地球科学进展 2018 , 33 (8): 833-841 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.08.0833

研究论文

塔里木河流域社会经济系统水循环分析

马忠¹^,, 苏守娟¹^,^*^,, 龙爱华², 张晓霞¹

1.地理与环境科学学院,西北师范大学,甘肃兰州 730070
2.中国水利水电科学研究院, 北京 100038

Water Cycle Analysis of Social and Economic System in Tarim River Basin

Ma Zhong¹^,, Su Shoujuan¹^,^*^,, Long Aihua², Zhang Xiaoxia¹

1.College of Geography and Environmental Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070,China
2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038,China

中图分类号: P339

文献标识码: A

文章编号: 1001-8166(2018)08-0833-09

通讯作者: *通信作者:苏守娟(1993-),女,甘肃天祝人,硕士研究生,主要从事投入产出分析及生态经济方面的研究.E-mail:727963970@qq.com

收稿日期: 2018-03-12

修回日期: 2018-07-23

网络出版日期: 2018-08-10

基金资助: 国家自然科学基金项目“基于混合LCA模型的非农产品虚拟水量化研究——以黑河流域张掖市为例”(编号:41461115)和“新疆社会水循环演变与生态—水—经济协调发展调控机理研究——以北疆地区为例”(编号:51479209)资助.

作者简介:

First author:Ma Zhong(1968-),male,Lanzhou City,Gansu Province,Associate professor. Research areas include input-output analysis and eco-economic research. E-mail: mazh858@126.com

作者简介:马忠(1968-),男,甘肃兰州人,副教授,主要从事投入产出分析及生态经济方面的研究.E-mail:mazh858@126.com

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摘要

水循环包括自然水循环和社会经济系统水循环2个方面。虚拟水概念的提出为社会经济系统水循环的研究提供了新的方法和手段。以社会经济系统水循环的理论为基础,运用投入产出分析方法定量描述了塔里木河流域社会经济系统水循环路径,分析制约塔里木河流域可持续发展过程中水资源管理的关键问题。结果表明:①塔里木河流域虚拟水输出的主要部门是农业、石油天然气和食品工业。其中农业用水占用水总量的98%以上,其绝大部分转移到食品工业和纺织工业中,而食品工业又将从农业部门转移来的水部分输出外地。山东省是塔里木河流域最大的虚拟水输出地,水资源输出格局主要体现在东部沿海地区。②塔里木河流域虚拟水输入的主要部门是冶金工业。最后,针对塔里木河流域产业间和地区间社会经济系统水循环中产生的问题,提出塔里木河流域农业用水及工业用水的调控途径及策略。

关键词： 塔里木河流域 ; 社会经济系统水循环 ; 虚拟水 ; 投入产出模型

Abstract

Water cycle includes natural water circulation and social economic system water cycle. The concept of virtual water provides a new method and means for studying social water circulation. This paper is based on the theory of water circulation in social and economic system, using input-output analysis method quantitatively describes the Tarim River basin of social water cycle paths and analysis of water resources management in Tarim River basin sustainable development process of the key issues. The results show that the main sectors of virtual water export in the Tarim River Basin are agriculture, petroleum, natural gas and food industry. Agricultural water accounts for more than 98% of total water consumption, most of which is transferred to the food and textile industries, and the food industry export water from the agricultural sector. Shandong Province is the largest virtual water transport area in the Tarim River Basin. The main sector of virtual water input in the Tarim River Basin is the metallurgical industry. Finally, in view of the problems arising from the inter-industrial and inter-regional social water circulation in the Tarim River basin, the paper puts forward the ways and strategies of regulating agricultural and industrial water use in the Tarim River Basin.

Keywords： The Tarim River Basin ; Social economic system water cycle ; Virtual water ; Input-output model.

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马忠, 苏守娟, 龙爱华, 张晓霞. 塔里木河流域社会经济系统水循环分析[J]. 地球科学进展, 2018, 33(8): 833-841 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.08.0833

Ma Zhong, Su Shoujuan, Long Aihua, Zhang Xiaoxia. Water Cycle Analysis of Social and Economic System in Tarim River Basin[J]. Advances in Earth Science, 2018, 33(8): 833-841 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.08.0833

1 引言

长期以来人们只关注自然界中水资源的运动过程与规律,而忽视了社会经济系统中的水循环过程。1997年,英国学者Merrett^[1]首先提出了与“Hydrological Cycle”(自然水循环)相对应的“Hydrosocial Cycle”(社会水循环),并建立了社会水循环过程的基本框架。 2004年,陈庆秋等^[2]进一步提出社会水循环的概念,将其定义为水在人类社会经济系统中的运动过程。

