劉秀麗,郭丕斌,王 昕

1 山西財經大學資源型經濟轉型發(fā)展研究院, 太原 030006 2 山西財經大學資源型經濟轉型協(xié)同創(chuàng)新中心, 太原 030006 3 太原學院管理系, 太原 030032

我國煤炭資源型地區(qū)眾多,多年來煤炭的過度開發(fā)利用嚴重破壞了當?shù)氐乃Y源,再加上我國能-水分布呈逆向性的客觀條件[1],煤炭資源型地區(qū)已出現(xiàn)了嚴重的能-水供需失衡[2- 3],預測顯示,2012—2020年,中國煤炭消費需求的增加是可供水量增加的3倍多,而每消耗一噸煤炭損耗的水資源量為2.48噸[4],水資源成為約束煤炭資源型地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要資源?！笆奈濉睍r期,煤炭行業(yè)將進入全要素、全過程的高質量發(fā)展攻堅期。然而,多年來煤炭的過度開發(fā)不僅造成了煤炭產能過剩,而且?guī)硪幌盗械沫h(huán)境問題,煤炭資源型地區(qū)每平方公里大氣污染負荷為全國平均值的1.6倍。因此,煤炭資源型地區(qū)面臨著煤控與節(jié)水缺一不可的窘境。實際上,煤炭和水資源關系密切,一方面,煤炭開采、利用過程(尤其是火力發(fā)電)需要大量的水資源[5]；另一方面,在水的生產、使用、處理等過程中,也需要消耗大量的能源[6],通過適當?shù)姆绞綔p少每階段能耗,能夠有效減少溫室氣體排放[7- 8]。因此,要實現(xiàn)煤炭資源型地區(qū)資源的可持續(xù)利用,必須在綜合考慮不同產業(yè)能-水足跡耦合關系的基礎上[6],建立能-水協(xié)同利用政策體系。

能-水耦合指能源系統(tǒng)和水資源間存在著復雜的關聯(lián)關系,二者的發(fā)展相互關聯(lián)、相互制約、相互依存[7]。關于能-水耦合的最新研究重點關注能源系統(tǒng)中的水消耗,水系統(tǒng)中的能源消耗及其非線性關系[9]。其中,關于能-水耦合足跡的研究,采用比較廣泛的是投入產出分析,如關聯(lián)分析、多區(qū)域投入產出模型等。由于投入產出分析能夠在一個復雜的系統(tǒng)中根據部門間的相互作用和交換來計算生產商品和服務所需的直接和間接的水或能源流[10],并且通過經濟貿易網絡[11- 12],從經濟結構的角度[13],分析資源消耗的驅動力[14],大量學者采用該方法對區(qū)域內部經濟活動對資源的影響進行了研究。如Fang 和Chen[15]以北京為例,采用投入產出分析中的關聯(lián)分析來檢測水和能源的直接和間接消耗以及每個經濟部門的作用,從而識別影響能-水關聯(lián)的關鍵部門；楊文娟等[13]基于區(qū)域碳水耦合視角,采用投入產出分析對河南省產業(yè)碳水足跡效率進行了對比。由于不同區(qū)域資源稟賦、管理政策等導致能源、水資源部門的用水、用能需求不同,能-水關系在不同區(qū)域差異很大,多區(qū)域投入產出模型(Multiregional Input-output,MRIO)也被廣泛應用[16- 17]。該模型依賴于區(qū)域經濟投入-產出表和區(qū)域間貿易矩陣,可以追蹤一個地區(qū)的消費活動所產生的資源流,并得到其他地區(qū)特定生產部門的產出的支持,適用于區(qū)域能-水系統(tǒng)的研究[18],如虛擬水[12,19],能源[20]或碳足跡[21- 22]以及能-水關聯(lián)[23]。武娜等[24]采用MRIO對晉陜蒙省際貿易中隱含碳排放轉移的特征進行研究,為該地區(qū)碳減排責任的界定提供了參考依據；Chen等[23]基于MRIO模型,提出了一種城市-腹地水能混合單位投入產出方法,分析了不同情景下中國香港和南部城市之間的能-水關系。關于能-水足跡的影響因素研究方面,通常采用因素分解分析[25]。因素分解包括指數(shù)分解分析和結構分解分析,指數(shù)分解分析對數(shù)據要求較低,常用于時間序列分析[26- 27]；結構分解以投入產出表為基礎,可同時考慮部門間的直接和間接聯(lián)系,從而判斷行業(yè)結構、技術進步等對水或能源足跡的貢獻[9],應用較為廣泛[9,14]。影響能-水足跡的因素通常有技術進步、部門間聯(lián)系、經濟水平、經濟結構等[21,28]。以上成果均為區(qū)域能-水關系的研究提供了參考借鑒。

