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水资源适应对策影响分析与模拟

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摘要水资源适应性管理理论和气候变化对策研究都将脆弱性分析作为对策研究的一部分，并认为适应对策应该具有改善系统脆弱性的能力；然而目前的水资源对策研究中主要关注适应对策实施的经济、环境等影响，而关于适应对策实施导致的区域系统脆弱性变化的分析较为缺乏。本文认为在研究水资源适应对策时，应该综合考虑对策实施引发的经济、社会等具体影响和区域脆弱性的变化，将适应对策改善系统脆弱性的能力纳入对策分析和评价的标准之中。因此，本文首先定性分析了水资源适应对策如何对区域系统脆弱性产生影响，然后构建了对策影响模拟模型，用于估测适应对策的具体影响和对区域系统脆弱性的改善能力；通过综合分析考虑水资源适应对策的影响，可为提供水资源适应性管理提供参考依据。设计三类水资源适应对策，用江西省为实例进行模拟分析，结果显示每项适应对策的影响都具有多样性和传导性；提高水资源要素价格、减少用水补贴和推动技术进步均能提高用水效率、控制经济社会发展用水总量，从而通过减少水资源能开发利用对自然系统的压力、提高人类经济社会的适应能力，综合缓解系统脆弱性。但不同对策具体影响有差异，各有不足之处，且由于区域系统和水资源问题的复杂性，不太可能在短期内靠单一对策迅速改善区域系统状态。因此，应该长期实施“节流”的水资源适应对策，重点提高农业用水效率，综合使用经济手段和技术手段促进用水效率提高和水资源优化配置，控制用水需求增长；同时保持经济稳定增长，通过提高人类适应能力，逐渐改善区域系统脆弱性，实现可持发展。

关键词水资源适应对策；影响模拟；水资源CGE模型；脆弱性评价；江西省

中图分类号C93-0；F062.1文献标识码A文章编号1002-2104（2014）03-0145-09doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.03.021

中国是一个水资源供需矛盾突出的发展中国家，气候变化下水资源不确定性将进一步增强区域“自然—经济—社会”复合系统面临的风险[1-6]。在此背景下，实行水资源适应性管理，采取各种适应对策增强社会经济系统应对变化的适应能力是缓解区域系统脆弱性、促进我国区域可持续发展的重要途径[4-5]。水资源适应性管理注重制度创新和需水管理，通过各种适应对策规范、激励、引导经济主体采用节水的生产生活方式；虽然单个的适应对策的具体目标可能不尽相同，但所有的适应对策都以改善系统脆弱性、实现可持续发展战略为长期目标[1-3，6-8]。换而言之，水资源适应对策是否有效，是否实现了适应性管理，不仅要看直接目标是否达到，还要综合其间接影响，判断对策措施是否能够有助于改善系统的脆弱性程度。

目前，已有的适应对策研究或多或少多都采用了多标准分析，从早期关注目标实现程度、经济成本及效益，逐渐扩展到分析对策实施的公平、收入等社会影响；分析方法包括传统实地调研、统计等方法和宏观经济模型、环境模型模拟等方法[6-9]。并且将适应措施与脆弱性紧密联系在一起[8]，期望通过分析区域系统脆弱性，选择适合的适应对策应对变化，促进区域持续健康发展。但适应对策研究中的脆弱性分析主要使用于分析适应对策需求，IPCC的“情景驱动”[10]研究方法中的脆弱性分析研究未来气候变化可能对系统脆弱性的影响，UNDPGEF的“地区发展驱动”[11]研究方法中的脆弱性分析主要从社会科学角度研究区域系统当前的脆弱性。虽然公认适应对策应该具有改善系统脆弱性的能力，对如何评价区域脆弱性也有大量研究，实际上对策研究中仍然以分析适应对策的具体经济影响为主，却较少见到关于适应对策实施可能引发的系统脆弱性变化的模拟和实证分析。