20世纪90年代中期以来,“虚拟水”、“水足迹”、“资源流动”以及“水账户”等概念的提出,为研究水资源的利用、转化和迁移等提供了新的方法和手段。 1993年,英国学者Allan^[3]首次提出了虚拟水的概念,定义为生产农产品所需要的水资源量。2003年,Hoekstra^[4]进一步扩展虚拟水的概念,定义为生产商品和服务所需要的水资源数量。目前,基于经济系统投入产出模型的虚拟水战略以及水资源管理的研究成为国内外研究热点之一。荷兰学者Dietzenbacher运用投入产出模型研究了西班牙的虚拟水贸易并发现减少该地区农产品的输出可以改变净出口的贸易格局^[5]。国内学者赵旭等^[6]利用2002年中国投入产出表计算了全国水足迹,并验证了中国是虚拟水净出口国家。2009年,王勇等^[7]在资源流动理论和虚拟水概念的理论基础上,构建了社会经济系统中计算虚拟水流量的投入产出方法,提出了干旱区社会经济系统水循环的基本框架,并以张掖市为例研究了经济生产中水资源的流动与转化过程,计算了张掖市各产业部门间的水关系矩阵,但是没有对地区间的虚拟水贸易进行量化研究。

塔里木河位于我国新疆维吾尔自治区南部,是我国最长的内陆河。由于气候变暖导致冰川融水的增加,从20世纪50年代开始,近50年塔里木河流域天然来水呈增加的趋势,但是到21世纪初随着农业灌溉和水资源的开发,塔里木河流域年径流量分配极不均匀并出现了水资源短缺的情况。近年来,塔里木河流域的水资源问题越来越突出,流域的气候变化以及人类活动是影响塔里木河流域水资源系统变化趋势的关键因素,对流域的生态环境和社会经济的可持续发展有着较大的影响^[8]。本文依据社会水循环基本框架,在社会经济系统水循环理论的基础上运用投入产出方法定量研究了塔里木河流域社会水循环的结构以及转化过程,全面解析塔里木河流域产业间以及地区间社会水循环数量关联关系,从而明晰塔里木河流域产业战略、发展方向和工农业结构优化对策,为流域水资源可持续利用提供科技支撑,确保塔里木河流域经济社会和生态环境和谐、有序发展。

2 研究方法

2.1 产业间虚拟水计算研究方法

投入产出模型可以定量分析经济部门之间的相互依存关系,因此,本文将该模型作为基本工具,对塔里木河流域经济系统内的各产业部门虚拟水转移和流动进行量化跟踪。

表1是简化的地区投入产出表,其中中间投入和最终使用分为本地和外地生产2个部分,并将各部门中间使用中的外地调入产品 $x_{j}^{f}$ (j=1,2,…)和最终使用中的外地调入产品 (Y^f)2个部分单独分解列出,可以更加清晰准确地体现出本地产业间、本地与外地产业间的经济技术数量关系。

表1 地区水资源投入—产出表

Table 1 Regional water resources input-output table

		本地产业中间使用				本地最终使用		总产出
		1	2	…	n	其中调出		总产出
本地产业中间投入	部门1 部门2 ︙ 部门 n	$x_{11}^{d}$ $x_{21}^{d}$ $x_{n 1}^{d}$	$x_{12}^{d}$ $x_{22}^{d}$ $x_{n 2}^{d}$	… … ︙ …	$x_{1 n}^{d}$ $x_{2 n}^{d}$ $x_{nn}^{d}$	$Y_{1}^{d}$ $Y_{2}^{d}$ ︙ $Y_{n}^{d}$	E₁ E₂ E_n	X₁ X₂ X_n
外地调入产品		$x_{1}^{f}$	$x_{2}^{f}$	…	$x_{n}^{f}$	Y^f
增加值		G₁	G₂	…	G_n
总投入		X₁	X₁	…	X_n
耗水/m³		w₁	w₂	…	w_n

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2.1.1 本地经济系统内部虚拟水转移

根据地区水资源投入产出表,可以得到直接耗水系数和本地完全需水系数。产业部门直接耗水系数:

$q_{j} = w_{j} / X_{j} (1)$

式中:w_j为第j部门直接耗水量,X_j为第j部门总产出,各部门的直接耗水系数q_j构成耗水系数行向量Q=(q₁,q₂,…, q_n)。

以本地乘数矩阵(Leontief逆矩阵)右乘各部门的直接用水系数行向量Q,得到本地完全需水系数行向量:

H^d=Q(I-A^d)^-1,(2)

式中:(I-A^d)^-1为本地投入产出模型下的Leontief逆矩阵,A^d为本地直接消耗系数矩阵(A^d= $x_{ij}^{d}$ /X_j)。

直接耗水量就是各部门消耗的实体水w_j,由公式(1)得出:

$w_{j} = q_{j} X_{j}^{d}, (3)$

式中:q_j为直接耗水系数, $X_{j}^{d}$ 为j部门总产出。

将j产业部门完全需水系数h_j与最终使用 $y_{i}^{d}$ (i=j)相乘就是本地完全需水量:

t $w_{j}^{d}$ = $h_{j}^{d} y_{i}^{d}$ ,(4)

它表示j产业部门为生产最终使用产品对整个经济系统各部门直接和间接需求水总量。

将公式(4)用矩阵形式表示,并将公式(2)代入,与地区投入产出行模型相结合^[9]得:

TW=H^dY^d=Q(I-A^d)^-1Y^d=QX=W, (5)

即

$\sum_{i} t w_{j} = \sum_{ij} h_{j}^{d} y_{i}^{d} = \sum_{j} q_{j} x_{j} = \sum_{j} w_{j} (i = j) 。 (6)$

