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基于水足迹理论的江苏省水资源利用效率分析

一 背景介绍

水是人类赖以生存的重要资源,也是工农业和经济发展的重要因素。中国是一个水资源总量丰富的国家,2016年国家统计局发布的数据显示,我国水资源总量约有32466亿立方米,但水资源量仅有约2354立方米/人,约为世界人均水资源的1/4。数据显示,我国的水资源利用现状实际上相当紧张,如何利用好稀缺的水资源一直是值得深究的问题。目前中国虽然处在经济转型和产业结构升级的阶段,但长期的粗放型经济带来严重的水污染和水资源浪费,进一步加剧了水资源利用的矛盾。因此,如何有效率地利用稀缺的水资源创造更大的经济价值,实现资源的有效保护和经济的可持续健康发展就成为紧迫的值得关注的问题。中国地表水资源多集中于长三角一带,本文以江苏省为例,探讨水资源的利用效率问题。

《中国可持续发展水资源战略研究》指出:“水资源如果要走可持续利用的道路,其核心在于如何提高水资源的利用效率,建设节水型社会。”我们应该致力于寻找高效利用水资源的方法,建设健康可持续发展的社会。

国内外的学者就水资源利用的话题做了很多研究。例如研究三次产业中工业、农业的用水情况,南水北调的受水区资源配置情况,水资源的时间空间分布和城市群效应,分区域水资源的优化统筹配置使用,以及从要素的角度,研究各领域用水的效率。另有些学者采用逐步完善的水足迹强度理论和数据包络分析(DEA)来研究水资源利用现状与效率。但总的来说,使用水足迹强度和DEA研究的文献数量尚显稀少,还有待更深入的研究。

水资源利用是亟待解决的问题,而水足迹强度是可以量化水资源利用效率的指标,从而为制定高效的水资源利用政策提供依据。目前国外对水足迹的研究方法日益完善,但缺少对地市不同部门的水足迹强度测算的研究,这对于将水资源利用问题量化、实际化是必要的。因此,本文的研究问题是使用水足迹理论来研究江苏省的水资源行业分布及利用效率。具体包括:江苏省水足迹及水足迹强度的计算测度,分析比较苏南苏中苏北地区工业部门、农业部门、生活生态等水足迹强度特征,进而得出相应的政策建议。本文计划以水足迹强度理论为依托,利用从《中国统计年鉴》《江苏水质量公报》《江苏统计年鉴》中收集到的数据,进行计算分析。

二 文献综述

针对省际水资源利用效率,卢曦和许长新(2017)使用了三阶段DEA和Malmquist指数的研究方法,分别从静态和动态的角度,对长江经济带11省市的水资源利用效率做了分析。研究结果表明,技术是制约长江经济带水资源利用的主要因素。从综合技术效率角度,具体表现为东部最高,中西部次之;但如果从纯技术效率的角度,西部要高于中部。张振龙等(2017)的研究则是更为关注投入要素,采用规模报酬不变假设下基于投入法的DEA模型,同时利用tobit模型分析西北地区水资源利用的主要影响因素。

对于第一产业、第二产业和生活服务业等不同部门间的用水效率研究,王莹(2014)运用DEA中的BC 2 模型,选取了数个工业用水指标,对江苏省的工业用水效率做出了分析评价。研究结果表明,虽然江苏省工业用水效率总体较高,但仍然存在可节约的点,其中关键是工业耗水量和废水中COD排放量的控制。与之类似,赵晨等(2013)在DEA模型的基础上,加入了水足迹理论,选取相应的投入产出指标,对江苏省的水资源利用效率做了分析评价。研究结果表明,2000~2010年10年间江苏省的水资源利用一直处于一个较高的水准上,但在工农业用水及COD排放等方面存在冗余,应当依靠升级技术,调整用水结构和规模来进行优化配置。操信春等(2017)为了对江苏省农业水资源利用效率进行评价,使用了农业生产水资源压力指标BWSI和GWSI。研究结果表明,不同区域的水资源压力都有增大迹象,且在时间上呈现苏南减低、苏中稳定、苏北增大的整体态势。尹上岗等(2017)的研究是利用重心分析模型,对水资源的利用结构进行探究。研究结果表明,生态用水和工业用水空间差异较大,而农业用水和生活用水空间差异较小,关于水资源东西部利用效率比较则是和其他学者的研究结果一致。

