基于Input-Output模型的新疆水资源合理配置研究

刘 爽，李 莉，荣 伟

(新疆农业大学 管理学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

0 引言

水是生命之源、生产之要、生态之基，人多水少、水资源时空分布不均是我国的基本国情和水情。现阶段，我国面临着水资源短缺、水污染严重等一系列水安全问题。新疆虽然有“黄金玉石之邦”的美称，但人均水资源占有量仅占全国的3%，具有地域分布不均、季节变化性和蒸发量大等多重特性。合理配置水资源是新疆产业健康发展的关键要素，它不仅关系着区域生态进程，还影响着地方经济发展和人民生活质量，具有极为重要的现实意义。

如何在经济可持续发展的背景下，提高资源缺水型地区水资源效率问题成为国内外学者研究的重要方向。社会经济耦合系统表明资源利用效率可以从管理—生态—经济等不同角度探析[1]。从管理视角来看，我国颁布并实施了多项合理利用水资源的政策和手段，如最严格水资源管理制度[2]、“三条红线”制度[3]、虚拟水贸易[4]等。在技术层面上，对于城市污水回用技术落后、雨水收集开发程度低等问题，迫切需要科技引入和政府参与程度的提高[5]，以新疆为例亟需构建节水型工农业生产体系[6]。从生态视角来看，实现生态—经济层面综合技术服务业有助于降低水资源的消耗[7-8]，如：从水资源空间匹配角度，对影响新疆资源的产业结构、经济发展动机等因素进行优化配置[9]；运用投入产出法[10]、DEA模型[11]、快速影响评价矩阵[12](RIAM)等方法从环境、经济和社会效益3个方面对提升水资源效率提出建议。综上所述，现有文献资料多数对全国范围内的水资源和区域经济关联性问题进行了探讨，缺乏对新疆地区水资源利用效率和产业结构优化配置的研究。基于此，本文以新疆为例，选择2007和2012年水资源投入产出的面板数据，利用投入产出模型和水资源偏差系数，对不同产业用水结构效率和效益的实际状况进行了分析，为新疆水资源利用效率和产业结构的优化提出合理化建议。

1 区域概况分析

据《汉书·西域传》中记载西域都护府管辖区范围“东起阳关、玉门关，西至中亚费尔干纳盆地，北抵巴尔喀什湖，南括葱岭山区，共五十五国。”现今，新疆北邻阿尔泰山、南至昆仑山、中部以天山山脉作为南北疆的分界线，位于73°40′～96°18′ E、34°25′～48°10′ N，地区面积共166万km2，属于温带大陆性气候。流域面积达50 km2的河流共有3484条，总长13.9万km2，湖泊140个左右，劣Ⅲ和Ⅴ类水量约占流域的12%，其中塔里木河是中国最大的内陆河，可利用水资源多为天山融雪和内陆河流。由图1可见，新疆降水量的整体趋势“忽高忽低”，大中型水库蓄水容量的降低也从侧面反映出新疆干旱少雨和城市供水量紧张的现状。北疆地区平均降水量为1500 mm，而南疆地区仅占北疆地区的33%，由此可知新疆具有“北富南贫”的水资源分布特点；从时间分布来看，2005～2014年新疆共有7年为偏丰水年，2年为枯水年，仅1年为丰水年，春季河流径流量占年均用水量的10%～20%左右，夏季则占50%～70%，由此可知，新疆地区“春旱夏涝”的水资源特征。

资料来源于2004～2012年《新疆水资源公报》。

由图2可知，2004～2014年新疆地下水资源量降低了28.7%，地表水资源降低了35.41%。特别是2010年启动了最大规模的对口援疆项目，加速了水资源供求紧张的局面，使过度开发和资源枯竭成为经济迅速增长的代价。2013年全疆各类水利工程总供水量588.08亿m3，但中水回用量仅占供水量的1%左右，水资源再利用效率低下、水利工程建设的滞后，也是制约水资源合理配置的主要因素之一。

资料来源于《新疆统计年鉴(2005～2015)》整理而得。

2 研究方法与数据获取

2.1 研究方法

各产业间的关联性，在水资源直接和间接的消耗过程中产生了对经济效益的拉动作用[12]。本文针对新疆农业、工业、建筑业及第三产业等各产业的水资源分配情况，利用Input-output model(投入产出模型)，对产业间经济效益和水资源利用效率进行了测算分析，较为全面地描述了经济部门之间和水资源利用的数量关系。假设在经济社会中有n种产品和m种生产要素，在均衡条件下，每一种生产要素的供给等于需求，由此可得平衡关系如下：

2.1.1 行平衡关系 行平衡关系计算公式：

(1)

式中：Xi为i部门总产出；Xij为i部门提供j部门生产和劳务活动中的数量；Yi为i部门最终产出。

2.1.2 列平衡关系 列平衡关系计算公式：

(2)

