王莉芳 周楊 謝偉彤 董穩(wěn)改

摘要： 運用能值分析方法，依據水資源對工農業(yè)生產、生活系統及生態(tài)環(huán)境系統貢獻不同的體現方式，提出了計算水資源對生態(tài)經濟系統及其子系統貢獻的方法。以西安市為實例，核算了2010～2014年西安市水資源對生態(tài)經濟系統的貢獻量及貢獻率，分析了西安市水資源生態(tài)經濟系統中水資源對工農業(yè)生產、生活系統、生態(tài)環(huán)境貢獻的變化規(guī)律，為西安市水資源的合理配置與高效利用提出相應對策建議。

Abstract： Based on the emergy analysis method， the contribution of water resources to the eco-economic system and its subsystems was put forward according to different ways of contribution of water resources to industrial and agricultural production， living system and ecological environment system. Taking Xi'an City as an example， the contribution and contribution rate of water resources to eco-economic system in Xi'an from 2010 to 2014 were calculated .This paper analyzes the variation of water resources contribution to industrial and agricultural production， living system and ecological environment in the eco-economic system of water resources in Xi'an. And it puts forward corresponding countermeasures and suggestions for the rational allocation and efficient utilization of water resources in Xi'an.

關鍵詞： 水資源；生態(tài)經濟系統；能值；貢獻

Key words： water resources；eco-economic system；emergy；contribution

中圖分類號：F205 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）03-0010-05

0 引言

水作為一種特殊的生態(tài)資源，不僅是人類社會經濟的基礎，還創(chuàng)造與維持了人類賴以生存與發(fā)展的生態(tài)環(huán)境條件。水資源生態(tài)經濟系統主要是指在一定范圍內，以水資源開發(fā)利用和保護為主體，由水資源生態(tài)系統和社會經濟系統相互交織、相互融合的具有一定結構和功能的有機整體[1]。水資源生態(tài)經濟系統是生態(tài)經濟系統中的一個子系統，水資源的開發(fā)利用與保護，水資源與經濟生產系統、社會活動系統與生態(tài)環(huán)境系統是有機聯系的整體系統，各系統之間進行不間斷的能量流動、物質循環(huán)、信息傳遞等[2]。學術界現有關于水資源與生態(tài)經濟系統的研究主要集中在可持續(xù)發(fā)展方面的定性研究，有關水資源對生態(tài)經濟系統貢獻量及其利用效率方面的定量研究相對較少，而且大多都只是單純研究水資源對經濟生產或生活系統的貢獻，涉及到整個生態(tài)經濟系統的相關研究相對較少。

本文通過了解水資源在生態(tài)經濟系統中的作用，嘗試運用能值理論與分析方法，定量研究一定區(qū)域內水資源對生態(tài)經濟系統的貢獻。“貢獻”一詞在現代漢語詞典中解釋為一般無償的進奉或贈與、有助于某事的行為或作有利于社會或國家的事。水資源對生態(tài)經濟系統的貢獻指的是水資源的化學能、重力勢能與其他形式的能量相互作用和轉化，維持和促進工農業(yè)生產系統、生活系統和生態(tài)系統的有效運轉[3]。水資源對生態(tài)經濟系統的貢獻最終是體現在各種高能質產品中[4]，比如農業(yè)生產系統中農業(yè)用水的化學能，與化肥、農藥、種子等人工輔助機能相互作用，最終由自身的化學能轉化為有機態(tài)的化學能，并最終體現為可供人類生存的農產品；在工業(yè)生產系統水力發(fā)電中，先將水的重力勢能轉化為發(fā)電機的機械能，最終轉化為電能等。

1 水資源對生態(tài)經濟系統貢獻的能值度量指標

能值分析克服了經濟分析中貨幣不能衡量自然界對人類經濟社會發(fā)展貢獻的缺陷，重點研究系統的自然屬性和經濟特征及兩者的相互關系。將生態(tài)經濟系統中的生產要素、經濟指標、能量要素及科技要素等不可比要素換算為同一要素“能值”進行計算和比較[5]。在以此方法計算所得的水資源貢獻率能客觀、真實反映生產過程的全部要素，有利于評估水資源的真實效益和貢獻。