公式(5)中:TW为本地完全需水矩阵,H^d为本地完全需水行向量,Y^d为本地最终使用向量,Q为直接用水系数行向量,X为总产出,W为直接耗水量矩阵。

公式(6)表示各产业部门生产最终使用产品需要消耗水的总量等于各产业部门直接耗水量之和。各产业部门直接消耗的水只是在经济系统各产业部门生产需求中通过商品交易而流动(需求转移)。由此,可以测算产业部门虚拟水的转移量:

$D w_{j} = t w_{j}^{d} - w_{j}, (7)$

式中:Dw_j为j产业部门转移到其他产业部门的虚拟水。如果j产业部门的完全需水量大于其直接耗水量(Dw_j>0),则表明该部门在生产过程中通过购入其他部门产品,输入了经济系统中其他部门转移来的虚拟水。反之,如果一个产业部门水的完全需求量小于其直接消耗(Dw_j<0),则说明该部门通过向其他部门提供生产过程的中间投入品从而将水转移到了本地经济系统的其他部门中。

为了进一步测算产业间虚拟水转移去向,本文根据投入产出完全消耗矩阵,将国民经济各部门的总产出与最终使用联系在一起,不仅反映了国民经济各部门之间直接的技术经济联系,还反映了国民经济各部门之间间接的技术经济联系,建立产业间虚拟水转移矩阵来全面展现这种数量关系。

2.1.2 转移矩阵的建立

令完全需水矩阵为VW=H^d ${\hat{Y}}^{d}$ 。其中, ${\hat{Y}}^{d}$ 为地区投入产出表中最终需求列向量Y^d的对角化矩阵;vw_ij表示j部门对i部门水的完全需求量。完全需水矩阵VW减去其转置矩阵VW^T(VW^T= ${\hat{Y}}^{d}$ H^d),得到产业部门虚拟水转移矩阵^[9]:

TVW=VW-VW^T= $[\begin{array}{l} 0 & tv w_{12} & \dots & tv w_{1 n} \\ tv w_{21} & 0 & \dots & tv w_{2 n} \\ ︙ & ︙ & ︙ & ︙ \\ tv w_{n 1} & tv w_{n 2} & \dots & 0 \end{array}]$ , (8)

式中:行方向合计 $\sum_{i} tv w_{ij} = D w_{j} 等于 i$ 部门虚拟水净转移。

2.1.3 经济系统外转移

调出产品虚拟水量: ${w^{e}}_{i} = h_{i}^{d} {y^{e}}_{i},$ (9)

调入产品虚拟水量: ${w^{m}}_{i} = h_{i}^{*} {y^{m}}_{i},$ (10)

虚拟水净输出量: $w_{i}^{net} = {w^{e}}_{i} - {w^{m}}_{i},$ (11)

式中: ${y^{e}}_{i}$ , ${y^{m}}_{i}$ 分别为i部门调出、调入产品。为准确反映区域间完全需水差别,调入产品虚拟水量的计算应采用调入产品生产地的完全需水系数 $h_{i}^{*}$ ,由于不同省区的完全需水系数不同,加之数据获取和计算有一定困难,所以本研究中统一采用全国平均数据来替代进行计算。

2.2 地区间虚拟水计算研究方法

由Isard^[10]最早提出的区域间投入产出模型是在单个区域投入产出表的基础上建立起来的跨区域的投入产出联结模型。与单个地区的投入产出模型相比,区域间投入产出模型不仅可以反映区域内部各产业之间的经济关联,还可以系统全面地反映不同区域不同产业之间的产品流动关系^[11]。中国30个省区30个部门(合并为18部门)的省区间投入产出表的结构如表2所示。

表2 中国省区间投入产出表的基本结构

Table 2 The basic structure of the input-output table between Chinese provinces and regions

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运用区域间投入产出模型计算某地区虚拟水贸易量的公式如下:

假设区域间投入产出模型中的区域数为n,每个地区的部门数为m,则区域间投入产出模型的数学结构是(m×n)个线性方程,如公式(12)所示:

$x_{i}^{R} = \overset{m}{\sum_{S = 1}} \overset{n}{\sum_{j = 1}} x_{ij}^{RS} + \overset{m}{\sum_{S = 1}} f_{i}^{RS} 。 (12)$

与公式不同的是,该公式计算的是地区间的虚拟水,之前公式计算的是产业间的虚拟水。其中, $x_{i}^{R}$ 为R区域i部门的总产出; $x_{ij}^{RS}$ 为R地区i部门对S地区j部门的中间投入; $f_{i}^{RS}$ 为R地区i部门对S地区最终需求的投入量。

直接投入系数 $a_{ij}^{RS}$ 表明S地区j部门生产单位产品时R地区i部门产品对其直接的投入量:

$a_{ij}^{RS} = x_{ij}^{RS} / x_{j}^{S} 。 (13)$

因此,可以将公式(12)改写成包含 $a_{ij}^{RS}$ 的形式:

$x_{i}^{R} = \overset{m}{\sum_{S = 1}} \overset{n}{\sum_{j = 1}} a_{ij}^{RS} x_{j}^{S} + \overset{m}{\sum_{S = 1}} f_{i}^{RS} 。 (14)$

