徐荣嵘,吴永祥, 王高旭, 杨春生,雷四华

(1.南京水利科学研究院水文水资源研究所,江苏 南京　210029;2.河海大学水文水资源学院,江苏 南京　210098;

3.水利部国家水资源监控能力建设项目办公室,北京　100053)



国民经济用水效率关键性指标分析及应用

徐荣嵘1,2,吴永祥1, 王高旭1, 杨春生3,雷四华1

(1.南京水利科学研究院水文水资源研究所,江苏 南京210029;2.河海大学水文水资源学院,江苏 南京210098;

3.水利部国家水资源监控能力建设项目办公室,北京100053)

摘要：总结基于投入产出模型的国民经济用水效率的关键性指标,并对这些指标的合理性进行讨论,认为水资源管理投入产出模型中用于描述国民经济用水效率的用水直接产出系数和用水完全产出系数并不合理。同时根据直接用水系数、完全用水系数、水的乘数和虚拟水资源输入输出量4个指标对2007年江苏省各产业部门进行聚类分析,并对2007年江苏省用水效率情况进行分析。结果表明:产业部门水的乘数作用很大程度上决定了产业部门虚拟水战略中的作用和地位。在制定长期的发展规时,不仅应权衡直接用水,也要考虑间接用水的影响,才能使区域经济发展和水资源开发利用保持平衡。

关键词：投入产出模型;水资源;用水效率;关键性指标

1研究背景

实行最严格水资源管理制度是我国应对严峻的水资源形势和保障社会经济可持续发展的重要举措。《国务院关于实行最严格水资源管理制度意见》指出,需确立水资源开发利用红线,控制用水总量,提高用水效率。为了更科学地制定出合理的区域用水管理方案,需从区域的发展水平、产业结构等方面入手,提炼出合适的用水效率描述性指标,并依据这些描述性指标对区域内用水效率情况进行定量分析和诊断,为制定未来年份的用水总量和用水效率的控制红线提供科学依据。

在影响区域经济发展的诸多因素中,最为重要的是国民经济各部门之间的投入产出关系,而作为宏观经济分析工具的投入产出模型,已广泛地应用于水资源的研究中。Hassan[1]基于投入产出方法,通过分析南非用水密集型行业的完全经济效益,指出仅通过直接用水系数和完全用水系数分析行业用水特性,结果会存在差异,建议应力求全面地评价行业用水特性。汪党献等[2]研究了国民经济行业用水特性,并以北京市为例利用投入产出模型分别从用水效益和用水效率两方面对经济用水特性进行了综合评价。倪红珍等[3]利用投入产出价格影响模型模拟了北京水价发生变化对国民经济的影响。王艳阳等[4]利用投入产出表计算了中国1997—2007年的虚拟水,分析了中国水足迹的走势。宋敏等[5]将投入产出模型中的感应度系数和影响力系数进行了进一步推广,分析了各产业的用水关联性,对国民经济用水的投入产出分析具有重要的参考价值。

利用投入产出法可以从投入和产出两个角度出发,对国民经济系统中各产业部门用水效率进行量化分析,并根据有关用水效率关键性指标的计算结果指导区域产业结构的调整。但在有关用水效率关键性指标中,表征用水效益的用水产出系数这一指标不尽合理,只有统计意义而缺少现实意义,也违反了投入产出模型的假定。本文对国民经济用水投入产出表的关键性指标进行讨论,重点剖析用水产出系数,并根据这些指标以2007年江苏省为例进行分析和讨论。

2基于水资源管理投入产出模型的关键性指标

2.1水资源管理投入产出模型

水资源管理投入产出模型的基本结构见表1。它的核心是传统的国民经济投入产出表,反映了国民经济各部门间复杂的数量平衡关系,为建立各部门之间的相互关系打下了坚实的基础。最下面一栏用水量则是基于传统的投入产出表的一个延伸,反映了各部门对水的取用情况。通过水资源管理投入产出模型,可以反映出该区域水资源的利用和分配的情况。

表1　水资源管理投入产出

2.2基于投入产出法的用水效率关键性指标

2.2.1直接用水系数

采用万元产值用水量表示,即

(1)