文本认为既然适应对策的长期目标是改善区域系统脆弱性，促进可持续发展，就应该将脆弱性分析作为适应性管理研究的重要内容之一。不仅应该通过分析系统脆弱性现状寻找可能适应对策；还应该在估计对策的具体经济和社会等影响基础上，分析水资源适应对策实施对系统脆弱性的影响，才能为水资源适应性管理提供更充分的参考。因此，本文首先定性分析了水资源适应对策可能的具体影响，及其如何通过传导使系统脆弱性状态产生变化；在此基础上，利用影响模拟模型和脆弱性评价，模拟分析适应对策的综合影响；并以江西省为例，构建模型、设计三类不同水资源适应对策，仿真说明其具体影响和对区域系统脆弱性的影响，为水资源管理提供参考依据。

李昌彦等：水资源适应对策影响分析与模拟中国人口·资源与环境2014年第3期1水资源适应对策影响及传导

水资源适应对策主要指用水主体在追求自身利益基础上，采取的主动适应或被动适应所处的区域系统中用水条件（水资源条件、经济社会相关制度政策、用水成本等）变化的各种对策措施，这些措施主要通过调整人类经济社会结构、协调用水观念和行为，实现水资源可持续利用。各种适应对策本质上可以概括为两类，即改变主体的用水方式（用水量、排污量、用水效率、用途等）和促进用水环保意识提高。

由于区域系统是一个由自然子系统、经济子系统和社会子系统构成的复合系统，水资源适应对策的实施首先会引起其目标子系统（经济子系统或社会子系统）的内部要素的发生连锁变化，产生经济影响和社会影响（见图1）。主要体现在适应对策调整经济生产中用水方式会导致部门产出、物价、产业结构、区域平均用水效率、产业用水结构等变化；宣传教育、经济激励等手段的长期实施会促使用水主体正式水资源与水环境的价值，形成环保的用水观念和用水习惯；用水方式和产出变化决定了区域发展消耗的水资源总量、排污量和水资源开发的趋势。然后，由于子系统间存在相互支撑、制约的关系，水资源适应对策导致的每一个子系统的变化会对其他子系统产生影响，突出反映在控制经济和社会发展用水总量和排污总量能够缓解自然系统受到的人类活动干扰和压力，有利于环境修复和生态平衡；同时相对减少环境治理成本，创造更健康的人居环境、有利于区域居民的身心健康发展和社会安定；自然系统承载力增强后能够支撑更大规模经济社会活动。

通过上述分析可以看出，适应对策的影响具有多样性和传导性，可能涉及经济、社会、生态环境各个方面。借助图1水资源适应对策的各类影响区域系统各子系统及其要素间的相互联系，水资源适应对策的作用从经济社会子系统会传导到整个区域系统。

区域系统的脆弱性指该系统易受影响或不能应对变化的负面作用的程度[1-3]，是一个用于概括衡量系统状态的好坏程度的综合指标。水资源适应对策作用使区域经济、社会、自然系统发生变化，必然会改变区域系统的脆弱性程度。一般来说，脆弱性可理解为气候等因素的变率特征、幅度、变化速率（胁迫性）及系统敏感性和适应能力的函数[5]。水资源适应对策影响的多样性和传导性使其能够通过改变系统脆弱性的三维度要素，而综合影响区域系统的脆弱性程度（见图2）。

其一，通过各种制度、措施提高水资源利用效率和调度调控能力，在保持适度生产和生活水平基础上，降低对经济社会水资源的依赖程度，提高人类对水资源条件和水生态环境变化的适应能力。其二，控制经济社会发展用水和排污需求增长，缓解人类活动对自然生态系统的压力，减少系统胁迫性。其三，调整经济社会系统结构，协调经济社会发展与自然生态系统（尤其是水资源）承载能力相适应，直接改善经济社会系统敏感性、间接影响自然系统敏感性。总之，水资源适应对策的作用通过经济系统和社会系统传导至自然系统，使系统的敏感性、面临的胁迫性，人类的适应能力发生变化，最终对系统的脆弱性状态产生影响。

