一 引 言

我國的基本國情是人多水少、水資源時空分布嚴(yán)重不均，在快速工業(yè)化和城市化的進(jìn)程中，水資源短缺、水生態(tài)和水環(huán)境惡化等問題日益嚴(yán)峻，已成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。為了緩解水資源危機(jī)，政府已經(jīng)實(shí)行了最嚴(yán)格的水資源管理制度。根據(jù)《中國水資源公報》，2016年全國用水總量6040.2億立方米。其中，生活用水821.6億立方米，占用水總量的13.6%；工業(yè)用水1308億立方米，占用水總量的21.6%；農(nóng)業(yè)用水3768億立方米，占用水總量的62.4%。農(nóng)業(yè)與工業(yè)用水占用水總量的比重高達(dá)84%。另外根據(jù)2012年中國投入產(chǎn)出表數(shù)據(jù)，我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局不合理，耗水率高而產(chǎn)值較低的產(chǎn)業(yè)占比較高，加重了水資源短缺；且這些高耗水產(chǎn)業(yè)大部分又分布在水資源貧乏地區(qū)，水資源的空間錯配進(jìn)一步加劇了水危機(jī)。要從根本上解決水危機(jī)，除了厲行最嚴(yán)格的水資源管理外，還應(yīng)當(dāng)從調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)布局著手，充分發(fā)揮地區(qū)比較優(yōu)勢，在豐水地區(qū)適度增加水密集型產(chǎn)業(yè)的比重，在貧水地區(qū)發(fā)展低耗水產(chǎn)業(yè)，淘汰高耗水產(chǎn)業(yè)，大力推廣節(jié)水技術(shù)，優(yōu)化水資源配置，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

二 文獻(xiàn)綜述

(一)虛擬水研究現(xiàn)狀

“虛擬水”指在生產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)中所耗費(fèi)的水資源數(shù)量，即凝結(jié)在產(chǎn)品和服務(wù)中的虛擬水量。Allan(1993)[1]首次提出“虛擬水”概念，引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并被認(rèn)為是解決水資源問題的開創(chuàng)性思路。由于虛擬水與實(shí)體水相比減少了運(yùn)輸難題，因而其一出現(xiàn)，就成為緩解水資源分布不均等問題的有效工具。關(guān)于虛擬水戰(zhàn)略對社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的影響，Wichelns(2001)[2]在比較優(yōu)勢理論基礎(chǔ)上，研究了埃及的虛擬水貿(mào)易結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)顯示埃及每年從其他國家進(jìn)口的小麥和玉米分別為6.1萬噸和2.4萬噸，如果等量的小麥和玉米全部在埃及本國生產(chǎn)將會消耗水資源73億立方米，這一數(shù)量相當(dāng)于尼羅河年均水資源使用總量的13%，虛擬水戰(zhàn)略有效地緩解了埃及的水資源短缺問題，保障了埃及的糧食安全。Earle(2001)[3]量化分析南非生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水量變化情況，指出虛擬水在保障南非糧食安全中具有重要作用。

在產(chǎn)品與服務(wù)的虛擬水量化研究方面，如何精確測量出生產(chǎn)每單位產(chǎn)品所消耗的實(shí)體水量，以及如何將實(shí)體水量轉(zhuǎn)化為虛擬水量成為重要的研究課題。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，影響水的使用量的因素很多，譬如產(chǎn)品的類型、生產(chǎn)時間、生產(chǎn)地點(diǎn)，乃至廠商的水資源使用效率以及中間產(chǎn)品的數(shù)量等，都會影響到虛擬水含量的計算，而這些因素計算起來過于復(fù)雜。目前虛擬水含量的計算方法主要有以下幾種：Chapagain和Hoekstra(2003)[4]從生產(chǎn)者的角度，根據(jù)不同原產(chǎn)地的生產(chǎn)狀況和水資源利用效率來計算產(chǎn)品虛擬水含量，即“生產(chǎn)樹”法；Zimmer和Renault(2003)[5]則從消費(fèi)者的角度，把產(chǎn)品分類，根據(jù)產(chǎn)品所歸屬的具體類型計算虛擬水含量；Leontief(1970)[6]從投入產(chǎn)出的角度，考慮每種產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中所投入的中間產(chǎn)品，并在計算時剔除中間投入品消耗的虛擬水量以避免重復(fù)計算。

國內(nèi)的虛擬水研究起步較晚，虛擬水戰(zhàn)略思路最早由程國棟(2003)[7]引入，認(rèn)為虛擬水為中國水資源安全戰(zhàn)略制定尤其是解決我國西北地區(qū)水資源匱乏問題提供了新思路。該思路注重避開實(shí)體水開發(fā)和輸送途徑等難題，著力降低商品生產(chǎn)和服務(wù)過程中水資源消耗，被認(rèn)為是解決我國區(qū)域水資源分布不均的重要方法。此后虛擬水逐漸成為國內(nèi)有關(guān)學(xué)者的研究重點(diǎn)。相比國外，國內(nèi)的研究主要集中在虛擬水與水資源安全、糧食安全、虛擬水與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)關(guān)系等方面。

