鐵嶺市昌圖縣水資源管理評價(jià)

雷書姍

(遼寧省昌圖縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 昌圖 112599)

昌圖縣地處遼寧省最北部，也是全國最大的糧食生產(chǎn)基地、著名的禽畜生產(chǎn)加工基地。該區(qū)域?yàn)楸睖貛Ъ撅L(fēng)氣候，日照豐富，四季分明，年降水量645.90 mm，屬于典型的北方平原旱作農(nóng)業(yè)地區(qū)，水資源可利用量少、配置不合理限制了其進(jìn)一步發(fā)展和升級。近年來，通過實(shí)施轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、定額管理、總量控制等策略，當(dāng)?shù)卣罅?jié)約水資源并取得顯著成效。但仍然存在配置不合理、水資源不足的問題，如何高效利用和合理開發(fā)有限的水資源，現(xiàn)已成為制約區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[1-3]。

為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、解決水資源問題全球水伙伴(GWP)提出了一種新型的集成水資源管理(IWRM)模式，將水資源管理階段利用集成水資源管理分為社會化管理、結(jié)構(gòu)性節(jié)水、技術(shù)性節(jié)水、供給管理4個(gè)階段，其中需求管理階段包括前3個(gè)階段。供給管理階段主要利用工程措施，增加新水源工程以滿足持續(xù)增加的用水需求；若有限的水資源無法滿足用水需求則水資源管理進(jìn)入技術(shù)性節(jié)水階段，對每滴水利用滴灌、噴灌等節(jié)水技術(shù)充分利用；隨著人口的增多和經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)一步發(fā)展，技術(shù)性手段不能解決用水問題時(shí)逐步進(jìn)入結(jié)構(gòu)性管理階段，大規(guī)模社會結(jié)構(gòu)變化、經(jīng)濟(jì)激勵、制度變化等促使每滴水產(chǎn)生更多的價(jià)值；若水資源短缺問題很難被內(nèi)部調(diào)節(jié)解決，則轉(zhuǎn)向外部的社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)以獲取更多的水資源價(jià)值。然而，GWP并未給出切實(shí)可行、具體使用的定量評價(jià)法，給定量評價(jià)才是解決問題、實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)鍵。所以，研究定量評價(jià)集成水資源管理的現(xiàn)實(shí)和理論意義重大。

1931年美國學(xué)者列昂惕夫提出一種經(jīng)濟(jì)數(shù)量的投入產(chǎn)出分析法，可從投入產(chǎn)出的角度分析各個(gè)部門在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的相互依存關(guān)系[4]。其中，揭示國民經(jīng)濟(jì)各部門之間被人忽視、較隱蔽和間接的經(jīng)濟(jì)技術(shù)聯(lián)系為投入產(chǎn)出模型最重要的功能。根據(jù)構(gòu)成成分將分析對象利用結(jié)構(gòu)分解技術(shù)(SDA)分析，并將因素分解分析與投入產(chǎn)出技術(shù)相結(jié)合構(gòu)造投入產(chǎn)出技術(shù)的SDA模型[5]。針對澳大利亞經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化Skolka利用DSA法與投入產(chǎn)出技術(shù)來研究，隨后該方法逐漸被應(yīng)用于此領(lǐng)域[6]。在水資源、能源、大氣以及環(huán)境等領(lǐng)域，投入產(chǎn)出聯(lián)系法與結(jié)構(gòu)分解分析法的應(yīng)用較為廣泛，例如Proops[7]將能源產(chǎn)出率變化的三要素設(shè)定為中間部門結(jié)構(gòu)的變動、最終需求和能源強(qiáng)度；Rose等[8]利用生產(chǎn)函數(shù)分析能源消耗情況，并推導(dǎo)出原材料、能源、勞動力、資本的二階投入產(chǎn)出分解法。我國學(xué)者陳錫康[9]最先研究應(yīng)用了耦合的SDA與投入產(chǎn)出法，系統(tǒng)分析了1981～1995年國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長變化問題，而后被用于碳排放、能源、經(jīng)濟(jì)增長等方面的分析。在水資源領(lǐng)域，賈紹鳳等[10]揭示了節(jié)水效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，對平均工業(yè)用水定額下降響應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的程度做定量分析，SDA法的因素分解實(shí)質(zhì)上就是其理論方法；李玉文等[11]以用水理論框架和管理理念為基礎(chǔ)，構(gòu)建一套適用性較強(qiáng)的集成水資源管理指標(biāo)體系以及具體測量管理的評價(jià)模型，其數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化利用直線型指標(biāo)量化發(fā)實(shí)現(xiàn)，并對張掖市甘州區(qū)水資源管理利用綜合指數(shù)法求解的復(fù)合指數(shù)科學(xué)評價(jià)。

