基于ARIMA模型的蔬菜虛擬水含量變動分析

魏同洋+靳樂山

摘要：虛擬水概念為缺水地區解決水資源問題提供了新的思路。利用1978—2010年北京地區蔬菜虛擬水含量數據，運用ARIMA（2，1，2）模型分別對1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的數據進行預測，得出：1978—2010年、1978—1993年預測的結果大體一致，未來北京蔬菜的虛擬水含量是逐步降低的；而1995—2010年數據預測的結果表明：未來10年內北京地區蔬菜虛擬水的含量是緩慢上升且停留在一定的值。這些結論與事實相符，與北京市目前實施的節水政策也是大體一致的，即北京市近些年對水資源利用的調整，發展節水農業使蔬菜虛擬水整體上呈下降趨勢，且節水技術已經發展到了一定的水平。

關鍵詞：北京；蔬菜虛擬水；ARIMA模型

中圖分類號：F323.213 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0331-03

水安全是關系國計民生的重大問題，虛擬水的引入為分析和研究水資源與糧食安全問題提供了新的思路。為反映水資源稀缺和水資源經濟價值，英國學者Tony Allan于20 世紀90 年代提出了虛擬水概念。虛擬水是隱含在商品和服務中的水資源，虛擬水戰略是指缺水國家或地區通過貿易的方式，進口水密集型產品來獲得本地區的水安全^[1]。虛擬水概念將區域貿易與區域的水資源狀況聯系起來，使得水資源研究領域從水資源系統擴大到社會經濟系統，從區域內部擴大到區域外部，為缺水地區解決水資源問題提供了新的思路^[2]。

農業用水一直處于用水總量的“霸主”地位，北京市農業用水在用水總量中的比重逐年下降，但仍占有較高的比重（圖1）。在農業用水中，種植業用水量占85%^[3]，種植業的用水量很大程度上影響著農業用水量以及用水總量。當前最主要的水密集型商品就是農產品^[4]，而在農產品中蔬菜的虛擬水含量最高。從北京市節水辦公室發布的《北京市行業用水定額》，可以發現所列出的農作物需水量中蔬菜需水量最高，是夏玉米、瓜類的3倍，是經濟作物、牧草的2倍。

關于北京地區虛擬水的研究并不多，王紅瑞等利用典型區縣實際灌溉定額調查成果，結合全國作物需水量等值線圖進行修正，來確定的北京市農作物需水量，對各類農作物歷年的虛擬水含量及結構變化進行了研究，表明北京是一個農產品虛擬水凈輸入地區，間接緩解了北京市水資源緊缺的局面^[4]。王紅瑞等還對北京市各區縣虛擬水含量和蔬菜虛擬水含量的分布進行了計算與分析，指出糧食虛擬水含量總和整體呈現下降趨勢，蔬菜虛擬水含量總和略呈增長趨勢，但是二者虛擬水含量的總和呈現下降的趨勢^[5]。任大朋等計算了北京市國民經濟貿易中的虛擬水量，并建立了虛擬水戰略的水資源配置模型^[6]。這些研究都對歷年虛擬水消耗進行對比，進而與北京市現行的政策進行分析，來預測未來的發展走向。由于數據的可獲得性，本文只討論了北京地區蔬菜虛擬水。對北京地區蔬菜虛擬水含量展開研究并預測，有助于提高北京地區水資源利用效率，減緩水資源緊缺狀況，平衡地區水資源的分配，對北京地區水資源的可持續發展有重要的意義。

1 研究方法

目前學者對于虛擬水的計算較多采用兩種方法。一是公式法，根據氣象數據以及具體模型來計算，如黨小虎等根據試驗站實際檢測氣候數據，運用CROPWAT8.0軟件，得出了馬家溝流域生產的農作物的虛擬水含量^[7]；傅春等運用FAO提供的氣象數據軟件Climwat2.0和作物需水計算軟件CROPWAT8.0，來計算鄱陽湖地區的農作物虛擬水含量^[8]。二是成果參照法，通過前人的研究成果，采用修正系數來計算研究地的虛擬水含量，如：邱化蛟等通過北京市統計年鑒及文獻檢索的二手資料，列出了北京市農產品的虛擬水總量^[9]。目前國內大部分虛擬水及水足跡計算中，單位質量農產品虛擬水含量都采用Hoekstra等有關中國部分的研究成果^[10]。2種方法具體如下^[11-12]：