虛擬水與農(nóng)業(yè)和工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系成為近年來虛擬水研究的一個重要領(lǐng)域。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自古以來就與水資源有緊密的關(guān)聯(lián)性。國外研究主要從水資源的合理配置、水資源內(nèi)在流動機(jī)制與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系等角度入手。Junna和Ruonala(1991)[8]分析第二產(chǎn)業(yè)高耗水行業(yè)發(fā)展對水資源的消耗與對水環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)要持續(xù)、健康發(fā)展必須進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)間的用水需求，加強(qiáng)水資源集中管理。國內(nèi)學(xué)者在計算區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品、工業(yè)品與服務(wù)的虛擬水含量的基礎(chǔ)上，比較區(qū)域內(nèi)水資源現(xiàn)狀，提出應(yīng)該調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)，使水資源得到有效、合理的使用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的和諧發(fā)展。但國內(nèi)研究多是基于靜態(tài)角度的定性分析。隨著調(diào)結(jié)構(gòu)成為政府的主要經(jīng)濟(jì)目標(biāo)之一，虛擬水與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究再度成為學(xué)術(shù)探討的新方向。張文國等(2003)[9]以北京市官廳水庫為例，對該流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在水資源可持續(xù)利用條件下的調(diào)整進(jìn)行了定性分析。羅貞禮等(2004)[10]應(yīng)用虛擬水理論計算分析郴州市農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量，提出了郴州市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整路徑，以提高產(chǎn)業(yè)的節(jié)水、用水效益。李磊和吳曉華(2008)[11]在計算黑龍江省2003年虛擬水消費(fèi)總量和虛擬水進(jìn)出口貿(mào)易量的基礎(chǔ)上，從虛擬水戰(zhàn)略視角提出黑龍江農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及進(jìn)出口貿(mào)易結(jié)構(gòu)調(diào)整的相關(guān)思路。姜東暉等(2009)[12]結(jié)合山東省實(shí)體水資源狀況，根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品中的虛擬水含量和灌溉定額，將山東省農(nóng)產(chǎn)品劃分為低耗水高效益、低耗水低效益、高耗水高效益、高耗水低效益四個類別，并認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)增長規(guī)模一定的情況下，應(yīng)大力生產(chǎn)低耗水高效益農(nóng)產(chǎn)品、適當(dāng)發(fā)展低耗水低效益農(nóng)產(chǎn)品、謹(jǐn)慎發(fā)展高耗水高效益農(nóng)產(chǎn)品、限制發(fā)展高耗水低效益農(nóng)產(chǎn)品?，F(xiàn)有研究較少量化虛擬水強(qiáng)度與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。研究水資源分布的文獻(xiàn)，大多是建立在南北分區(qū)或東中西部劃分基礎(chǔ)上，沒有很好體現(xiàn)出我國水資源的地理分布特征。而與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相關(guān)的虛擬水研究，對象多為水資源比較優(yōu)勢下的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，很少將工業(yè)和服務(wù)業(yè)包括進(jìn)來，全面分析虛擬水強(qiáng)度如何影響區(qū)域或者國家的整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局。

(二)胡煥庸線與水資源分布

胡煥庸線是劃分我國人口密度的地理對比線，最早由著名人口學(xué)家胡煥庸先生于1935年提出，又稱為“愛輝-騰沖線”、“黑河-騰沖線”。作為我國適宜人類生存地區(qū)的界線，胡煥庸線與中國400毫米等降水量線重合，其兩側(cè)是農(nóng)牧交錯帶和眾多江河的水源地。線東南地區(qū)自古以來就是水資源較為充沛的地區(qū)，線西北地區(qū)則是較為干旱的地區(qū)(本文具體劃分如下：線西北地區(qū)包括內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、青海、寧夏、西藏、陜西，其余省份則屬于線東南地區(qū))，因而，水資源的布局在線東西兩側(cè)存在明顯的失衡。為解決區(qū)域水資源失衡問題，傳統(tǒng)的方法往往是開發(fā)和調(diào)配實(shí)體水資源，如開采地下水和“南水北調(diào)”工程，由水資源富裕地區(qū)向匱乏地區(qū)以開挖河道等方式輸水。這種方式雖然在技術(shù)上可行，但實(shí)施成本高，對生態(tài)環(huán)境影響大，往往造成新的區(qū)域不平衡。虛擬水戰(zhàn)略可以避開實(shí)體水開發(fā)、運(yùn)輸?shù)葐栴}，形成“人口-產(chǎn)品-貿(mào)易”的水資源配置鏈，成為解決我國水資源分布失衡問題的重要途徑。

