基于多区域投入产出模型的长江经济带虚拟水流动格局研究
2019-05-31田贵良李娇娇李乐乐
田贵良 李娇娇 李乐乐
摘要 水资源是长江经济带生态文明建设和绿色发展的关键领域和核心要素之一，分析长江经济带虚拟水流动格局有利于把握区域社会经济发展进程中水资源利用的深层次规律，实现长江经济带水资源优化配置和区域协调发展。本文为揭示长江经济带内、外经济贸易隐含虚拟水流动关系，依据多区域投入产出核算原理，基于产业经济、贸易数据及产业部门用水量，设计2012年长江经济带多区域投入产出表，构建长江经济带多区域投入产出模型框架，计算分析了长江经济带虚拟水流动格局，并评价净输出省区虚拟水贸易状态与水资源承载力的协调性。研究结果表明：①在全国贸易中，长江经济带区域整体呈虚拟水净输出状态。上海、浙江和重庆为虚拟水净输入区，其余省区均为虚拟水净输出区，其中江苏、安徽、湖北和湖南虚拟水净输出状态与当地水资源承载力不协调。②长江经济带各省区主要虚拟水输入、输出产业部门存在明显的区域差异。下游区域和上游地区重庆主要虚拟水输出产业为制造业，中游区域和上游地区四川、贵州、云南主要输出水资源密集型产品，输入劳动密集型产品。③在长江经济带区域内部贸易中，各省区贸易联系呈现出沿长江流域地理分布的特征。上游地区间贸易交流频繁，与中下游区域贸易联系不强，而中下游区域间贸易交流频繁。上海、浙江是虚拟水主要流向地，江苏、湖南是各省区虚拟水主要来源地。因此，在全国范围内，应对水资源利用进行统筹规划，建立多区域协调发展机制，转变区域间贸易结构;在长江经济带区域内部，根据地区间资源禀赋差异性和水资源承载力，系统、合理制定产业和贸易政策。
关键词 虚拟水流动;虚拟水贸易;多区域投入产出分析;水资源承载力;长江经济带
中图分类号 TV213.4
文献标识码 A [KG*2] 文章编号 1002-2104（2019）03-0081-08
DOI：10.12062/cpre.20180920
十九大以来，生态文明建设再次被提高到新的历史高度。水资源是生态环境的重要控制性要素，长江流域水资源总量相对较丰富，但时空分布不均衡[1]。随着经济的快速发展和城镇化进程的不断推进，长江经济带对水资源的消耗越来越大，且长江经济带沿江流域存在水质型缺水，水环境状态不容乐观[2]。2018年4月，习近平总书记在视察长江时，提出长江经济带发展要“共抓大保护，不搞大开发”。长江经济带建设作为国家重大发展战略，其发展模式和开发保护策略必将深刻影响长江流域水资源与水环境。因此有必要在新的历史时期，从经济和水资源复合系统的角度，量化研究二者之间的内部规律和运行态势，深入揭示长江经济带经济社会发展伴随的水资源开发利用情况。
虚拟水思维打破传统就水论水的水资源治理模式，将经济社会系统和水资源系统结合。虚拟水是指生产产品或服务过程中所需的水资源量[3]，伴随地区间的贸易发生流动。分析地区虚拟水流动格局，对展现经济社会发展和水资源利用之间的深层次关系具有重要意义。近年来，国内外众多学者对中国虚拟水流动格局展开了不同层面的研究。①在全国层面虚拟水流动格局研究中，Zhang 和Anadon[4]基于多区域投入产出模型，研究得出中国虚拟水贸易呈现由北向南的模式，与中国水资源分布大致相反;Jiang等[5]分析指出中国经济贸易隐含的虚拟水是由内陆地区流向沿海地区，由经济欠发达地区流向经济发达地区。②在区域层面研究中，王勇[6]、王雪妮[7]测算了中国8区域间贸易隐含的虚拟水转移状况和动态变化;吴兆丹等[8]研究了中国8大区域农林牧渔业虚拟水流动格局。③在省际虚拟水流动研究方面，谭圣林等[9]运用投入产出模型计算分析了广东省的水足迹;杨雅雪等[10]、张小霞等[11]研究了新疆的虚拟水量及流向;梅燕等[12]核算了浙江省各产业部门的虚拟水贸易量。
现有研究在虚拟水测算、虚拟水流动分析方面取得了丰富的成果，但仍存在一定不足：①以往研究更多依赖全国投入产出表或单一省份投入产出统计数据，采用单区域投入产出模型，无法全面揭示虚拟水的跨区域流动关系;②对于重点经济区域的深入研究不够，以往研究更多侧重于全国和省际层面，而对特定经济区域的研究较少，且较少从区域内部和外部角度分析虚拟水流动关系;③现有研究大多将投入产出表中的产业部门合并或缺少部分行业的虚拟水量，在一定程度上降低了计算结果的准确性和实用性。
基于上述分析，本文结合长江经济带2012年经济投入产出表和30个产业部门用水数据，构建长江经济带多区域投入产出核算框架，测算长江经济带内部以及与外部省区的虚拟水贸易量，探索长江经济带整体及各省区水资源配置状态，识别地区间水资源禀赋差异，为系统、合理制定产业和贸易政策，实现长江经济带区域水资源优化配置和协调发展提供决策依据和参考。
1 研究区域与数据来源
1.1 研究区域
长江经济带横跨中国东中西三大地带，覆盖上海、浙江、江苏等九省二市，以21.27%的国土面积承载着超过40%的总人口和国民经济产出[13]。根據沿长江流域地理位置的分布，长江经济带11个省（市）可分为长江上游、中游和下游区域，上游区域包括重庆、四川、贵州和云南，中游区域包括安徽、江西、湖北和湖南，下游区域包括上海、江苏和浙江。由于长江经济带区域空间范畴较大，不同地区的资源禀赋、经济发展水平存在较大差异。表1为基于2013年《中国统计年鉴》相关数据，计算整理得到的2012年长江经济带区域水资源及经济发展情况表。
