基于CGE模型的天津市水资源经济效果分析

刘金华，倪红珍，汪党献，黄晓丽

（1.中国水利水电科学研究院 水资源研究所，北京 100038；2.水利部水利水电规划设计总院，北京 100011；3.中国灌溉排水发展中心，北京 100054）

天津市位于海河流域各河系的下游，历史上素有“九河下梢”之称。天津市属于资源型缺水城市，人均水资源占有量为160m3，为全国人均水资源占有量的1/15，位居全国各省市人均水资源量之末。2007年天津市用水总量23.41亿m3，人均用水量210m3，超出天津市人均占有量的30%，水资源短缺已成为该地区经济发展和社会进步的主要制约因素。面对有限的水资源和日益增长的用水需求，制定良好的水资源调配政策，设计合理的水市场是重新配置水资源的有效手段［1］。为此，建立能反映水资源的多元性、非线性、动态性、多重反馈特征的政策模拟模型，实现对水资源经济价值估算和动态变化过程的预测模拟成为水资源政策研究领域的关键问题［2］。国内外相关研究［2-4］表明，可计算一般均衡模型（Computable General Equilibrium，CGE）是分析水资源经济政策效应的理想工具。因此本文采用该模型对天津市水资源经济效果进行分析。

1 CGE模型概述

CGE模型起源于瓦尔拉斯一般均衡理论，通过构建一般均衡经济系统的数值模拟模型，定量描述市场经济中不同要素对资源配置和收入分配的影响［5］。自Johansen［6］的第一个CGE模型问世以来，被广泛应用于国际贸易、公共财政政策、资源与环境等方向。随着水资源问题日益突显，应用可计算一般均衡模型解决水问题逐渐成为研究的重要方向，处理方法通常将水资源作为一种生产要素，或者资源约束，或者直接作为一个部门纳入到CGE模型中［7］。应用CGE模型进行水资源问题研究主要涉及水资源价格、水资源配置、水市场与水权交易和水政策决策等领域。目前应用较广泛的主要有美国模型和澳大利亚模型，模型的各项指标对比见表1。

表1 澳大利亚模型与美国模型指标对比

2 天津市水资源CGE模型

本文以ORANIG模型为基础进行构建。XIA Jun等［2］及赵博等［3］采用该模型及软件平台对北京市水资源经济政策进行研究，取得了较好的应用效果。本文则在前人研究基础上，将水资源作为初始要素的基本构成，通过设置水资源要素价格和供给量，进行水资源经济效果模拟。

2.1 基本模块 所构建模型主要模块包括以下11个部分。

（1）生产投入决策模块。采用CES函数形式，自下而上进行投入商品或要素的层层复合，形成中间投入复合品、初始投入复合品、其他投入三类投入要素；采用列昂惕夫生产函数进行三种要素总复合，形成部门商品总产出。

（2）生产产出决策模块。在假定不同部门可以生产同一种产品以及同一部门可以生产多种产品的前提下，进行部门商品生产决策。采用CET函数形式，进行部门商品产出决策以及商品进出口选择。一般而言，部门是否进行某种商品生产活动是由MAKE矩阵决定，但生产多少则是由CET弹性系数决定，同时，商品的进出口份额除了受进出口价格影响外，还受到CET弹性系数影响。

（3）投资需求决策。投资需求决策类似于生产投入决策，通过对进口品和国产品的CES复合，形成复合商品；采用列昂惕夫生产函数形式，进行复合商品的需求决策。

（4）居民需求决策。居民需求与投资需求决策类似，区别在于居民需求采用扩展的LES函数进行商品需求决策，即居民在可支配收入的约束下进行商品需求选择。

（5）出口需求决策。模型将出口商品划分为大宗商品与单个商品，大宗商品是由多个商品组合的商品总称。国外用户对大宗商品及单个商品的需求量采用如下商品需求方程描述：

式中：X4（c）为商品出口需求量；F4Q、F4P（c）分别为需求量转移因子和价格转移因子；EXP_ELAST（c）为出口需求弹性系数；phi为货币汇率；P4（c）为商品出口价格。

