基于虛擬水貿易戰略的缺水地區用水結構優化研究

田貴良,顧 巍,謝文軒

(1.河海大學商學院,江蘇 南京 210098; 2.水利部小浪底水利樞紐建設管理局,河南 鄭州 450000)

水資源是人類生存和繁衍的重要條件之一,是各個國家和經濟體的戰略性資源。我國是一個缺水嚴重的國家,隨著我國經濟的迅猛發展和人口的急速增長,水資源短缺問題已經成為21世紀亟待解決的問題之一。據水利部統計,全國669個城市中有400個供水不足,110座嚴重缺水;在32個百萬人口以上的特大城市中,長期受缺水困擾的有30個;45.6%的重點城市水質較差;在14個沿海開放城市中,有9個缺水嚴重;北京、大連、天津、青島等城市缺水最為嚴重[1]。眾所周知,水資源時空分布不均勻,我國南方水資源豐富,北方水資源匱乏,嚴重缺水地區主要集中在西北五省區(新疆維吾爾自治區、甘肅省、山西省、陜西省、寧夏回族自治區)和華北地區(河北省、北京市、天津市),由此引起的上述地區水危機已經成為制約我國社會經濟可持續發展的瓶頸,也是生態環境問題中的重要因素之一。由于缺水地區水資源問題的嚴重性,目前水資源問題成為最受關注的資源配置問題和環境問題之一。

隨著“虛擬水貿易”的提出,傳統的習慣于依靠工程措施和技術措施解決水資源短缺問題的思維得到轉變。虛擬水戰略從系統的角度出發,運用系統思考的方法尋找與問題相關的各種各樣的影響因素,從問題發生的范圍之外尋找解決問題的應對策略[2]。根據這一思路,我國政府和學者越來越多地關注虛擬水貿易在我國水資源問題中的應用,通過區域虛擬水貿易戰略解決缺水地區的水資源短缺問題,為我國缺水地區區域水資源分配等水問題提供了新的解決途徑。筆者主要研究如何將虛擬水貿易戰略應用到我國缺水地區的水資源分配中,從而優化用水結構以提高我國缺水地區的水資源的利用率。

1 虛擬水與虛擬水貿易

虛擬水(Virtual Water,VW)的概念來源于農業生產中“嵌入水”(Embedded Water),但當時并沒有引起水資源管理部門和學術界的充分重視。1993年英國倫敦大學的Allan教授首次將這一思想概念化,并冠以形象的比喻式提法“虛擬水”[3]。起初虛擬水專指國際貿易市場上糧食產品在生產過程中所需要的水資源量[4-5],因而常與糧食安全問題聯系起來,水資源短缺的國家可在國際市場上購買一部分糧食產品替代本國生產,以節約本國有限的水資源[6]。尤其當國際市場上糧價低于水資源缺乏國家的糧食生產成本時,這一戰略則更顯現其價值所在。以中東地區為例,國際市場上多年持續的糧食低價刺激中東國家進口虛擬水從而緩解了國內嚴峻的水資源短缺局面。

隨著虛擬水內涵的深化,虛擬水泛指生產所有商品和服務所需要的水資源數量,商品和服務的國際(區際)貿易帶動了虛擬水的國際(區際)流動,此即為虛擬水貿易(Virtual Water Trade,VWT)[7]。水資源短缺國家如何在國際經濟合作中通過虛擬水貿易的方式減輕本國水資源壓力是目前的一個熱點問題,而虛擬水貿易正是解決這類水資源短缺問題的一種經濟上無形、政治上無聲的戰略措施。

虛擬水與虛擬水貿易理論是比較優勢理論與資源替代理論在水資源利用方面的應用與體現。從比較優勢理論角度來看,一個國家應該出口自己具有相對或比較優勢的產品而進口處于比較劣勢地位的產品。水資源是一種重要的戰略資源,當水資源用于一種生產活動時,需考慮其用于生態、工業、服務業等其他用途時的機會成本。通過國際貿易,虛擬水從水資源量具有比較優勢的國家流向水資源相對缺乏的國家[8]。從資源替代理論角度來看,“資源替代”意味著在生產規模擴大中,外部的資源替代自身資源，較高層次的資源取代著較低層次資源所起的作用,水作為一種資源同樣具有可替代性,一方面,缺水地區可以通過跨地區調水,用其他地區的水資源來替代本地區的水資源;另一方面,缺水地區可以通過虛擬水貿易直接獲得需要用水資源進行生產的產品,從而替代參與生產的那部分水資源[9]。水資源因其不易轉移性和難于存貯性通常被認為具有較低的區域間替代性,虛擬水與虛擬水貿易研究提供了水資源遷移、儲存和利用的新手段,增強了水資源的流動性,為區域間的水資源替代提供了前提條件,事實上,這種替代已不再是資源本身的替代,而是資源功能的替代。