将公式(14)用矩阵的形式表示,即:

X^R=A^RSX^RS+F^RS,(15)

式中:X^R,A^RS和F^RS分别为产出矩阵、直接投入系数矩阵和最终需求矩阵。

将公式(15)转化为需求主导的形式,即:

X^R=(I-A^RS)^-1F^RS,

其中B^RS=(I-A^RS)^-1=[ $b_{ij}^{RS}$ ], (16)

式中:(I-A^RS)^-1为列昂惕夫逆矩阵,用B^RS表示,其矩阵元素 $b_{ij}^{RS}$ 表明为满足一单位S地区对j部门的最终需求需要的R地区i部门的投入量。

至此,通过列昂惕夫逆矩阵,最终需求与总产出的关系建立起来了。为了进一步将水资源消耗量引入投入产出结构,一个关键的步骤就是确定直接用水系数与完全用水系数。直接用水系数是指生产单位产品的直接用水量(设研究区为B):

E^B=[ $e_{j}^{B}$ ], $e_{j}^{B}$ = $w_{j}^{B}$ / $x_{j}^{B}$ ,(17)

式中:E^B为B地区直接用水系数矩阵, $e_{j}^{B}$ 为B地区j部门的直接用水系数, $w_{j}^{B}$ 为B地区j部门的直接用水量, $x_{j}^{B}$ 为B地区j部门的总产出。

完全用水系数 $δ_{j}^{B}$ ,即B地区在生产满足一单位的最终需求的产品在整个生产过程中消耗的用水量,可以由直接用水系数与列昂惕夫逆矩阵相乘得到:

$\begin{matrix} δ_{j}^{B} = \sum_{j} e_{j}^{B} \times b_{ij}^{BR}, \end{matrix}$ (18)

式中:R表示研究区B地区以外的其他地区, $b_{ij}^{BR}$ 表示其他地区R对B地区的完全用水系数,由公式(18)计算得到虚拟水量:

T^B=[ $t_{j}^{B}$ ], $t_{j}^{B}$ = $δ_{j}^{B}$ × $f_{i}^{BR}$ ,(19)

式中:T^B为B地区输出外省的虚拟水量矩阵; $t_{j}^{B}$ 为j部门的虚拟水量, $f_{i}^{BR}$ 为R地区对B地区最终使用。

3 数据来源与处理

塔里木河流域的投入产出表和各经济部门的用水情况是产业间虚拟水测算所需要的基础数据。编制投入产出表的众多方法中应用最广泛的一种方法是基于全国投入产出表(Input-Output,IO)的地区化方法。该方法中假设全国表的投入系数代表国内各地区的平均技术水平,将全国表用RAS法调整成目标地区所需的投入产出表,即在某些控制数据的条件下,通过修正原有投入产出表的直接消耗系数矩阵来编制预期投入产出表的方法^[12]。本文对此方法稍做调整,将其应用于2012年塔里木河流域投入产出表的编制中,具体步骤如下:

第一步,从新疆统计局获取编制投入产出表所需的塔河5个地区的总控制数(M₁表示阿克苏地区,M₂表示巴音郭楞蒙古自治州地区,M₃表示克孜勒苏柯尔克孜自治州地区,M₄表示喀什地区,M₅表示和田地区),包括各个地区的生产总值、农业生产总值、林业生产总值、牧业生产总值、渔业生产总值、服务业生产总值、工业总产值、固定资产投资总值、邮政业务总量、建筑业总产值、电信业务总量、社会消费品零售总额、进出口贸易总额、出口额、进口额。

第二步,根据2012年新疆总控制数(M)及塔里木河5个地区的总控制数,分别求得塔里木河5个地区与新疆总控制数的5组比例关系(S₁,S₂,S₃,S₄,S₅),即S₁= M₁/ M, S₂= M₂/ M, S₃= M₃/ M, S₄=M₄/M, S₅= M₅/M。

第三步,在2012年新疆投入产出表(IO)的基础上,根据之前求得的比例关系分摊出塔里木河5个地区的投入产出表(IO₁表示2012年阿克苏地区的投入产出表,IO₂表示2012年巴音郭楞蒙古自治州地区的投入产出表,IO₃表示克孜勒苏柯尔克孜自治州地区的投入产出表,IO₄表示2012年喀什地区的投入产出表,IO₅表示和田地区的投入产出表),即IO₁= S₁×IO, IO₂= S₂×IO,IO₃= S₃×IO,IO₄= S₄×IO,IO₅= S₅×IO。

最后,对这5个地区的投入产出表各项进行求和,便可得到2012年塔里木河流域的投入产出表,即IO_塔河=IO₁+ IO₂+ IO₃+ IO₄+ IO₅。

由此,通过总控制数分解以及比例假定,在新疆自治区以及全国地区间表基础上, 本文将塔里木河流域5个地区经济总量及结构比例数据分离出来得到塔里木河流域投入产出表。

4 结果分析

4.1 塔里木河流域产业间虚拟水计算分析

表3和图1显示,塔里木河流域产业部门水资源利用呈现出“一头沉”的特点,各部门直接用水总量359亿m³,其中农业用水量354.2亿m³,占用水总量的98%以上。产业间虚拟水净转移测算结果表明:从整体来看,塔里木河流域虚拟水是净调出的,总量为198.6亿,其中虚拟水调出量为276.4亿m³,调入量为77.8亿m³,除农业、石油天然气和食品工业3个虚拟水净调出部门之外,其余各产业部门均为虚拟水净调入部门。由于建筑业不生产自由流动的工农业产品,其他服务业内行业众多,用水系数难以计算,因此本文只考虑除这2个部门之外的其他部门的虚拟水转移。

