珠江三角洲工业虚拟水的量化研究

戴 玲 ，张佐敏

(1.海南大学 旅游学院，海南 海口570228； 2. 海南大学 经管学院，海南 海口570228)



珠江三角洲工业虚拟水的量化研究

戴 玲1，张佐敏2

(1.海南大学 旅游学院，海南 海口570228； 2. 海南大学 经管学院，海南 海口570228)

通过建立相对完善的工业产品虚拟水的计算方法和研究框架，计算出珠江三角洲9地市2011年各地市规模以上的工业生产虚拟用水以及主要工业产品消费虚拟用水的数值，系统分析了珠江三角洲9地市工业生产虚拟水、消费虚拟水以及净进口虚拟水的特征.研究结果表明：珠江三角洲区域属于净进口虚拟水较多的区域，珠江三角洲9地市可参考各主要工业大类的用水效率进行区域产业结构的优化，可在产量不减的前提下，使总生产用水的数值达到最小化；由于各个地市主要用水的工业大类不同，故每个地市应该调整工业结构，应在耗水量大的工业大类上进行节水研究，同时应优化工业生产的结构，并进行集约化和规模化生产，同时应将重点放在9地市中有用水量优势的行业，以使得各地市单位产值的用水量达到最小；人口数是工业消费用水的重要影响因素，即人口数值越大，工业生活产品消费用水的数值就越大.

珠江三角洲；工业虚拟水；产业结构

水对于人类是不可缺少的和不可替代的资源，它影响着人类的生存和发展.由于水资源的自身特点及人类的不合理利用，全世界有26个国家(约有2.32亿人口)已经面临缺水，有80个国家(其人口约占世界人口的40%)的淡水供应短缺已成为限制其经济和社会发展的重要因素[1]，中国的水资源更是先天不足[2].珠江三角洲地区是我国经济发展和改革开放的前沿区域，随着其城市的发展以及人口的增加，再加上过去在水资源管理和用水制度上的不合理，从而造成了用水量的大幅度增加和水质的恶化，使得水资源的供需矛盾日益尖锐，这不但制约了城市国民经济的发展，而且危及到了城乡居民的生活用水[3].因此，珠江三角洲地区在追求城市可持续发展的同时能否实现水资源的可持续利用是其迫切需要解决的问题.

自Allan提出虚拟水概念以来，虚拟水战略为解决水资源的供需矛盾提供了新思路和新理念.随着商品经济的发展，国家和区域间的贸易不断增强，这更使得虚拟水研究成为国内外的研究热点.所谓虚拟水即为生产产品和服务在其整个周期的过程中所消耗的全部水资源[4].目前，国内虚拟水的研究重心主要在以下的几方面：1)对区域整体的虚拟水足迹进行计算，并分析相关区域的水资源承载力情况，如2012年石培基等以石羊河流域的凉州区为例，从虚拟水的角度研究了干旱内陆河流域的城市适度规模[5]；又如，2016年熊鹰等从水资源承载力的角度分析和研究了长株潭城市群的适度规模[6]；2)通过不同农产品的虚拟水数值来计算和研究产业结构的合理配置，以此来提高区域水资源的整体利用效益，例如，2009年姜东辉等结合山东省缺水的现状提出了基于虚拟水角度的农业结构的优化，他们建议应优先发展“低耗水和高效益的农产品”，谨慎发展“高耗水和高效益的农产品”，控制发展“高耗水和低效益的农产品”，并以此来优化农业结构[7]；2010年，李忠心对丹东市主要粮食作物的虚拟水进行了定量分析，并对该地区的农业合理配置提出了建议[8]；有关农业虚拟水在空间分布上的差异性研究也较多，孙才志等不仅研究了中国主要农产品虚拟水流动格局的稳定性[9]，而且还研究了基于分形的中国地均农畜产品虚拟水规模分布的时空演变，揭示了地均农畜产品虚拟水空间分异的特征规律[10]；2009年，刘红梅等对中国20年的面板数据差异性进行了分析，验证了农业虚拟水“资源诅咒”效应的存在性[11]；3)在工业虚拟水方面，2014年张兵兵等从投入-产出的角度测算和研究了浙江省工业虚拟水的贸易[12]；2006年项学敏等提出了工业产品虚拟水含量的计算方法[13].

