京津水資源承載力研究-基于水足跡視角

京津水資源承載力研究基于水足跡視角

一水資源承載力的概念內(nèi)涵與測算方法（一）水資源承載力的概念內(nèi)涵水資源承載力是一個(gè)具有自然—社會雙重屬性的概念，既反映了水資源系統(tǒng)滿足社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)需求的能力，也與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)開發(fā)自然水資源系統(tǒng)的程度密切相關(guān)。承載力的概念最初來自土地承載力。水資源承載力是繼土地承載力后在資源環(huán)境承載力方面最受學(xué)術(shù)界關(guān)注的問題之一，近年來已成為水資源科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。關(guān)于水資源承載力的概念界定，目前學(xué)術(shù)界尚未達(dá)成共識，不同的學(xué)者提出了不同的見解。施雅風(fēng)等（1992）認(rèn)為，“水資源承載能力是指某一地區(qū)的水資源，在一定社會歷史和科學(xué)技術(shù)發(fā)展階段，在不破壞社會和生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，最大可承載（容納）的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市規(guī)模和人口的能力，是一個(gè)隨著社會、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展而變化的綜合目標(biāo)?！背虈鴹澋龋?002）則把水資源承載力定義為“某一區(qū)域在具體的歷史發(fā)展階段下，考慮可預(yù)見的技術(shù)、文化、體制和個(gè)人價(jià)值選擇的影響，在采用合適的管理技術(shù)條件下，水資源對生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)良性發(fā)展的支持能力”。封志明等（2006）認(rèn)為水資源承載力是“一定時(shí)期、一定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件和生活水平下，一個(gè)區(qū)域的水資源所能持續(xù)支持的最大人口數(shù)量或社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)?！?。段春青等（2010）則認(rèn)為水資源承載力為“某個(gè)區(qū)域在一定經(jīng)濟(jì)社會和技術(shù)發(fā)展水平條件下，以生態(tài)、環(huán)境健康發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展為前提的區(qū)域水資源系統(tǒng)能夠支撐社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的合理規(guī)模?！北M管不同的學(xué)者對于水資源承載力的概念表述有所不同，但上述學(xué)者均認(rèn)為水資源承載力強(qiáng)調(diào)水資源對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的支撐能力，其核心內(nèi)涵是水資源所能承載或支撐的人口數(shù)量或經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的最大規(guī)?；蚝侠硪?guī)模。參考上述對水資源承載力概念的已有認(rèn)識，本文對水資源承載力的概念做出以下界定：第一，水資源承載力強(qiáng)調(diào)水資源對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力，與可持續(xù)發(fā)展相輔相成。第二，水資源承載力是客觀存在的，在某一特定的歷史階段具有極限性，綜合反映了水資源對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的綜合承載能力，是一個(gè)度量區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展受水資源制約的閾值范圍。水資源承載力最終體現(xiàn)為某一特定歷史階段下水資源所能支撐的“區(qū)域經(jīng)濟(jì)或人口數(shù)量的極限規(guī)?！?。第三，水資源承載力具有動態(tài)性。隨時(shí)間推移和條件變化，技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)力水平不斷提高，一方面使得人類開發(fā)利用水資源的能力增強(qiáng)，例如跨流域調(diào)水工程和海水淡化技術(shù)，可利用水資源可能會越來越多；另一方面使得水資源利用效率提高，可以增加單位水資源的承載能力。因此水資源承載力是動態(tài)變化的。第四，水資源承載力具有開放性。區(qū)域是一個(gè)開放系統(tǒng)，影響區(qū)域水資源承載力的因素包括內(nèi)部因素和外部因素：內(nèi)部因素有當(dāng)?shù)厮Y源數(shù)量及開發(fā)利用程度、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)、技術(shù)進(jìn)步與生產(chǎn)力水平、消費(fèi)水平與結(jié)構(gòu)等；外部因素有區(qū)際分工與產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)構(gòu)等?