（1）公式法

根據聯合國糧農組織（FAO） 的作物需水量和作物產量資料，計算不同國家或地區每種作物的虛擬水含量。

4 結論

通過對時間序列模型的對比分析，發現ARIMA（2，1，2）模型能夠更好地預測未來北京市蔬菜虛擬水含量。運用ARIMA（2，1，2）的模型，分別對1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的數據進行預測，得出1978—2010年數據預測的結果與1978年到1993年的結果大致上一致，即未來北京地區蔬菜虛擬水的含量將緩慢下降。而1995—2010年的數據預測結果與1978—2010年、1978—1993年的結果相反，但是與事實相符。表明：首先是在整體的數據中1978—1993年的下降趨勢占據的主導地位致使這段數據分析的結論與整體數據分析的結論大體一致，其次是由于北京市近些年對水資源的重視，對水資源的利用的調整，發展節水農業，使得虛擬水整體上呈現下降的趨勢，而1993年由下降轉變為緩慢上升，表明蔬菜種植面積和種類相對穩定，節水技術也已經發展到了一定的水平。

參考文獻：

[1]Allan J A. Virtual water：a strategic resource，global solutions to regional deficits[J]. Ground Water，1998，36（4）：545-546.

[2]程國棟. 虛擬水——中國水資源安全戰略的新思路[J]. 中國科學院院刊，2003（4）：260-265.

[3]閆 華，趙春江，鄭文剛.北京市農業用水問題及對策研究[J]. 節水灌溉，2008（12）：20-23.

[4]王紅瑞，王 巖，王軍紅，等. 北京農業虛擬水結構變化及貿易研究[J]. 環境科學，2007，28（12）：2877-2884.

[5]王紅瑞，董艷艷，王軍紅，等. 北京市農作物虛擬水含量分布[J]. 環境科學，2007，28（11）：2432-2437.

[6]任大朋，劉培斌，李會安.虛擬水戰略下的北京市農業產業結構調整[J]. 農業工程學報，2009（增刊1）：11-16.

[7]黨小虎，劉國彬，孟文文，等. 基于虛擬水的小流域綜合治理水資源響應[J]. 人民黃河，2013，35（3）：55-57，83.

[8]傅 春，歐陽瑩，陳 煒. 環鄱陽湖區水足跡的動態變化評價[J]. 長江流域資源與環境，2011（12）：1520-1524.

[9]邱化蛟，程 序，常 欣，等. 北京市水資源狀況分析[J]. 北京農學院學報，2004，19（4）：4-9.

[10]吳 燕，王效科，逯 非. 北京市居民食物消耗生態足跡和水足跡[J]. 資源科學，2011，33（6）：1145-1152.

[11]易丹輝. 數據分析與EViews應用[M]. 北京：中國人民大學出版社，2008：103-106.

[12]Enders W. 應用計量經濟學時間序列分析[M]. 北京：高等教育出版社，2006：350-362.endprint

摘要：虛擬水概念為缺水地區解決水資源問題提供了新的思路。利用1978—2010年北京地區蔬菜虛擬水含量數據，運用ARIMA（2，1，2）模型分別對1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的數據進行預測，得出：1978—2010年、1978—1993年預測的結果大體一致，未來北京蔬菜的虛擬水含量是逐步降低的；而1995—2010年數據預測的結果表明：未來10年內北京地區蔬菜虛擬水的含量是緩慢上升且停留在一定的值。這些結論與事實相符，與北京市目前實施的節水政策也是大體一致的，即北京市近些年對水資源利用的調整，發展節水農業使蔬菜虛擬水整體上呈下降趨勢，且節水技術已經發展到了一定的水平。

關鍵詞：北京；蔬菜虛擬水；ARIMA模型

中圖分類號：F323.213 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0331-03

水安全是關系國計民生的重大問題，虛擬水的引入為分析和研究水資源與糧食安全問題提供了新的思路。為反映水資源稀缺和水資源經濟價值，英國學者Tony Allan于20 世紀90 年代提出了虛擬水概念。虛擬水是隱含在商品和服務中的水資源，虛擬水戰略是指缺水國家或地區通過貿易的方式，進口水密集型產品來獲得本地區的水安全^[1]。虛擬水概念將區域貿易與區域的水資源狀況聯系起來，使得水資源研究領域從水資源系統擴大到社會經濟系統，從區域內部擴大到區域外部，為缺水地區解決水資源問題提供了新的思路^[2]。