本文根據(jù)中國水資源的區(qū)域稟賦，以胡煥庸線作為空間分異標(biāo)準(zhǔn)，將中國大陸分為缺水地區(qū)和豐水地區(qū)，進(jìn)而為缺水地區(qū)通過輸入水密集型產(chǎn)品來緩解區(qū)域內(nèi)水赤字危機(jī)提供可行路徑，拓展解決區(qū)域性水資源匱乏問題的思路，并通過比較胡煥庸線兩側(cè)地區(qū)各產(chǎn)業(yè)的虛擬水強(qiáng)度，定量分析產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)錯配程度，為解決水資源區(qū)域分布失衡問題和在水資源約束條件下優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。本文試圖解決的主要問題是：(1)以胡煥庸線作為我國水資源稟賦的地區(qū)分界,計算東西兩大地區(qū)產(chǎn)品和服務(wù)生產(chǎn)過程中的虛擬水使用量(包括剔除中間投入品的虛擬水含量)；(2)在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一個合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整模型,模擬調(diào)整后的虛擬水使用量,以提高水資源的整體利用效率。

三 模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)來源與處理

(一)虛擬水計算模型構(gòu)建

1.直接水耗系數(shù)

計算產(chǎn)品中所含虛擬水的方法目前主要有Zimmer和Renault(2003)[5]的產(chǎn)品分類計算方法、Chapagain et al.(2006)[13]的產(chǎn)品生產(chǎn)樹計算方法、Leontief(1970)[6]的投入產(chǎn)出模型計算方法等。投入產(chǎn)出模型建立在完整的投入產(chǎn)出表基礎(chǔ)之上,計算過程相對簡單,廣泛應(yīng)用于水資源優(yōu)化配置的研究中,本文擬借鑒這一計算方法。為了計算評估各區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理性與區(qū)域間貿(mào)易的虛擬水含量,首先需要計算胡煥庸線東西兩大區(qū)域各產(chǎn)業(yè)部門產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的直接水耗系數(shù)(即各部門生產(chǎn)單位價值產(chǎn)品的直接用水量),用Φi表示該系數(shù):

Φie=Die/Xie,i=1， 2， 3， …，n

(1)

Φiw=Diw/Xiw,i=1， 2， 3， …，n

(2)

式(1)中Die為胡煥庸線東南區(qū)域i部門生產(chǎn)產(chǎn)品的直接耗水量,Xie為胡煥庸線東南區(qū)域i部門的產(chǎn)值。式(2)中Diw為胡煥庸線西北區(qū)域i部門生產(chǎn)產(chǎn)品的直接耗水量,Xiw為胡煥庸線西北區(qū)域i部門的產(chǎn)值。

2.完全水耗系數(shù)

產(chǎn)品生產(chǎn)過程中不僅有直接用水量,還包含中間投入品所消耗的虛擬水(即間接用水量),因此,一個產(chǎn)品完整的用水量是其直接用水量與間接用水量之和。為了計算產(chǎn)品的全部用水量,需要在直接水耗系數(shù)基礎(chǔ)上,利用改進(jìn)的投入產(chǎn)出模型,計算出各部門產(chǎn)品的完全水耗系數(shù)(即各部門生產(chǎn)單位價值產(chǎn)品的全部用水量),用αi表示該系數(shù):

αie=Φie*(I-Aie)-1,i=1, 2, 3, …,n

(3)

αiw=Φiw*(I-Aiw)-1,i=1, 2, 3, …,n

(4)

式(3)、式(4)中,Φie、Φiw的含義等同式(1)、式(2),(I-A)-1是里昂惕夫逆矩陣,Aie、Aiw分別為胡煥庸線東南地區(qū)和西北地區(qū)投入產(chǎn)出表的直接投入系數(shù)。

需要指出的是,從式(3)、式(4)計算出來的完全水耗系數(shù),是假定所有的中間投入品都來源于本區(qū)域內(nèi)(即在本區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)),不從其他地區(qū)進(jìn)口和消費(fèi)中間品,這在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的。如果直接用式(3)、式(4)計算兩個區(qū)域內(nèi)各部門的虛擬水量,可能高估虛擬水量。因此,本文需要在計算部門虛擬水量時減去從其他地區(qū)購買和消費(fèi)的中間投入品的虛擬水量,即考慮進(jìn)口品對虛擬水含量的影響。為此,本文借鑒中國投入產(chǎn)出學(xué)會課題組(2007)[14]的處理方法,修正式(3)、式(4),得到消除從其他區(qū)域或國家購買中間品影響后的各部門完全虛擬水耗系數(shù)的計算式如下：

βie=Φie*(I-γieAie)-1,i=1, 2, 3, …，n

(5)

βiw=Φiw*(I-γiwAiw)-1,i=1, 2, 3, …，n

(6)

γie=1-Imie/(Imie+Xie),i=1, 2, 3, …,n

(7)

γiw=1-Imiw/(Imiw+Xiw),i=1, 2, 3, …,n

(8)

式(5)和式(6)中的Φ、I、A含義同式(3)和式(4),γie、γiw同式(7)和式(8)。式(7)中γie是胡煥庸線東南區(qū)域各種產(chǎn)品的區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)比重組成的對角矩陣,其中Imie代表區(qū)域內(nèi)各部門國內(nèi)進(jìn)口貿(mào)易額,Xie代表區(qū)域內(nèi)各部門生產(chǎn)總值即GDP。式(8)中γiw是胡煥庸線西北區(qū)域各種產(chǎn)品的區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)比重組成的對角矩陣,其中Imiw代表區(qū)域內(nèi)各部門國內(nèi)進(jìn)口貿(mào)易額,Xiw代表區(qū)域內(nèi)各部門生產(chǎn)總值即GDP。