1.1 水資源貢獻量 水資源自發(fā)或借助水利工程進入生態(tài)經濟系統中，不同類別的能量不斷轉移和轉化過程維持了生態(tài)經濟系統的正常運轉，水資源對生態(tài)經濟系統是有利的，但是否無償需視情況而定[6]。經過水利工程的水資源需要經濟反饋投入成本，即需要扣除經濟反饋投入成本。將生態(tài)經濟系統的各種投入、產出能量轉化為同一標準的能值，即可以此度量水資源對生態(tài)經濟系統貢獻。

水資源貢獻量（Water Resources Contribution Quantity，WCQ）即由水資源利用所帶來的那部分生態(tài)經濟系統產出能值扣除生態(tài)經濟系統對水資源進行開發(fā)所反饋投入的能值，即水資源產出的凈能值。它是衡量水資源對生態(tài)經濟系統貢獻作用大小的絕對指標，一定單位時間內，由于水資源利用所產出的能值越大，生態(tài)經濟系統中開發(fā)利用的水資源投入的能值越小，則水資源對生態(tài)經濟系統貢獻量越大[7]。

1.2 水資源貢獻率 水資源貢獻率（The Contribution Rate of Water Resources，WCR）概念的提出，是因為考慮到水資源必須同其他自然資源、資金及勞務等的共同投入，才能生產出各類工農業(yè)產品和帶給人們精神享受，以此產生價值，但是這部分價值是各種資源、物質及科技、勞務、信息等的共同作用的結果，為了衡量水資源貢獻的價值，利用“水資源貢獻率”表征生態(tài)經濟系統中水資源的貢獻份額[7]。

水資源貢獻率即水資源貢獻量與水資源生態(tài)經濟系統中凈產出能值的比率，是衡量水資源對生態(tài)經濟系統貢獻作用大小的相對指標，在一定的水資源貢獻量情況下，能值凈產出越大，水資源貢獻率越小。

2 水資源對生態(tài)經濟系統貢獻的能值分析

以能值理論與分析方法為指導，要計算水資源對生態(tài)經濟系統的貢獻，首先需要收集水資源生態(tài)經濟系統及其子系統的原始數據資料，然后通過分析水資源生態(tài)經濟系統及其子系統的能量流動過程及不同水體的太陽能值轉換率，編制出能值分析表[8]。由于水資源對工農業(yè)生產、生活系統及生態(tài)環(huán)境貢獻的體現方式不同，本文結合其各自的特點及體現形式，針對各個子系統分別提出了其水資源貢獻的能值核算方法。

2.1 水資源對工農業(yè)生產貢獻的能值計算 工農業(yè)生態(tài)經濟系統的貢獻量及貢獻率，反映水資源作為一種生產要素在工業(yè)經濟活動中的貢獻，因此，采用分攤系數法計算工農業(yè)生產總能值產出中水資源所貢獻的份額（即采用各類能值投入量占總能值投入的比例分攤能值總產出中各類投入所占的份額），然后扣除生態(tài)經濟系統對水資源反饋投入的能值，即水資源對工農業(yè)生態(tài)經濟系統貢獻量；工農業(yè)生產過程中水資源貢獻量占工農業(yè)生產系統所有生產要素凈能值產出的比例為工農業(yè)生態(tài)經濟系統的水資源貢獻率。計算表達式見表1、表2。

表中各符號意義為：EMIY—工業(yè)產出能值； EMIF—工業(yè)經濟系統反饋能值；EMISW—工業(yè)生產中地表水總投入能值；EMIGW—工業(yè)生產中地下水總投入能值；EMIU—工業(yè)生產總投入能值；EMIFS—工業(yè)生產中地表水的水利反饋總投入能值；EMIFG—工業(yè)生產中地下水的水利反饋總投入能值；WCQ1—水資源對工業(yè)生產貢獻量；WCQISW—地表水資源對工業(yè)生產貢獻量；WCQIGW—地下水資源對工業(yè)生產貢獻量；WCRI—水資源對工業(yè)生產貢獻率；WCRISW—地表水資源對工業(yè)生產貢獻率；WCRIGW—地下水資源對工業(yè)生產貢獻率。

