西北干旱区水资源利用与经济要素的匹配研究

李万明，黄程琪

(1.石河子大学经济与管理学院，新疆 石河子 832000；2.石河子大学屯垦戌边研究中心，新疆 石河子 832000)

水资源作为人类生存和经济发展不可替代的资料，它对人类的意义是不言而喻的。中国虽然是一个水资源丰沛的国家，但是人均拥有量却只有世界平均水平的三分之一不到，远少于发达国家，而且随着经济的发展，水资源缺乏对经济本身、环境造成的问题日益突出，使得我们必须考虑经济发展中水资源的利用问题。西北地区是中国最干旱的地区，中国绝大多数干旱地带位于这里，这里年均降水量只有230 mm，年蒸发量却是其年降水量的8～10倍，基于此，西北地区更应首先考虑经济发展之中水资源的利用问题，保证经济与水资源利用协调匹配，促使经济可持续发展，保证生态平衡稳定。但是事实上，西北地区由于地处偏远、科教落后，长期承接内地边缘产业，水资源污染消耗严重，很多区域的经济发展问题就是水资源短缺问题，因此研究水资源利用与经济的关系就显得颇为必要。另外，西北五省区也正好是“丝绸之路经济带”我国境内向西延伸的这一段，属于起点段，因此西北地区的水资源利用与经济的协调不仅仅关系到本地区的经济发展和生态环境，它还关系到“丝绸之路经济带”这一国家战略的顺利实施。

1 研究现状

水资源与经济发展的关系是非常紧密的，绝大多数产业的发展都需要水资源的支撑，水资源不足会严重制约相关产业的发展。水资源与经济发展要素不匹配会严重制约当地的经济发展。国内学者在水资源与经济要素的匹配方面进行了较多研究，例如，张吉辉等(2012年)在全国范围内，从水资源分布和配置两个角度研究了与经济发展要素的匹配关系，发现了中国经济要素确实与水资源整体匹配关系不佳，且阐释了影响匹配状况的主要区域[1]。孙才志等(2010年)从农产品虚拟水的角度探究了全国范围内其与水资源量、人口、化肥等要素的匹配关系[2]。潘安娥等(2014年)从水足迹视角探讨了湖北省水资源利用与经济的协调发展关系，结果表明水资源利用与GDP增长协调关系呈减弱趋势[3]。另外，张晓涛等(2012年)研究了黄河流域水资源利用与经济发展，以及水资源与耕地等要素的匹配[4]，孟钰等(2013年)以河南省内各地市水资源量与GDP的匹配关系，分析了河南省水资源供需的匹配状况[5]。在研究对象的选择上，西北干旱地区较少有人涉及，此区域水资源匮乏，水资源与经济的匹配相对其他地方更重要，因此本文选择它为研究对象。

研究水资源与经济要素的匹配，部分文献采用了诸如基尼系数法、不平衡指数法、用水匹配指数等方法[4-6]。还有一些文献采取了水足迹计算模型[3]、构建VAR模型[7,8]、协整模型[9]来研究水资源与经济增长的关联。但是很少有人把泰尔指数引入到水资源与经济要素的匹配研究之中。泰尔指数原本是用来相对地评判收入分配公平性的，但是根本上来讲，它是一个评判两个指标匹配关系的方法。而加权变异系数同样如此。本文拟采用基尼系数法、不平衡指数法、泰尔指数法、加权变异系数法来研究水资源利用与经济要素的匹配。

本文选取宁夏、甘肃、青海、陕西、新疆作为研究对象，水资源利用上选择水资源使用量指标来衡量。经济要素指标的选择上，由于人口较多的地方必然从生产生活上对水有更大的需要，并且它还是劳动力要素的来源，因此它需要被考虑；另外，水资源禀赋也是一个较大的影响因素，水资源禀赋高的地区往往用水效率低；由于在经济发展中，投资的影响也颇为重要，而且投资还是六大生产要素之一，因此投资也被考虑，采取的指标是新增固定资产，以衡量每年新形成的固定资产；经济发展方面的衡量指标选择的是地区GDP，与其他同类文献一致[2]。本文的贡献在于：首先，增加了泰尔指数法对指标匹配关系的衡量，并且还把它和加权变异系数进行了对比；另外，指标选取上，目前很少有学者考虑投资方面的指标来研究其和水资源利用的匹配关系；最后，选择了西北干旱区这一研究涉及较少的区域。

