韓夢(mèng)雨

（1.河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100；2.山東水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

黃河流域作為我國(guó)北方重要的經(jīng)濟(jì)走廊，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全方面扮演著至關(guān)重要的角色[1]。當(dāng)前，在黃河流域高質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展進(jìn)程中仍存在資源供求不匹配的問(wèn)題，尤其是地區(qū)日益增長(zhǎng)的資源需求與匱乏的水資源之間的矛盾尤為突出[2]。國(guó)家高度重視黃河流域的協(xié)同發(fā)展，2021 年10 月，中共中央、國(guó)務(wù)院聯(lián)合發(fā)布了《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》，該規(guī)劃綱要明確指出，黃河流域水資源是最大的剛性約束因素；同時(shí)強(qiáng)調(diào)了鞏固能源與糧食安全的重要性。黃河流域也是我國(guó)重要的能源區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)，擁有廣闊的土地、豐富的能源和礦產(chǎn)資源，水資源短缺已成為制約流域可持續(xù)發(fā)展的主要因素。因此，深入研究黃河流域水資源、能源和糧食之間的相互關(guān)系具有重要意義，通過(guò)合理調(diào)配和優(yōu)化資源配置以實(shí)現(xiàn)黃河流域的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)“水—能源—糧食”的相關(guān)研究可以歸納為以下幾個(gè)方面：一是關(guān)于水資源、能源、糧食三者相互關(guān)系與反饋機(jī)制的研究。彭俊杰[3]指出黃河流域水資源、能源、糧食資源要素空間分布不均；水資源短缺問(wèn)題與保障能源與糧食安全之間的矛盾日益突出，這導(dǎo)致了“水—能源—糧食”之間的關(guān)系更加復(fù)雜化。二是評(píng)估流域或行政區(qū)域的“水—能源—糧食”壓力及資源安全。張中浩等[4]以長(zhǎng)三角城市群為例，構(gòu)建WEF 系統(tǒng)壓力指數(shù)，揭示了1990—2018 年期間長(zhǎng)三角城市群2010 年后，WEF 系統(tǒng)壓力顯著上升，其中水資源壓力保持相對(duì)穩(wěn)定、糧食壓力大幅增加、能源壓力有所下降。三是關(guān)于WEF 系統(tǒng)仿真模擬方面的研究。王慧敏等[5]以山東省為例，開(kāi)展了“水—能源—糧食”紐帶關(guān)系下區(qū)域綠色發(fā)展政策的仿真研究，指出山東省可以通過(guò)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和推動(dòng)生物質(zhì)能源的發(fā)展來(lái)減少農(nóng)業(yè)面源污染和能源開(kāi)采對(duì)水體的污染。

目前，黃河流域資源系統(tǒng)的研究主要集中在水資源評(píng)估與管理方面，還沒(méi)有足夠的研究關(guān)注到流域資源系統(tǒng)壓力的評(píng)估。因此，該研究通過(guò)構(gòu)建水資源、能源、糧食系統(tǒng)以及“水—能源—糧食”綜合系統(tǒng)壓力指數(shù)，詳細(xì)分析了黃河流域9?。▍^(qū)）所面臨的壓力情況。同時(shí)，通過(guò)深入探討黃河流域各省份在水資源、能源及糧食資源配置方面的現(xiàn)狀，為實(shí)現(xiàn)黃河流域的高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

經(jīng)濟(jì)學(xué)家Leontief 最早提出了投入產(chǎn)出分析方法[6]，該方法用于研究經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中各部門(mén)在投入和產(chǎn)出方面的相互依賴(lài)關(guān)系。分析黃河流域9?。▍^(qū)）的虛擬資源流動(dòng)關(guān)系，需要突破單區(qū)域投入產(chǎn)出模型的限制，建立多區(qū)域投入產(chǎn)出模型，并在此基礎(chǔ)上引入黃河流域各部門(mén)的資源消耗量，建立資源拓展型多區(qū)域投入產(chǎn)出模型。