2.2.2完全用水系数

完全用水系数着眼于整个经济体系,所包含的用水不只局限于本部门直接用水,还包括为生产本部门所需要的中间投入而在其生产部门所使用的水,是衡量部门生产活动对全国水资源承载力的更为合适的指标。一个部门的完全用水系数等于生产该部门单位产品所引致的整个经济体系的总用水量[6]。完全用水系数的计算公式为

(2)

式中:AW为直接用水系数列向量;I为单位矩阵;A为单位消耗系数矩阵。

2.2.3水的乘数

水的乘数具有重要的经济含义,它表示各部门产品的完全用水系数与直接用水系数的倍数[6],更能直接地反映出部门产出对本区域用水的间接作用。计算公式为

(3)

2.2.4虚拟水资源输入输出量

虚拟水资源输入输出量指通过进出口而输入输出的内化于产品中的水资源消耗量。从严格意义上讲,产业完全用水量不完全等于该产业产品中的虚拟水含量,但产业部门的完全用水量近似等于该产业部门产品中的虚拟水含量,两者在宏观层面可以完全替代[7]。利用水资源管理投入产出表,可以计算各部门的虚拟水资源输入输出量,计算公式为:

第j部门虚拟水资源输出量为

(4)

第j部门虚拟水资源输入量为

(5)

2.2.5用水直接产出系数

用水直接产出系数的含义为该部门每方水所生产产品的总产值,它从数值上与直接用水系数互为倒数,反映该部门生产用水的直接经济收益。其计算公式为

(6)

2.2.6用水完全产出系数

用水完全产出系数用来反映某一经济行业增加或减少单方水使用量所引起的整个经济系统经济量的变化量。

引进对角矩阵O,O=[Oij],设完全产出矩阵为

(7)

则对于第j行业用水完全产出系数为

(8)

2.3基于投入产出法的用水效率关键性指标的合理性分析

由于本文中用水效率关键性指标是基于投入产出模型而定,那么这些指标本身也需要遵守投入产出模型的两大基本假定,即同质性假定和比例性假定，并且也需结合实际，界定这些概念本身明确的物理意义。其中直接用水系数、完全用水系数、水的乘数、虚拟水资源输入输出量这4个概念均符合上述两点,下面重点讨论用水直接产出系数和用水完全产出系数。

2.3.1有关用水直接产出系数的讨论

根据汪党献等[2]提出的分析方法,用水直接产出系数可以用来表征国民经济行业的用水效益。这个论断虽然从统计意义来说是合理的,但不符合投入产出模型的比例性假定。

比例性假定的含义包含两个方面:①假设任何一个部门对各部门产品的消耗量是该部门产出的唯一线性函数,各种投入品和产量成比例,无替代性。由于技术原因，很多直接消耗量在一段时期内不能互相替代并基本保持一定比例。如生产一吨的钢铁需要消耗一定数量的生铁、焦炭、电力等,在一定时期技术相对稳定的情况下,它们是满足比例性假定的第一个方面内容。②产品生产中的各种投入要素之间有着固定的比例关系,及投入要素的增减均采用统一比例。在这一方面,明晰了投入要素和产品间的因果关系,而直接产出系数这一概念正是混淆了这样的关系。水资源作为生产过程中的投入要素而非生产部门,所以当减少单一投入要素时,生产的产品是会成比例地减少,但只增加单一的投入要素时,生产的产品并不会成比例地增加。如生产一吨的钢铁需要消耗一定数量的生铁、焦炭、电力等,如果减少一定数量的生铁,那么钢铁产量也会呈现一定比例的下降,但只增加生铁的投入而并不增加焦炭、电力等生产要素的投入,那么钢铁产量在短期内并不会发生变化,也就不满足比例性假定的第二个方面的内容。水资源的投入也是同理,所以用水直接产出系数从用水效益这个角度来说只有统计意义,从数值上与直接用水系数互为倒数,但并不能作为基于投入产出模型的用水效率关键性指标。

2.3.2有关用水完全产出系数的讨论

由于用水完全产出系数是以用水直接产出系数为基础得到的一个量,所以存在和用水直接产出系数同样的问题,即违反了投入产出模型的比例性假定,此处不再累述。由此可以看出水资源作为一项资源的投入而非单独的产业部门,在进行投入产出分析时,并不可以随意将水的投入作为分母来创造出新的概念对其进行分析。虽然可以得出看似有物理意义的概念,但往往会违反投入产出模型的一些基本假定。