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图1 塔里木河流域重点产业间虚拟水循环数量关系(单位:10⁴ m³)
图中数值均保留整数

Fig.1 Virtual water circulation quantity relationship in key industries of Tarim River Basin(unit:10⁴ m³)
All values in the figure are retained as integers

表3 塔里木河流域各产业部门虚拟水转移 (单位:10⁴ m³)

Table 3 Virtual water transfer in various industrial sectors in Tarim River Basin (unit: 10⁴ m³)

项目	直接用水量 (W)	完全用水量 (Tw)	产业间虚拟水净转移(Dw)	调出虚拟水 (W^e)	调入虚拟水 (W^m)	虚拟水净调出 (W^net)
农业	3 542 000	2 556 139	-985 861	2 719 347.00	720 989.60	1 998 357.60
煤炭采选业	2 230	1 727	-503	1 934.53	3 591.68	-1 657.15
石油天然气	12 540	22 122	9 582	16 087.76	3 226.87	12 860.89
其他采掘业	4 570	22 187	17 617	4 015.97	4 911.25	-895.28
食品工业	3 360	206 807	203 447	1 547.23	1 263.32	283.90
纺织工业	192	169 984	169 792	169.37	219.78	-50.41
造纸工业	15	2 556	2 541	32.64	91.11	-58.46
化学工业	5 142	32 593	27 451	7 545.12	10 206.73	-2 661.60
建材工业	700	12 671	11 971	309.35	2 264.28	-1 954.92
冶金工业	4 110	11 210	7 100	4 105.33	11 562.78	-7 457.45
机械设备工业	400	8 752	8 352	390.56	859.38	-468.82
电子仪表	10	458	448	164.32	560.06	-395.74
电力工业	280	2 866	2 586	230.74	413.90	-183.16
其他工业	400	47 461	47 061	565.30	1 129.54	-564.24
建筑工业	8 420	187 557	179 137	197.31	1 888.11	-1 690.80
运输邮电业	3 100	38 718	35 618	3 743.12	7 194.81	-3 451.69
批发零售业	1 700	37 408	35 708	3 307.46	6 133.78	-2 826.32
其他服务业	800	228 752	227 952	429.62	1 469.37	-1 039.75
合计	3 589 969	3 589 969	0	2 764 123.00	777 976.40	1 986 146.60

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农业完全需水量中78.2%的水(199.8亿m³)通过调出产品输出外地,其余在本地消费,是虚拟水净调出部门。转移矩阵显示,这些水绝大多数转移到食品工业(20.3亿m³)和纺织业(17亿m³)中,由于塔里木河流域是新疆粮棉和畜产品的主要产地,食品工业大量的依赖农产品,纺织业又大量的依赖棉花的生产。

塔里木河流域丰富的石油天然气资源,再加之“西气东输”工程的全线贯通,使得石油天然气部门大量输出虚拟水,净输出量高达1.28亿m³,而调入的虚拟水量只有0.32亿m³,是虚拟水净调出部门。在产业内部,接收到来自农业的虚拟水量较多,为1.21亿m³。完全用水量高于直接用水量。

食品工业直接用水量不高(0.34亿m³),但间接用水量比较大,大量依赖农产品,接收到来自农业部门转移的虚拟水量为20.3亿m³,除本地消费,实际输出虚拟水量为0.03亿m³,为虚拟水净调出部门。

虚拟水调入量最大的部门是冶金工业(0.75亿m³),占全部外地调入虚拟水量的0.96%。其次虚拟水调入量较多的部门为运输邮电业、批发零售业和化学工业。由于新疆地区工业化程度低,大量工业原料和产品需从外地调入,因此冶金工业部门的虚拟水调入量较多。

4.2 塔里木河流域地区间虚拟水计算分析

为了研究塔里木河流域所在的新疆地区与其他省份之间虚拟水的供需关系,本文对塔里木河流域虚拟水流向外省的分布情况进行进一步的探讨。图2为塔里木河虚拟水流向的空间分布图。

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图2 塔里木河虚拟水流向的空间分布
底图由国家测绘地理信息局监制,底图审图号为GS(2016)1599号

Fig.2 Spatial distribution of virtual water flow in Tarim River

按照虚拟水转移量的大小,塔里木河水贸易伙伴可以分为7个等级(图2)。在空间上,从虚拟水贸易的整体格局来看,塔里木河流域虚拟水输出区域广泛,覆盖了我国的东部沿海地区、中西部地区以及东北地区,但由于经济发展水平与新疆贸易联系的影响,除了新疆本地之外,主要集中在以山东为代表的沿海经济发达省份。研究结果发现,塔里木河流域主要的虚拟水输出地则是水资源相对丰富的东部沿海地区。这样的虚拟水贸易格局则进一步加大了新疆水资源与水环境的压力。