关于东西部的用水效率比较,朱兆珍和梁中(2015)用因子分析法和突变级数法对中国的31个省区域水资源利用效率进行研究。研究结果表明,近年来我国各省水资源利用效率不断提高,在空间上,东部省份比中西部省份的综合用水效率更优。相似研究中,邓光耀等(2017)则利用Malmquist指数测算31个省的全要素水资源利用效率,以及技术进步等原因引起的水资源回弹。研究结果也是类似的。

而从水资源开发利用的时空特征的角度,鲍超和贺东梅(2017)的研究以京津冀城市群的水资源和用水变化为研究对象,采用泰尔系数、变异系数、曲线分析和空间分级分类分析等方法,而研究结果显示,水资源总量的情势越来越严峻,京津冀城市群以至于全国水资源总量越来越匮乏,相应的是水资源利用率一直在上升,用水结构以工农业用水比重下降为主要特征,各类用水的空间不均衡性保持相对稳定。陈午等(2015)则通过Moran’s I指数对我国水资源的空间分布进行了相关分析,得出的结论是区域的梯度发展模式深刻影响着水资源的利用效率。

尹庆民等(2016)则从要素市场的角度,使用SFA模型,论述了在要素市场扭曲的现实下,如何配置才能节约水资源和经济成本。谷学明等(2012)也从经济增长、水资源消耗和水环境压力的角度,对经济发展与水资源利用的关系进行了评估。

从文献数量上看,有很多学者利用DEA的方法来研究用水效率,这样虽然提高了数据的利用率和精度,但在数据的选取上有所局限,因为DEA的方法更适用于截面数据。Malmquist指数则更适合研究时间序列数据,所以两者结合对研究更有利。从各文献用到的水资源数据来看,大多使用的是实体水统计量,而忽略了虚拟水即近些年来越来越完善的水足迹理论。在研究指标方面,国内外学者甚少筛选出完整全面的综合效率评价指标来作为研究使用。我国东中西部呈现梯度发展的模式,区域发展的不平衡和经济格局分布的影响,应该作为考虑全国性水资源利用研究的背景基础。而且在当下注重发展绿色可持续经济的条件下,应当在研究水资源利用的维度里加入社会维度,才显得更为与时俱进。

三 方法与数据

3.1 水足迹的概念

水足迹(water footprint),是指在日常生活中公众消费产品及服务过程中所耗费的那些看不见的水,具体指一个国家、一个地区或一个人,在一定时间内消费的所有产品和服务所需要的水资源数量,形象地说,就是水在生产和消费过程中踏过的脚印。此概念最早由荷兰学者阿尔杰恩·胡克斯特拉于2002年提出,其完整概念包括“国家水足迹”“个人水足迹”两部分。

2009年7月,英国两家健康与食品游说组织建议,在食品和饮料产品上附上一种新的标签,以便让消费者了解更多有关产品水足迹的信息,这一举动的目的在于以直观的数字来说明当今水资源的严峻,给人以更直观的刺激。但很遗憾的是,在中国,大众对水足迹理论仍然尚显陌生,此方面的数据统计和研究结果尤显不足。

3.2 水足迹的计算方法

文章采用自下而上的计算方法(将该国家居民所消费的商品服务数量与各自的单位产品虚拟水含量相乘求和得到)。计算方法参照杨凡、张玲玲(2017)文中的方法。将水足迹总量简化为农业水足迹、工业水足迹、生活与生态水足迹,即:

WF = wf agri + wf ind + wf eco

其中, WF 是水足迹总量, wf agri 是农业水足迹, wf ind 是工业水足迹, wf eco 是生活生态水足迹。

计算农业水足迹时,以农畜产品为主,通过每单位农畜产品的虚拟含水量和经统计的农畜产品的产量相乘后求和,计算农业水足迹。计算工业水足迹时,工业用水与农业用水相比相对较少,因而直接用工业用水总量代替。生活生态水足迹则主要包括城镇和农村居民的生活用水量和为建设生态环境的耗水量。

