基于IO-SDA中国虚拟水贸易格局及驱动因素分析

袁 国 丽

(河海大学公共管理学院，南京 211100)

水资源是支撑区域经济社会发展的基础性和战略性资源之一。中国仅2 100 m3/人左右的人均水资源量占有量，按照国际标准人均水资源拥有量2 000 m3为严重缺水边缘，己经濒临严重缺水的边缘。为满足国民经济的用水需求，我国长期以来重视传统途径，通过修建水库、挖深河道以及优化水利工程的调度运行方式等措施提高水资源的开发利用水平。然而，由于水资源的不可再生性，一味通过加大本国水资源的开发，只能暂时缓解当前供需矛盾，不能满足对水资源日益增长的需求。因此，为了缓解水资源供需矛盾，迫切需要着眼全局考虑水资源的有效供给。

虚拟水与虚拟水贸易作为解决缺水地区的水资源问题的战略，在这一背景下受到越来越多的关注，而如何量化虚拟水贸易格局，分析虚拟水贸易量变动的原因，并因地制宜地进行虚拟水政策化探索成为当前虚拟水应用的新课题。20世纪90年代，Tony Allan[1]在非洲研究学院的研讨会上第1次提出了“虚拟水”的概念，并随后将其定义为生产商品或服务过程中所需要水资源的数量。Hokestra等[2]在此基础上提出“虚拟水贸易”的概念，旨在通过实物进出口贸易(开放经济条件下)，将隐含在实物中的水资源从水资源富饶的国家或地区交换至水资源匮乏的国家和地区，从而使水资源以虚拟水的形式在国际间流动，来缓解国家和区域的水资源匮乏和水资源短缺问题。赶过20 a的虚拟水学术研究进程中，虚拟水与虚拟水贸易研究从理论基础界定、计算方法研究，拓展到作为虚拟水战略纳入国民用水管理体系中[3-6]，获得长足发展。尽管虚拟水因水安全和粮食安全问题受到质疑，但不可否认虚拟水逐渐受到各国重视，并且已经在中东地区得到成功的应用[7-9]。

当前虚拟水贸易的相关研究大多数集中在贫水国家的农产品虚拟水贸易中，不能全面反映整个国民经济部门虚拟水贸易状况；少部分利用投入产出法计算全部门的虚拟水研究，由于数据局限(国内投入产出表数据每5 a编制一次)，只能选取逢2逢7年度的数据，缺乏连续年数据得出的结论不具有一般性，其代表性和科学性也受到质疑。结构分解(SDA)作为一种分析资源或能源利用变动机理的有效工具，由于与投入产出技术结合，能更好地反映部门间联系[10,11]，由于投入产出表数据限制，应用率较低，而将SDA用于虚拟水变动分解的尚未出现。本文引用虚拟水贸易的相关理论，首先运用投入产出模型计算出2002-2011年连续10 a的虚拟水进出口贸易量，再运用SDA模型对10 a间虚拟水净进口贸易量的变动进行分解，连续年的投入产出表数据使得结论更具代表性，也全面揭示当前我国虚拟水贸易格局，最后对区域虚拟水管理提出相关建议，为中国缓解用水矛盾、解决水资源短缺危机提供决策依据。

1 研究模型与方法

1.1 虚拟水贸易量计算方法

目前关于虚拟水的主流计算方法有2个：第1种是产品树法，通过产品原材料供应链的分级，自下而上分级计算产品的虚拟水含量；另一种方法是投入产出法，依据投入产出表建立价值型—实物型水资源投入产出模型，算出产业部门完全用水量来近似替代虚拟水含量。水足迹法主要依据FAO组织公布的单位商品虚拟水含量(主要是农产品和部分初级工业品)，由于国民经济部门多样性，产品树分类存在交叉性和不完全性问题；而投入产出法根据部门用水强度和产业关联度(完全耗水系数)计算虚拟水含量，可以计算农业外的工业和服务业的虚拟水含量[12]。因此，本文采用投入产出分析方法计算产业部门的虚拟水贸易量。产业部门虚拟水贸易量的计算步骤如下。

(1)计算各产业部门的直接耗水系数(万元产值表示)：

(1)