长江经济带水资源总量丰富，占全国水资源总量的45.94%，经济总量占全国的45.46%，但是内部区域之间水资源总量及经济水平差距较大，上游和中游区域水资源总量占长江经济带水资源总量的86.35%，而经济总产出最大的下游区域仅占13.65%。长江经济带水资源分布和经济发展呈现明显的地理分布特征，同时区域水资源总量与经济发展水平之间不协调。下游区域水资源总量不到上游区域的三分之一，而经济总量大约是上游区域经济产出的2倍。中游区域的水资源总量和用水总量均较大。上游区域的水资源总量最大，但是用水总量最小，说明上游区域拥有丰富的水资源有待进一步开发利用，同时亦可发挥上游水资源优势，通过虚拟水贸易向其他地区输出虚拟水，从而缓解其他地区的水资源短缺状态。
1.2 数据来源
本文计算使用的投入产出数据引用自2012年中国30个省（自治区、直辖市）多区域投入产出表[14]（未包括西藏自治区、台湾地区、香港和澳门特别行政区），该表由中国碳核算数据库（CEADs）研究人员编制完成，包含30个产业部门。长江经济带各省（市）农业部门实际用水数据采用2013年《中国统计年鉴》中农业用水量。本文基于2008年《中国经济普查年鉴》中各工业部门用水量，将2008年到2012年的经济增长率作为水资源使用增长率，并参考2013年《中国统计年鉴》中各省（市）工业用水总量进行校正，间接得到2012年各工业部门的用水量。服务业各部门用水量是基于2013年《中国统计年鉴》中服务业用水总量，按照各部门对水的生产和供应业的消耗比例进行分配。由于目前官方并没有各细分行业的用水数据，本文间接获得各产业部门用水数据的方法，是相关研究[15-16]普遍采用的方法。
2 长江经济带多区域投入产出模型及虚拟水贸易流测算
2.1 单区域投入产出模型
投入产出分析最早由经济学家Leontief提出[17]，因其能够反映国民经济系统中各种产业部门生产活动的直接
和间接联系，因此被广泛应用于测算贸易隐含的虚拟水量。根据投入产出法，一个经济系统的生产活动存在如下平衡。
式（1）可整理为如下形式：
xi=∑nj=1zij+fi（2）
其中，xi为i部门的总产出;zij为i部门提供给j部门的中间投入;fi为i部门的最终使用。
直接投入系数aij=zij/xj，为j部门生产单位产品需要i部门对其的直接投入，因此式（2）可改写为：
xi=∑nj=1aijxj+fi（3）
2.2 长江经济带多区域投入产出模型
单区域投入产出模型只能揭示单一封闭省区虚拟水的流入流出态势，而长江经济带兼具经济社会发展和生态保护的双重特点，分析长江经济带内部以及与外部的虚拟水流动关系对水资源管理具有重要意义，因此需要突破单区域投入产出模型的限制，采用多区域投入产出核算框架。
本文依据长江经济带的区域特点和产业现状，基于中国2012年30个省（自治区、直辖市）多区域投入产出表构建长江经济带多区域投入产出表（见表2）。表中包含12个区域（长江经济带11个省区及长江经济带外部的全国剩余19省区），每个区域有30个产业部门，根据长江经济带多区域投入产出表，地区r的生产活动平衡为：
xri=∑12s=1∑30j=1arsijxsj+∑12s=1frsi+eri（4）
式中，xri为r区域i部门的总产出;arsij为直接投入系数，表示s区域j部门生产单位产品时，需要r区域i部门的直接投入;frsi为r区域i部门对s区域最终需求的投入量;eri为r区域i部门的出口量。
用矩阵形式表示为：
Xr=ArsXr+Frs+Er（5）
将式（5）移项变形，得到长江经济带多区域投入产出模型：
Xr=（I-Ars）-1（Frs+Er）=L（Frs+Er）（6）
其中，
L=（I-Ars）-1=l11 l12 … l1，12
l21 l22 … l2，12
l12，1l12，2…l12，12（7）
式中，Xr、I分别表示产出矩阵、单位矩阵，Ars为直接投入系数矩阵，Frs和Er分别表示最终需求矩阵和出口矩阵;L=（I-Ars）-1为Leontief逆矩阵，矩阵内元素lrsij表示为满足s区域j部门一单位的最终需求，r区域i部门需要投入的总产出。
在长江经济带多区域投入产出模型中引入各部门生产过程中的用水量，建立水资源拓展型MRIO（multi-regional input-output model）模型。各部门生产过程中的直接用水系数yri作为虚拟水量核算的基础，表示r区域i部门生产单位产品消耗i部门的直接用水量，其计算方式如式（8）。
矩阵内元素qrs表示为满足s区域各部门增加一单位的最终需求的产品，r区域提供的总用水量（包括直接用水和间接用水）。
2.3 长江经济带虚拟水贸易流测算模型
根据构建的长江经济带水资源拓展型MRIO模型，可测算长江经济带内部r区域流向s区域的虚拟水贸易流VWT〖KG0.2mm〗rs，长江经济带11省（市）间的虚拟水贸易流计算如下：