農業用水一直處于用水總量的“霸主”地位，北京市農業用水在用水總量中的比重逐年下降，但仍占有較高的比重（圖1）。在農業用水中，種植業用水量占85%^[3]，種植業的用水量很大程度上影響著農業用水量以及用水總量。當前最主要的水密集型商品就是農產品^[4]，而在農產品中蔬菜的虛擬水含量最高。從北京市節水辦公室發布的《北京市行業用水定額》，可以發現所列出的農作物需水量中蔬菜需水量最高，是夏玉米、瓜類的3倍，是經濟作物、牧草的2倍。

關于北京地區虛擬水的研究并不多，王紅瑞等利用典型區縣實際灌溉定額調查成果，結合全國作物需水量等值線圖進行修正，來確定的北京市農作物需水量，對各類農作物歷年的虛擬水含量及結構變化進行了研究，表明北京是一個農產品虛擬水凈輸入地區，間接緩解了北京市水資源緊缺的局面^[4]。王紅瑞等還對北京市各區縣虛擬水含量和蔬菜虛擬水含量的分布進行了計算與分析，指出糧食虛擬水含量總和整體呈現下降趨勢，蔬菜虛擬水含量總和略呈增長趨勢，但是二者虛擬水含量的總和呈現下降的趨勢^[5]。任大朋等計算了北京市國民經濟貿易中的虛擬水量，并建立了虛擬水戰略的水資源配置模型^[6]。這些研究都對歷年虛擬水消耗進行對比，進而與北京市現行的政策進行分析，來預測未來的發展走向。由于數據的可獲得性，本文只討論了北京地區蔬菜虛擬水。對北京地區蔬菜虛擬水含量展開研究并預測，有助于提高北京地區水資源利用效率，減緩水資源緊缺狀況，平衡地區水資源的分配，對北京地區水資源的可持續發展有重要的意義。

1 研究方法

目前學者對于虛擬水的計算較多采用兩種方法。一是公式法，根據氣象數據以及具體模型來計算，如黨小虎等根據試驗站實際檢測氣候數據，運用CROPWAT8.0軟件，得出了馬家溝流域生產的農作物的虛擬水含量^[7]；傅春等運用FAO提供的氣象數據軟件Climwat2.0和作物需水計算軟件CROPWAT8.0，來計算鄱陽湖地區的農作物虛擬水含量^[8]。二是成果參照法，通過前人的研究成果，采用修正系數來計算研究地的虛擬水含量，如：邱化蛟等通過北京市統計年鑒及文獻檢索的二手資料，列出了北京市農產品的虛擬水總量^[9]。目前國內大部分虛擬水及水足跡計算中，單位質量農產品虛擬水含量都采用Hoekstra等有關中國部分的研究成果^[10]。2種方法具體如下^[11-12]：

（1）公式法

根據聯合國糧農組織（FAO） 的作物需水量和作物產量資料，計算不同國家或地區每種作物的虛擬水含量。

4 結論

通過對時間序列模型的對比分析，發現ARIMA（2，1，2）模型能夠更好地預測未來北京市蔬菜虛擬水含量。運用ARIMA（2，1，2）的模型，分別對1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的數據進行預測，得出1978—2010年數據預測的結果與1978年到1993年的結果大致上一致，即未來北京地區蔬菜虛擬水的含量將緩慢下降。而1995—2010年的數據預測結果與1978—2010年、1978—1993年的結果相反，但是與事實相符。表明：首先是在整體的數據中1978—1993年的下降趨勢占據的主導地位致使這段數據分析的結論與整體數據分析的結論大體一致，其次是由于北京市近些年對水資源的重視，對水資源的利用的調整，發展節水農業，使得虛擬水整體上呈現下降的趨勢，而1993年由下降轉變為緩慢上升，表明蔬菜種植面積和種類相對穩定，節水技術也已經發展到了一定的水平。

參考文獻：

[1]Allan J A. Virtual water：a strategic resource，global solutions to regional deficits[J]. Ground Water，1998，36（4）：545-546.

[2]程國棟. 虛擬水——中國水資源安全戰略的新思路[J]. 中國科學院院刊，2003（4）：260-265.