然而，水资源适应对策既能产生有利于可持续发展的正面影响（各种直接效益和溢出效益），也可能产生相应的负面影响。因此，同一项对策的经济、社会、生态影响中有的可能增加（减少）区域系统的某些风险压力，有的可能增强（削弱）人类的某项适应能力。如控制生产用水和排污能够减少环境因素压力，但同时可能导致经济发展的机会损失、用水主体的利益损失，从而削弱了主体抵御风险、适应变化的经济能力。由于，适应对策对区域系统脆弱性的综合影响具有复杂性，水资源适应对策研究必须系统分析各项具体对策的经济和社会成本、效益及其他的协同效应[8]，在理解区域系统可能发生的变化基础上，通过综合分析，采用定性与定量相结合的方法判断适应对策缓解区域系统脆弱性的能力。

2研究方法2.1模型构建

构建水资源CGE模型模拟水资源适应对策情景下区域经济、社会等变化，评估基础期脆弱性和水资源适应对策模拟情景下的脆弱性，并通过“有无对比”从经济、社会和脆弱性等指标变化分析适应对策的综合影响。

2.1.1水资源适应对策影响模拟模型

可计算一般均衡模型（CGE）认为经济主体具有自发适应能力，并将宏观经济系统看作一个整体，采用数学方法描述经济系统的内部运行过程[12]，通过情景设计可以模拟由于系统内主体行为或政策变量变化的影响，因此被引入环境政策评估，同样可以用于水资源适应对策影响模拟。

分析我国水资源管理现实情况，可以发现事实上水资源在国民经济中同时以生产要素、中间投入品和最终商品3种形式存在的真实状态。各行业从河道、湖泊、地下水等水体自取且投入生产的水资源为生产要素；其中水生产供应业用水资源要素生产出的自来水是水商品；水商品中又有相当一部分供应给其他行业用于进行生产经营活动，属于中间投入品。同时，我国的水资源费和水价远远低于水资源实际经济价值，相当于存在大幅度的政府对于生产用水的潜在补贴。目前我国研究水问题的CGE模型[13-16]中，一类是不改变模型结构只将水作为外生约束条件；另一类将水资源加入基本模型，其中多数是单独将水作为水资源要素或者水生产与供应业的商品计量，没有很好地反映水资源在生产中的3种形态和价值差异。仅以产业用水价格计量水生产与供应业生产的水商品的价值时，则忽视了自取自用的水资源要素的经济价值；而单独以产业用水价格或水资源税计量水资源要素报酬，则缺乏对水资源要素实际经济价值和潜在用水补贴的衡量，没有体现我国水资源报酬征收的实际情况。因此，本文认为应该将标准CGE模型改为一个同时包含水资源要素和水生产供应业，并计量水资源要素报酬和用水补贴的水资源CGE模型。

本文构建的是一个开放型水资源CGE模型（见图3）。由于资料限制，模型设定四个生产部门，即农业、工业、第三产业和水生产与水供应业，并假设生活用水均由水生产供应业提供。模型包含劳动、资本和水资源三种生产要素；水资源要素价格应该反映水资源要素经济价值，故按照影子价格计量。水资源要素与劳动、资本要素一起通过一个2层CES生产函数合成要素束，同中间投入品、税费等其他成本一同通过leontif生产函数合成最终总产出。所有商品可以分为水商品和非水商品，水商品价格是水生产与供应业的最终产品的市场价格。本地生产的水商品可作为最终商品提供给政府、居民使用或出口，也可以销售给生产者作为中间投入品再次投入生产。经济主体包括政府、企业（部门）、居民，其中居民分为城镇居民和农村居民；所有经济主体都是理性“经济人”，具有适应能力，会根据环境变化选择最有利的用水策略，并进行消费、投资、储蓄等活动。

考虑中国存在劳动力不充分就业，经济带有明显投资驱动特点，政府允许财政盈余和赤字等情况；本文中劳动市场出清采用更加符合实际的凯恩斯闭合方式，劳动要素的供给由实际需求决定；总投资外生决定，资本实际供应量充分就业；水资源要素价格外生，需求量内生决定。