2 研究方法和数据来源介绍

2.1 研究方法

2.1.1 基尼系数法

基尼系数是由意大利经济学家基尼根据洛伦兹曲线提出的，一般它是用于衡量地区之间收入分配情况的标准，基尼系数的数值越大说明该地区收入分配越不均衡，反之说明越均衡。现在学者们已经拓展了基尼系数的使用范围，不再仅仅只是用它衡量收入的分配公平状况，它还被应用于研究多种资源的匹配问题[10,11]。基尼系数的取值越大，表示区域内两种资源相互之间在数量上越不匹配，反之越匹配。基尼系数对匹配关系的衡量标准如表1所示[2]。

表1 基尼系数对匹配关系的衡量标准

有多种方法可以计算基尼系数，常用的方法有定积分法、梯形面积法等。这里采用梯形面积法，梯形面积法是根据定义域进行分组，把洛伦兹曲线与水平轴围成的面积约等于若干个梯形的面积之和。其计算公式为：

(1)

式中：Ai、Bi分别为第i个省份的相应两种资源的累计百分比；n的取值为1到5的整数，表示计算某年两种资源的基尼系数时，省份的位次。特别地，把A0，B0定义为0值。

2.1.2 不平衡指数法

不平衡指数主要应用于评价城镇化水平与其他指标水平之间的差异。若以市域为基本研究单位，它一般是通过某一省内所有城市城镇化水平与例如工业产值比重、耕地面积比重、市域面积比重等等的关系来求得[12]。鉴于它是对差异的描述，本文引入它来研究水资源配置与经济发展经济要素之间的关系。它一般用I表示，其公式为[3]：

(2)

式中：n为省份数；ai、bi分别为各省的两种资源占区域的比重。

由上述公式可以看出若I的值越小，则ai与bi的差距越小，该区域这两个指标较为均衡匹配；反之，若I越大，则说明ai与bi的差距越大，该区域这两个指标较不匹配。在平面直角坐标系中，以ai为横坐标，bi为纵坐标，在该坐标系中描出(ai，bi)，再在其中画出直线b=a，当ai与bi较为匹配时，两者的差异较小，该点就离直线b=a较近；当ai与bi较不匹配时，两者数值差异大，该点就离该直线相对较远。因此可以用点与直线的距离来表示匹配情况，公式如下：

(3)

下面会用该指数I和点到直线距离di来衡量水资源配置与经济发展经济要素的匹配程度。

2.1.3 泰尔指数法

泰尔指数最早是由经济学家Theil在1967年提出，利用信息理论中的熵概念来计算收入的不平等性，是目前被广泛用于衡量收入差距的重要指标。它通常被用来通过代入区域经济产出占比和区域人口占比来计算收入分配差距[13]。泰尔指数根本上来讲是反映的两指标之间的差异或者说匹配状况，因此它也可以被用来反映水资源配置与经济发展经济要素的关系。泰尔指数一般用T表示，其公式为：

(4)

泰尔指数的取值是非负的，当泰尔指数为0时，表示两种资源分配完全等比例；泰尔指数取值越大表示两种资源越不匹配。

2.1.4 加权变异系数法

加权变异系数由美国经济学家威廉逊最早提出，它是以子区域人口比重为权重来求得整个区域某指标上差距的一种方法。许多学者用该方法衡量区域内发展、收入不平衡问题[14]。本文打算以各省水资源配置比重为权重，来计算西北地区在经济发展要素指标上的差距。加权变异系数一般用V表示，其公式为：

(5)

式中：ai为各省水资源利用占比；c为区域某指标平均值；ci为某省该指标的均值；n表示省份数。加权变异系数大于0，越大说明水资源利用与该指标越不匹配。

2.2 数据来源说明

本文选取水资源利用，也就是水资源使用量为基础指标，测算它与相关经济要素，具体来讲就是人口、水资源禀赋、新增固定资产和GDP的匹配关系。所用的数据主要来自于2005-2016年的《中国统计年鉴》以及西北5省区各省统计年鉴、和《中国水资源公报》。在水资源的使用量上，由于水资源公报有些年份没有分省的用水量，所以作者就通过人均用水量与人口乘积的方式进行了推算。另外，为了使GDP取值具有可比性，对GDP取值进行了去通货膨胀处理。

3 实证过程与结果分析

3.1 水资源利用与经济要素的基尼系数分析

为了反映西北5省区水资源利用与经济要素的匹配关系在时间上的变化特征，以及剖析变化的原因，下面以2004-2015年我国西北五省区的水资源使用量、人口数、水资源禀赋量、新增固定资产、地区生产总值GDP为评价指标，通过公式(1)计算出了西北五省区水资源利用与经济发展经济要素的基尼系数，如表2所示。

