京津水资源承载力研究-基于水足迹视角

京津水资源承载力研究基于水足迹视角

一水资源承载力的概念内涵与测算方法（一）水资源承载力的概念内涵水资源承载力是一个具有自然—社会双重属性的概念，既反映了水资源系统满足社会经济系统需求的能力，也与社会经济系统开发自然水资源系统的程度密切相关。承载力的概念最初来自土地承载力。水资源承载力是继土地承载力后在资源环境承载力方面最受学术界关注的问题之一，近年来已成为水资源科学领域一个研究重点和热点。关于水资源承载力的概念界定，目前学术界尚未达成共识，不同的学者提出了不同的见解。施雅风等（1992）认为，“水资源承载能力是指某一地区的水资源，在一定社会历史和科学技术发展阶段，在不破坏社会和生态系统时，最大可承载（容纳）的农业、工业、城市规模和人口的能力，是一个随着社会、经济、科学技术发展而变化的综合目标。”程国栋等（2002）则把水资源承载力定义为“某一区域在具体的历史发展阶段下，考虑可预见的技术、文化、体制和个人价值选择的影响，在采用合适的管理技术条件下，水资源对生态经济系统良性发展的支持能力”。封志明等（2006）认为水资源承载力是“一定时期、一定经济技术条件和生活水平下，一个区域的水资源所能持续支持的最大人口数量或社会经济发展规模”。段春青等（2010）则认为水资源承载力为“某个区域在一定经济社会和技术发展水平条件下，以生态、环境健康发展和社会经济可持续协调发展为前提的区域水资源系统能够支撑社会经济可持续发展的合理规模。”尽管不同的学者对于水资源承载力的概念表述有所不同，但上述学者均认为水资源承载力强调水资源对经济社会发展的支撑能力，其核心内涵是水资源所能承载或支撑的人口数量或经济社会发展的最大规模或合理规模。参考上述对水资源承载力概念的已有认识，本文对水资源承载力的概念做出以下界定：第一，水资源承载力强调水资源对社会经济发展的支撑能力，与可持续发展相辅相成。第二，水资源承载力是客观存在的，在某一特定的历史阶段具有极限性，综合反映了水资源对经济社会发展的综合承载能力，是一个度量区域经济社会发展受水资源制约的阈值范围。水资源承载力最终体现为某一特定历史阶段下水资源所能支撑的“区域经济或人口数量的极限规模”。第三，水资源承载力具有动态性。随时间推移和条件变化，技术进步和生产力水平不断提高，一方面使得人类开发利用水资源的能力增强，例如跨流域调水工程和海水淡化技术，可利用水资源可能会越来越多；另一方面使得水资源利用效率提高，可以增加单位水资源的承载能力。因此水资源承载力是动态变化的。第四，水资源承载力具有开放性。区域是一个开放系统，影响区域水资源承载力的因素包括内部因素和外部因素：内部因素有当地水资源数量及开发利用程度、经济系统规模和结构、技术进步与生产力水平、消费水平与结构等；外部因素有区际分工与产品贸易结构等。基于上述对水资源承载力概念内涵的界定，区域水资源承载力作为度量区域社会经济发展受水资源制约的阈值，强调水资源对于特定的经济和技术水平下人口规模的支撑功能。人口和相应的社会体系是区域水资源的承载对象，水资源承载力的大小是通过既定的社会经济发展和人民生活水平下的人口规模来体现的。因此，本文认为，衡量水资源承载力的指标应该是水资源的承载对象—人口规模。（二）水资源承载力的计算方法1.以人均水足迹衡量水资源人均需求量由于一个区域的水资源量在一段时期内是相对稳定的，因此计算一个区域的水资源量所能承载的人口规模的关键是确定水资源的人均需求量。一个区域的水资源消费实际上由两部分构成：一部分是来源于当地水资源和跨区域调水的“看得见”的水资源；另一部分是隐含在区域间商品与服务贸易中的“看不见”的虚拟水流动。