Nj为j部门增加值合计；Xj为j部门总投入。

2.1.3 总量平衡关系 总量平衡关系计算公式：

(3)

2.2 数据来源

本文主要从以下3个方面获取数据，即2007和2012年新疆42个部门投入产出表、《新疆统计年鉴》和《新疆水利普查公报》。根据水资源的功能特点将其划分为4个方向：农业用水、工业用水、生活用水和生态环境用水。其中，工业用水指工矿企业在生产过程中用于制造、加工、冷却等方面的用水；农业用水是指用于灌溉和农村牲畜的用水；生活用水包含城镇和农村用水，其中城镇用水是居民用水和公共用水(第三产业及建筑业等)；生态用水是维持生态系统完整性所需要的水资源总量。最终，本文依据2007和2012年《新疆投入产出表》(表1)及上述定义将42个部门进行归类分为：农业、工业、第三产业、建筑业和生态环境业。

表1 2007和2012年新疆水资源投入产出表 亿m3

注:资料来源于2007和2012年《新疆投入产出表》。

3 模型结果和分析

3.1 用水效率指标

(4)

(5)

(6)

(7)

3.2 用水效益指标

用水效益由直接产出系数(Oj)、完全产出系数(CO)、用水产出乘数(MOj)和相对产出乘数(RMOj)4个指标反映，其中，O为直接产出系数构成的对角矩阵。

Oj=Xj/Wj

(8)

CO=(I-A)-1O

(9)

(10)

(11)

3.3 各部门之间用水量关联指标

本文运用影响力和感应力系数分别衡量部门间用水量的关联性。通常，影响力系数(Fj)是反映某一部门增加一个单位的最终使用时，对其他各部门产生的生产需求波及程度；而感应力系数(Ei)与影响力系数的含义恰恰相反，它是反映其他部门增加一个单位最终需求时，某一部门由此受到的需求感应程度。

(12)

(13)

3.4 指标计算结果分析

3.4.1 新疆各产业用水效率动态分析 根据用水效率指标定义和公式(4)～公式(7)，分别计算2007和2012年新疆不同部门水资源效率的结果(表2)。

从表2可以看出，2007～2012年各产业的直接耗水率呈现下降趋势，表明新疆各产业的节水措施取得了一定的成果。2012年，建筑业的用水乘数为179.32，间接地反映了建筑业新增用水量带动整体新疆经济系统的发展。近10年来，新疆大力发展建筑产业使得城镇住房保障覆盖率高于全国平均水平近5个百分点，工矿工程、内河港口以及桥梁、隧道等建筑业总产值平均提升了17%。因此，2012年新疆建筑业的直接用水系数下降了96%，相对用水乘数却上升了90.8%。这也从侧面反映出迅速扩张的建筑行业加快了水资源的消耗程度，但太阳能、浅层地能等绿色技术在建筑业的应用和水价约束等限制条件，促使该产业水资源的利用效率进一步提升。

农业的完全用水系数居于其他产业之首，较2007年相比增长了近1.67倍，说明农业产量的大幅增长给农业用水造成供给方面的超额负担。新疆农业水价仅为成本价的1/3，低廉的农业水价和水土开发成本也是造成农业水资源完全用水系数迅速增长的原因之一。用水乘数最低、但水资源消耗量仅次于农业用水的产业是生态环境产业，显示出该产业对新疆整体经济效益增长的影响并不显著，由于生态环境产业的社会效益远高于其经济效益，因此构建生态文明社会是全人类的主要任务[8]。

3.4.2 新疆各产业用水效益动态分析 根据用水效益指标定义和公式(8)～公式(11)，计算出2007和2012年新疆不同产业水资源效益的结果(表3)。

表2 2007和2012年新疆用水效率指标动态对比 万元/万m3

表3 2007和2012年新疆用水效益指标动态对比 万元/万m3

从表3可以看出，2007和2012年直接用水产出系数指标都有不同幅度的增长，表明各产业经济效益保持着稳中求进的势态。其中建筑业的直接产出系数提升了96%，工业提升了73%；而在完全产出系数中，以上2个产业的增长又远远高于其他产业。由此可见，工业和建筑业的发展对水资源利用效益提高有显著影响。

2012年新疆农业用水量占供水总量的93.9%，但农业完全产出系数却降低了21%，显示出新疆农业用水量的增加对整体经济价值的影响力逐渐削弱。这也在一定程度上验证了配第—克拉克定理，即新疆产业变化趋势逐步由农业转向以工业、建筑业和第三产业共同发展的趋向。2007年生态环境产业的产出乘数是2012年的2.8倍，说明生态环境业在新疆国民经济系统中的作用微乎其微。

3.4.3 新疆各产业间用水感应力和影响力分析 根据影响力和感应力系数的相关定义和计算公式(12)～公式(13)，计算出2012年新疆各产业水资源影响力系数和感应力系数的结果(图3)。

