黄河流域水资源与产业升级互动关系研究

刘建华 ，唐 琦

(1. 郑州大学 管理学院，河南 郑州 450001； 2. 郑州大学 黄河生态保护与区域协调发展研究院，河南 郑州 450001)

水资源是组成生态环境的基础性自然资源，与产业升级相互关联。水资源在不同产业间的配置直接影响产业升级与经济发展，而产业升级会引起水资源消耗结构的改变。通过转变经济发展方式，能够提高水资源配置效率，推动人水和谐共生。黄河流域承载着全国31.1%的人口，是我国重要的生态屏障与经济发展区域。然而黄河流域属于干旱半干旱地区，统计资料表明：水资源禀赋方面，2019年黄河流域八省区（不含四川）的水资源总量和人均水资源量分别为2 662.4 亿m3和758.1 m3，分别为长江流域的17.4%、24.1%，缺水较为严重；产业升级方面，黄河流域八省区2019年第一、二、三产业占GDP比重分别为8.0%、41.7%、50.3%，长江流域相应值为7.0%、39.5%、53.5%。由此看出，黄河流域水资源短缺， 且产业结构亟待升级。促进水资源与产业升级的良性互动是实现黄河流域生态保护和高质量发展的必由之路。因此，研究黄河流域水资源与产业升级互动关系尤为重要。由于四川省同处于长江流域，水资源相对丰富，且黄河仅流经四川阿坝和甘孜地区，因此本文针对四川外的8个省区开展研究。

国内外许多学者针对水资源与产业升级相关方面开展了研究。一是水资源与经济社会发展的关系研究，主要集中在高质量发展[1]、水资源承载力[2-3]、动态关联[4]、知识图谱分析[5]、用水演变[6]、未来水资源趋势[7]、生态保护[8]等方面。二是产业升级研究，卢丽文等[9]利用偏离份额、基尼系数、区位商探析长江经济带水污染密集型产业时空格局演变；徐银良等[10]从过程视角考察评价省域科技创新驱动产业升级的绩效水平，分析其空间差异变化特征。三是水资源与产业升级的关系研究，主要包括产业结构评价[11]、产业结构优化[12]、关联关系[13]、高级化适配[14]等方面。综上所述，部分学者已经在相关领域取得了一定成果。但现有关于水资源与产业升级关系研究主要集中在单向影响研究（如水资源对产业升级的影响或产业升级对水资源的影响），以及全国或某一省市的水资源与产业升级互动关系研究，对某一流域或经济圈的水资源与产业升级互动关系的研究较少。因此，本文在借鉴已有研究成果的基础上，构建黄河流域八省区水资源与产业升级综合评价指标体系，根据计算所得指数进行时空分析，并运用面板向量自回归（PVAR）模型对黄河流域八省区2010—2019年水资源与产业升级互动关系进行实证分析，提出相应对策建议。

1 指标体系构建

1.1 理论分析、指标选择与数据来源

对地区生态环境的保护能够提升地区的宜居共享程度，减少地区劳动力的流出并吸引外来劳动力的流入，有利于地区经济增长，进而推动地区产业结构的高级化与合理化。产业结构的高级化与合理化能够减少地区内资源型产品的消耗，使要素更加合理地流动，促进地区经济增长，加大地区生态环境保护的资金支持，有利于实现地区生态环境优化[15]。研究表明，产业升级应该向水资源利用效率更高、水资源配置更有效和环境污染更少的方向发展。第一产业占主体地位的时期，水资源作为一种重要的自然资源支撑第一产业发展，水资源利用方式比较粗放、利用效益较低，此时产业结构对水资源利用产生负向影响。工业化初期，劳动密集型与资源密集型产业占主导地位，煤炭、火电、钢铁、石化等高污染高耗水产业迅速发展，这类产业对水资源的需求量逐渐增加，但其用水方式不合理，导致水资源短缺与污染问题日益严重，此时产业结构对水资源状态与水资源利用产生负向影响。为使有限的水资源发挥出最大效益，在保障粮食生产和饮水安全的前提下，从资源利用效率最优角度，提高一二三产业用水效率，优化二三产业耗水结构[14]，水资源从用水效率较低的产业向用水效率较高的产业转移，因此较低的水资源利用效率会反过来制约高耗水产业发展，水体状态的破坏也会对高耗水产业起抑制作用，此时水资源状态与水资源利用对产业结构产生负向影响。工业化中后期，水资源的短缺与污染迫使产业结构向用水量更少、用水效益更佳、产业环境友好程度更高的方向发展，即进行产业升级，知识密集型产业逐渐占据主导地位，节水型产业蓬勃发展，协调推动产业结构的合理化变迁和用水效率的提高[16]，产业环境友好水平提高，水资源与主导产业的关联程度逐渐减弱，有利于涵养水资源、提高用水效益，此时产业结构与产业环境友好对水资源状态与水资源利用产生正向影响。