；谏鲜鰧λY源承載力概念內(nèi)涵的界定，區(qū)域水資源承載力作為度量區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展受水資源制約的閾值，強(qiáng)調(diào)水資源對于特定的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平下人口規(guī)模的支撐功能。人口和相應(yīng)的社會體系是區(qū)域水資源的承載對象，水資源承載力的大小是通過既定的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平下的人口規(guī)模來體現(xiàn)的。因此，本文認(rèn)為，衡量水資源承載力的指標(biāo)應(yīng)該是水資源的承載對象—人口規(guī)模。（二）水資源承載力的計(jì)算方法1.以人均水足跡衡量水資源人均需求量由于一個(gè)區(qū)域的水資源量在一段時(shí)期內(nèi)是相對穩(wěn)定的，因此計(jì)算一個(gè)區(qū)域的水資源量所能承載的人口規(guī)模的關(guān)鍵是確定水資源的人均需求量。一個(gè)區(qū)域的水資源消費(fèi)實(shí)際上由兩部分構(gòu)成：一部分是來源于當(dāng)?shù)厮Y源和跨區(qū)域調(diào)水的“看得見”的水資源；另一部分是隱含在區(qū)域間商品與服務(wù)貿(mào)易中的“看不見”的虛擬水流動。水足跡是指從滿足人的需求的角度出發(fā)，生產(chǎn)滿足一個(gè)國家、地區(qū)或個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)消費(fèi)的所有商品和服務(wù)所需要的水資源量。一個(gè)區(qū)域的水足跡實(shí)際上刻畫了在一定的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和消費(fèi)模式下，該區(qū)域生產(chǎn)和生活等人類活動對水資源的真實(shí)需求量。水足跡既包括直接的水資源消費(fèi)，也包含間接的水資源消費(fèi)，即隱含在商品生產(chǎn)過程中的虛擬水。本文提出用人均水足跡來衡量水資源的人均需求量。一個(gè)地區(qū)的人均水足跡反映了在一定的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和消費(fèi)模式下，每個(gè)人口維持當(dāng)前的生產(chǎn)和生活水平所需的水資源量。因此，人均水足跡可以全面真實(shí)地反映特定的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和消費(fèi)模式下人類活動對水資源的需求。采用人均水足跡測度水資源的人均需求量，有利于在廣義的水資源視角下，全面客觀地分析一個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等人類活動對水資源的需求水平，既包括對當(dāng)?shù)厮Y源的需求，也包括對跨區(qū)域水資源調(diào)配和虛擬水流動的需求，為重新審視水資源承載力以及提高區(qū)域水資源承載力提供新的思路。2.基于投入產(chǎn)出分析的水足跡計(jì)算方法水足跡的計(jì)算方法既可以采用自下而上（bottom-up）的追蹤法，也可以采用自上而下（top-down）的投入產(chǎn)出分析法。前者是追蹤計(jì)算產(chǎn)品生產(chǎn)過程的各項(xiàng)投入所消耗的水資源，自下而上追溯到源頭，得到某一產(chǎn)品全生命周期的水資源消耗量。后者則是以投入產(chǎn)出模型為基礎(chǔ)，計(jì)算最終需求誘發(fā)的水資源完全消耗量。對于區(qū)域水足跡分析來說，后者為主流的計(jì)算方法。本文采用投入產(chǎn)出分析法計(jì)算水足跡和虛擬水。在投入產(chǎn)出模型里，第i部門行向平衡的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：xi表示i部門的總產(chǎn)出，xij表示i部門對j部門產(chǎn)品的中間投入，fi表示對i部門產(chǎn)品的最終需求。直接投入系數(shù)aij（0≤aij＜1），表示j部門的單位產(chǎn)出對i部門產(chǎn)品的中間消耗：結(jié)合式（2），式（1）變?yōu)椋罕硎緸榫仃嚨男问綖椋篨=AX+F（4）其中，X、A和F分別代表總產(chǎn)出矩陣、中間投入系數(shù)矩陣和最終需求矩陣。由A的性質(zhì)，（I-A）為滿秩矩陣，可逆。因此表達(dá)式（4）可改寫為：X=（I-A）-1F（5）（I-A）-1為列昂惕夫逆矩陣，表示生產(chǎn)單位最終產(chǎn)品對投入部門產(chǎn)品的完全需求。由于我國各省區(qū)的投入產(chǎn)出表為進(jìn)口競爭型模型，隱含的假設(shè)為列向投入的進(jìn)口產(chǎn)品與國內(nèi)同類產(chǎn)品性能相同，可以完全替代，具有競爭關(guān)系，進(jìn)口產(chǎn)品同國內(nèi)產(chǎn)品一樣進(jìn)入中間需求和最終需求。因此，需要對列昂惕夫逆矩陣和最終需求進(jìn)行剔除進(jìn)口影響的處理。處理后的列昂惕夫逆矩陣的表達(dá)式如下：處理后的最終需求的表達(dá)式為：接下來需要將水資源消耗引入投入產(chǎn)出模型。其關(guān)鍵是確定直接用水系數(shù)與完全耗水系數(shù)。直接用水系數(shù)是指生產(chǎn)單位產(chǎn)品的直接用水量。完全耗水系數(shù)是指在生產(chǎn)滿足一單位的最終需求的產(chǎn)品在整個(gè)生產(chǎn)過程中消耗的水量。式中w為直接用水系數(shù)矩陣，ωj為j部門的直接用水量。完全用水系數(shù)由直接用水系數(shù)與列昂惕夫逆系數(shù)矩陣相乘得到，如下式所示：水足跡可以由下式得出：t=［tj］，tj=δj·yj（10）式中δj為水足跡矩陣；yj為研究區(qū)域居民對于部門j產(chǎn)品的最終需求。