資源消耗系數(shù)是一個(gè)重要的生產(chǎn)指標(biāo)，在投入產(chǎn)出表中引入水資源W、能源E、糧食F的消耗量，用于衡量生產(chǎn)過(guò)程中單位產(chǎn)品消耗的資源量。其公式為：

式中：W/E/F為單位產(chǎn)品或服務(wù)消耗的資源量，r為水資源、能源、糧食的直接消費(fèi)量；X為行業(yè)的總產(chǎn)出。

2.2 壓力指數(shù)的構(gòu)建

2.2.1 水資源壓力指數(shù)

水資源壓力指數(shù)（WSI）是用水量與水資源總量的比值，該指數(shù)用于衡量人類(lèi)生產(chǎn)、生活用水對(duì)地區(qū)水資源壓力的影響。計(jì)算公式如下：

式中：Wu為直接用水量；Wt為地區(qū)水資源總量。

參考洪思揚(yáng)等[7]研究成果，構(gòu)建假定水資源壓力指數(shù)（WSI*），該指數(shù)表示向研究區(qū)外其他地區(qū)流出的虛擬水是由該地自身使用的情況下，該地區(qū)的水資源壓力。計(jì)算公式如下：

式中：Wnet，in為虛擬水凈流出量，Win、Wout分別為虛擬水流入量、流出量。

當(dāng)WSI-WSI*＞0 時(shí)，說(shuō)明當(dāng)?shù)厮Y源壓力得到緩解。

2.2.2 能源壓力指數(shù)

能源壓力指數(shù)是能源消費(fèi)量與能源儲(chǔ)備量的比值，反映了能源間的供需關(guān)系。能源儲(chǔ)備量可以準(zhǔn)確反映一個(gè)地區(qū)的能源狀況，但由于獲取難度較高，因此研究區(qū)域能源資源狀況通常使用一次能源生產(chǎn)量來(lái)表示。計(jì)算公式如下：

式中：Eu為能源消費(fèi)量；EP為地區(qū)一次能源生產(chǎn)量。

構(gòu)建假定能源壓力指數(shù)（ESI*），ESI*的計(jì)算公式如下：

式中：Enet，in為虛擬能源凈流出量；Ein、Eout為別為虛擬能源的流入量、流出量。

公式（5）和公式（4）之差Enet，in/EP表示虛擬能源流動(dòng)對(duì)研究區(qū)域能源壓力的影響。當(dāng)ESIESI*＞0，說(shuō)明當(dāng)?shù)啬茉磯毫Φ玫骄徑狻?/p>

2.2.3 糧食壓力指數(shù)

糧食壓力指數(shù)是糧食生產(chǎn)量與糧食消費(fèi)量的比值，用于評(píng)估本地糧食消費(fèi)所帶來(lái)的壓力。計(jì)算公式如下：

式中：Fu為本地糧食消費(fèi)量；FP為糧食生產(chǎn)量。

虛擬糧食貿(mào)易影響著糧食壓力指數(shù)，故構(gòu)建假定的糧食壓力指數(shù)FSI*，計(jì)算公式如下：

式中：Fnet，in為虛擬糧食凈流出量；Fin、Fout分別為虛擬糧食流入量、流出量。

公式（7）和公式（6）之差Fnet，in/FP表示虛擬糧食流動(dòng)對(duì)研究區(qū)域糧食壓力的影響。當(dāng)FSIFSI*＞0 時(shí)，說(shuō)明當(dāng)?shù)丶Z食壓力得到緩解。

2.2.4WEF壓力指數(shù)構(gòu)建

為反映“水—能源—糧食”系統(tǒng)的壓力，構(gòu)建WEF系統(tǒng)壓力指數(shù)（WEF-SI）。由于三者之間存在相互依賴(lài)和非線(xiàn)性相互作用關(guān)系，所以采用幾何平均值來(lái)表示W(wǎng)EF系統(tǒng)的壓力。