综合上述文献，目前对虚拟水的研究主要集中于农业虚拟水的研究方面，区域主要集中在北方的干旱地区，而从虚拟水周期的角度定量研究区域内部工业虚拟水的相关文献却很少，有关南方经济发达地区的研究就更少了.然而，在珠江三角洲区域，由于其第二、三产业的产值占总产值的95%以上，而且其用水量大且水污染严重，这就使得该区域的水资源脆弱性处在较高水平[3]，所以，对珠江三角洲区域的工业虚拟水进行定量研究就非常必要了.基于此，本文根据工业产品虚拟水的计算方法和研究框架，应用珠江三角洲9个地市2011年的统计年鉴的截面数据，同时根据统计年鉴提供的各地市规模以上的工业产品产量的数据，计算出各地市规模以上工业生产用水以及主要工业产品的具体用水数值，并对工业生产虚拟水和消费虚拟水的特征进行了分析.该研究为珠江三角洲地区乃至经济发达地区的水资源节约提供了新的视角，完善了虚拟水研究中的城市工业虚拟水的计算方法.

1 数据

本文的数据来源：单位产品虚拟水含量根据《广东省用水定额》得到；各地市的工业产品数量以及原料数量来源于《2011年广东省统计年鉴》以及2011年珠江三角洲9地市(广州、深圳、珠海、佛山、江门、东莞、中山、肇庆、惠州)统计年鉴.

2 研究方法

2.1 单位产品虚拟水含量的分析 根据工业产品生产中水及虚拟水的消耗途径，从生产者的角度设定了如下的虚拟水计算公式：

某工厂年产工业产品所含虚拟水总量(m3)=年原材料和燃料生产用水+年原材料和燃料运输用水+年生产过程中机械损耗折合生产用水+年生产人员生产生活用水+年生产过程的添加水+年服务性用水

其中，由于各地市原材料的用水最大，所以在此详细计算和分析了各地市各工业产品的原材料用水和原材料工业用水.能源用水主要是为了电能，但由于发电用水是可以循环利用的，因此在此不进行分析.其他生产服务性用水等实体用水则进行总量分析.

单位产品虚拟水的含量(m3)=年产这种工业品所含的虚拟水总量(m3)/年生产产品数量[13]

2.2 计算框架 珠江三角洲9地市工业虚拟水的计算框架如图1所示，珠江三角洲9地市的工业水足迹是从两个角度来进行计算的，一是工业生产虚拟水(VWIP)，即地市内生产各种主要工业产品所耗费的水资源足迹；另外一个角度是消费虚拟水(VWIC)，即地市内人们消费各种主要生活工业产品及其工业原料所需要的水资源足迹，包括生活工业品消费用水和总工业原料消费用水(VWIC3总).由于农村和城市的消费结构不同，因此，生活工业品消费用水为农村消费虚拟水(VWIC1)与城市工业消费虚拟水(VWIC2)之和.

工业原料消费用水(VWIC3)为各地市主要耗水产品所耗用的主要原料用水的总和.但由于计算的复杂性和全面数据的难以获得，故用2个系数将各地市工业原料的消费用水(VWIC3)进行合理放大，从而得到总工业原料消费用水(VWIC3总).设两个参数为ε1、ε2， ε1表示分析的主要工业产品占规模以上工业产品的百分比，ε2表示规模以上工业产品用水占总工业用水的百分比.

净进口农产品虚拟水的足迹(VWFI)则等于地市消费虚拟水(VWIC)与生产虚拟水(VWIP)之差，从净进口农产品虚拟水的足迹则可以看出该地市工业虚拟水的承载力，其公式为：

VWIC=VWIC1+VWIC2+VWIC3总，

(1)

VWII=VWIC-VWIP，

(2)

各地市工业生产虚拟水(VWIP)为各种主要工业产品总产量M(n, i)与单位产品虚拟水含量SWD(n, i)的乘积，最后再对不同产品进行加和.其中，n代表地市名称，i代表工业产品的种类，具体公式如下：

(3)

工业原料消费用水(VWIC3)如下式表示，其中，j表示每种主要工业产品的原材料种类，D(i, j)表示各地市单位(i)工业产品所用j种原材料的数量.kn1和kn2均为系数，kn1表示分析产品用水量占规模以上产品用水量的比例系数，kn2表示各地市计算规模工业产品用水量占总产品用水量的比重.

