劉雅婷,王賽鴿,陳　彬

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京　100875

水是自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)賴以生存和發(fā)展的重要自然資源。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展,城市水消耗量日趨增加,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明我國142個(gè)百萬級人口的城市2006至2015年間用水總量平均增加約5.7%,而其水資源總量同比下降約2.6%,全國三分之二的大中城市面臨水資源短缺的難題[1- 2]。目前共有2種方法解決水資源短缺問題：一種是從實(shí)體水資源角度出發(fā),通過跨流域調(diào)水、海水淡化、污水回用、雨水蓄用等工程手段實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約和再分配；另一種是利用非工程手段,通過調(diào)整商品進(jìn)出口貿(mào)易實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)分配[3],如針對缺水地區(qū)制定節(jié)水策略時(shí)可考慮相對減少水消耗密度較大產(chǎn)品的出口,從而減緩水資源壓力。

北京市位于華北平原的北部邊緣,屬于海河流域,為半干旱半濕潤的大陸性季風(fēng)氣候,多年平均降雨量585mm,水資源由入境地表水、境內(nèi)地表水和地下水組成。近年來,隨著城市和人口規(guī)模的不斷擴(kuò)大,城市水消費(fèi)總量持續(xù)增加,2013年北京市實(shí)體水直接用水量為36.4億立方米[4],而本地人均水資源量僅為全國平均水平的1/17[2,5],水資源供需矛盾已成為制約北京發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。本文依據(jù)基于投入產(chǎn)出分析的計(jì)算方法,分析北京市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中直接及隱含的水資源消耗、進(jìn)出口狀況以及部門間的虛擬水流動(dòng)情況,以期為北京市減少水資源消耗、緩解水資源壓力提供定量依據(jù)。

1　虛擬水核算現(xiàn)狀

虛擬水由Allan在1993年正式提出[6],定義為生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品所需的水量。1996年,Allan將虛擬水的概念從農(nóng)業(yè)拓展到全部商品和服務(wù)中,定義為生產(chǎn)產(chǎn)品或服務(wù)過程中所消耗的水資源量[7]。虛擬水從產(chǎn)品消費(fèi)角度核算人類對水的真實(shí)需求情況,將經(jīng)濟(jì)活動(dòng)及其對水資源的消耗納入統(tǒng)一的研究體系,對協(xié)調(diào)城市水資源配置格局與經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局具有戰(zhàn)略指導(dǎo)意義[8- 9]。