表2 水资源利用与经济要素的基尼系数

注：以上数据来源于各统计年鉴数据和水资源公报数据计算得出，下同。

(1)从表2和图1可以看出水资源利用与人口数的基尼系数，在2004-2015年期间较为平稳，而且稳中略有下降，从0.50降到了0.48，但是依然高于“0.4”基尼系数警戒值，处于“相对不匹配”状态。水资源利用与人口的基尼系数之所以较高，是因为西北地区多数地方是很缺水的，导致了水资源利用与人口数不匹配；另外一个原因是国家对西部的大力开发，以及城镇化的加快，许多地方出现了人口过度膨胀，水资源调配并没有跟上。这十二年来，之所以水资源利用与人口的基尼系数会呈下降趋势，与国家近些年在西北地区的大规模水利建设关系密切。

图1 水资源利用与经济要素的基尼系数折线图

(2)从水资源利用与水资源禀赋的基尼系数来看，在2004-2015年期间该基尼系数呈波动状态，匹配状态时而“匹配比较合理”，时而“相对不匹配”。之所以水资源利用与禀赋的基尼系数会处在这种水平和具有这种波动状态，是因为西北很多需水较多的地方水资源并不丰沛，依赖于从其他地方调水，因此造成了这种整体的基尼系数值略高；另外，由于降雨量波动的原因，水资源利用也会相应地受到影响。

(3)再从水资源利用与新增固定资产的基尼系数看，在2004-2015这12年间，该基尼系数数值整体上有升高趋势，并且出现了几个与整体较异常的值。除了前几个年份有两个是低于警戒线的，其余的值均高于。首先来解释一下3个“异常值”，因为国家在新世纪开启了西部大开发国家战略，在2005年左右有大量基础设施建成，所以造成了那一年新增固定资产较大，所以该年基尼系数值较大；而2009与2010年两年也较高，是因为在2008年底实施了经济刺激计划，所以其后两年会出现这种水资源利用与新增固定资产的极端不匹配。之所以整体该值会微微上升，主要是由于国家近些年对西部投资的逐步加大，而水资源利用的调整没有跟上。

(4)从水资源利用与GDP的基尼系数来看，在2004-2015年期间，该基尼系数值处于稳中有升状态，从0.44逼近于0.5左右，这期间该值处于“相对不匹配”状态。之所以会出现水资源利用对GDP基尼系数值的上升，是因为以市场为导向的水资源配置制度导致了经济发达地区使用了大量水资源，并且不同经济发展程度地区的用水效率差异进一步造成了该结果。

3.2 水资源利用与经济要素的不平衡指数分析

下面引入不平衡指数，对西北五省区的水资源利用水平与经济要素的平衡程度进行量化分析。其中5个地区的不平衡指数列出了从2004-2015年的12 a数据，而在水资源利用占比与各经济要素占比构成的点到直线b=a的距离上，为了能详细说明情况，只列出2007、2011、2015年3 a的情况(其实每组点到直线的距离随时间变化并不大，以上3 a是代表)。依照上述公式(2)和(3)，可算出对应的不平衡指数，和对应的点到直线b=a的距离。其中，Ipop、Iend、Infa、Igdp分别为水资源利用对人口、水资源禀赋、新增固定资产、GDP的不平衡指数，dpop、dend、dnfa、dgdp分别为水资源利用占比与人口、水资源禀赋、新增固定资产、GDP的占比构成的点到直线b=a的距离。

(1)水资源利用与人口的不平衡指数。我国和世界很多古老文明一样很多城市是依水而建，因为人类的生产生活都需要水资源，水资源丰沛的地方人口一般会比较密集，人口与水资源利用具有一定的相关、匹配关系。从表3可以看出，这些年份该系数基本上在0.2左右浮动，只有2006年相对较高，从整体来讲协调程度欠佳，但较为平稳。从表4水资源利用占比与人口占比构成的二维坐标系的点到直线b=a的距离的符号来看，2007、2011和2015年这3 a宁夏、新疆取值为负值，说明这两个地区人口比重小于水资源利用的比重，而陕西、甘肃、青海的距离都是大于零的，说明这几个地区的人口比重是大于水资源利用比重的。由这些点这3 a到该直线的距离可以判断，新疆和陕西两个地区为水资源利用与人口分布较不平衡地区，甘肃为中等平衡区域，而宁夏和青海为较平衡地区。