大宗商品组内各商品需求量是在大宗商品总需求的基础上乘以固定份额系数计算获得。

（6）政府需求决策。政府对商品的需求量是通过居民需求量与转移变量的乘积获得，政府边际消费份额的改变可通过冲击针对商品的转移变量来实现。

（7）库存需求决策。目前仍没有成熟的经济学理论来解释库存变化量，本模型采用商品产出量的变动来描述库存需求量的变化情况。

（8）市场出清模块。在一般均衡条件下，商品市场上的总供给应等于总需求，资本市场上的总供给等于总需求，劳动力市场上的总供给等于总需求。

（9）价格方程模块。本模块是CGE模型的核心模块，对商品和要素市场调节起着决定性作用。模型中采用“小国假设”，认为研究区的对外贸易量不会引起研究区外商品价格波动，也即各种商品的进出口价格维持恒定［8］。模型中价格变量十分繁多，从生产、分配、交换、消费过程来说，包括商品出厂价格、商品的运输价格、商品的税收价格、购买者价格以及要素价格等；此外，需要区分国产品价格和进口品价格。模型中通过设置从价税来实现对商品消费环节的征税，并可通过对不同部门设置不同的税率来分析税收的影响。

（10）投资分配模块。模型投资模块基本原理为：投资决定固定资产存量，资本回报率影响投资的分配与流向。ORANIG模型中有3种投资分配机制，不同投资机制要么决定部门投资量，要么决定部门投资在总投资中的比例。具体投资机制为，①对于短期模拟而言，将部门投资与资本回报率挂钩，较高的资本回报率带来较多的部门投资；②对于部分行业以政府投资为主导，投资额的计划性质较大部门，在模型中采用外生处理；③对于长期模拟而言，进行固定资产增长率外生，固定资产存量内生处理。

（11）劳动力市场均衡。目前仍没有成熟的劳动力供给理论，建模者根据模拟期长短选择不同的均衡机制。一般而言，进行短期模拟时选择工资水平内生，劳动力供给量外生；进行长期模拟时选择工资水平外生，劳动力供给量内生。

（12）其他方程。模型还包括GDP要素贡献率分解方程、商品消费结构方程、Fan分解方程、各种指数计算方程、GDP计算方程等。

2.2 模型改进 水资源是国民经济生产活动不可或缺的重要组成部分。在水资源紧缺地区，水资源已成为产业布局与经济发展的主要制约因素。结合天津市水资源短缺现状，本文拟将水资源作为生产活动的初始投入要素纳入到模型体系，对模型结构进行调整，如图1所示。图中虚线部分为本模型新增项。模型中生产要素是资本、劳动力、水资源和土地投入的CES复合，从而允许各初始投入间的不完全替代。模型的CES函数为：

式中：V1PRIM为总初始投入量；X1LAB_O、X1CAP、X1WAT、X1LND分别为劳动力要素、资本要素、水资源要素和土地要素的投入量；A1LAB_O、A1CAP、A1WAT、A1LND分别为劳动力要素、资本要素、水资源要素和土地要素的技术进步系数；i为行业类别。

在模型闭合选择上，设置水资源的供给量为外生变量，水资源的要素价格为内生变量。

在进行政策模拟时，根据研究目的及模拟期需要，可设置2种不同的机制实现水资源要素的市场均衡。在进行长期模拟时，采用水资源要素价格内生、水资源供给量外生机制；进行短期模拟时，采用水资源要素价格外生、水资源供给量内生机制。本文基于编制的2007年投入产出表，采用长期模拟机制进行天津市水资源经济效果分析。

3 实例研究

3.1 基本说明 水资源占用量通常指在某一时期内，生产主体为进行生产活动而占用的水资源量；水资源占用价值指经济系统占用的水资源量在价值上的体现，包括生态环境价值、经济价值和社会价值等，是水资源功效的价值表达。水资源占用价值涉及范围广，计算复杂，目前尚未形成统一的价值核算理论体系。本文拟采用部门用水量来表述该部门对水资源的占用情况，并采用部门用水中水资源税支出来描述行业的水资源占用价值量。

