007年水足跡狀況，結(jié)果表明中國(guó)年平均水足跡總量為2.83萬(wàn)億m3，總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)［61］；或從技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及政策完善三個(gè)角度剖析中國(guó)水足跡變遷的影響因素［62］。從多區(qū)域尺度以藍(lán)色水資源為研究重點(diǎn)評(píng)估北京市水足跡情況［63-64］；重新定義一個(gè)地區(qū)的水足跡為國(guó)家或地區(qū)內(nèi)用水量和虛擬水量?jī)糁档拇鷶?shù)和［65］，并以此為指標(biāo)計(jì)算水資源省際間流動(dòng)造成的水壓力指數(shù)。總體來(lái)看區(qū)域間產(chǎn)品貿(mào)易與調(diào)動(dòng)產(chǎn)生了虛擬水的流動(dòng)，農(nóng)產(chǎn)品等富含虛擬水的產(chǎn)品或服務(wù)從水資源富裕國(guó)家或地區(qū)向缺水國(guó)家或地區(qū)流動(dòng)，在一定程度上幫助缺水國(guó)家緩解水資源壓力，維護(hù)大尺度多區(qū)域水量平衡關(guān)系。

2.3 水資源優(yōu)化配置

產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體，任何一種規(guī)模的變動(dòng)都會(huì)對(duì)水資源的需求與消耗產(chǎn)生不同層次的影響，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源稟賦條件不匹配的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，因此需要從水資源配置的角度出發(fā)，結(jié)合其他方法，科學(xué)測(cè)量水資源的使用情況。結(jié)構(gòu)分解分析（Structure decomposition analysis，SDA）是研究水資源變化驅(qū)動(dòng)因素的有利手段，從水資源管理的角度，分析什么因素影響虛擬水變化，不同因素的影響程度能夠?yàn)楫a(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)調(diào)整提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置。例如研究日本虛擬水貿(mào)易，將變化驅(qū)動(dòng)因素分為技術(shù)效應(yīng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)和產(chǎn)量效應(yīng)，結(jié)果表明日本虛擬水使用主要由于技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致［66］。結(jié)構(gòu)分解分析一般沒(méi)有固定的分解模式，可以根據(jù)研究目的確定其因素分解項(xiàng)，例如將驅(qū)動(dòng)因素分解為用水強(qiáng)度和消費(fèi)量的變化［43］；或計(jì)算各驅(qū)動(dòng)因素在起始年和終止年分解項(xiàng)的平均值，作為各因素對(duì)水足跡變化的獨(dú)立貢獻(xiàn)［67］。但基于投入產(chǎn)出理論的水資源優(yōu)化配置只考慮了生產(chǎn)環(huán)節(jié)、生活用水和生態(tài)用水等的直接消耗，沒(méi)有考慮消費(fèi)環(huán)節(jié)和進(jìn)出口環(huán)節(jié)等的間接消耗，同時(shí)在生態(tài)用水方面沒(méi)有進(jìn)行定量分析，造成在水資源優(yōu)化配置時(shí)結(jié)果有所偏差。

3 基于服務(wù)角度的冰凍圈水資源管理展望

氣候變化背景下，冰凍圈水資源作為水資源的重要組成部分對(duì)中、高緯度受冰凍圈融水補(bǔ)給的流域具有重要意義［68-71］。以往對(duì)冰凍圈水資源的研究多集中于資源的自然屬性及對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的負(fù)面效應(yīng)［72-74］，對(duì)冰凍圈水資源的正面效應(yīng)研究很少［75-77］。社會(huì)水文學(xué)是一門(mén)基于傳統(tǒng)水文學(xué)及其交叉學(xué)科、研究人-水耦合系統(tǒng)的科學(xué)［78］，在水資源綜合管理方面發(fā)揮著重要的作用。投入產(chǎn)出模型作為社會(huì)水文學(xué)研究的新工具，考慮了人類(lèi)活動(dòng)影響下水資源的循環(huán)過(guò)程，可為冰凍圈水資源管理提供新的視角。

如果從服務(wù)角度描述冰凍圈水資源的流動(dòng)過(guò)程（圖1）：一方面，冰凍圈與氣候系統(tǒng)其他圈層相互作用使得冰凍圈要素產(chǎn)生不同功能，其功能是冰凍圈服務(wù)形成的基礎(chǔ)。作為供給端冰凍圈為經(jīng)濟(jì)社會(huì)產(chǎn)生了各種惠益，例如供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)。另一方面，冰凍圈要素產(chǎn)生的資源，例如冰川和積雪水資源，作為投入變?yōu)橘Y本；在人類(lèi)活動(dòng)作用下，資本以存量和流量的形式進(jìn)入社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，并在此過(guò)程中產(chǎn)生服務(wù)價(jià)值流，即凝結(jié)了人類(lèi)勞動(dòng)后具有使用價(jià)值的服務(wù)。水資源服務(wù)以冰凍圈水資源為載體，隱含在產(chǎn)品和服務(wù)中參與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各部門(mén)的生產(chǎn)，在產(chǎn)業(yè)間流動(dòng)并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。與此同時(shí)，產(chǎn)品和服務(wù)中包含的冰凍圈水資源以貿(mào)易的形式在區(qū)域間發(fā)生轉(zhuǎn)移，并對(duì)其他區(qū)域產(chǎn)生重要影響。

