CN111695799A - 一种评价城市对外部水资源依赖程度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水资源管理技术领域的一种评价城市对外部水资源依赖程度的方法。根据城市各经济部门的耗水量，确定城市各经济部门的外部水足迹、虚拟水总出口量和虚拟水总进口量；获取城市生活耗水量，城市各经济部门的外部水足迹，确定城市的水量“虹吸”；获取城市的产品总出口量和产品总进口量，城市各经济部门的虚拟水总出口量和虚拟水总进口量，确定城市的出口价值强度和进口价值强度；根据城市的出口价值强度和进口价值强度，确定城市的水生产力“虹吸”；根据城市的水量“虹吸”和水生产力“虹吸”，评价城市对外部水资源的依赖程度。本方法数据获取简单，能准确评价城市对外部水资源的依赖程度，为城市的水资源管理提供可靠的数据支持。

Description

一种评价城市对外部水资源依赖程度的方法

技术领域

本发明属于水资源管理技术领域，具体涉及一种评价城市对外部水资源依赖程度的方法。

背景技术

以往研究多将水资源短缺视为本地水资源管理问题，而虚拟水研究强调外部消费和贸易因素对本地水资源的重要影响。例如城市可以通过进口更多的虚拟水来满足本地最终消费需求，而不是使用本地水资源。虽然依赖虚拟水进口能够在一定程度上缓解城市水资源网络的供水压力，但也存在一定风险。通过经济活动，城市可以经由“虹吸”效应(城市的经济实力决定其可以向外部购买大量产品，从而向内部输入大量虚拟水)使外部水足迹供应超出本地实体水供应。这种“虹吸”作用可以帮助城市向外转移本地水资源压力，并利用本地有限的实体水资源生产出高价值的商品和服务。目前，现有技术中缺乏能有效评价城市对外部水资源依赖程度的方法。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种评价城市对外部水资源依赖程度的方法，能准确评价城市对外部水资源的依赖程度，为城市的水资源管理提供可靠的数据支持。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种评价城市对外部水资源依赖程度的方法，包括：根据城市各经济部门的耗水量，基于投入产出模型确定城市各经济部门的外部水足迹、虚拟水总出口量和虚拟水总进口量；获取城市生活耗水量，根据城市各经济部门的外部水足迹，确定城市的水量“虹吸”；获取城市的产品总出口量和产品总进口量，根据城市各经济部门的虚拟水总出口量和虚拟水总进口量，确定城市的出口价值强度和进口价值强度；根据城市的出口价值强度和进口价值强度，确定城市的水生产力“虹吸”；根据城市的水量“虹吸”和水生产力“虹吸”，评价城市对外部水资源的依赖程度。

进一步地，所述投入产出模型为：

x^r＝(I-A^rr)^-1(y^rr+∑_s≠re^rs) (1)

式中，A^rr＝Z^rr·(x^r)^-1是城市r的技术系数矩阵，代表城市r每单位总产出x^r对应的各部门的中间投入价值Z^rr矩阵；y^rr是城市r本地最终消费量；e^rs是城市r为满足地区s的最终消费需求而产生的出口量；I是单位矩阵。

进一步地，所述城市各经济部门的外部水足迹采用公式(2)获取：

ewf^r＝Σ_s≠rd^s(I-A^ss)^-1e^sr (2)

式中，ewf^r是城市r各经济部门的外部水足迹；d^s是城市s各经济部门的直接耗水强度；A^ss是城市s的技术系数矩阵，代表城市s每单位总产出x^s对应的各经济部门的中间投入价值Z^ss矩阵；e^sr代表城市s为满足城市r的最终消费需求产生的出口量。

进一步地，所述城市的水量“虹吸”采用公式(3)获取：

式中，WVL^r是城市r的水量“虹吸”；PWC^r是城市r的耗水量。

进一步地，所述城市各经济部门的虚拟水总出口量采用公式(4)获取：

vwe^r＝d^r(I-A^rr)^-1Σ_s≠re^rs (4)