表3 水资源利用与经济要素的不平衡指数

(2)水资源利用与水资源禀赋的不平衡指数。对于水资源的利用，一般出于公平性和水资源价格的原因，水资源禀赋高的地区往往会相对利用更多的水资源，它们之间一般具有一定的一致性。从表3可以看出，这12年期间该不平衡指数大致上在0.12～0.18之间振荡，平衡协调程度一般，波动较大。从表4水资源利用占比与水资源禀赋占比构成的二维坐标系的点到直线b=a的距离的符号来看，2007、2011和2015年这3 a宁夏、新疆、甘肃它们的取值为负值，说明这3个地区水资源禀赋占比小于水资源利用占比，而陕西和青海的取值是正值，说明这两个地区水资源禀赋占比大于水资源利用占比。由这五省区的这些点到该直线的距离可以判断新疆和青海两个地区水资源利用情况与水资源禀赋较不平衡，而甘肃是较平衡区域，宁夏和陕西处于它们之中。

表4 代表性年份水资源利用与经济要素组成的点到直线的距离

(3)水资源利用与新增固定资产的不平衡指数。一个地区水资源的利用与投资的关系一般比较密切，投资的增长往往就意味着更多的水资源利用，因此水资源利用与新增固定资产具有一定关联。从表3可以看出，从2004-2015的这十二年期间，水资源利用对新增固定资产的不平衡指数，整体上来讲有微上扬的趋势，并且有几个年份数值相对特别高，它们是2005、2009和2010年。说明水资源利用与新增固定资产，也就是投资的不平衡程度在加巨，2005、2009和2010年那3个年份由于有国家相关政策影响，新增固定资产相对较多，所以才出现了3个相对高的值。从表4水资源利用占比与新增固定资产占比构成的二维坐标系的点到直线b=a的距离的符号来看，2007、2011和2015年这3 a新疆的取值一直为负数，说明这些地区新增固定资产占比小于水资源利用占比，而陕西一直为正值，说明该地区新增固定资产占比大于水资源利用占比。其他3个省区到该直线的距离在2007年均为负值，在2011和2015年均为正值，但是这3 a数值的绝对值均较小。再由这些点到该直线的距离可知，新疆和陕西的水资源利用与新增固定资产相对不平衡，而宁夏、青海则相对较平衡,甘肃处于这两组中间状态。

(4)水资源利用与GDP的不平衡指数。在当今这个水资源配置以市场调节为主的制度背景下，水资源利用自然而然就与经济发展水平----GDP，有较大的相关性。从表3可以看出，在这12年期间水资源利用对GDP的不平衡指数呈上升趋势，从0.17上升到了0.20左右。说明水资源利用与经济发展水平----GDP的不平衡程度在恶化。从表4水资源利用占比与GDP占比构成的点到直线b=a的距离的符号来看，宁夏、新疆的一直为负值，说明这两个地区的GDP占比小于水资源利用的占比。而陕西、甘肃、青海三省的都为正值，说明GDP的占比大于水资源利用的占比。最后，由点到该直线的绝对距离来看，新疆和陕西的距离一直较大，但是符号相反，这是两地水资源利用效率造成的，说明这两个地区水资源利用与经济发展水平较不平衡，而宁夏的距离一直都相对较小，其平衡状况相对良好，甘肃和青海的平衡状态则处于这两者之间。

3.3 水资源利用与经济要素的泰尔指数和加权变异系数分析

由于泰尔指数和加权变异系数都是衡量区域内两种资源匹配程度的方法，并且本文最后用它们得到的结果较为一致，于是就把它们和并列出，如表5所示。由表5可知，西北5省区水资源利用分别与人口、水资源禀赋、新增固定资产、和GDP的泰尔指数和加权变异系数基本上反映了相同的匹配情况。首先，对于水资源利用对人口的泰尔指数，它的取值较为平稳，一直处于0.418～0.475之间，没有大的起伏。对于水资源利用对人口的加权变异系数，它的取值同样很平稳，处于1.059～1.165之间，也较稳定。说明水资源利用对人口的匹配程度在这12年间比较平稳，从取值上来看匹配程度相对不匹配。其次，水资源利用对水资源禀赋的泰尔指数，它的取值也相对较为平稳，处在0.388～0.611之间。对于水资源利用对水资源禀赋的加权变异系数，它的取值走势也较为稳定，处于1.310～1.634之间。说明在2004-2015年期间，西北5省区水资源利用对水资源禀赋匹配程度保持相对较稳定，但是从取值上来讲，匹配程度是相对不匹配。再次，对于水资源利用对新增固定资产的泰尔指数，有几年出现了较大的波动，如2005、2009和2010年，其他年份取值走势较为平稳，总的取值处于0.209～5.820之间。而水资源利用对新增固定资产的加权变异系数上，它的走势与前面对应的泰尔指数的走势类似，也是2005、2009和2010年3 a有较大波动，其余年份相对较平稳。说明在这12年期间，西北5省区水资源利用对新增固定资产的匹配程度受到了相关政策因素的影响，如2008年金融危机之后的经济刺激计划，但是整体趋势较稳定，从取值上来讲，也处于相对不匹配状态。最后，对于水资源利用对经济发展水平----GDP的泰尔指数，它的取值一直较为稳定，处于0.348～0.475之间，略有上扬趋势。对于水资源利用对GDP的加权变异系数，它的取值处于1.089～1.271之间，走势也是较稳定，稍有上升。说明在2004-2015年这12年期间，西北5省区水资源利用对GDP的匹配程度，在取值上来讲，是处于相对不匹配的，而且从整体趋势上来看还有微微上升趋势。