2.2 水資源對生活系統貢獻的能值計算 借鑒工農業(yè)生態(tài)經濟中水資源貢獻量、貢獻率的計算思路，將生活用水過程抽象為水資源的投入、產出過程，對生活系統各項投入產出進行能值流的計算分析，通過生活系統中各投入能值流中生活用水能值的份額量化水資源對生活生態(tài)經濟系統的貢獻量、貢獻率。生活系統中生活用水量的地下水資源能值即為地下水資源貢獻量，地表水資源能值即為地表水資源貢獻量，二者之和為水資源對生活系統貢獻量[9-10]。生活系統中水資源貢獻量占生活系統所有生產要素能值投入的比例為生活系統的水資源貢獻率。計算表達式見表3。

2.3 水資源對生態(tài)環(huán)境貢獻的能值計算 由于水資源生態(tài)系統的種類與時空動態(tài)多變等復雜屬性，水資源對生態(tài)經濟系統貢獻的定量計算存在極大難度，尤其是水資源長期以來一直作為一種公共資源供人類開發(fā)使用，導致水環(huán)境質量狀況與用水單位的經濟收益之間往往不存在直接的、單一的對應關系，分析生態(tài)—社會復合水循環(huán)系統可知水資源不斷對生態(tài)環(huán)境做功，水資源自身的能量轉移到生態(tài)環(huán)境系統中，從而產生對生態(tài)環(huán)境的貢獻[11]。本文從能值分析的角度探討水資源對生態(tài)環(huán)境的貢獻，以能值為尺度來評價水資源對生態(tài)經濟系統的貢獻，探討不同環(huán)節(jié)上的能值轉換，可以避免很多假設因素的制約。

生態(tài)環(huán)境的用水大部分由降雨量自然水體提供，因此忽略工程水體的供水能值，不考慮生態(tài)經濟系統對水資源反饋投入的能值。同樣采用分攤系數法計算生態(tài)—社會復合系統內總能值產出中水資源所貢獻的份額（即采用各類能值投入量占總能值投入的比例分攤能值總產出中各類投入所占的份額），即水資源對生態(tài)環(huán)境貢獻量；生態(tài)環(huán)境中水資源貢獻量占生態(tài)—社會復合系統所有生產要素凈能值產出的比例為生態(tài)—社會復合系統的水資源貢獻率。計算表達式見表4。

3 西安市水資源對生態(tài)經濟系統貢獻的能值計算

西安市位于我國西部，屬嚴重缺水地區(qū)。本文將選取西安市為研究實例，收集西安市工農業(yè)生產、社會生活及生態(tài)環(huán)境的相關數據資料，分析其水資源生態(tài)經濟系統及各子系統的能量轉化過程，編制系統能值分析表，核算出2010～2014年西安市的水資源貢獻量及貢獻率并對其變化趨勢進行分析。

3.1 西安市水資源對生態(tài)經濟系統貢獻能值的分類計算

3.1.1 西安市水資源對工業(yè)生產貢獻的能值計算及結果分析

收集西安市工業(yè)生產系統中主要物質流、貨幣流及能量流的原始數據資料，計算工業(yè)生產系統能值。以2014年為例，編制西安市工業(yè)生產系統能值分析表（表5）。系統能值投入方面，太陽能、風能、及工業(yè)用水取西安市整個區(qū)域的數據。不可更新環(huán)境資源投入包括能源、原材料、勞務及固定資產投資等，能源數據為計算方便將各類能源折合成標準煤，原材料、固定資產投資的原始數據以貨幣量表示。系統能值產出方面，各類工業(yè)產品取西安市整個區(qū)域的數據。