2.3.3国民经济用水效率综合评价指标讨论

由于国民经济产业结构复杂,各部门之间用水效率差异性也很大,但可根据一些关键性指标找到不同部门之间的相似点,对其进行聚类分析,找出用水效率相似的部门,以方便地对国民经济产业结构群进行节能减排的调整。根据上文讨论的结论对2007年江苏省各产业部门用水效率进行实证分析。

3实证结果与分析

根据2007年江苏省投入产出表,结合2007年江苏省水资源公报,按照上述4个指标对2007年江苏省水资源管理投入产出表进行分析,结果如表2所示。

表2　2007年江苏省水资源管理投入产出分析结果

注:代码所对应的部门见2007年江苏省投入产出表。

现根据表2的结果,通过直接用水系数、完全用水系数、水的乘数、虚拟水资源输入输出量这4个用水效率关键性指标对江苏省用水情况进行分析。

3.1直接用水系数

从直接用水系数来看,排在前五位的部门是农林牧渔业、电力热力的生产和供应业、水的生产和供应业、水利环境和公共设施管理业、非金属矿及其他矿采选业,说明这些部门都是用水大户,应该提高这些部门用水效率,节约用水应先从这些部门开始;排在后五位的部门是废品废料、房地产业、批发和零售业、建筑业、金融业,这些部门均属于第三产业部门,从用水的角度来说大力发展第三产业既可节水又可创造更高的经济效益,促进产业升级,又符合江苏省的经济长期发展战略。

3.2完全用水系数

2007年江苏省各产业部门的完全用水系数存在较大的差异,排在前五位的部门是电力热力的生产和供应业、农林牧渔业、水的生产和供应业、食品制造及烟草加工业、纺织业,这些行业增产一个单位的产品所需整个经济体系总用水量的增加量较大,扩大其生产会对江苏省水资源产生较大的压力。对比直接用水系数排名前五的部门,农林牧渔业、电力热力的生产和供应业的完全用水系数较大,但直接用水系数同样较大,造成两种系数之间差距较小,说明这两部门以直接消耗自然形态的水资源为主,对其他部门水资源消耗间接拉动影响较小;而食品制造及烟草加工业、纺织业虽然直接用水系数不高,排在大约30位左右,但完全用水系数相对较高,两种系数差别较大,说明这两部门水资源直接消耗较少,间接消耗较大,需要消耗更多的其他部门的商品和服务来满足自身对水资源消耗的需求。

3.3水的乘数

水的乘数更能直接反映出部门产出对本区域用水的间接作用,水的乘数越大,该行业对本区域用水的间接带动程度越强。水的乘数排在前五的部门是食品制造及烟草加工业、木材加工及家具制造业、纺织服装鞋帽皮革羽绒及其制品业、石油加工炼焦及核燃料加工业、建筑业。因为食品制造及烟草加工业、木材加工及家具制造业、纺织服装鞋帽皮革羽绒及其制品业这3个部门水的乘数最高,所以下文对这3个部门进行水资源间接消耗量进行结构分析。

食品制造及烟草加工业:该部门2007年直接用水系数为8.19 m3/万元,完全用水系数为573.29 m3/万元。由此看出,食品制造及烟草加工业生产价值万元的产品需要消耗573.29 m3的水,其中直接消耗的水仅为8.19 m3,另外565.1 m3的水则是消耗其他部门的产品在生产中所消耗的水。通过完全需要系数矩阵计算可得,在食品制造及烟草加工业的万元产品间接消耗的565.1 m3的水中,农林牧渔业提供458.2 m3,电力热力的生产和供应业提供99.5 m3,两者占间接耗水总量的98.6%。

木材加工及家具制造业:该部门2007年直接用水系数为9.60 m3/万元,完全用水系数为573.3 m3/万元,生产价值一万元的产品间接耗水563.7 m3,经计算,农林牧渔业提供224.7 m3,电力热力的生产和供应业提供339.5 m3,化学工业提供9.1 m3,三者占间接消耗总水量的96.2%。

