韓文鈺，張艷軍，張利平，佘敦先，董文遜，吳金津，趙建華

(武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072)

在中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，環(huán)境問題也日益突出。作為人類生存與發(fā)展不可缺少的資源，水資源危機(jī)近年來不斷加深，也逐漸引起了人們對(duì)于水資源問題的重視。

向別國出口商品或服務(wù)，一定程度上能促進(jìn)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，增加本國居民就業(yè)機(jī)會(huì)。但隨著國內(nèi)產(chǎn)品大量流向國外，其整個(gè)生產(chǎn)過程中所使用的水資源數(shù)量，即虛擬水，也包含在這些產(chǎn)品之中被輸出，這等同于向外部輸出了國內(nèi)有限的水資源。中國經(jīng)濟(jì)在過去30年里快速發(fā)展，但國內(nèi)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和糧食安全卻日益受到水資源短缺的制約[1]。作為最大的發(fā)展中國家，中國在國際貿(mào)易中向世界各國出口了眾多商品和服務(wù)，同時(shí)也向國外輸出了大量的水資源。人類創(chuàng)造財(cái)富的能力是無限的，而水資源的數(shù)量是有限的，作為一種戰(zhàn)略性資源，虛擬水的大量輸出難以實(shí)現(xiàn)本國水資源的長久利用，制定高效的水資源管理措施迫在眉睫[2]。特別是在當(dāng)前，中美貿(mào)易關(guān)系緊密，中國向美國出口了大量的制造業(yè)產(chǎn)品，而從美國進(jìn)口了大量農(nóng)產(chǎn)品，彼此之間存在大量的虛擬水流動(dòng)。開展中美兩國的虛擬水貿(mào)易研究，可以從水資源的視角，認(rèn)清中美之間的產(chǎn)業(yè)交互關(guān)系，具有較強(qiáng)的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者展開了對(duì)虛擬水流動(dòng)與貿(mào)易的相關(guān)研究。在國家尺度上，Jana Schwarz等[3]研究了秘魯?shù)霓r(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易與虛擬水流動(dòng)的關(guān)系，結(jié)果表明秘魯出口農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)用水效益遠(yuǎn)大于進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)用水效益，從而減少了本地水資源的使用；Zhang等[4]研究了我國農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易與虛擬水流動(dòng)的關(guān)系，指出我國為虛擬水凈進(jìn)口狀態(tài)，且出口量逐漸下降，而進(jìn)口量逐漸上升；Xu和Joseph Sarkis等[5]研究了1995-2009年中國在全球貿(mào)易中的水足跡，發(fā)現(xiàn)中國主要從美國、巴西和印度進(jìn)口虛擬水，而向美國、日本和德國出口虛擬水，總的來說中國是虛擬水凈出口國；王素仙等[6]研究了近十年中國與東盟農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水貿(mào)易，指出在與東盟的農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易中，中國為虛擬水凈進(jìn)口狀態(tài)，且凈進(jìn)口量呈上升趨勢；Hoekstra[7]的研究發(fā)現(xiàn)國際商品貿(mào)易促進(jìn)了虛擬水在全世界的流動(dòng)，并估計(jì)世界上用于作物生產(chǎn)的水資源中有13%都以虛擬水的形式出口到了國外。這些研究都表明，隱藏于產(chǎn)品貿(mào)易中的虛擬水貿(mào)易可能會(huì)節(jié)省產(chǎn)品流入?yún)^(qū)的水資源，但也可能會(huì)給產(chǎn)品流出區(qū)帶來嚴(yán)重的水資源壓力。在國內(nèi)區(qū)域尺度上的研究也支持了這個(gè)結(jié)論?；诙鄥^(qū)域投入產(chǎn)出模型，孫才志[8]研究了2012年中國31個(gè)省(市)區(qū)的水足跡測度及空間轉(zhuǎn)移格局；曹濤、王賽鴿等[9]計(jì)算了2012年京津冀地區(qū)的部門用水特性和虛擬水貿(mào)易情況，并指出通過貿(mào)易和消費(fèi)調(diào)控可緩解區(qū)域水資源壓力；田貴良和李嬌嬌等[10]計(jì)算分析了長江經(jīng)濟(jì)帶虛擬水流動(dòng)格局，并評(píng)價(jià)了虛擬水凈輸出省區(qū)的貿(mào)易狀態(tài)與水資源承載力的協(xié)調(diào)性；王勇[11]對(duì)中國區(qū)域間貿(mào)易隱含虛擬水轉(zhuǎn)移量進(jìn)行了測算，重點(diǎn)分析了虛擬水轉(zhuǎn)移的現(xiàn)狀和整體流向，以及對(duì)地區(qū)水資源的影響；丁雪麗和張玲玲等[12]對(duì)中國省際間糧食貿(mào)易的虛擬水效益進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)我國虛擬水流動(dòng)格局為北水南運(yùn)，雖在全國范圍內(nèi)節(jié)省了一定水資源，但背后卻隱藏著缺水區(qū)輸水給豐水區(qū)的反常現(xiàn)象。