3.3 水足迹强度的计算方法

水足迹强度是指单位GDP所需的用水量的多少,反映了经济发展与用水量之间的关系和水资源的经济利用效率。水足迹总量等于水足迹强度乘以GDP。若要计算农业水足迹、工业水足迹和生活生态水足迹强度,只需要将相应的水足迹量除以相应的行业产值即可。农业水足迹强度等于农业水足迹除以农业产值,工业水足迹强度等于工业水足迹除以工业产值,生态水足迹强度等于生态水足迹除以生态效益,生活水足迹强度等于生活水足迹除以居民消费产值。

3.4 数据来源

文章数据主要有江苏13市的农畜产量产值、工业产值、万元工业产值用水量、生活生态用水量等,数据为2007~2016年数据,选自《江苏省水资源公报》、《江苏统计年鉴》、13个城市的统计年鉴、国家统计局发布的官方数据等。每单位农畜产品的虚拟含水量的数据来源于马静等(2005)的文献中所计算的南方农产品。

四 实证结果

4.1 水足迹计算结果

如表1中所示,江苏省的水足迹总量从2007年的913.4亿立方米增长到2016年的1045.19亿立方米,年均增长13亿立方米,虽然在某些年份出现轻微下降的情况,但总体趋势是逐渐上升的。这说明随着经济的不断发展和人口的不断增加,对水资源的需求将会进一步扩大。据2016年国家统计局最新数据,江苏省的水资源总量为741亿立方米,属于水资源总量较为丰富的省份,但江苏人口稠密,工农业发达,经济繁荣,人均水资源量并不占优。在未来的经济发展和社会建设中,如何高效地利用有限的水资源将持续性地成为重中之重的资源问题。从表1中可以看出,农业(第一产业)是用水量最大的产业,10年间稳步增加,年均增加量为11.5亿立方米,年水足迹总量平均增长率约为2%。工业用水量相对于农业较少,为第二大用水源。2007~2016年工业用水量呈现一种U形趋势,2009~2012年四年间相对较少,在190亿立方米左右,2012年后稳步增加,2012~2016年5年间年增幅平均在10亿立方米左右,说明在现代工业生产中,潜在的水资源需求量也在不断增加,相比于现代社会普遍较低的工业水资源利用率,在未来如何推动工业用水的技术进步和配置调整是提高水资源利用效率的一个明显增长点。生活水足迹占水足迹总量的5%~6%,有稳定增幅,但考虑人口的不断增长,可判断生活水足迹处于一个相对稳定的区间内。生态用水量所占比重较小,占水足迹总量的千分之二到千分之三且无明显变化。

表1 江苏省2007~2016年水足迹总量

图1 2007~2016年江苏省各部门水足迹

4.2 水足迹强度计算结果

从图2、图3可得,2007~2016年间农业水足迹强度有一个很明显的下降趋势,这说明农业单位产值的增加所需的用水量在逐渐减少;而工业和生活水足迹强度呈现一种稳定的缓慢下降的趋势,但并不明显,这则说明10年间在居民用水和工业用水效率上并没有显著提升。图2一定程度上说明了在水资源最紧张的农业生产上,提高养殖、灌溉等技术能显著提高水资源的利用效率,让有限的水资源最大限度地服务于经济发展程度的提高。在农业方面,江苏省这10年已致力于利用技术进步提高能源的利用效率,但仍有空间。另外,工业的水足迹强度在2010年后维持在一个大致稳定的状态后就止步不前,这表明在工业水资源利用上并没有显著的突破,相关部门也没有予以足够的重视。