表5 水资源利用对经济要素的泰尔指数和加权变异系数

4 结 语

通过上面3组水资源利用对经济要素的匹配状况实证分析，可以得到如下的结论：

(1)水资源利用对经济要素的基尼系数分析表明：西北五省区的水资源利用对人口、GDP的基尼系数，在2004-2015年期间均一直处于0.4～0.5左右，属于相对不匹配状态，而且对人口的基尼系数有下降的趋势，而对GDP的基尼系数有上升的趋势。在这12年间，水资源利用对水资源禀赋的匹配状况大多时候是相对不匹配，只有少数年份是处于匹配比较合理，整体走势处于振荡状态。最后，水资源利用对新增固定资产的基尼系数在这期间波动比较大，偶尔处于匹配比较合理状态，偶尔处于高度不匹配状态，其余年份是相对不匹配状态，并有上升趋势。

(2)水资源利用对经济要素的不平衡指数分析表明：在2004-2015年间，西北5省区的水资源利用对人口的不平衡指数取值较为稳定，但整体平衡协调度欠佳。而水资源利用对水资源禀赋的不平衡指数在这期间是处于振荡状态，平衡协调度相对人口来讲较好。水资源利用对新增固定资产的不平衡指数在这期间波动较大，且整体有上升趋势，平衡协调度不佳。最后，水资源利用对GDP的不平衡指数在这期间呈上升趋势，且平衡协调度欠佳。并且由对应的点到直线距离来讲，新疆和陕西在水资源利用对人口、水资源禀赋、新增固定资产和GDP的协调程度上一直较差，是问题比较严重的区域，青海和宁夏则是一直较好，是该区域水资源利用对经济要素匹配表现得相对较好的区域，而甘肃则在水资源利用对经济要素的协调程度上做得一般。

(3)水资源利用对经济要素的泰尔指数和加权变异系数分析均表明：西北5省区在水资源利用对人口和水资源禀赋的匹配协调程度上，在2004-2015年期间走势比较平稳，但处于相对不匹配状态。而水资源利用对新增固定资产的匹配程度，在两种分析里都可得出以下结论：走势波动较大，且多数时候处于相对不匹配状态。最后是水资源利用对GDP的匹配程度，两种分析均指出水资源利用对GDP处于相对不匹配状态，并且从走势上看，不匹配程度在扩大。综上，西北5省区在水资源利用对经济要素的匹配程度上都是处于相对不匹配的，协调状况令人担忧，而且水资源利用对经济发展----GDP的匹配程度有恶化趋势。

从3组方法的分析里可以看出，西北地区水资源利用对人口和禀赋的匹配程度在这12年间处于相对不匹配，但是取值较稳定；而对GDP和新增固定资产，它们的匹配程度也是相对不匹配的，而且有恶化趋势。从西北区域内部来讲，新疆和陕西在水资源利用与经济要素的匹配方面，总体来讲较差，甘肃是一般，宁夏和青海则相对较好。为了实现西北地区经济、社会、环境的可持续发展，必须保证水资源利用与经济要素经济发展相协调，同时还要确保地区的生态用水需要，确保水资源利用代际公平。

结合上述总结得出以下建议：进一步加强西北地区的水利设施建设，以提高该地区水资源利用效率，提高水资源利用与经济发展的匹配度，可以考虑修建大型农田防渗管网，和使用膜下滴灌等灌溉技术；加强对西北地区在非资源消耗密集型产业上的投资，使得西北地区在经济发展中可以减少对环境的压力，提高水资源利用效率；由于农业使用了大量的水资源，且使用效率低下，经济效益也不高，因此可以考虑在缺水地区发展一些需水少效益高的二三产业；考虑把一些需水较大的产业向水资源禀赋较高的地区转移，避免大规模水资源的调配；在水资源利用政策上对西北区域，特别是新疆和陕西进行倾斜，具体比如对节水行为和节水技术等进行奖励。