2.1.2区域系统脆弱性评估模型

分析区域系统脆弱性状态及其变化的原因，需要结合定性和定量分析方法构建系统脆弱性评价模型。目前脆弱性指标评价研究工作方法和手段因研究对象和关注内容不同有较大差异，并未讨论出明确、同样的方法。

参考IPCC及其它相关脆弱性研究，本文认为对于一个区域复合系统，评价区域脆弱性时应该兼顾自然生态子系统和经济社会子系统的特征现状；根据脆弱性定义与内涵，可以胁迫性、敏感性和适应能力（适应性）维度定性分析、选择指标构建指标体系。胁迫性指标应该包括自然系统本身变化和人类资源开发、经济发展活动等会对区域系统现状产生冲击的等因素。敏感性指标应描绘区域复合系统对气候均值、极端气象事件等自然因素和人类活动变化的敏感程度，包括自然系统敏感性和经济社会系统敏感性。适应性指标衡量的主要是人类社会应对变化环境的管理响应能力、经济响应能力、社会响应能力和生态治理能力等。

考虑到脆弱性是一个相对指标，本文采用熵值法和集对分析法构建系统脆弱性评估模型，具体的指标体系和计算方法参见作者另一文献[17]。

参考对策影响模拟出的不同情景下的经济社会系统指标数据，估测模拟情景下区域系统脆弱性；并将其与基准情景的原始脆弱性对比，可以分析水资源适应对策实施对区域系统脆弱性的影响。2.2.2对策模拟情景假设

水资源适应性管理认为选择能够长期激励和约束用水行为的制度性和技术性适应手段，运用水价政策或通过节水技术等，从需求侧管理调整用水利益主体的行为[5]，是缓解水资源短缺状况较好办法。根据相关研究，未来如果不采取节水措施，未来江西省将面临水资源需求剧增、超过国家水量分配定额的情况[25]。

（1）对策影响具有多样性和传导性。本文模拟的三类水资源适应对策的直接作用对象均是经济系统，但根据前文的理论分析和模拟结果显示，三类对策不但能影响用水主体的用水决策，还能通过经济机制使各部门产品市场价格、商品产出、经济主体收入与消费等都发生连锁变化；并且由于经济发展和产业结构变化，区域劳动就业、生产总用水量、居民群体福利（用等价性变化量EV衡量居民福利变化）等也受到影响。同时用水总量和用水效率等变化意味着生态环境面临的资源消耗和排污压力将有所改变。

（2）三类对策均能实现节水，同类对策实施力度越大效果越明显。通过分析模拟结果可以发现，虽然不同类型对策对经济产出、主体收入、就业等的影响方向（正面影响或负面影响）、程度有较大差异；总体上，三类对策均能实现提高用水效率（单位GDP用水量下降）、控制用水总量的目标（经济生产和社会生活用水总量减少）。同时，两两对比同类型对策情景结果，如情景1和情景4、情景2和情景5、情景3和情景6，可以发现对策情景中控制变量调整幅度越大，计算出的其他指标变动幅度越大；说明加强水资源适应对策的实施力度，更有利与达到控制用水总量、提高用水效率的目标。这也意味着长期以来低水资源要素价格、高生产用水补贴和落后的用水技术等确实影响了江西省水资源利用效率提高。

（3）不同适应对策具体影响有差异，各有优劣势。部门产出、企业收入、居民收入、就业等指标变动均显示，价格和补贴调整对策对经济发展和社会福利有负面影响，达成同一节水效果时（情景1和情景2、情景4和情景5），补贴减少对策的负面影响更大。而技术进步不但能提高用水效率，还由于降低相对用水成本，具有刺激经济发展、增加经济主体收入等效果。