式中：Qi表示i部门的直接耗水系数；Wi表示i部门直接耗水量；Xi表示i部门的总产出。

(2)计算各产业部门的完全耗水系数：

Hi=Q(I-αA)-1

(2)

式中：Hi表示i部门的完全耗水系数；I是单位矩阵；A表示直接消耗系数矩阵；(I-αA)-1表示投入产出模型的Leontief逆矩阵；α是各行业总产出与总产出与进口和的比值的对角矩阵，表示本地生产比例。

(3)计算产业部门的虚拟水贸易量公式：

(3)

(4)

(5)

式中：VWIi、VWEi和VWNi代表i部门虚拟水进口贸易量、虚拟水出口贸易量和虚拟水净进口贸易量；TIi和TEi代表i部门的进口贸易量和出口贸易量。

1.2 驱动因素分解模型

(6)

考虑到传统SDA分解方法存在残差，分解不一致的现象，引入基础路径法(PBM)[14〗，假设VW各影响因素Xi在基期“0”和末期“1”之间连续变化，则：

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

(7)

则VW从基期到末期的微分表达式如下：

(8)

xi是基于t的时间函数，因此上述微分表达式可以进一步分解：

(9)

VW的总变化为所有微分变化之和：

(10)

驱动因子xi对VW的影响可表示：

(11)

假设每个驱动因子x的时间路径由参数θ决定，则上式可以转换为：

(12)

则强度效应、结构效应和规模效应对虚拟水净进口变动影响力可表示为：

(13)

(14)

(15)

2 研究区数据来源和处理

(1)历年投入产出数据。以WIOD公布的1995-2011年投入产出表原始数据[15]作为基础，考虑到2001年中国加入世贸组织可能会造成进出口贸易结构变动，为了保证结论的一致性，节选2002-2011年这10 a的数据作为本次研究的时间段数据。产业部门分类上，为了便于展示，按照中国产业部门能源统计分类，将35个产业部门合并成8个部门来展示(1农业，2采掘业，3制造业，4水、电力、天然气的生产和供应业，5建筑业，6交通运输、仓储业及邮政业，7批发零售、住宿餐饮业，8其他服务业)，作为本次研究的部门对象。

(2)历年全国产业耗水数据。全国的耗水量数据来自于2002-2011年中国水资源公报[15]，由于水资源公报的耗水量数据按照农业、工业、生活和生态进行统计，而投入产出表需要农业、工业和服务业的统计口径，因此需要界定服务业耗水数据。根据国家对用水范围的界定，服务业耗水量和城镇公共用水统计相似，因此本文城镇公共耗水近似替代服务业用水，具体计算公式如下：

城镇公共耗水=城镇生活耗水-

城镇居民用水定额×城镇人口×365

(16)

其中，城镇居民用水定额数据来源于《城市居民生活用水量标准》，城镇人口数据来源于国家统计局官网[16]。得到历年农业、工业和服务业耗水量数据以后，参照扩展型水资源可比价投入产出表的编制[17]，得到工业和服务业细分部门耗水数据。

3 计算结果分析

3.1 虚拟水贸易量分析

运用上述公式对虚拟水贸易量进行测算，结果见表1、图1、图2、图3。从虚拟水出口贸易量上来看，年均虚拟水出口贸易量最多的行业是制造业，占到年均总虚拟水出口贸易量的81.29%，其次是农业，占到了9.23%。年均出口贸易量最少的行业是电力、水和天然气的生产和供应业，仅占总虚拟水出口贸易量的0.09%，其次是建筑业，占比为0.26%。从各行业虚拟水出口贸易量变化趋势来看，农业部门虚拟水出口贸易先呈现缓慢下降，再稳定的趋势，总体变化幅度较小，仅在2008年出现了较大幅度下降。2008-2009年发生了世界性的经济危机，不利于出口贸易，因此这2个年度中，其他部门虚拟水出口也呈现出较大幅度的下降。电力、水和天然气的生产和供应业虚拟水出口趋势与农业相似，整体呈现缓慢下降趋势。制造业虚拟水出口在2002-2007年呈现快速增长趋势，增幅为77.88%，2008-2009年由于金融危机，虚拟水出口呈现下降趋势，降幅为26.71%，2010-2011年缓慢攀升，维持稳定。建筑业和第3产业的3个部门的虚拟水出口呈现相似规律，在2002-2007年呈现上升趋势，但增幅不大，不同于制造业的快速增长，在2008-2011年出现下降，并维持稳定的趋势。