[3]閆 華，趙春江，鄭文剛.北京市農業用水問題及對策研究[J]. 節水灌溉，2008（12）：20-23.

[4]王紅瑞，王 巖，王軍紅，等. 北京農業虛擬水結構變化及貿易研究[J]. 環境科學，2007，28（12）：2877-2884.

[5]王紅瑞，董艷艷，王軍紅，等. 北京市農作物虛擬水含量分布[J]. 環境科學，2007，28（11）：2432-2437.

[6]任大朋，劉培斌，李會安.虛擬水戰略下的北京市農業產業結構調整[J]. 農業工程學報，2009（增刊1）：11-16.

[7]黨小虎，劉國彬，孟文文，等. 基于虛擬水的小流域綜合治理水資源響應[J]. 人民黃河，2013，35（3）：55-57，83.

[8]傅 春，歐陽瑩，陳 煒. 環鄱陽湖區水足跡的動態變化評價[J]. 長江流域資源與環境，2011（12）：1520-1524.

[9]邱化蛟，程 序，常 欣，等. 北京市水資源狀況分析[J]. 北京農學院學報，2004，19（4）：4-9.

[10]吳 燕，王效科，逯 非. 北京市居民食物消耗生態足跡和水足跡[J]. 資源科學，2011，33（6）：1145-1152.

[11]易丹輝. 數據分析與EViews應用[M]. 北京：中國人民大學出版社，2008：103-106.

[12]Enders W. 應用計量經濟學時間序列分析[M]. 北京：高等教育出版社，2006：350-362.endprint

摘要：虛擬水概念為缺水地區解決水資源問題提供了新的思路。利用1978—2010年北京地區蔬菜虛擬水含量數據，運用ARIMA（2，1，2）模型分別對1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的數據進行預測，得出：1978—2010年、1978—1993年預測的結果大體一致，未來北京蔬菜的虛擬水含量是逐步降低的；而1995—2010年數據預測的結果表明：未來10年內北京地區蔬菜虛擬水的含量是緩慢上升且停留在一定的值。這些結論與事實相符，與北京市目前實施的節水政策也是大體一致的，即北京市近些年對水資源利用的調整，發展節水農業使蔬菜虛擬水整體上呈下降趨勢，且節水技術已經發展到了一定的水平。

關鍵詞：北京；蔬菜虛擬水；ARIMA模型

中圖分類號：F323.213 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0331-03

水安全是關系國計民生的重大問題，虛擬水的引入為分析和研究水資源與糧食安全問題提供了新的思路。為反映水資源稀缺和水資源經濟價值，英國學者Tony Allan于20 世紀90 年代提出了虛擬水概念。虛擬水是隱含在商品和服務中的水資源，虛擬水戰略是指缺水國家或地區通過貿易的方式，進口水密集型產品來獲得本地區的水安全^[1]。虛擬水概念將區域貿易與區域的水資源狀況聯系起來，使得水資源研究領域從水資源系統擴大到社會經濟系統，從區域內部擴大到區域外部，為缺水地區解決水資源問題提供了新的思路^[2]。

農業用水一直處于用水總量的“霸主”地位，北京市農業用水在用水總量中的比重逐年下降，但仍占有較高的比重（圖1）。在農業用水中，種植業用水量占85%^[3]，種植業的用水量很大程度上影響著農業用水量以及用水總量。當前最主要的水密集型商品就是農產品^[4]，而在農產品中蔬菜的虛擬水含量最高。從北京市節水辦公室發布的《北京市行業用水定額》，可以發現所列出的農作物需水量中蔬菜需水量最高，是夏玉米、瓜類的3倍，是經濟作物、牧草的2倍。

關于北京地區虛擬水的研究并不多，王紅瑞等利用典型區縣實際灌溉定額調查成果，結合全國作物需水量等值線圖進行修正，來確定的北京市農作物需水量，對各類農作物歷年的虛擬水含量及結構變化進行了研究，表明北京是一個農產品虛擬水凈輸入地區，間接緩解了北京市水資源緊缺的局面^[4]。王紅瑞等還對北京市各區縣虛擬水含量和蔬菜虛擬水含量的分布進行了計算與分析，指出糧食虛擬水含量總和整體呈現下降趨勢，蔬菜虛擬水含量總和略呈增長趨勢，但是二者虛擬水含量的總和呈現下降的趨勢^[5]。任大朋等計算了北京市國民經濟貿易中的虛擬水量，并建立了虛擬水戰略的水資源配置模型^[6]。這些研究都對歷年虛擬水消耗進行對比，進而與北京市現行的政策進行分析，來預測未來的發展走向。由于數據的可獲得性，本文只討論了北京地區蔬菜虛擬水。對北京地區蔬菜虛擬水含量展開研究并預測，有助于提高北京地區水資源利用效率，減緩水資源緊缺狀況，平衡地區水資源的分配，對北京地區水資源的可持續發展有重要的意義。