(4)

VWIC3总=VWIC3/ε1ε2,

(5)

各地市城市(农村)生活工业产品消费虚拟水(VWIC1或者(VWIC2)为城市总人口P1(n)，城市对该工业产品的人均消费数量(mc1或(mc2)与单位产品虚拟水含量SWD(n, i)的乘积，最后再对不同产品进行加和，公式表示为:

(6)

(7)

本文中，各地市的单位产品用水量SWD(n, i)参考了广东省各产品的用水定额，并全部取其最大值来进行计算.

3 结果分析

3.1 工业生产虚拟水 珠江三角洲地区的一般工业用水总量为65.74亿t，其中,广州的用水量最大，为22.66亿t，占总工业用水比例的34.5%，其次为东莞、中山.图2为珠江三角洲9地市的工业用水总量图，表1为各地市不同大类的行业用水结构.

由表1可知，广州市的工业用水主要集中在金属冶炼业、食品制造和造纸业、石油化工业以及化学原材料的制造与加工等行业，其所占总工业用水的比例分别为37%、24%、9%和6%.深圳的工业用水主要在通信、计算机、电气、机械及器材等行业，占总用水的71%，另外，设备机械占18%.珠海市的工业用水则主要集中在设备机械、石油化工及化学原材料等行业，皆占总工业用水比例的28%，其次为食品饮料业和造纸业，所占比例分别为17%和15%.佛山市占工业用水比例较大的行业有服装、鞋帽和纺织等行业，所占比例为33%，其次为造纸业、塑料橡胶制造业、非金属制造业，所占比例分别为15%、12%和11%.惠州市的工业用水主要集中在通信-计算机-电气-机械-器材业、家具业和非金属制造业，占总工业用水的比例分别为26%、25%和24%.东莞的主要工业用水则在造纸业中，占总用水的54%，其次为通信-计算机-电气-机械-器材业、食品饮料业、家具业，分别占15%、12%和10%.中山市的主要工业用水集中在服装-鞋帽-纺织业、造纸业以及非金属制造业，占总工业用水的比例分别为25%、22%和19%.江门用水较大的行业主要有家电制造业、非金属制造业、造纸业以及服装-鞋帽-纺织业，分别占工业总用水的25%、15%、14%和12%.肇庆的玻璃生产占到了总用水的96%.由9地市的用水结构可以发现，造纸业的用水量最大，因此可以从这里进行节水改造，从而更大程度地节省总的工业用水量.由于各地市各行业的主要用水不同，因此各地市可以通过改变工业结构，在耗水量大的行业上进行节水，同时优化工业生产结构，进行集约化和规模化生产，在9地市中优先发展有用水量优势的行业，从而使9地市的单位产值用水量达到最小.

表1 9地市的工业用水结构 亿t

3.2 工业消费虚拟水

珠江三角洲地区的工业消费虚拟水分为工业消费资料用水和生活工业品消费虚拟水，鉴此，本文文章主要从工业产品消费的原材料和生活工业品两个方面来进行分析.由计算可得珠江三角洲地区工业消费的虚拟水量为110.3亿t.需要说明的是，实际工业产品消费的虚拟水足迹要远远大于这个数值，其原因有两点，第一，由于数据的有限性，故在此仅主要分析了人们日常生活中所用的工业产品，还有很多社会消费的工业产品没有计算在内；第二，由于各工业产品的单位虚拟水耗费量的计算和分析较复杂，因此其数值可能偏小.珠江三角洲地区主要工业产品的虚拟水耗费量最大的是糕点行业，数值为77.86亿t，这是因为糕点的原材料为农产品，所以数值较大，在这里进行了计算处理；其次为茶叶、消毒碗柜和化肥行业，其虚拟水耗费量分别为14.42亿t、11.07亿t和5.42亿t.电冰箱、植物油的虚拟水耗费量也较大，其数值分别为2.01亿t和2.88亿t.各地市生活工业产品消费虚拟水总值见表2，其数值的大小与人口和消费结构有着密切联系，人口越多，则数值越大，反之则越小.

表2 2011年珠江三角洲地区工业虚拟水的净进口 亿t

4 讨论

4.1 用水效率分析 根据9地市不同大类生产用水及生产产值，计算得出9地市各大类产品生产用水的效率，见表3.由于各个地市生产的各大类的主要产品不一样以及所选取的数据为规模以上产品的用水量，所以结果的偏差在一定程度上是存在的，并且这种存在属于正常范围内.另外，在对肇庆用水量的计算过程中发现，其非金属用水量过大，已经偏离其正常值，故不对其进行分析.

