黃河流域虛擬水貿易核算及影響因素研究

鄧光耀　毛穎

摘 要：為了量化貿易伴隨的虛擬水流動，評價其對區(qū)域水資源系統(tǒng)的影響，運用多區(qū)域投入產出模型揭示２０１２ 年、２０１５ 年、２０１７年黃河流域內、外部虛擬水貿易格局與結構，采用對數(shù)平均迪氏指數(shù)法（ＬＭＤＩ）對黃河流域各省區(qū)相對于中國其他省區(qū)的凈輸出虛擬水進行影響效應分析，用ＱＡＰ 回歸模型分析黃河流域各省區(qū)之間虛擬水貿易的影響因素。研究結果表明：１）黃河流域整體呈虛擬水凈輸入狀態(tài)，但向北京、天津、河北等１２ 個省區(qū)凈輸出虛擬水。２）黃河流域虛擬水貿易輸出行業(yè)主要是農業(yè)及電力、燃氣和水的生產和供應業(yè)。３）結構效應和強度效應是黃河流域虛擬水凈輸出的重要驅動因素。４）經濟發(fā)展水平、地理空間距離及用水強度是影響黃河流域內部虛擬水貿易的主要因素。

關鍵詞：虛擬水貿易；對數(shù)平均迪氏指數(shù)法；ＱＡＰ 模型；黃河流域

中圖分類號：ＴＶ２１３．４；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０４．０１１

引用格式：鄧光耀，毛穎．黃河流域虛擬水貿易核算及影響因素研究［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（４）：６８－７２，８５．

近年來黃河流域經濟發(fā)展迅速，流域內居民生活水平得到極大改善，但同時能源嚴重消耗、環(huán)境壓力不斷增加。為實現(xiàn)經濟高質量可持續(xù)發(fā)展、改善水資源利用效率，優(yōu)化資源配置和產業(yè)結構等迫在眉睫，必須對目前消耗的水資源進行核算?！疤摂M水”指嵌入在貿易產品中的水［１］ ，虛擬水概念的提出可幫助一些國家緩解水資源壓力［２］ 。在虛擬水測算方面，Ｄｅｎｇ 等［３］利用多區(qū)域投入產出模型計算了Ｇ２０ 國家之間的虛擬水貿易量。韓文鈺等［４］ 對中美兩國虛擬水貿易進行了研究。田貴良等［５］ 核算了長江經濟帶的虛擬水貿易量，為保護長江經濟帶的水資源提出了相應的建議。魏怡然等［６］ 基于多尺度投入產出分析模型核算了２０１２ 年北京市虛擬水貿易情況，并與２００７ 的結果進行了比較。在虛擬水影響因素方面，Ｔａｍｅａ 等［７］ 通過貿易引力模型得出人口、國內生產總值和地理距離是虛擬水量的重要影響因素；Ｄｕａｒｔｅ 等［８］ 研究得出經濟發(fā)展水平、制度和地理因素影響了虛擬水雙邊貿易量；Ｃａｉ 等［９］ 使用結構分解法分析了中國３０ 個省區(qū)虛擬水量變化的影響因素；陳麗新等［１０］ 通過定性分析研究虛擬水的影響因素。

通過文獻梳理發(fā)現(xiàn)，學者們對虛擬水的測算已經取得較多成果，但大多數(shù)學者對黃河流域虛擬水貿易的測算年份還停留在２０１２ 年、２０１５ 年，沒有對２０１７年的虛擬水貿易進行測算，并且對黃河流域虛擬水貿易的影響因素尚未涉及。鑒于此，筆者測算了２０１２年、２０１５ 年、２０１７ 年黃河流域內部、外部虛擬水貿易量，分析虛擬水貿易空間格局與貿易結構，結合ＬＭＤＩ（Ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ Ｍｅａｎ Ｄｉｖｉｓｉａ Ｉｎｄｅｘ）模型確定黃河流域虛擬水凈貿易量的影響因素，運用ＱＡＰ（Ｑｕａｄｒａｔｉｃ Ａｓ?ｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）模型研究黃河流域內部虛擬水貿易量的影響因素。

