基于IO-SDA中國虛擬水貿易格局及驅動因素分析

袁 國 麗

(河海大學公共管理學院，南京 211100)

水資源是支撐區域經濟社會發展的基礎性和戰略性資源之一。中國僅2 100 m3/人左右的人均水資源量占有量，按照國際標準人均水資源擁有量2 000 m3為嚴重缺水邊緣，己經瀕臨嚴重缺水的邊緣。為滿足國民經濟的用水需求，我國長期以來重視傳統途徑，通過修建水庫、挖深河道以及優化水利工程的調度運行方式等措施提高水資源的開發利用水平。然而，由于水資源的不可再生性，一味通過加大本國水資源的開發，只能暫時緩解當前供需矛盾，不能滿足對水資源日益增長的需求。因此，為了緩解水資源供需矛盾，迫切需要著眼全局考慮水資源的有效供給。

虛擬水與虛擬水貿易作為解決缺水地區的水資源問題的戰略，在這一背景下受到越來越多的關注，而如何量化虛擬水貿易格局，分析虛擬水貿易量變動的原因，并因地制宜地進行虛擬水政策化探索成為當前虛擬水應用的新課題。20世紀90年代，Tony Allan[1]在非洲研究學院的研討會上第1次提出了“虛擬水”的概念，并隨后將其定義為生產商品或服務過程中所需要水資源的數量。Hokestra等[2]在此基礎上提出“虛擬水貿易”的概念，旨在通過實物進出口貿易(開放經濟條件下)，將隱含在實物中的水資源從水資源富饒的國家或地區交換至水資源匱乏的國家和地區，從而使水資源以虛擬水的形式在國際間流動，來緩解國家和區域的水資源匱乏和水資源短缺問題。趕過20 a的虛擬水學術研究進程中，虛擬水與虛擬水貿易研究從理論基礎界定、計算方法研究，拓展到作為虛擬水戰略納入國民用水管理體系中[3-6]，獲得長足發展。盡管虛擬水因水安全和糧食安全問題受到質疑，但不可否認虛擬水逐漸受到各國重視，并且已經在中東地區得到成功的應用[7-9]。

當前虛擬水貿易的相關研究大多數集中在貧水國家的農產品虛擬水貿易中，不能全面反映整個國民經濟部門虛擬水貿易狀況；少部分利用投入產出法計算全部門的虛擬水研究，由于數據局限(國內投入產出表數據每5 a編制一次)，只能選取逢2逢7年度的數據，缺乏連續年數據得出的結論不具有一般性，其代表性和科學性也受到質疑。結構分解(SDA)作為一種分析資源或能源利用變動機理的有效工具，由于與投入產出技術結合，能更好地反映部門間聯系[10,11]，由于投入產出表數據限制，應用率較低，而將SDA用于虛擬水變動分解的尚未出現。本文引用虛擬水貿易的相關理論，首先運用投入產出模型計算出2002-2011年連續10 a的虛擬水進出口貿易量，再運用SDA模型對10 a間虛擬水凈進口貿易量的變動進行分解，連續年的投入產出表數據使得結論更具代表性，也全面揭示當前我國虛擬水貿易格局，最后對區域虛擬水管理提出相關建議，為中國緩解用水矛盾、解決水資源短缺危機提供決策依據。

1 研究模型與方法

1.1 虛擬水貿易量計算方法

目前關于虛擬水的主流計算方法有2個：第1種是產品樹法，通過產品原材料供應鏈的分級，自下而上分級計算產品的虛擬水含量；另一種方法是投入產出法，依據投入產出表建立價值型—實物型水資源投入產出模型，算出產業部門完全用水量來近似替代虛擬水含量。水足跡法主要依據FAO組織公布的單位商品虛擬水含量(主要是農產品和部分初級工業品)，由于國民經濟部門多樣性，產品樹分類存在交叉性和不完全性問題；而投入產出法根據部門用水強度和產業關聯度(完全耗水系數)計算虛擬水含量，可以計算農業外的工業和服務業的虛擬水含量[12]。因此，本文采用投入產出分析方法計算產業部門的虛擬水貿易量。產業部門虛擬水貿易量的計算步驟如下。

(1)計算各產業部門的直接耗水系數(萬元產值表示)：

(1)