式中，vwe^r是城市r各经济部门的虚拟水总出口量；d^r是城市r各经济部门的直接耗水强度向量；Σ_s≠re^rs是城市r对城市s的产品出口之和。

进一步地，所述城市各经济部门的虚拟水总进口量采用公式(5)获取：

vwi^r＝ewf^r (5)

式中，vwi^r是城市r各经济部门的虚拟水总进口量。

进一步地，所述城市的出口价值强度采用公示(6)获取：

vie^r＝Σ_s≠re^rs/vwe^r (6)

式中，vie^r是城市r的出口价值强度。

进一步地，所述城市的进口价值强度采用公示(7)获取：

vii^r＝Σ_s≠re^sr/vw^ir (7)

式中，vii^r是城市r的进口价值强度；Σ_s≠re^sr是城市r对城市s的产品进口之和。

进一步地，所述城市的水生产力“虹吸”，采用公式(8)获取：

式中，WPL^r是城市r的水生产力“虹吸”。

进一步地，城市的水量“虹吸”WVL^r>1，即城市更多依赖城市外部水资源，且WVL^r值越大，则对外部水资源依赖程度越大；城市的水量“虹吸”WVL^r<1，即城市更多依赖城市内部水资源；城市的水生产力“虹吸”WPL^r>1，即城市经济增长更多依赖城市外部水资源，且WPL^r值越大，则城市经济增长对城市外部水资源的依赖程度越大；城市的水生产力“虹吸”WPL^r<1，即城市经济增长更多依赖城市内部水资源。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明通过计算城市的水量“虹吸”和水生产力“虹吸”，量化并评估城市发展对外部水资源的依赖程度，通过应用投入产出方法，使得评价结果能够反映城市经济部门对外部水资源的“虹吸”作用。本发明方法数据获取简单，通过计算可以明确城市发展和经济增长对水资源的依赖程度，引导城市识别外部水资源风险，将外部水资源管理纳入城市水资源管理体系框架中，具有很强的推广应用价值。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种评价城市对外部水资源依赖程度的方法，包括：获取城市各经济部门的耗水量，基于投入产出模型确定城市各经济部门的外部水足迹、虚拟水总出口量和虚拟水总进口量；获取城市生活耗水量，根据城市各经济部门的外部水足迹，确定城市的水量“虹吸”；获取城市的产品总出口量和产品总进口量，根据城市各经济部门的虚拟水总出口量和虚拟水总进口量，确定城市的出口价值强度和进口价值强度；根据城市的出口价值强度和进口价值强度，确定城市的水生产力“虹吸”；根据城市的水量“虹吸”和水生产力“虹吸”，评价城市对外部水资源的依赖程度。

城市各经济部门的耗水量包括各经济部门的生产耗水量和生活耗水量。水足迹定义为一个国家或一个地区，在一定时间内消费的所有产品和服务所需要的水资源总量。外部水足迹定义为地理边界内所消费的进口产品和服务所需要的外部水资源量。虚拟水定义为生产商品或提供服务所需要的水，这些商品一旦进入贸易链中，则产生了“虚拟水贸易”或“虚拟水流”。城市水生产力“虹吸”越大，即城市经济增长对外部水资源依赖程度越大。

(1)本实施例中采用的投入产出模型为：

x^r＝(I-A^rr)^-1(y^rr+∑_s≠re^rs) (1)

式中，A^rr＝Z^rr·(x^r)^-1是城市r的技术系数矩阵，代表城市r每单位总产出x^r对应的各部门的中间投入价值Z^rr矩阵；y^rr是城市r本地最终消费量；e^rs是城市r为满足地区s的最终消费需求而产生的出口量；I是单位矩阵。

(2)计算城市各经济部门的外部水足迹：

ewf^r＝∑_s≠rd^s(I-A^ss)^-1e^sr (2)

式中，ewf^r是城市r各经济部门的外部水足迹；d^s是城市s各经济部门的直接耗水强度；A^ss是城市s的技术系数矩阵，代表城市s每单位总产出x^s对应的各经济部门的中间投入价值Z^ss矩阵；e^sr代表城市s为满足城市r的最终消费需求产生的出口量。

