張 寧，張 瀾

(杭州電子科技大學 管理學院，浙江 杭州 310018)

水在自然環(huán)境和社會環(huán)境中都是極為重要而活躍的因素，然而隨著世界人口的高速增長以及工農業(yè)生產的發(fā)展，水資源消耗量還在持續(xù)增大，水資源短缺和污染問題日益嚴重，且制約著國家和地區(qū)經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，為促進資源經濟的良性運行，不僅要從“開源”的角度引入水資源，更要從“節(jié)流”的角度提高水資源利用效率，摒棄一味追求高速度、高效益的經濟增長方式，進一步建設中國節(jié)水型社會，把水資源的管控落實到產業(yè)部門生產活動和人們日常生活的方方面面[1]。

虛擬水這一概念最早由Tony Allan教授提出，它不同于傳統(tǒng)意義的水資源，而是指產品生產過程中以虛擬的形式寄托在具體的產品或服務中的水資源。虛擬水這一全新概念的提出拓寬了水資源管理的研究視角，拓展了傳統(tǒng)水資源的概念，將經濟活動和水資源承載力結合，使得虛擬水戰(zhàn)略研究對水資源優(yōu)化配置、經濟結構與貿易結構調整具有重要意義[2]。梳理國內外虛擬水研究發(fā)現，當前研究主要集中在農產品虛擬水含量的核算[3-5]。近年來隨著虛擬水核算的深入，通過計算區(qū)域間虛擬水轉移對貿易產業(yè)結構合理性安排已成為虛擬水研究熱點[6]。在省級層面，王雙英和陸文聰(2011)對江西省各經濟部門虛擬水消費與貿易進行了投入產出分析，楊雅雪等(2015)對新疆水足跡及虛擬水進出口貿易進行核算，孫思奧等(2019)分析了京津冀城市群的虛擬水消費及貿易情況[7-9]。在國家層面，王勇(2016)、黃敏和黃煒(2016)分別測算了中國區(qū)域間貿易隱含虛擬水轉移量和中國虛擬水進出口貿易量，孫才志和王中慧(2019)、孟凡鑫等(2019)研究了中國與“一帶一路”沿線國家商品和服務貿易的虛擬水量及時空變化特征[10-13]。目前我國學者對于虛擬水貿易的核算多是基于全行業(yè)口徑或是農業(yè)、制造業(yè)，對于建筑業(yè)、服務業(yè)等行業(yè)的單獨核算相對較少。在研究方法上，單區(qū)域投入產出法雖然被廣泛應用，但多區(qū)域投入產出法更能反映各區(qū)域不同部門間的物質聯(lián)系和轉移，以及水資源投入對所有部門產生的直接用水和間接用水的驅動作用，進而分析各區(qū)域間虛擬水的流動[14]。譚圣林等(2013)基于多區(qū)域投入產出法研究了廣東省水足跡，耿強和李希博(2018)在世界多區(qū)域投入產出序列的基礎上測算了我國工業(yè)外貿中的虛擬水流量，杜依杭等(2019)構建虛擬水多區(qū)域投入產出模型,實證分析了虛擬水的區(qū)域轉換[15-17]。為明晰城市內部經濟系統(tǒng)之間的用水關系，本文將長三角地區(qū)4個省市的42個行業(yè)按照行業(yè)特性劃分為農業(yè)、礦業(yè)、制造業(yè)等8個產業(yè)部門，構建了多區(qū)域投入產出分析的城市系統(tǒng)虛擬水核算模型，從虛擬水角度深入分析區(qū)域內部經濟系統(tǒng)的虛擬水流動特性及長三角地區(qū)各省市產業(yè)部門間貿易活動中的水資源轉移情況，對長三角地區(qū)水資源利用現狀進行客觀評價，這對實現我國水資源高效利用及社會經濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現實意義。

一、研究區(qū)概況

長三角地區(qū)地處我國沿海經濟帶、長江經濟帶和“一帶一路”的結合部，包括上海市、江蘇省、浙江省、安徽省，是中國人口最密集、經濟發(fā)展最活躍、開放程度最高、體制環(huán)境最優(yōu)、整體競爭力最強的地區(qū)之一，在我國對外貿易發(fā)展中具有明顯的地理區(qū)位優(yōu)勢。近年來，長三角地區(qū)貿易經濟呈“高開穩(wěn)走”態(tài)勢，發(fā)展內生動力不斷增強，中共中央、國務院印發(fā)的《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》中對長三角一體化做出明確指示，長三角一體化將成為國家現代化建設大局的重要規(guī)劃，提升服務長三角和聯(lián)通國際的能力，增強長三角地區(qū)創(chuàng)新能力和競爭能力，全力打造高水平協(xié)同開放的新高地，使得長三角地區(qū)在國家現代化建設大局中的戰(zhàn)略地位越發(fā)明顯。