纺织服装鞋帽皮革羽绒及其制品业:该部门2007年接用水系数为6.94 m3/万元,完全用水系数为292.7 m3/万元,生产价值1万元产品间接耗水285.76 m3,经计算,农林牧渔业提供180.7 m3,电力热力的生产和供应业提供93.5 m3,纺织业6.8 m3,化学工业提供4.8 m3,四者占间接消耗总水量的97.6%。

由此看出,以上部门对农林牧渔业、电力热力的生产和供应业这两部门水资源消耗的间接拉动最大。

3.4虚拟水资源输入输出量

利用表2的计算结果算得2007年江苏省虚拟水总净输出量为11.95亿m3,2007年江苏省总用水量为545.3亿m3,约占总用水量的2.2%,虚拟水收支基本平衡。

从各产业部门的角度来看,虚拟水资源净输入量排在前五的部门是农林牧渔业，金属矿采选业，食品制造及烟草加工业，电力热力的生产和供应业，石油加工、炼焦及核燃料加工业,其中农林牧渔业虚拟水净输入量为80.6亿m3,极大缓解了江苏省水资源压力。同时，农业也是高耗水部门,因此可以鼓励农产品输入以缓解省内的水资源压力。而虚拟水资源净输出量排在前五的部门是纺织业、化学工业、纺织服装鞋帽皮革羽绒及其制品业、通信设备计算机及其他电子设备制造业、电气机械及器材制造业,这些部门在2007年的虚拟水净输出量之和为225.46亿m3,占2007年江苏省虚拟水总净输出量的86.15%,向其他地区输出了大量隐含于商品中的水资源。因江苏省属丰水地区,且虚拟水资源净输出量较大的产业也是江苏的支柱产业,所以可以鼓励这些产业的发展,发挥江苏省要素禀赋的优势。

3.5产业部门用水情况聚类分析

首先对4项关键性指标进行标准化处理,然后利用系统聚类法,比较各产业之间的距离,对其进行聚类分析,聚类的结果如图1所示。

图1　2007年江苏省各产业部门用水效率聚类树状图(Y轴数字为各行业在投入产出表中代码)

由图1可看出,江苏省2007年服务业、电子制造业和化工等产业用水效率最高,纺织业和家具制造业等用水效率次之,食品制造及烟草加工业再次之,农林渔牧业和电力、热力的生产和供应业用水效率指标表现的最差。通过聚类分析,将江苏省2007年42个部门根据用水效率指标分成四大块,可以针对性地进行指导和升级,以实现水资源利用的高效化。

4结论与建议

基于2007年江苏省投入产出表和2007年江苏省水资源公报,构建了2007年江苏省水资源管理投入产出表,计算并分析了4个关键性指标,得出如下主要结论。

a. 农林牧渔业的直接用水系数最高,但同时它也是国民经济的基础。一方面政府可以推广节水型技术,从传统的粗放型灌溉农业转变为高效节水的现代农业;另一方面,通过政府补贴等财政手段,鼓励农产品的输入来缓解省内的水资源压力,提高区域水资源的利用效率。

b. 根据水的乘数量化分析可知,产业部门对水资源的间接需求不容忽视,产业部门水的乘数作用很大程度上决定了其在虚拟水战略中的作用和地位。由于第二产业使用了大量的中间产品,使得农业向制造业中转移了大量的水资源。从升级产业结构的思路出发,优先发展水的乘数高的部门,可以有效地减轻本区域水资源的压力。在制定长期的区域发展计划时,不仅应权衡直接用水,也要考虑间接用水的影响,才能使区域经济发展和水资源短缺得到一个较为良好的平衡。

c. 从江苏省的虚拟水贸易结构来看,虚拟水净输出的部门主要集中在轻工业和电子制造业,这也与江苏省自身的产业结构有关。江苏省各水资源管理职能部门可根据实际情况,因地制宜,结合虚拟水理论,为地方制定出科学合理的虚拟水战略,引导产业升级到金融、信息服务业等高产值低耗水的服务业中,以缓解水资源短缺与经济发展之间的矛盾。

d. 通过聚类分析,将江苏省42个部门分成4个产业群,对4个产业群有针对性地进行产业结构升级,对高用水行业、潜在高用水行业进行用水政策的指导。

基于投入产出模型的用水效率关键性指标并非全部合理,有些指标如用水直接产出系数就需要进行进一步讨论和修正,同时，水资源和一般产业部门在投入产出模型中需要不一样的处理方式。通过对江苏省用水效率的案例分析表明,通过选择合理的用水效率关键性指标可以对区域国民经济各部门用水效率进行判断和分析,为水资源管理和社会经济的可持续发展提供有益参考。

