我国行业水资源消耗的关联度分析

和夏冰,王 媛,张宏伟,王文琴,王丽丽 (天津大学环境科学与工程学院,天津 300072)

我国行业水资源消耗的关联度分析

和夏冰,王 媛*,张宏伟,王文琴,王丽丽 (天津大学环境科学与工程学院,天津 300072)

选取2007年相关数据进行整理分析,应用基于假设抽取法的水资源消耗产业关联度计量模型,比较各行业水资源的直接消耗和纵向集成消耗,定量测算出我国行业间水资源的流动转移情况.通过分析得到:不同行业的水资源直接消耗量与满足自身需求所需的水资源量有所差异,但是对于经济系统而言,所有行业水资源的直接消耗总量等于为满足最终需求所需的水资源总量,即水资源在经济系统的不同行业之间发生了转移;在经济系统中,农业、基础工业作为产业链上游行业将大量的水资源通过中间投入的方式转移到其下游行业中,轻工业、高科技工业等产业链下游行业的直接消耗的水资源无法满足自身需求,必须从其上游行业转移水资源;水资源从产业链的上游逐级向下游转移,维持着经济系统产品的生产与交换;如果行业的最终需求不变,单纯调整产业结构仅是将水资源消耗量大的行业进行区位或行业上的转移,而经济系统水资源消耗的总量并没有改变.本文通过定量化的方式来研究行业水资源消耗关联,初步揭示了水资源在行业间的消耗规律,能够为产业调整提供新视角,为产业结构调整政策提供更为科学的依据.

投入产出；水资源转移；产业关联；假设抽取法

在水资源的产业关联分析中,判断行业用水关联和特性时常用的指标为直接用水系数和完全用水系数[1].然而,直接用水系数与行业总产出相关,并未与行业的最终需求建立联系,计算结果只依赖于中间投入,无法完全反映产业关联[2];而建立在 Leontief逆矩阵基础上的完全用水系数,虽然融合了水资源消耗的直接和间接联系,但是由于该系数只是对行业的最终需求而言,也存在着一定的局限性[3].因而,单纯比较行业的直接用水系数和完全用水系数来判断行业用水关联特征是不确切的.

在纵向集成测算法和假设抽取法的基础上,Rosa Duarte创立了水资源消耗产业关联度计量模型,将行业用水关联影响效应分解为内部效应、复合效应、净前项关联和净后项关联四个部分,通过用水量而不是用水系数(单位产品耗水量)来测算行业间的用水关联特性[4].

本文利用我国2007年投入产出表,应用此方法定量分析我国行业直接或间接用水量及其关联特性.在此基础上,对行业用水的净前项关联和净后项关联进一步分解,从而得到我国经济系统中水资源的转移方向和数量.

1 基于假设抽取法的水资源消耗产业关联度计量模型

1.1 行业水资源关联度的测算

Schultz创立的假设抽取法(Hypothetical Extraction Method,HWM)最早应用于分析产业结构变动对经济系统的影响.该方法假设将 j部门从经济系统中抽走,通过比较抽走 j部门前后经济系统总产出的变化,分析 j部门对整个经济系统造成的影响,从而测算该部门的重要性[5].

Cella借鉴假设抽取法的思想,提出了测算经济系统中产业关联度的方法[6],方法如下:

假定Bs为该经济系统中几个部门(或一个部门)所组成的一个产业群,则 B-s为剩余部门所组成的产业群,则经济系统可以描述为

在假设的经济系统中,产业群 Bs*不与其他部门产品发生产品交易,其经济结构可以通过给Aij*赋零值而得到,假定的生产关系描述为:

比较两个经济系统的总产出,得到:

这里,总产出的变化反应出产业群Bs对经济系统的影响程度.

在此基础上,Rosa Duarte基于Pasinetti的纵向集成测算法,将部门直接用水系数引入产业关联公式中,以纵向集成消耗形式,将假设抽取法中的关联[式(1)]分解为各自独立的四部分,用来进行水资源产业关联度分析[4]:内部效应(IE): qs(1 - As,s)-1ys;复合效应(ME): qsCs,sys= qs[Δs,s- (1 -As,s)-1] ys;净后项关联(NBL): q-sC-s,sys=q-sΔ-s,sys;净前项关联(NFL): qsCs,-sy-s= qsΔs,-sy-s.其中,qs、q-s分别是产业群Bs、B-s单位产品的水资源投入向量(直接用水系数行向量),qs= ws/ xs,ws表示产业群Bs的用水量,xs表示产业群Bs的总产出.