目前定量研究產(chǎn)品中所含虛擬水的方法主要有兩類,分別是以生產(chǎn)樹法為代表的自下而上的方法和以投入產(chǎn)出法為代表的自上而下的方法[3,10-11]。其中,生產(chǎn)樹法主要用于計(jì)算特定生產(chǎn)部門的產(chǎn)品水足跡,將最終產(chǎn)品生產(chǎn)鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)用水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與累加[12-13]。而足跡是指一個(gè)地區(qū)的居民消費(fèi)的產(chǎn)品和服務(wù)中所包含的全部直接和間接的水資源量(即這些產(chǎn)品和服務(wù)所蘊(yùn)含的虛擬水)[14-15],由Hoekstra在虛擬水的研究基礎(chǔ)上,比照生態(tài)足跡的概念提出,并且應(yīng)用這個(gè)方法首次對大量農(nóng)作物的水足跡進(jìn)行了全球尺度的評價(jià)[14]。該方法從產(chǎn)品角度研究其用水量,對農(nóng)業(yè)產(chǎn)品(或牲畜)核算較為準(zhǔn)確,但難于研究工業(yè)產(chǎn)品的虛擬水貿(mào)易量和消費(fèi)量,主要原因在于工業(yè)產(chǎn)品虛擬水含量較小且計(jì)算過程復(fù)雜。此外,水足跡方法難以從整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)把握各種產(chǎn)品虛擬水間的流動(dòng)關(guān)系[16-17]?；谕度氘a(chǎn)出分析法 (Input-output analysis,以下簡稱IOA) 核算虛擬水貿(mào)易和消費(fèi)分可以有效地克服以上不足。該方法最早由Leontief提出,利用國民經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出表來分析產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)中各部門之間直接和間接的關(guān)聯(lián)[18],可以計(jì)算所有直接、間接地包含于產(chǎn)品消費(fèi)中的資源使用。由于投入產(chǎn)出方法實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)內(nèi)部商品流轉(zhuǎn)的模擬,因此在宏觀尺度的環(huán)境核算研究(特別是水資源核算研究)中得到了非常廣泛的應(yīng)用,其中不乏核算不同尺度 (如產(chǎn)業(yè)園區(qū)、流域、行政區(qū)、國家或者全球)虛擬水的研究[19-23]。國家尺度上,趙旭等[16]利用IOA核算了中國2002年虛擬水消費(fèi)量,結(jié)果表明中國作為虛擬水凈輸出國,其主要虛擬水凈出口部門為輕工業(yè)和服務(wù)業(yè)；虛擬水直接系數(shù)和虛擬水含量最大的兩個(gè)部門為農(nóng)業(yè)及電熱氣、水的生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)。地區(qū)尺度上,黃曉榮等[24]建立了IOA計(jì)算地區(qū)虛擬水的模型,測算了2002年寧夏虛擬水貿(mào)易的出口量和虛擬水的消費(fèi)情況。Dietzenbacher等應(yīng)用IOA模型核算了西班牙城市安達(dá)盧西亞的虛擬水貿(mào)易量,發(fā)現(xiàn)每年90%的水消費(fèi)都源自農(nóng)業(yè)部門,而超過50%的農(nóng)業(yè)最終需求出口到西班牙的其它地區(qū)或國外,并據(jù)此提議減少農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的虛擬水出口[25],Velázquez 結(jié)合能源使用模型對原有IOA模型進(jìn)行了擴(kuò)展,并利用該模型分析了安達(dá)盧西亞城市分部門的直接和間接虛擬水消費(fèi),并辨識出虛擬水消費(fèi)最大的一些部門[26]。

現(xiàn)有的虛擬水核算研究多計(jì)算單個(gè)部門虛擬水直接和間接消耗[3, 16]。從系統(tǒng)的角度出發(fā),虛擬水的流動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一種產(chǎn)業(yè)需求的轉(zhuǎn)移,部門間的關(guān)聯(lián)性體現(xiàn)為虛擬水流動(dòng)量的大小,因此部門間的虛擬水流動(dòng)研究對于識別虛擬水流動(dòng)關(guān)鍵路徑和目標(biāo)部門,調(diào)控虛擬水消耗有重要的指導(dǎo)意義。一些學(xué)者對于部門間的虛擬水流動(dòng)關(guān)系做了不少有益的探索,如馬忠等應(yīng)用張掖市投入產(chǎn)出表,通過構(gòu)建水資源投入產(chǎn)出模型計(jì)算了當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)間虛擬水的凈轉(zhuǎn)移量以及區(qū)域虛擬水的調(diào)入調(diào)出,構(gòu)造了產(chǎn)業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移矩陣,量化了各產(chǎn)業(yè)間虛擬水的轉(zhuǎn)移去向[27]。其他學(xué)者對產(chǎn)業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移量化分析發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)是虛擬水最大的凈轉(zhuǎn)移部門,其中大部分流向了制造業(yè)[28-30]。虛擬水的流動(dòng)實(shí)際上是一種產(chǎn)業(yè)需求的轉(zhuǎn)移,已有研究劃分部門的方式不同,如部分研究籠統(tǒng)地將產(chǎn)業(yè)部門劃分為第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)有的研究沒有將水供應(yīng)業(yè)與交通業(yè)等具有不同屬性且與其他各部門虛擬水流動(dòng)較為頻繁的部門列出[21, 27-29],亟需進(jìn)一步識別部門間虛擬水流動(dòng)的關(guān)聯(lián)性。本文為明晰城市內(nèi)部經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)用水關(guān)聯(lián),利用2012年北京市投入產(chǎn)出表,根據(jù)各部門用水關(guān)聯(lián)程度[27-30],將42部門劃分為8部門,構(gòu)建了基于投入產(chǎn)出分析的城市系統(tǒng)虛擬水核算模型,分析區(qū)域內(nèi)部經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的虛擬水流動(dòng)特征。

