1 引言(Introduction)

水资源短缺已成为制约经济发展与社会进步的重要因素, 也是导致西部地区生态环境系统恶化的重要原因.基于虚拟水概念的水足迹、虚拟水战略、虚拟水量化及水资源管理的研究已经引起国内外学者的广泛关注(Liu et al., 2008).

虚拟水(Virtual Water)指产品在生产过程中所消耗的水资源量, 由英国学者Tony Allan于1993年首次提出(Allan, 1993).虚拟水战略的核心思想是水资源短缺的地区可通过进口水密集型产品, 减小本地水资源的使用, 缓解地区缺水问题(曹涛等, 2016).针对虚拟水战略, 我国学者程国栋院士于2003年引入了虚拟水的概念(程国栋, 2003), 并建议在我国缺水的西北干旱区实施虚拟水战略.目前, 关于虚拟水的研究主要集中在农产品中的虚拟水测算(Zimmer et al., 2003；Chapagain et al., 2006；田园宏等, 2013；柯兵等, 2004；刘宝勤等, 2006)、虚拟水贸易及消费研究(赵旭等, 2009)等方面.Hoekstra等(2002)又在虚拟水基础上提出了水足迹的概念, 将水足迹定义为任何已知人口(一个国家、一个地区或一个人)在一定时间内消费或生产的所有产品和服务所需要的水资源总量(Hoekstra et al., 2011).虚拟水和水足迹概念的提出为水资源的理论研究和实证分析开辟了新的思路(丁宁等, 2016；孙才志等, 2017).

2014年国际标准化组织环境管理技术委员会提出了基于生命周期评估理论的方法框架(ISO 14046)(ISO, 2014；白雪等, 2015), 并对水足迹进行了规范, 为水足迹评价研究提供了原则、要求和指南.但ISO 14046框架仅关注于水资源直接消耗测算, 缺乏间接消耗核算.近年来, 利用投入产出模型计算完全消耗(直接消耗加全部间接消耗)的独特优势, 结合生命周期评估(Life Cycle Assessment, 简称LCA)的混合生命周期评估(Hybrid LCA, 简称HLCA)研究方法渐渐兴起(Stromman et al., 2009；Lenzen et al., 2010).混合生命周期评估方法最早于20世纪70年代由Bullard等(1978)提出, 主要应用于能源分析及温室气体排放研究(张社荣等, 2014；杨举华等, 2017).目前水足迹核算研究多集中于农牧产品(徐长春等, 2013；孙世坤等, 2016)及工业品(白雪等, 2016), 针对当前蓬勃发展的服务业及其逐年增加的耗水量, 水足迹测算的研究显得尤为必要.基于此, 本文以甘肃省张掖市的酒店服务业为例, 应用混合LCA模型加入水资源间接消耗测算, 对张掖市酒店服务业的水足迹进行定量测算与特征分析, 以期弥补服务产品水足迹量化研究的不足, 为水资源社会化管理提供科学参考依据.

2 研究方法(Methods) 2.1 基于LCA酒店服务业的分析方法

生命周期评估(LCA)是20世纪60年代开始兴起的一项环境管理工具(Joshi, 1999).按ISO 14040的定义, 生命周期评估是用于评估与某一产品或服务相关的环境因素和潜在影响的方法, 它是通过编制某一系统相关投入与产出的存量记录, 评估与这些投入、产出有关的潜在环境影响, 根据生命周期评估研究的目标解释存量记录和环境影响的分析结果来进行的(ISO, 2006).ISO于2014年正式发布了ISO 14046：《Environmental management-Water footprint-Principles, requirements and guidelines》, 提出了4个相互联系的要素：目标和范围的确定(Goal and Scope Definition)、清单分析(Life Cycle Inventory)、影响评价(Life Cycle Impact Assessment)与结果解释(Life Cycle Interpretation)(Suh et al., 2009；白雪等, 2015).