作為我國經濟核心區(qū)之一，長三角地區(qū)的貿易開放程度相對較高，尤其是制造業(yè)等產業(yè)經濟貿易發(fā)展迅速，這離不開長三角地區(qū)豐富的水資源儲備和臨江靠海、水運發(fā)達的地理優(yōu)勢。但同時長三角地區(qū)常年人均水資源占用量不到全國人均水平的一半，水資源供需不平衡，地區(qū)性缺水時有發(fā)生。2017年長三角地區(qū)以7.33%的水資源總量創(chuàng)造了全國23.61%的經濟價值，其中上海市水資源總量不到安徽省的5%，人均水資源占有量也遠不如后者，但創(chuàng)造的GDP總量比安徽省高很多，這進一步體現了長三角地區(qū)的水資源總量及經濟發(fā)展水平差距較大，水資源分布和地區(qū)產業(yè)經濟結構呈明顯的地理分布特征。

二、研究方法與數據

(一)長三角地區(qū)多區(qū)域投入產出模型

多區(qū)域投入產出模型涉及到多區(qū)域投入產出表，這種表一般包括中間投入、最初投入和最終使用三大部分。多區(qū)域投入產出表的中間投入不同于單區(qū)域投入產出表，它詳細記錄了每個區(qū)域、每個產業(yè)的資源在本區(qū)域內和其他區(qū)域內的投入和使用狀況。若將中間投入按區(qū)域標準刻畫成矩陣形式，則對角線上表現出來的子矩陣，表示為各產業(yè)(或產品)在本區(qū)域內的投入及使用情況，而非對角線上的其他子矩陣可以表示為各產業(yè)(產品)在其他區(qū)域的投入及轉移使用情況。本文依據2017年的中國31省市(自治區(qū))區(qū)域間投入產出表，在多區(qū)域投入產出模型的基礎上，采用長三角地區(qū)4個省市區(qū)域各產業(yè)直接用水量指標，構建長三角地區(qū)多區(qū)域投入產出模型。

1.用水系數核算

假設模型包含m個研究區(qū)域，每個研究區(qū)域下含有n個產業(yè)部門，分別用R1、R2、R3、R4表示長三角地區(qū)的上海、江蘇、浙江、安徽這4個研究區(qū)域，S1、S2、…、S8表示農業(yè)、礦業(yè)、制造業(yè)等8個產業(yè)部門，則長三角地區(qū)多區(qū)域投入產出模型可表示為：

(1)

(2)

(3)

將式(3)用矩陣形式表示：

Xa=AabXa+Yab+Ea

(4)

式(4)中，Xa為多區(qū)域投入產出模型的產出矩陣，Aab為該模型的消耗系數矩陣，Yab為最終需求矩陣，Ea為出口矩陣，即：

Xa=(X1,X2,…,Xm)T

(5)

Yab=(Y1,Y2,…，Ym)T

(6)

將式(4)移項整理后得到長三角地區(qū)多區(qū)域投入產出模型：

Xa=(I-Aab)-1(Yab+Ea)

(7)

(8)

(9)

(10)

完全用水系數指某一產業(yè)部門增產一單位產品時整個經濟體系總用水量的增加量，它是核算系統(tǒng)虛擬水量、虛擬水貿易量及虛擬水轉移量的基礎，其計算公式為：

K′=K(I-Aab)-1

(11)

拉動系數L表示某個產業(yè)部門的產出增加單位耗水量后，整個經濟系統(tǒng)耗水量的增加情況，同時也在一定程度上反映出該產業(yè)部門和其它產業(yè)部門間的緊密程度，其計算公式為：

(12)

2.虛擬水貿易量核算

經濟貿易活動中，產品的輸入輸出過程隱藏著大量的虛擬水，因此長三角地區(qū)可以通過區(qū)域間貿易活動產生的虛擬水來緩解水資源短缺問題。虛擬水貿易量可以通過經濟貿易量與虛擬水完全用水系數得到。根據構建的長三角地區(qū)多區(qū)域投入產出模型可計算出長三角地區(qū)間各部門的虛擬水貿易量，即：

(13)

