基于投入产出的太湖流域水足迹分析

刘存丽　丁爱芳　陈子玉

摘要 以经济社会较为发达的太湖流域为研究区，基于2007年流域内各省（市）的水足迹投入产出表，分析了3次产业的用水系数、水足迹和净外部水足迹。结果表明，2007年，流域内第一产业的完全用水系数最大，用水主要集中在直接用水方面；第二、第三产业用水主要集中在间接用水方面；2007年太湖流域水足迹为453.30亿m3，净外部水足迹为63.98亿m3，占全流域水足迹的14%。

关键词 太湖流域；用水系数；水足迹；净外部水足迹；投入产出

中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）16-05168-03

水是生命之源，是人类赖以生存和生活的物质基础，是社会经济可持续发展的源泉，然而随着经济的高速增长和人口的增加，我国现在面临着水资源的严重短缺，2010年我国淡水资源总量是2.8万亿m3，占全球水资源的6%，居世界第4位，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，但人均仅有2 200 m3，僅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。目前我国水资源存在着污染严重、浪费严重、短缺严重等问题。当前流域经济发展较快，对水需求也较大，在水资源利用方面出现了很多问题，跨界、跨区污染较为突出，水资源保护工作难度较大。因此，流域水资源问题是我国解决水资源问题的重点问题，也是难点问题。

在水资源利用研究中，英国学者约翰·安东尼·艾伦于1993年提出了“虚拟水”的概念[1]，用来衡量某产品生产和销售过程中需要的水资源总量，虚拟水不是真正意义上的水，相对于实体水而言，它是以“无形”的方式寄存于产品中，因此，虚拟水又被称为“外生水”或“嵌入水”。2002年，荷兰学者阿尔杰恩·胡克斯特拉在“虚拟水”基础上提出了水足迹的概念，是指一个国家或地区在一定时间内消费所有的产品和服务所形成的用水量[2]。水足迹可以很好地反映一个国家或一个地区经济发展对水资源的需求状况。目前国内外计算水足迹较为常用的方法有自上而下和自下而上2种，这2种方法主要是针对具体产品（如农产品和牲畜）虚拟水贸易和消费量进行核算，但在工业产品用水核算中存在一定难度。随着学科交叉研究的不断深入，一些国外学者运用投入产出分析方法对水资源进行了研究[3-5]，如Bicknell等基于投入产出分析方法建立了投入产出法的生态足迹核算模型[3]；Dietzenbacher等利用投入产出分析法分析了西班牙安达卢西亚的虚拟水贸易，发现农业部门消耗了大部分的水资源[5]。同时，国内学者对水资源的投入产出研究也越来越多[6-9]，如罗利民等利用投入产出分析方法对节水经济效益进行了定量分析[7]；尚海洋等建立了甘肃2002的生态足迹投入产出分析表[8]；赵旭等利用投入产出分析法提出了水足迹的计算模型[10]。国内学者的研究多以行政地域单元为主，以流域为单元的投入产出用水分析较为少见。笔者以经济社会较为发达的太湖流域为研究区，基于2007年流域内各省（市）的水足迹投入产出表，分析了第一、第二、第三产业的用水系数、水足迹和净外部水足迹。

1 资料与方法

1.1 研究区太湖流域概况 太湖流域地处长江三角洲，流经上海市、江苏省、浙江省及安徽省，自然条件优越，水陆交通便利，基础设施好，工业发达，人口稠密，是我国沿海主要对外开发区。2009年太湖流域的GDP高达5.18万亿元，占全国的21%，在我国经济社会发展中具有十分重要的地位。随着流域社会经济的发展、城市化进程的加快，流域污染排放量总体呈上升趋势，污染引起的水质型缺水问题日益严峻。2009年人均水资源量为481 m3，是我国缺水较为严重的地区之一，2011年太湖流域遇60年以来最少降雨量，对太湖流域的经济造成巨大损失。干旱缺水、水质恶化严重制约着流域经济社会持续、稳定、健康的发展。对太湖流域的水资源进行科学的定量分析，找出存在的问题与影响机制，并制定相应的对策措施，是实现水资源可持续利用的必然选择。

1.2 太湖流域水足迹投入产出算法设计

1.2.1 太湖水足迹投入产出表设计。结合目前已有的研究和太湖流域的实际情况，根据国家统计局发布的《三次产业划分规定》[11]，将太湖流域内42个行业划分为第一产业、第二产业和第三产业三大产业，其中第一产业包括农林牧渔业，第二产业包括采矿业、制造业、电力、燃气及水的生产和供应业、建筑业，第三产业为除第一、第二产业以外的其他行业。由于水资源的投入产出表尚处于研究阶段，该研究中直接将用水量作为产业部门加入到投入产出表中，太湖流域水足迹投入产出分析表设计如表1所示，表中i、j=1，2，3，分别代表第一产业、第二产业、第三产业；xij是三产业之间的产品流量；cj表示第j个产业在生产过程中的增加值；xj表示第j个产业的总投入量；wj表示第j个产业的用水量；fi表示第i个产业在区域内最终使用量，包括农村居民消费、城镇居民消费、政府消费和资本积累总额；ei表示第i个产业出口量；mi表示第i个产业进口量；xi表示第i个产业的产品总量。