綜上分析，現(xiàn)有研究大多分解分析待評對象的影響因素。為此，本文將水資源利用變化的構(gòu)成因素利用結(jié)構(gòu)分解技術(shù)(SDA)量化分解成社會化、結(jié)構(gòu)性、技術(shù)性管理3個(gè)因素，并運(yùn)用水資源的投入產(chǎn)出模型，考慮水資源利用總量變化的影響判定昌圖縣水資源管理階段，以期為區(qū)域水資源規(guī)劃以及合理開發(fā)利用提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 理論模型

根據(jù)投入產(chǎn)出表納入國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)用水量，從而形成混合型價(jià)值-實(shí)物投入產(chǎn)出模型。根據(jù)投入產(chǎn)出模型獨(dú)特的關(guān)聯(lián)分析優(yōu)勢和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對資源消耗與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)間的關(guān)系利用水資源投入產(chǎn)出表反映。

1.1 水資源投入產(chǎn)出模型

充分考慮鐵嶺市昌圖縣的實(shí)際情況，為更加全面、清晰、準(zhǔn)確、詳細(xì)的揭示外地與本地產(chǎn)業(yè)間以及本地產(chǎn)業(yè)間的經(jīng)濟(jì)技術(shù)數(shù)量關(guān)系，以外地與本地生產(chǎn)兩部分進(jìn)一步分解地區(qū)投入產(chǎn)出表中最終使用和中間投入部分。單獨(dú)分解列出最終使用中的外地調(diào)入產(chǎn)品(Yf)和各部門中間使用中的外部調(diào)入產(chǎn)品(xfi)，從而生成相應(yīng)的投入產(chǎn)出表，如表1。

表1 水資源投入產(chǎn)出表

需水與耗水系數(shù)。本地完全需水系數(shù)和直接耗水系數(shù)利用地區(qū)水資源投入產(chǎn)出表確定，其中產(chǎn)業(yè)部門直接耗水系數(shù)利用以下公式求解，即：

rj=wj/Xj

(1)

式中：Xj、wj為部門j的總產(chǎn)出和直接耗水量；rj為部門j的直接耗水系數(shù)，反映了產(chǎn)業(yè)水利用效益和技術(shù)因素。

將各部門的直接用水系數(shù)行向量R與本地乘數(shù)矩陣(Leontief逆矩陣)右乘，可以求解出完全需水系數(shù)行向量，其表達(dá)式為：

Hd=R(I-Ad)-1

(2)

式中：(I-Ad)-1、Ad(Ad=xijd/xj)為本地投入產(chǎn)出模型下的Leontief逆矩陣和本地直接消耗系數(shù)矩陣(也稱為完全需要系數(shù))；其中，完全需水系數(shù)可以視為結(jié)構(gòu)性因素，反映了經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各部門每增加一個(gè)單位最終使用(出口、投資、消費(fèi))需要提供的數(shù)量，說明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對用水影響以及經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)整體受間接、直接耗水需求關(guān)系。

對于n個(gè)部門組成的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)(表1)，可以利用混合投入產(chǎn)出模型獲取完全耗水系統(tǒng)與產(chǎn)業(yè)部門直接耗水系數(shù)，從而構(gòu)造完全需水量公式。