水足迹是指从满足人的需求的角度出发，生产满足一个国家、地区或个人在一定时间内消费的所有商品和服务所需要的水资源量。一个区域的水足迹实际上刻画了在一定的经济结构和消费模式下，该区域生产和生活等人类活动对水资源的真实需求量。水足迹既包括直接的水资源消费，也包含间接的水资源消费，即隐含在商品生产过程中的虚拟水。本文提出用人均水足迹来衡量水资源的人均需求量。一个地区的人均水足迹反映了在一定的经济结构和消费模式下，每个人口维持当前的生产和生活水平所需的水资源量。因此，人均水足迹可以全面真实地反映特定的经济结构和消费模式下人类活动对水资源的需求。采用人均水足迹测度水资源的人均需求量，有利于在广义的水资源视角下，全面客观地分析一个区域的经济社会发展等人类活动对水资源的需求水平，既包括对当地水资源的需求，也包括对跨区域水资源调配和虚拟水流动的需求，为重新审视水资源承载力以及提高区域水资源承载力提供新的思路。2.基于投入产出分析的水足迹计算方法水足迹的计算方法既可以采用自下而上（bottom-up）的追踪法，也可以采用自上而下（top-down）的投入产出分析法。前者是追踪计算产品生产过程的各项投入所消耗的水资源，自下而上追溯到源头，得到某一产品全生命周期的水资源消耗量。后者则是以投入产出模型为基础，计算最终需求诱发的水资源完全消耗量。对于区域水足迹分析来说，后者为主流的计算方法。本文采用投入产出分析法计算水足迹和虚拟水。在投入产出模型里，第i部门行向平衡的数学表达式为：xi表示i部门的总产出，xij表示i部门对j部门产品的中间投入，fi表示对i部门产品的最终需求。直接投入系数aij（0≤aij＜1），表示j部门的单位产出对i部门产品的中间消耗：结合式（2），式（1）变为：表示为矩阵的形式为：X=AX+F（4）其中，X、A和F分别代表总产出矩阵、中间投入系数矩阵和最终需求矩阵。由A的性质，（I-A）为满秩矩阵，可逆。因此表达式（4）可改写为：X=（I-A）-1F（5）（I-A）-1为列昂惕夫逆矩阵，表示生产单位最终产品对投入部门产品的完全需求。由于我国各省区的投入产出表为进口竞争型模型，隐含的假设为列向投入的进口产品与国内同类产品性能相同，可以完全替代，具有竞争关系，进口产品同国内产品一样进入中间需求和最终需求。因此，需要对列昂惕夫逆矩阵和最终需求进行剔除进口影响的处理。处理后的列昂惕夫逆矩阵的表达式如下：处理后的最终需求的表达式为：接下来需要将水资源消耗引入投入产出模型。其关键是确定直接用水系数与完全耗水系数。直接用水系数是指生产单位产品的直接用水量。完全耗水系数是指在生产满足一单位的最终需求的产品在整个生产过程中消耗的水量。式中w为直接用水系数矩阵，ωj为j部门的直接用水量。完全用水系数由直接用水系数与列昂惕夫逆系数矩阵相乘得到，如下式所示：水足迹可以由下式得出：t=［tj］，tj=δj·yj（10）式中δj为水足迹矩阵；yj为研究区域居民对于部门j产品的最终需求。二北京市水资源承载力（一）北京市的水资源和用水量北京属资源型重度缺水地区。作为国际化大都市，北京的水资源问题日益引起社会各界的普遍关注。2011年，北京市水资源总量为26.81亿m3，按照2011年末常住人口2019万人计算，加上流动人口约240万人，北京市人均水资源占有量仅为119m3。远低于国际人均水资源占有量1000m3的重度缺水标准（北京市水务局，2011）。北京的多年平均水资源总量约为23亿m3，其中地表水占30%左右，地下水占70%左右（见图1）。南水北调工程河北应急段调水近年来呈上升趋势，由2008年的0.73亿m3增加至2009～2011年连续三年的2.6亿m3（北京市水务局，2008～2011）。