然而,前期的研究大量集中在國家、區(qū)域等較大的研究尺度,針對特殊區(qū)域,尤其是煤炭資源型地區(qū)的能-水足跡研究還較缺乏。此外,不同產業(yè)能-水足跡強度的差異會導致不同產業(yè)能-水利用效率的不同。因此,綜合分析不同產業(yè)能-水足跡效率的差異以及深入挖掘不同產業(yè)能-水足跡變化的影響因素,對揭示資源利用強度和效率對產業(yè)能-水消耗的影響機制,以及資源型地區(qū)資源轉型中的節(jié)能節(jié)水具有重要意義。山西省作為我國典型的煤炭資源型地區(qū),盡管打造全國能源革命排頭兵的總體效果不斷顯現(xiàn),煤炭占山西省能源產品消費的比例已由2010年 86.61%下降到2017年的76.92%,然而煤炭依然是山西省及中國未來的主要能源,2017年,山西省電源結構來源中火電占比仍高達97.80%。此外,山西省水資源總量83.8×108立方米,人均水資源量298 立方米,為全國平均水平的13%,水資源嚴重短缺[29]。作為全國能源革命排頭兵、資源型地區(qū)轉型綜合改革配套示范區(qū),如何率先完成節(jié)能降耗的約束指標,具有重要意義。基于此,本文以山西省為案例區(qū),從區(qū)域不同產業(yè)能-水耦合視角,采用投入產出分析對2002—2012年不同產業(yè)的能-水足跡效率進行評價,并采用結構分解分析能-水足跡的影響因素,對山西省資源型經濟轉型發(fā)展和能-水管理政策的制定提供參考。

1 研究方法與數(shù)據來源

1.1 數(shù)據來源及處理

各部門的直接水資源和能源消耗數(shù)據來源于2003年、2008年和2013年的《山西統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》,2002年、2007年和2012年的《山西省水資源公報》和《山西省投入產出表》。采用雙重縮減法將 2007 年和 2012 年投入產出數(shù)據轉換為2002 年不變價,以避免數(shù)據的不可比性[20]。

根據部門的關聯(lián)度和相似性對投入產出表中的部門進行合并。一般可以按照三次產業(yè)和細分行業(yè)進行合并,但后者更具有產業(yè)針對性。本文參考楊文娟等[13]、黃鈺[30]和潘文卿等[31]的研究結果,按照產業(yè)對中間投入品的消耗相似度以及煤炭資源型地區(qū)產業(yè)特點,將投入產出表中的42個部門合并為23個(表1為2012年部門合并過程,2002和2007年合并過程相同,不再贅述)。農業(yè)直接用水量來自于《山西省水資源公報》；工業(yè)各產業(yè)部門直接用水量根據《山西省統(tǒng)計年鑒》和不同產業(yè)部門的工業(yè)用水量因子來計算,其中工業(yè)用水量因子來源于Shao等[32]論文中虛擬水強度數(shù)據庫中的結果；服務業(yè)和建筑業(yè)的直接用水量借鑒中國投入產出學會課題組[33]和關愛萍[34]的研究,采用山西省服務業(yè)產值占全國的比重推算得出服務業(yè)的直接用水量,山西省總耗水量減去其他產業(yè)耗水量即為建筑業(yè)的直接用水量。對各產業(yè)直接能源消耗亦采用同樣的推算方法。

1.2 能-水足跡計算

1.2.1投入產出法

本文以2002、2007、和2012年山西省經過合并后的23個部門投入產出表為基礎,對各產業(yè)部門的能-水消費進行動態(tài)核算。首先計算直接消耗系數(shù)矩陣A：