以上研究在分析行業(yè)用水效益及虛擬水貿(mào)易等方面取得了不錯(cuò)的成果，但是對(duì)于國家間行業(yè)的水資源拉動(dòng)情況卻沒有開展深入研究，特別是缺少一種計(jì)算國家間水資源拉動(dòng)系數(shù)的方法。本文對(duì)行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移量的計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了利用世界投入產(chǎn)出表計(jì)算兩國拉動(dòng)系數(shù)的方法，以定量描述一國的行業(yè)生產(chǎn)對(duì)另一國用水的間接拉動(dòng)程度；并基于虛擬水的視角，根據(jù)2005-2014年中美兩國投入產(chǎn)出表、行業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)和國家間貿(mào)易量，構(gòu)建了水資源投入產(chǎn)出模型，分析了中美兩國的行業(yè)用水特性、行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移情況及虛擬水貿(mào)易情況，旨在為系統(tǒng)合理地制定產(chǎn)業(yè)和貿(mào)易政策，保障中國水資源的安全及實(shí)現(xiàn)未來社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長足發(fā)展提供建議。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用了兩國2005、2008、2011及2014年的投入產(chǎn)出表和行業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)，計(jì)算中美兩國行業(yè)用水特性、行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移量和虛擬水凈出口量。投入產(chǎn)出表均來源于世界投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)庫[13](World Input-Output Database，簡稱WIOD)，2014年投入產(chǎn)出表為已更新的最新年份的投入產(chǎn)出表。中國用水?dāng)?shù)據(jù)來源有中華人民共和國水利部發(fā)表的《2008年中國經(jīng)濟(jì)普查年鑒》[14]、《第一次全國水利普查公報(bào)(2011)》[15]和各年水資源公報(bào)[16]；美國行業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)勘探局(United States Geological Survey，簡稱USGS)發(fā)布的各行業(yè)用水趨勢報(bào)告[17]。在計(jì)算中美兩國之間各行業(yè)的虛擬水貿(mào)易量時(shí)，還用到了各年兩國之間的出口貿(mào)易數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織[18](Organization for Economic Co-operation and Development，簡稱OECD)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

中國各年份的第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)的用水總量來源于水利部發(fā)表的各年水資源公報(bào)。2008年和2011年第三產(chǎn)業(yè)的用水總量分別來源于《2008年中國經(jīng)濟(jì)普查年鑒》和《第一次全國水利普查公報(bào)》，2005年和2014年第三產(chǎn)業(yè)用水總量，根據(jù)已有年份的用水?dāng)?shù)據(jù)和該產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長趨勢進(jìn)行推算[9, 19, 20]。由于年鑒中缺少“水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)”的用水?dāng)?shù)據(jù)，因此在分析中國的用水特性系數(shù)時(shí)不包含行業(yè)代碼為E的“供水與廢物處理業(yè)”，并省去對(duì)該行業(yè)的相關(guān)分析。由于該行業(yè)出口的經(jīng)濟(jì)量非常小，因此在計(jì)算虛擬水貿(mào)易量時(shí)除去該行業(yè)對(duì)結(jié)果幾乎沒有影響。

美國各年份用水?dāng)?shù)據(jù)根據(jù)美國地質(zhì)勘測局發(fā)布的2005-2015年的各產(chǎn)業(yè)用水趨勢報(bào)告進(jìn)行推算。該局統(tǒng)計(jì)的用水量包含第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)(礦業(yè)、熱電電能行業(yè)和其他工業(yè))及第三產(chǎn)業(yè)(將公共用水量近似作為第三產(chǎn)業(yè)用水量)，未統(tǒng)計(jì)到的具體行業(yè)則根據(jù)投入產(chǎn)出表中“水的生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)”在這些行業(yè)投入的價(jià)值量結(jié)合用水總量進(jìn)行推算，該法為許多研究中普遍采用的處理方法[9, 19, 20]。

根據(jù)《國際標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)分類法》，將投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)庫中的原投入產(chǎn)出表中56個(gè)部門分類合并成18個(gè)行業(yè)，如表1所示。其中代碼為A至Q的行業(yè)按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格合并。另外由于在投入產(chǎn)出表中未單獨(dú)列出“藝術(shù)、娛樂和文娛”項(xiàng)，已被劃分到“其他服務(wù)”中，因此不再按照分類標(biāo)準(zhǔn)單獨(dú)將該行業(yè)列出，同時(shí)，由于原投入產(chǎn)出表中“家庭作為雇主的，家庭自用、未加區(qū)分的商品和服務(wù)”和“國際組織和機(jī)構(gòu)”兩個(gè)行業(yè)的數(shù)據(jù)中美兩國并未單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，因此，將這兩項(xiàng)也一同劃入“其他服務(wù)”中，并將合并后的部門代碼標(biāo)為“R”。