3.區(qū)域內(nèi)和貿(mào)易中各產(chǎn)業(yè)部門虛擬水量計算方法

式(9)中Wie代表胡煥庸線東南區(qū)域各產(chǎn)業(yè)部門的最終虛擬水含量；式(10)中Wiw代表胡煥庸線西北區(qū)域各產(chǎn)業(yè)部門的最終虛擬水含量；式(11)中Wime代表胡煥庸線東南區(qū)域各產(chǎn)業(yè)部門進(jìn)口虛擬水量；式(12)中Wexe代表胡煥庸線東南區(qū)域各產(chǎn)業(yè)部門出口虛擬水量,Exie代表東南區(qū)域內(nèi)各部門國內(nèi)出口貿(mào)易額；式(13)中Wimw代表代表胡煥庸線西北區(qū)域各產(chǎn)業(yè)部門進(jìn)口虛擬水量；式(14)中Wexw代表胡煥庸線西北區(qū)域各產(chǎn)業(yè)部門出口虛擬水量,Exiw代表西北區(qū)域內(nèi)各部門國內(nèi)出口貿(mào)易額。

Wie=Φie(I-γieA)-1*Xie,i=1, 2, 3, …，n

(9)

Wiw=Φiw(I-γiwA)-1*Xiw,i=1, 2, 3, …，n

(10)

Wime=Φie(I-γieA)-1*Imie,i=1, 2, 3, …，n

(11)

Wexe=Φie(I-γieA)-1*Exie,i=1, 2, 3, …，n

(12)

Wimw=Φiw(I-γiwA)-1*Imiw,i=1, 2, 3, …，n

(13)

Wexw=Φiw(I-γiwA)-1*Exiw,i=1, 2, 3, …，n

(14)

4.用水效率評價指標(biāo)

崔海燕(2008)[15]、吳爭程(2006)[16]在衡量國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)各產(chǎn)業(yè)用水效率時,采用了相對用水結(jié)構(gòu)系數(shù)指標(biāo),直觀地辨別出各部門耗水情況,本文借鑒這一算法來識別區(qū)域內(nèi)各產(chǎn)業(yè)部門的耗水程度。相對用水結(jié)構(gòu)系數(shù)反映某行業(yè)用水量占經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)總用水量的比例與國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)平均水平的對比情況。相對用水結(jié)構(gòu)系數(shù)RS的計算公式為:

(15)

(16)

(17)

相對用水結(jié)構(gòu)系數(shù)大于或等于 1,表明該行業(yè)生產(chǎn)單位產(chǎn)品用水水平大于或等于整個經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)平均水平,相對用水結(jié)構(gòu)系數(shù)小于1,表明該行業(yè)用水量小于經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)平均水平。因此可以將相對用水結(jié)構(gòu)小于1的行業(yè)判定為低用水行業(yè),反之則為高用水行業(yè)。

(二)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整節(jié)水效應(yīng)模型

在區(qū)域經(jīng)濟(jì)規(guī)模既定的前提下,水資源匱乏地區(qū)通過最大化低耗水部門的用水量與最小化高耗水部門的用水量,可以使稀缺水資源得到有效配置,降低整個區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)活動的用水量。由此本文借鑒朱啟榮(2014)[17]構(gòu)建的外貿(mào)結(jié)構(gòu)調(diào)整節(jié)水效應(yīng)模型來構(gòu)建產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的用水優(yōu)化配置模型:

(18)

式(18)中MinWh代表高耗水部門的虛擬水量最小值,MaxWl代表低耗水部門的虛擬水量最大值,Xh與Xl分別為考察年份各區(qū)域高耗水部門與低耗水部門的總產(chǎn)值,δih和δil分別表示高耗水部門產(chǎn)值和低耗水部門產(chǎn)值在區(qū)域總產(chǎn)值中所占的比重,λih與λil分別表示高耗水部門和低耗水部門需要調(diào)整產(chǎn)值的幅度,βih與βil分別表示高耗水部門與低耗水部門的完全水耗系數(shù),ε為各部門能夠調(diào)整產(chǎn)值的最大幅度。

(三)數(shù)據(jù)來源與處理

本文采用的數(shù)據(jù)來源于2012年更新的2010年中國各省市投入產(chǎn)出表。為了使數(shù)據(jù)同步,其他指標(biāo)也采用2010年的數(shù)據(jù)。其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)值與用水量取自于《中國統(tǒng)計年鑒》，工業(yè)細(xì)分行業(yè)用水量以及服務(wù)業(yè)細(xì)分行業(yè)用水量均來自于第二次經(jīng)濟(jì)普查數(shù)據(jù)(2010),工業(yè)細(xì)分行業(yè)的產(chǎn)值和服務(wù)業(yè)細(xì)分行業(yè)的產(chǎn)值來自于2012年中國各省市的投入產(chǎn)出表(2010)。該投入產(chǎn)出表有42部門與65部門兩種形式,本文采取2012年中國各省市投入產(chǎn)出表的分類方式,具體做法是:將第一產(chǎn)業(yè)中的農(nóng)、林、牧、副、漁5個涉農(nóng)行業(yè)合并為1個農(nóng)業(yè)部門,將第二產(chǎn)業(yè)的43個行業(yè)合并為27個工業(yè)部門,將第三產(chǎn)業(yè)的21個行業(yè)合并為14個服務(wù)業(yè)部門,共計42個部門。