3.虛擬水轉移量核算

隨著長三角地區(qū)各產業(yè)部門間貿易經濟活動的聯(lián)動，虛擬水也會在4個省市的8類產業(yè)部門間進行轉移。虛擬水產業(yè)部門轉移矩陣的計算公式為：

Wij=K×X×(I-Aab)-1

(14)

(15)

式中，TW為虛擬水產業(yè)部門轉移矩陣，W為完全需水矩陣，元素為wij,當i=j時，wij=0。X為8類產業(yè)部門中間投入矩陣，K為直接用水系數組成的對角陣，I為n階單位矩陣，A為直接消耗系數矩陣，wij表示i產業(yè)向j產業(yè)轉移的虛擬水量。

(二)數據來源

我國在編制投入產出表時按照逢2、7結尾的年份編制且保證5年編制一次。其中官方公布的數據中未涉及到的投入產出情況，可以采用近期編制的《2017年中國31省區(qū)市區(qū)域間投入產出表》[18]，按照42個產業(yè)部門編制了相應的投入產出量。根據國家統(tǒng)計局2013年發(fā)布的《三次產業(yè)劃分規(guī)定》及《中國投入產出表》附錄中《產業(yè)部門和產業(yè)部門分類解釋及代碼》，本文再次對各類產業(yè)(產品)部門進行詳細分類及說明，并按照國家行業(yè)標準，將長三角地區(qū)4個省市涉及的42個部門劃分為8類產業(yè)部門，再將其歸類到第一、第二和第三產業(yè)大類，劃分結果及部門代碼如表1所示。

表1 投入產出表中的產業(yè)部門代碼及劃分結果

各省市農業(yè)用水量來自《2017年中國水資源公報》對該年度各省級行政區(qū)供水量和用水量的整理。工業(yè)總用水量和生活用水量來源于《2018年中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》，礦業(yè)、制造業(yè)、電氣供應業(yè)、水的生產和供應業(yè)根據其當年產值占比計算，其產值來自《2017年中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》。建筑業(yè)用水量根據《第一次全國水利普查公報》中建筑業(yè)用水量占全年總用水量之比，結合2013—2017年經濟增長率推算求得。服務業(yè)用水量采用各省服務業(yè)用水產值占全國服務業(yè)產值的比重，與全國用水總量的乘積計算而得。交通業(yè)用水量由各省第三產業(yè)的用水量減去服務業(yè)用水量而計算求得[19-22]。

三、結果分析

(一)用水系數分析

根據式(1)-(11)可計算出長三角地區(qū)4省市的直接用水系數和間接用水系數，兩者的和為完全用水系數，根據式(12)計算出各產業(yè)部門的拉動系數，如圖1所示。上海、江蘇、浙江、安徽分別用S、J、Z、A代替，后續(xù)不再解釋。部門代碼已在表1中說明，如S1表示上海的農業(yè)。

圖1 長三角地區(qū)各省市各產業(yè)部門完全用水系數構成

從圖1中可看出，江蘇(J)、浙江(Z)、安徽(A)三個省中，農業(yè)是完全用水系數最高的產業(yè)，且遠高于其它7個產業(yè)部門，安徽省的農業(yè)完全用水系數達到了711.8m3/萬元，幾乎為浙江的2倍，這與安徽是中國農業(yè)大省的實際情況相符。農業(yè)用水大部分來自于自然水源，它的高完全用水系數和高直接用水系數表明農業(yè)將是長三角地區(qū)亟需關注虛擬水使用效率的重要產業(yè)。從部門行業(yè)來看，礦業(yè)完全用水系數最大的地區(qū)仍然是安徽，達到了177.2m3/萬元，其次是江蘇省和浙江省，最低的是上海。制造業(yè)作為國民經濟發(fā)展中的基礎產業(yè)，是現代工業(yè)的源頭和動力，4個省市中制造業(yè)完全用水系數最高的是浙江省，這與浙江紡織服裝業(yè)、先進裝備制造業(yè)、化工制造業(yè)等產業(yè)優(yōu)勢相關，其次是江蘇和上海，尤其是上海的制造業(yè)是長三角地區(qū)核心競爭力的重要支撐，制造業(yè)完全用水系數最低的是安徽。此外，在4個省市中，建筑業(yè)完全用水系數均不超過50.3m3/萬元，且間接用水量均遠大于直接用水量。從直接用水系數來看，最小的產業(yè)是服務業(yè)，尤其是上海的產業(yè)結構中服務業(yè)投入力度較大，軟件和信息服務業(yè)相對發(fā)達，服務業(yè)用水效率高，且虛擬水經濟效益也高，注重服務業(yè)成為上海重要的發(fā)展方向。