二北京市水資源承載力（一）北京市的水資源和用水量北京屬資源型重度缺水地區(qū)。作為國際化大都市，北京的水資源問題日益引起社會各界的普遍關(guān)注。2011年，北京市水資源總量為26.81億m3，按照2011年末常住人口2019萬人計(jì)算，加上流動人口約240萬人，北京市人均水資源占有量僅為119m3。遠(yuǎn)低于國際人均水資源占有量1000m3的重度缺水標(biāo)準(zhǔn)（北京市水務(wù)局，2011）。北京的多年平均水資源總量約為23億m3，其中地表水占30%左右，地下水占70%左右（見圖1）。南水北調(diào)工程河北應(yīng)急段調(diào)水近年來呈上升趨勢，由2008年的0.73億m3增加至2009～2011年連續(xù)三年的2.6億m3（北京市水務(wù)局，2008～2011）。2011年，北京市用水總量為36.0億m3，比2010年增加0.8億m3。其中，生活用水15.6億m3，占總用水量的43%；環(huán)境用水4.5億m3，占13%；工業(yè)用水5.0億m3，占14%；農(nóng)業(yè)用水10.9億m3，占30%。2002～2011年十年間，北京的用水總量基本穩(wěn)定在35億m3左右，略有上升。從用水結(jié)構(gòu)的變化上來看，農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水的數(shù)量和比例呈逐年下降的趨勢，而生活用水逐年升高，已成為北京最重要的用水組成部分（見圖2）。圖12002～2011年北京水資源總量變化圖22002～2011年北京用水變化（二）北京市的水足跡及水足跡變化的影響因素基于北京1997年、2002年和2007年投入產(chǎn)出表對北京水足跡的計(jì)算結(jié)果，此三年北京市的水足跡分別為43.42億m3、44.06億m3和57.48億m3，呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，2002～2007年表現(xiàn)尤其顯著（見圖3）。水足跡的變化反映了實(shí)際用水需求的增長。近年來北京經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口膨脹和需求水平的提高導(dǎo)致實(shí)際用水需求迅速增加。2002～2007年，北京市用水需求增加了13.42億m3，然而現(xiàn)實(shí)用水量卻基本保持在35億m3左右，說明在此期間北京實(shí)際用水需求的增加并不完全是通過本地用水來滿足的。為了區(qū)分滿足北京需求的水資源來源，我們進(jìn)一步將北京的水足跡區(qū)分為內(nèi)部水足跡和外部水足跡。內(nèi)部水足跡是指滿足本地消費(fèi)的所有產(chǎn)品和服務(wù)消耗的本地的水資源量；外部水足跡指滿足本地消費(fèi)的所有產(chǎn)品和服務(wù)消耗的外地的水資源量，也就是在外地生產(chǎn)產(chǎn)品消耗了外地的水資源后再調(diào)入本地以滿足本地最終需求的部分。北京內(nèi)部水足跡和外部水足跡的計(jì)算結(jié)果顯示，北京外部水足跡占水足跡總量的比例逐年上升，由1997年的34%，上升到2007年的50%（見圖3）。這一結(jié)果充分體現(xiàn)了虛擬水流動對于緩解北京水危機(jī)、提高北京的水資源承載力的重要作用。圖31997～2007年北京市的當(dāng)?shù)厮阚E和外部水足跡圖41997～2002年和2002～2007年四項(xiàng)因素對北京市水足跡變化的貢獻(xiàn)通過對北京1997～2007年水足跡的計(jì)算分析我們看到，十年來北京的水資源滿足了越來越快的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，越來越大的人口規(guī)模和越來越高的需求水平下日益增長的現(xiàn)實(shí)用水量需求（見圖4），這充分說明十年來北京的水資源承載力是增加的。但是，北京面臨的水資源短缺的嚴(yán)重形勢不容忽視，如何保證北京未來發(fā)展的水資源承載力值得關(guān)注和進(jìn)一步探討。接下來我們將分析影響北京水資源承載力的關(guān)鍵因素，為北京未來發(fā)展的水資源承載力的提升尋求借鑒和參考。北京水資源承載力的影響因素大體可以分為內(nèi)部因素和外部因素兩類。所謂內(nèi)部因素是指北京本地資源數(shù)量及開發(fā)利用程度、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)、技術(shù)進(jìn)步與生產(chǎn)力水平、消費(fèi)水平與結(jié)構(gòu)等方面的影響因素；外部因素是指北京以外的地區(qū)對北京水資源承載力的影響因素，比如區(qū)際分工與產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)構(gòu)等。在本文中，對于內(nèi)部因素我們采用了投入產(chǎn)出中的結(jié)構(gòu)分解分析法（見文后說明），將北京水足跡變化的影響因素分解為規(guī)模效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效率效應(yīng)四個(gè)方面；對于外部因素，我們利用2002年省區(qū)間投入產(chǎn)出模型，分析了外部的虛擬水流動對于保證北京水資源承載力的重要作用。結(jié)構(gòu)分解分析法對北京水足跡變化內(nèi)部影響因素的分解結(jié)果如圖4所示，1997～2007年十年間，技術(shù)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)是抑制水足跡增長的因素，規(guī)模效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效率效應(yīng)是導(dǎo)致水足跡增長的因素。具體來看，技術(shù)效應(yīng)是抑制水足跡增長的主導(dǎo)因素。