综合塔里木河流域产业间及地区间虚拟水的流向和流量,图3给出了塔里木河流域社会经济系统水循环的概图。模型计算表明:蕴含在塔里木河流域经济系统中的虚拟水量为349.9亿m³,其中大部分供新疆本地使用,占塔里木河虚拟水总量的42.7%(149.3亿m³)。主要原因是塔里木河流域为少数民族聚居地区,信奉伊斯兰教,对牛羊肉的消耗量较大,而牛羊肉是虚拟水含量较高的动物产品。另外塔里木河水资源利用中农业用水占90%以上,加大了对水资源的消耗^[13]。再加之优越的气候条件,使得塔里木河流域成为全国最大的商品棉和唯一的长绒棉生产基地,高耗水的棉花必然加大虚拟水的消耗。

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图3 塔里木河流域社会经济系统水循环概图

Fig.3 Water cycle of the social and economic system in the Tarim River Basin

其次,供应出口的虚拟水量为50.7亿m³,占塔里木河虚拟水总量的14.4%。原因是新疆积极发挥其区位优势大力发展边境贸易^[14],尤其是棉花和瓜果的大量出口,必然使隐藏在商品中的虚拟水大量出口。

除此之外,塔里木河虚拟水最大的输出省份是山东省,虚拟水输出量达到20.7亿m³,占塔里木河虚拟水总量的5.9%。原因是近年来山东省鼓励实施虚拟水战略,加大粮食进口^[15]。同时,自2008年以来,山东省棉花产量持续下降,这必然要求大量进口棉花来满足山东省快速发展的纺织业。除山东之外,塔里木河虚拟水输出量较大的省份有上海、河南、江苏、天津等省市,都在10亿m³以上,是因为“西气东输”战略的实施对水资源的消耗加大。

5 结论与建议

本文通过运用投入产出方法定量研究了塔里木河流域产业间及地区间的水循环机制,得出以下结论:

(1)塔里木河流域产业部门水资源呈现出“一头沉”的特点,农业用水占用水总量的98%以上,是消耗直接用水的主要部门,反而大量输出虚拟水,加重了水资源的供需矛盾。

(2)在产业间虚拟水转移中,农业用水绝大多数转移到食品工业和纺织业中,而食品工业又将从农业部门转移来的水部分输出外地。

(3)虚拟水主要的调出部门是农业、石油天然气和食品工业。

(4)冶金工业、运输邮电业、批发零售业和化学工业是主要的虚拟水调入部门,冶金工业产品发展层次低,日常生活用品的自给率不足,需从内地调入。

(5)在地区间虚拟水转移中,塔里木河流域最大的虚拟水输出地是山东省,同时还有上海、河南、江苏和天津等省市,水资源输出格局主要体现在水资源相对丰富的东部沿海地区,进一步加大了水资源与水环境的压力。

根据以上研究结果,就塔里木河流域产业间及地区间社会水循环中产生的问题,借鉴邓铭江等^[16]提出的新疆内陆河流域 “五五分账、三七调控”的水资源调控管理模式,提出了塔里木河流域社会水循环的调控途径与策略。

(1)塔里木河流域农业用水的调控策略。首先,提高农业用水效率是农业用水调控的基本途径。其次,严禁随意开荒和增加灌溉面积。塔里木河上游源区不断开荒,增加灌溉面积,导致向下游的输水减少。再次,调整种植结构,实施切实可行的虚拟水战略,减少耕地面积,减少高耗水作物(如棉花)的种植,大力发展虚拟水含量较少产品的贸易输出,从外地输入高耗水消费品,缓解塔里木河流域水资源压力。最后,建立流域农业退水生态补偿机制,提高人们的节水意识,促进节水型社会建设。

(2)塔里木河流域工业用水的调控策略。塔里木河流域工业发展落后,产业结构层次低,能源与资源利用效率差,生产过程中水资源消耗量大,加大了流域水资源的压力,因此,调整产业发展战略刻不容缓。第一,加大产业结构调整,促进产业结构优化升级。调整产业结构是塔河流域乃至全疆走可持续工业化道路的关键一步,一方面要依靠科技进步,挖掘塔河流域的资源潜力,实现资源保护和可持续利用的统一,实现资源开发、资源保护与经济建设同步发展。另一方面通过节约能源,提高塔河流域的能源利用效率^[17]。例如石油化工行业应大力推广应用新工艺、新技术,改善产业结构和产品结构,压缩高耗能设备,开发节油型产品,发展替代能源,开发燃料酒精等石油替代产品。另外,石化行业应加快布局调整,提高工艺技术,降低环境污染,以获取最大的经济效益和可持续发展。第二,调整产品结构,延伸产业链条,积极发展深加工,提升附加值。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