完全需水量計(jì)算。本地完全需水量就是最終使用yid(i=j)與各產(chǎn)業(yè)部門完全需水系數(shù)hj的乘積，而yid為投入產(chǎn)出表中的最終使用量，經(jīng)轉(zhuǎn)化運(yùn)算可得：

Wd=R(I-Ad)-1Yd

(3)

式中：Wd為各部門本地完全需水量，它體現(xiàn)了為生產(chǎn)最終使用產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各產(chǎn)業(yè)部門對整個(gè)系統(tǒng)間接和直接需求水總量。

以乘積形式體現(xiàn)用水因素為完全用水量公式的典型特征，其三個(gè)階段性因素正好能利用構(gòu)成因子來反映：直接耗水系數(shù)R、Leontief逆矩陣(I-Ad)-1、最終需求Y分別體現(xiàn)技術(shù)性節(jié)水因素、產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)性因素和社會化管理因素。通過結(jié)構(gòu)分解量化分析，用水總量變化受社會化管理、結(jié)構(gòu)性、技術(shù)性這三個(gè)因素的影響程度，在此基礎(chǔ)上給出綜合評價(jià)。

1.2 結(jié)構(gòu)分解分析(DSA)法

結(jié)構(gòu)分解分析(SDA)也被稱為投入產(chǎn)出模型的因素分解，將投入產(chǎn)出基本模型與因素分解分析耦合更有利于分析能源消耗增長、發(fā)展速度、結(jié)構(gòu)變動、總產(chǎn)量變化等經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)問題。

SDA原理。以若干因素的乘積可組成某個(gè)經(jīng)濟(jì)變量，故利用這些因素變動的乘積也可組成該變量的變動，基本原理為S=BDY，其中第3個(gè)因素Y、第2個(gè)因素D和第1個(gè)因素B的乘積組成經(jīng)濟(jì)變量S，設(shè)△Y=Y2-Y1、△D=D2-D1、△B=B2-B1，顯然存在關(guān)系：△S=△B△D△Y+B1△D△Y+△BD1△Y+△B△DY1+B1D1△Y+B1△DY1+△BD1Y1。

水資源結(jié)構(gòu)分解分析模型。運(yùn)用公式(3)將完全需水量按照SDA原理分解成以下方式，即：

△W=W1-W0=R1(I-A1)-1Y1-R0(I-A0)-1Y0

(4)

其中，0、1代表基期和目標(biāo)期，由此進(jìn)一步分解成兩種基本形式，具體如下：

其一：△W=R1?(I-A1)-1-(I-A0)-1」Y1+(R1-R0)(I-A0)-1Y1+R0(I-A0)-1(Y1-Y0)；

其二：△W=R0?(I-A1)-1-(I-A0)-1」Y1+(R1-R0)(I-A1)-1Y1+R0(I-A0)-1(Y1-Y0)；

將兩式相耦合可得：△W=R0(I-A0)-1(Y1-Y0)+0.5(R1-R0)[(I-A1)-1+(I-A0)-1]Y1+0.5(R1+R0)[(I-A1)-1-(I-A0)-1]Y1，因兩種基本形式的出現(xiàn)概率均為0.5，故該式反映了平均狀態(tài)。設(shè)式中第一、第二、第三項(xiàng)依次為R0(I-A0)-1(Y1-Y0)=Df、0.5(R1-R0)[(I-A1)-1+(I-A0)-1]Y1=Cf、0.5(R1+R0)[(I-A1)-1-(I-A0)-1]Y1=Tf，并用于描述最終需求、中間需求和生產(chǎn)技術(shù)變化而引起的消耗變量，也可視為技術(shù)性、結(jié)構(gòu)性和系統(tǒng)性因素，其中最終需求(出口、消費(fèi)、投資)屬于經(jīng)濟(jì)增長的原動力，并且促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的因素較多。

因此，能夠?qū)⑸鲜胶喕伞鱓=Df+Cf+Tf，即系統(tǒng)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)的總和等于水資源消耗變化。