(1)

式中,A為直接消耗系數(shù)矩陣,aij為單位直接消耗系數(shù),Xij為投入產出表中i產業(yè)向j產業(yè)的直接經濟投入量(萬元)；Xj為j產業(yè)的總產出量(萬元)。其次計算完全消耗系數(shù)矩陣B：

B=[I-A]-1=[bij]

(2)

式中,B為完全消耗系數(shù)矩陣,I為單位矩陣,bij為單位完全消耗系數(shù),是第j個產業(yè)增加單位產出直接和間接消耗的第i個產業(yè)的總價值量。

表1 合并后的2012年山西省投入產出表23部門

1.2.2能源足跡計算

能源足跡是指某種活動消耗的直接或間接的能源消費量[35]。首先計算各產業(yè)的直接能源足跡強度Dej：

(3)

式中,Dej為第j產業(yè)的直接能源足跡強度,ej為第j產業(yè)的直接能源消費量(萬噸),Xj為j產業(yè)的總產出量(萬元)。將Dej對角化處理乘以完全消耗系數(shù)矩陣B,可得到山西省各產業(yè)的隱含能源足跡強度矩陣Me和隱含能源足跡TFej:

(4)

能源足跡效率是指各個產業(yè)直接和間接消耗的隱含能源利用效率,用各產業(yè)的總產出量和隱含能源足跡的比值表示。

1.2.3水足跡計算

水足跡指一個國家、一個地區(qū)或一個人在一定時期內消費的所有產品和服務所需要的水資源總量[36]。本文采用基于投入產出分析的水足跡指標來計算各產業(yè)消費的水資源總量。首先計算各產業(yè)的直接水足跡強度,即第j個產業(yè)每增加單位產出的直接耗水量：

(5)

式中,Awj為第j產業(yè)的直接水足跡強度,wj為第j產業(yè)的直接耗水量(萬噸),Xj為j產業(yè)的總產出量(萬元)。將Dwj對角化處理,與完全消耗系數(shù)矩陣B相乘,即地區(qū)所有產業(yè)的虛擬水足跡強度Tw：

(6)

根據直接水足跡強度和虛擬水足跡強度可計算各產業(yè)的直接水足跡DFwj和虛擬水足跡TFwj：

DFwj=Dwj×Yj,TFwj=Twj×Yj

(7)

式中,Yj為j產業(yè)最終使用合計(萬元)。

水足跡效率是指各個產業(yè)直接和間接消耗的虛擬水資源利用效率,用各產業(yè)的總產出量和虛擬水足跡的比值表示。

1.3 結構分解法

根據虛擬水足跡和隱含能源足跡的計算公式,二者可以被分解為：

Cj=Dwj×bij×Yj×g,TFej=Dej×bij×Yj×g

(8)

式中,Dej表示技術進步對能-水足跡的影響,本文用t表示；bij表示不同產業(yè)之間的聯(lián)系對能-水足跡的影響,本文用b表示；Yj表示經濟結構對能-水足跡的影響,本文用y表示；g表示經濟規(guī)模對能-水足跡的影響,本文采用GDP來表示經濟規(guī)模。因此,完全水足跡和完全能源足跡的變量為：

ΔTFwj=TFwj2-TFwj1,ΔTFej=TFej2-TFej1

(9)

ΔTFw/ΔTFe=Δt+Δb+Δy+Δg

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

式中,Δt為技術進步因素,Δb為部門間經濟聯(lián)系因素,Δy為經濟結構因素,Δg為經濟規(guī)模因素。

2 結果與討論

2.1 不同產業(yè)能-水足跡

能源和水資源是煤炭資源型地區(qū)的兩種重要和關鍵資源,根據公式(1)—(7)可計算出2002—2012年山西省各產業(yè)能-水足跡的演變情況(圖1)?？梢钥闯?能源和水資源在產業(yè)活動中關系密切,然而其能源足跡和水足跡在產業(yè)間存在不匹配的現(xiàn)象。