根据ISO 14046标准, 本文中将酒店服务业水足迹的生命周期评估方法分为4个步骤：①确定酒店服务业生命周期研究的目的和范围, 明确系统边界.确定酒店运营过程中直接消耗与间接消耗的准备阶段、服务阶段、设备运行阶段与清洁阶段等环节.如图 1所示, 直接消耗是指服务产品部门在生产经营过程中单位产出消耗各产品部门的产品或服务的数量.酒店运营过程中直接消耗主要包括服务阶段与清洁阶段；服务阶段主要是客房入住与提供餐饮过程的服务, 直接造成水资源消耗；清洁阶段主要是客房部与餐饮部为下一次服务阶段进行清洁准备.而间接消耗是产品部门在服务各部门过程中所引起“看不见”的用水量.在酒店运营过程中间接消耗主要包括准备阶段与设备运行阶段, 准备阶段主要是酒店服务业建设阶段, 以及装饰装修、购买家具电器等服务型产品, 设备运行阶段主要是使用客房部与餐饮部的设备而引起的水资源消耗.②通过生命周期清单分析得到酒店服务业各个阶段中水资源消耗的输入与输出情况.输入包括准备阶段, 输出包括服务阶段、设备运行与清洁阶段.③对酒店环境的影响进行评价.④对酒店环境的数据结果进行改善评价.

生命周期评估方法大体可以分为3类：过程生命周期评估(Process-based LCA)、投入产出生命周期评估(Input-output LCA)及混合生命周期评估(Hybrid LCA)(王长波等, 2015).本文主要研究混合生命周期评估, 将传统的面向过程生命周期评估方法和经济投入产出生命周期评价整合在同一分析框架内, 两者均以生命周期评价原理为基础.HLCA结合了两种方法各自的优势, 研究表明, HLCA与传统的LCA方法相比, 准确性和可靠度提高了30%(马忠等, 2015).

2.2 基于混合LCA水足迹计算方法

基于混合LCA方法研究酒店服务业的水足迹, 包括P-LCA和EIO-LCA两部分, 酒店服务阶段与清洁阶段要采用P-LCA方法, 准备阶段与设备运行则采用EIO-LCA方法进行核算.

P-LCA是一种自下而上的分析方法, 通过实地调查、监测或二手统计资料收集产品生产过程各阶段的物资和能源投入, 能够详细记录产品生命周期里生产、运输、包装等的直接投入消耗或排放, 通过生命周期清单分析得到研究对象的输入和输出数据清单, 进而计算研究对象生命周期的水足迹.

与P-LCA不同, EIO-LCA是基于投入产出模型建立的一种自上而下的生命周期分析方法, 由经济部门的成本投入得到该部门相应消耗量即产出, 一般以单位货币量来表示.投入产出分析法是利用间接性核算的优势, 将具体产品分解到投入产出表中与其对应的行业部门, 以改进投入产出分析针对具体产品生命周期的应用, 在此基础上分析选定的产品在整个经济系统内直接和间接产生的环境影响(Zhang et al., 2013).

H-LCA通过将P-LCA和EIO-LCA结合, 既可以减少误差, 又可以加强对具体评价产品的针对性, 同时还能将产品的直接和间接消耗纳入评价范围.如图 2所示, 相对于前两种方法而言, 混合生命周期评估更为复杂, 要求研究者对投入产出表有更为深刻的理解, 对矩阵运算的要求也很高, 但能避免重复计算的问题(Chen et al., 2011).

结合P-LCA与EIO-LCA矩阵运算分析酒店服务业的水足迹, 通过客房部、餐饮部与其他部门投入产品的统计评估, 提出水足迹的计算方法(技术路线见图 3).

基于P-LCA分析法的水足迹计算公式为：

(1)

式中, M_P表示P-LCA部分的水足迹；R表示每单位产品消耗矩阵；A表示投入系数矩阵；表示最终需求向量.

基于EIO-LCA分析法的水足迹计算公式为：

(2)

式中, M_EIO表示EIO-LCA部分的水足迹；R表示每单位产品消耗矩阵；A表示直接消耗系数矩阵；y表示最终需求向量.