2　虛擬水核算

2.1　數(shù)據(jù)來源

本文運(yùn)用《2012年北京市投入產(chǎn)出表》,其中共劃分42部門,結(jié)合所獲得用水?dāng)?shù)據(jù)及各部門屬性將原有IOA表中的42個(gè)部門合并為8個(gè)部門 (表1),其中農(nóng)業(yè)部門實(shí)際用水?dāng)?shù)據(jù)采用《2012年北京市水資源公報(bào)》中農(nóng)業(yè)用水量,其余7個(gè)部門的用水?dāng)?shù)據(jù)通過間接的方式計(jì)算獲得。建筑業(yè)、水供應(yīng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、交通業(yè)的用水?dāng)?shù)據(jù)是基于北京市《第一次水務(wù)普查公報(bào)》2011年用水量,按照各部門經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值增加值及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值占比同比例推求所得,鑒于這四個(gè)部門的用水量與經(jīng)濟(jì)增長呈正相關(guān)的關(guān)系,且相差一年的用水量變化不會(huì)很大,故按照經(jīng)濟(jì)增長情況對2012年該四個(gè)部門的用水量進(jìn)行估算,會(huì)存在些許誤差但不至于影響整體分析；北京市礦業(yè)、制造業(yè)和電力供應(yīng)業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)來自2013年《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》,以上所得用水?dāng)?shù)據(jù)均通過文獻(xiàn)[30-31]進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)。

表1　北京市42部門合并結(jié)果表

2.2　計(jì)算方法

在投入產(chǎn)出表基礎(chǔ)上,將可獲得的各產(chǎn)業(yè)部門的用水量歸納到表中,在投入產(chǎn)出模型之外橫向構(gòu)造單獨(dú)的水資源利用分析模塊,生成水資源投入產(chǎn)出表[17](表2)。表中增加的用水?dāng)?shù)據(jù)W1-Wn主要表明各經(jīng)濟(jì)部門水資源直接使用情況。基于北京市水資源投入產(chǎn)出表,從用水系數(shù)、虛擬水消費(fèi)量、虛擬水貿(mào)易量和部門間虛擬水轉(zhuǎn)移量4個(gè)方面對2012年北京市的虛擬水進(jìn)行核算,各指標(biāo)的內(nèi)容與相互關(guān)系如圖1所示。

表2　北京市水資源投入產(chǎn)出表

用水系數(shù)是部門用水強(qiáng)度的測度指標(biāo),表征各部門生產(chǎn)活動(dòng)對水資源的依賴程度,反映水在各部門的利用效率[16]。直接用水系數(shù)反映的是各產(chǎn)業(yè)門單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的直接用水量。完全用水系數(shù)包含了直接與間接用水量,是計(jì)算虛擬水進(jìn)出口貿(mào)易量、最終消費(fèi)量及部門間轉(zhuǎn)移量的重要基礎(chǔ)。地區(qū)最終消費(fèi)虛擬水量包括了城鎮(zhèn)居民、農(nóng)村居民、政府消費(fèi)、資本形成與出口所包含的消費(fèi)量,其中前4項(xiàng)反映了本地區(qū)內(nèi)部的最終消費(fèi)情況,最后一項(xiàng)反映本地區(qū)與外地的貿(mào)易情況。通過對比經(jīng)濟(jì)型投入產(chǎn)出表中最終消費(fèi)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)占比,可識別出虛擬水消耗較大而創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值較小的產(chǎn)業(yè)部門[17, 21]。計(jì)算虛擬水貿(mào)易量可反映某一地區(qū)與外部的產(chǎn)品貿(mào)易中所隱含的虛擬水量,從而識別出向外部輸送大量虛擬水或主要依賴于從外部進(jìn)口虛擬水的產(chǎn)業(yè)部門[29]。同時(shí),部門間虛擬水轉(zhuǎn)移量可以反映出某一地區(qū)內(nèi)部部門間的虛擬水轉(zhuǎn)移情況,可為識別行業(yè)間用水量的關(guān)聯(lián)性、減少部門間接水消耗提供理論依據(jù)[27]。

圖1　城市虛擬水指標(biāo)框架拓?fù)潢P(guān)系圖Fig.1　The topological relations of urban virtual water indicator framework

2.2.1部門用水系數(shù)