１ 流域概況、數(shù)據來源以及研究方法

１．１ 流域概況

黃河干流全長５ ４６４ ｋｍ，流域面積７９．５ 萬ｋｍ２。黃河流域盛產糧食和肉類，產量可達全國的１／３ 左右，煤炭資源非常豐富，屬于我國重點農產品生產區(qū)、重點能源化工基地［１１］ 。伴隨著粗放型生產，黃河流域水資源開發(fā)利用率已經達到了臨界值，面臨著非常嚴重的水資源匱乏問題［１２］ 。黃河流域人口眾多，各地區(qū)經濟基礎高低不一，發(fā)展方式不同，在經濟高速發(fā)展的過程中，每個省區(qū)的水資源節(jié)約目標將迎來更大的挑戰(zhàn)。

１．２ 數(shù)據來源

目前最新的區(qū)域間投入產出表所對應的年度為２０１２ 年、２０１５ 年和２０１７ 年（見ＣＥＡＤｓ 數(shù)據庫）。為了研究黃河流域虛擬水貿易情況及變化趨勢，選擇這３個年份的數(shù)據進行研究。為了便于分析，將投入產出表中的４２ 個產業(yè)部門合并為表１ 中的１３ 個產業(yè)部門。

２０１２ 年、２０１５ 年、２０１７ 年黃河流域的水資源消耗量數(shù)據來源于各省區(qū)的統(tǒng)計年鑒，其中工業(yè)各部門的用水量參考《中國經濟普查年鑒》中細分部門的用水情況計算得到。

１．３ 研究方法

１）投入產出模型是測算虛擬水貿易的一種常用方法，不僅考慮了生產部門之間的密切關聯(lián)，而且計算結果較為準確，能夠從宏觀角度對水資源的流動情況進行分析［１３］ 。

Ｒ 個區(qū)域Ｎ 個經濟部門的投入產出關系可以表示為

式中：Ａｒｓ（ｒ，ｓ ＝１，…，Ｒ 且ｒ≠ｓ）為不同地區(qū)生產部門間相互需求，Ａｓｓ為直接消耗系數(shù)，Ｙｓｒ為ｓ 地區(qū)對ｒ 地區(qū)的最終產品調出，Ｘｓ 為ｓ 地區(qū)產出。

整個等式表示總產出等于中間產品加最終產品。

將式（１）轉換為以下形式：

Ｘ ＝（Ｉ－Ａ）－１Ｙ （２）

式中：Ｉ 為單位矩陣；Ａ 為直接消耗系數(shù)矩陣，反映各種產品之間的技術經濟聯(lián)系；（Ｉ－Ａ）－１ 為列昂節(jié)夫逆矩陣。

式（２）中引入用水量：

Ｗ ＝ＤＸ ＝Ｄ （Ｉ－Ａ）－１Ｙ ＝ＴＹ （３）

式中：Ｗ 為各區(qū)域各部門的用水量，Ｄ 為直接用水系數(shù)矩陣，Ｔ 為完全用水系數(shù)矩陣。

區(qū)域之間虛擬水貿易量可表示為

ｖｗｒｓ ＝ Σｉｔｒｉ ｙｉｓ （４）

式中：ｔｒｉ為區(qū)域ｒ 的完全用水系數(shù)，ｙｉｓ 為區(qū)域ｓ 的經濟產出量。

２）對數(shù)平均迪氏指數(shù)法（ＬＭＤＩ）是把某一指標拆分成多個影響因素的方法，其優(yōu)點是分解結果無誤差項，更具有說服力［１４］ ，在能源消費量和能源強度領域廣泛運用，在水資源領域同樣適用，即采用ＬＭＤＩ 模型將黃河流域向中國其他省區(qū)凈輸出的虛擬水量進行影響效應分解。參考文獻［１４］，ＬＭＤＩ 的方程如下：

式中：ｖｗｉ 為ｉ 行業(yè)提供的虛擬水量；Ｑ 為規(guī)模效應，表示地區(qū)經濟規(guī)模對虛擬水量的影響；Ｑｉ 為行業(yè)ｉ 當年的ＧＤＰ；Ｉｉ 為虛擬水的用水強度；αｉ 為進出口規(guī)模和生產技術保持不變的情況下，進出口產品結構差異對虛擬水量產生的影響。

設ｖｗｅｘ為地區(qū)ｉ 向地區(qū)ｊ 輸出的虛擬水量，ｖｗｉｍ 為地區(qū)ｊ 向地區(qū)ｉ 輸入的虛擬水量，Δｖｗ 為兩者之間的差值，則

式中：ΔｖｗＩ ，Δｖｗα ，ΔｖｗＱ 分別為強度效應、結構效應和規(guī)模效應對虛擬水凈貿易量的影響量，３ 種效應量均通過對數(shù)平均的方法進行處理。