表1 行業(yè)分類表

在虛擬水的研究中，有兩種方法在國際上得到了普遍應(yīng)用[21]。一是以生產(chǎn)樹法為代表的自下而上的計(jì)算方法，該法計(jì)算產(chǎn)品在生產(chǎn)鏈上的累計(jì)用水量，普遍應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品、畜產(chǎn)品中虛擬水含量的計(jì)算。二是以投入產(chǎn)出分析法為代表的自上而下的方法，與生產(chǎn)樹法不同的是，此法無需計(jì)算產(chǎn)品在每個(gè)生產(chǎn)階段的用水量，因此在計(jì)算工業(yè)品等生產(chǎn)鏈復(fù)雜的產(chǎn)品時(shí)比生產(chǎn)樹法更具優(yōu)勢。且投入產(chǎn)出法著眼于整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，能夠分析各個(gè)部門之間的直接和間接關(guān)聯(lián)，因此也可以計(jì)算部門產(chǎn)品對(duì)某種的資源消耗量。在投入產(chǎn)出表中加入各個(gè)部門的用水量，即可構(gòu)成“價(jià)值—實(shí)物型”水資源投入產(chǎn)出表。

1.3 研究方法

1.3.1 行業(yè)用水特性系數(shù)

本文主要通過直接用水系數(shù)、完全用水系數(shù)、用水乘數(shù)、拉動(dòng)系數(shù)等指標(biāo)研究行業(yè)的用水效率和水資源的拉動(dòng)效應(yīng)。

直接用水系數(shù)，等于行業(yè)用水量與該行業(yè)總產(chǎn)出之比值[22]。直接用水系數(shù)反映了某部門的單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出對(duì)自然形態(tài)下的水資源的直接使用情況，這一指標(biāo)反映的只是某產(chǎn)業(yè)的部分虛擬水消耗情況[23]。

完全用水系數(shù)，等于直接用水系數(shù)行向量與列昂惕夫(W.Leontief)逆矩陣之積[22]。完全用水系數(shù)反映了某部門的單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的水資源的使用情況，包括直接用水和間接用水，這一指標(biāo)反映的是該行業(yè)的虛擬水消耗情況[23]。國內(nèi)編制的投入產(chǎn)出表一般為競爭型投入產(chǎn)出表，中間投入包含國內(nèi)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品，因此我國普遍采用的計(jì)算完全用水系數(shù)的公式，包含了進(jìn)口產(chǎn)品的虛擬水量，該計(jì)算結(jié)果比實(shí)際偏大。世界投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)庫中的投入產(chǎn)出表為非競爭性投入產(chǎn)出表，該表中間投入的國內(nèi)部分和進(jìn)口部分分開統(tǒng)計(jì)。為了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文在計(jì)算完全用水系數(shù)時(shí)不考慮中間投入的進(jìn)口部分。除國家間拉動(dòng)乘數(shù)考慮進(jìn)口產(chǎn)品外，后續(xù)計(jì)算中，其他指標(biāo)也利用不包含中間進(jìn)口投入的完全用水系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

間接用水系數(shù)等于完全用水系數(shù)與直接用水系數(shù)之差。

用水乘數(shù)，等于完全用水系數(shù)和直接用水系數(shù)之比值[22]，用wm表示。它表示某行業(yè)產(chǎn)值的增加除增加自身用水外，還引出整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)用水量的增加。這一指標(biāo)反映了部門產(chǎn)出對(duì)本地用水的間接帶動(dòng)程度。具體算法如下：

(1)

式中：wm為不考慮中間進(jìn)口投入的用水乘數(shù)；k為直接用水系數(shù)行向量；I為單位矩陣；A為不考慮中間進(jìn)口投入的直接消耗矩陣；b為不考慮中間進(jìn)口投入的完全用水系數(shù)。

目前關(guān)于用水乘數(shù)的研究只涉及國家內(nèi)行業(yè)間的拉動(dòng)情況，而對(duì)于國家間行業(yè)的虛擬水拉動(dòng)較少開展研究。研究國家間行業(yè)的用水乘數(shù)，有利于研究本國行業(yè)對(duì)于某國經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各行業(yè)用水的間接帶動(dòng)程度。因此，在已有的計(jì)算用水乘數(shù)的方法上，本文提出利用國家間投入產(chǎn)出表來計(jì)算國家間用水乘數(shù)的方法如下。

首先，在非競爭性投入產(chǎn)出表中，將中間投入的進(jìn)口部分替換成僅來自于某國的進(jìn)口部分，計(jì)算出包含該國家進(jìn)口投入的完全用水系數(shù)，從而得到包含某國進(jìn)口投入的用水乘數(shù)，用wm′表示。其次，用該用水乘數(shù)wm′減去不包含中間進(jìn)口投入的用水乘數(shù)wm，即為國家間用水乘數(shù)wmc。算法如下：

(2)

wmc=wm′-wm

(3)

式中：wm′為考慮中間投入中包含某國進(jìn)口產(chǎn)品的用水乘數(shù)；A′為考慮中間投入中包含某國進(jìn)口產(chǎn)品的直接消耗矩陣；b′為考慮中間投入中包含某國進(jìn)口產(chǎn)品的完全用水系數(shù)；wmc為國家間用水乘數(shù)。為了與用水乘數(shù)相區(qū)別，國家間用水乘數(shù)wmc在本文中稱作拉動(dòng)系數(shù)。