根据对全区域产业结构优化的分析，食品饮料类单位产值用水最少的为中山、深圳、江门，造纸业单位产值的生产用水数值较大，9地市中佛山造纸业的效率较高. 服装-鞋帽-纺织业用水效率较高的有深圳、珠海.塑料橡胶业用水效率较高的有深圳、珠海、江门.珠海、江门、广州的家具业用水效率较高.对于非金属矿物制品的生产，东莞和深圳的用水效率较高.而对于石油化工及化学原料的生产，深圳、惠州及东莞的用水效率较高.广州和深圳的家电制造业的用水效率较高.佛山、珠海及广州的通信-计算机-电气-机械及器材制造业的单位产值用水效率较高.广州、东莞的设备机械的单位生产产值用水效率较其他9地市更高.深圳、东莞、江门的金属冶炼的单位产值用水效率较高.因此，可以根据此表格中各行业的用水效率来进行产业结构的优化，这样，可在产量不变的前提下，使得总生产用水的数值达到最小化.

表3 9地市各大类用水效率 m3/万元

注：肇庆非金属矿物用水的相关数据出现异常值，所以不对其具体情况进行分析。

根据各地市的内部分析，广州的通信-计算机-电气-机械-器材制造业以及交通设施业在各种大类中的用水效率属于较高的种类，因此可以考虑多发展这几大类产品以节约工业用水.深圳的石油化工及化学原料生产、金属冶炼制造的单位产值用水效率较高，也可以考虑进一步发展.珠海的医药-通信-计算机-电气-机械-器材制造业和金属冶炼制造业的单位产值用水效率较珠海市的其他行业要高，从节约用水的角度考虑亦可大力发展.佛山市的通信-计算机-电气-机械-器材业和设备-机械业的用水效率较高.惠州的石油化工和化学原料产业以及交通设施业的单位产值用水效率较市内其他行业要高.东莞的石油化工和化学原料产业以及金属冶炼制造业的单位产值用水效率较高.在中山市的各大行业中，从虚拟水的角度考虑，有生产优势的行业为石油化工及化学原料业、食品饮料业.在江门的各大行业中，食品饮料业、塑料橡胶业、金属冶炼业的单位产值用水量较小，宜发展这几大类.

4.2 净进口虚拟水的分析 根据对上述工业生产用水和工业产品用水的计算和分析，可以得出珠江三角洲各地区的净进口水量，具体见表2.由表2中可知，珠江三角洲地区总的工业生产虚拟水为65.74亿t，而工业消费用水为5 155.93亿t，珠江三角洲地区的工业净进口水量为5 090.19亿t.其主要原因是，珠江三角洲地区的经济较为发达，该地区生产工业产品需要大量的原材料，所以要耗费大量的工业原料用水.

图3表示珠江三角洲地区9地市的工业净进口虚拟水，由图3可知，工业净进口水量受工业消费用水量的影响较大.9地市中，江门、肇庆能够出口工业虚拟水，其他城市需要进口工业虚拟水，尤其广州、东莞的净进口水量较大.由更深入的分析可知：1)工业虚拟水净进口数值的最大影响因素是产品的生产结构，从前面的分析可知，若食品饮料等耗费农产品原材料多的产品生产量大的话，工业原料的消费用水就越大，工业消费用水的数值亦大，工业虚拟水净进口值就越大；2)如果工业生产中非农产品工业原料产品的生产量大，那么工业生活产品的消费用水对工业消费用水的影响权重会加大，如此，人口数就成为工业消费用水的重要影响因素，即人口数值越大，工业生活产品的消费用水数值就会增加.

5 结论

通过建立相对完善的工业产品虚拟水的计算方法和研究框架，根据数据计算出2011年各地市规模以上工业生产用水以及主要工业产品消费的具体用水数值.较为全面地分析了珠江三角洲9地市的工业生产虚拟水和工业消费虚拟水的特征，并从虚拟水的角度得出以下几条重要的结论及建议：1)在工业虚拟水的计算中，应将原料消费的工业虚拟水纳入工业消费的虚拟水的计算中；2)珠江三角洲9地市可以根据各大类用水效率进行产业结构的优化，可在产量不减的前提下，尽量使总生产用水的数值达到最小化；3)由于各个地市的主要工业用水行业不同，因此每个地市可以调整工业结构，在耗水量大的行业上进行节水研究，优化工业生产的结构，并进行集约化和规模化生产，可将重点放在9地市中有用水量优势的行业，以使得各地市的单位产值用水量达到最小；4)珠江三角洲区域属于工业虚拟水净进口区域，且数值较大；5)工业虚拟水净进口数值的最大影响因素是主要产品的生产结构，如果食品饮料等这些耗费农产品原材料多的产品的生产量大的话，那么工业原料消费用水和工业消费用水的数值就大，工业净进口值也就越大；6)如果工业生产中非农产品工业原料产品得生产量大，那么工业生活产品的消费用水对工业消费用水的影响权重会加大，如此，人口数就成为工业消费用水的重要影响因素，即人口数值越大，则工业生活产品的消费用水数值亦增加.