2011年，北京市用水总量为36.0亿m3，比2010年增加0.8亿m3。其中，生活用水15.6亿m3，占总用水量的43%；环境用水4.5亿m3，占13%；工业用水5.0亿m3，占14%；农业用水10.9亿m3，占30%。2002～2011年十年间，北京的用水总量基本稳定在35亿m3左右，略有上升。从用水结构的变化上来看，农业和工业用水的数量和比例呈逐年下降的趋势，而生活用水逐年升高，已成为北京最重要的用水组成部分（见图2）。图12002～2011年北京水资源总量变化图22002～2011年北京用水变化（二）北京市的水足迹及水足迹变化的影响因素基于北京1997年、2002年和2007年投入产出表对北京水足迹的计算结果，此三年北京市的水足迹分别为43.42亿m3、44.06亿m3和57.48亿m3，呈现明显的上升趋势，2002～2007年表现尤其显著（见图3）。水足迹的变化反映了实际用水需求的增长。近年来北京经济发展、人口膨胀和需求水平的提高导致实际用水需求迅速增加。2002～2007年，北京市用水需求增加了13.42亿m3，然而现实用水量却基本保持在35亿m3左右，说明在此期间北京实际用水需求的增加并不完全是通过本地用水来满足的。为了区分满足北京需求的水资源来源，我们进一步将北京的水足迹区分为内部水足迹和外部水足迹。内部水足迹是指满足本地消费的所有产品和服务消耗的本地的水资源量；外部水足迹指满足本地消费的所有产品和服务消耗的外地的水资源量，也就是在外地生产产品消耗了外地的水资源后再调入本地以满足本地最终需求的部分。北京内部水足迹和外部水足迹的计算结果显示，北京外部水足迹占水足迹总量的比例逐年上升，由1997年的34%，上升到2007年的50%（见图3）。这一结果充分体现了虚拟水流动对于缓解北京水危机、提高北京的水资源承载力的重要作用。图31997～2007年北京市的当地水足迹和外部水足迹图41997～2002年和2002～2007年四项因素对北京市水足迹变化的贡献通过对北京1997～2007年水足迹的计算分析我们看到，十年来北京的水资源满足了越来越快的经济发展速度，越来越大的人口规模和越来越高的需求水平下日益增长的现实用水量需求（见图4），这充分说明十年来北京的水资源承载力是增加的。但是，北京面临的水资源短缺的严重形势不容忽视，如何保证北京未来发展的水资源承载力值得关注和进一步探讨。接下来我们将分析影响北京水资源承载力的关键因素，为北京未来发展的水资源承载力的提升寻求借鉴和参考。北京水资源承载力的影响因素大体可以分为内部因素和外部因素两类。所谓内部因素是指北京本地资源数量及开发利用程度、经济系统规模和结构、技术进步与生产力水平、消费水平与结构等方面的影响因素；外部因素是指北京以外的地区对北京水资源承载力的影响因素，比如区际分工与产品贸易结构等。在本文中，对于内部因素我们采用了投入产出中的结构分解分析法（见文后说明），将北京水足迹变化的影响因素分解为规模效应、技术效应、结构效应和经济系统效率效应四个方面；对于外部因素，我们利用2002年省区间投入产出模型，分析了外部的虚拟水流动对于保证北京水资源承载力的重要作用。结构分解分析法对北京水足迹变化内部影响因素的分解结果如图4所示，1997～2007年十年间，技术效应和结构效应是抑制水足迹增长的因素，规模效应和经济系统效率效应是导致水足迹增长的因素。具体来看，技术效应是抑制水足迹增长的主导因素。在1997～2002年和2002～2007年，技术效应影响下的水足迹减少量分别为29.04亿m3和38.62亿m3。这个结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世纪90年代末以来，针对愈演愈烈的水资源危机，北京市政府采取了一系列措施来提高用水效率。