为探讨黄河流域八省区水资源与产业升级的互动关系，借鉴相关研究成果[10,17]，结合区域实际发展状况，考虑数据的合理性、可获得性、可操作性等，构建黄河流域八省区水资源与产业升级综合评价指标体系。基于上述分析，水资源选取水资源状态和水资源利用两个方面的指标，产业升级选取产业结构和产业环境友好两个方面的指标。具体指标含义解释如下，指标体系如表1所示。

表1 黄河流域八省区水资源与产业升级综合评价指标体系及权重Tab. 1 Comprehensive evaluation index system and weight for water resources and industrial upgrading of the eight provinces in the Yellow River Basin

（1）水资源状态类指标反映水资源的数量与质量。其中：产水系数=水资源总量/年降水量，反映某个区域受到气候条件影响的水资源变动情况；人均水资源量体现区域内人民生活的用水条件；水库蓄水量反映域内水利工程的储水情况；污径比=废水排放量/河流径流量（即地表水资源量），反映区域地表水资源的污染状况；水资源开发利用程度=用水总量/水资源总量×100%，反映域内水资源开发利用与管理情况。因此，选取产水系数、人均水资源量、水库蓄水量、污径比和水资源开发利用程度作为衡量水资源状态的具体指标。

（2）水资源利用类指标反映水资源的压力与使用情况。其中：农业用水量和工业用水量占总用水量比重较高；万元GDP用水量反映水资源利用与区域社会经济发展的关系；万元工业增加值用水量体现用水与区域工业发展状况之间的联系；城市工业用水重复利用率反映城市工业节约集约用水情况。因此，选取农业用水量、工业用水量、万元GDP用水量、万元工业增加值用水量和城市工业用水重复利用率作为衡量水资源利用的具体指标。

（3）产业结构类指标反映产业体系的宏观构成。其中：产业结构合理化指数反映社会经济各产业占比的合理程度；产业结构高级化指数反映产业结构的发展程度；高新技术产业和服务业是如今我国产业结构调整的重点行业，高新技术产业増加值占GDP比重和服务业增加值占GDP比重能够较好地体现出我国产业结构的转型情况。因此，选取产业结构合理化指数、产业结构高级化指数、高新技术产业増加值占GDP比重和服务业增加值占GDP比重作为衡量产业结构的具体指标。参考李强[18]的方法，运用结构偏离度方法计算产业结构合理化指数IS1；参考马骏等[19]的方法，运用克拉克定律计算产业结构高级化指数IS2。

（4）产业环境友好类指标反映产业体系的环保情况。其中：万元GDP工业废水排放量反映环境污染与经济发展之间的联系；万元GDP能耗体现能源消费与经济进步的关系；一般工业固体废物综合利用率和一般工业固体废物处置率反映工业企业产生的固体废物的处理情况；城市污水处理厂集中处理率体现城市污水排放情况与城市水资源保护情况。因此，选取万元GDP工业废水排放量、万元GDP能耗、一般工业固体废物综合利用率、一般工业固体废物处置率和城市污水处理厂集中处理率作为衡量产业环境友好的具体指标。

数据选取的时间范围为2010—2019年，主要来源于黄河流域省区统计年鉴，《中国统计年鉴》《中国高技术产业统计年鉴》《中国第三产业统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《中国水资源公报》《中国水情年报》，以及各省区统计公报与水资源公报。

1.2 数据处理

不同指标具有不同的量纲和单位，因此不同指标之间不能直接进行综合比较。计算水资源状态指数WS、水资源利用指数WU、产业结构指数IS和产业环境友好指数EF之前，参考周正柱[20]的方法，对水资源和产业升级相关指标的原始数据进行规范化处理。参考刘建华等[21]的方法，运用变异系数法确定各项三级指标权重，结果如表1所示。

2 黄河流域八省区水资源与产业升级时空分析

基于计算得到的WS、WU、IS和EF指数，对黄河流域八省区水资源与产业升级进行时空分析，以了解各省区水资源状态、水资源利用、产业结构与产业环境友好的时间、空间变化情况。2010年、2015年与2019年黄河流域八省区WS、WU、IS与EF指数如图1所示。

图1 2010—2019年黄河流域八省区WS指数、WU指数、IS指数、EF指数Fig. 1 WS index, WU index, IS index and EF index of the eight provinces in the Yellow River Basin from 2010 to 2019