式中：Qi表示i部門的直接耗水系數；Wi表示i部門直接耗水量；Xi表示i部門的總產出。

(2)計算各產業部門的完全耗水系數：

Hi=Q(I-αA)-1

(2)

式中：Hi表示i部門的完全耗水系數；I是單位矩陣；A表示直接消耗系數矩陣；(I-αA)-1表示投入產出模型的Leontief逆矩陣；α是各行業總產出與總產出與進口和的比值的對角矩陣，表示本地生產比例。

(3)計算產業部門的虛擬水貿易量公式：

(3)

(4)

(5)

式中：VWIi、VWEi和VWNi代表i部門虛擬水進口貿易量、虛擬水出口貿易量和虛擬水凈進口貿易量；TIi和TEi代表i部門的進口貿易量和出口貿易量。

1.2 驅動因素分解模型

(6)

考慮到傳統SDA分解方法存在殘差，分解不一致的現象，引入基礎路徑法(PBM)[14〗，假設VW各影響因素Xi在基期“0”和末期“1”之間連續變化，則：

VW(t)=x1(t)x2(t)x3(t)

(7)

則VW從基期到末期的微分表達式如下：

(8)

xi是基于t的時間函數，因此上述微分表達式可以進一步分解：

(9)

VW的總變化為所有微分變化之和：

(10)

驅動因子xi對VW的影響可表示：

(11)

假設每個驅動因子x的時間路徑由參數θ決定，則上式可以轉換為：

(12)

則強度效應、結構效應和規模效應對虛擬水凈進口變動影響力可表示為：

(13)

(14)

(15)

2 研究區數據來源和處理

(1)歷年投入產出數據。以WIOD公布的1995-2011年投入產出表原始數據[15]作為基礎，考慮到2001年中國加入世貿組織可能會造成進出口貿易結構變動，為了保證結論的一致性，節選2002-2011年這10 a的數據作為本次研究的時間段數據。產業部門分類上，為了便于展示，按照中國產業部門能源統計分類，將35個產業部門合并成8個部門來展示(1農業，2采掘業，3制造業，4水、電力、天然氣的生產和供應業，5建筑業，6交通運輸、倉儲業及郵政業，7批發零售、住宿餐飲業，8其他服務業)，作為本次研究的部門對象。

(2)歷年全國產業耗水數據。全國的耗水量數據來自于2002-2011年中國水資源公報[15]，由于水資源公報的耗水量數據按照農業、工業、生活和生態進行統計，而投入產出表需要農業、工業和服務業的統計口徑，因此需要界定服務業耗水數據。根據國家對用水范圍的界定，服務業耗水量和城鎮公共用水統計相似，因此本文城鎮公共耗水近似替代服務業用水，具體計算公式如下：

城鎮公共耗水=城鎮生活耗水-

城鎮居民用水定額×城鎮人口×365

(16)

其中，城鎮居民用水定額數據來源于《城市居民生活用水量標準》，城鎮人口數據來源于國家統計局官網[16]。得到歷年農業、工業和服務業耗水量數據以后，參照擴展型水資源可比價投入產出表的編制[17]，得到工業和服務業細分部門耗水數據。

3 計算結果分析

3.1 虛擬水貿易量分析

運用上述公式對虛擬水貿易量進行測算，結果見表1、圖1、圖2、圖3。從虛擬水出口貿易量上來看，年均虛擬水出口貿易量最多的行業是制造業，占到年均總虛擬水出口貿易量的81.29%，其次是農業，占到了9.23%。年均出口貿易量最少的行業是電力、水和天然氣的生產和供應業，僅占總虛擬水出口貿易量的0.09%，其次是建筑業，占比為0.26%。從各行業虛擬水出口貿易量變化趨勢來看，農業部門虛擬水出口貿易先呈現緩慢下降，再穩定的趨勢，總體變化幅度較小，僅在2008年出現了較大幅度下降。2008-2009年發生了世界性的經濟危機，不利于出口貿易，因此這2個年度中，其他部門虛擬水出口也呈現出較大幅度的下降。電力、水和天然氣的生產和供應業虛擬水出口趨勢與農業相似，整體呈現緩慢下降趨勢。制造業虛擬水出口在2002-2007年呈現快速增長趨勢，增幅為77.88%，2008-2009年由于金融危機，虛擬水出口呈現下降趨勢，降幅為26.71%，2010-2011年緩慢攀升，維持穩定。建筑業和第3產業的3個部門的虛擬水出口呈現相似規律，在2002-2007年呈現上升趨勢，但增幅不大，不同于制造業的快速增長，在2008-2011年出現下降，并維持穩定的趨勢。