VWT〖KG0.2mm〗rs=∑12i=1qrifis（10）
长江经济带11省（市）与外地虚拟水贸易流为：
VWIs=∑12i=1q12，ifis（11）
VWOr=∑12i=1qrifi，12（12）
式中，VWIs为长江经济带各省（市）从长江经济带外部省区输入的虚拟水量，VWOr为长江经济带各省（市）向外部省区输出的虚拟水量。
3 结果分析
3.1 长江经济带区域间虚拟水流动格局
长江经济带是中国区域經济“T”型空间格局中极其重要的一级发展轴，担负着扩大内需的重要战略任务[18]。分析长江经济带区域间虚拟水流动格局及虚拟水外部依赖性与水资源承载力之间的协调性，是多角度展示长江经济带整体及各省区虚拟水贸易状态，实现区域协调发展的基础。
3.1.1 长江经济带区域虚拟水贸易量
根据长江经济带多区域投入产出模型计算长江经济带地区虚拟水流入和流出量，得到结果如表3所示。
在国内虚拟水贸易中，长江经济带区域输出虚拟水总量为489.06亿m3，输入虚拟水总量320.25亿m3，总体呈虚拟水净输出状态，净输出虚拟水量168.80亿m3。其中，直辖市上海、重庆和沿海省区浙江为虚拟水净输入区，其余省区均为虚拟水净输出区。上海市的虚拟水净输入量最大，为51.27亿m3，浙江省净输入虚拟水量40.54亿m3。虚拟水净输出省区分布于长江上中下游区域，但是各省区净输出虚拟水量差距较大，湖南省净输出虚拟水75.63亿m3，大约是四川省虚拟水净输出量的16倍。虚拟水净输出地区主要是下游省区江苏和中游地区，其净输出虚拟水量占长江经济带净输出虚拟水总量的89.29%。中游省区湖北和上游四川、贵州及云南的虚拟水输出量略高于输入量，处于虚拟水输入、输出基本平衡状态。
3.1.2 长江经济带地区虚拟水外部依赖性与水资源承载力分析
区域水资源承载力是衡量一个地区水资源所承载的社会、经济、生态与水资源复合系统压力的重要指标。根据刘佳骏等[19]建立的区域水资源承载力综合指标CW，可将长江经济带各省区水资源承载力状态分为水资源丰富（CW≤0.8），水资源紧张（0.8
图1为长江经济带各省区净输入虚拟水量与实际用水量的百分比及水资源承载力指标。从图中可以看出，中游地区江西和上游地区重庆、四川、贵州、云南为水资源丰富地区，下游地区上海、浙江、江苏和中游地区安徽、湖北、湖南為水资源紧张地区，长江经济带各省区水资源承载力
指标均小于1.0，没有水资源短缺地区。在水资源紧张地区，上海和浙江对虚拟水外部依赖性较大，上海净输入37.21%的实际用水量来缓解本地的水资源压力。而江苏、安徽、湖北、湖南却净输出虚拟水，水资源承载状态与虚拟水贸易不协调，这将加剧当地的水资源紧张局面。
在水资源丰富地区，江西净输出24.28%的用水量，有利于缓解国内其他地区的用水压力。四川省虽然为水资源丰富区，但是水资源承载力指标为临界值0.8，应加强
水资源危机意识。贵州和云南的水资源承载力指标均低于0.5，水资源承载有较大盈余，但是净输出虚拟水量分别仅为用水量的9.41%和11.15%，应加强国内贸易，向其他地区提供水资源，实现全国经济发展与生态保护的平衡。重庆市是唯一一个水资源丰富，却净输入10.91%用水量的地区。由于本文仅研究国内贸易，没有考虑进出口贸易，因此本文中江苏净输入虚拟水量与用水量的比值远远大于已有研究中的结果[20]。
3.1.3 长江经济带地区虚拟水流动部门格局
长江经济带各省区产业部门虚拟水流入、流出组成如表4所示。从表中可以看出不同区域虚拟水流入、流出结构存在较大差异。在下游地区，上海输出的虚拟水主要来源于制造业和服务业，占虚拟水输出总量78.43%，而农业部门输出的虚拟水量仅占5.52%，江苏和浙江制造业输出的虚拟水量也均超过50%。中游地区农业部门输出的虚拟水量所占比重较大，均超过60%，其中湖北省农林牧渔业和食品制造及烟草加工业输出的虚拟水量占全省虚拟水输出总量的比例高达78.46%，而各省制造业虚拟水
输出量仅占20%左右。上游地区四川、贵州和云南传统农业经济发达，虚拟水输出主要来源于农林牧渔业和食品制造及烟草加工业，占虚拟水输出总量的60%以上，而制造业和服务业的虚拟水输出量比重均较低。重庆虽然位于长江上游，但是作为直辖市，重庆的制造业和服务业较上游其余地区发达，虚拟水输出产业部门主要以制造业、服务业为主。
上海、江苏和浙江工业经济发达，在国内贸易中输出劳动密集型产品，而输入水资源密集型产品，因此上海、江苏和浙江容易创造更高的经济价值[5]。而中上游地区传统农业经济发达，在国内贸易中输出大量水资源密集型产品，但是安徽、湖北和湖南处于水资源紧张状态，持续输出大量水资源密集型产品将会加剧该地区水资源压力。因此，长江下游地区应提高用水效率，发展高附加值产业;中上游区域应发展节水型农业，调整农业种植结构，在水资源丰富地区，应保护基本农田，维持农业规模，发挥上游水资源优势，通过输出水资源密集型产品，缓解国内其他地区的水资源紧张状态。
〖BT2-*8〗3.2 长江经济带区域内部虚拟水流动格局