從能源足跡來看,2002—2012年山西省總的隱含能源足跡從27072.08萬噸標準煤增加到77785.98萬噸標準煤,增長了2.87倍,但是直接能源足跡占隱含能源足跡的比例呈現(xiàn)下降的趨勢,從2002年的33.83%下降到2012年的24.85%,表明研究期間山西省能源足跡的增加主要表現(xiàn)為各產業(yè)間接消耗能源的增加。其中,金屬冶煉和壓延加工品業(yè)是隱含能源足跡最大的產業(yè), 2012年該產業(yè)的隱含能源足跡占山西省隱含能源足跡的18.73%,但相比2002年,該占比下降了2.23個百分點,主要原因為產業(yè)技術水平的提升。其次為采礦業(yè),2002年該產業(yè)的隱含能源足跡占山西省隱含能源足跡的8.87%,且一直保持持續(xù)增長的勢頭,2012年該份額增加到15.00%,主要原因為采礦業(yè)為山西省傳統(tǒng)產業(yè),2002—2012年山西省采礦業(yè)發(fā)展迅速,產業(yè)經濟規(guī)模持續(xù)擴大,產業(yè)總產值占山西省總產值的比重由2002年的12.15%增加到21.66%。第三為服務業(yè),2012年服務業(yè)的隱含能源足跡占山西省隱含能源足跡的11.33%,但和2002年相比,該比重下降了8.11個百分點,表明全社會節(jié)能節(jié)水成效顯著,但是也要注意到隨著山西省產業(yè)結構的演變,服務業(yè)占三次產業(yè)比重不斷增加,山西省能源政策的制定應重點關注到服務業(yè)耗能增速加大經濟轉型,從而倒逼能源轉型。

圖1 2002—2012年山西省各產業(yè)能-水足跡演變Fig.1 Evolution of energy-water footprint of different industries in Shanxi Province from 2002 to 20121: 農業(yè);2: 采礦業(yè);3: 食品和煙草業(yè);4: 紡織品業(yè);5: 紡織服裝業(yè);6: 木材加工業(yè);7: 造紙印刷業(yè);8: 煉焦產品業(yè);9: 化學產品業(yè);10: 非金屬礦物制品業(yè);11: 金屬冶煉和壓延加工品業(yè);12: 金屬制品業(yè);13: 通用和專用設備制造業(yè);14: 交通運輸設備制造業(yè);15: 電氣機械和器材制造業(yè);16: 通信設備、計算機和其他電子設備制造業(yè);17: 儀器儀表制造業(yè);17: 儀器儀表制造業(yè);19: 廢品廢料業(yè);20: 電力、熱力和燃氣的生產和供應業(yè);21: 水的生產和供應業(yè);22: 建筑業(yè);23: 服務業(yè)

從水足跡來看,2002—2012年山西省總的虛擬水足跡從140.83億噸增加到2012年的171.73億噸,直接水足跡占虛擬水足跡占比由2002年的48.03%增加到50.51%,表明山西省水資源足跡的增加主要表現(xiàn)為各產業(yè)直接消耗水資源的增加。農業(yè)是水資源消耗最大的部門,2012年,農業(yè)虛擬水足跡占山西省虛擬水足跡的31.09%,而農業(yè)消耗的虛擬水中81.85%為農業(yè)灌溉直接消耗的水資源,相比2002年增加了8.71個百分點,表明山西省農業(yè)用水浪費嚴重,存在較大的節(jié)能潛力。其次為服務業(yè),虛擬水足跡占比15.03%,第三為采礦業(yè),虛擬水足跡占比8.53%,其中服務業(yè)和采礦業(yè)的直接水足跡占比分別為22.39%和20.20%,表明服務業(yè)和采礦業(yè)消耗的水資源主要為產品生產過程中的間接消耗。以上三個部門2002—2012年虛擬水足跡均呈現(xiàn)增加的趨勢,表明其用水效益較低。而食品和煙草業(yè)、紡織品業(yè)、木材加工業(yè)、造紙印刷業(yè)等輕工業(yè)部門的虛擬水足跡則呈現(xiàn)減少的趨勢,說明這些產業(yè)的用水效益較高。未來山西省在制定水資源調配政策時應綜合考慮各產業(yè)之間的直接和間接聯(lián)系,對水耗低、發(fā)展速度快的產業(yè)應加大水資源的供應和鼓勵,對農業(yè)、服務業(yè)和采礦業(yè)等用水量較高的產業(yè)應加強技術投入,提高產業(yè)的用水效益。值得注意的是,服務業(yè)和采礦業(yè)的能源足跡和水足跡均比較高,未來山西省既需提高服務業(yè)和采礦業(yè)的能源效率又需提高其水資源效率。