表1 2002-2011年中國虛擬水貿易量 億m3

圖1 2002-2011年中國虛擬水進口貿易量

圖2 2002-2011年中國虛擬水出口貿易量

圖3 2002-2011年中國虛擬水凈進口貿易量

從虛擬水進口貿易量上看，年均虛擬水進口貿易量最多的行業也是制造業和農業，分別占到總虛擬水進口貿易量的55.73%和31.88%。年均虛擬水出口貿易量最少的行業是電力、水和天然氣的生產和供應業以及建筑業，分別占到總虛擬水進口貿易量的0.12%和0.25%。相較于虛擬水出口來看，農業和采掘業占比出現較大提高，制造業和第3產業的3個部門的占比較大下降。從進口貿易量變化趨勢來看，農業部門虛擬水進口貿易總體呈現上升趨勢，10 a虛擬水進口貿易增長了2.72倍。同樣呈現上升趨勢的還有采掘業和第3產業的3個部門。制造業虛擬水進口呈現先增長后下降趨緩的態勢，在行業年均進口虛擬水貿易量線上下小幅度波動。建筑業虛擬水進口貿易量變化趨勢與總量變化趨勢不同，一直呈現緩慢下降趨緩，直到2009-2011年才趨緩。

從虛擬水凈進口貿易量來看，中國是虛擬水凈出口國家，不過凈出口量在減少，有轉成凈進口趨勢。從虛擬水凈貿易量上看，農業和采掘業處于絕對凈進口狀態；制造業、批發零售、住宿餐飲業和交通運輸及倉儲郵政業處于絕對凈出口狀態。從各行業虛擬水凈進口貿易變化趨勢來看，處于絕對凈進口的農業和采掘業仍呈現上升趨勢，虛擬水凈進口量逐年增加。處于絕對凈出口的3個行業中，制造業呈現先快速下降，后上升趨緩的態勢；交通運輸及倉儲郵政業變換趨勢總體呈現先下降后上升趨緩態勢，與制造業態勢相近，只是下降時間段的幅度要小于制造業；批發零售、住宿餐飲業總體呈現先下降后上升趨勢，但不同于前2個行業的是其上升趨勢沒有趨緩，有從凈出口轉向凈進口趨勢。

3.2 驅動因素分析

運用公式(13)～(15)對中國2002-2011年的虛擬水凈進口貿易量進行分解，見圖4、表2，其中數值大小代表驅動力大小，正負代表驅動方向，如果與虛擬水變動方向一致，則為正驅動，如果與虛擬水變動方向不一致，則為負驅動。

圖4 3大效應對虛擬水凈進口變化的驅動值

由圖4可知，規模效應對總虛擬水凈進口貿易量變動的驅動力最大，并且對總虛擬水凈進口貿易量變動在2002-2008年起負驅動，在2009-2011年起正驅動。結構效應和強度效應的驅動力大小接近，但都遠小于規模效應，對總虛擬水凈進口貿易量變動整體起正驅動作用。3個驅動力的對比分析正好呼應了前文總虛擬水凈進口量變化趨勢，2002-2008年，對總虛擬水凈進口量起負向驅動的規模效應占主導，因此總虛擬水凈進口量不斷降低；2009-2011年，3大效應起正驅動作用，因此總虛擬水凈進口量呈現上升趨勢。

從3大驅動效應分別對8個行業的驅動力來看，農業對強度和規模效應變動敏感。在2002-2011年，由于技術改善，單位農產品虛擬水含量降低，因此強度效應為負向驅動；2002-2011年農業凈進口規模增加，虛擬水凈進口量也隨之增加。由于規模效應正向驅動力要大于強度效應負向驅動力，因此農業表現為虛擬水凈進口狀態。同樣處于絕對虛擬水凈進口的采掘業和農業對3大驅動要素的敏感程度接近，因此呈現相同規律。處于絕對虛擬水凈出口的制造業，批發零售、住宿餐飲業對3大驅動因素的敏感程度接近，由于處于負凈進口狀態且負值再變大，因此當用水強度水平的降低(萬元產值耗水系數減少)時，反而負負得正起到了正向驅動作用，而凈出口規模增加(負凈進口變大)，同理則表現為負向驅動，并且由于負驅動力大于正驅動力，因此表現為虛擬水凈出口狀態；并且這2個行業相較于農業和采掘業，對結構效應驅動力較為敏感，結構效應總體對這2個行業虛擬水凈進口貿易變動起負向驅動力，加深了這2個行業負凈進口的狀態。