在1997～2002年和2002～2007年，技術(shù)效應(yīng)影響下的水足跡減少量分別為29.04億m3和38.62億m3。這個(gè)結(jié)果和北京近年在提高用水效率方面所做出的努力是一致的。自20世紀(jì)90年代末以來，針對愈演愈烈的水資源危機(jī)，北京市政府采取了一系列措施來提高用水效率。例如，北京在農(nóng)業(yè)節(jié)水方面圍繞都市型農(nóng)業(yè)布局，大力推進(jìn)高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)。到“十一五”末，全市節(jié)水灌溉面積達(dá)到428.7萬畝，節(jié)水灌溉面積占總灌溉面積的比例達(dá)到88%，再生水灌溉面積達(dá)到58萬畝。在加大工程建設(shè)的同時(shí)，大力推廣農(nóng)藝措施，提高節(jié)水效益。目前北京農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)已由2005年的0.65提高到現(xiàn)在的0.68，比全國平均水平高出近40%，接近發(fā)達(dá)國家水平。在工業(yè)節(jié)水方面加快推進(jìn)高耗水行業(yè)的技術(shù)改造，淘汰更新一批高耗水工藝技術(shù)和設(shè)備，并配建一系列節(jié)水設(shè)施。此外，再生水的循環(huán)利用在北京得到了大力推廣。自2004年起，北京便開始把再生水納入全市年度水資源配置計(jì)劃中，確定了再生水用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市河湖和市政雜用的利用方向。圖51997～2007年北京市水足跡構(gòu)成變化結(jié)構(gòu)效應(yīng)在抑制北京水足跡增長方面發(fā)揮了一定的作用，但尚有潛力。1997～2007年，結(jié)構(gòu)效應(yīng)影響下的水足跡減少量為4.3億m3，其中，農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)和電力熱力供應(yīng)業(yè)這3個(gè)部門的用水需求合計(jì)減少了6.45億m3，而居民及其他服務(wù)業(yè)、住宿餐飲業(yè)的用水需求則增加了2.19億m3。2002～2007年，結(jié)構(gòu)效應(yīng)影響下的水足跡減少量為7.29億m3，其中，農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、專用設(shè)備制造和其他綜合技術(shù)服務(wù)業(yè)這4個(gè)部門的用水需求共減少了8.76億m3，而批零商業(yè)和衛(wèi)生體育社會福利業(yè)的用水需求增加了3.79億m3。結(jié)構(gòu)效應(yīng)在抑制北京水足跡增長方面的作用與居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)。隨著收入的增加，人們在用水強(qiáng)度較低的第三產(chǎn)業(yè)方面的消費(fèi)比例逐漸升高。例如，1997～2007年，北京市農(nóng)業(yè)的水足跡占區(qū)域水足跡總量的比例從1997年的21%降到2007年的16%，第三產(chǎn)業(yè)的水足跡比例則從1997年的17%上升到2007年的37%（見圖5）。北京水資源承載力的外部影響因素為北京與其他省份之間基于產(chǎn)品貿(mào)易的虛擬水流動。各個(gè)省份通過省際產(chǎn)品貿(mào)易向北京提供的虛擬水量如表1所示。值得指出的是，前述水足跡的計(jì)算是基于北京單個(gè)地區(qū)的投入產(chǎn)出表進(jìn)行的，此處是基于2002年中國省區(qū)間投入產(chǎn)出模型進(jìn)行的，因此計(jì)算所得的2002年北京水足跡總量略有差異，前者為44.06億m3，后者為46.89億m3。從計(jì)算結(jié)果中可以看出，河北向北京供應(yīng)的虛擬水最多。2002年，河北向北京供給的虛擬水量為392×106m3，占北京市外部水足跡總量的16%。除了虛擬水供給外，河北還向北京提供了看得見的水資源。2008年9月～2009年7月，河北調(diào)入北京的水資源量達(dá)到3.3億m3。作為水資源嚴(yán)重匱乏的省份之一，河北向北京提供的虛擬水供給與水資源調(diào)入有力地緩解了北京的水資源壓力，但惡化了河北本來就嚴(yán)峻的水資源供需狀況。除河北之外，北京從山東、河南、吉林、廣東等地獲取的虛擬水供給量也較多。表1北京市外部水足跡的地區(qū)構(gòu)成（106m3）（三）北京市的水資源承載力1997年、2002年和2007年，北京的常住人口分別為1240萬人、1423萬人、1633萬人；流動人口分別是242萬人、387萬人、420萬人?？紤]到流動人口在北京停留的時(shí)間相對較短，消耗的水資源較少，所以可以將流動人口數(shù)乘以一個(gè)小于1的系數(shù)進(jìn)行折算。假設(shè)流動人口在京平均停留時(shí)間為一個(gè)月左右，我們對其乘以1/12進(jìn)行折算。這樣的話可以計(jì)算得到1997年、2002年和2007年北京本地水資源和外地虛擬水共同承載的人口規(guī)模分別為1260萬人、1455萬人和1668萬人，人均水足跡分別為345m3、303m3和345m3（見表2）?？紤]到水資源人均需求量的相對穩(wěn)定性，可采用人均水足跡345m3作為過去十年里水資源的人均需求量。表2北京市人均水足跡（1997～2007年）北京市的水資源量如果按多年平均值23億m3計(jì)算，可以推算出1997～2007年北京市的水資源承載力約為667萬人。1997年、2002年和2007年，北京市的用水總量分別為41.7億m3、34.6億m3和34.8億m3，北京市現(xiàn)實(shí)的用水總量可支撐的水資源承載力分別為1208萬人、1002萬人和1008萬人（見表3）。