例如，北京在农业节水方面围绕都市型农业布局，大力推进高效节水灌溉工程建设。到“十一五”末，全市节水灌溉面积达到428.7万亩，节水灌溉面积占总灌溉面积的比例达到88%，再生水灌溉面积达到58万亩。在加大工程建设的同时，大力推广农艺措施，提高节水效益。目前北京农业灌溉用水有效利用系数已由2005年的0.65提高到现在的0.68，比全国平均水平高出近40%，接近发达国家水平。在工业节水方面加快推进高耗水行业的技术改造，淘汰更新一批高耗水工艺技术和设备，并配建一系列节水设施。此外，再生水的循环利用在北京得到了大力推广。自2004年起，北京便开始把再生水纳入全市年度水资源配置计划中，确定了再生水用于工业、农业、城市河湖和市政杂用的利用方向。图51997～2007年北京市水足迹构成变化结构效应在抑制北京水足迹增长方面发挥了一定的作用，但尚有潜力。1997～2007年，结构效应影响下的水足迹减少量为4.3亿m3，其中，农业、食品工业和电力热力供应业这3个部门的用水需求合计减少了6.45亿m3，而居民及其他服务业、住宿餐饮业的用水需求则增加了2.19亿m3。2002～2007年，结构效应影响下的水足迹减少量为7.29亿m3，其中，农业、食品工业、专用设备制造和其他综合技术服务业这4个部门的用水需求共减少了8.76亿m3，而批零商业和卫生体育社会福利业的用水需求增加了3.79亿m3。结构效应在抑制北京水足迹增长方面的作用与居民消费结构的变化密切相关。随着收入的增加，人们在用水强度较低的第三产业方面的消费比例逐渐升高。例如，1997～2007年，北京市农业的水足迹占区域水足迹总量的比例从1997年的21%降到2007年的16%，第三产业的水足迹比例则从1997年的17%上升到2007年的37%（见图5）。北京水资源承载力的外部影响因素为北京与其他省份之间基于产品贸易的虚拟水流动。各个省份通过省际产品贸易向北京提供的虚拟水量如表1所示。值得指出的是，前述水足迹的计算是基于北京单个地区的投入产出表进行的，此处是基于2002年中国省区间投入产出模型进行的，因此计算所得的2002年北京水足迹总量略有差异，前者为44.06亿m3，后者为46.89亿m3。从计算结果中可以看出，河北向北京供应的虚拟水最多。2002年，河北向北京供给的虚拟水量为392×106m3，占北京市外部水足迹总量的16%。除了虚拟水供给外，河北还向北京提供了看得见的水资源。2008年9月～2009年7月，河北调入北京的水资源量达到3.3亿m3。作为水资源严重匮乏的省份之一，河北向北京提供的虚拟水供给与水资源调入有力地缓解了北京的水资源压力，但恶化了河北本来就严峻的水资源供需状况。除河北之外，北京从山东、河南、吉林、广东等地获取的虚拟水供给量也较多。表1北京市外部水足迹的地区构成（106m3）（三）北京市的水资源承载力1997年、2002年和2007年，北京的常住人口分别为1240万人、1423万人、1633万人；流动人口分别是242万人、387万人、420万人。考虑到流动人口在北京停留的时间相对较短，消耗的水资源较少，所以可以将流动人口数乘以一个小于1的系数进行折算。假设流动人口在京平均停留时间为一个月左右，我们对其乘以1/12进行折算。这样的话可以计算得到1997年、2002年和2007年北京本地水资源和外地虚拟水共同承载的人口规模分别为1260万人、1455万人和1668万人，人均水足迹分别为345m3、303m3和345m3（见表2）。考虑到水资源人均需求量的相对稳定性，可采用人均水足迹345m3作为过去十年里水资源的人均需求量。