圖2 2002—2012年山西省各產業(yè)能-水足跡效率Fig.2 Energy-water footprint efficiency of different industries in Shanxi Province from 2002 to 2012

2.2 不同產業(yè)能-水足跡效率

2.2.1不同產業(yè)能-水足跡效率演變

總體看來,能源足跡和水足跡較大的產業(yè)其足跡效率都較低。農業(yè)和水的生產與供應業(yè)的能源足跡效率較高,水足跡效率偏低,主要原因為這兩個產業(yè)都是耗水大而耗能小的產業(yè)。服務業(yè)的能源足跡效率最高,2012年能源足跡效率比2002年增加了4.72倍,主要原因為全社會節(jié)能意識的增強,以及服務業(yè)產出的持續(xù)增加,因此,山西省在產業(yè)結構調整中應進一步鼓勵服務業(yè)的發(fā)展。2002—2012年,采礦業(yè)能源足跡效率提高不明顯,僅增加了2.28倍,表明山西省采礦業(yè)能源的粗獷利用仍然存在,大力改進采礦工藝,提高采礦業(yè)能源利用效率是山西省能源轉型亟需解決的問題。與能源足跡效率相比,采礦業(yè)水足跡效率大幅提高。2002—2012年,采礦業(yè)水足跡效率提高了6.92倍,煤礦節(jié)水工藝和設備的大力使用,尤其是井下生產用水節(jié)水工藝的大力普及,以及職工節(jié)水意識提高、生活污水和礦井涌水處理系統(tǒng)的運行等水循環(huán)系統(tǒng)的投入都是山西省采礦業(yè)水足跡效率提高的原因,此外,這也與山西省水資源日益短缺倒逼采礦業(yè)節(jié)水工藝的提升有關。但和其他產業(yè)相比,2012年采礦業(yè)的能-水足跡效率均屬于中等水平,提高能-水利用效率仍是制定采礦業(yè)產業(yè)政策關注的重點。電力、熱力和燃氣的生產和供應業(yè)的能-水足跡效率均低于采礦業(yè),但2012年能-水足跡效率分別比2002年增長了3.03和6.01倍。主要原因為山西省電源結構的改善,2002—2012年火電占比由98.5%下降到95.51%,行業(yè)用水大幅度減少,但由于該產業(yè)本身屬于高耗能和高耗水行業(yè),持續(xù)提高能-水利用效率是該行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵。建筑業(yè)的能-水足跡效率低于電力、熱力和燃氣的生產和供應業(yè),雖然建筑業(yè)直接消耗的能源和水都比較少,但是來自上游產業(yè)間接消耗的能源足跡和水足跡較大,間接能源足跡和間接水足跡占比分別為98.01%和86.83%,因此建筑業(yè)能源足跡效率和水足跡效率都偏低,未來制定建筑業(yè)產業(yè)政策應重點關注建筑業(yè)上下游產業(yè)間的聯(lián)系。此外,大多數(shù)制造業(yè)的能源足跡效率和水足跡效率均處于較低水平,主要原因為山西省制造業(yè)發(fā)展水平不高,耗能耗水的粗放式發(fā)展方式仍然存在。

2.2.2不同產業(yè)能-水足跡效率耦合關系

從以上分析可以看出,不同行業(yè)能源足跡效率和水足跡效率差異很大。采用不同產業(yè)能-水足跡效率的耦合關系來比較不同產業(yè)的耗能效率和耗水效率的匹配情況。根據能源足跡效率和水足跡效率大小,將水足跡效率分為高(Wh>0.05)、中(0.010.5)、中(0.1< Em<0.5)和低(El<0.1)三種。按照能-水足跡效率耦合關系,將山西省不同產業(yè)能-水足跡效率分為以下六種類型：WmEh(水能高效利用型)、WmEm(水能中等利用型)、WmEl(能源低效利用型)、WlEh(能源高效利用型)、WlEm(水低效利用型)、WlEl(水能低效利用型)。