北京市的常住人口規(guī)模已經(jīng)超過現(xiàn)實(shí)的用水總量可支撐的水資源承載力，如果加上流動人口，人口規(guī)模超過水資源承載力更多。如果以當(dāng)?shù)厮Y源可支撐的人口規(guī)模作為合理的水資源承載力，那么北京市的人口規(guī)模已比合理的水資源承載力超出一倍。由此可見，北京市的現(xiàn)有人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展首先是通過從外地調(diào)水和超采地下水?dāng)U大用水總量來支撐的，其次是依靠大量從外地輸入虛擬水來支撐的。表3北京市水資源承載力變化（1997～2007年）未來北京市增加水資源承載力的手段包括“開源”和“節(jié)流”兩個(gè)方面?！伴_源”即調(diào)水，既包括跨區(qū)域的水資源調(diào)入，也包括基于商品貿(mào)易的虛擬水調(diào)入。南水北調(diào)工程等跨區(qū)域調(diào)水將直接增加北京的可利用水資源量，對于增強(qiáng)北京的水資源承載力會起到積極的作用。其他省份對北京的虛擬水供給也有力緩解了北京的水資源壓力。如果僅站在北京的角度來看，虛擬水調(diào)入不失為節(jié)約當(dāng)?shù)厮Y源的一個(gè)有效的方法。需要注意的是虛擬水來源地的水資源供需和虛擬水供給的可持續(xù)性。有一些問題在虛擬水貿(mào)易中值得考慮，第一，北京對于外部高耗水產(chǎn)品的過度依賴有可能會降低自身經(jīng)濟(jì)體系用水效率的退化；第二，對于北京虛擬水的主要供應(yīng)地如河北、山東、河南這些省份而言，與北京之間的虛擬水貿(mào)易具有雙面效應(yīng)，一方面與北京的虛擬水貿(mào)易可能會促進(jìn)這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，刺激這些地區(qū)的產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)進(jìn)步；但另一方面虛擬水的流失可能會進(jìn)一步加劇這些地區(qū)水資源的短缺程度。因此，北京與其他省份的虛擬水戰(zhàn)略需要綜合而慎重的權(quán)衡?！肮?jié)流”主要是指控制人均水足跡增長甚至降低人均水足跡，主要手段包括用水效率提高，結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市經(jīng)濟(jì)的空間布局調(diào)整。本文的計(jì)算結(jié)果顯示規(guī)模效應(yīng)對于北京水足跡的增長發(fā)揮著重要的作用。如果不采取任何措施，可以預(yù)期北京未來更大的人口規(guī)模和更高的需求水平引發(fā)的水資源需求會達(dá)到一個(gè)更高的水平，從而導(dǎo)致北京的水資源超載狀況會步入一個(gè)更加岌岌可危的境地。盡管增加外部水足跡可以減輕北京的水資源壓力，但從長遠(yuǎn)來看，降低內(nèi)部水足跡可能是增強(qiáng)北京水資源承載力更加可持續(xù)的方法。第一，長期來看，用水效率提高增強(qiáng)北京水資源承載力的潛力有限。本文的計(jì)算結(jié)果顯示，用水效率提高是1997～2007年抑制北京水足跡增長的主導(dǎo)因素。然而未來通過技術(shù)進(jìn)步和水資源利用效率提高增強(qiáng)北京水資源承載力的潛力已經(jīng)不大，并且，預(yù)期邊際成本會發(fā)生不同程度的升高。因此，提高北京的水資源承載力僅僅依靠用水效率的提高是不夠的。第二，結(jié)構(gòu)節(jié)水對于增強(qiáng)北京未來水資源承載力具有重要意義。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對于抑制北京水足跡增長已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用，但消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的節(jié)水效應(yīng)尚未充分發(fā)揮應(yīng)有作用，預(yù)期消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整將在北京未來的節(jié)水戰(zhàn)略中發(fā)揮更重要的作用。北京要想在現(xiàn)有的水資源條件下實(shí)現(xiàn)未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略和人口控制指標(biāo)，需要繼續(xù)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化，逐步建立節(jié)水型產(chǎn)業(yè)體系。在農(nóng)業(yè)內(nèi)部，應(yīng)該繼續(xù)推進(jìn)都市型農(nóng)業(yè)，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，縮減直至消除高耗水作物的種植面積；在工業(yè)內(nèi)部應(yīng)繼續(xù)支持技術(shù)密集型低耗水高價(jià)值量的新興行業(yè)發(fā)展，限制并轉(zhuǎn)移石化、冶金等傳統(tǒng)工業(yè)行業(yè)的發(fā)展。第三，城市經(jīng)濟(jì)的空間結(jié)構(gòu)調(diào)整是解決北京水資源問題的長遠(yuǎn)之計(jì)和必然趨勢。由于用水效率提高對于降低人均水足跡的潛力已經(jīng)有限，結(jié)構(gòu)節(jié)水的效果將越來越依賴消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整，未來北京應(yīng)更加重視城市經(jīng)濟(jì)的空間結(jié)構(gòu)調(diào)整，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和北京周邊地區(qū)的銜接，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)和功能向周邊地區(qū)的擴(kuò)散和融合。