表2北京市人均水足迹（1997～2007年）北京市的水资源量如果按多年平均值23亿m3计算，可以推算出1997～2007年北京市的水资源承载力约为667万人。1997年、2002年和2007年，北京市的用水总量分别为41.7亿m3、34.6亿m3和34.8亿m3，北京市现实的用水总量可支撑的水资源承载力分别为1208万人、1002万人和1008万人（见表3）。北京市的常住人口规模已经超过现实的用水总量可支撑的水资源承载力，如果加上流动人口，人口规模超过水资源承载力更多。如果以当地水资源可支撑的人口规模作为合理的水资源承载力，那么北京市的人口规模已比合理的水资源承载力超出一倍。由此可见，北京市的现有人口规模和经济社会发展首先是通过从外地调水和超采地下水扩大用水总量来支撑的，其次是依靠大量从外地输入虚拟水来支撑的。表3北京市水资源承载力变化（1997～2007年）未来北京市增加水资源承载力的手段包括“开源”和“节流”两个方面。“开源”即调水，既包括跨区域的水资源调入，也包括基于商品贸易的虚拟水调入。南水北调工程等跨区域调水将直接增加北京的可利用水资源量，对于增强北京的水资源承载力会起到积极的作用。其他省份对北京的虚拟水供给也有力缓解了北京的水资源压力。如果仅站在北京的角度来看，虚拟水调入不失为节约当地水资源的一个有效的方法。需要注意的是虚拟水来源地的水资源供需和虚拟水供给的可持续性。有一些问题在虚拟水贸易中值得考虑，第一，北京对于外部高耗水产品的过度依赖有可能会降低自身经济体系用水效率的退化；第二，对于北京虚拟水的主要供应地如河北、山东、河南这些省份而言，与北京之间的虚拟水贸易具有双面效应，一方面与北京的虚拟水贸易可能会促进这些地区的经济发展，刺激这些地区的产业升级和技术进步；但另一方面虚拟水的流失可能会进一步加剧这些地区水资源的短缺程度。因此，北京与其他省份的虚拟水战略需要综合而慎重的权衡。“节流”主要是指控制人均水足迹增长甚至降低人均水足迹，主要手段包括用水效率提高，结构调整和城市经济的空间布局调整。本文的计算结果显示规模效应对于北京水足迹的增长发挥着重要的作用。如果不采取任何措施，可以预期北京未来更大的人口规模和更高的需求水平引发的水资源需求会达到一个更高的水平，从而导致北京的水资源超载状况会步入一个更加岌岌可危的境地。尽管增加外部水足迹可以减轻北京的水资源压力，但从长远来看，降低内部水足迹可能是增强北京水资源承载力更加可持续的方法。第一，长期来看，用水效率提高增强北京水资源承载力的潜力有限。本文的计算结果显示，用水效率提高是1997～2007年抑制北京水足迹增长的主导因素。然而未来通过技术进步和水资源利用效率提高增强北京水资源承载力的潜力已经不大，并且，预期边际成本会发生不同程度的升高。因此，提高北京的水资源承载力仅仅依靠用水效率的提高是不够的。第二，结构节水对于增强北京未来水资源承载力具有重要意义。产业结构调整对于抑制北京水足迹增长已经发挥了重要的作用，但消费结构调整的节水效应尚未充分发挥应有作用，预期消费结构调整将在北京未来的节水战略中发挥更重要的作用。北京要想在现有的水资源条件下实现未来的经济发展战略和人口控制指标，需要继续推进产业结构调整和消费结构变化，逐步建立节水型产业体系。在农业内部，应该继续推进都市型农业，调整种植结构，缩减直至消除高耗水作物的种植面积；在工业内部应继续支持技术密集型低耗水高价值量的新兴行业发展，限制并转移石化、冶金等传统工业行业的发展。第三，城市经济的空间结构调整是解决北京水资源问题的长远之计和必然趋势。由于用水效率提高对于降低人均水足迹的潜力已经有限，结构节水的效果将越来越依赖消费结构调整，未来北京应更加重视城市经济的空间结构调整，加强基础设施建设和北京周边地区的衔接，促进产业和功能向周边地区的扩散和融合。