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[7]	Wang Yong, Xiao Honglang, Tong Yufeng, et al. Preliminary study on water circulation of social and economic systems in arid areas [J]. Dry Areas Research, 2009, 26(4):477-482. [本文引用: 1] [王勇,肖洪浪,佟玉风,等. 干旱区社会经济系统水循环研究初探 [J]. 干旱区研究, 2009,26(4): 478-482.] URL [本文引用: 1] 摘要在人文作用的驱动下,水在社会经济系统中不是简单的流动,而是在不同产业、区域和消费领域之间进行运移和转化。基于对资源流动理论和虚拟水概念的理解,构建了社会经济系统中虚拟水流计算的投入产出方法,并设计了干旱区社会经济系统水循环研究的基本框架。最后以张掖市为例研究了经济生产中水的流动与转化过程、规律以及效应。结果表明：张掖市本地经济生产难以消耗外部地区高含水量的农产品,不能将本地生产对水资源产生的压力通过贸易的形式转移到其他富水地区,因而缺乏应用虚拟水战略的潜力和能力。
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1997

... 长期以来人们只关注自然界中水资源的运动过程与规律,而忽视了社会经济系统中的水循环过程.1997年,英国学者Merrett^[1]首先提出了与“Hydrological Cycle”(自然水循环)相对应的“Hydrosocial Cycle”(社会水循环),并建立了社会水循环过程的基本框架. 2004年,陈庆秋等^[2]进一步提出社会水循环的概念,将其定义为水在人类社会经济系统中的运动过程. ...

城市水系统环境可持续性评价框架

2004

城市水系统环境可持续性评价框架

2004

Fortunately there are substitutes for water otherwise our hydro-political futures would be impossible

1993

... 20世纪90年代中期以来,“虚拟水”、“水足迹”、“资源流动”以及“水账户”等概念的提出,为研究水资源的利用、转化和迁移等提供了新的方法和手段. 1993年,英国学者Allan^[3]首次提出了虚拟水的概念,定义为生产农产品所需要的水资源量.2003年,Hoekstra^[4]进一步扩展虚拟水的概念,定义为生产商品和服务所需要的水资源数量.目前,基于经济系统投入产出模型的虚拟水战略以及水资源管理的研究成为国内外研究热点之一.荷兰学者Dietzenbacher运用投入产出模型研究了西班牙的虚拟水贸易并发现减少该地区农产品的输出可以改变净出口的贸易格局^[5].国内学者赵旭等^[6]利用2002年中国投入产出表计算了全国水足迹,并验证了中国是虚拟水净出口国家.2009年,王勇等^[7]在资源流动理论和虚拟水概念的理论基础上,构建了社会经济系统中计算虚拟水流量的投入产出方法,提出了干旱区社会经济系统水循环的基本框架,并以张掖市为例研究了经济生产中水资源的流动与转化过程,计算了张掖市各产业部门间的水关系矩阵,但是没有对地区间的虚拟水贸易进行量化研究. ...

Virtual water trade: An introduction

2003

Analysing Andalusianvirtual water trade in an input-output framework

2007

基于投入产出分析技术的中国虚拟水贸易及消费研究

2009

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2009

干旱区社会经济系统水循环研究初探

2009

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50年来塔里木河人类活动和气候变化对水资源和生态环境的影响分析

2012

... 塔里木河位于我国新疆维吾尔自治区南部,是我国最长的内陆河.由于气候变暖导致冰川融水的增加,从20世纪50年代开始,近50年塔里木河流域天然来水呈增加的趋势,但是到21世纪初随着农业灌溉和水资源的开发,塔里木河流域年径流量分配极不均匀并出现了水资源短缺的情况.近年来,塔里木河流域的水资源问题越来越突出,流域的气候变化以及人类活动是影响塔里木河流域水资源系统变化趋势的关键因素,对流域的生态环境和社会经济的可持续发展有着较大的影响^[8].本文依据社会水循环基本框架,在社会经济系统水循环理论的基础上运用投入产出方法定量研究了塔里木河流域社会水循环的结构以及转化过程,全面解析塔里木河流域产业间以及地区间社会水循环数量关联关系,从而明晰塔里木河流域产业战略、发展方向和工农业结构优化对策,为流域水资源可持续利用提供科技支撑,确保塔里木河流域经济社会和生态环境和谐、有序发展. ...

50年来塔里木河人类活动和气候变化对水资源和生态环境的影响分析

2012

张掖市虚拟水投入产出分析

2008

... 将公式(4)用矩阵形式表示,并将公式(2)代入,与地区投入产出行模型相结合^[9]得: ...

... 令完全需水矩阵为VW=H^d

{\hat{Y}}^{d}

.其中,

{\hat{Y}}^{d}

为地区投入产出表中最终需求列向量Y^d的对角化矩阵;vw_ij表示j部门对i部门水的完全需求量.完全需水矩阵VW减去其转置矩阵VW^T(VW^T=

{\hat{Y}}^{d}

H^d),得到产业部门虚拟水转移矩阵^[9]: ...

张掖市虚拟水投入产出分析

2008

... 将公式(4)用矩阵形式表示,并将公式(2)代入,与地区投入产出行模型相结合^[9]得: ...

... 令完全需水矩阵为VW=H^d

{\hat{Y}}^{d}

.其中,

{\hat{Y}}^{d}

为地区投入产出表中最终需求列向量Y^d的对角化矩阵;vw_ij表示j部门对i部门水的完全需求量.完全需水矩阵VW减去其转置矩阵VW^T(VW^T=

{\hat{Y}}^{d}

H^d),得到产业部门虚拟水转移矩阵^[9]: ...