(3)计算城市的水量“虹吸”：

式中，WVL^r是城市r的水量“虹吸”；PWC^r是城市r的耗水量。

(4)计算城市各经济部门虚拟水总出口量：

vwe^r＝d^r(I-A^rr)^-1∑_s≠re^rs (4)

式中，vwe^r是城市r各经济部门的虚拟水总出口量；d^r是城市r各经济部门的直接耗水强度向量；∑_s≠re^rs是城市r对城市s的产品出口之和。

(5)计算城市各经济部门的虚拟水总进口量：

vwi^r＝ewf^r (5)

式中，vwi^r是城市r各经济部门的虚拟水总进口量。

(6)计算城市的出口价值强度：

vie^r＝∑_s≠re^rs/vwe^r (6)

式中，vie^r是城市r的出口价值强度。

(7)计算城市的进口价值强度：

vii^r＝∑_s≠re^sr/vwi^r (7)

式中，vii^r是城市r的进口价值强度；∑_s≠re^sr是城市r对城市s的产品进口之和。

(8)计算城市的水生产力“虹吸”：

式中，WPL^r是城市r的水生产力“虹吸”。

(9)评价城市水资源脆弱性

针对上述步骤计算出的水量“虹吸”和水生产力“虹吸”，可评价城市对外部水资源的依赖程度包括：

城市的水量“虹吸”WVL^r>1，即城市更多依赖城市外部水资源，且WVL^r值越大，则对外部水资源依赖程度越大；

城市的水量“虹吸”WVL^r<1，即城市更多依赖城市内部水资源；

城市的水生产力“虹吸”WPL^r>1，即城市经济增长更多依赖城市外部水资源，且WPL^r值越大，则城市经济增长对城市外部水资源的依赖程度越大；

城市的水生产力“虹吸”WPL^r<1，即城市经济增长更多依赖城市内部水资源。

基于《中国水资源公报》(中华人民共和国水利部，2010，中国水资源公报，中国水利水电出版社，北京)和《从区域间虚拟水流量看我国的稀缺节水》(Zhao,X.,Li,Y.P.,Yang,H.,Liu,W.F.,Tillotson,M.R.,Guan,D.,Yi,Y.,Wang,H.,2018.Measuring scarcewater saving from interregional virtual water flows in China.Environ Res Lett13,054012.)获取2010年北京、天津、上海和重庆四个超大城市的各经济部门的耗水量数据。基于《2010年中国30个省际投入产出表》(Liu,W.T.,Z.；Chen,J.；Yang,B.,2014.China30-province inter-regional input-output table of 2010.China Statistics Press,Beijing.)获取的2010年中国城市间投入产出表。计算城市各经济部门的外部水足迹，获取北京、天津、上海和重庆四个超大城市各经济部门的外部水足迹；基于前述方法进行计算，计算结果如表1所示：

表1四个超大城市的水量”虹吸”和水生产力”虹吸”

得到北京、天津、上海和重庆四个超大城市的水量“虹吸”和水生产力“虹吸”，分析四个城市对外部水资源依赖程度可得到以下情况：

(1)城市的水量“虹吸”WVL^r>1，即城市更多依赖城市外部水资源，且WVL^r值越大，即对外部水资源依赖程度越大，例如上海、天津、北京，说明这三个超大城市为满足最终消费需求所消耗的外部水足迹比本地的耗水量要多，即更依赖城市外部水资源。

(2)城市的水量“虹吸”WVL^r<1，即城市更多依赖城市内部水资源，例如重庆，说明重庆市更多的是依赖当地水资源。

(3)城市的水生产力“虹吸”越大，则城市经济增长对外部水资源依赖程度越大，例如上海的水生产力“虹吸”在四个城市中最大，说明上海的经济增长更依赖城市外部水资源。

本实施例通过计算城市的水量“虹吸”和水生产力“虹吸”，量化并评估城市发展对外部水资源的依赖程度，通过应用投入产出方法，使得评价结果能够反映城市经济部门对外部水资源的“虹吸”作用。本发明方法数据获取简单，通过计算可以明确城市发展和经济增长对水资源的依赖程度，引导城市识别外部水资源风险，将外部水资源管理纳入城市水资源管理体系框架中，具有很强的推广应用价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，包括：