三天津市水资源承载力（一）天津市水资源和用水量天津和北京一样，也是资源型重度缺水城市。2011年，天津市水资源总量为15.4亿m3，人均水资源占有量仅为116m3，约为当年全国人均水资源量的1/15（《中国统计年鉴2012》）。近年来，正常年景下天津水资源总量约为12亿m3，用水总量约为23亿m3（见图6）。用水量与水资源量的缺口主要通过引滦入津工程和引黄济津工程补充。天津的供水主要是地表水（占60%～70%），其中引滦入津工程的供水量占总供水量的25%～30%；其次为地下水，约占总供水量的30%。近年来地表水供给有所增加，地下水补给量有下降趋势（见图7）。图6天津市水资源总量和用水总量变化图7天津市的供水量变化随着国民经济的发展和城市规模的扩大，天津总体用水量略有上升。2011年全市总用水量达23.1亿m3，其中生产用水占79.7%，生活用水占15.5%，生态用水占4.9%。天津近年来的用水呈现以下三个特点：（1）在第一产业GDP不断减少的情况下，第一产业生产用水的数量和比例却不断增加，直到2010以后才略有下降；（2）随着第二、第三产业GDP的逐步增加，第二、第三产业用水总量增长缓慢，第二产业用水比例呈下降趋势；（3）虽然人口不断增加，生活用水总量和比例却呈下降趋势（见图8）。图8天津市用水分配变化对天津市直接用水量的分析表明，农业是直接用水消耗的主要部门，其直接用水总量和单位产值的直接用水系数都很高。2002年，农业部门直接用水系数为535.2m3/万元，而工业部门和服务业部门分别为11.1m3/万元和22.7m3/万元。2007年，农业部门的直接用水系数增加至584.0m3/万元，而工业部门和服务业部门下降至3.8m3/万元和12.6m3/万元（见表4）。工业部门中，电力、热力、燃气的生产和供应业，水的生产和供应业，化学工业，食品制造及烟草加工业，金属冶炼及制品业等是直接用水消耗的主要部门。水的生产和供应业的直接用水系数和直接用水总量均较大。对于化学工业和电力、热力、燃气的生产和供应业来说，尽管其直接用水量相对较大，但直接用水系数并不高，说明其直接用水量大主要是由高产出造成的。非金属矿及其他矿采选业虽然直接用水量相对少，但直接用水系数却较高。2007年与2002年相比，工业部门的直接用水量和直接用水系数都呈下降趋势。虽然一些工业部门的直接用水量有所增加，但其直接用水系数并没有增加，如通信设备、计算机及其他电子设备制造业。建筑业在直接用水量迅猛增加的同时，其直接用水系数也增加了约2倍。表42002年和2007年天津市各部门的直接用水系数服务业部门中，其他服务业的直接用水量最高，占服务业直接用水量的87.7%。2007年与2002年相比，尽管商业运输业的直接用水量增长了近1.6倍，但其直接用水系数几乎不变，说明其高用水量是由高产出造成的；住宿和餐饮业的直接用水量增加了3倍，直接用水系数提高了1.3倍，2007年该部门成为服务业中直接用水系数最大的部门；其他服务业无论是直接用水量还是直接用水系数都呈下降趋势。（二）水足迹与虚拟水贸易变化分析2002年和2007年天津市水足迹的计算结果表明，2002年天津市水足迹为18.55亿m3，2007年为31.52亿m3（见表5），2002～2007年五年间水足迹增加了12.97亿m3。水足迹的大幅度上升反映出天津市的用水需求正在迅速扩大。同期，天津的当地水资源总量仅增加了7.64亿m3，用水总量仅增加3.41亿m3，可见用水需求的增加量远超过可利用水资源量和供给水量的增加幅度。从天津市分部门的水足迹看，2002年，其他服务业的水足迹最高，为6.34亿m3，占水足迹总量的34.2%；其次为农林牧副业，水足迹为3.96亿m3，占水足迹总量的21.3%。