三天津市水資源承載力（一）天津市水資源和用水量天津和北京一樣，也是資源型重度缺水城市。2011年，天津市水資源總量為15.4億m3，人均水資源占有量僅為116m3，約為當(dāng)年全國人均水資源量的1/15（《中國統(tǒng)計(jì)年鑒2012》）。近年來，正常年景下天津水資源總量約為12億m3，用水總量約為23億m3（見圖6）。用水量與水資源量的缺口主要通過引灤入津工程和引黃濟(jì)津工程補(bǔ)充。天津的供水主要是地表水（占60%～70%），其中引灤入津工程的供水量占總供水量的25%～30%；其次為地下水，約占總供水量的30%。近年來地表水供給有所增加，地下水補(bǔ)給量有下降趨勢（見圖7）。圖6天津市水資源總量和用水總量變化圖7天津市的供水量變化隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市規(guī)模的擴(kuò)大，天津總體用水量略有上升。2011年全市總用水量達(dá)23.1億m3，其中生產(chǎn)用水占79.7%，生活用水占15.5%，生態(tài)用水占4.9%。天津近年來的用水呈現(xiàn)以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）在第一產(chǎn)業(yè)GDP不斷減少的情況下，第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)用水的數(shù)量和比例卻不斷增加，直到2010以后才略有下降；（2）隨著第二、第三產(chǎn)業(yè)GDP的逐步增加，第二、第三產(chǎn)業(yè)用水總量增長緩慢，第二產(chǎn)業(yè)用水比例呈下降趨勢；（3）雖然人口不斷增加，生活用水總量和比例卻呈下降趨勢（見圖8）。圖8天津市用水分配變化對天津市直接用水量的分析表明，農(nóng)業(yè)是直接用水消耗的主要部門，其直接用水總量和單位產(chǎn)值的直接用水系數(shù)都很高。2002年，農(nóng)業(yè)部門直接用水系數(shù)為535.2m3/萬元，而工業(yè)部門和服務(wù)業(yè)部門分別為11.1m3/萬元和22.7m3/萬元。2007年，農(nóng)業(yè)部門的直接用水系數(shù)增加至584.0m3/萬元，而工業(yè)部門和服務(wù)業(yè)部門下降至3.8m3/萬元和12.6m3/萬元（見表4）。工業(yè)部門中，電力、熱力、燃?xì)獾纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，化學(xué)工業(yè)，食品制造及煙草加工業(yè)，金屬冶煉及制品業(yè)等是直接用水消耗的主要部門。水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)的直接用水系數(shù)和直接用水總量均較大。對于化學(xué)工業(yè)和電力、熱力、燃?xì)獾纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)來說，盡管其直接用水量相對較大，但直接用水系數(shù)并不高，說明其直接用水量大主要是由高產(chǎn)出造成的。非金屬礦及其他礦采選業(yè)雖然直接用水量相對少，但直接用水系數(shù)卻較高。2007年與2002年相比，工業(yè)部門的直接用水量和直接用水系數(shù)都呈下降趨勢。雖然一些工業(yè)部門的直接用水量有所增加，但其直接用水系數(shù)并沒有增加，如通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其他電子設(shè)備制造業(yè)。建筑業(yè)在直接用水量迅猛增加的同時(shí)，其直接用水系數(shù)也增加了約2倍。表42002年和2007年天津市各部門的直接用水系數(shù)服務(wù)業(yè)部門中，其他服務(wù)業(yè)的直接用水量最高，占服務(wù)業(yè)直接用水量的87.7%。2007年與2002年相比，盡管商業(yè)運(yùn)輸業(yè)的直接用水量增長了近1.6倍，但其直接用水系數(shù)幾乎不變，說明其高用水量是由高產(chǎn)出造成的；住宿和餐飲業(yè)的直接用水量增加了3倍，直接用水系數(shù)提高了1.3倍，2007年該部門成為服務(wù)業(yè)中直接用水系數(shù)最大的部門；其他服務(wù)業(yè)無論是直接用水量還是直接用水系數(shù)都呈下降趨勢。（二）水足跡與虛擬水貿(mào)易變化分析2002年和2007年天津市水足跡的計(jì)算結(jié)果表明，2002年天津市水足跡為18.55億m3，2007年為31.52億m3（見表5），2002～2007年五年間水足跡增加了12.97億m3。水足跡的大幅度上升反映出天津市的用水需求正在迅速擴(kuò)大。同期，天津的當(dāng)?shù)厮Y源總量僅增加了7.64億m3，用水總量僅增加3.41億m3，可見用水需求的增加量遠(yuǎn)超過可利用水資源量和供給水量的增加幅度。從天津市分部門的水足跡看，2002年，其他服務(wù)業(yè)的水足跡最高，為6.34億m3，占水足跡總量的34.2%；其次為農(nóng)林牧副業(yè)，水足跡為3.96億m3，占水足跡總量的21.3%。2007年，農(nóng)林牧副業(yè)的水足跡最高，為9.99億m3，占水足跡總量的31.7%；其次為建筑業(yè)，水足跡為7.48億m3，占水足跡總量的23.7%。農(nóng)業(yè)部門的水足跡增加幅度較大，從2002年的3.96億m3增加到2007年的9.99億m3，而且農(nóng)業(yè)部門從虛擬水凈流出2.22億m3變?yōu)閮袅魅?.83億m3，反映出天津市的快速城市化進(jìn)程帶來了農(nóng)產(chǎn)品需求的大幅度增加。