3.2 数据处理及基本参数

3.2.1 数据处理 利用2007年天津市42部门投入产出表［9］和相关的三产用水成果［10］，结合文献［11］行业用水定额信息，建立天津市水资源投入占用产出表。具体步骤如下：（1）将42部门投入产出表按照农业、工业、建筑业、交通运输业、零售业、其他三产以及水的生产与供应业汇总合并。鉴于交通运输业和零售业与其他部门的密切联系，以及澳大利亚模型多将其作为边际费用部门处理，拟将其从第三产业中单独列出；考虑到水的生产与供应业中水资源投入大、自身用水少的特点，将其单独列出。（2）在计算分行业用水量的基础上，结合2007年天津市水资源税率水平，计算不同行业用水支出中水资源税支出及其他水费支出水平；将水资源税从原始投入产出表中的生产税净额项分离出来，构造水资源占用矩阵；将其他水费支出从中间投入矩阵中的水的生产与供应业部门扣除，采用RAS方法进行投入产出表修正。如此，天津市投入产出表初始投入项被分解为劳动者报酬、固定资产折旧、水资源税、生产税净额和营业盈余等。

3.2.2 基本参数 模型基本数据包括基准年水平数据以及重要的经济系数或参数。由于ORANIG模型的价格齐次性，意味着模型只对相对价格的变动作出反应，而不受绝对价格变化的影响［8］。为此，基准水平数据的校核和率定问题不大；而均衡状态下的参数值选取对模型结果影响较大，也是CGE模型备受争议的原因之一［12］。

模型主要弹性系数及参数调整和赋值如下：①劳动需求弹性系数SLAB采用社科院估计数0.243［13］；②消费价格弹性采用PRCGEM模型数据4；③行业Arminton弹性、要素替代弹性和居民消费弹性采用ORANIG03版本中的成果，并按加权平均处理；④根据文献［1］研究成果，人均收入从100美元增加到3 000美元（1970年价格）时，Frisch参数从-7.5提高到-2，2007年天津市城市人均可支配收入2 500美元（当年价），故Frisch参数值设置为-3；⑤模型其他参数选用ORANIG模型参数，部分行业按加权平均处理。

3.3 结果与分析

3.3.1 情景设置 为研究不同水资源供给量变动水平对GDP的影响，分析水资源边际贡献规律，拟进行多情景方案分析。为此，按供水量变化率的不同，设置13套情景方案，供水量变化率分别为-5%～-1%、1%～6%、8%和16%等。受篇幅所限，除对水资源边际贡献分析外，本文仅分析天津市行业产出、中间投入消费者价格及行业就业水平在供水量减少5%时的宏观经济效果。

3.3.2 水资源边际贡献分析 将水资源作为生产要素纳入到模型体系中，因此，不能直接计算水资源的供给价格，而是通过供水量的变动来模拟GDP变动，从而确定水资源的边际价格。图2给出了水资源供给量的变化对GDP的影响。结果显示，在模拟水资源供给量变化范围内，水资源供给量与地区增加值有着很强的正向相关性，随着供水量的增加，地区增加值也呈现增加趋势；此外，由拟合曲线的二次项系数为负可知，供水量与地区GDP增长并不同步，随着供水量的增加，GDP增速明显放缓，水资源对地区GDP的边际贡献率随着水量的增加而不断减少。水资源边际价格与供水量关系，如表2所示。由计算结果可知，2007年天津市国民经济行业用水对GDP的边际贡献量为8.65元/m3，与天津市当年工业用水水价（6.2元/m3）相差2.45元/m3，表明天津市现有水价水平尚未充分反映水资源的价值，不能发挥水价对资源的优化配置作用；天津市水资源供给量从22.85亿m3减少到18.70亿m3，水资源的边际贡献量则从7.47元/m3提高至9.03元/m3。