2007年，农林牧副业的水足迹最高，为9.99亿m3，占水足迹总量的31.7%；其次为建筑业，水足迹为7.48亿m3，占水足迹总量的23.7%。农业部门的水足迹增加幅度较大，从2002年的3.96亿m3增加到2007年的9.99亿m3，而且农业部门从虚拟水净流出2.22亿m3变为净流入2.83亿m3，反映出天津市的快速城市化进程带来了农产品需求的大幅度增加。从水足迹的部门比例看，第二产业的水足迹一直占主导地位，且比例呈上升趋势；农业部门的水足迹比例也从2002年的21%增加至2007年的32%；第三产业的水足迹比例由2002年的37%减少至2007年的22%（见图9）。水足迹的结构变化呈现出与北京相反的趋势，反映出天津是一个以工业为主的城市，工业化还在继续发展，体现出天津市工业化对城市化和城市经济的带动作用。服务业部门的水足迹比例下降和虚拟水从净流出转为净流入，反映出天津市工业化和城市化过程中存在服务业发展滞后的现象，服务业对外部的依赖程度加深。表52002年、2007年天津市各部门水足迹及净流出虚拟水图92002年和2007年天津市水足迹部门构成变化虚拟水贸易的分析表明，天津已成为虚拟水净流入的区域，净流入总量从2002年的2.56亿m3增加至2007年的8.83亿m3，体现出虚拟水贸易对缓解天津水资源短缺的重要性。2002年，天津市的虚拟水流入量约10亿m3，比当年水资源总量多出6.3亿m3；其中，水的生产和供应业、其他服务业和电力、热力、燃气的生产和供应业是虚拟水净流入的主要部门。2007年，天津市的虚拟水流入量约15亿m3，比当年水资源总量多3.7亿m3；其中，其他服务业和水的生产和供应业仍然为虚拟水流入的主要部门，同时农林牧渔业、商业运输业和建筑业也成为新的虚拟水净流入的主要部门。农林牧渔业、化学工业、商业运输业和住宿和餐饮业等高耗水部门2002年为虚拟水净流出部门，2007年变为虚拟水净流入部门，反映出产业结构变化通过虚拟水贸易对缓解天津的水资源短缺发挥了重要的作用。另外，天津市的主导产业，如交通运输设备制造业，通信设备、计算机及其他电子设备制造业，化学工业，有的一直保持虚拟水净流出，有的则从2002年的虚拟水净流入变为虚拟水净流出，体现出水资源对于天津市工业化和经济增长的支撑作用。应用结构分解分析法，对天津水足迹变化的影响因素的研究结果表明，2002～2007年，技术进步效应和需求结构效应是抑制天津市水足迹增长的因素，需求规模效应和经济系统效率效应是导致水足迹增长的因素（见表7）。其中，技术进步效应是抑制水足迹增长的主要因素。2002～2007年，技术进步效应使得天津的水足迹减少了11.04亿m3。这与近年来天津市采取一系列法律、经济与技术手段，推动国家级节水型城市建设的结果是一致的。例如，天津市淘汰了耗水量大、用水效率低、水污染严重、高耗能的生产工艺，特别是对化工、冶金、纺织、印染等高耗水行业开展了节水技术改造，推广循环用水，淘汰公共建筑中不符合节水标准的用水设施和产品，运用海水利用、污水资源化、工业水处理、膜材料和城市生活、农业节水等一些关键技术促进水资源高效利用。其中，建筑业、其他服务业的技术进步效应对抑制水足迹发挥了巨大作用。结构效应在抑制水足迹增长方面发挥的作用尚有限，仅减少了0.76亿m3。需求规模效应是导致天津市水足迹增长的主导因素。其中，经济发展、人口膨胀和消费水平提高导致近年来农林牧渔业、其他服务业、建筑业和食品制造及烟草加工业的用水需求明显增加。经济系统效率变化也带来了水足迹增加，这些增加主要是由于建筑业、食品制造及烟草加工业和其他服务业部门的用水需求增加所致。