Interregional andregional input-output analysis: A model of a space-economy

1951

... 由Isard^[10]最早提出的区域间投入产出模型是在单个区域投入产出表的基础上建立起来的跨区域的投入产出联结模型.与单个地区的投入产出模型相比,区域间投入产出模型不仅可以反映区域内部各产业之间的经济关联,还可以系统全面地反映不同区域不同产业之间的产品流动关系^[11].中国30个省区30个部门(合并为18部门)的省区间投入产出表的结构如表2所示. ...

2012

2013

... 塔里木河流域的投入产出表和各经济部门的用水情况是产业间虚拟水测算所需要的基础数据.编制投入产出表的众多方法中应用最广泛的一种方法是基于全国投入产出表(Input-Output,IO)的地区化方法.该方法中假设全国表的投入系数代表国内各地区的平均技术水平,将全国表用RAS法调整成目标地区所需的投入产出表,即在某些控制数据的条件下,通过修正原有投入产出表的直接消耗系数矩阵来编制预期投入产出表的方法^[12].本文对此方法稍做调整,将其应用于2012年塔里木河流域投入产出表的编制中,具体步骤如下: ...

2013

新疆跨越式发展中水资源承载力评价

2013

... 综合塔里木河流域产业间及地区间虚拟水的流向和流量,图3给出了塔里木河流域社会经济系统水循环的概图.模型计算表明:蕴含在塔里木河流域经济系统中的虚拟水量为349.9亿m³,其中大部分供新疆本地使用,占塔里木河虚拟水总量的42.7%(149.3亿m³).主要原因是塔里木河流域为少数民族聚居地区,信奉伊斯兰教,对牛羊肉的消耗量较大,而牛羊肉是虚拟水含量较高的动物产品.另外塔里木河水资源利用中农业用水占90%以上,加大了对水资源的消耗^[13].再加之优越的气候条件,使得塔里木河流域成为全国最大的商品棉和唯一的长绒棉生产基地,高耗水的棉花必然加大虚拟水的消耗. ...

新疆跨越式发展中水资源承载力评价

2013

新疆对外贸易发展的分析与评价

2007

... 其次,供应出口的虚拟水量为50.7亿m³,占塔里木河虚拟水总量的14.4%.原因是新疆积极发挥其区位优势大力发展边境贸易^[14],尤其是棉花和瓜果的大量出口,必然使隐藏在商品中的虚拟水大量出口. ...

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2007

山东省虚拟水贸易问题研究——基于投入产出分析方法

2012

... 除此之外,塔里木河虚拟水最大的输出省份是山东省,虚拟水输出量达到20.7亿m³,占塔里木河虚拟水总量的5.9%.原因是近年来山东省鼓励实施虚拟水战略,加大粮食进口^[15].同时,自2008年以来,山东省棉花产量持续下降,这必然要求大量进口棉花来满足山东省快速发展的纺织业.除山东之外,塔里木河虚拟水输出量较大的省份有上海、河南、江苏、天津等省市,都在10亿m³以上,是因为“西气东输”战略的实施对水资源的消耗加大. ...

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内陆干旱区水资源管理调控模式

2014

... 根据以上研究结果,就塔里木河流域产业间及地区间社会水循环中产生的问题,借鉴邓铭江等^[16]提出的新疆内陆河流域 “五五分账、三七调控”的水资源调控管理模式,提出了塔里木河流域社会水循环的调控途径与策略. ...

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新型工业化战略与新型工业可持续发展

2004

... (2)塔里木河流域工业用水的调控策略.塔里木河流域工业发展落后,产业结构层次低,能源与资源利用效率差,生产过程中水资源消耗量大,加大了流域水资源的压力,因此,调整产业发展战略刻不容缓.第一,加大产业结构调整,促进产业结构优化升级.调整产业结构是塔河流域乃至全疆走可持续工业化道路的关键一步,一方面要依靠科技进步,挖掘塔河流域的资源潜力,实现资源保护和可持续利用的统一,实现资源开发、资源保护与经济建设同步发展.另一方面通过节约能源,提高塔河流域的能源利用效率^[17].例如石油化工行业应大力推广应用新工艺、新技术,改善产业结构和产品结构,压缩高耗能设备,开发节油型产品,发展替代能源,开发燃料酒精等石油替代产品.另外,石化行业应加快布局调整,提高工艺技术,降低环境污染,以获取最大的经济效益和可持续发展.第二,调整产品结构,延伸产业链条,积极发展深加工,提升附加值. ...

新型工业化战略与新型工业可持续发展

2004

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塔里木河流域社会经济系统水循环分析

Water Cycle Analysis of Social and Economic System in Tarim River Basin

1 引 言

2 研究方法

2.1 产业间虚拟水计算研究方法

2.2 地区间虚拟水计算研究方法

3 数据来源与处理

4 结果分析

4.1 塔里木河流域产业间虚拟水计算分析

4.2 塔里木河流域地区间虚拟水计算分析

5 结论与建议

参考文献 文献选项 原文顺序 文献年度倒序 文中引用次数倒序 被引期刊影响因子

1 引言

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子