图1 水资源消耗关联度分解Fig.1 The analysis of water consumption linkage

如图1所示,内部效应是假定产业群Bs产品的生产和交易在产业群内部独自完成,不与其余产业群 B-s发生联系时所发生的水资源消耗量,即水资源在本产业群内部行业间的消耗量.复合效应是产业群Bs的一部分产品被其他产业群B-s购买作为中间投入,用来生产产业群 B-s的产品,这些产品后又被产业群 Bs购买回来作为中间投入,形成产业群 Bs最终消费品所消耗的水资源,具有前项和后项关联双重特性.净后项关联是产业群Bs为满足最终需求ys对通过购买其余产业群B-s产品而直接和间接消耗其余产业群B-s的水资源,反映水真正的净“输入”.净前项关联是产业群 Bs的产品被其余产业群 B-s购买用来满足B-s最终需求 y-s而直接和间接消耗的产业群 Bs的水资源,且不会返回,是产业群 Bs真正的水资源净“输出”[7].纵向集成消耗是为满足产业群 Bs的所需要的直接用水量和间接用水量之和,即纵向集成消耗=内部效应+复合效应+净后项关联;直接消耗是产业群Bs消耗的自然形态的水资源量,是对产业群 Bs总产出而言的用水量,即直接消耗=内部效应+复合效应+净前项关联.

利用上述关系式可将纵向集成消耗与直接消耗分别按其构成进行分解,测算通过产品交易中输出和输入的水资源量,确定产业群Bs的产品在水资源消耗和需求上的替代作用.

1.2 行业水资源净转移的测算

若剩余产业群 B-s是由多个行业组成,可以将产业群Bs的净后项关联进一步分解.设t行业是剩余产业群B-s中的行业,则有

式中: NBLt→s为t行业转移到产业群Bs的水资源量.

同理,可以将产业群Bs的净前项关联进一步分解,即

式中: NFLs→t为产业群Bs转移到t行业的水资源量.

比较产业群Bs的净前项关联和净后项关联,两者差值即为该产业群的水资源净转移量:

若NT为正值,表示产业群Bs向经济系统净输出水资源;若NT为负值,表示产业群Bs从经济系统净输入水资源.

为了明确行业间水资源净转移情况,将产业群Bs水资源净转移量NT分解:

式中: NTs→t为产业群Bs净转移到t行业的水资源量.

若NTs→t为正值,表示产业群Bs向t行业净输出水资源;若NTs→t为负值,表示产业群Bs从t行业净输入水资源.

2 我国水资源消耗关联度分析

2.1 数据收集与整理

选择2007年为基准年,数据分别来源于中国投入产出表[8],农业用水量来源于中国水资源公报[9],工业用水量来源于中国环境年鉴中各工业行业用水量数据[10].

为研究需要,采用以合促统的手段,将分类细致的数据向分类粗的数据口径统一,以中国投入产出表中的行业分类为基本参考,最终合并为五大类17个行业,见表1.

表1 我国行业分类Table 1 The classification of Chinese industries

2.2 行业水资源纵向集成消耗与直接消耗

经济系统中,结合行业的最终需求的水资源纵向集成消耗总量与水资源直接消耗总量相等,为 4251.02×108m3,如图 2所示,即所有行业直接消耗的自然形态水资源总量,通过产业链输送转移,等于所有行业为满足最终需求直接和间接消耗的水资源总量.十分有限,仅占其纵向集成消耗的 1.10%,即农业对行业自身的依赖性较高,对其他行业的依赖性较低.

of vertical integrated water consumption

agriculture

轻工业水资源纵向集成消耗最多,为1821.02×108m3,占经济系统水资源纵向集成消耗总量的 42.84%;其次为农业,为经济系统水资源纵向集成消耗总量的36.90%;基础工业、高科技工业和其他制造业水资源纵向集成消耗相对较少,分别占经济系统水资源纵向集成消耗总量的9.70%、8.72%和1.84%.