從水足跡的部門比例看，第二產(chǎn)業(yè)的水足跡一直占主導(dǎo)地位，且比例呈上升趨勢；農(nóng)業(yè)部門的水足跡比例也從2002年的21%增加至2007年的32%；第三產(chǎn)業(yè)的水足跡比例由2002年的37%減少至2007年的22%（見圖9）。水足跡的結(jié)構(gòu)變化呈現(xiàn)出與北京相反的趨勢，反映出天津是一個(gè)以工業(yè)為主的城市，工業(yè)化還在繼續(xù)發(fā)展，體現(xiàn)出天津市工業(yè)化對城市化和城市經(jīng)濟(jì)的帶動作用。服務(wù)業(yè)部門的水足跡比例下降和虛擬水從凈流出轉(zhuǎn)為凈流入，反映出天津市工業(yè)化和城市化過程中存在服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后的現(xiàn)象，服務(wù)業(yè)對外部的依賴程度加深。表52002年、2007年天津市各部門水足跡及凈流出虛擬水圖92002年和2007年天津市水足跡部門構(gòu)成變化虛擬水貿(mào)易的分析表明，天津已成為虛擬水凈流入的區(qū)域，凈流入總量從2002年的2.56億m3增加至2007年的8.83億m3，體現(xiàn)出虛擬水貿(mào)易對緩解天津水資源短缺的重要性。2002年，天津市的虛擬水流入量約10億m3，比當(dāng)年水資源總量多出6.3億m3；其中，水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、其他服務(wù)業(yè)和電力、熱力、燃?xì)獾纳a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)是虛擬水凈流入的主要部門。2007年，天津市的虛擬水流入量約15億m3，比當(dāng)年水資源總量多3.7億m3；其中，其他服務(wù)業(yè)和水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)仍然為虛擬水流入的主要部門，同時(shí)農(nóng)林牧漁業(yè)、商業(yè)運(yùn)輸業(yè)和建筑業(yè)也成為新的虛擬水凈流入的主要部門。農(nóng)林牧漁業(yè)、化學(xué)工業(yè)、商業(yè)運(yùn)輸業(yè)和住宿和餐飲業(yè)等高耗水部門2002年為虛擬水凈流出部門，2007年變?yōu)樘摂M水凈流入部門，反映出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化通過虛擬水貿(mào)易對緩解天津的水資源短缺發(fā)揮了重要的作用。另外，天津市的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，如交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)，通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其他電子設(shè)備制造業(yè)，化學(xué)工業(yè)，有的一直保持虛擬水凈流出，有的則從2002年的虛擬水凈流入變?yōu)樘摂M水凈流出，體現(xiàn)出水資源對于天津市工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)增長的支撐作用。應(yīng)用結(jié)構(gòu)分解分析法，對天津水足跡變化的影響因素的研究結(jié)果表明，2002～2007年，技術(shù)進(jìn)步效應(yīng)和需求結(jié)構(gòu)效應(yīng)是抑制天津市水足跡增長的因素，需求規(guī)模效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效率效應(yīng)是導(dǎo)致水足跡增長的因素（見表7）。其中，技術(shù)進(jìn)步效應(yīng)是抑制水足跡增長的主要因素。2002～2007年，技術(shù)進(jìn)步效應(yīng)使得天津的水足跡減少了11.04億m3。這與近年來天津市采取一系列法律、經(jīng)濟(jì)與技術(shù)手段，推動國家級節(jié)水型城市建設(shè)的結(jié)果是一致的。例如，天津市淘汰了耗水量大、用水效率低、水污染嚴(yán)重、高耗能的生產(chǎn)工藝，特別是對化工、冶金、紡織、印染等高耗水行業(yè)開展了節(jié)水技術(shù)改造，推廣循環(huán)用水，淘汰公共建筑中不符合節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)的用水設(shè)施和產(chǎn)品，運(yùn)用海水利用、污水資源化、工業(yè)水處理、膜材料和城市生活、農(nóng)業(yè)節(jié)水等一些關(guān)鍵技術(shù)促進(jìn)水資源高效利用。其中，建筑業(yè)、其他服務(wù)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步效應(yīng)對抑制水足跡發(fā)揮了巨大作用。結(jié)構(gòu)效應(yīng)在抑制水足跡增長方面發(fā)揮的作用尚有限，僅減少了0.76億m3。需求規(guī)模效應(yīng)是導(dǎo)致天津市水足跡增長的主導(dǎo)因素。其中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口膨脹和消費(fèi)水平提高導(dǎo)致近年來農(nóng)林牧漁業(yè)、其他服務(wù)業(yè)、建筑業(yè)和食品制造及煙草加工業(yè)的用水需求明顯增加。經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效率變化也帶來了水足跡增加，這些增加主要是由于建筑業(yè)、食品制造及煙草加工業(yè)和其他服務(wù)業(yè)部門的用水需求增加所致。