1.3.2 行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移

劉雅婷等[24]在研究北京市虛擬水時(shí)提出了如下計(jì)算部門間虛擬水轉(zhuǎn)移量的公式：

VM=KX(I-A)-1

(4)

(5)

式中：VM為完全需水矩陣；K為由直接用水系數(shù)組成的對(duì)角陣；X為投入產(chǎn)出表中的中間投入矩陣；A為直接消耗矩陣；TVW為虛擬水產(chǎn)業(yè)部門轉(zhuǎn)移矩陣，其主對(duì)角線元素為零(表示自身轉(zhuǎn)移為零),其余字母含義同上。

張信信等[25]在核算黑河流域虛擬水時(shí)提出了如下計(jì)算產(chǎn)業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移量的公式：

Y=K′(I-A)-1Z

(6)

(7)

式中：Y為區(qū)域水資源轉(zhuǎn)化為虛擬水后在產(chǎn)業(yè)部門間的分配矩陣；K′為直接用水系數(shù)組成的對(duì)角陣；Z為由最終需求向量組成的對(duì)角陣，最終需求包括區(qū)域內(nèi)部消費(fèi)和調(diào)出消費(fèi)，消除分配矩陣Y中的對(duì)角元素即可得到產(chǎn)業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移矩陣Y′；其余字母含義同上。

在上述的研究基礎(chǔ)上，基于產(chǎn)品的生產(chǎn)投入與產(chǎn)出去向角度，本文對(duì)以往計(jì)算行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移量的方法進(jìn)行了改進(jìn)，利用中間投入矩陣和完全用水系數(shù)計(jì)算行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移量。利用虛擬水流動(dòng)圖，此法計(jì)算結(jié)果能直觀的顯示在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，其他行業(yè)用于該行業(yè)生產(chǎn)所輸出的虛擬水狀況，以及該行業(yè)產(chǎn)品所含虛擬水流向其他行業(yè)、用于其他行業(yè)產(chǎn)品中間生產(chǎn)的狀況。算法如下:

T=K(I-A)-1X=BX

(8)

(9)

式中：T為完全用水矩陣；K為由直接用水系數(shù)組成的對(duì)角陣；X為中間投入矩陣；B為由完全用水系數(shù)組成的對(duì)角陣，消除完全用水矩陣T中的對(duì)角元素即可得到行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移矩陣T′。

從行方向看，其元素tij表示i行業(yè)向j行業(yè)輸出的虛擬水量，行和等于i行業(yè)向各個(gè)行業(yè)的輸出的虛擬水總量；從列方向看，表示j行業(yè)從i行業(yè)接收的虛擬水量，列和表示j行業(yè)從其他行業(yè)接收的虛擬水總量。

1.3.3 虛擬水貿(mào)易量估算

虛擬水貿(mào)易量分為虛擬水出口量和虛擬水進(jìn)口量，兩者之差為虛擬水凈出口量。虛擬水貿(mào)易量通過完全用水系數(shù)和投入產(chǎn)出表中出、進(jìn)口經(jīng)濟(jì)列向量來計(jì)算[23]。

在計(jì)算虛擬水進(jìn)口量時(shí)，由于進(jìn)口來源國家數(shù)量眾多，其用水效率數(shù)據(jù)難以一一獲得，故在本文中假設(shè)進(jìn)口國和出口國的用水效率相同，都以出口國的完全用水系數(shù)為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，此法會(huì)造成所計(jì)算的虛擬水進(jìn)口量與實(shí)際情況有偏差。本文在計(jì)算中美兩國之間的虛擬水貿(mào)易量時(shí)，采用計(jì)算虛擬水出口量的公式，虛擬水出口量是根據(jù)出口國家的完全用水系數(shù)計(jì)算的，因此該公式所計(jì)算的虛擬水貿(mào)易量比較符合實(shí)際情況。

2 結(jié)果分析

2.1 行業(yè)用水特性分析

2.1.1 用水系數(shù)

用水系數(shù)表示單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出所使用的水資源數(shù)量，其數(shù)值越大，表明用水效率越小。綜合各年情況，兩國各行業(yè)完全用水系數(shù)排序如表2和圖1所示。

表2 2005-2014年中美兩國行業(yè)完全用水系數(shù)綜合排序

中國完全用水系數(shù)最高的3個(gè)行業(yè)是農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)、食宿服務(wù)業(yè)。這表明這些行業(yè)的用水效率低，相較于其他行業(yè)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出所使用的水資源數(shù)量更多，從圖1中也可看出這些行業(yè)用水系數(shù)明顯高于其他行業(yè)。原因如下：每年農(nóng)業(yè)用水量約占我國用水總量的60%，其用水量遠(yuǎn)高于其他行業(yè)；電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)由于發(fā)電廠冷卻用水量大，用水量僅次于農(nóng)業(yè)；食宿服務(wù)行業(yè)與農(nóng)業(yè)關(guān)聯(lián)緊密，需使用大量農(nóng)產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)完全用水系數(shù)高是由于其直接用水系數(shù)高，食宿服務(wù)行業(yè)則是因?yàn)槭褂昧舜罅哭r(nóng)產(chǎn)品而使其間接用水系數(shù)高。完全用水系數(shù)最低的4個(gè)行業(yè)是房地產(chǎn)、金融與保險(xiǎn)業(yè)、批發(fā)與零售業(yè)和科技行業(yè)，均為第三產(chǎn)業(yè)，這是由于第三產(chǎn)業(yè)直接用水量少，主要通過中間產(chǎn)品間接用水，加之其經(jīng)濟(jì)效益高，因此第三產(chǎn)業(yè)中多數(shù)行業(yè)完全用水系數(shù)低，用水效率高。除了農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)以直接用水為主以外，其他行業(yè)均以間接用水為主。從圖1可得，中國各行業(yè)的直接、間接用水系數(shù)都在不斷下降，表明其用水效率在不斷提高。在2005-2008年間，完全用水系數(shù)下降近一半，此后減小速度相對(duì)放緩，但下降趨勢仍然明顯。