假定的WEF系統(tǒng)壓力指數(shù)為WEF-SI*，計(jì)算公式如下：

公式（8）和公式（9）之差表示虛擬資源流通對(duì)緩解當(dāng)?shù)豔EF 系統(tǒng)壓力的貢獻(xiàn)。當(dāng)WEF-SI*＜WEF-SI時(shí)，說(shuō)明虛擬資源的流入緩解了當(dāng)?shù)豔EF系統(tǒng)的壓力。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

基于中國(guó)碳排放數(shù)據(jù)庫(kù)（CEAD）獲取了2015 年和2017 年中國(guó)多區(qū)域投入產(chǎn)出表，水資源數(shù)據(jù)來(lái)自《中國(guó)水資源公報(bào)》；能源生產(chǎn)及消費(fèi)數(shù)據(jù)取自《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》及黃河流域9 省（區(qū)）相應(yīng)年份的統(tǒng)計(jì)年鑒；糧食方面的數(shù)據(jù)，主要從《中國(guó)農(nóng)墾年鑒》和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》中獲得。

3 資源流動(dòng)計(jì)算結(jié)果

3.1 虛擬水資源

根據(jù)多區(qū)域投入產(chǎn)出模型計(jì)算，得出黃河流域2015 年與2017 年的虛擬水資源流動(dòng)量。2015年，內(nèi)蒙古、甘肅和寧夏地區(qū)的虛擬水呈現(xiàn)出凈流入狀態(tài)，其中內(nèi)蒙古地區(qū)的虛擬水凈流入量最多，占虛擬水凈流入量的57%，主要來(lái)源地為山東和河南；甘肅地區(qū)虛擬水凈流入量居于第二，為21.26 億m3；山東向黃河流域外地區(qū)輸出了81.33 億m3的虛擬水。2017 年，山西省的虛擬水凈流入量最多，達(dá)到了54.81 億m3，主要來(lái)源地為內(nèi)蒙古與河南。內(nèi)蒙古、甘肅、青海地區(qū)呈現(xiàn)虛擬水的凈流出，3 個(gè)地區(qū)大部分虛擬水都是流入到黃河流域內(nèi)的區(qū)域。

3.2 虛擬能源

根據(jù)投入產(chǎn)出表計(jì)算得出黃河流域2015 年與2017 年的虛擬能源流動(dòng)量。2015 年，河南和陜西是虛擬能源凈流入地區(qū)，分別流入196.81 萬(wàn)tce和556.28 萬(wàn)tce；其余地區(qū)整體呈現(xiàn)虛擬能源凈流出狀態(tài)，其中內(nèi)蒙古、山西和山東占虛擬能源凈流出量的74%。2017 年，黃河流域的虛擬能源流動(dòng)中，河南、四川、陜西和寧夏地區(qū)是凈流入地區(qū)，虛擬能源流入量的94%來(lái)自黃河流域。其他地區(qū)的虛擬能源呈凈流出狀態(tài)，其中內(nèi)蒙古的虛擬能源凈流出量最大，達(dá)到了7 707.08 萬(wàn)tce，約77%流向了黃河流域以外的地區(qū)。

3.3 虛擬糧食

2015 年黃河流域虛擬糧食貿(mào)易中，河南、內(nèi)蒙古、四川和甘肅地區(qū)是主要的凈輸出區(qū)。河南省虛擬糧食凈流出量最多，其中有311.35 萬(wàn)t 流向了黃河流域以外，占凈流出量的85%。其余地區(qū)為虛擬糧食凈流入地區(qū)，其中山東最多，為192.21 萬(wàn)t。2017 年黃河流域中內(nèi)蒙古、河南和四川虛擬糧呈現(xiàn)凈流出狀態(tài)，其中河南的虛擬糧食凈流出量最大為117.73 萬(wàn)t；凈流量出最小的是四川，為59.30 萬(wàn)t，其中大部分流向黃河流域外其他區(qū)域。

3.4 資源壓力指數(shù)