3.3.3 水资源变化对行业产出影响分析 模型中行业总产出是由资本投入、水资源投入以及中间投入共同决定，因此，减少水资源的供给量必定会减少行业总产出。受行业替代弹性差异影响，不同行业总产出影响程度并不相同。图3为行业用水量统一减少5%的行业总产出变化率影响。可看出，当部门用水量减少5%时，水的生产与供应业总产出受影响最大，总产出减幅超过3%；其次为交通运输业，减幅为0.33%，零售业受影响程度最小，减幅不足0.1%。表3为行业用水量减少5%对部门总产出水平的影响。可看出，天津市分行业供水量减少5%，国民经济总产出减少0.2%，即，天津市每减少9 850万m3的供水量将会使社会总产出减少31亿元，其中农业0.6亿元，工业16.4亿元，水的生产与供应业0.5亿元，建筑业3亿元，交通运输业3.4亿元，零售业0.6亿元，其他三产6.8亿元；部门间边际产出差异较大，交通运输业水资源边际贡献量最高，达到440元/m3，农业水资源边际贡献量最低，仅为0.8元/m3，两者相差550倍。表明农业部门用水效率低下，提高农业用水水平是解决天津市水资源短缺的关键所在；非农部门水资源边际贡献量相对较高，进行行业结构调整，实现农业用水向非农部门转移是提高经济系统用水效率、缓解地区水资源供需矛盾的有效措施。

表2 水资源边际贡献量与供水关系

表3 行业供水变动-5%对产出水平影响

3.3.4 水资源变化对行业消费者价格影响 模型中消费者价格由商品基本价格、边际服务价格及消费税三部分组成。由于不同行业对中间商品的消费者价格具有相同的规律，本文仅列出行业供水量减少5%的情况下，工业部门用于中间投入的商品消费者价格变化率情况，如图4所示。图4显示，减少相同比例供水量条件下，不同商品的消费者价格变化规律不同：水生产与供应业消费者价格上涨了0.33%，零售业消费者价格下降0.01%。表明供水量变化对工业部门购买者价格影响与供水量变化是同向的，少部分是反向的，其中，水生产与供应业的商品消费者价格变化与该部门供水量变化方向一致，零售业则呈反向变化，即随着部门供水量的减少，水生产与供应业的商品消费者价格增加，零售业的商品消费者价格减少。

3.3.5 水资源变化对部门就业影响 本次模拟为短期模拟，劳动者工资为外生变量，劳动者就业人数作内生变量处理。因此，水资源供给量变化对劳动力的影响体现在部门从业人员的变化上。表4给出水资源供给量变动对部门从业人员的影响。结果表明，天津市每减少9 850万m3的水资源供给量，全社会就会减少10 056个劳动力需求，其中，农业1 673人，工业3 303人，交通运输业229人，零售业765人，其他三产4 776人，水的生产与供应业189人。从边际贡献倾向可看出，天津市每减少100万m3的水资源供给量，全社会劳动力需求量大约减少102人。就部门劳动力需求而言，每减少100万m3的水资源供给量，零售业劳动力需求量减少倾向最大，高达2 790人，农业部门最小，仅为24人；建筑业部门劳动力需求量随着供水的减少呈增加趋势，这一点与王勇等［8］对张掖市研究成果类似。

表4 行业供水变动-5%对部门就业影响

4 结论

本文基于ORANIG模型，构建了天津市水资源CGE模型，结合2007年投入产出表和国民经济行业用水信息，通过多情景模拟分析，评估了天津市水资源的宏观经济效果。结论如下：（1）在2007年科技发展水平及水资源开发利用条件下，水资源对GDP的边际贡献量约为8.65元/m3，边际贡献量随着供水量的增加呈减少趋势。（2）水资源对总产出的边际贡献量约为31元/m3，其中，农业为0.8元/m3，交通运输业为440元/m3，两者相差550倍。提高农业用水水平、进行农业用水向非农行业转移，是提高经济系统用水效率，缓解地区水资源供需矛盾的有效措施。（3）减少水资源供给量将提高除零售业部门产出的消费者价格，其中水生产与供应业的消费者价格受影响程度最大：每减少5%水资源供给量，水生产与供应业消费者价格提高0.33%。在进行行业用水总量控制过程中，政策制定者除需要考虑总量控制对于减少水资源消耗量与污染物排放量的效果，还应考虑企业和居民对于由供水减少带来的消费者价格上升的承受能力。（4）一般而言，减少水资源供给量将减少部门劳动力需求，且部门减少倾向是不同的。就天津市2007年投入产出表数据而言，零售业受影响程度最大，农业最小；建筑业在模型优化机制下出现相反的规律：减少水资源供给量，建筑业劳动力需求增加。

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