直接消耗系数是部门生产单位产品对相关部门产品的直接消耗, 其中, A表示部门j生产单位产品对部门i产品的直接消耗量, 其计算公式如下：

(3)

列昂惕夫逆矩阵揭示了经济各部门之间错综复杂的经济关联关系(Leontief, 1974), B又称为完全需要系数矩阵, 它反映为了获得单位最终产品对各部门总产出的需求量, 包括直接需求量A、间接需求量和最终需求量I, 其计算公式如下：

(4)

基于混合LCA分析的水足迹计算公式为：

(5)

3 实例应用(Applied case) 3.1 研究对象

酒店服务业已经成为带动我国旅游经济发展的朝阳产业, 甘肃省张掖市生态旅游的迅速发展, 使得张掖市境内旅游人数猛增, 张掖市的生态旅游项目也促进了其酒店服务业的蓬勃发展.2016年张掖市全年共接待境内外游客2030.46万人次, 旅游综合收入达到114.16亿元, 由此可以看出, 生态旅游对经济发展的推动作用也已经开始显现.张掖市作为我国第一个节水型社会建设试点, 开展节水型社会建设, 对张掖市缺水地区的水资源管理而言, 涉及旅游业的相关餐饮服务等工业与服务产品水足迹量化的研究, 将为水资源社会化管理研究提供良好基础.

3.2 数据来源

作为西部欠发达地区城市, 张掖市酒店总体规模数量有限.2017年, 张掖市仅有28家酒店, 其中, 四星级有6家、三星级有17家、二星级有5家.本文对每一类星级酒店进行重点调查, 选取规模最大且具有代表性的酒店, 其服务业营业收入占张掖市酒店服务业的20%左右, 基本可以代表当地酒店服务业经营特征.课题组与张掖市城市调查总队合作, 在2017年6—7月以问卷调查的形式对张掖市星级酒店进行访谈, 充分了解酒店近3年的运营期水资源使用情况, 并填制完成研究所需数据.调查方案主要包括：酒店的基本情况、酒店各部门消耗用水量、酒店平均年用水量、酒店服务产品消耗的基本情况、酒店污水排放与处理情况.投入产出模型基础数据计算采用《甘肃省水资源公报》、《张掖统计年鉴》、《张掖2012年投入产出表》(42部门), 根据酒店服务业数据的获得情况将张掖市原有42个部门合并为20个部门.

3.3 数据分析

酒店服务业混合生命周期系统是将过程生命周期系统与投入产出生命周期系统相结合, 对所有范围内水资源的消耗进行水足迹量化与分析.本文以酒店3年的运营时间为界定, A酒店、B酒店与C酒店分别对应二星级酒店、三星级酒店及四星级酒店.由图 4可知, 酒店服务业在准备阶段的水足迹所占比重最大, 占整个生命周期的80%, 该阶段中建筑材料、装修材料、家具电器等是衡量环境影响的重要因素；服务阶段水足迹占整个生命周期的9%, 该阶段着重考虑服务过程中所消耗的物资及水资源.而设备运行与清洁阶段水足迹占生命周期的比例较小.

表 1是酒店服务业的各部门间接消耗水足迹的比例, 可以看出, 农林牧渔产品和服务部门是间接消耗水足迹最大的部门, 占总消耗的13%；其次是金属矿采选产品部门和建筑部门, 分别占12%和9%；造纸印刷用品与电气机械和器材间接消耗水足迹比较小, 分别占1%和2%.酒店服务业水足迹间接消耗较大的主要以农产品行业、食品行业与建材行业为主.酒店服务业在运营服务过程中需要提供各种住宿服务型产品、设施设备、物质能源和食品供应链, 以及各种计算机信息软件、互联网技术、金融房地产与市场营销等.在这个庞大的产业链中需要间接涉及资源的开发、生产、销售、运输与提供服务等, 促使了酒店服务业“看不见”的水足迹生成.

酒店服务业的运营过程需要涉及各行各业生产服务产品、设施设备等, 这说明酒店服务业水足迹量化基本是以间接消耗为主, 可见多数服务产品中蕴含的水足迹主要来自生产过程中的用水量投入.以往的研究只考虑酒店服务业水足迹的直接消耗, 而忽略了间接消耗(吴继强等, 2008), 因此, 除了关注酒店服务业运营过程的直接消耗, 同样也要关注酒店服务业涉及各行各业的服务产品的间接消耗, 从整体上把握酒店服务业生命周期的水足迹, 才能做到有目的、有组织地全面节水.