同理可獲得西安市其他年份的工業(yè)生產系統能值分析表，匯總得到2010～2014年西安市工業(yè)生產系統能值投入產出結果（表6）。進而根據表1的計算方法得到2010～2014年西安市水資源對工業(yè)生產貢獻量及貢獻率計算結果匯總表（表7）。

結果分析：根據表7可看出，2010～2014年，西安市工業(yè)生產子系統中地下水貢獻量比重較大，遠遠超過地表水貢獻量，這與工業(yè)用水量中地下水所占的比重較大密切相關。2010～2014年西安市水資源貢獻量整體呈現上升趨勢，表明隨著社會經濟的迅速發(fā)展，工業(yè)用水量不斷增加，水資源對工業(yè)生產貢獻量不斷增加。

2010～2014年西安市水資源對工業(yè)生產貢獻率約為0.20%～0.46%，年平均水資源貢獻率為0.294%，2010年水資源對工業(yè)生產貢獻率最大，是由2010年工業(yè)用水重復利用量比其他年份相對較大造成的。2010～2014年西安市水資源對工業(yè)生產貢獻率整體呈現下降趨勢，這與西安市工業(yè)生產結構的調整，生產工藝的不斷改善密切相關。

3.1.2 西安市水資源對其他子系統貢獻的能值計算及結果分析

水資源對其他子系統貢獻能值的計算方法與工業(yè)生產系統相似，可由能值分析表得到能值投入產出匯總表，最終根據第3節(jié)中提出的計算方法分別核算出西安市水資源對農業(yè)生產、生活系統及生態(tài)環(huán)境的貢獻量及貢獻率。見表8～10。

表8結果分析：2010～2014年，西安市農業(yè)生產系統中地下水貢獻量比重較大，遠遠超過地表水貢獻量，整體具有輕微上升趨勢，這與農業(yè)用水量中地下水所占的比重較大密切相關。2010～2014年西安市水資源貢獻量與農業(yè)用水量變化趨勢一致。

2010～2014年西安市水資源對農業(yè)生產貢獻率約為5.06%～6.48%，年平均水資源貢獻率為5.75%，2010～2012年水資源貢獻率輕微下降，2013～2014年水資源貢獻率輕微上升，整體變化趨勢與農業(yè)生產過程中節(jié)水技術及科技技術不斷投入密切相關。

表9結果分析：2010～2014年，西安市生活系統中地下水貢獻量與地表水貢獻量相近，整體具有輕微上升趨勢，這與生活用水量中地下水用水量與地表水用水量相近密切相關。2010～2014年西安市水資源貢獻量與農業(yè)用水量變化趨勢一致。

2010～2014年西安市水資源對生活系統貢獻率約為0.43%～0.51%，年平均水資源貢獻率為0.476%，2010～2012年水資源貢獻率輕微上升，2013～2014年水資源貢獻率輕微下降，整體上變化趨勢與生活過程中居民節(jié)水意識的加強及節(jié)水工程不斷投入密切相關。

表10結果分析：2010～2014年，西安市生態(tài)—社會復合系統中地表水貢獻量比地下水貢獻量所占比重稍大，整體具有上升趨勢，這與生態(tài)用水量中地表水所占的比重比地下水稍大密切相關。2010～2014年西安市水資源貢獻量與生態(tài)用水量變化趨勢一致。

2010～2014年西安市水資源對生態(tài)環(huán)境貢獻率約為2.47%～5.74%，年平均水資源貢獻率為4.102%，2010～2013年上升趨勢明顯，2013～2014年具有明顯下降趨勢，整體變化趨勢與西安市推進八水潤長安工程建設，改造提升5大引水源、7塊濕地、10條河系、28個湖池，引漢濟渭調節(jié)蓄水等重大水利工程的持續(xù)建設投入有關[12]。