[1] 杨培岭. 水资源经济[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2003: 23.

[2] 张春玲, 付意成, 臧文斌, 等.浅析中国水资源短缺与贫困关系[J]. 中国农村水利水电, 2013(1): 1-4.

[3] 陈文静，雷洪成. 基于PSR模型的珠三角地区水资源系统脆弱性评价[J]. 广东水利水电, 2013(5): 20-22.

[4] Allan J A．Water in the Middle East: legal and commercial issues[M]. London: Tauris Academic Press, 1996: 360-677.

[5] 石培基, 杨雪梅, 宫继萍, 等. 基于水资源承载力的干旱内陆河流流域城市适度规模研究—以石羊河流域凉州区为例[J]. 干旱区地理, 2012, 7( 4) : 646-655.

[6] 熊鹰, 姜妮, 李静芝, 等. 基于水资源承载的长株潭城市群适度规模研究[J]. 经济地理, 2016, 36(1): 75-81.

[7] 姜东辉, 胡继连, 靳雪. 虚拟水视角下的山东农业生产结构优化研究[J]. 山东农业大学学报(社会科学版), 2009(4): 49-54.

[8] 李忠心, 李杰. 丹东地区主要粮食作物虚拟水研究[J]. 水土应用保持技术, 2010(3): 35-36.

[9] 孙才志, 韩雪. 中国区际间主要农产品虚拟水流动格局稳定性[J]. 地理研究, 2014, 3 (33): 278-489.

[10] 孙才志, 张蕾. 基于分形的中国地均农畜产品虚拟水规模分布的时空演变研究[J]. 地理科学, 2009, 3 (29): 402-408.

[11] 刘红梅, 李国军, 王克强. 中国农业虚拟水“资源诅咒”效应检验：基于省际面板数据的实证研究[J].管理世界, 2009(9): 69-79.

[12] 张兵兵, 沈满洪. 浙江省工业虚拟水贸易的测算及其影响因素分析[J]. 中共浙江省党校学报, 2014, 30(5): 75-81.

[13] 项学敏, 周笑白, 周集体. 工业产品虚拟水含量计算方法研究[J]. 大连理工大学学报，2006，46(2): 179-184.

Quantification Research of the Pearl River Delta Industrial Virtual Water

Dai Ling1，Zhang Zuomin2

(1. School of Tourism, Hainan University, Haikou 570228, China;2. School of Economics and Management, Hainan University, Haikou 570228, China)

In the report, the virtual water calculation method and the research framework of industrial products were established, and the industrial production virtual water and industrial products consumption specific virtual water of Pearl River Delta in 2011 were calculated, and the character of the production virtual water, importing virtual water and consumption virtual water of the Pearl River Delta industry were analyzed. The results indicated that the Pearl River Delta region is virtual water importing areas; the Pearl River Delta should optimize the regional industrial structure according to the main categories of industrial virtual water, which can minimize the total water consumption under stabilization production; because of the difference of the main water industrial categories of each city, each city should regulate the industry structure and intensify scale production, focus on the production of the major classes which has advantages of water consumption, which can minimize the water using of unit output value; the important factors influencing the industrial consumption of water is the population.

the Pearl River Delta area; industrial virtual water; industry structure

2016-06-06

中西部计划项目(基于耦合视角的热带海岛/海洋旅游研究)；国家自然科学基金项目(71463013)；海南省教育厅重点项目(HNKY2014-07)；海南省自然科学基金项目 (20164157)

戴玲(1988-)，女，湖南岳阳人，硕士，讲师，研究方向:资源经济，E-mail：540923133@qq.com

张佐敏(1984-)，男, 广东河源人， 博士，讲师，研究方向：资源经济、财政，E-mail：zuominzhang@126.com

1004-1729(2016)03-0289-08

TV 213.9

A DOl：10.15886/j.cnki.hdxbzkb.2016.0043