酒店服务业水足迹量化是基于投入产出分析, 研究各个部门的服务产品在整个生命周期过程中单位部门所需要的直接消耗与间接消耗的总和, 采用混合LCA计算方法得出酒店服务业水足迹.经过调研走访得出了3种类型酒店服务业的平均水足迹(表 2), 从表中可见, 酒店服务业水足迹总量约为16.27×10⁴ m³, 其中, 间接消耗水足迹约为14.01×10⁴ m³, 占水足迹总量的86%, 是造成水足迹总量较大的主要因素；从酒店的运营阶段来看, 在酒店运营过程中服务阶段水资源消耗最大, 其中, 客房部服务阶段用水量较大, 用水量最少的为清洁阶段.从不同类型的酒店来看, 四星级酒店的水足迹高于三星级酒店与二星级酒店, 三星级酒店直接用水量最大, 而四星级酒店间接消耗投入最大.

根据酒店服务业水足迹计算, 不同级别的酒店水足迹也是不同的.从图 5可以看出, 三星级酒店总产出消耗的用水量最大, 其次是四星级酒店与二星级酒店, 张掖市酒店服务业水足迹每年平均为547 m³·万元^-1.因此, 影响酒店服务业水足迹的因素主要包括酒店的级别、设施设备、接待游客数量与服务质量等.

图 6反映了张掖市酒店服务业水足迹出口总量情况, 从图中可以看出, 由于接待外来旅游人数逐年增加, 酒店服务业水足迹出口量也逐年增加, 2016年张掖市酒店服务业水足迹出口量达到6244万m³, 占张掖市水足迹输出总量的10%左右, 这与赵旭等(2009)提出我国水足迹的出口量主要集中在轻工业与服务业上相吻合, 因此, 加强酒店服务业节水也是我国服务部门节水的重点方向.

4 讨论(Discussion)

酒店服务业水足迹量化应该成为张掖市今后节水型城市建设及虚拟水战略实施中不可忽视的重要内容.首先, 酒店服务业在运营过程中应重点考察酒店服务业整个生命周期, 从准备阶段到结束以及每一间客房、每一张床位都要做出节水管理；其次, 建立酒店环境管理体制, 对各部门各阶段的用水量进行分析统计并开展节水活动, 将节约用水作为酒店服务业环境管理体制评价的重要指标.此外, 农林牧渔产品作为酒店服务业一个重要的间接消耗部门, 实施虚拟水战略多元化路径, 对酒店服务业节水与用水效益提升具有积极作用.

服务业是虚拟水战略解决地区间水资源问题的全新方向(徐中民等, 2013), 考察酒店服务业水足迹量化为缓解水资源紧缺问题提供了不同的思路.但由于本文在研究中存在系统边界的主观性、数据误差与耗时耗力等问题, 并且缺乏酒店服务业水足迹间接消耗的基础数据, 而使得研究结论相对不足, 将在今后的研究探索中加以完善.

5 结论(Conclusions)

1) 本研究将混合LCA模型与投入产出分析相结合, 计算出酒店服务业运营过程中各阶段水资源直接与间接消耗的状况、酒店服务业间接消耗比例及酒店服务业水足迹, 结果发现, 酒店服务业在准备阶段的水足迹量化比例是最大的, 占整个生命周期的80%；其次, 服务阶段水足迹占整个生命周期的9%.服务阶段与清洁阶段的水足迹是以直接消耗为主, 而准备阶段与设备运行阶段则是以间接消耗为主.

2) 本文研究表明, 酒店服务业水足迹主要来源于间接消耗, 占水足迹总量的86%, 直接消耗仅占水足迹总量的14%, 其中, 农林牧渔产品和服务部门是间接消耗最大的部门, 其次是金属矿采选产品与冶炼加工品部门及建筑部门.

3) 由于外来旅游人数逐年增加, 酒店服务业水足迹出口量也逐年增加, 张掖市酒店服务业水足迹每年平均为547 m³·万元^-1, 以此为依据, 2016年张掖市酒店服务业水足迹输出量达到6244万m³, 占张掖市水足迹输出总量的10%左右.

4) 混合LCA完善了PLCA与EIO-LCA方法的核算边界, 可以改进服务业环境管理方面的自身条件, 并能通过服务产品广泛推行应用.