黃河流域資源壓力指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，由表1 可知：

表1 黃河流域壓力指數(shù)計(jì)算結(jié)果

1）2015 年黃河流域的水資源壓力分布不均，其中寧夏的水資源壓力最大（7.332），山東省次之（1.070），無(wú)法滿(mǎn)足本地的用水需求，內(nèi)蒙古、甘肅和寧夏地區(qū)的水資源壓力得到緩解。2017 年黃河流域水資源壓力仍以寧夏地區(qū)最大（3.152），山東省次之（0.928），其余地區(qū)水資源壓力相對(duì)較?。簧轿?、山東、河南、四川、陜西和寧夏地區(qū)水資源壓力得到緩解。

2）2015 年黃河流域能源壓力整體較大，其中以山東最大（2.495），其次是河南（2.062）。大部分?。▍^(qū)）的假定能源壓力指數(shù)大于實(shí)際能源壓力指數(shù)，虛擬能源的流出加劇地區(qū)的能源壓力，黃河流域9 省（區(qū)）能源壓力緩解的只有河南和陜西。2017 年黃河流域能源壓力格局與2015 年類(lèi)似，甘肅的能源壓力加重最為顯著。

3）2015 年黃河流域的糧食壓力整體較小，其中青海（1.263）、山東（0.903）、四川（0.843）的壓力較為顯著。山西、山東、陜西、青海、寧夏地區(qū)糧食壓力有所緩解，其中山東、山西的緩解效果顯著，內(nèi)蒙古地區(qū)的壓力加劇幅度最大。2017 年糧食壓力仍以青海（1.256）最大，山西、山東以及上游地區(qū)的糧食壓力有所緩解。

4）2015 年黃河流域“水—能源—糧食”（WEF）系統(tǒng)中，寧夏地區(qū)壓力最大（1.556），山東省次之（1.341）所有地區(qū)的壓力均有不同程度的加重。2017 年WEF系統(tǒng)壓力格局變化不大，寧夏（1.356）和山東（1.332）仍然面臨較大的壓力。山西、山東、河南、四川、陜西和寧夏地區(qū)壓力有所緩解，其他地區(qū)壓力均有不同程度的增加。

4 結(jié)論與討論

文章基于多區(qū)域投入產(chǎn)出模型，對(duì)黃河流域2015 年和2017 年的水資源、能源、糧食資源的流動(dòng)進(jìn)行核算，并構(gòu)建WEF系統(tǒng)壓力指數(shù)，對(duì)黃河流域的壓力變化進(jìn)行研究，通過(guò)分析數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）黃河流域整體資源稟賦較為有限，2015—2017 年水資源呈現(xiàn)凈流入狀態(tài)，能源和糧食呈現(xiàn)凈流出狀態(tài)。2017 年虛擬水的凈流入量較2015年有所減少，同樣，虛擬能源和虛擬糧食的凈流出量也有所減少。虛擬資源的流通格局與實(shí)際分布不符，具體而言，虛擬資源的流通在較大程度上集中在資源相對(duì)較匱乏的黃河下游地區(qū)，而上游地區(qū)的?。▍^(qū)）資源稟賦相對(duì)較好，但流通水平較低。

2）黃河流域各?。▍^(qū)）的資源壓力總體趨于穩(wěn)定，僅有水資源壓力均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。2015 年與2017 年水資源、能源、糧食以及“水—能源—糧食”系統(tǒng)壓力格局基本相同，整體壓力分布呈現(xiàn)上游、中游和下游地區(qū)逐級(jí)遞增的格局，表明黃河流域不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境發(fā)展存在明顯的差異。

3）黃河流域各?。▍^(qū)）應(yīng)各盡其責(zé)，下游地區(qū)充分發(fā)揮地理和政策優(yōu)勢(shì)，上游地區(qū)發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)上下游之間的貿(mào)易合作，實(shí)現(xiàn)資源的公平分配。這不僅有助于緩解下游地區(qū)的資源壓力，也能推動(dòng)上游經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，縮小上中下游地區(qū)之間的經(jīng)濟(jì)差距。