圖3 2002—2012年山西省各產業(yè)能-水足跡效率耦合狀況Fig.3 Energy-water footprint efficiency coupling status of various industries in Shanxi Province from 2002 to 2012

總體來看,研究期間山西省各產業(yè)能-水效率耦合狀況趨于優(yōu)化,逐步由WlEm為主轉變?yōu)閃mEm為主。2002年,山西省2個產業(yè)屬于WlEl,分別是化學產品業(yè)、金屬冶煉和壓延加工品業(yè)。這些產業(yè)與發(fā)達地區(qū)相比,在山西省發(fā)展較為落后,產業(yè)的經濟產出較低,導致能-水足跡效率較低。農業(yè)、采礦業(yè)、食品和煙草業(yè)、紡織品業(yè)、木材加工業(yè)、造紙業(yè)、煉焦產品業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、金屬制品業(yè)、電力、熱力和燃氣的生產和供應業(yè)、水的生產和供應業(yè)、建筑業(yè)、服務業(yè)等19個產業(yè)屬于WlEm,表明該時期山西省處于耗水耗能的粗放式發(fā)展時期。只有通信設備制造業(yè)、計算機和其他電子設備制造業(yè)和其他制造業(yè)屬于WmEm。2007年,屬于WlEm的產業(yè)減少到4個,而屬于WmEm的產業(yè)增加到10個,包括紡織服裝業(yè)和木材加工業(yè),和2002年相比木材加工業(yè)的能源效率由中等變?yōu)榈退?原因是能源投入的增加。屬于WmEl的產業(yè)增加到3個,而服務業(yè)提高到WmEh,說明服務業(yè)發(fā)展較為迅速,產值增長較快。2012年,山西省各產業(yè)能-水足跡效率均大幅提高,只有紡織服裝業(yè)從2007年的WlEm下降到WlEl,應嚴格監(jiān)控該產業(yè)的用能用水情況,盡快提高產業(yè)技術水平,以提高其能-水足跡效率。屬于WmEm的產業(yè)增加到12個,表明山西省制造業(yè)水平有一定程度的提高,但和發(fā)達地區(qū)相比,仍然具有一定的差距。屬于WmEh的產業(yè)除了服務業(yè)外,還增加了采礦業(yè)和廢品廢料業(yè),主要原因為隨著節(jié)能環(huán)保產業(yè)的發(fā)展,廢品廢料業(yè)產出增加顯著提高,山西省能源結構逐步改善,能源利用效率明顯提高,與2007年相比,噸原煤生產綜合能耗下降11.27%。

2.3 不同產業(yè)能-水足跡效率影響因素

根據結構分解分析結果可以看出(圖4),2002—2012年,各個產業(yè)的技術進步因素(Δt)持續(xù)呈現(xiàn)負值,表明各產業(yè)技術水平的提高是導致能-水足跡效率提高的主要動力；而各個產業(yè)的經濟規(guī)模因素(Δg)持續(xù)為正值,表明經濟規(guī)模的持續(xù)擴大是山西省各產業(yè)能-水足跡上升的主要原因。從各個因素的貢獻值來看,2002—2012年,經濟規(guī)模對能源效率的貢獻值由1370.35%下降到645.24%,而經濟結構的貢獻值由0.54%變化為-264.49%,表明經濟結構的改變對能源效率的提高起到積極作用,能源足跡效率影響因素由經濟規(guī)模為主向經濟規(guī)模和經濟結構影響共同作用轉變。經濟規(guī)模對水足跡效率的貢獻值由382.24% 增加到525.79%,部門間的聯(lián)系對水足跡效率的貢獻值由-43.49%變化為-242.72%,經濟結構對水足跡效率的貢獻值由42.04%變化為-195.20%,表明水足跡效率的影響因素則由部門間的經濟聯(lián)系為主向經濟規(guī)模、部門間經濟聯(lián)系和經濟結構共同作用轉變。