３）近年來，在關于能源貿易、碳排放等影響因素的研究中，ＱＡＰ 模型得到了廣泛應用，ＱＡＰ 是非參數(shù)檢驗方法之一，不要求自變量之間相互獨立，并且能夠有效解決虛假相關和多重共線性問題，相比于參數(shù)檢驗，其檢驗結果更具有穩(wěn)健性［１５］ 。參考文獻［１６ －１８］，采用ＱＡＰ 模型研究區(qū)域間虛擬水貿易的影響因素。

Ｇａｒｃｉａ 等［１９］ 的研究結果表明，虛擬水貿易受到ＧＤＰ 和地理距離的高度影響。Ｑｉａｎ 等［２０］ 的研究結果表明，虛擬水貿易受到用水強度、貿易結構、生產結構的顯著影響。Ｙｅ 等［２１］ 的研究結果表明，科學技術是影響虛擬水貿易的主導因素。通過對現(xiàn)有研究中關于虛擬水貿易影響因素的綜合分析和篩選，本文主要從以下幾方面來考察黃河流域各省區(qū)之間虛擬水貿易的影響因素：１）地理空間距離。地理距離是虛擬水貿易量的主要門檻，原因是距離決定貿易的交通成本，而交通成本會極大地影響虛擬水貿易。距離近了，交通成本自然就低一些，虛擬水貿易就會更頻繁。２）經濟發(fā)展水平。虛擬水貿易與地區(qū)消費水平有密切關系，而消費水平和地方經濟發(fā)展水平又有密切關系。３）用水強度。用水強度即單位產品的用水效率。如果一個地區(qū)的各行業(yè)都提高了用水效率則本應該通過貿易而外流的虛擬水會減少，因此用水強度差異也會影響虛擬水貿易。４）技術水平。技術水平通過影響用水效率和生產能力繼而對虛擬水貿易產生影響。技術水平的提高不僅可以帶來用水效率的提高，而且使得產品生產成本降低，進而促進貿易規(guī)模的擴大，使得大量的虛擬水隨產品一同外流，但由于黃河流域發(fā)展的不平衡性和流域資源稟賦的有限性，因此技術水平差異越小可能導致虛擬水貿易量越大。５）就業(yè)結構。產業(yè)結構的差異會影響虛擬水貿易，往往在發(fā)展中國家，產業(yè)結構轉換先于就業(yè)結構轉換，產值結構沒有真實地反映產業(yè)結構，在這種情況下就業(yè)結構相比產值結構更能反映產業(yè)結構，所以本文選擇就業(yè)結構作為虛擬水貿易的影響因素。

因此，本文假設虛擬水貿易網絡的影響因素可能為地理空間距離差異、經濟發(fā)展水平差異、用水強度差異、技術水平差異、就業(yè)結構差異，見表２。取黃河流域九省區(qū)對應指標在２０１２ 年、２０１５ 年、２０１７ 年的平均值，然后利用各省區(qū)間的差異建立差異矩陣，進行ＱＡＰ 回歸分析。

２ 結果分析

２．１ 黃河流域外部虛擬水貿易格局

２０１２ 年，黃河流域虛擬水凈輸入量為１５３．４９ 億ｍ３。從圖１ 可以看出：新疆向黃河流域輸入的虛擬水量最大，為８４．６８ 億ｍ３。黃河流域向北京、天津、遼寧、上海、浙江、福建、廣東及西藏等８ 個省區(qū)凈輸出虛擬水，向廣東凈輸出量最大，為３５．５５ 億ｍ３。２０１５ 年，黃河流域虛擬水凈輸入量為１０７．７９ 億ｍ３。從圖２ 可以看出：黃河流域向北京、天津、上海、浙江、湖北、廣東、重慶、云南及西藏等９ 個省區(qū)凈輸出虛擬水，向廣東的凈輸出量最大，為３２．５５ 億ｍ３。２０１７ 年，黃河流域凈輸入虛擬水量為１６６．７７ 億ｍ３。從圖３ 可以看出：黃河流域向北京、天津、河北、遼寧、浙江、重慶及西藏等７ 個省區(qū)凈輸出虛擬水，向天津凈輸出量最大，為１２．０４億ｍ３。