根据城市各经济部门的耗水量，基于投入产出模型确定城市各经济部门的外部水足迹、虚拟水总出口量和虚拟水总进口量；

获取城市生活耗水量，根据城市各经济部门的外部水足迹，确定城市的水量“虹吸”；

获取城市的产品总出口量和产品总进口量，根据城市各经济部门的虚拟水总出口量和虚拟水总进口量，确定城市的出口价值强度和进口价值强度；

根据城市的出口价值强度和进口价值强度，确定城市的水生产力“虹吸”；

根据城市的水量“虹吸”和水生产力“虹吸”，评价城市对外部水资源的依赖程度。

2.根据权利要求1所述的评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，所述投入产出模型为：

x^r＝(I-A^rr)^-1(y^rr+∑_s≠re^rs) (1)

式中，A^rr＝Z^rr·(x^r)^-1是城市r的技术系数矩阵，代表城市r每单位总产出x^r对应的各部门的中间投入价值Z^rr矩阵；y^rr是城市r本地最终消费量；e^rs是城市r为满足地区s的最终消费需求而产生的出口量；I是单位矩阵。

3.根据权利要求1所述的评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，所述城市各经济部门的外部水足迹采用公式(2)获取：

ewf^r＝∑_s≠rd^s(I-A^ss)^-1e^sr (2)

式中，ewf^r是城市r各经济部门的外部水足迹；d^s是城市s各经济部门的直接耗水强度；A^ss是城市s的技术系数矩阵，代表城市s每单位总产出x^s对应的各经济部门的中间投入价值Z^ss矩阵；e^sr代表城市s为满足城市r的最终消费需求产生的出口量。

4.根据权利要求1所述的评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，所述城市的水量“虹吸”采用公式(3)获取：

式中，WVL^r是城市r的水量“虹吸”；PWC^r是城市r的耗水量。

5.根据权利要求1所述的评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，所述城市各经济部门的虚拟水总出口量采用公式(4)获取：

vwe^r＝dr(I-A^rr)^-1∑_s≠re^rs (4)

式中，vwe^r是城市r各经济部门的虚拟水总出口量；d^r是城市r各经济部门的直接耗水强度向量；∑_s≠re^rs是城市r对城市s的产品出口之和。

6.根据权利要求1所述的评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，所述城市各经济部门的虚拟水总进口量采用公式(5)获取：

vwi^r＝ewf^r (5)

式中，vwi^r是城市r各经济部门的虚拟水总进口量。

7.根据权利要求1所述的评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，所述城市的出口价值强度采用公示(6)获取：

vie^r＝∑_s≠re^rs/vwe^r (6)

式中，vie^r是城市r的出口价值强度。

8.根据权利要求1所述的评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，所述城市的进口价值强度采用公示(7)获取：

vii^r＝∑_s≠re^sr/vw^ir (7)

式中，vii^r是城市r的进口价值强度；∑_s≠re^sr是城市r对城市s的产品进口之和。

9.根据权利要求1所述的评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，所述城市的水生产力“虹吸”，采用公式(8)获取：

式中，WPL^r是城市r的水生产力“虹吸”。

10.根据权利要求1所述的评价城市对外部水资源依赖程度的方法，其特征是，城市的水量“虹吸”WVL^r>1，即城市更多依赖城市外部水资源，且WVL^r值越大，则对外部水资源依赖程度越大；

城市的水量“虹吸”WVL^r<1，即城市更多依赖城市内部水资源；

城市的水生产力“虹吸”WPL^r>1，即城市经济增长更多依赖城市外部水资源，且WPL^r值越大，则城市经济增长对城市外部水资源的依赖程度越大；

城市的水生产力“虹吸”WPL^r<1，即城市经济增长更多依赖城市内部水资源。