图2 2007~2016年农业水足迹强度趋势

图3 2007~2016年工业水足迹强度

表2 江苏省2007~2016年水足迹强度

历来水与经济发展息息相关,在经济繁华的地区一般水足迹总量都会高于经济不发达的地区。图4选取了2016年江苏13市的工农业产值,经对比可发现,经济较为发达的苏南地区(苏锡常、南京)的工农业比值要远远高于经济不发达的苏北地区(淮安、宿迁、连云港、盐城),即从比重上来看,苏南地区的工业产值相对较高,而相对苏南地区,苏北地区的农业产值相对较高。结合前文对江苏省各产业的水足迹和水足迹强度的分析,从统计数据可得出,苏南地区的经济发展水平较高,但因其工业发达,工业产值较高,工业水足迹强度偏高,说明苏南地区的工业水资源利用效率偏低;苏北地区经济发展水平较低,工业发展水平相对落后,工业产值低,农业相对发达,工业水足迹强度偏低,说明苏北地区工业水资源利用效率偏高。但结合江苏各市的生产总值和经济发展情况,江苏各地市的水足迹强度主要显示出苏南偏低、苏北偏高的特征。这可说明一个普遍的特征,在经济发达而资源稀缺的地区,对水资源的需求越大,水资源的利用效率会通过技术进步、资源配置、政策调整等方式相应地提高,资源最终服务于经济发展。

图4 江苏13市2016年农业工业产值

五 结论与建议

本文从当今的经济发展时代背景和水资源的紧缺现状出发,以水足迹理论和水足迹强度理论为支撑,选取江苏省为主要研究省份,以江苏省统计年鉴和江苏13市统计年鉴的数据为主要数据来源,探讨了江苏省的水资源利用的现状。

经全文论证,结论如下。

首先,江苏省水资源总量在全国范围内较为丰富,但人均水资源较少,且随着年份的增加用水压力不断增大。其次,近10年来的数据显示,农业部门是用水量和水资源需求量最大的部门,工业紧随其后,且有增加的趋势。随着人口增长,居民生活用水量也有轻微增加的趋势。再次,从近10年来的各行业水足迹强度看,农业部门的单位产值的增加所需的用水量在逐渐减少,这说明因为灌溉养殖等技术的提高而大大提高了水资源的利用效率;而工业部门和居民的生活用水水足迹强度呈现一种稳定的缓慢下降的趋势,但并不明显,这则说明10年间江苏省在居民用水和工业用水的效率上并没有显著提升。最后,结合江苏13市的生产总值和用水情况,江苏各地市的水足迹强度总体上显示出了一种苏南偏低、苏北偏高的特征。

就我国的经济发展现状来看,水资源短缺是未来长久都绕不过的严峻现实。工业农业生活用水近年来的情况都各有其问题。归根到底,我国还处在一种从粗放型向集约型经济发展的过渡阶段,现阶段国家最重视的事情仍旧是发展经济,增加各行业产值,而治理环境、促进可持续发展、提高节能技术水平仍然处于一种次要的位置。

国内外的许多学者都对于水资源利用的问题从很多角度做出自己的阐述,如从空间集聚的角度、要素市场的角度、时空和省际测算的角度等。而国外学者对于数据包络理论和以水足迹理论为载体的研究要更加深入和全面。

所以结合我国的现实情况,建议如下:首先,江苏省水足迹计算结果显示,农业部门是耗水最多的部门,应该合理规划水资源使用量,减少农业用水比例,进一步提高农业用水技术,提高农业用水效率。其次,工业部门用水的比例在逐年上升,各产业的用水量都在逐步提高。对于工业,一方面,要积极进行产业结构调整,逐步淘汰落后的、耗水量大的产业;另一方面,要着重进行工业用水相关的技术创新和设备研发,提高工业用水效率。再次,对于居民用水,要进一步鼓励节约用水,并适当进行奖惩机制的建立。最后,鼓励废水再利用,出台环境保护法规,提高污染治理的力度。从宏观上来看,要推进经济结构的不断升级优化,推动经济发展方式从粗放型到集约型增长,推进建设绿色经济,全面建设可持续发展的和谐社会。 QbdcMg53dO8p4V/sW1AJRtumRLXmWSrhdpVCx0/i6xZL61yaPaJ2eY23Jo2Wtqd0

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