（三）天津水资源承载力分析2002年和2007年，天津市的常住人口数量分别为1007万人和1115万人。根据天津市流动人口办公室的相关信息估算，2002年和2007年天津市的暂住人口分别为100万人和200万人。假设暂住人口在津平均逗留时间按1个月进行推算，2002年和2007年天津的城市人口规模约为1015万人和1132万人。由此可得，天津市的人均水足迹2002年和2007年分别为183m3和279m3（见表6），五年间人均水足迹增长了约96m3。天津的人均水足迹尚低于北京的水平，但是增长速度较快，值得高度关注。考虑到天津市人均水足迹的增加趋势，2002年和2007年分别采用当年的人均水足迹作为水资源的人均需求量。表6天津市水资源承载力分析按正常年景下天津市多年平均水资源量12亿m3进行计算，天津市当地水资源可承载的人口规模2002年和2007年分别为657万人和431万人。2002年和2007年，天津市现实的供水总量为19.96亿m3和23.37亿m3，现实的供水量可支撑的水资源承载力分别为1093万人和839万人。一方面，目前天津市的人口规模已经远远超过当地水资源所能支撑的合理人口规模，也超出了现实的供水量可支撑的水资源承载力，而且当前的现实供水量可支撑的水资源承载力又是以引滦入津工程和引黄济津工程的跨区域调水为基础的。2011年，引滦工程和引黄工程的供水量占总供水量的比例高达47.5%。按近年来引滦入津工程和引黄济津工程向天津的平均年供水量6.7亿m3计算，按当前用水效率和需求结构进行推算，2002年和2007年引滦和引黄工程提供的水量相当于承载了天津市人口366万人和240万人，分别占当年人口总数的36%和21%，可见天津市水资源承载力对于引滦工程和引黄工程等跨区域调水的依赖程度。天津市的未来发展，包括工业化和城市化，必须考虑水资源承载力的约束。未来一段时期内，如无紧急情况，引滦入津工程和引黄济津工程增加供水量的可能性较低，“南水北调”东线工程的建成和输水，对于缓解天津的水资源短缺、增强水资源承载力将发挥积极的作用。近年来，再生水利用和海水淡化技术稳步发展，未来有可能成为天津市新的补充水源。另一方面，人均水足迹的增加已经导致天津市水资源承载力下降，随着城市化和工业化的继续发展，可以预期未来天津将面临更大的人口规模和用水需求，必须高度重视抑制人均水足迹增长。从长远来看，技术进步和结构调整是天津抑制人均水足迹增长的主要途径。技术进步在天津市建立节水型城市中已经取得了明显的成果，消费结构调整对于抑制水足迹增长的作用尚未充分体现，未来通过产业结构调整和消费结构调整，抑制水足迹增长仍具有巨大的潜力。与北京相似，虚拟水贸易有效地缓解了天津的水资源压力，并增强了水资源对天津市经济发展的支撑能力。2007年，通信设备、计算机及其他电子设备制造业，交通运输设备制造业，石油和天然气开采业，电器机械及器材制造业等是近年来天津市的主导产业，均为虚拟水净流出的行业，这些部门生产量大，经济效益高，对于天津的经济发展发挥了重要的作用。由于这些部门的直接用水系数和水足迹较低，低耗水的产业发展专业化分工，这种区际贸易结构有利于有效利用有限的水资源。另外，农林牧渔业、食品加工业和其他服务业等耗水较多的部门，从净流出转为净流入，有效地缓解了天津的水资源短缺问题，增强了水资源承载力。未来天津市仍需高度重视虚拟水战略，进一步扩大水足迹含量较高部门的产品调入，缓解天津的水资源压力。表71997～2002年天津市水足迹变化影响因素的结构分解四结论与启示本文的研究结果显示，第一，北京和天津的现有人口规模已严重超过当地水资源所能支撑的合理人口规模，也超过了现实的供水量所能支撑的水资