1.3 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

采用最終需求效應(yīng)、中間需求效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)代表社會化管理階段、中間需求階段以及技術(shù)性節(jié)水階段，對水資源管理階段利用這3個(gè)因素的變化趨勢及其對水資源使用量貢獻(xiàn)率大小來判斷。所以，可以利用公式Wd=R(I-Ad)-1Yd求解完全耗水量，其中△W=R0(I-A0)-1(Y1-Y0)+0.5(R1-R0)[(I-A1)-1+(I-A0)-1]Y1+0.5(R1+R0)[(I-A1)-1-(I-A0)-1]Y1，即系統(tǒng)效應(yīng)(Df)+結(jié)構(gòu)效應(yīng)(Cf+技術(shù)效應(yīng)(Tf)=水資源消耗變化(△W)。

2 實(shí)例分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

至少兩個(gè)年度以上的時(shí)間序列數(shù)據(jù)、以相關(guān)影響因子乘積的形式表達(dá)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)因素分解分析模型的兩大因素。結(jié)合實(shí)際情況，對昌圖縣水資源消耗變化影響因素利用2008～2018年的數(shù)據(jù)來分解分析，在此基礎(chǔ)上明晰該地區(qū)水資源管理階段。研究期間，昌圖縣的水資源利用變化情況利用2018年與2013年地區(qū)投入產(chǎn)出表、2008年環(huán)境經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出混合核算表計(jì)算。

根據(jù)當(dāng)年生產(chǎn)價(jià)格核算的投入產(chǎn)出表(未考慮價(jià)格變動因素)，在分析SDA時(shí)間序列前要以可比價(jià)或不變價(jià)轉(zhuǎn)換現(xiàn)價(jià)投入產(chǎn)出表，文中以2008年可比價(jià)投入產(chǎn)出表轉(zhuǎn)換2013年、2018年投入產(chǎn)出表。最終，考慮2018年、2013年、2008年的水資源消耗數(shù)據(jù)以及投入產(chǎn)出表，通過比對歸并確定8個(gè)部門，揭示鐵嶺市昌圖縣的可比價(jià)投入產(chǎn)出表。

2.2 結(jié)果分析

將昌圖縣2008～2018年水資源管理階段利用消耗變化構(gòu)成因素的計(jì)算結(jié)果判定，如圖1。階段劃分如下：

圖1 水資源消耗因素分解

結(jié)構(gòu)性節(jié)水管理階段(2008-2013年)。△W=Df+Cf+Tf=-100 186×104m3+116 476×104m3+4 452×104m3=20 742×104m3，可見昌圖縣2008-2013年減少水資源消耗20 742×104m3，其中最終需求效應(yīng)、中間需求效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)導(dǎo)致水資源變化為增加100 186×104m3、減少116 476×104m3、減少4 618×104m3。該階段貢獻(xiàn)率最為顯著的為中間需求效應(yīng)，其對水資源變化的影響等于技術(shù)效應(yīng)的25.2倍。另外，水資源消耗增長最主要的最終需求受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致用水消耗減少的作用有所低效，故總用水量的減少幅度不太明顯。中間需求效應(yīng)反映了結(jié)構(gòu)性節(jié)水因素，這也是間接與直接產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)的結(jié)果，從而判定昌圖縣2008-2013年達(dá)到結(jié)構(gòu)性節(jié)水管理階段。

2008年，昌圖縣政府明確提出要加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，盡快實(shí)現(xiàn)向經(jīng)濟(jì)強(qiáng)縣的轉(zhuǎn)變以及良好經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)筑。此期間，該地區(qū)大力發(fā)展生態(tài)旅游并同時(shí)擴(kuò)容三產(chǎn)，穩(wěn)步推進(jìn)工業(yè)強(qiáng)縣戰(zhàn)略，快速發(fā)展采選業(yè)、制造業(yè)和服務(wù)業(yè)等，突出體現(xiàn)結(jié)構(gòu)效應(yīng)。本地用水乘數(shù)(如服務(wù)業(yè)、種植業(yè)等部門)的下降趨勢明顯。