由图3可知，2012年新疆各产业的影响力系数变化大致呈现出“倒U”曲线，工业和建筑业的影响力系数远远高于其他产业，显示出这2个产业对水资源的依赖性较大。从用水感应力系数的整体走向来看，农业、生态环境的感应力系数和影响力系数之间呈现显著反差，表明水资源虽然是农业和生态环境产业中不可或缺的重要因素，但在拉动新疆整体经济效益的过程中影响范围小、效益低。鉴于此，合理的调整农业和生态环境产业的结构体系，有助于实现新疆各产业之间的协调发展。

图3 2012年产业效率与效益差异性比较

4 结论与建议

4.1 结论

本研究运用投入产出模型和消耗偏差系数构建出水资源结构偏差系数指标，从直接用水和完全用水2个角度对2007和2012年新疆各产业之间水资源效率和效益进行分析。根据对新疆水资源消耗分析结果显示，新疆产业结构与水资源消耗间存在明显的关联关系。(1)农业用水的完全产出系数和消耗系数呈反比关系，而建筑业的完全产出系数和消耗系数呈正比关系，表明新疆农业水资源消耗量与自身经济贡献比例严重失衡，而建筑业等生产服务业水耗较低且相关产业关联作用强。(2)近几年来，第三产业的水资源消耗量并没有显著的变化，但产业效益呈现逐步递增的趋势，进一步说明新疆产业结构转型的方向。(3)工业水资源消耗量与产出效益之间出现逆增长现象。(4)生态环境的水资源消耗与产出效益之间显示出递减的态势。

4.2 建议

4.2.1 革新节水灌溉技术，着力发展新疆特色农业 新疆属于大陆性干旱气候，具有“荒漠绿洲，灌溉农业”的特点，结合农业水资源效率与其经济产出效益相悖的实际情况。建议应从以下2个方面进行改进：(1)由于新疆传统的渠道防渗、喷灌、滴管等节水方式都呈现出人为控制灌溉时间和灌水量的特征，属于“被动式”灌溉模式，尤其对衬砌材料、管道质量等外在因素要求高。因此，可以采用“痕量灌溉”技术，建立自主性、实时控制的新型灌溉技术，将传统“被动式”转化为“主动式”的浇灌模式，从科学技术层面提高农用水资源的利用效率。(2)发展新疆“三红二白”特色农业，充分利用光热资源和“一带一路”战略背景下的区位优势等条件，以深加工番茄、枸杞、红花等经济作物为主要途径；利用电商平台出售国内外具有市场竞争力的瓜果、乳制品发展多样化农业模式；形成以天山北坡和塔里木盆地区域的高质量棉花产业经济带，提高农产品的经济效益。

4.2.2 均衡非农产业水资源利用结构，开发绿色经济增长点 在“十三五”规划背景下，2016年新疆第三产业同比增长了9.7%，贡献率达到57.3%，通信网络产业、房地产、旅游业等新兴行业的迅速发展都预示着未来新疆区域经济转型的新方向。旅游业属于第三产业中低耗能，高产出的产业之一[13]。因此，本文认为应以旅游业为先导产业，重点开发具有新疆民族文化特色的古代丝绸之路、天山旅游和额尔齐斯河为轴线的旅游线路，带动新疆交通运输业、民族餐饮服务业以及特色商业等相关性产业的发展，有助于均衡非农产业水资源的利用比例。

4.2.3 建立节水型工业体系，实现多元主体监管机制 建立节水型工业体系，应从技术和治理2个层面进行改进。首先，从技术性角度考虑为提高工业用水的重复率需要完善现有的轮回用水系统、推广新型节水工艺，在提高水资源使用效率的前提下降低工业污水产量。其次，从治理性角度考虑应合理布局工业结构，当地政府部门应大力削减纺织业、造纸业、石油化工业等水资源消耗高、污染严重、工艺落后的产业。最后，加大企业排污处罚的行政力度，对于多次排污量超标的工业企业进行强制停产处罚，勒令其改进排污设备和工艺技术；提高群众对工业废水污染监管的积极性，鼓励当地群众对严重影响生活环境的排污企业进行举报，实现多元主体共同监管的排污机制。

4.2.4 完善定居兴牧水利工程，加大流域污染防治力度 自2010年新疆启动定居兴牧水利工程后，牧民将逐步告别“逐水草而居”的游牧生活。当地政府应加强新疆游牧地区的水利工程建设，进一步保障牧民生活用水安全。建立资源缺水型地区多层次生态补偿机制，对新疆土地荒漠化、盐碱化等生态环境问题设立专项研究机构及基金，提升新疆生态环境承载能力，加强生态环境修复和污染防治力度，针对重点湖泊、流域，如：博斯腾湖、伊犁河等跨国界流域开展水资源保护宣传工作。

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