表1 2002-2011年中国虚拟水贸易量 亿m3

图1 2002-2011年中国虚拟水进口贸易量

图2 2002-2011年中国虚拟水出口贸易量

图3 2002-2011年中国虚拟水净进口贸易量

从虚拟水进口贸易量上看，年均虚拟水进口贸易量最多的行业也是制造业和农业，分别占到总虚拟水进口贸易量的55.73%和31.88%。年均虚拟水出口贸易量最少的行业是电力、水和天然气的生产和供应业以及建筑业，分别占到总虚拟水进口贸易量的0.12%和0.25%。相较于虚拟水出口来看，农业和采掘业占比出现较大提高，制造业和第3产业的3个部门的占比较大下降。从进口贸易量变化趋势来看，农业部门虚拟水进口贸易总体呈现上升趋势，10 a虚拟水进口贸易增长了2.72倍。同样呈现上升趋势的还有采掘业和第3产业的3个部门。制造业虚拟水进口呈现先增长后下降趋缓的态势，在行业年均进口虚拟水贸易量线上下小幅度波动。建筑业虚拟水进口贸易量变化趋势与总量变化趋势不同，一直呈现缓慢下降趋缓，直到2009-2011年才趋缓。

从虚拟水净进口贸易量来看，中国是虚拟水净出口国家，不过净出口量在减少，有转成净进口趋势。从虚拟水净贸易量上看，农业和采掘业处于绝对净进口状态；制造业、批发零售、住宿餐饮业和交通运输及仓储邮政业处于绝对净出口状态。从各行业虚拟水净进口贸易变化趋势来看，处于绝对净进口的农业和采掘业仍呈现上升趋势，虚拟水净进口量逐年增加。处于绝对净出口的3个行业中，制造业呈现先快速下降，后上升趋缓的态势；交通运输及仓储邮政业变换趋势总体呈现先下降后上升趋缓态势，与制造业态势相近，只是下降时间段的幅度要小于制造业；批发零售、住宿餐饮业总体呈现先下降后上升趋势，但不同于前2个行业的是其上升趋势没有趋缓，有从净出口转向净进口趋势。

3.2 驱动因素分析

运用公式(13)～(15)对中国2002-2011年的虚拟水净进口贸易量进行分解，见图4、表2，其中数值大小代表驱动力大小，正负代表驱动方向，如果与虚拟水变动方向一致，则为正驱动，如果与虚拟水变动方向不一致，则为负驱动。

图4 3大效应对虚拟水净进口变化的驱动值

由图4可知，规模效应对总虚拟水净进口贸易量变动的驱动力最大，并且对总虚拟水净进口贸易量变动在2002-2008年起负驱动，在2009-2011年起正驱动。结构效应和强度效应的驱动力大小接近，但都远小于规模效应，对总虚拟水净进口贸易量变动整体起正驱动作用。3个驱动力的对比分析正好呼应了前文总虚拟水净进口量变化趋势，2002-2008年，对总虚拟水净进口量起负向驱动的规模效应占主导，因此总虚拟水净进口量不断降低；2009-2011年，3大效应起正驱动作用，因此总虚拟水净进口量呈现上升趋势。

从3大驱动效应分别对8个行业的驱动力来看，农业对强度和规模效应变动敏感。在2002-2011年，由于技术改善，单位农产品虚拟水含量降低，因此强度效应为负向驱动；2002-2011年农业净进口规模增加，虚拟水净进口量也随之增加。由于规模效应正向驱动力要大于强度效应负向驱动力，因此农业表现为虚拟水净进口状态。同样处于绝对虚拟水净进口的采掘业和农业对3大驱动要素的敏感程度接近，因此呈现相同规律。处于绝对虚拟水净出口的制造业，批发零售、住宿餐饮业对3大驱动因素的敏感程度接近，由于处于负净进口状态且负值再变大，因此当用水强度水平的降低(万元产值耗水系数减少)时，反而负负得正起到了正向驱动作用，而净出口规模增加(负净进口变大)，同理则表现为负向驱动，并且由于负驱动力大于正驱动力，因此表现为虚拟水净出口状态；并且这2个行业相较于农业和采掘业，对结构效应驱动力较为敏感，结构效应总体对这2个行业虚拟水净进口贸易变动起负向驱动力，加深了这2个行业负净进口的状态。