（三）天津水資源承載力分析2002年和2007年，天津市的常住人口數(shù)量分別為1007萬人和1115萬人。根據(jù)天津市流動人口辦公室的相關(guān)信息估算，2002年和2007年天津市的暫住人口分別為100萬人和200萬人。假設(shè)暫住人口在津平均逗留時(shí)間按1個(gè)月進(jìn)行推算，2002年和2007年天津的城市人口規(guī)模約為1015萬人和1132萬人。由此可得，天津市的人均水足跡2002年和2007年分別為183m3和279m3（見表6），五年間人均水足跡增長了約96m3。天津的人均水足跡尚低于北京的水平，但是增長速度較快，值得高度關(guān)注。考慮到天津市人均水足跡的增加趨勢，2002年和2007年分別采用當(dāng)年的人均水足跡作為水資源的人均需求量。表6天津市水資源承載力分析按正常年景下天津市多年平均水資源量12億m3進(jìn)行計(jì)算，天津市當(dāng)?shù)厮Y源可承載的人口規(guī)模2002年和2007年分別為657萬人和431萬人。2002年和2007年，天津市現(xiàn)實(shí)的供水總量為19.96億m3和23.37億m3，現(xiàn)實(shí)的供水量可支撐的水資源承載力分別為1093萬人和839萬人。一方面，目前天津市的人口規(guī)模已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)?shù)厮Y源所能支撐的合理人口規(guī)模，也超出了現(xiàn)實(shí)的供水量可支撐的水資源承載力，而且當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)供水量可支撐的水資源承載力又是以引灤入津工程和引黃濟(jì)津工程的跨區(qū)域調(diào)水為基礎(chǔ)的。2011年，引灤工程和引黃工程的供水量占總供水量的比例高達(dá)47.5%。按近年來引灤入津工程和引黃濟(jì)津工程向天津的平均年供水量6.7億m3計(jì)算，按當(dāng)前用水效率和需求結(jié)構(gòu)進(jìn)行推算，2002年和2007年引灤和引黃工程提供的水量相當(dāng)于承載了天津市人口366萬人和240萬人，分別占當(dāng)年人口總數(shù)的36%和21%，可見天津市水資源承載力對于引灤工程和引黃工程等跨區(qū)域調(diào)水的依賴程度。天津市的未來發(fā)展，包括工業(yè)化和城市化，必須考慮水資源承載力的約束。未來一段時(shí)期內(nèi)，如無緊急情況，引灤入津工程和引黃濟(jì)津工程增加供水量的可能性較低，“南水北調(diào)”東線工程的建成和輸水，對于緩解天津的水資源短缺、增強(qiáng)水資源承載力將發(fā)揮積極的作用。近年來，再生水利用和海水淡化技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，未來有可能成為天津市新的補(bǔ)充水源。另一方面，人均水足跡的增加已經(jīng)導(dǎo)致天津市水資源承載力下降，隨著城市化和工業(yè)化的繼續(xù)發(fā)展，可以預(yù)期未來天津?qū)⒚媾R更大的人口規(guī)模和用水需求，必須高度重視抑制人均水足跡增長。從長遠(yuǎn)來看，技術(shù)進(jìn)步和結(jié)構(gòu)調(diào)整是天津抑制人均水足跡增長的主要途徑。技術(shù)進(jìn)步在天津市建立節(jié)水型城市中已經(jīng)取得了明顯的成果，消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整對于抑制水足跡增長的作用尚未充分體現(xiàn)，未來通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整，抑制水足跡增長仍具有巨大的潛力。與北京相似，虛擬水貿(mào)易有效地緩解了天津的水資源壓力，并增強(qiáng)了水資源對天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐能力。2007年，通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其他電子設(shè)備制造業(yè)，交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)，石油和天然氣開采業(yè)，電器機(jī)械及器材制造業(yè)等是近年來天津市的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，均為虛擬水凈流出的行業(yè)，這些部門生產(chǎn)量大，經(jīng)濟(jì)效益高，對于天津的經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。由于這些部門的直接用水系數(shù)和水足跡較低，低耗水的產(chǎn)業(yè)發(fā)展專業(yè)化分工，這種區(qū)際貿(mào)易結(jié)構(gòu)有利于有效利用有限的水資源。另外，農(nóng)林牧漁業(yè)、食品加工業(yè)和其他服務(wù)業(yè)等耗水較多的部門，從凈流出轉(zhuǎn)為凈流入，有效地緩解了天津的水資源短缺問題，增強(qiáng)了水資源承載力。未來天津市仍需高度重視虛擬水戰(zhàn)略，進(jìn)一步擴(kuò)大水足跡含量較高部門的產(chǎn)品調(diào)入，緩解天津的水資源壓力。表71997～2002年天津市水足跡變化影響因素的結(jié)構(gòu)分解四結(jié)論與啟示本文的研究結(jié)果顯示，第一，北京和天津的現(xiàn)有人口規(guī)模已嚴(yán)重超過當(dāng)?shù)厮Y源所能支撐的合理人口規(guī)模，也超過了現(xiàn)實(shí)的供水量所能支撐的水資