２０１２ 年、２０１５ 年、２０１７ 年黃河流域整體上始終為虛擬水凈輸入地區(qū)，但向京津冀、浙江、重慶等經濟發(fā)達地區(qū)凈輸出虛擬水。

２．２ 黃河流域外部虛擬水貿易結構

黃河流域各省區(qū)典型年（２０１２ 年、２０１５ 年、２０１７年）對外部虛擬水的輸出結構如圖４ 所示。從圖４ 可以看出黃河流域虛擬水輸出結構中，占比較大的有農業(yè)，采選業(yè)，電力、燃氣和水的生產和供應業(yè)及服務業(yè)，這是因為農產品是水資源密集型產品。內蒙古具有獨特的地理優(yōu)勢，適合農業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展，向外出口大量的農產品。陜西憑借獨特的氣候條件生產優(yōu)質水果，如獼猴桃、蘋果等，是水果調出大省。甘肅是我國重要的蔬菜基地之一，蔬菜被出售到全國其他省區(qū)。黃河流域豐富的煤炭資源可以用來發(fā)電，是我國西電東送的北線，由于電力傳輸，因此黃河流域向中國其他省區(qū)輸送大量虛擬水資源，造成了黃河流域水資源稀缺等問題。

２．３ 黃河流域內部虛擬水貿易

圖５～圖７ 分別為２０１２ 年、２０１５ 年及２０１７ 年黃河流域內部虛擬水貿易網絡。從圖５ 和圖６ 可以看出，２０１２ 年、２０１５ 年，山東虛擬水主要流向甘肅、河南、陜西、內蒙古，內蒙古虛擬水主要流向河南、四川、甘肅，青海、寧夏與黃河流域其他省區(qū)之間虛擬水貿易往來較少。從圖７ 可以看出，２０１７ 年，山西、陜西、河南為虛擬水輸出的主要地區(qū)，山西虛擬水主要流向內蒙古，河南虛擬水主要流向陜西，陜西虛擬水主要流向甘肅，可以看出地理鄰近省區(qū)虛擬水來往較為密切。

黃河流域典型年（２０１２ 年、２０１５ 年、２０１７ 年）內部虛擬水貿易輸出結構如圖８ 所示，內蒙古、陜西、甘肅、寧夏輸出的虛擬水主要來源于農業(yè)。山西輸出的虛擬水主要來源于電力、燃氣和水的生產和供應業(yè)，農業(yè)，服務業(yè)，采選業(yè)。山東、河南、四川輸出的虛擬水一半來源于農業(yè)，其余來源于服務業(yè)及電力、燃氣和水的生產和供應業(yè)。

２．４ 黃河流域虛擬水凈輸出原因解釋

在２０１２ 年、２０１５ 年、２０１７ 年，黃河流域始終向北京、天津、浙江、西藏等４ 個省區(qū)凈輸出虛擬水，為了分析虛擬水凈輸出的原因，本文采用ＬＭＤＩ 模型進行模擬計算，得到的結果見表３。由表３ 可以看出，結構效應和強度效應使得黃河流域向北京凈輸出虛擬水，這是因為黃河流域向北京輸出的產品中農業(yè)，電力、燃氣和水的生產和供應業(yè)等高耗水產業(yè)占比較大，并且黃河流域農業(yè)，電力、燃氣和水的生產和供應業(yè)的用水強度高于北京。２０１２ 年黃河流域向天津輸出的產品中電力、燃氣和水的生產和供應業(yè)占比較大，２０１５ 年、２０１７ 年農業(yè)占比較大，由此所造成的結構效應使得黃河流域向天津凈輸出虛擬水。黃河流域向浙江凈輸出虛擬水，主要是由結構效應和強度效應造成的，這是因為黃河流域農業(yè)用水強度較高并且向浙江輸出的產品中農業(yè)占比較大。２０１２ 年黃河流域向西藏凈輸出虛擬水主要歸因于規(guī)模、結構效應，２０１５ 年、２０１７ 年向西藏凈輸出虛擬水主要歸因于規(guī)模、強度效應。