由图1可见，青海与宁夏的WS指数均高于这10年八省区WS指数的均值（0.189 9），水资源状态相对较好。其中青海WS指数始终居于首位，整体呈现先降后升的趋势，水资源状态最好；“十三五”期间，青海开展“守护母亲河、推进大治理”与保护“中华水塔”行动，三江源等区域重点生态工程建设成效明显，五级河湖长体系全面建立，水资源保护效果良好。而宁夏的WS指数主要呈现下降趋势，应严格落实“一河三山”生态保护修复规划，巩固水资源保护成果。山西的WS指数居于末位，水资源状态较差，生态环境保护压力较大，应注重域内水资源保护。

青海、陕西与山西的WU指数均高于这10年八省区WU指数的均值（0.690 8），水资源利用情况相对较好。其中山西WU指数居于首位，水资源利用情况最好；山西面对水资源缺乏与水土流失的问题，持之以恒补短板，落实《国家节水行动山西实施方案》，不断提升水资源利用效率。内蒙古、河南与山东的WU指数居后，水资源节约集约利用仍需加强。青海、甘肃与宁夏的WU指数均整体呈现上升趋势，但甘肃的缺水问题尚未根本解决，水资源利用效益有待提升。

山东的IS指数始终居于首位，产业结构调整情况最好，山东加速新旧动能转换，通过推广“现代优势产业集群+人工智能”与“5G+工业互联网”模式，赋能实体经济，推动产业结构调整。陕西的IS指数整体呈递增趋势，产业结构逐渐趋向高级化合理化；陕西统筹推进传统产业转型升级和战略性新兴产业培育壮大，持续深化供给侧结构性改革，产业结构调整前景良好。甘肃的IS指数虽然呈现上升趋势，但始终居于末位，产业结构调整任务艰巨。尽管甘肃产业结构持续优化，但支撑发展的新动能还不强劲，战略性新兴产业和高新技术产业规模较小，科技成果转化率不高。宁夏与内蒙古的IS指数整体呈现上升趋势，产业结构不断优化，但科技创新能力较弱，产业结构调整仍然任重道远。

山西与山东的EF指数均高于这10年八省区EF指数的均值（0.595 2），产业环境友好程度相对较高。其中山东的EF指数居于首位，产业环境友好程度最高，山东深入开展“四减四增”行动，累计治理“散乱污”企业超过11万家，不断提高产业绿色化水平。而山西的EF指数整体呈递减趋势，绿色产业发展仍需加强。青海、陕西与河南的EF指数整体呈现上升趋势，但仍应关注节能降耗及污染治理问题。内蒙古的EF指数整体呈现下降趋势，生态环境保护压力较大，应制定相关政策推动当地产业绿色发展。

3 PVAR模型检验与构建

面板向量自回归（PVAR）模型将VAR模型和面板数据相结合，适用于时间跨度较短的时间序列数据，能够考察两个或多个变量之间的动态关系。因此，本文利用PVAR模型探讨黄河流域八省区水资源与产业升级的互动关系。

建立PVAR模型之前，首先要对指数数据进行平稳性检验，否则可能会出现伪回归现象。如果指数数据是同阶平稳的，就可以进行下一步检验与分析。运用ADF检验方法和PP检验方法对指数数据进行平稳性检验，5%的显著性水平条件下，lnWS、lnWU、lnIS和lnEF的ADF检验与PP检验的P值均小于0.05，这说明数据是平稳的。由于指数序列数据没有进行差分处理即是平稳序列，因此不需要进行协整检验。

建立PVAR模型的关键前提之一是确定模型最佳滞后阶数，滞后阶数会影响最终建立的PVAR模型的结果。依据AIC、BIC、HQIC三种检验法则，按照少数服从多数原则，得到最佳滞后阶数为3阶。根据检验结果，将lnWS、lnWU、lnIS和lnEF作为内生变量，构建PVAR（3）模型。

根据建立的PVAR（3）模型进行格兰杰因果关系检验，进一步讨论lnWS、lnWU、lnIS与lnEF之间的因果关系。检验结果表明，黄河流域八省区的水资源状态、水资源利用、产业结构与产业环境友好之间存在因果关系。具体结论如下：（1）水资源状态是水资源利用的格兰杰原因，但水资源利用不是水资源状态的格兰杰原因；（2）水资源利用是产业结构的格兰杰原因，但产业结构不是水资源利用的格兰杰原因；（3）水资源利用是产业环境友好的格兰杰原因，但产业环境友好不是水资源利用的格兰杰原因；（4）产业环境友好是水资源状态的格兰杰原因，但水资源状态不是产业环境友好的格兰杰原因。