表2 2002-2011年中国虚拟水净进口贸易量结构分解 万m3

4 结 论

本文通过投入产出法，计算出2002-2011年连续10 a的中国行业虚拟水进口和出口贸易量，分析当前我国对外虚拟水进出口格局，并运用结构分解法对中国虚拟水净进口变动进行分解，分析各驱动因素对我国虚拟水净进口贸易变动的影响，得出以下几点启示。

(1)当前中国虚拟水贸易呈现净出口状态。传统基于农产品虚拟水贸易的研究，都指出中国是虚拟水净进口国家，而在本文中，由于考虑了包含农业、工业和服务业的全部门虚拟水贸易研究，中国虚拟水贸易呈现净进口状态。单纯看农业虚拟水贸易，中国的确呈现出虚拟水净进口格局，但中国并未将农业虚拟水贸易进口的虚拟水全部用于本地消费，相当一部分作为中间投入供给了制造业，并由制造业出口到了国外，因此中国总体呈现净出口状态。可见，国民经济部门虚拟水贸易具有整体性，单纯从一个部门的虚拟水贸易状况来断定整个国家的虚拟水贸易格局很可能得到相反的结论。

(2)对当前中国虚拟水净出口贸易格局影响最大的是制造业和农业，分别占到总虚拟水出口贸易量的90.52%，总虚拟水进口贸易量的87.61%，因此这2个行业的虚拟水进出口量变化决定着总虚拟水进出口量变化方向。其中，制造业处于净出口状态，并且在2002-2007年虚拟水净出口量逐年加速走高，尽管农业在此期间呈现净进口状态，但无论是净进口基础量还是每年的增长率都赶不上制造业，因此整个国民经济部门的虚拟水呈现净出口状态。但2008年开始，制造业虚拟水净出口量下降，并趋缓稳定，而农业仍然处于加速净进口状态，因此国民经济部门的净进口虚拟水量不断上升，有由总虚拟水净出口变成净进口趋势。由此推断，2002-2007年，制造业决定了中国虚拟水进出口格局，而2008-2011年甚至往后的若干年，农业将扮演越来越重要的角色。尽管农业是国民经济部门耗水大户，但考虑到国民生活以及工业品原材料的需求，其重要性不言而喻，因此农业虚拟水净进口状态，既能满足我国对农产品的庞大需求，又能节约了本国大量水资源。

(3)从虚拟水贸易量变动的驱动因素分析可得，总体而言强度要素和结构要素对虚拟水净进口变动起正向驱动作用，规模要素在2008年以前起负向驱动作用，2008年以后起正向驱动作用。强度要素的正向驱动力说明中国2002-2011年这10 a内用水强度水平逐年下降，减少了出口贸易的虚拟水含量，在进口虚拟水不变的前提下，相当于净进口虚拟水量的提高。而结构要素对虚拟水净进口的正向驱动力则说明当前的产业结构格局是有利于虚拟水进口的。而规模要素的负向到正向转变也奠定了当前总虚拟水贸易由净出口到净进口变化的趋势。不断提高各个行业的用水效率，发展节水型行业，进口高耗水产品有利于不断强化强度效应的正向驱动，确保结构效应和规模效应保持正向驱动。

虚拟水作为传统实体水的拓展，丰富了水的内涵，而虚拟水贸易更是为本地虚拟水开源节流提供新思路。当前中国不仅需要水利工程来开发水资源，更要关心当前各行业部门的用水效率和虚拟水进出口状况。利用虚拟水战略分析优化产业用水结构、依据驱动因素分析当前各行业虚拟水变动方向，有利于发展节水型产业，减少本地水资源消耗，是最严格水资源政策3条红线的探索。

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