图4和图5显示，技术进步虽然扩大了经济生产规模、推动了除农业外所有产业的水资源使用量；但由于江西省农业用水效率较低，农业用水效率提高可以节约大量水资源，可以满足其他产业的用水需求，因此还是减少了经济生产总用水量。这说明江西省农业节水空间巨大，也许当农业节水空间充分利用后，技术进步推动生产规模和用水总量增长的“回弹”效应会显现出来；但是目前看来，技术进步对策可以实现控制用水总量目标边，且基本没有负面影响。然而，需要较大力度的投入技术进步对策才能达到和其他对策相同的水量控制效果，但实际上短期内不太可能实现大幅的技术水平提高，因此技术进步对策需要长期推广、实行，不如调整水资源要素价格价和补贴对策简单、见效快。

（4）提高水资源要素价格和减少生产用水补贴对策实施会产生间接成本。模拟结果显示这两类对策使得部门总产出、GDP减少、物价上升，其中用水量最大、效率最低的农业和以水资源为最主要生产要素的水生产与供应业受到的负面影响最严重。这是因为，在生产条件没有改善的基础上、两类对策提高了生产者的用水成本，生产者会通过减少产量、提高价格、调整产品结构等方式降低成本上涨的不利影响，最终导致用水总量和经济生产规模的缩小。同时，由于牺牲了经济发展机会，企业和居民的收入减少，只计算省内获得的收入时，农村居民比城镇居民更容易遭受损害。由于农村居民收入相当一部分来自在外地的转移支付，2007年约达17%，表2中水资源适应对策对于农村居民总收入和福利的影响小于其对城镇居民总收入和福利的影响，但如果只计算省内获得的收入，农村居民收入和福利受的负面影响更大。这两类对策都增加了政府实际收到的水资源要素报酬，因此政府收入有所提高。目前江西省的经济社会发展情况下，技术进步是一个既能实现用水总量控制又能促进经济发展的双赢的水资源适应对策。

3.2水资源适应对策情景下区域系统脆弱性变化分析

通过模拟证实了水资源适应对策可能同时产生正面和负面的经济、社会等影响，由此说明在模拟分析对策具体影响后，存在进一步定量模拟对策实施后区域系统脆弱性的综合变化的必要性。本文在基准期07年（情景0）基础上、其他条件不变时，模拟不同对策情景1-6的区域系统脆弱性变化如图6。图中，纵坐标值为脆弱性距离理论最优集的贴近度r，取值越大越好，模拟结果表明：

（1）所有模拟对策情景下的区域系统脆弱性比基准情景下脆弱性稍小，说明总体上本文所模拟的水资源适应对策具有改善系统脆弱性的能力。基于条件限制，本文对策情景模拟的是在基准情景基础上区域系统的对于价格和技术对策的短期调整，并未描速系统长期动态发展；因此各模拟情景中的区域自然生态状态和社会经济结构并未发生重大变化，区域系统的敏感性没有受到对策实施影响。因此，本文模拟的对策主要是通过减少区域系统的胁迫性和增强适应能力两种途径对系统脆弱性影响。

（2）三类对策都能够通过减少用水、排污，缓解经济社会发展对自然系统的胁迫性。然而，由于对策具体影响差异，三类对策影响下适应性变化有细微的差别。水资源要素价格对策和用水补贴对策对经济发展的负面影响相对降低了适应能力中的经济响应能力，但同时资源利用效率、政府财政能力等因素的改善和收入易受水资源变化影响的农业就业人口比例降低对适应能力提高具有正面影响；综合作用下，总体上这两类对策还是对区域人类适应能力的提高具有积极作用。相比之下，技术进步对策则基本没有负面影响，更能提高适应能力。

（3）当达到同样的用水总量控制效果时，由于不同对策对胁迫性和敏感性的影响基本没有区别，而技术进步能同时实现经济社会持续发展和控制用水总量，更有效提高人类社会应对风险的经济和社会保障能力；（4）正如前文分析同类对策实施力度越强，节水效果和对系统各方面的影响也越强，因此水资源适应对策实施力度越大，越能够提高适应能力、减少胁迫性，对系统脆弱性的缓解和改善作用越强，如情景1和情景4。技术进步会增加出农业外其他部门发展的水资源消耗压力，因此纯粹的用水技术进步而其他条件不变时，需要大幅度的用水效率提高才能达到和其他对策近似的改善系统脆弱性的效果。这意味着由于客观条件的限制，实现同样节水或改善系统状态的目标时，技术进步对策实行起来比其两类对策要费时、费力，可能需要投入更多的直接成本。