２．５ 黃河流域內部虛擬水貿易網絡的影響因素分析

本文采用ＱＡＰ 回歸分析探究黃河流域內部虛擬水貿易網絡的影響因素，ＱＡＰ 回歸結果見表４。１）地理空間距離。該變量通過１％的顯著性水平檢驗，即地理空間距離是影響虛擬水貿易量的主要因素，回歸系數(shù)為負，即各省區(qū)之間的地理距離越短，虛擬水貿易量越大。２）經濟發(fā)展水平。該變量通過了０．１ 的顯著性檢驗水平，說明經濟發(fā)展水平差異在一定程度上對虛擬水貿易有影響，回歸系數(shù)為正，表明地區(qū)間經濟發(fā)展水平差異越大，其虛擬水貿易量越大。主要原因是經濟發(fā)展水平高的地區(qū)，需要調入農產品和水密集型產品，而經濟不發(fā)達地區(qū)的經濟總產值正好來源于農產品和水密集型產品。３）用水強度。該變量通過了０．０１ 的顯著性檢驗水平，回歸系數(shù)為正，表明用水強度差距越大，虛擬水貿易量越大。原因可能是經濟發(fā)達地區(qū)用水強度比較低，而農業(yè)經濟占統(tǒng)治地位的欠發(fā)達地區(qū)用水強度比較高，這種差異促進了省區(qū)間虛擬水貿易。４）就業(yè)結構。就業(yè)結構差異矩陣的回歸系數(shù)未通過顯著性檢驗，說明就業(yè)結構的差異對虛擬水貿易沒有顯著影響。５）技術水平。該變量通過了０．１ 的顯著性水平檢驗，回歸系數(shù)為負，說明黃河流域虛擬水貿易更多地發(fā)生在技術水平相近的省區(qū)之間。

３ 結論

測算了２０１２ 年、２０１５ 年、２０１７ 年黃河流域內、外部虛擬水貿易量，使用ＬＭＤＩ 模型對黃河流域向中國其他省區(qū)的凈輸出虛擬水量進行影響效應分析，用ＱＡＰ 回歸模型分析了黃河流域內部各省區(qū)之間虛擬水貿易的影響因素。

２０１２ 年、２０１５ 年及２０１７ 年黃河流域向北京、天津、浙江、西藏等４ 個省區(qū)始終凈輸出虛擬水，嚴重制約了黃河流域經濟發(fā)展。凈輸出虛擬水主要歸因于以農業(yè)及電力、燃氣和水的生產和供應業(yè)為主導的輸出產品結構以及其輸出產品的用水強度，黃河流域具有豐富的農牧業(yè)生產基地和能源基地，向其他地區(qū)出口了大量水資源密集型產品，在今后的農業(yè)發(fā)展中應該制定嚴格的制度來控制農業(yè)用水總量，優(yōu)化種植結構并大力發(fā)展節(jié)水灌溉，減少種植高耗水農作物。煤炭發(fā)電伴隨著大量水資源的消耗，應積極推動黃河流域能源產業(yè)的技術進步，努力向可再生能源轉型，優(yōu)化其能源結構，提高風能、太陽能占比以實現(xiàn)節(jié)水減排的目標。另外，工業(yè)企業(yè)應使用節(jié)水技術裝備，實現(xiàn)循環(huán)用水。

由ＱＡＰ 回歸分析結果來看，黃河流域內部虛擬水貿易量主要受經濟發(fā)展水平、地理空間距離及用水強度差異的影響，黃河流域各省區(qū)應該互補互足，缺水地區(qū)加大進口水密集型產品來減輕水資源壓力，同時優(yōu)化貿易結構，減少水資源的輸出，以便實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調發(fā)展。

本文的不足之處如下：由于細分部門的用水數(shù)據是估算得來的，因此測算結果存在一定的誤差；影響虛擬水貿易的因素較多，但本文選取的影響因素較少，今后還需要做進一步研究。

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［２１］ ＹＥ Ｑ Ｌ，ＬＩ Ｙ，ＺＨＡＮＧ Ｗ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌ Ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎＷａｔｅｒ Ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ：Ａ Ｆｏｃｕｓ ｏｎ Ｗｈｅａｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎ?ｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｗａｔｅｒ Ｉｍｐｏｒｔ ａｎｄ Ｅｘｐｏｒｔ Ｒｅｇｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ，２０１９，１０２：３０９－３１５．

【責任編輯 張 帥】

基金項目：國家自然科學基金資助項目（７２３６３０２１）；甘肅省隴原青年英才項目；蘭州財經大學絲綢之路經濟研究院科研項目（ＪＹＹＺ２０２１０２）