直接用水系數(shù)可以采用萬元產(chǎn)值用水量表示,反映各經(jīng)濟(jì)部門的單位產(chǎn)量對自然形態(tài)下的水資源的直接使用水平,但這一指標(biāo)僅反映產(chǎn)業(yè)部門的部分虛擬水消耗情況。其表達(dá)式為：

kj=Wj/Xj(j=1,2,…,n)

(1)

式中：kj為第j部門直接用水系數(shù),Wj為第j部門用水量,Xi為第j部門經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出。計(jì)算所有n個(gè)部門的直接用水系數(shù),即可獲得1行n列的用水系數(shù)向量。其行向量為：

k=k1,k2,…,kn

(2)

完全用水系數(shù)也稱虛擬水含量,是基于IOA的虛擬水核算的重要參數(shù)之一,能夠反映出一個(gè)部門的產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期階段增加單位最終需要所需的直接和間接水資源量的總和。其表達(dá)式為：

k′=k(I-A)-1

(3)

(4)

km=k′-k

(5)

式中,k′為完全用水系數(shù)行向量；k為直接用水系數(shù)行向量；I是n階單位矩陣；aij為直接消耗系數(shù),某一產(chǎn)品部門在生產(chǎn)經(jīng)營過程中單位總產(chǎn)出直接消耗的各產(chǎn)品部門的產(chǎn)品或服務(wù)的數(shù)量；A為由aij構(gòu)成的直接消耗系數(shù)矩陣；xij為i部門經(jīng)濟(jì)上提供給j部門生產(chǎn)或勞務(wù)活動(dòng)中的數(shù)量,單位為萬元,xj為j部門的經(jīng)濟(jì)總投入；km為間接用水系數(shù),等于完全用水系數(shù)與直接用水系數(shù)之差。

2.2.2虛擬水消費(fèi)量

從投入產(chǎn)出表可以看出,消費(fèi)部門有城鎮(zhèn)居民消費(fèi)、農(nóng)村居民消費(fèi)以及政府消費(fèi)。各部門消費(fèi)所包含的虛擬水量計(jì)算公式如下：

城鎮(zhèn)居民消費(fèi)虛擬水量：

(6)

農(nóng)村居民消費(fèi)虛擬水量：

(7)

政府消費(fèi)虛擬水量：

(8)

虛擬水總消費(fèi)量：

(9)

式中,R,S和T分別表示城鎮(zhèn)居民消費(fèi)、農(nóng)村居民消費(fèi)以及政府消費(fèi)量,單位為萬元或億元,kj′為完全用水系數(shù)。

2.2.3虛擬水貿(mào)易量

經(jīng)濟(jì)貿(mào)易中,產(chǎn)品的輸入與輸出過程中隱藏著大量的虛擬水,因此可通過地區(qū)間貿(mào)易的形式輸入或輸出水資源以緩解水資源短缺問題。虛擬水貿(mào)易量可以通過經(jīng)濟(jì)貿(mào)易量與虛擬水完全用水系數(shù)計(jì)算得到。

虛擬水輸出量：

(10)

虛擬水輸入量：

(11)

虛擬水凈輸出量：

Qnet=QE-QI

(12)

式中,E和I分別表示當(dāng)年產(chǎn)品調(diào)出量和產(chǎn)品調(diào)入量,單位為萬元或億元,kj′為完全用水系數(shù)。

2.2.4虛擬水轉(zhuǎn)移量

虛擬水產(chǎn)業(yè)部門轉(zhuǎn)移矩陣,等于完全需水矩陣與其自身轉(zhuǎn)置矩陣之差,計(jì)算公式如下：

vwij=k×X×(I-A)-1

(13)

(14)

式中,VW為完全需水矩陣,k為直接用水系數(shù)行向量,X為中間投入矩陣,單位為萬元,I是n階單位矩陣,A為直接消耗系數(shù)矩陣,TVW是主對角線元素為零的對稱矩陣(表示自身轉(zhuǎn)移為零),其元素tvwij從行方向看,表示i部門向j部門的輸出的虛擬水?dāng)?shù)量,從列方向看,表示j部門從i部門虛擬水的輸入量,行方向之和等于i部門虛擬水凈轉(zhuǎn)移量。

3　結(jié)果與討論

3.1　部門用水系數(shù)