四 實(shí)證分析

(一)各區(qū)域進(jìn)口中間投入品用于區(qū)域內(nèi)消費(fèi)和生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)消費(fèi)品的比重

利用式(7)與式(8)計算得到2010年各區(qū)域從區(qū)域外進(jìn)口中間投入品用于區(qū)域內(nèi)消費(fèi)和生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)消費(fèi)品的比重(見表1)。表1顯示,胡煥庸線東南區(qū)域與西北區(qū)域各部門產(chǎn)品的生產(chǎn)都不同程度地使用了區(qū)域外進(jìn)口的中間投入品,其中,東南區(qū)域煤炭采選產(chǎn)品、石油和天然氣開采產(chǎn)品、金屬礦采選產(chǎn)品、造紙印刷和文教體育用品、石油、煉焦產(chǎn)品和核燃料加工品、金屬冶煉和壓延加工品、通用設(shè)備、其他制造產(chǎn)品、廢品廢料、金屬制品、機(jī)械和設(shè)備修理服務(wù)、水的生產(chǎn)和供應(yīng)、建筑等13個行業(yè)的區(qū)域外進(jìn)口中間投入品使用率較低,均在80%以下(即區(qū)域內(nèi)中間投入品的使用率占20%以上),而西北地區(qū)除煤炭采選產(chǎn)品、石油和天然氣開采產(chǎn)品、金屬礦采選產(chǎn)品、食品和煙草、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)、交通運(yùn)輸、倉儲和郵政、住宿和餐飲、信息傳輸、軟件和信息技術(shù)服務(wù)、金融、公共管理、社會保障和社會組織等12個行業(yè)的區(qū)域外進(jìn)口中間投入品使用率較高以外(均在80%以上,即區(qū)域內(nèi)中間投入品的使用率低于20%),其余各行業(yè)區(qū)域外流入的中間投入品使用率較低,均在80%以下。

表1 2010年胡煥庸線兩側(cè)各部門中間投入品及進(jìn)口產(chǎn)品用于區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)和消費(fèi)的比重 單位： %

(二)胡煥庸線兩側(cè)各行業(yè)虛擬水強(qiáng)度、虛擬水量分析

1.胡煥庸線兩側(cè)區(qū)域各部門的虛擬水強(qiáng)度。利用式(l )、式(5)與式(6)計算得到2010年胡煥庸線東南和西北兩區(qū)域42個部門的虛擬水強(qiáng)度(見表2)。表2顯示,就兩側(cè)同一部門而言,除石油和天然氣開采產(chǎn)品、金屬制品、電氣機(jī)械和器材、儀器儀表、燃?xì)馍a(chǎn)和供應(yīng)、建筑、教育7個部門虛擬水強(qiáng)度的差別較小外,其余35個部門虛擬水強(qiáng)度均存在著明顯的差異,而且東南區(qū)域各部門的虛擬水強(qiáng)度普遍大于西北區(qū)域的虛擬水強(qiáng)度。這說明,在測算國內(nèi)虛擬水流量時,不同稟賦區(qū)域的虛擬水強(qiáng)度存在較大差異,選取相同的水耗系數(shù)會產(chǎn)生較大誤差。

表2 2010年胡煥庸線東南和西北兩區(qū)域各部門的完全虛擬水強(qiáng)度 單位:噸/萬元

就不同部門而言,區(qū)域間的虛擬水強(qiáng)度差異也較大。胡煥庸線東南區(qū)域虛擬水強(qiáng)度排名前十位的行業(yè)依次是農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、食品和煙草、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)、紡織品、住宿和餐飲、木材加工品和家具、金屬制品、機(jī)械和設(shè)備修理服務(wù)、水的生產(chǎn)和供應(yīng)、水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理,這些部門的虛擬水強(qiáng)度均超過65噸/萬元,屬于水資源密集型行業(yè)；西北區(qū)域虛擬水強(qiáng)度排名前十位的行業(yè)依次是農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、木材加工品和家具、食品和煙草、紡織品、金屬制品、機(jī)械和設(shè)備修理服務(wù)、住宿和餐飲、紡織服裝鞋帽皮革羽絨及其制品、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)、水的生產(chǎn)和供應(yīng)、化學(xué)產(chǎn)品等,這些部門的虛擬水強(qiáng)度均超過75噸/萬元,屬于水資源密集型行業(yè)。東南區(qū)域虛擬水強(qiáng)度排名前十名與西北區(qū)域排名前十名的行業(yè)幾乎一致,但虛擬水強(qiáng)度卻有較大差別,西北區(qū)域明顯大于東南區(qū)域,這表示同樣生產(chǎn)1萬元的產(chǎn)值,西北區(qū)域的高耗水產(chǎn)業(yè)比東南區(qū)域的高耗水產(chǎn)業(yè)耗水量更多。對于貧水的西北地區(qū)而言,這種產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不利于節(jié)約該區(qū)域十分短缺的水資源,從可持續(xù)利用水資源的目標(biāo)出發(fā)，需要調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