1.2.2 水足迹投入产出分析。基于投入产出技术的虚拟水贸易与消费的计量模型，太湖流域各省（市）水足迹计算中直接消耗系数矩阵A=（aij）3×3、完全需求系数矩阵B=（I-A）-1=（bij）3×3、直接用水系数矩阵D=（dj）1×3、完全用水系数矩阵V=（vj）1×3=D×B、间接用水系数矩阵I=V-D，式中，aij=xijxj，表示第j个产业中生产单位产品直接消耗第i个产业中产品的数量；bij表示第j个产业中生产单位最终产品对于第i个产业中产品的需求量；dj=wjxj，表示第j个产业中生产单位产品需要的水量；vi表示第j个产业中生产单位最终产品需要的水量。各省（市）消费的水足迹WF=（wfj）1×3，其中wfj=vj×fj，表示第j个产业中生产的产品用于区域内消费的最终需求的用水量。净外部水足迹WFnet=（wfnetj）1×3，其中wfnetj=vj×（mj-ej）。

1.3 数据选取 鉴于我國的投入产出表每五年编制一次，期间每份正式表3年后编制延长表。该研究中将采用2007

图1 2007年太湖流域3次产业的用水系数年我国投入产出表和2007年太湖流域水资源公报的相关数据，利用投入分析法对太湖流域用水情况、水足迹和净外部水足迹进行分析，以反映太湖流域的水资源现状。

2 结果与分析

2.1 太湖流域水足迹投入产出分析

2.1.1 用水系数分析。从图1可以看出，太湖流域第一产业的完全用水系数和直接用水系数均高于第二、第三产业，而第一产业的间接用水系数低于第二产业的间接用水系数，这与太湖流域农业和工业发展现状相符合。由图2可见，太湖流域各省市的第一产业完全用水系数除了上海市外均高于第二、第三产业，且除了上海市外其他各个省市的第2产业完全用水系数位居第二，对上海市而言，第二产业的完全用水系数最高，第一产业完全用水系数位居第二位；太湖流域各省市的第一产业完全用水系数是第三产业的2.06～17.03倍，上海市的倍数最小，安徽省的倍数最大，第二产业的完全用水系数是第三产业用水系数的2.24～2.26倍。三大产业的直接用水系数差异比较大，安徽省第二、第三产业的直接用水几乎没有，直接用水主要集中在第一产业。整个太湖流域第二产业的直接用水系数是第三产业的直接用水系数的2.85～12.01倍，由此可见，第三产业的单位经济产出的完全用水量最少，即水资源的生产效率最高。

注：横坐标轴1、2和3分别代表第一、第二、第三产业。

图2 太湖流域各省（市）的用水系数比例 三大产业中直接用水系数和间接用水系数占完全用水系数的比例也不同。就整个太湖流域而言，第一产业以直接用水为主，第二、第三产业以间接用水为主。就太湖流域的各个省市而言，第一产业也是以直接用水为主，其中上海市的直接用水系数占完全用水系数的60%，而安徽省直接用水系数占完全用水系数的比例高达83%；第二、第三产业以间接用水为主，各省市的间接用水系数占完全用水系数的比例在71%以上，安徽省的第二、第三产业的间接用水系数等于完全用水系数。完全用水系数扩张的幅度取决于直接用水系数的大小和产业对国民经济的影响水平。产业对国民经济的影响水平越高，即该产业超过社会平均水平，成为主导性产业。太湖流域的第一产业的直接用水系数远大于第二、第三产业且第二产业影响水平最高，因此太湖流域第二、第三产业完全用水系数扩张的幅度大于第一产业。

太湖流域内各省市的完全用水系数差异显著，江苏三大产业的完全用水系数均为最大值，分别为14.28、8.95、3.29 m3/万元，远高于其他地区。安徽省三大产业的完全用水系数均最小，分别为0.049 4、0.006 5、0.002 9 m3/万元。从完全用水系数可以看出，位于太湖东部的城市完全用水系数大于位于太湖西部城市的完全用水系数，说明太湖流域下游地区的水资源生产效率较高。

2.1.2 水足迹分析。根据前面设计的算法，可以得出2007年太湖流域水足迹为453.30亿m3。太湖流域第一、第二、第三产业的水足迹分别为37.95、351.39、63.96亿m3。江苏省、浙江省、上海市、安徽省2007年水足迹分别为252.99、63.66、136.41、0.24亿m3（表2），可见江苏省的水足迹最大，而安徽省的水足迹最小，在流域内的各个省市第二产业的水足迹最大。2007年太湖流域净外部水足迹为63.98亿m3，占全流域水足迹的14%，其中第一产业净输入虚拟水量是4.44亿m3，第二产业净输出虚拟水量63.72亿m3，第三产业净输出虚拟水量是4.70亿m3。在太湖流域内，净输出虚拟水集中在第二产业，江苏省的净输出虚拟水量最大，为36.24亿m3。