3.2 西安市水資源對生態(tài)經濟系統貢獻計算結果匯總及分析

根據計算結果表11及圖1，可以看出2010～2014年西安市水資源對生態(tài)經濟系統貢獻量基本呈現上升趨勢，說明西安市水資源對工農業(yè)生產、生活系統及生態(tài)環(huán)境的貢獻作用越來越大，這與西安市工農業(yè)生產發(fā)展、生活及生態(tài)環(huán)境對水資源的利用量不斷增加密切相關。2010～2014年水資源對農業(yè)生產的貢獻量明顯高于工業(yè)生產、生活系統及生態(tài)環(huán)境貢獻量，且水資源對工業(yè)生產與生活系統貢獻量高于生態(tài)環(huán)境貢獻量，這與2010年～2014年西安市農業(yè)用水量高于工業(yè)用水量、生活用水量及生態(tài)用水量和產業(yè)結構的變化、用水結構的變化有關。

根據計算結果表11及圖2，可以看出2010～2014年西安市水資源對農業(yè)生產與生態(tài)環(huán)境的貢獻率明顯高于工業(yè)生產與生活系統，說明農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境對水資源的貢獻程度高于工業(yè)生產和生活系統，應優(yōu)先供應農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境用水。西安市水資源對生態(tài)經濟系統年平均貢獻率為10.622%，2010～2011年水資源貢獻率呈現下降趨勢，2012～2014年水資源貢獻率呈現上升趨勢，這與西安市用水效率的不斷提高、節(jié)水意識的增強、節(jié)水技術及水資源以外的其他因素如人力、科技及信息等的投入有關。

4 對策與建議

水資源短缺和水環(huán)境污染已成為制約經濟社會發(fā)展重要因素。合理開發(fā)利用水資源和水資源生態(tài)系統保護是我國大多數城市一項長期的戰(zhàn)略任務[13]。通過水資源生態(tài)經濟系統貢獻能值分析應用研究，本文對西安市水資源的合理配置與高效利用提出如下對策建議：

4.1 健全水資源保護的法規(guī)，加強水資源生態(tài)系統建設 2010～2014年西安市水資源對生態(tài)經濟系統貢獻量呈現上升趨勢，說明西安市水資源對工農業(yè)生產、生活及生態(tài)環(huán)境的貢獻作用越來越大。但是西安市年均水資源總量為24.73億立方米，其中年均地表水資源總量為20.81億立方米，年均地下水資源總量為12.17億立方米。按照2014年常住人口數計算，人均水資源占有量為303.33立方米，遠遠低于國際公認的絕對缺水線（人均水資源量500立方米），屬嚴重缺水地區(qū)之一，且西安市水資源水源地污染嚴重。因此應健全水資源保護的法規(guī)，強化地表及地下水資源保護工程建設，強化水資源生態(tài)系統建設。

4.2 優(yōu)先供應農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境用水 通過上述計算結果分析可知，2010～2014年西安市水資源對農業(yè)生產與生態(tài)環(huán)境的貢獻率明顯高于工業(yè)生產和生活系統，說明農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境對水資源的貢獻程度高于工業(yè)生產和生活系統。在西安市水資源優(yōu)化配置中，應優(yōu)先供應農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境用水，保證農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境的良性運轉。

4.3 強化節(jié)水意識，提高工業(yè)用水及生活用水重復利用率 2010～2014年西安市水資源對工業(yè)生產及生活系統的貢獻量明顯高于生態(tài)環(huán)境，2010～2014年西安市水資源對工業(yè)生產及生活系統的貢獻率卻明顯低于生態(tài)環(huán)境，由此說明工業(yè)耗水量及生活耗水量大且重復利用率較小。因此應提高居民節(jié)水意識，加強工業(yè)節(jié)水技術的研究，推廣節(jié)水器具的使用及節(jié)水工程的建設，提高工業(yè)用水及生活用水重復利用率。

4.4 推廣水資源利用率高于投入產出率高的行業(yè)與產業(yè) 依據水資源對生態(tài)經濟系統貢獻能值研究原理，可以計算出水資源利用率高于水資源生態(tài)經濟系統投入產出率高的行業(yè)與產業(yè)，優(yōu)先考慮此類行業(yè)或產業(yè)的水資源供應，提高水資源的利用率。

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