美國完全用水系數(shù)最高的2個(gè)行業(yè)是農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)，其余行業(yè)用水系數(shù)較小。美國的農(nóng)業(yè)仍是用水大戶，用水量占比超過30%，其GDP比重僅占1%，用水效率極低；美國熱電行業(yè)用水量常年居于第一位，用于熱電發(fā)電的水主要用于冷卻驅(qū)動(dòng)熱電發(fā)電機(jī)的蒸汽。這兩個(gè)行業(yè)用水量之和約占全國年用水總量的80%，用水效率極低。完全用水系數(shù)最低的4個(gè)行業(yè)是金融與保險(xiǎn)業(yè)、信息與通信業(yè)、行政與輔助服務(wù)業(yè)和科技行業(yè)，全為第三產(chǎn)業(yè)，這是由于美國第三產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，其GDP比重穩(wěn)定超過70%，在國民經(jīng)濟(jì)中起主要貢獻(xiàn)作用，同時(shí)第三產(chǎn)業(yè)用水量少，用水效率普遍很高。從圖1可知，除了農(nóng)業(yè)和電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)以直接用水為主以外，其他行業(yè)均已間接用水為主；此外，其他行業(yè)的完全用水系數(shù)總體為下降趨勢，但下降速度相對(duì)較緩。

在表3中，對(duì)兩國2014年的完全用水系數(shù)進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù)比值，目前中國只有農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)、房地產(chǎn)和教育行業(yè)的完全用水系數(shù)低于美國，其他行業(yè)均高于美國。從水資源的角度看，農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)一般為用水量很高的行業(yè)，但中國這兩個(gè)行業(yè)的用水效率均比美國高。從經(jīng)濟(jì)效益角度看，這兩個(gè)行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中所占GDP較小，而為中國經(jīng)濟(jì)做出主要貢獻(xiàn)的制造業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)，用水效率低于美國。兩國第三產(chǎn)業(yè)的系數(shù)比值大多在2倍左右，意味著相同的水資源數(shù)量，美國的第三產(chǎn)業(yè)可以創(chuàng)造出比中國多1倍的經(jīng)濟(jì)量。

表3 2014年中美兩國行業(yè)完全用水系數(shù)對(duì)比 m3/美元

綜合對(duì)比兩國的情況，可以發(fā)現(xiàn)：①兩國的農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)用水效率很低，而金融與保險(xiǎn)業(yè)、信息與通信業(yè)用水效率很高；②在2005-2014年間，兩國用水效率都在提高，但中國增速明顯快于美國；③目前中國在農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)、房地產(chǎn)和教育這4個(gè)行業(yè)用水效率高于美國，其他行業(yè)用水效率均低于美國。

2.1.2 用水乘數(shù)

用水乘數(shù)反映了某行業(yè)的生產(chǎn)對(duì)其他行業(yè)用水的間接拉動(dòng)程度，為無單位比值，數(shù)值越大，間接用水比重越大。

綜合對(duì)比兩個(gè)國家的用水乘數(shù)(圖2),相同點(diǎn)有：①農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)、房地產(chǎn)行業(yè)用水乘數(shù)很低，而金融與保險(xiǎn)業(yè)、信息與通信業(yè)高；②多數(shù)行業(yè)的用水乘數(shù)在2005-2014年間減少，說明各行業(yè)對(duì)水資源的間接拉動(dòng)消耗程度在下降。在完全用水系數(shù)不斷減小的情況下，用水乘數(shù)越小，說明間接用水系數(shù)的減小程度大于直接用水系數(shù)，整體反映為對(duì)其他行業(yè)間接用水的拉動(dòng)程度降低。

圖2 2005-2014年中美兩國行業(yè)用水乘數(shù)

不同點(diǎn)在于：①中國用水乘數(shù)最大的是科技行業(yè)，美國則是建筑業(yè)；②中國各行業(yè)的用水乘數(shù)普遍比美國大，并且各行業(yè)間差異更大；③2005年中國信息與通信業(yè)、科技行業(yè)用水乘數(shù)特別高，金融與保險(xiǎn)業(yè)、運(yùn)輸與存儲(chǔ)業(yè)用水乘數(shù)也很高，但隨著時(shí)間的增加，這些行業(yè)的用水乘數(shù)也減小得很快；在2005-2014年間，美國多數(shù)行業(yè)的用水乘數(shù)都在減小，但減小程度較小，而中國各行業(yè)用水乘數(shù)隨時(shí)間減小的程度較美國更為明顯，表明我國的水資源利用效率和相關(guān)技術(shù)進(jìn)步明顯。

