(兰州大学经济学院 甘肃 兰州 730000)

水资源利用效率的高低关乎着一个地区的社会经济效益，但随着经济的发展，以水资源供需失衡空间分布不均衡等问题日益突出。目前水资源利用效率研究主要集中在评价指标以及不同尺度的案例研究方面，对水资源利用效率的空间分析研究较少，因此，本文以西北干旱区为研究对象，定量分析西北五省近年来水资源利用状况，并对水资源利用效率的空间特征进行分析，为可持续发展提供科学依据。

一、研究方法

本文首先用投入产出方法计算各部门水足迹强度、虚拟水量和水足迹，再用 Moran指数 和 Theil 指数对西北五省完全水足迹强度进行空间差异分析，探索如何提高西北地区水资源利用效率的理论依据。编制新的水资源投入产出表是在各省价值型《投入产出表》的基础上加入水资源消耗量，在此基础上计算各省8部门的水足迹强度和虚拟水消费量[1]。文本文用完全水足迹强度反映每个省的水资源利用效率，完全水足迹强度即单位产出所消耗的全部水资源量，完全水足迹强度越大，说明单位产出所消耗的水资源越多，水资源利用效率越低。

(一)编制西北五省各省水资源投入产出

表1 水资源投入产出表的基本结构

(二)计算各产业部门相应的水足迹强度

直接水足迹强度是指部门生产单位总产出所直接消耗的水资源量，即

(1)

完全水足迹强度是指部门生产单位总产出所消耗的全部水资源量，包括直接用水和间接用水之和。各部门完全水足迹强度twj的计算公式：

(2)

式中，(I-A)-1为Leontief逆矩阵。

间接水足迹强度是指部门生产单位总产出所间接消耗的水资源，等于完全水足迹强度减去直接水足迹强度所得的差，即

IW=TW - DW

(3)

(三)计算各部门的最终虚拟水使用量VW

vwj=twj×Yj,VW=[vwj],(j=1,2,…,n)

(4)

虚拟水是在生产各种产品和服务中所需要的水资源数量。

(四)计算总水足迹W

总水足迹是指所有部门的虚拟水量再加上居民生活用水和生态用水量。

WF=VW+EW+DW

(5)

其中，VW 为前面计算的虚拟水使用量；EW为生态用水量；DW 为居民生活用水量。

(五)Moran’s I 指数

本文应用度量空间自相关空间的全局、局部莫兰指数I和莫兰散点图，对西北五省的完全水足迹强度进行空间差异分析。

(六)泰尔(Theil)指数

(10)

式(6)中，n 为区域个数；m 每个区域内省的个数，y、yi、yij分别代表西北五省、i 区域、i 区域内j 省的完全水足迹强度；G、Gi、Gij分别代表西北五省、i 区域、i 区域内 j 省的GDP。DS为区域间差异，DR为区域内差异，T越大，表示西北地区各省水资源利用效率差异越大，反则反之。

(七)数据来源

本文选取各省的2002、2007和2012年投入产出表，并根据张亚雄等[2]在《2002、2007中国区域间投入产出表》的方法和用水数据的可获得性，将42个部门合并为8个部门，分别为：农业、采选业、工业、重工业、电力蒸汽热水、煤气自来水的生产供应业、建筑业、货物运输及仓储业、其他服务业。水资源相关数据来源于各省《水资源公报》。

二、实证分析

(一)水足迹强度的核算

由公式(1)—(3)计算西北五省的直接水足迹强度、完全水足迹强度和间接水足迹强度，发现从2002年—2016年三者都在不同程度的降低，这说明水资源利用率在提高，其中农业部门的水足迹降幅最大，第8部门的完全水足迹强度比例逐渐升高，第3和第4部门即工业的完全水足迹强度比例在逐渐降低，这与西北五省的产业结构转型升级相一致。五个省中，新疆的完全水足迹强度最高，陕西省完全水足迹强度最低，在相同的经济产出水平下，2002年和2016年新疆用水量分别是陕西的3.3倍、5.4倍，这说明陕西用水效率比新疆提升的速度快一些。西北五省8部门中农业部门水足迹强度远远高于其他部门，表明农业部门创造单位价值所需要的水资源量要远高于其他部门，这说明农业有很大的节水空间，但占比过大必定会减少其他产业用水，从而限制其他产业发展。因此，应积极研发高新节水技术，走集约现代化农业道路，扩大农业的节水空间，提高农业用水效率，合理调整农业在整个国民经济的比重[3]。