表3列明了2012年北京市8個(gè)部門的直接和完全用水系數(shù)。圖2是北京市2012年8個(gè)部門的各類用水系數(shù)的示意圖,可以看出水供應(yīng)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、電力供應(yīng)部門是完全用水系數(shù)最大的4個(gè)部門,其中水供應(yīng)部門和農(nóng)業(yè)部門因?yàn)橹苯佑盟禂?shù)導(dǎo)致完全用水系數(shù)較大,而礦業(yè)部門和電力供應(yīng)部門則因?yàn)殚g接用水系數(shù)的關(guān)系導(dǎo)致完全用水系數(shù)較大。水供應(yīng)部門和農(nóng)業(yè)部門既是完全用水系數(shù)最大的兩個(gè)部門也是直接用水系數(shù)最大的2個(gè)部門,其間接用水系數(shù)相對較少,分別只有兩個(gè)部門完全用水系數(shù)的26%和10%。間接用水系數(shù)與直接用水系數(shù)占完全用水系數(shù)比例差距最大的部門集中在制造業(yè)、建筑業(yè)、服務(wù)業(yè)3個(gè)部門,其間接用水系數(shù)分別占其完全用水系數(shù)的91%、91%、92%。已有的虛擬水相關(guān)研究中農(nóng)產(chǎn)品因直接用水消耗較大受到廣泛關(guān)注,當(dāng)考慮間接用水后,制造業(yè)、建筑業(yè)、服務(wù)業(yè)等從直接用水角度制定節(jié)水措施時(shí)被忽略的部門得以凸顯,因此需同時(shí)關(guān)注直接用水系數(shù)和間接用水系數(shù)較大的部門,以從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的生命周期角度出發(fā)制定合理有效的節(jié)水措施。

表3　基于IOA的2012年北京市虛擬水核算主要結(jié)果

圖2　2012年北京市各部門虛擬水用水系數(shù)　Fig.2　Virtual water use coefficient at the sectoral level of Beijing in 2012 1. 農(nóng)業(yè), Agriculture；2. 礦業(yè),Mining；3. 制造業(yè), Ma; 4. 電氣供應(yīng)業(yè),Electricity and gas supply；5. 水供應(yīng)業(yè),Water supply；6. 建筑業(yè),Construction；7. 交通業(yè),Transport；8. 服務(wù)業(yè),Services

3.2　虛擬水消費(fèi)量

基于投入產(chǎn)出分析的虛擬水核算建立了消費(fèi)與虛擬水消耗之間的聯(lián)系,為從調(diào)整消費(fèi)結(jié)構(gòu)的角度節(jié)約水資源提供了可能性。圖3分別表示了最終消費(fèi)經(jīng)濟(jì)占比及其對應(yīng)所耗虛擬水的占比,表4詳列了2012年北京市8個(gè)部門經(jīng)濟(jì)的最終需求比例及其對應(yīng)的虛擬水消費(fèi)比例,從縱向看政府消費(fèi)和資本形成消耗的虛擬水較少(8.1%),經(jīng)濟(jì)上占最終使用的比例較大(13.2%),但出口總額占最終消費(fèi)的79.9%,卻消耗了最終消費(fèi)所需虛擬水的85.04%,其中農(nóng)產(chǎn)品消耗6.7%虛擬水但僅創(chuàng)造1%經(jīng)濟(jì)效益,說明北京市出口以較大的虛擬水消耗量換取了較少的經(jīng)濟(jì)收益,出口結(jié)構(gòu)存在不合理的地方,需要調(diào)控虛擬水含量較大但經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高的產(chǎn)品出口(如農(nóng)產(chǎn)品、礦選產(chǎn)品等)。從橫向看,服務(wù)業(yè)以較少的虛擬水消耗(10.5%)創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(25.3%),而農(nóng)業(yè)和礦業(yè)則以較大的虛擬水消耗(分別為9.1%, 26.4%)創(chuàng)造了很低的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(分別為1.4%, 17.1%),結(jié)合縱向結(jié)果應(yīng)將農(nóng)業(yè)和礦業(yè)部門作為重點(diǎn)節(jié)水對象。