2.胡煥庸線兩側(cè)區(qū)域各行業(yè)的虛擬水量。利用式(9)、式(10)計算得到2010年胡煥庸線東南和西北兩區(qū)域各行業(yè)消耗的虛擬水量(見表3)。表3顯示,2010年胡煥庸線兩側(cè)區(qū)域各行業(yè)消耗的虛擬水量差異較大,東南地區(qū)約為8394億噸，西北地區(qū)為1731.85億噸，這主要是由于兩區(qū)域產(chǎn)值差異較大,進(jìn)一步說明需要分區(qū)域考察中國每年消耗的虛擬水量,以避免在區(qū)域間造成較大誤差。

表3 2010年胡煥庸線東南和西北兩區(qū)域各部門所消耗的虛擬水量 單位:億噸

(三)用水效率評價

利用式(15)、式(16)計算得到2010年胡煥庸線東南和西北兩區(qū)域各部門的相對用水結(jié)構(gòu)系數(shù),以此來辨別行業(yè)的用水效率高低。根據(jù)用水效率計算結(jié)果，可以將胡煥庸線兩區(qū)域國民經(jīng)濟(jì)部門按行業(yè)用水特性分類為高耗水行業(yè)和低耗水行業(yè)。胡煥庸線東南區(qū)域的高耗水行業(yè)有:農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、食品和煙草、紡織品、化學(xué)產(chǎn)品、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)、建筑、住宿和餐飲；其余則均為低耗水行業(yè)。胡煥庸線西北區(qū)域的高耗水行業(yè)有:農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、食品和煙草、化學(xué)產(chǎn)品、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)、住宿和餐飲；其余均為低耗水行業(yè)。

從計算結(jié)果可知,無論是胡煥庸線東南地區(qū)還是胡煥庸線西北地區(qū),高耗水部門數(shù)量都較少,但高耗水部門所消耗的虛擬水量遠(yuǎn)高于低耗水部門,高耗水部門產(chǎn)值占區(qū)域總產(chǎn)值的比重卻遠(yuǎn)低于低耗水部門占區(qū)域總產(chǎn)值的比重,高投入與低產(chǎn)出不對等，嚴(yán)重影響了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的節(jié)水效率,因此從節(jié)約水資源的角度,需要調(diào)整各區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。另外,兩個區(qū)域中高耗水部門和低耗水部門所消耗的虛擬水量有較大差距,表明應(yīng)該考慮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的區(qū)域異質(zhì)性,切實(shí)、合理地制定貧水地區(qū)與豐水地區(qū)的產(chǎn)業(yè)政策。

(四)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的依據(jù)

1.為實(shí)現(xiàn)水資源有效利用和生態(tài)保護(hù)的目的,國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(國發(fā)〔2012〕)》,明確提出水資源開發(fā)利用的“三條紅線”。為了實(shí)現(xiàn)“三條紅線”的目標(biāo),國務(wù)院還明確規(guī)定各省、自治區(qū)、直轄市2020年和2030年的用水總量控制紅線。本文分別加總胡煥庸線東南和西北兩大區(qū)域的用水總量,以2010年各行業(yè)實(shí)體水用水量占全社會用水量的比重測算出2020年最嚴(yán)格水資源管理紅線下各行業(yè)的用水量,再綜合利用2010年各行業(yè)虛擬水量等數(shù)據(jù)推算出2020年用水總量控制紅線下各行業(yè)的虛擬水量(表4)。

表4 2020年胡煥庸線東南和西北兩區(qū)域虛擬水用水總量的簡單估算

估算結(jié)果顯示，按照2010年各行業(yè)用水結(jié)構(gòu),胡煥庸線東南區(qū)域2010年各行業(yè)的虛擬水總量相比國務(wù)院規(guī)定2020年用水總量控制目標(biāo)所允許的虛擬水總量,僅剩下1496.01億噸余量,按照GDP每年6.5%的增長速度,胡煥庸線東南區(qū)域如果不通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)節(jié)水力度,2020年必將突破用水總量紅線；而胡煥庸線西北地區(qū)2020年用水總量控制目標(biāo)所允許的虛擬水總量,如果按照2010年的GDP增速進(jìn)行測算,2010年即已經(jīng)突破2020年總量控制紅線706.47億噸。所以,若要嚴(yán)守最嚴(yán)格水資源管理制度的用水總量控制紅線,無論是胡煥庸線西北地區(qū)還是東南地區(qū)都需要優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