由公式(1)—(5)，计算发现2002年以来西北五省总水足迹的结构没有发生很大的变化，且虚拟水是总水足迹的重要组成部分。从2002年开始，虚拟水量每年都占总水足迹的93%以上。虚拟水量占比之高主要是由于农业是西北五省的经济发展基础，再加上西北的干旱气候，使得农业耗水量远远高于其他产业，可以说明：农业是导致西北五省水资源结构不平衡的核心原因。

(二)西北五省完全水足迹强度 ESDA 分析

下面运用Moran’s I 指数，对整个西北地区水资源利用率不高的原因开展空间异质分析。

图1 2016年西北五省总水足迹、完全水足迹强度及 GDP空间格局对比

如图1所示，西北五省的总水足迹(WF)、完全水足迹强度(TW)以及GDP，在空间分布上存在明显差异，并且三者之间不存在显著关联性。其中，陕西省水足迹强度与GDP成反比，GDP较高的地区，财政能力也较强，在农业节水技术和教育方面投入的就越多，能够形成较好的良性循环，但其余四省相比而言经济较为落后，GDP总量远远低于陕西省，水资源利用效率也较低。图中显示宁夏的水足迹量不高，但其完全水足迹强度却很高，这表明存在水资源总量与水资源利用率双低的恶性循环现象。深究其因，其农业水足迹占总水足迹的比重高达87.51%，所以是其产业结构不合理导致了水恶性循环。

(1)全局自相关

表2 2016年西北五省完全水足迹强度的全域自相关分析

*2-tail test

表2所示，2016年西北五省全局 Moran’s I 未能通过显著性检验，即西北五省的完全水足迹强度在区域尺度上不存在空间自相关。前面水足迹强度和总水足迹计算结果显示，西北各省水资源利用效率具有空间差异性，从而不具有显著的全局集聚现象。

(2)局部自相关

表3 2016年西北各省完全水足迹强度的局域自相关分析

*2-tail test

如表3所示，局部 Moran’s I 指数也未能通过显著性检验，综合全局 Moran’s I，西北五省在区域-省域尺度下都不存在明显的空间自相关性，邻近区域和各省之间的水资源利用效率存在较大差异性，至此还没有找到导致水资源利用效率低的真正原因，接下来通过Moran 局部散点图进一步对其原因展开空间分析。

(3)Moran散点图

图2 2016年西北五省水足迹Moran散点图

图2表明，省域尺度上也不存在显著空间集聚现象，造成Moran未通过检验的原因可能是省域尺度数据太少。为进一步揭示西北地区省级尺度水足迹不具备空间集聚性，再运用Theil 指数对总水足迹的空间异质性及贡献度进行分析(图中的1,2,3,4,5分别代表陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆)。

(三)完全水足迹强度Theil指数分析

表4 2016年西北五省完全水足迹强度 Theil指数

如表4所示，区域内水足迹强度的差异贡献度为71.82%，远远大于去区域间 28.08% 的差异贡献度，区域内显著的异质性导致了三区域的总水足迹难以形成空间聚集特征，进一步看出西北地区总水足迹差异主要源于区域内，区域间较弱的异质性也是西北五省在全局上不具有显著的空间聚集性的原因[4]。

三、结语

综上所述：①西北五省完全水足迹强度存在明显空间差异，各省各部门水足迹强度差异很大；②Moran’s I 分析表明省域尺度不存在显著的空间集聚性；③Theil 分析表明空间差异性主要源于区域内部差异，主要是由甘肃与新疆、陕西与宁夏的两区域完全水足迹强度显著差异所致。因此要对西北五省做整体规划，制定相关的激励机制和水资源管理政策；②合理调整农业种植结构，提高农业节水技术开发投入，充分利用滴灌、喷灌技术，提高西北各省水资源利用率，在高新技术的支撑下走节水、高效集约化农业道路。