2.2 太湖流域各省（市）水资源供需分析

2.2.1 上海市。由上述计算可以得到2007年上海市水足迹是136.41亿m3，即2007年上海市生产需要水资源的数量是136.41亿m3，2007年太湖流域来水量是145.00亿m3，根据对上海市水资源承载力分析，上海市水资源的可供给比例0.25，得到上海市水资源的可利用量为36.25亿m3，但上海市是一个水质型缺乏非常严重的地区，根据2007年上海市水利部门的水质综合评价结果，全市16条主要骨干河道，水质优于Ⅲ类（含Ⅲ类）仅占12.5%，水质是Ⅳ类占17.9%，水质劣于Ⅴ类（含Ⅴ类）占69.6%，因此上海市真正可以利用的太湖水只能是很少的一部分，可利用量仅有4.53亿m3，远小于上海市水资源的需求量，可以计算出水匮乏度高达30.11亿m3，水资源利用呈严重的不可持续状况，这与实际情况是一致的。

2.2.2 江苏省。2007年太湖来水量是79.95亿m3，水资源的利用率仅有16.7%，因此可以得到太湖可利用水量为13.30亿m3，全省691个河流水质断面中，优于Ⅲ类（含Ⅲ类）仅占31.0%，因此江苏省可利用的太湖水量仅有4.12亿m3。而2007年江苏省三大产业的水资源的需求总量约为252.99亿m3。江苏是一个水质型缺水和资源型缺水并存的省份，苏南地区属水质型缺水，淮北地区为资源型缺水。随着经济社会的不断发展，江苏水污染问题日益突出，全省66.7%以上地表水劣于Ⅲ类标准，单位面积污染负荷全国第一，水资源状况不容乐观。2007年水资源匮乏高达61.41亿m3，这与实际情况符合。

2.2.3 浙江省。2007年太湖来水量67.58亿m3，水资源的利用率达23.6%，浙江省全年期河流评价中水质优于Ⅲ类（含Ⅲ类）占53.8%，水质是Ⅳ类占12.7%，水质劣于Ⅴ类（含Ⅴ类）占33.5%，因此可利用太湖水量是8.58亿m3，相对于2007年浙江省对第一、第二、第三产业水资源的需求量63.66亿m3而言，供不应求，且可以计算出浙江省2007年水匮乏高达7.42亿m3，水资源出现严重的短缺现象，水资源不可持续利用。

2.2.4 安徽省。2007年安徽省三大产业对水资源的需求量是0.24亿m3，监测的234个国控、省控河流（湖泊、水库）地表水断面（点位）中，45.7%的水质优于Ⅲ类（含Ⅲ类），31.2%的水质轻度或中度污染，为Ⅳ～Ⅴ类；23.1%的水质重度污染，为劣Ⅴ类。2007年安徽省可利用的太湖水为0.41亿m3，大于其需求量，水资源可持续利用。

比较上海、江苏、浙江和安徽的水足迹，发现安徽省的水足迹最低，因为安徽省的经济相对于上海市、江苏省和浙江省，大部分的用水量集中在第一产业，经济相对比较落后，而江苏省的水足迹最高，对水资源的需求量较大，这与江苏省重点发展重工业密切相关，经济增长较快，导致了江苏省缺水严重，需要占据其他地区的水资源，同时工业发展过快导致了很多水污染，对各个地区水资源的供需分析为流域补偿机制的建立提供理论基础。

3 结论与讨论

太湖流域是我国经济社会最发达的地区之一，在产业结构上，第二产业比重较大，其中重工业占第二产业的绝大部分比例。随着经济的快速发展，经济发展与水资源污染之间的矛盾日益突出，优化产业结构，增大第三产业比重，同时调节第二产业轻、重工业比例关系。作为衡量水资源需求量的水足迹，可以很好地揭示区域内人类消费和水资源利用之间的关系，太湖流域2007年总水足迹是453.30亿m3，第一、第二、第三产业水足迹分别为37.95、351.39、63.96亿m3，第一产业用水中农业占绝大部分，主要是直接用水，用水效率较低，通过加强农业节水提高农业用水效率。第二产业和第三产业主要是間接用水比较多，第二、第三产业的产品的原材料大多来源于第一产业，第一产业中产生的大量虚拟水以中间投入方式转移到了第二、第三产业的产品中去，因此可以提高太湖流域第一产业的用水效率来有效地降低第二、第三产业的用水系数，提高第二、第三产业的用水效率。同时太湖流域也可以通过调整产业结构来降低水足迹，在调整产业结构时，考虑到第三产业的用水系数较低，通过增加第三产业的份额可以减少太湖流域的总水资源耗用量。

太湖流域水资源问题涉及到经济社会的方方面面，流域内各级政府必须加强流域管理，提高人们环保意识，调动人们积极性，要建立健全的合理的上下游地区补偿机制，具体可以从以下几个方面着手：实行用水总量控制，促进水资源可持续利用；强化水功能区达标管理，有效保护水资源；加强工程科学调度，提高水资源保障水平；建立健全的补偿机制；制定法律。同时还应把环境政策与产业政策结合起来。

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