（5）由于达到同样用水控制效果时，提高水资源要素价格对经济、社会发展的不利影响小于减少用水补贴的不利影响，但两者对区域系统的脆弱性综合改善能力没有明显区别，因此，相对减少用水补贴对策而言江西省更适合采用调整水资源要素价格对策。

本文主要是提供一种通过定性和定量相结合、模拟分析水资源适应对策影响，及其改善系统脆弱性能力的方法。本文中模拟情景下脆弱性绝对值变动较小，主要是因为：系统脆弱性评价指标中只有一部分受到本文设计的对策的影响；短期模拟中对策基本只对胁迫性和适应性有影响，且对策对脆弱性的具体影响存在相互抵消的作用；研究模拟的对策节水效果为1%～3%左右，总体幅度不大。然而，通过对比分析还是看出水资源适应对策能够改善区域脆弱性，不同对策作用的途径、效果有差异。虽然模拟的短期内脆弱性的改善并不明显，但这也说明水资源问题解决和区域可持续发展是一项长期艰巨任务，需要坚持不懈的努力。

4结论及建议

鉴于全球变化和系统的复杂性，变化环境下水资源适应性管理应该考虑适应对策的具体影响和改善脆弱性的能力。本文认为由于对策具体影响有多样性和传导性，需要定量研究，才能比较水资源适应对策对系统脆弱性的改善能力。因此，通过定性分析了水资源适应对策对区域系统脆弱性产生影响的机理，并构建了定量模拟分析适应对策影响的模型。并以江西省为例，设计了三类水资源适应对策进行仿真研究。主要结论与建议如下：

（1）模拟证明水资源适应对策影响具有多样性和传导性；由于同一对策既有有利于提高适应能力的正面影响也有削弱适应能力的负面影响，因此有必要在模拟对策具体影响基础上，评估对系统脆弱性的综合影响，才能判断对策措施是否真正有利于改善系统脆弱性，进行更科学的适应对策研究。

（2）模拟显示提高水资源要素价格、减少用水补贴和技术进步均能提高用水效率、控制用水总量、缓解系统脆弱性。同类对策实施力度越大，效果越明显；不同类对策实现同一节水目标时，技术进步能促进经济发展、更好改善系统脆弱性，其他两类对策限制经济发展，改善系统脆弱性能力稍差。

（3）不同适应对策影响有差异，各有优劣势，可以根据管理需要组合选择适合的水资源适应对策；建设节水型社会不可能一蹴而就，需要长期坚持实施水资源适应对策，促进生产节水和水资源优化配置。总体看来短期内，提高水资源要素价格和减少用水补贴牺牲较小的经济利益，能缓解水资源消耗压力、改善系统脆弱性，较小的调整能产生明显的效果；而长期实施技术进步对策持续促进经济发展和用水效率提高，是实现可持续发展的最优策略。综合考虑对策影响基础上，江西省应该采取经济手段尤其是调整水资源要素价格，激励生产节水，同时坚持推广节水技术、普及环保意识；通过长期实施适应对策遏制低效用水行为，才能有效改善区域系统的脆弱性状态，实现经济、社会和生态可持续发展。

（4）由于农业是江西省的传统产业，农业用水量大、效率低、生产用水补贴高，农村人口众多；农业有较大节水空间，农业生产和在省内工作的农村居民收益对水资源适应对策变化较为敏感。实施以节水为目的水资源适应对策应将重点放在农业节水上，同时要考虑农村居民尤其是农业就业人员的经济能力，在提高生产用水成本时给予采用节水生产方式的农户技术、资金、政策等方面的资助可能会更有效激励农业节水。

（编辑：王爱萍）

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Key wordsadaptive water strategy； impact simulation； water resources CGE model； vulnerability evaluation； Jiangxi Province

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