表2 2002-2011年中國虛擬水凈進口貿易量結構分解 萬m3

4 結 論

本文通過投入產出法，計算出2002-2011年連續10 a的中國行業虛擬水進口和出口貿易量，分析當前我國對外虛擬水進出口格局，并運用結構分解法對中國虛擬水凈進口變動進行分解，分析各驅動因素對我國虛擬水凈進口貿易變動的影響，得出以下幾點啟示。

(1)當前中國虛擬水貿易呈現凈出口狀態。傳統基于農產品虛擬水貿易的研究，都指出中國是虛擬水凈進口國家，而在本文中，由于考慮了包含農業、工業和服務業的全部門虛擬水貿易研究，中國虛擬水貿易呈現凈進口狀態。單純看農業虛擬水貿易，中國的確呈現出虛擬水凈進口格局，但中國并未將農業虛擬水貿易進口的虛擬水全部用于本地消費，相當一部分作為中間投入供給了制造業，并由制造業出口到了國外，因此中國總體呈現凈出口狀態。可見，國民經濟部門虛擬水貿易具有整體性，單純從一個部門的虛擬水貿易狀況來斷定整個國家的虛擬水貿易格局很可能得到相反的結論。

(2)對當前中國虛擬水凈出口貿易格局影響最大的是制造業和農業，分別占到總虛擬水出口貿易量的90.52%，總虛擬水進口貿易量的87.61%，因此這2個行業的虛擬水進出口量變化決定著總虛擬水進出口量變化方向。其中，制造業處于凈出口狀態，并且在2002-2007年虛擬水凈出口量逐年加速走高，盡管農業在此期間呈現凈進口狀態，但無論是凈進口基礎量還是每年的增長率都趕不上制造業，因此整個國民經濟部門的虛擬水呈現凈出口狀態。但2008年開始，制造業虛擬水凈出口量下降，并趨緩穩定，而農業仍然處于加速凈進口狀態，因此國民經濟部門的凈進口虛擬水量不斷上升，有由總虛擬水凈出口變成凈進口趨勢。由此推斷，2002-2007年，制造業決定了中國虛擬水進出口格局，而2008-2011年甚至往后的若干年，農業將扮演越來越重要的角色。盡管農業是國民經濟部門耗水大戶，但考慮到國民生活以及工業品原材料的需求，其重要性不言而喻，因此農業虛擬水凈進口狀態，既能滿足我國對農產品的龐大需求，又能節約了本國大量水資源。

(3)從虛擬水貿易量變動的驅動因素分析可得，總體而言強度要素和結構要素對虛擬水凈進口變動起正向驅動作用，規模要素在2008年以前起負向驅動作用，2008年以后起正向驅動作用。強度要素的正向驅動力說明中國2002-2011年這10 a內用水強度水平逐年下降，減少了出口貿易的虛擬水含量，在進口虛擬水不變的前提下，相當于凈進口虛擬水量的提高。而結構要素對虛擬水凈進口的正向驅動力則說明當前的產業結構格局是有利于虛擬水進口的。而規模要素的負向到正向轉變也奠定了當前總虛擬水貿易由凈出口到凈進口變化的趨勢。不斷提高各個行業的用水效率，發展節水型行業，進口高耗水產品有利于不斷強化強度效應的正向驅動，確保結構效應和規模效應保持正向驅動。

虛擬水作為傳統實體水的拓展，豐富了水的內涵，而虛擬水貿易更是為本地虛擬水開源節流提供新思路。當前中國不僅需要水利工程來開發水資源，更要關心當前各行業部門的用水效率和虛擬水進出口狀況。利用虛擬水戰略分析優化產業用水結構、依據驅動因素分析當前各行業虛擬水變動方向，有利于發展節水型產業，減少本地水資源消耗，是最嚴格水資源政策3條紅線的探索。

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