表4　最終需求比例及其對應(yīng)的虛擬水消費(fèi)比例/%

圖3　最終需求比例及其對應(yīng)的虛擬水消費(fèi)比例/%Fig.3　Proportion of final demands and its corresponding proportion of virtual water consumption

3.3　虛擬水貿(mào)易量

表3列明了北京市2012年8個(gè)部門的虛擬水進(jìn)出口貿(mào)易量,按照所有行業(yè)進(jìn)行計(jì)算,北京市是虛擬水凈進(jìn)口地區(qū),凈進(jìn)口虛擬水量6.77×109m3,相當(dāng)于北京市虛擬水用水總量(8.25×109m3)的82%。圖4描繪了2012年北京市各部門虛擬水凈進(jìn)口量,北京市虛擬水凈進(jìn)口量較大的部門有制造業(yè)(Ma)和農(nóng)業(yè)(Ag),農(nóng)業(yè)部門凈進(jìn)口虛擬水量達(dá)3.68×109m3,其從地區(qū)外進(jìn)口了大量農(nóng)產(chǎn)品,而農(nóng)產(chǎn)品又屬于虛擬水消耗密度較大的產(chǎn)品,因此北京市農(nóng)業(yè)部門消耗的大量虛擬水(2.17×109m3)主要來自于地區(qū)外進(jìn)口(1.04×1010m3)。交通運(yùn)輸業(yè)(Tr)和服務(wù)業(yè)(Se)為虛擬水的主要輸出部門,其中服務(wù)業(yè)以較少的虛擬水消耗創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值,因此在進(jìn)行調(diào)入水分配時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮第三產(chǎn)業(yè)需求。

圖4　2012年北京市各部門虛擬水凈進(jìn)口量　Fig.4　Net virtual water import volume at the sector level of Beijing in 20121. 農(nóng)業(yè), Agriculture；2. 礦業(yè),Mining；3. 制造業(yè), Ma; 4. 電氣供應(yīng)業(yè),Electricity and gas supply；5. 水供應(yīng)業(yè),Water supply；6. 建筑業(yè),Construction；7. 交通業(yè),Transport；8. 服務(wù)業(yè),Services

3.4　虛擬水轉(zhuǎn)移量

圖5反映的是北京市部門間虛擬水流動(dòng)量。通過圖中流的寬度,可以識別出部門間虛擬水的流動(dòng)量及其占某一個(gè)部門總虛擬水量的比例,流動(dòng)的方向可以說明各部門在城市系統(tǒng)中的角色。農(nóng)業(yè)部門是最大的虛擬水輸出部門,共計(jì)為區(qū)域內(nèi)其余7個(gè)部門凈輸出1.58×109m3虛擬水,主要流向包括制造業(yè)(26%)和建筑業(yè)(24%),此外北京市大部分的虛擬水流向了建筑業(yè),以農(nóng)業(yè)和制造業(yè)為代表,所有部門均有不同數(shù)量的虛擬水流入建筑業(yè),這一現(xiàn)象與城市化的快速發(fā)展息息相關(guān)。部門間主要的流出-流入組合包括農(nóng)業(yè)-制造業(yè),農(nóng)業(yè)-建筑業(yè),農(nóng)業(yè)-服務(wù)業(yè),水供應(yīng)-農(nóng)業(yè),制造業(yè)-建筑業(yè),在制定節(jié)水措施時(shí)應(yīng)考慮這些部門間的關(guān)聯(lián)性,調(diào)控虛擬水流終點(diǎn)部門的虛擬水使用量和使用效率,從而達(dá)到節(jié)水的目的。

4　結(jié)論

虛擬水的提出和應(yīng)用為調(diào)控有限水資源,緩解水資源壓力的研究提供了新的視角和思路,如從產(chǎn)品消費(fèi)角度出發(fā)改變或調(diào)整消費(fèi)結(jié)構(gòu)(減少、替換或轉(zhuǎn)變某些高耗水部門及產(chǎn)品的消費(fèi))、從地區(qū)貿(mào)易角度調(diào)整進(jìn)出口策略(增加需水密集度高的產(chǎn)品的進(jìn)口、減少其出口)。本文參考已有虛擬水研究成果,提出了基于投入產(chǎn)出分析的城市部門尺度虛擬水核算的定量模型,并以北京市為例,計(jì)算了其2012年的虛擬水直接及完全用水系數(shù)、最終消費(fèi)的虛擬水量、虛擬水的進(jìn)出口量以及部門間虛擬水轉(zhuǎn)移量。主要結(jié)論及建議如下:

水供應(yīng)業(yè)和農(nóng)業(yè)是完全用水系數(shù)和直接用水系數(shù)最大的兩個(gè)部門,而服務(wù)業(yè)、制造業(yè)、建筑業(yè)則間接用水占比較高(間接用水系數(shù)占完全用水系數(shù)的比例分別為92%、91%、91%),因此重點(diǎn)減小農(nóng)業(yè)等直接用水系數(shù)較大部門的同時(shí),應(yīng)減少制造業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)業(yè)部門的間接用水消耗,根據(jù)部門在產(chǎn)業(yè)鏈的地位從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的角度制定合理的節(jié)水措施。

從北京市8個(gè)部門的虛擬水消費(fèi)在最終需求所占的比例來看,農(nóng)業(yè)和礦業(yè)以較大的虛擬水消耗(分別為9.1%,26.4%)創(chuàng)造了很低的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(分別為1.4%,17.1%),應(yīng)作為重點(diǎn)節(jié)水對象。北京市出口總額占最終消費(fèi)的79.9%,卻消耗了最終消費(fèi)所需虛擬水的85.04%,出口結(jié)構(gòu)存在不合理的地方-以較大的虛擬水消耗量換取了較少的經(jīng)濟(jì)收益,例如農(nóng)產(chǎn)品以6.7%虛擬水的消耗創(chuàng)造了僅占最終消費(fèi)1%的經(jīng)濟(jì)效益,北京市應(yīng)減少農(nóng)產(chǎn)品、金屬及非金屬礦選產(chǎn)品等虛擬水含量較大而經(jīng)濟(jì)利潤較小的產(chǎn)品生產(chǎn)。

圖5　北京市部門間虛擬水流動(dòng)量 Mt/106m3Fig.5　Virtual water flows among sectors of Beijing in 2012

北京市為虛擬水凈進(jìn)口地區(qū),凈進(jìn)口虛擬水量6.77×109m3,相當(dāng)于北京市虛擬水用水總量(8.25×109m3)的82%。凈進(jìn)口虛擬水的主要部門有農(nóng)業(yè)(Ag)和制造業(yè)(Ma),北京市農(nóng)業(yè)部門因進(jìn)口較多虛擬水消耗密度較大的農(nóng)產(chǎn)品,其消耗的大量虛擬水主要來自于地區(qū)外進(jìn)口。交通運(yùn)輸業(yè)(Tr)和服務(wù)業(yè)(Se)為虛擬水的主要輸出部門,其中服務(wù)業(yè)以較少的虛擬水消耗(10%)產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值(25%),在進(jìn)行調(diào)入水分配時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮第三產(chǎn)業(yè)需求。

從區(qū)域內(nèi)部門間虛擬水流轉(zhuǎn)關(guān)系來看,農(nóng)業(yè)部門是最大的虛擬水輸出部門,共計(jì)為區(qū)域內(nèi)其余7個(gè)部門凈輸出1.58×109m3虛擬水,主要流向包括制造業(yè)(26%)和建筑業(yè)(24%),考慮到這些行業(yè)對農(nóng)業(yè)的間接拉動(dòng),在采取縮小農(nóng)業(yè)規(guī)模、提高農(nóng)業(yè)節(jié)水效率及調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的情況下,應(yīng)將減少消費(fèi)端的物質(zhì)消費(fèi)因素考慮進(jìn)去,通過調(diào)控虛擬水流動(dòng)目標(biāo)部門的虛擬水使用量等間接手段達(dá)到節(jié)水目的。部門間主要的流出-流入包括農(nóng)業(yè)-制造業(yè),農(nóng)業(yè)-建筑業(yè),農(nóng)業(yè)-服務(wù)業(yè),水供應(yīng)-農(nóng)業(yè),制造業(yè)-建筑業(yè),這些部門間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)關(guān)系是制定節(jié)水措施的關(guān)鍵路徑,是調(diào)控虛擬水流終點(diǎn)部門的虛擬水使用量和使用效率進(jìn)而減少水消耗的杠桿點(diǎn)。

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