4 黄河流域八省区水资源与产业升级互动关系分析

通过脉冲响应与方差分解方法，对黄河流域八省区水资源与产业升级互动关系进行分析。各变量的脉冲响应结果如图2所示，方差分解结果见表2。脉冲响应与方差分解结果显示，水资源利用对产业结构产生负向影响，逐期递减并趋向零，这表明优化水资源利用方式难以促进产业结构调整。黄河流域整体呈现高污染、高耗能的工业发展格局，粗放的工业布局模式使得流域脆弱的生态环境遭到破坏，水资源短缺与污染问题日益严重，高耗水产业难以发展。并且涵养水资源与推广节水减排技术需要的时间长、实施难度大，优化水资源利用方式对促进产业结构调整产生的作用有限。因此，黄河流域八省区需要寻找新的驱动力，增加中高端产品和服务供给，不断提高产业链附加值和竞争力，降低产业对水资源的依赖程度。

表2 黄河流域八省区各变量方差分解结果Tab. 2 The variance decomposition result of all variables in the eight provinces in the Yellow River Basin

水资源利用对产业环境友好产生正向影响，表现为先升后降，在第2期（图2(n)）达到最大值，这说明优化水资源利用方式能够提高产业环境友好程度。通过改良水资源利用方式，提高用水效率，减少生产经营过程中对环境造成的污染，实现绿色生产。应着力提高用水效益，建立健全包括水资源节约补偿、污染物减排补偿、排污权交易等的黄河流域生态补偿机制，促进水资源可持续利用。

产业环境友好对水资源状态产生正向影响，在第1期（图2(d)）达到峰值，随后逐渐趋向零，这说明提高产业环境友好程度对改善水资源状态起积极作用。企业提高生产经营绿色化水平，减少对水体的破坏，有助于涵养水资源。针对黄河流域水资源污染问题严重、生态环境脆弱的现状，应大力发展水能、风能、太阳能等可再生能源，加大废水处理技术的推广力度，逐步淘汰高耗能高污染产业，采用新技术新方法提升产业环境友好水平，恢复水体状态。

图2 黄河流域八省区各变量脉冲响应函数Fig. 2 The impulse-response function graph of all variables in the eight provinces in the Yellow River Basin

5 结 语

黄河流域八省区通过优化水资源利用方式难以促进产业结构调整，需要寻找新的驱动力，应增强科技创新能力，不断提高产业链附加值，弱化产业对水资源的依赖，建设现代化产业体系。黄河流域八省区优化水资源利用对提高产业环境友好程度产生促进效应，应着力推动水资源可持续利用，设立生态补偿基金，建立生态补偿机制，加强生态环境保护。黄河流域八省区提高产业环境友好程度对改善水资源状态起积极作用，应大力开发可再生能源，逐步淘汰高耗能高污染产业，采取新技术新方法提升产业环境友好水平，恢复水体状态。

为实现黄河流域八省区水资源与产业升级的协调发展，应根据不同行政区和自然区划的地理位置和资源禀赋优势，制定具有区域特色的绿色发展战略，在流域内建立合理的分工体系，避免区域之间出现同质竞争与恶性竞争现象，加强区域联系。基于此，提出以下建议：

（1）建立健全生态补偿机制，推动水资源集约节约利用。设立黄河流域生态补偿基金，综合考虑中上游的水源涵养与水质改善、下游的支付能力与下泄水量保障等，综合确定跨省生态补偿标准，建立包括水资源节约补偿、污染物减排补偿、水权交易、排污权交易等的跨省横向生态补偿机制。

（2）不断提高产业链附加值，构建现代化产业体系。上游依靠兰西城市群与黄河“几”字弯都市圈，对接京津冀科技创新资源，拉长煤炭、石油天然气、电力等产业链及河套地区现代农业产业链，大力发展生态旅游业；中游打造煤炭、化工、电力与装备制造产业链；下游依靠创新驱动，大力发展高端装备制造、新材料等战略性新兴产业，促进能源、化工等传统产业转型升级。

（3）提升产业绿色化水平，保护水资源。上游依靠自然资源优势开展太阳能发电和黄河阶梯水库等工程建设；中游做好水土流失综合治理的顶层设计，提高植被覆盖率；下游坚持以水定产，建立产业用水控制性指标的刚性约束，促进能源、化工等高耗水行业节水增效，强化产业园区水循环利用，提高能源利用效益，改善水资源污染和能源过度消耗的现状，恢复水体状态。