長三角地區(qū)的制造業(yè)、建筑業(yè)、交通業(yè)、服務業(yè)都是高間接用水系數的產業(yè)，制造業(yè)以間接用水為主，工業(yè)生產過程中，原料加工、產品處理、設備冷卻等工藝都需要間接用水，服務業(yè)更需要第一產業(yè)(農業(yè))提供的大量高耗水原材料。針對制造業(yè)、建筑業(yè)、服務業(yè)這些間接用水量高的產業(yè)，更應從項目流程的視角，注重虛擬水在各類產業(yè)部門之間的流轉效率，制定合理的節(jié)水措施，嚴格控制虛擬水損耗。

長三角地區(qū)各產業(yè)部門拉動系數越高，帶動整個經濟系統(tǒng)水耗情況越明顯，如圖1所示，4個省市虛擬水拉動系數最高的均為服務業(yè)，這說明服務業(yè)與其它行業(yè)經濟聯(lián)系最多，其消耗的主要原材料大多來自其它產業(yè)。服務業(yè)是虛擬水經濟效益最高的產業(yè)，長三角地區(qū)需要嚴格把控服務業(yè)與其它產業(yè)之間的虛擬水調配，找到服務業(yè)經濟產出與虛擬水消耗之間的平衡點，在保證經濟效益的前提下減少服務業(yè)用水對其它行業(yè)水資源的粘性。

(二)虛擬水貿易量分析

基于《2017年中國31省區(qū)市區(qū)域間投入產出表》，根據式(13)計算出長三角地區(qū)4個省市8類產業(yè)部門的虛擬水進出口貿易量，計算結果如表2所示，除江蘇外，其余3個省市農業(yè)虛擬水出口均大于進口，如何調整農業(yè)虛擬水貿易結構來實現節(jié)水成為后續(xù)關注的主要問題。4個省市均有較大的制造業(yè)虛擬水凈輸出量，且成為虛擬水輸出最大的產業(yè)部門，因此長三角地區(qū)為虛擬水凈出口地，虛擬水總出口量從大到小依次為江蘇、浙江、安徽、上海，說明隨著制造業(yè)的快速發(fā)展及商品的大量出口，大量的虛擬水也會隨之流入國外。

表2 2017年長三角地區(qū)各產業(yè)部門虛擬水進出口貿易量 單位：萬m3

如表2所示，江蘇制造業(yè)虛擬水進出口貿易量相差最大，第二產業(yè)虛擬水凈出口量為47.2億m3，占長三角地區(qū)虛擬水凈出口量的88.7%。江蘇紡織業(yè)、食品制造業(yè)、通信設備、計算機及其它電子設備制造業(yè)等產量高，耗水大，虛擬水輸出大的同時輸入量也大，說明該省依靠制造業(yè)發(fā)展經濟的同時需要虛擬水的外部輸入來緩解地區(qū)水資源壓力。此外，安徽農業(yè)虛擬水出口量占比最大，農業(yè)貿易結構調整還存在較大的空間。

(三)虛擬水轉移量分析

由式(14)-(15)計算得出長三角地區(qū)4個省市間虛擬水轉移方向及轉移量，如圖2-圖5的弦圖所示，流量端點處寬度越大，表明這條路徑上轉移到該區(qū)域的虛擬水量越大。由4個省市的虛擬水弦圖可知，江蘇流入安徽的虛擬水量最大，為152.8億m3，其次是由江蘇流入上海的虛擬水量，達到了105億m3，而江蘇制造業(yè)是虛擬水流出最大的產業(yè)部門，說明大量虛擬水隨著江蘇紡織制造業(yè)等流入了上海、安徽等地?？傮w來看，上海、浙江、安徽三個地區(qū)從其它省市輸入的虛擬水量大于輸出量，江蘇水量豐富且工業(yè)發(fā)達，虛擬水輸入相對較小。為調整進出口貿易結構與虛擬水貿易量相平衡，上海需加大服務業(yè)等高新產業(yè)的規(guī)模，合理規(guī)劃高耗水產業(yè)的生產活動。