1 研究方法

目前學者對于虛擬水的計算較多采用兩種方法。一是公式法，根據氣象數據以及具體模型來計算，如黨小虎等根據試驗站實際檢測氣候數據，運用CROPWAT8.0軟件，得出了馬家溝流域生產的農作物的虛擬水含量^[7]；傅春等運用FAO提供的氣象數據軟件Climwat2.0和作物需水計算軟件CROPWAT8.0，來計算鄱陽湖地區的農作物虛擬水含量^[8]。二是成果參照法，通過前人的研究成果，采用修正系數來計算研究地的虛擬水含量，如：邱化蛟等通過北京市統計年鑒及文獻檢索的二手資料，列出了北京市農產品的虛擬水總量^[9]。目前國內大部分虛擬水及水足跡計算中，單位質量農產品虛擬水含量都采用Hoekstra等有關中國部分的研究成果^[10]。2種方法具體如下^[11-12]：

（1）公式法

根據聯合國糧農組織（FAO） 的作物需水量和作物產量資料，計算不同國家或地區每種作物的虛擬水含量。

4 結論

通過對時間序列模型的對比分析，發現ARIMA（2，1，2）模型能夠更好地預測未來北京市蔬菜虛擬水含量。運用ARIMA（2，1，2）的模型，分別對1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的數據進行預測，得出1978—2010年數據預測的結果與1978年到1993年的結果大致上一致，即未來北京地區蔬菜虛擬水的含量將緩慢下降。而1995—2010年的數據預測結果與1978—2010年、1978—1993年的結果相反，但是與事實相符。表明：首先是在整體的數據中1978—1993年的下降趨勢占據的主導地位致使這段數據分析的結論與整體數據分析的結論大體一致，其次是由于北京市近些年對水資源的重視，對水資源的利用的調整，發展節水農業，使得虛擬水整體上呈現下降的趨勢，而1993年由下降轉變為緩慢上升，表明蔬菜種植面積和種類相對穩定，節水技術也已經發展到了一定的水平。

參考文獻：

[1]Allan J A. Virtual water：a strategic resource，global solutions to regional deficits[J]. Ground Water，1998，36（4）：545-546.

[2]程國棟. 虛擬水——中國水資源安全戰略的新思路[J]. 中國科學院院刊，2003（4）：260-265.

[3]閆 華，趙春江，鄭文剛.北京市農業用水問題及對策研究[J]. 節水灌溉，2008（12）：20-23.

[4]王紅瑞，王 巖，王軍紅，等. 北京農業虛擬水結構變化及貿易研究[J]. 環境科學，2007，28（12）：2877-2884.

[5]王紅瑞，董艷艷，王軍紅，等. 北京市農作物虛擬水含量分布[J]. 環境科學，2007，28（11）：2432-2437.

[6]任大朋，劉培斌，李會安.虛擬水戰略下的北京市農業產業結構調整[J]. 農業工程學報，2009（增刊1）：11-16.

[7]黨小虎，劉國彬，孟文文，等. 基于虛擬水的小流域綜合治理水資源響應[J]. 人民黃河，2013，35（3）：55-57，83.

[8]傅 春，歐陽瑩，陳 煒. 環鄱陽湖區水足跡的動態變化評價[J]. 長江流域資源與環境，2011（12）：1520-1524.

[9]邱化蛟，程 序，常 欣，等. 北京市水資源狀況分析[J]. 北京農學院學報，2004，19（4）：4-9.

[10]吳 燕，王效科，逯 非. 北京市居民食物消耗生態足跡和水足跡[J]. 資源科學，2011，33（6）：1145-1152.

[11]易丹輝. 數據分析與EViews應用[M]. 北京：中國人民大學出版社，2008：103-106.

[12]Enders W. 應用計量經濟學時間序列分析[M]. 北京：高等教育出版社，2006：350-362.endprint