2.前文提到,無論是胡煥庸線東南地區(qū)還是胡煥庸線西北地區(qū),高耗水部門數(shù)量均較少,但高耗水部門所消耗的虛擬水量遠(yuǎn)高于低耗水部門,高耗水部門的產(chǎn)值占區(qū)域總產(chǎn)值的比重卻遠(yuǎn)低于低耗水部門占區(qū)域總產(chǎn)值的比重,這種狀況大大削弱了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的節(jié)水效應(yīng),因此從提高用水效率的角度,也需要調(diào)整各區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

(五)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的節(jié)水效應(yīng)分析

為使整個區(qū)域虛擬水使用量最小,需要在地區(qū)生產(chǎn)總值增長目標(biāo)不變的情況下,最小化高耗水部門的虛擬水使用量與最大化低耗水部門的虛擬水使用量。需要指出的是,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整力度應(yīng)適宜,太小則難以充分挖掘節(jié)水潛力，過大則影響區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、就業(yè)、民生與經(jīng)濟(jì)安全。本文將各部門產(chǎn)值比重的最大調(diào)整幅度設(shè)定為±15%。以此為約束條件,模擬分析產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的節(jié)水效應(yīng)。

將各種基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與參數(shù)代入式(18)求解得到:在地區(qū)生產(chǎn)總值保持不變的情況下,與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整前相比,模擬調(diào)整后胡煥庸線東南區(qū)域的虛擬水使用量減少了945.24億噸,而胡煥庸線西北區(qū)域的虛擬水使用量減少了229.17億噸(見表5),兩者合計共節(jié)約水資源1174.34億噸,這相當(dāng)于湖南省2010年的全省水資源總量?？梢?調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的節(jié)水效益十分巨大。

表5 2010年胡煥庸線東南和西北兩區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的節(jié)水效應(yīng) 單位:億噸

表5顯示,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致兩大區(qū)域42個部門的虛擬水使用量發(fā)生了變化。其中,胡煥庸線東南區(qū)域有19個部門的虛擬水使用量增加,共增加152.64億噸；有23個部門的虛擬水使用量出現(xiàn)了不同程度的下降,共減少1097.88億噸,其中，農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、食品和煙草、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)、化學(xué)產(chǎn)品、紡織品等水資源密集型行業(yè)的虛擬水使用量減少較多,交通運(yùn)輸設(shè)備、電氣機(jī)械和器材、通信設(shè)備、計算機(jī)和其他電子設(shè)備等行業(yè)的虛擬水使用量增加較多。

同時,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致胡煥庸線西北區(qū)域42個部門虛擬水使用量發(fā)生變化。20個部門的虛擬水使用量增加,共增加13.82億噸；22個部門的虛擬水使用量減少,共減少242.99億噸,其中,農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、食品和煙草等水資源密集型行業(yè)的虛擬水使用量減少較多,煤炭采選產(chǎn)品、石油和天然氣開采產(chǎn)品、石油、煉焦產(chǎn)品和核燃料加工品等行業(yè)的虛擬水使用量增加較多,這符合胡煥庸線西北區(qū)域的比較優(yōu)勢。

表6 2010年胡煥庸線兩側(cè)區(qū)域各部門產(chǎn)值比重調(diào)整幅度 單位： %

對式(18)進(jìn)行求解還可得到，為實(shí)現(xiàn)最嚴(yán)格水資源管理的節(jié)水目標(biāo),胡煥庸線兩側(cè)區(qū)域各行業(yè)產(chǎn)值比重需要作出調(diào)整的幅度(見表6)。表6顯示,在胡煥庸線東南區(qū)域,為實(shí)現(xiàn)高耗水部門虛擬水使用量最小化和低耗水部門虛擬水使用量最大化,產(chǎn)值比重需要提高的部門有18個,其中,批發(fā)和零售、金融、通用設(shè)備、交通運(yùn)輸設(shè)備、電氣機(jī)械和器材、通信設(shè)備、計算機(jī)和其他電子設(shè)備等部門的產(chǎn)值比重需要提高的幅度較大；有24個部門的產(chǎn)值比重需要降低,其中,農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)、食品和煙草、紡織品、紡織服裝鞋帽皮革羽絨及其制品、化學(xué)產(chǎn)品、金屬冶煉和壓延加工品等部門的產(chǎn)值比重需下調(diào)的幅度較大。

在胡煥庸線西北區(qū)域,要實(shí)現(xiàn)高耗水部門虛擬水使用量最小化和低耗水部門虛擬水使用量最大化,有19個部門的產(chǎn)值比重需要提高,有23個部門的產(chǎn)值比重需要下降,其中,煤炭采選產(chǎn)品、石油和天然氣開采產(chǎn)品、批發(fā)和零售、交通運(yùn)輸、倉儲和郵政、石油、煉焦產(chǎn)品和核燃料加工品、金融等部門的產(chǎn)值比重需要提高的幅度較大,而農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、食品和煙草、化學(xué)產(chǎn)品、住宿和餐飲、金屬冶煉和壓延加工品等部門的產(chǎn)值比重下調(diào)的幅度較大。