长江经济带内部11省（市）间虚拟水流量如表5所示。从表中可以看出上海、浙江、重庆、四川、贵州和云南从长江经济带内部其他省份输入的虚拟水量大于其输出的虚拟水量，其中上海、浙江虚拟水净输入量最大，在长江经济带中担任虚拟水消费者的角色。江苏、江西、湖南和安徽向长江经济带内部其他地区输出大量虚拟水，其中江苏和湖南是长江经济带其余省区虚拟水的两大主要来源地，为长江经济带区域的经济发展提供了一定的水资源保障。
在长江经济带区域内部贸易中，长江中下游省际贸易
频繁，五个最大的虚拟水流都在长江中下游区域，其中有三个是从江苏流出，占江苏省虚拟水输出量的62.56%。上游省区间虚拟水贸易较频繁，虚拟水主要流向上游地
区，占其虚拟水总输出量的47.63%，而虚拟水输入主要来源于上游地区和江苏、湖南，与其余省区的贸易交流较少。因此应加强上、中、下游地区间的贸易交流，下游地区通过贸易满足对水资源密集型产品的需求，缓解用水压力，中上游区域通过贸易推动当地经济发展，实现长江经济带各地区经济协调发展与水资源优化配置。
4 结论及建议
4.1 结论
本文基于长江经济带多区域投入产出模型，计算分析了2012年长江经济带国内贸易隐含的虚拟水量，探索了长江经济带内部及与外部间的虚拟水流动格局，得出如下结论。
（1）在国内贸易中，长江经济带区域整体为虚拟水净输出区，上海、浙江和重庆为虚拟水净输入区，其余8省均为虚拟水净输出区，其中江苏、安徽、湖北和湖南的虚拟水净输出状态与当地水资源承载力不协调。
（2）在国内贸易中，长江经济带各省区主要虚拟水输入、输出的产业部门存在明显区域差异。下游地区上海、江苏、浙江和上游地区重庆的工业、制造业经济发达，主要虚拟水输出产业为制造业。中游地区安徽、江西、湖北、湖南和上游地区四川、贵州和云南传统农业经济发达，主要输出农林牧渔业和食品制造及烟草加工业产品，输入制造业和服务业产品。
（3）在长江经济带区域内部虚拟水贸易中，省际贸易联系呈现沿长江流域地理分布的特征。上游省区间贸易交流频繁，但同中下游省区虚拟水贸易联系不强，中下游
区域间贸易频繁。上海、浙江是虚拟水主要流向地，江苏、湖南是各省区虚拟水主要来源地。
4.2 建议
针对以上长江经济带虚拟水流动特征，可为长江经济带区域协调发展和水资源优化配置提出如下两点建议。
（1）从全国区域间角度看，长江经济带区域整体为虚拟水净输出区，其中江苏、安徽、湖北和湖南的虚拟水净输出状态与当地水资源承载力不协调。应在全国范围内对水资源的合理利用进行统筹规划，建立多区域协调发展机制，转变区域间贸易结构，建立科学的区域产业结构，实现长江经济带绿色发展。
（2）从长江经济带区域内部角度看，上游地区贵州、云南为水资源丰富地区，可发展节水型农业，通过向外输出水资源密集型产品，带动当地经济发展，同时缓解中下游省区的用水压力。长江中游地区的农林牧渔业和食品制造及烟草加工业部门输出大量虚拟水，应提高虚拟水输出部门的用水效率，调整種植结构和贸易结构，形成可持续的虚拟水贸易格局。长江下游地区应树立节约用水的消费观念，优化产业结构，发展高附加值产业。
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Pattern of virtual water flow in the Yangtze River Economic Belt
based on multi-regional input-output model
TIAN Gui-liang1 LI Jiao-jiao1 LI Le-le2
（1.School of Business， Hohai University， Nanjing Jiangsu 211100， China;
2.School of Earth Sciences and Engineering， Hohai University， Nanjing Jiangsu 211100， China）
Abstract
Water resources are put much emphasis in the ecological civilization construction and green development of the Yangtze River Economic Belt. Research on the virtual water flow pattern of the Yangtze River Economic Belt is conductive to better understanding the relationship between economic development and water utilization， thus optimizing water resources allocation and achieving coordinated development in the Yangtze River Economic Belt. This study designed the economic input-output