水资源直接消耗量最多的行业为农业,为3601.78×108m3,占经济系统水资源直接消耗总量的84.73%;基础工业水资源直接消耗量所占比例为12.57%;轻工业、高科技工业和其他制造业水资源直接消耗量较少,共占经济系统水资源直接消耗总量的2.70%.

2.3 行业水资源消耗的关联度

2.3.1 农业水资源关联度 农业水资源的纵向集成消耗仅为其直接消耗的 43.55%(图 3),意味着农业有水资源转移到经济系统的其他行业中.

农业的内部效应为 1488.12×108m3,占其纵向集成消耗的 94.88%.也就是说,农业为满足自身最终需求所需的水资源中,94.88%都是来自行业内部的产品交换,从其他行业净输入的水资源

农业的净前项关联为 2050.58×108m3,占其直接消耗的56.93%,而内部效应占其直接消耗的41.32%.虽然农业水资源直接消耗显著高于其他行业,但是56.93%的直接消耗却是转移到其他行业,用于其他行业的产品生产,且不发生返回.这不仅对农业自身水资源直接消耗水平有一定影响,对经济体系用水也有重要影响,其他行业水资源需求能否获得满足,很大程度上依赖于农业的水资源转移.

农业水资源的净输出中,转移到轻工业的水资源为 1656.72×108m3,占其净前项关联的80.79%;转移到高科技工业、基础工业和其他制造业的水资源分别占农业净前项关联的8.50%、7.40%和 3.31%.可见,轻工业是农业水资源转移的主要对象.

2.3.2 基础工业水资源关联度 基础工业的水资源纵向集成消耗为直接消耗的 77.18%(图 4),该比例高于农业.基础工业也有水资源转移到经济系统中,但转移量低于农业.

基础工业的纵向集成消耗以内部效应为主,为 237.07×108m3,占其纵向集成消耗的 57.46%;而净后项关联所占比例与农业相比有所提高,为40.00%.这意味着基础工业用水不但对行业自身有较高的依赖性,同时对其他行业也存在着一定的依赖性.基础工业水资源的净输入中,绝大部分是从农业转移的,输入量为151.77×108m3,占其净后项关联的96.82%.

基础工业直接消耗的水资源主要转移到其他行业中,其净前项关联为278.72×108m3,占直接消耗的 52.14%.其中,基础工业转移到高科技工业的水资源最多,为179.34×108m3,占净输出量的64.34%,即高科技工业是基础工业水资源转移的主要对象.

2.3.3 轻工业水资源关联度 轻工业的水资源纵向集成消耗是其直接消耗的17.83倍(图5),也就是说,轻工业直接消耗的水资源无法完全满足自身的最终需求,必须以中间投入的方式,通过购买其他行业的产品,输入更多水资源,才能满足自身产品生产的需要.

轻工业水资源消耗的净后向关联为1733.58×108m3,占其纵向集成消耗的 95.20%.也就是说,为满足轻工业自身最终需求而消耗的水资源中,仅有4.56%来自于该行业自身,而95.20%都是从其他行业净转移到轻工业的,即轻工业的水资源消耗对其他行业的依赖性很强,而对行业自身的依赖性较弱.其中,农业是轻工业水资源的主要来源,水资源转移量占轻工业净后项关联的95.57%.

与农业和基础工业不同,轻工业的水资源直接消耗中,81.29%是内部效应,为 83.05×108m3,净前项关联仅占14.40%,即轻工业直接消耗的水资源主要用于行业自身生产,转移到其他行业的水资源比较少.

2.3.4 高科技工业水资源关联度 高科技工业的水资源消耗纵向集成消耗是直接消耗的30.17倍(图6).内部效应为10.06×108m3,占其直接消耗的比例高达81.92%;净后项关联为359.88×108m3,占其纵向集成消耗的97.11%,即高科技工业直接消耗的水资源主要用于自身生产,但这部分水资源并不能完全满足自身最终需求,而从经济系统中输入了大量水资源.农业和基础工业分别向高科技工业输入174.31×108m3和179.34×108m3水资源, 是高科技工业水资源的主要供给者,占高科技工业净后项关联的48.44%和49.83%.

high-technology industry

2.3.5 其他制造业水资源关联度 其他制造业几乎完全依赖于经济系统中其他行业对该行业的水资源输入.如图7所示,其他制造业水资源的纵向集成消耗是其直接消耗的266.65倍,其净后项关联为 78.18×108m3,占纵向集成消耗的99.73%.其他制造业主要从农业转移水资源(97.78×108m3),占其净后项关联的86.70%.