2011年中國對(duì)美國的拉動(dòng)系數(shù)最高的3個(gè)行業(yè)為科技行業(yè)、信息與通信業(yè)、運(yùn)輸與存儲(chǔ)業(yè)，2014年為科技行業(yè)、制造業(yè)、信息與通信業(yè)。這是由于中國的這些行業(yè)進(jìn)口了美國大量產(chǎn)品用于該行業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，因此間接拉動(dòng)了美國的用水，同時(shí)也意味著中國的這些行業(yè)對(duì)于美國的依賴較大。尤其是科技行業(yè)，該行業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，需要進(jìn)口大量美國產(chǎn)品、引進(jìn)美國技術(shù)。與2011年相比，總體上2014年各行業(yè)的拉動(dòng)系數(shù)在減小，但科技行業(yè)、信息與通信業(yè)的拉動(dòng)系數(shù)仍明顯高于其他行業(yè)。

美國對(duì)中國的拉動(dòng)系數(shù)最高的行業(yè)是建筑業(yè)，即說明美國的建筑業(yè)對(duì)于中國各行業(yè)用水的間接帶動(dòng)程度是最強(qiáng)的。美國建筑業(yè)進(jìn)口了大量中國制造業(yè)產(chǎn)品，由下文中的圖3也可以發(fā)現(xiàn)，建筑業(yè)的主要虛擬水來源為制造業(yè)，建筑業(yè)本身直接用水系數(shù)不高，因此在兩國貿(mào)易中體現(xiàn)為對(duì)中國的間接用水帶動(dòng)程度高。

圖3 2011、2014年中美兩國行業(yè)拉動(dòng)系數(shù)對(duì)比

將中美間拉動(dòng)系數(shù)放入總用水乘數(shù)中與總量進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。國家間拉動(dòng)系數(shù)占總用水乘數(shù)比例很小，說明兩國產(chǎn)品的生產(chǎn)中，主要還是通過消耗本國產(chǎn)品拉動(dòng)水資源的消耗，而對(duì)其他國家(文中為研究國家)用水的拉動(dòng)能力相對(duì)較弱。綜合來看，信息與通信業(yè)在國家經(jīng)濟(jì)中十分突出，其消耗較小的水資源量，而產(chǎn)生較大的效益，并且能拉動(dòng)其他行業(yè)的發(fā)展。

圖4 2011、2014年中美兩國用水乘數(shù)對(duì)比

2.2 行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移

在虛擬水流動(dòng)圖中可以清楚地看到(圖5和圖6)，產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的虛擬水來源、產(chǎn)品所含虛擬水流向其他行業(yè)的情況。虛擬水轉(zhuǎn)移量的單位為億m3，流動(dòng)方向?yàn)閺膱D中上半圓中所標(biāo)示的各個(gè)行業(yè)流動(dòng)到下半圓標(biāo)示的各個(gè)行業(yè)。

中國各年行業(yè)間虛擬水流動(dòng)情況表明(圖5)，國內(nèi)行業(yè)間虛擬水輸出量最大的是農(nóng)業(yè)，其次是制造業(yè)，接收量最大的是制造業(yè)，其次是建筑業(yè)。虛擬水的主要流向有：農(nóng)業(yè)----制造業(yè)，制造業(yè)----建筑業(yè)，電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)----制造業(yè)，并且多數(shù)行業(yè)的虛擬水主要接收來源均為制造業(yè)。在第三產(chǎn)業(yè)中，虛擬水流出量比較大的行業(yè)還有運(yùn)輸與存儲(chǔ)業(yè)、食宿服務(wù)業(yè)及科技行業(yè)，并且這些行業(yè)的虛擬水接收量也是第三產(chǎn)業(yè)中最大的。分析各年虛擬水轉(zhuǎn)移趨勢，可以發(fā)現(xiàn)：中國農(nóng)業(yè)虛擬水輸出量隨時(shí)間增加，電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)虛擬水輸出量減小，建筑業(yè)接收來自制造業(yè)的虛擬水量不斷增加且增速較大，其他行業(yè)變化較?。豢偟膩碚f，中國國內(nèi)行業(yè)間年虛擬水輸出總量不斷增加，2005-2014年間增加約1 000 億m3。