table of the Yangtze River Economic Belt， and established a virtual water accounting model for the Yangtze River Economic Belt by combining the input-output table and sector water consumption. The virtual water flow pattern and the coordination between virtual water external dependence and water resources carrying capacity of each province in the Yangtze River Economic Belt were analyzed. The results indicated that：① the Yangtze River Economic Belt was a virtual water net outflow area in the inter-provincial trade in China. Among all the provinces in the Yangtze River Economic Belt， only three provinces， Shanghai， Zhejiang and Chongqing， were net virtual water importers. The virtual water external dependence was not consistent with local water resources carrying capacity in Jiangsu， Anhui， Hubei and Hunan. ②There existed obvious regional differences in the major virtual water transfer industries. Manufacturing sector was the critical exporter in the lower reaches and Chongqing. However， four provinces in middle reaches of the Yangtze River as well as Sichuan， Guizhou and Yunnan mainly exported water-intensive products and imported labor-intensive products. ③The inter-provincial trades in the Yangtze River Economic Belt were characterized by geographical distribution along the Yangtze basin. The virtual water trades between the middle reaches and lower reaches were frequent， but the economic connections with the upper reaches were not so strong. Shanghai and Zhejiang were major virtual water importers while Jiangsu and Hunan played important roles of outputting virtual water in the Yangtze River Economic Belt. Therefore， on one hand， a multi-regional coordinated development mechanism should be established to transform the interregional trade structure in China， on the other hand， industrial and trade policies should be systematically formulated on the basis of local resource endowment and water resources carrying capacity in the Yangtze River Economic Belt.
Key words virtual water flow; virtual water trade; multi-regional input-output analysis; water resources carrying capacity; Yangtze River Economic Belt