例如基于區(qū)域間投入產(chǎn)出模型計(jì)算得到2012中國(guó)31個(gè)省份通過(guò)最終需求轉(zhuǎn)移的虛擬水量達(dá)到338億m3（圖2），在很大程度上轉(zhuǎn)移了新疆冰凍圈水資源，緩解了其他地區(qū)水資源壓力，需要說(shuō)明的是這里的虛擬水并沒(méi)有考慮貿(mào)易出口部分產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移。因此，基于資源-資本角度充分發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢(shì)，考慮冰凍圈水資源的轉(zhuǎn)移效應(yīng)，從資源價(jià)值及經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)方面綜合制定水資源管理政策，可為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。隨著科技革新和全球一體化進(jìn)程的加快，水資源問(wèn)題的影響更加廣泛，其研究也由單純水文學(xué)向多領(lǐng)域跨學(xué)科研究轉(zhuǎn)變，同時(shí)水資源價(jià)值問(wèn)題不再是單純的價(jià)值核算，更是生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)多維學(xué)科問(wèn)題，而區(qū)域間投入產(chǎn)出模型可以對(duì)隱含水資源流向特別是國(guó)家尺度水資源關(guān)聯(lián)進(jìn)行測(cè)算，能夠更好解決地區(qū)差異，成為水資源管理的新興工具。

圖1 基于服務(wù)價(jià)值角度的冰凍圈水資源流動(dòng)過(guò)程Fig.1 The flow process of cryospheric freshwater resource based on the perspective of service value

圖2 新疆冰凍圈水資源的省際間轉(zhuǎn)移（2012）Fig.2 The inter-provincial transfer of cryospheric freshwater resource of Xinjiang（2012）

4 結(jié)論

本文分別從投入產(chǎn)出模型拓展和水資源實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面梳理了基于投入產(chǎn)出理論的水資源內(nèi)容，雖然相關(guān)研究從模型改進(jìn)到應(yīng)用領(lǐng)域都有所發(fā)展，但如何在不同水資源稟賦和條件下合理運(yùn)用投入產(chǎn)出模型，如何科學(xué)評(píng)估地區(qū)水資源的環(huán)境效應(yīng)及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水資源需求的制約，這些問(wèn)題都有待解決。

在建立水資源投入產(chǎn)出模型時(shí)一般采用價(jià)值-實(shí)物混合型投入產(chǎn)出模型，即水資源部分為實(shí)物型（實(shí)物單位計(jì)量），經(jīng)濟(jì)部分為價(jià)值型（貨幣單位計(jì)量），但不能有效的體現(xiàn)資源的差異性。而實(shí)物型投入產(chǎn)出表描述了物質(zhì)產(chǎn)品的實(shí)物運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用不同的自然資源計(jì)量單位，例如紡織品行業(yè)需要多少?lài)嵜藁ㄗ鳛樵牧?，更能清晰的表現(xiàn)不同地區(qū)自然資源稟賦差異。因此，實(shí)物投入產(chǎn)出模型更適合間接資源需求的核算，后期研究應(yīng)該更多的關(guān)注運(yùn)用實(shí)物型表進(jìn)行水資源管理研究。

當(dāng)水資源需求嚴(yán)重超過(guò)其可持續(xù)利用的均衡狀態(tài)時(shí)，以調(diào)整區(qū)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)或提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)適應(yīng)能力為目標(biāo)的水資源社會(huì)化管理可以從地區(qū)優(yōu)勢(shì)方面發(fā)揮其作用。社會(huì)化管理階段的出現(xiàn)意味著水資源管理范圍的擴(kuò)大，管理對(duì)象應(yīng)該由資源本身擴(kuò)展到其他方面，水資源管理的著眼點(diǎn)也應(yīng)該從資源本身轉(zhuǎn)向提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力。例如由于缺水壓力水資源短缺地區(qū)會(huì)盡可能的提高用水效率，造成水資源豐富地區(qū)生產(chǎn)產(chǎn)品的用水效率可能比缺水地區(qū)生產(chǎn)同類(lèi)產(chǎn)品的效率低，這意味著只從水資源角度制定水資源管理政策會(huì)出現(xiàn)偏差。

流域是水資源的重要存在形式，同時(shí)影響下游社會(huì)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)布局。從流域尺度進(jìn)行虛擬水核算，能夠定量描述流域內(nèi)生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)對(duì)水資源的消耗，為判斷水資源的利用量是否處于流域供給能力范圍之內(nèi)提供數(shù)據(jù)支撐。但目前中國(guó)編制的投入產(chǎn)出表大多都是基于國(guó)家或省級(jí)尺度，流域尺度相關(guān)數(shù)據(jù)較少，這在一定程度上限制了投入產(chǎn)出模型的運(yùn)用。