社會化管理階段(2013-2018年)?！鱓=Df+Cf+Tf=29 773×104m3+32 704×104m3+-30 516×104m3=31 961×104m3，這表明昌圖縣2013-2018年增加水資源消耗31 961×104m3，其中最終需求效應(yīng)、中間需求效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)導(dǎo)致水資源變化為增加29 773×104m3、增加32 704×104m3、減少30 516×104m3。此期間昌圖縣的經(jīng)濟(jì)總量增加38%，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，水資源消耗較迅猛增長的經(jīng)濟(jì)總量有所增大，而萬元GDP用水量減少1.5%。

最終需求效應(yīng)隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模擴(kuò)張通常會增加水資源消耗，而相對于2008-2013年，水資源消耗量因最終需求效應(yīng)增加的比例明顯下降，故具有明顯的減弱耗水量增加的作用。出口、投資、消費(fèi)為組成最終需求的三部分，雖然呈明顯增長的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，但因大量消費(fèi)品從外地的調(diào)入，導(dǎo)致2013-2018年昌圖縣本地的最終需求有所下降，大量消耗外地調(diào)入的產(chǎn)品對減少昌圖縣水資源消耗發(fā)揮著顯著作用，體現(xiàn)在社會化措施(如虛擬水戰(zhàn)略)的明顯特征。另外，水資源消耗受各因素的影響逐漸平穩(wěn)趨勢，所以可判定處于社會化管理過渡階段。

2013-2018年，為提高水資源管理水平和用水效率昌圖縣實(shí)施了一系列有效措施，如建設(shè)節(jié)水型社會示范區(qū)、水資源管理投資、水價(jià)改革等，隨著當(dāng)?shù)鼐用窆?jié)水意識和水資源管理行動的增強(qiáng)，單位增加值用水也明顯下降，從最初的0.15 m3減少至0.07 m3，可見該地區(qū)呈現(xiàn)出良好的節(jié)水型社會建設(shè)趨勢。

3 結(jié)語

(1)集成水資源管理提升和檢驗(yàn)的重要基礎(chǔ)為科學(xué)評價(jià)水資源管理，本文從水資源管理的視角利用結(jié)構(gòu)分解分析與投入產(chǎn)出耦合模型，對昌圖縣水資源管理階段進(jìn)行了定量評價(jià)。結(jié)果表明，從2008年鐵嶺市昌圖縣的各種節(jié)水措施逐漸發(fā)揮成效，2008-2013年、2013-2018年呈現(xiàn)出顯著的結(jié)構(gòu)性節(jié)水和社會化管理趨勢特征。

(2)通過分析10a間的用水變化因素可知，昌圖縣社會化管理初見成效、結(jié)構(gòu)性節(jié)水邊際效應(yīng)下降且技術(shù)節(jié)水潛力有限。研究區(qū)的集成水資源管理程度受當(dāng)?shù)馗鞣N條件限制仍然不高，未來仍然存在提升節(jié)水型社會建設(shè)的空間。

(3)本文在水資源管理評價(jià)中拓展應(yīng)用SDA因素分解技術(shù)、投入產(chǎn)出模型，并對昌圖縣水資源管理進(jìn)行量化分析評判。實(shí)際上，各因素在SDA法分解時(shí)具有密切關(guān)聯(lián)，如結(jié)構(gòu)因素與系統(tǒng)因素存在相互作用，由于假設(shè)SDA法簡化過程中各因素保持相互獨(dú)立，未深入解析影響因素間的關(guān)系，所以僅作為簡明的評判方法，未來可改進(jìn)因素關(guān)聯(lián)的計(jì)算加以完善。

(4)雖然水資源管理階段與SDA分解因素并非完全對應(yīng)，特別是涉及水資源管理中的制度、經(jīng)濟(jì)、整治和社會因素的社會化管理，但在水資源管理評價(jià)方面該分析評價(jià)可視為SDA法的一種嘗試。