2.4 行业水资源净转移

如图 8,农业和基础工业是经济系统中水资源的供给者,分别向经济系统净转移水资源量为2033.30×108m3和121.96×108m3.轻工业、高科技工业和其他制造业是经济系统中水资源的接收者,分别从经济系统中净转移了1718.86×108m3、358.30×108m3和78.10×108m3水资源.

图8 我国各行业水资源净转移Fig.8 Net water transfer among sectors in China

农业是“真正的”水资源净输出行业,虽然有水资源从其他行业转移到农业,如基础工业和轻工业,但由于这部分水资源相对较少,无法平衡农业转移到其他行业中的水资源.如图9所示,农业净转移到其他四类行业的水资源量有所差异.其中,农业净转移到轻工业的水资源最多,为1653.58×108m3;而净转移到其他制造业的水资源相对较少,为67.78×108m3.

图9 我国行业水资源净转移分解Fig.9 The analysis of net water transfer among sectors in China

基础工业水资源净转移的行业包括轻工业、高科技工业和其他制造业,其中净转移到高科技工业中的水资源最多,为178.44×108m3.基础工业并没有水资源净转移到农业中,相反地,基础工业从农业净输入了137.72×108m3水资源,即农业是基础工业严格意义上的水资源供给者.

轻工业水资源净转移的对象为高科技工业和其他制造业,而从农业和基础工业净转移来的水资源量远高于轻工业净输出的水资源量,因而轻工业是水资源净输入行业,且水资源净输入量相当可观.

高科技工业只净转移 0.01×108m3水资源到其他制造业,而从农业和基础工业净转移了大量水资源,从轻工业转移的水资源量较低.

其他制造业没有向其他任何行业净转移水资源,相反地,其他行业都有一定量的水资源净转移到其他制造业,其中,从农业净输入的水资源相对较多.可以说,其他制造业是真正意义上的水资源净输入行业.

基于以上分析,可以得到经济系统内行业间水资源净转移的方向和数量.在整个经济产业链中,位于上游的农业和基础工业,通过中间投入的方式将自身产品的水资源净转移到下游的其他行业;位于产业链下游的轻工业、高科技工业和其他制造业,通过中间投入的方式从上游行业净输入水资源来满足自身的最终需求.产业间进行产品交换的同时,水资源也从产业链的上游行业转移到产业链的下游行业.

3 讨论

调整产业最终需求规模会是缓解水资源供需矛盾的有效选择.在区域产业调整过程中,需要考虑行业之间水资源的替代关系.将高耗水行业迁出,仅是降低的某一区域的用水量,并没有降低所有区域的用水总量.如何根据我国水资源消耗现状,科学地进行水资源优化配置,建立节水型社会,还有待更深入的研究.

本文所应用的基于假设抽取法的水资源消耗产业关联度计量模型,其计算结果是一种较为简单的行业用水情况,既没有考虑行业内部水资源循环利用的情形,也没有考虑不同行业对水质要求的差异问题.实际上,上述两种情况都是客观存在的,如何更为准确地测算出复杂情况下的行业用水关联,将是今后研究的内容.

4 结论

4.1 经济系统水资源的纵向集成消耗总量等于直接消耗总量,即经济系统所有行业直接消耗的自然形态的水资源总量能够满足最终需求所需要的水资源.但是经济系统内部,由于每个行业最终需求不同,各行业水资源消耗的纵向集成消耗不同,与直接消耗的比较结果表明,不同行业之间发生了水资源转移.纵向集成消耗小于直接消耗的农业和基础工业,虽然直接消耗量很高,但是用于满足自身最终需求的水资源量不足其直接消耗量的50%,而是将一定比例的水资源转移到经济系统的其他行业;而纵向集成消耗大于直接消耗的轻工业、高科技工业和其他制造业,虽然直接消耗量较低,但是无法满足自身的最终需求,需要其他行业为这三类行业提供水资源,这部分水资源量占各自水资源纵向集成消耗量的比例均达到95%以上.