参考文献：

[1] HASSAN R M. Economy-wide benefits from water-intensiveindustries in South Africa: quasi-input-output analysis of the contribution of irrigation agriculture and cultivated plantstions in the Crocodile River catchment[J]. Development Southern Africa,2003,20(2):171-195.

[2] 汪党献,王浩,倪红珍,等.国民经济行业用水特征分析与评价[J].水利学报,2005,36(12):167-173.

[3] 倪红珍,王浩,赵博,等.基于投入产出价格影响模型的水价调整影响[J].系统工程理论与实践,2013,36(2):363-369.

[4] 王艳阳,王会肖,张昕.基于投入产出表的中国水足迹走势分析[J].生态学报,2013,33(11):3488-3498.

[5] 宋敏,田贵良.产业用水关联与结构优化[J].河海大学学报(自然科学版),2008,36(4):566-570.

[6] 陈锡康,杨翠红.投入产出技术[M].北京:科学出版社,2011.

[7] 梅燕,沈浩军.基于投入产出法的浙江省虚拟水贸易实证分析[J].技术经济,2013,32(9):79-96.

[8] 汪党献,王浩,倪红珍,等.水资源与环境经济协调发展模型及其应用研究[M].北京:中国水利水电出版社,2011.

[9] 严婷婷,贾绍凤.水资源投入产出模型综述[J].水利经济,2009,27(1):8-12.

[10] 刘秀丽,陈锡康.珠江流域水利投入占用产出表的分析和应用[J].水利经济,2003,21(1):35-40.

[11] 严婷婷,贾绍凤.关于国民经济用水投入产出分析指标的讨论[J].水利经济,2009,27(6):24-28.

[12] 向钧,刘秀丽.1987—2005年水的生产和供应部门对国民经济影响分析[J].水利学报,2009,27(1):14-18,28.

[13] 国家统计局国民经济核算司.中国地区投入产出表(2007) [R].北京:国家统计局国民经济核算司,2011.

[14] 江苏省水利厅.2007年江苏省水资源公报[R].南京:江苏省水利厅,2008.

Analysis and application of key indices of water use efficiency of national economy/

XU Rongrong1, 2, WU Yongxiang1, WANG Gaoxu1, YANG Chunsheng3, LEI Sihui1

(1. Hydrology and Water Resources Department, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China; 2. College of Hydrology and Water Resources, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Office of National Water Monitoring Capacity Building Project, Ministry of Water Resources of P. R. China, Beijing 100053, China)

Abstract:The key indices of the national economy are summarized based on the input-output model for water utilization efficiency, and their rationalities are discussed. It is regarded that the direct water-output coefficient and the total water-output coefficient to describe the water utilization efficiency of the national economy are irrational. The cluster analysis of various industrial sectors of Jiangsu Province in 2007 is performed according to four indices of the direct water utilization coefficient, the total water utilization coefficient, the water multiplier and the input and output of virtual water resources, and the water utilization efficiency in Jiangsu Province in 2007 is analyzed. The results show that the role and position of the virtual water strategy in the industrial sectors are determined by the function of the multiplier of their water to a great extent. For the formulation of the long-term regional development plan, the direct water utilization and the impact of the indirect water utilization should be both considered in order to balance the development of regional economy and the development and utilization of water resources.

Key words:input-output model; water resource; water utilization efficiency; key index

(收稿日期：2015-06-02编辑：陈玉国)

中图分类号：F407.9

文献标识码：A

文章编号：1003-9511(2016)02-0030-06

DOI：10.3880/j.issn.1003-9511.2016.02.007

作者简介：徐荣嵘(1989—),男,江苏滨海人,硕士研究生,从事水资源管理研究。E-mail:rrxu@nhri.cn

基金项目：水利部公益性行业科研专项经费(201301002);国家自然科学基金(51479222);南京水利科学研究院基金(Y512005)