圖5 2005-2014年中國行業(yè)間虛擬水流動(dòng)情況

美國各年行業(yè)間虛擬水流動(dòng)情況表明(圖6)，行業(yè)間虛擬水輸出量最大的仍是農(nóng)業(yè)，其次是制造業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)，接收量最大的是制造業(yè)。虛擬水的主要流向有：農(nóng)業(yè)----制造業(yè)，電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)----制造業(yè)、房地產(chǎn)行業(yè)，制造業(yè)----建筑業(yè)、公共管理與國防事務(wù)行業(yè)。在第三產(chǎn)業(yè)中，虛擬水流出比較多的行業(yè)還有房地產(chǎn)行業(yè)和科技行業(yè)，接收量較大的則有房地產(chǎn)行業(yè)、公共管理與國防事務(wù)行業(yè)。分析各年虛擬水轉(zhuǎn)移趨勢，可以發(fā)現(xiàn)：美國的制造業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)行業(yè)虛擬水輸出量隨時(shí)間減少程度明顯，而農(nóng)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)則變化較??；總的來說，美國各行業(yè)間年虛擬水輸出總量不斷增加，2005-2014年間減少約1 250 億m3。

產(chǎn)業(yè)間水資源的流動(dòng)方向是由第一產(chǎn)業(yè)流向第二產(chǎn)業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)流向第三產(chǎn)業(yè)。由于水資源的總量有限，因此各產(chǎn)業(yè)之間存在著用水競爭關(guān)系，產(chǎn)業(yè)一般會(huì)向著用水效率更高的方向發(fā)展，用水效率也是由第一、二、三產(chǎn)業(yè)依次遞增的，這也是產(chǎn)業(yè)水資源的一般發(fā)展規(guī)律。

2.3 虛擬水貿(mào)易量估算

2.3.1 虛擬水凈出口量

如圖7所示，中國主要通過第一產(chǎn)業(yè)進(jìn)口虛擬水，通過第二產(chǎn)業(yè)出口虛擬水，總體上各年仍為虛擬水凈出口狀態(tài)，但占年用水總量比例較小。各年趨勢變化不明顯，其中2011年虛擬水凈出口量最少，為35 億m3，當(dāng)年全國用水量約為6 000 億m3，不足1%。

圖7 2005-2014年中美兩國虛擬水凈出口量

美國的第一產(chǎn)業(yè)由進(jìn)口虛擬水轉(zhuǎn)變?yōu)槌隹谔摂M水，但出口量在逐年減少，第二產(chǎn)業(yè)(制造業(yè)為主)進(jìn)口大量虛擬水，進(jìn)口量仍在逐年減少，但總體上各年均為虛擬水凈進(jìn)口狀態(tài)。

2.3.2 中美兩國間虛擬水貿(mào)易量

整體來看，中國向美國出口的虛擬水總量先下降再上升[圖8(a)]。下降主要是因?yàn)橹袊男袠I(yè)用水效率越來越高，出口單位價(jià)值產(chǎn)品所用水資源量越來越少；上升則是由于近年中國同美國的貿(mào)易關(guān)系越來越緊密，中美向美國出口了大量的制造業(yè)商品，出口經(jīng)濟(jì)量的大幅升高也使得出口虛擬水量快速增長。中國向其他國家輸出的虛擬水量則是先增加后減少，是出口經(jīng)濟(jì)量和用水效益共同作用的結(jié)果，出口虛擬水量增加是因?yàn)槌隹诮?jīng)濟(jì)量增加起主要作用，出口虛擬水量減少則是用水效益提高起主要作用。

圖8 2005-2014年中美兩國虛擬水出口量

美國出口到中國的虛擬水量是逐年上升的[圖8(b)]，第一產(chǎn)業(yè)虛擬水出口量增長趨勢非常明顯，第二、三產(chǎn)業(yè)則增長緩慢。究其原因，美國各產(chǎn)業(yè)的用水效率雖然在逐年提高，但較之于中國用水效率的增長趨勢仍然較緩，且用水效益的增加趨勢不及美國出口到中國的經(jīng)濟(jì)量增長趨勢，因此總體表現(xiàn)為出口到中國的虛擬水量為逐年增加。美國向其他國家出口的虛擬水量為先增加再減少，其原因仍是分別由出口經(jīng)濟(jì)量和用水效益起主要作用。

中國主要通過制造業(yè)商品(90%)向美國出口虛擬水，美國則主要通過農(nóng)產(chǎn)品(60%)向中國出口虛擬水。農(nóng)產(chǎn)品為水密集型產(chǎn)品，大量的虛擬水通過農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易在國家間流動(dòng)[26]。從美國進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品可一定程度上緩解國內(nèi)部分地區(qū)的用水壓力，但農(nóng)業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，糧食安全為國家之重，中國目前有待于由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化，美國雖為機(jī)械化農(nóng)業(yè)強(qiáng)國，但其農(nóng)業(yè)用水效益卻很低。在生產(chǎn)全球化的進(jìn)程中，中國目前處于制造業(yè)的中低端價(jià)值鏈上，制造業(yè)雖然為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，但也大量出口了虛擬水。

總的來說，中國出口到美國的虛擬水量仍高于美國出口到中國的虛擬水量，對(duì)于有限的水資源來講，這不利于本國資源的可持續(xù)利用，尤其是對(duì)于水資源危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)重的中國，虛擬水的大量輸出會(huì)嚴(yán)重危及到國內(nèi)水資源安全。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