4.2 经济系统中,所有行业水资源消耗的净前项关联总和等于净后项关联总和,即通过中间投入,各行业输出到其他行业的水资源总量等于行业从其他行业输入的水资源总量.从农业、基础工业、轻工业、高科技工业到其他制造业,都是从其上游行业净输入水资源,向其下游行业净输出水资源.水资源按照产业链的方向进行流动转移,维持经济系统的产品生产与交换.其中,农业是经济系统最大的水资源供给者,而轻工业是经济系统最大的水资源接收者.

4.3 行业的水资源消耗取决于自身的最终需求.如果最终需求不变,行业用水需求就不变,单纯调整产业结构未必会影响经济系统用水总量,直接消耗的水资源只不过是在经济系统内部按照产业链方向逐级由上游向下游转移,即最终去向发生变化,但是水资源消耗总量并未发生改变.产业间的关系非常复杂,有些直接水资源消耗量低的行业需要水资源消耗量高的行业支撑才能发展,这些低耗水行业是深深锚定在高耗水行业产出中的,也就是说,低耗水行业的发展有时会同时增加高耗水行业的产出.

[1] 汪党献,王 浩,倪红珍,等.国民经济行业用水特性分析与评价[J]. 水利学报, 2005,36(2):169-173.

[2] Duarte R.Analyzing pollution by way of vertically integrated coefficients with an application to the water sector in Aragon [J]. Cambridge Journal of Economics, 2003,27:433-488.

[3] 刘起运.正确认识和使用投入产出乘数 [J]. 中国人民大学学报, 2003,(6):89-95.

[4] Duarte R, Sánchez-Chóliz J, Bielsa J. Water use in the Spanish economy: an input-output approach [J]. Ecological Economics, 2002,43:71-85.

[5] Schultz S. Approaches to identifying key sectors empirically by means of input-output analysis [J]. The Journal of Development Studies, 1977,(3):77-96.

[6] Cella G. The input-output measurement of interindustry linkages [J]. Oxford Bulletin of Economics and Statistics, 1984, 46:73-84.

[7] 马 忠,徐中民.改进的假设抽取法在产业部门用水关联分析中的应用 [J]. 水利学报, 2008,39(2):176-182.

[8] 国家统计局.中国投入产出表-2007 [R]. 北京:中华人民共和国国家统计局, 2009.

[9] 中华人民共和国水利部.中国水资源公报-2007[R].北京:中国水利水电出版社, 2008.

[10] 国家统计局,国家环境保护总局.中国环境年鉴 [R]. 北京:中国统计出版社, 2008.

Linkage analysis of water use among industrial sectors in China.

HE Xia-bing, WANG Yuan*, ZHANG Hong-wei, WANG Wen-qin, WANG Li-li (School Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China). China Environmental Science, 2012,32(4)：762～768

The aim of this paper was to study the behaviour of the productive sectors of the Chinese economy as direct and indirect consumers of water. Industrial water consumption linkages analysis was empolyed, based on hypothetical extraction method. By comparing the direct water consumption with vertical integrated water consumption based on the input-output data of water utilization in 2007 in China, direct water consumption of each sector was not equal to water required to meet final demand of itself. In view of the economy, the total of direct water consumption of all sectors was equivalent to the total of water required to meet final demand of themselves. Water resource transferred among productive sectors. In the supply-chain, upstream sectors such as agriculture and basic industry, met their final demand by the internal exchange of production, and transferred a large number of water resource to their downstream sectors by intermediate input. On the contrary, downstream sectors such as light industry and high-technology industry, transferred a great quantity of water resource from their upstream sectors, because their direct water consumption was unable to meet the final demand. In this way, water resource was transferred from upstream to downstream step by step to maintain the production and exchange in economy. If the final demand did not have a change, industrial restructuring was just to divert the sector with a high-water-consumption from a place to the other. Therefore, the total water consumption of the economy did not have a change. This paper revealed the regular of industrial water consumption so as to provide a fresh perspective of structure adjustment and more scientific basis of policy-making.

input-output analysis；water resource transfer；industries linkage；hypothetical extraction method

X32

A

1000-6923(2012)04-0762-07

2011-08-25

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07317-005-001)

* 责任作者, 副教授, w_yuan77@163.com

和夏冰(1986-),女,辽宁沈阳人,硕士,主要研究方向为水资源规划与管理.发表论文2篇.