圖4 2002—2012年山西省各產業(yè)能源足跡效率影響因素貢獻值Fig.4 The contribution value of the factors influencing the energy footprint efficiency of different industries in Shanxi Province from 2002 to 2012

具體來看,首先,部門間的經濟聯(lián)系對產業(yè)能-水足跡效率的影響逐漸增加。2002—2012年,23個產業(yè)中有一半的產業(yè)影響能源和水足跡效率的經濟聯(lián)系貢獻值大于50%。尤其是對水足跡效率的影響較大,2007—2012年,紡織服裝業(yè)、木材加工業(yè)、儀器儀表制造業(yè)和其他制造業(yè)的部門間經濟聯(lián)系貢獻值均在90%以上。表明該產業(yè)水足跡效率的提高需要更多考慮到上下游產業(yè)間的聯(lián)系。其次,經濟規(guī)模因素已不再是影響能-水足跡效率的主要因素。2002—2007年,分別有12個和4個產業(yè)其經濟規(guī)模因素對能源足跡效率和水足跡效率的貢獻值大于50%,而2007—2012年,分別僅僅有6個和5個產業(yè)影響能源足跡效率和水足跡效率的經濟規(guī)模貢獻值大于50%,且累計貢獻率也呈現(xiàn)降低趨勢。第三,地區(qū)經濟結構也對產業(yè)能-水足跡效率有一定的影響。2002—2012年,經濟結構因素對產業(yè)能源足跡效率的影響高于水足跡效率,主要原因為能源足跡受經濟結構的影響較為顯著。研究期間,山西省產業(yè)結構由“二、一、三”逐漸演變?yōu)椤岸?、三、一”的格?第二產業(yè)趨于穩(wěn)定,第三產業(yè)發(fā)展較快,第三產業(yè)能源投入較少,能源足跡效率較高。最后,產業(yè)的技術進步水平也會直接影響能-水足跡效率。尤其是水的生產與供應業(yè)、農業(yè)、造紙印刷業(yè)等用水量較大的部門,技術進步對產業(yè)水足跡效率的影響尤為明顯,因此針對這些部門,盡快提高產業(yè)技術水平是提高水足跡效率的重要手段。

圖5 2002—2012年山西省各產業(yè)水足跡效率影響因素貢獻值Fig.5 The contribution value of the factors influencing the water footprint efficiency of different industries in Shanxi Province from 2002 to 2012

3 結論和建議

本文從區(qū)域不同產業(yè)能-水耦合視角,采用投入產出分析對2002—2012年不同產業(yè)的能-水足跡效率進行評價,并采用結構分解模型分析能-水耦合的影響因素,主要結論有：(1)2002—2012年,山西省各產業(yè)能-水足跡都呈上升趨勢,能源足跡的增加主要表現(xiàn)為各產業(yè)間接消耗能源的增加,而水足跡的增加主要表現(xiàn)為各產業(yè)直接消耗水資源的增加。不同產業(yè)能-水足跡差異明顯,能源足跡較大的產業(yè)依次為金屬冶煉和壓延加工品業(yè)、采礦業(yè)和服務業(yè)；而水足跡較大的產業(yè)依次為農業(yè)、服務業(yè)和采礦業(yè)。(2)不同行業(yè)能-水足跡效率差異很大,能源足跡和水足跡較大的產業(yè)其足跡效率都較低。盡管研究期間各產業(yè)能-水足跡效率呈現(xiàn)上升趨勢,但大部分產業(yè)能-水足跡效率仍處于較低水平。服務業(yè)的能-水足跡效率較高,其次為采礦業(yè)和煉焦產品業(yè),大多數(shù)制造業(yè)的能-水足跡效率均處于較低水平。(3)從各產業(yè)能源足跡效率和水足跡效率的耦合情況來看,各產業(yè)能-水足跡效率耦合狀況趨于優(yōu)化,逐步由WlEm為主轉變?yōu)閃mEm為主。(4)從能-水足跡效率影響因素來看,各產業(yè)技術水平的提高是導致能-水足跡效率提高的主要動力,經濟規(guī)模的持續(xù)擴大是各產業(yè)能-水足跡上升的主要原因。部門間的聯(lián)系和地區(qū)經濟結構對能-水足跡效率的影響逐步增加。