五 研究結(jié)論與有待改進(jìn)之處

(一)研究結(jié)論

在不影響經(jīng)濟(jì)增長的情況下,減少中國水資源消耗的一個有效途徑是優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),充分挖掘產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的節(jié)水潛力。本文研究表明,根據(jù)水資源稟賦分區(qū)域調(diào)整中國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),可以在不減少GDP規(guī)模的情況下,產(chǎn)生巨大的節(jié)水效益,形成兼顧經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長和節(jié)約水資源的綠色發(fā)展模式。

2010年,胡煥庸線兩側(cè)區(qū)域各部門的虛擬水強(qiáng)度差異較大,其中,胡煥庸線東南區(qū)域內(nèi)農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、食品和煙草、紡織品、化學(xué)產(chǎn)品、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)、建筑、住宿和餐飲7個部門屬于高耗水行業(yè)；其余35個部門均屬于低耗水行業(yè)。胡煥庸線西北區(qū)域,高耗水行業(yè)有農(nóng)林牧副漁產(chǎn)品和服務(wù)、食品和煙草、化學(xué)產(chǎn)品、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)、住宿和餐飲；其余均為低耗水行業(yè)。無論胡煥庸線東南區(qū)域還是西北區(qū)域,高耗水部門數(shù)量都較少,但高耗水部門所消耗的虛擬水量遠(yuǎn)高于低耗水部門,高耗水部門的產(chǎn)值占區(qū)域內(nèi)總產(chǎn)值的比重卻遠(yuǎn)低于低耗水部門占區(qū)域內(nèi)總產(chǎn)值的比重,這大大削弱了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的節(jié)水效應(yīng),因此從提高水資源利用效率的角度,需要調(diào)整各區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。另外,兩個區(qū)域中高耗水部門和低耗水部門所消耗的虛擬水量有較大差距,因此，應(yīng)因地制宜地調(diào)整兩個區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),切實(shí)、合理地制定貧水地區(qū)與豐水地區(qū)的產(chǎn)業(yè)政策。

(二)政策建議

1.通過有針對性地調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來節(jié)約水資源。嚴(yán)格執(zhí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的地區(qū)用水總量紅線,通過水資源管理來倒逼產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級。在確保經(jīng)濟(jì)安全的前提下,適度降低農(nóng)產(chǎn)品、食品與飲料、紡織品、木材及家具等水資源密集型產(chǎn)業(yè)的比重,同時,提高通信設(shè)備、計算機(jī)、電子設(shè)備儀器與儀表、辦公用設(shè)備、交通運(yùn)輸設(shè)備以及金融、信息、計算機(jī)服務(wù)和軟件等低耗水行業(yè)的產(chǎn)值比重,減少產(chǎn)業(yè)活動的用水量,緩解中國水資源短缺矛盾。

2.采用差別性稅收政策影響不同區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在貧水地區(qū),通過對高耗水產(chǎn)品征收資源稅來減少其生產(chǎn),同時鼓勵增加低耗水產(chǎn)品的生產(chǎn),減少產(chǎn)業(yè)活動的水資源消耗,增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)節(jié)水能力。

3.積極宣傳虛擬水概念,提高個人與企業(yè)的節(jié)水意識。在綠色發(fā)展理念的指導(dǎo)下,使個人和企業(yè)對產(chǎn)品與服務(wù)生產(chǎn)所消耗的水資源數(shù)量有所認(rèn)識,減少奢侈消費(fèi)、鋪張浪費(fèi)等不良行為,形成理性消費(fèi)、勤儉節(jié)約的良好社會風(fēng)氣,為建設(shè)美麗中國做貢獻(xiàn)。

(三)有待改進(jìn)之處

本文的研究存在以下需要改進(jìn)之處:(1)由于《中國投入產(chǎn)出表》的非連續(xù)性,本文只使用了2010年的數(shù)據(jù)來分析區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的節(jié)水效應(yīng),數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步更新。(2)本文對各部門產(chǎn)值比重最大調(diào)整幅度的設(shè)定是為了方便計算和分析。在實(shí)際經(jīng)濟(jì)活動中,如果考慮各行業(yè)的虛擬水使用強(qiáng)度差異和產(chǎn)能利用情況,調(diào)整幅度可能有所不同,可以做進(jìn)一步的細(xì)化研究。(3)囿于數(shù)據(jù)的可獲得性,本文沒有考慮國內(nèi)貿(mào)易和國際貿(mào)易的節(jié)水效應(yīng)差異。如果考慮貿(mào)易的作用,胡煥庸線西北區(qū)域可以在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整時更大幅度地降低高耗水部門(如農(nóng)業(yè))的比重,其不足部分從東南區(qū)域和國外輸入。在保證經(jīng)濟(jì)安全的前提下,東南區(qū)域也可以減少部分高耗水農(nóng)產(chǎn)品和工業(yè)品的生產(chǎn),改為從國外進(jìn)口。兩大區(qū)域都可以利用國際貿(mào)易改變目前虛擬水凈出口的局面。