本文通過投入產(chǎn)出法，計(jì)算了中美兩國行業(yè)用水特性指標(biāo)、行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移量及虛擬水貿(mào)易量。由此得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)本文提出了利用世界投入產(chǎn)出表計(jì)算國家間拉動(dòng)系數(shù)的方法，能用于反映某國某行業(yè)對(duì)于另一國各行業(yè)用水的間接帶動(dòng)程度；同時(shí)本文改進(jìn)了計(jì)算行業(yè)間虛擬水轉(zhuǎn)移量的方法，結(jié)合虛擬水流動(dòng)圖，行業(yè)虛擬水的流入流出情況更加清晰與直觀。

(2)從行業(yè)用水特性指標(biāo)來看：中美兩國經(jīng)濟(jì)深度交融，中國的科技行業(yè)、信息與通信業(yè)對(duì)美國各行業(yè)用水的拉動(dòng)作用較大，美國的建筑業(yè)對(duì)中國各行業(yè)用水的拉動(dòng)作用較大。此外，兩國的農(nóng)業(yè)、電力與燃?xì)夤?yīng)業(yè)用水效率都較低，而金融與保險(xiǎn)業(yè)、信息與通信業(yè)用水效率都較高。綜合來看，信息與通信業(yè)在國家經(jīng)濟(jì)中十分突出，其消耗較小的水資源量，而產(chǎn)生較大的效益，并且能拉動(dòng)其他行業(yè)的發(fā)展。

(3)從虛擬水的流向來看：產(chǎn)業(yè)間虛擬水的流動(dòng)方向?yàn)榈谝划a(chǎn)業(yè)流向第二產(chǎn)業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)流向第三產(chǎn)業(yè)，用水效率也是由第一、二、三產(chǎn)業(yè)依次遞增的。產(chǎn)業(yè)之間存在著用水競爭關(guān)系，但產(chǎn)業(yè)之間的水資源分配的目標(biāo)基本都是使水資源利用總效率最大，即一般會(huì)向著用水效率更高的行業(yè)分配。

(4)從虛擬水貿(mào)易來看：中國各年均為虛擬水凈出口狀態(tài)，美國為虛擬水凈進(jìn)口狀態(tài)。在兩國的貿(mào)易中，中國主要通過制造業(yè)商品向美國出口虛擬水，美國則主要通過農(nóng)產(chǎn)品向中國出口虛擬水。在2004-2015年間，中國出口到美國的虛擬水量先減小后增加，分別是用水效益提高和貿(mào)易量增加起主要作用；美國出口到中國的虛擬水量一直增加，是由于貿(mào)易量的增加速度超過了用水效率的提高速度。中美虛擬水貿(mào)易中，目前中國仍處于出口大于進(jìn)口的狀態(tài)，為美國帶去巨大的經(jīng)濟(jì)效益和巨量的水資源，從長遠(yuǎn)上看，這將不利于本國水資源的可持續(xù)利用，可能會(huì)危及到國內(nèi)水資源安全，但同時(shí)也表明美國對(duì)于中國產(chǎn)品的依賴。

3.2 討 論

(1)本文所采用的投入產(chǎn)出模型，相較于采用自下而上的生產(chǎn)樹法計(jì)算產(chǎn)品中所含的虛擬水量，投入產(chǎn)出法更為容易從宏觀上把握國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的用水關(guān)聯(lián)，但是由此計(jì)算的虛擬水量較生產(chǎn)樹法更為粗略，但該法在計(jì)算第二、三產(chǎn)業(yè)的商品和服務(wù)所含虛擬水量時(shí)更為簡便。以往的研究多集中于計(jì)算農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量，而對(duì)于工業(yè)品和服務(wù)中所含虛擬水量的研究仍有待于深化。

(2)目前各國對(duì)于各行業(yè)的用水量統(tǒng)計(jì)得不夠完整與具體，除了農(nóng)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)用水量可從每年的水資源公報(bào)上獲取以外，第三產(chǎn)業(yè)的用水量多數(shù)年份沒有統(tǒng)計(jì)，各具體行業(yè)的用水量更難以獲取。根據(jù)以往年份的用水量和經(jīng)濟(jì)量進(jìn)行推算，或按照各行業(yè)對(duì)于“水的生產(chǎn)與供應(yīng)行業(yè)”的價(jià)值型消耗比例來推算，其結(jié)果只是一個(gè)近似值，與實(shí)際用水量存在差異，這在一定程度上降低了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(3)在計(jì)算虛擬水進(jìn)口量時(shí)，由于國家間貿(mào)易關(guān)系和貿(mào)易伙伴國行業(yè)用水效率數(shù)據(jù)難以獲得，因此以本國的用水效率計(jì)算的虛擬水出口量是一個(gè)近似值。

(4)最后，中國的用水效率近年來雖然大幅提高，但中國向美國出口的虛擬水量仍然隨著經(jīng)濟(jì)貿(mào)易量的增長而增長，中國長期處于虛擬水出口大于進(jìn)口的狀態(tài)中，這與Mekonnen等人[27]的研究結(jié)果是相同的。長期對(duì)外輸出本國有限水資源難以實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，政府應(yīng)該做出相應(yīng)的貿(mào)易政策與水資源管理政策，保障本國的水資源安全。

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