根據上文的研究,對優(yōu)化山西省不同產業(yè)能-水足跡效率耦合提出如下建議：(1)山西省各個產業(yè)能源足跡效率和水足跡效率均處于較低水平,增強節(jié)能節(jié)水意識,提高各個產業(yè)的技術水平以提高能源足跡效率和水足跡效率是山西省產業(yè)政策關注的重點。通過影響能-水足跡效率的因素分析可以看出,各部門之間的聯(lián)系對水足跡效率的影響呈現(xiàn)明顯的積極作用,意味著在在水資源政策的制定中要綜合考慮各產業(yè)之間的經濟聯(lián)系,注重產業(yè)鏈建設,產業(yè)之間形成用自來水、中水、污水多級利用的產業(yè)鏈；地區(qū)經濟結構對能源足跡效率的影響較大,因此,在能源政策的制定中要重點考慮地區(qū)經濟結構的調整,如大力發(fā)展低耗能產業(yè),區(qū)域內產業(yè)之間的能源進行多級循環(huán)利用,形成循環(huán)經濟產業(yè)園區(qū)等。(2)分行業(yè)來看,農業(yè)水足跡最大,水足跡效率最低,可鼓勵農戶由分散的個體種植轉變?yōu)橐?guī)模化種植,鼓勵農戶種植耐旱、高產的作物,開發(fā)節(jié)水灌溉方式,以提高農業(yè)用水效率；采礦業(yè)水足跡效率高于能源足跡效率,應加快清潔能源的開發(fā),繼續(xù)優(yōu)化能源結構,加快提高能源利用效率；大多數(shù)制造業(yè)的能源足跡效率和水足跡效率均比較低,加快推動制造業(yè)高質量發(fā)展,提高制造業(yè)經濟效益是提高能-水足跡效率的關鍵；服務業(yè)的能源足跡和水足跡都比較高,且呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢,應加強服務業(yè)內部產業(yè)結構的調整,大力發(fā)展耗水和耗能低、效益高的產業(yè),政府給予優(yōu)先發(fā)展的支持,對餐飲業(yè)等耗水耗能高的產業(yè)則應該通過調整水價、加強水資源監(jiān)督、擴大節(jié)能節(jié)水宣傳力度等方式提高水足跡效率。(3)需要注意不同產業(yè)的能-水足跡協(xié)同問題。在制定能源和水資源政策時,應充分考慮能源和水資源的關聯(lián)關系,在促進經濟發(fā)展的同時,充分考慮地區(qū)的資源承載力,要以水定產。因此,在當前山西省能源-水資源矛盾突出的情況下,考慮到不同產業(yè)能-水足跡效率差異明顯的特點,一方面要通過產業(yè)結構調整,逐步淘汰能-水足跡效率差的產業(yè),另一方面要通過技術創(chuàng)新提高產業(yè)能-水足跡效率。這一思路對其它資源型地區(qū)能-水協(xié)同治理同樣具有指導意義。

本文仍有一定的局限性。首先,關于研究期的問題,由于文章采用投入產出分析,主要數(shù)據來源為投入產出表,山西省最新的投入產出表截止到2012年,由于最新數(shù)據的缺失,導致研究結果并不能精確評價山西省產業(yè)能-水足跡的現(xiàn)狀,但通過本研究得到產業(yè)能-水足跡演變的過程和趨勢,對山西省產業(yè)政策的制定仍有一定的意義。其次,本文以山西省為例進行研究,研究范圍具有一定的局限性,未來可進一步研究中國所有煤炭資源型地區(qū)的能-水足跡問題,并對其時空特征進行分析。第三,不同產業(yè)的能-水足跡是通過能源、水資源在不同產業(yè)之間的流通過程實現(xiàn)的,如何提高能-水足跡效率需要進一步評價不同產業(yè)之間的能-水關聯(lián)程度,以制定有效的不同產業(yè)能-水協(xié)同利用政策。如何深入挖掘不同產業(yè)能-水足跡耦合的關系和動力機制,是進一步研究的方向。