圖2 上海市虛擬水流向情況

圖3 江蘇省虛擬水流向情況

圖4 浙江省虛擬水流向情況

圖5 安徽省虛擬水流向情況

由圖2-圖5可知，無論在哪個省市，制造業(yè)和服務業(yè)都是虛擬水流入最多的行業(yè)，這與該行業(yè)較高的間接用水系數密切相關，而服務業(yè)虛擬水大多從農業(yè)、制造業(yè)轉移，虛擬水效益還有較大的提升空間。除上海外，其它3個省市的農業(yè)幾乎沒有虛擬水流入，而在整個經濟系統(tǒng)中更多地流入到制造業(yè)、建筑業(yè)和服務業(yè)這三類間接用水較高的產業(yè)。此外，電氣供應業(yè)虛擬水更多地流入建筑業(yè)、交通業(yè)和服務業(yè)，礦業(yè)從其它行業(yè)輸入的虛擬水最少，這與長三角地區(qū)礦產資源較有限的情況相符。

四、結論及建議

本文利用多區(qū)域投入產出模型構建了長三角地區(qū)虛擬水核算模型，從虛擬水戰(zhàn)略視角深入分析區(qū)域內部經濟系統(tǒng)的虛擬水流動特性及長三角地區(qū)各省市產業(yè)部門間貿易活動中的虛擬水轉移問題，得出以下結論及建議：

1.農業(yè)是長三角地區(qū)4個省市水資源消耗量最大的產業(yè)，為本地區(qū)經濟運行提供基本保障。尤其安徽省主要依靠農產品出口創(chuàng)造經濟產值，因此需要注意農產品貿易結構的合理化，減少單位農產品產出的水資源消耗量，提高水資源利用率，進一步保障水資源和生態(tài)環(huán)境安全。首先，豐富農產品進口品種，改變當前農產品進口結構單一的局面;其次，根據單位質量農產品虛擬水含量調整農產品貿易結構，增加虛擬水含量相對較低的蔬菜、水果類農產品的出口，減少如煙草、花生等虛擬水含量較高的經濟作物的出口。

2.長三角是我國最大的綜合性工業(yè)基地，制造業(yè)是其經濟支柱。安徽制造業(yè)虛擬水的經濟效益相對其消耗僅呈持平狀態(tài)，迫切需要加強制造業(yè)高新節(jié)水技術的研發(fā)，推動制造業(yè)企業(yè)向節(jié)水型企業(yè)轉型；其次，浙江和江蘇省工業(yè)制成品主要靠大規(guī)模勞動力和水資源投入，呈現典型的粗放型增長模式，產品出口的同時也帶來了大量工業(yè)廢水。因此，要注重各產業(yè)間的生產要素合理配置，提高生產要素的質量和生產效率，整改“高增長、高污染”的產業(yè)經濟增長方式，保證虛擬水的合理轉移和使用效率，促進經濟高效發(fā)展。

3.對于服務業(yè)這類虛擬水拉動系數較高的產業(yè)，間接消耗的原材料大多來自于其它產業(yè)，其以較低虛擬水消耗創(chuàng)造了較高經濟價值。因此未來可以著重增加上海的軟件、信息服務等高新技術產業(yè)研發(fā)投入，提升服務業(yè)能力。同時服務業(yè)虛擬水更多地由農業(yè)和制造業(yè)流入，其新增用水量對整體經濟系統(tǒng)耗水量的增加具有顯著影響，因此需要嚴格把控長三角地區(qū)服務業(yè)與其它產業(yè)之間的虛擬水調配關系，找到服務業(yè)經濟產出與虛擬水消耗之間的平衡點，在保證經濟效益的前提下減少服務業(yè)用水對其它行業(yè)的粘性。

長三角地區(qū)4個省市有其各自發(fā)展優(yōu)勢及區(qū)域特色，上海高新技術產業(yè)發(fā)展迅速，浙江先進制造業(yè)和江蘇傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)展平穩(wěn)，安徽是我國農業(yè)重要產出地，但不可忽視的是，在我國貿易經濟發(fā)展過程中，長三角地區(qū)產業(yè)的空間轉移直接影響了虛擬水流動路徑,導致長三角地區(qū)水資源分配不均衡。由于農業(yè)和服務業(yè)的構成較為復雜，其虛擬水轉移測算較為宏觀，有待在以后的研究中按照農作物和工業(yè)產品的種類進行深層次的虛擬水轉移分析。但在現有的虛擬水轉移路徑下合理調控長三角地區(qū)不同行政區(qū)的水資源分配，尤其是農業(yè)——服務業(yè)，制造業(yè)——服務業(yè)，農業(yè)——制造業(yè)等產業(yè)間的虛擬水轉移量，仍是制定節(jié)水措施的關鍵路徑，對于提高各產業(yè)虛擬水使用效率、優(yōu)化地區(qū)間貿易結構起到了一定理論指導作用。