2 區域虛擬水貿易形勢的評價指標研究

虛擬水的量化成為當前虛擬水研究的熱點和難點,因為評價一種產品的虛擬水含量需要考慮生產過程中的諸多因素,如產品的生產地點和時間、衡量的尺度(流域尺度或農田尺度)、生產方法和用水效率、中間產品用水量的計算方法等。因農業產品的虛擬水含量豐富,這里僅討論糧食產品虛擬水含量的計算方法,建立區域虛擬水平衡模型并且建立評價區域水資源情況的幾個指標。

2.1 糧食產品的特定需水量

農作物產品消耗水資源的多少主要取決于農作物的類型、生長區域的自然地理條件和灌溉方式等,因此農產品虛擬水計算是特定區域特定時間的一種粗略估算。其計算公式為

(1)

式中:SWD[n,c]為n區域c種糧食生產所需的特定水資源,m3/t;CWR[n,c]為n區域c種糧食單位面積需水量,m3/hm2;CY[n,c]為n區域c種糧食單位面積產量,t/hm2。

2.2 虛擬水貿易量計算與區域虛擬水平衡

由某種地區的某種糧食單位產量所需水資源和該糧食來自另一地區的年進口量可以得到該地區伴隨這種糧食的貿易引發的虛擬水貿易量。該地區每種糧食的貿易引發的虛擬水貿易量的總和即為該地區本年度進口的虛擬水總量。具體計算過程和公式如下:

VWT[ne,ni,c,t]=CT[ne,ni,c,t]SWD[ne,c]

(2)

式中：VWT[ne,ni,c,t]為第t年伴隨糧食c的貿易而引發的從出口區域ne流向進口區域ni的虛擬水貿易總量;CT[ne,ni,c,t]為第t年出口區域ne向進口區域ni出口糧食c總量。

區域ni進口的虛擬水總量為

(3)

區域ne出口的虛擬水總量為

(4)

一個區域虛擬水凈進口等于虛擬水進口總量減去虛擬水出口總量。因此,第t年區域x的虛擬水平衡公式為

NVWI[x,t]=GVWI[x,t]-GVWE[x,t]

(5)

2.3 區域水資源短缺、水資源依存度和水資源自給度計算

上述的虛擬水凈進口額等是衡量某地區虛擬水需求的總量指標,由于不同地區之間僅用總量指標說服性較弱,以下建立幾個比率指標。

2.3.1 區域水資源短缺度(%)

區域水資源短缺度定義為用水總量與可用水資源量比率,計算公式為

(6)

式中:WU為區域一年用水總量,m3/a;WA為國家一年可用水資源總量,m3/a。

2.3.2 區域虛擬水進口依存度和水資源自給度

反映一個區域依靠外區域水資源(通過進口虛擬水的方式)程度大小。用虛擬水凈進口量與這個區域占用的水資源總量的比值WD表示:

(7)

由式(7)可以看出,WD介于0～100%之間,WD為零時表明該區域虛擬水進口總量與虛擬水出口總量持平,或者表明該區域為虛擬水凈出口區域。

相應的,水資源自給度定義WSS如下:

(8)

國家虛擬水進口依存度與水資源自給度的關系如下:

WSS=100-WD

(9)

根據上述步驟可以判斷某地區是否為虛擬水凈進口地區,如果是虛擬水凈進口地區,則該地區對虛擬水的進口依賴程度如何;如果不是,則該地區的水資源自給度如何[10]。

3 虛擬水貿易戰略在區域用水結構調整中的應用

3.1 虛擬水貿易戰略應用于區域用水結構調整的可行性

虛擬水概念自提出以來,已經在一些水資源短缺的國家和地區,如中東、北非和北美等,得到了一定的實際運用,這些國家和地區對糧食進口的補貼政策,實際上是補償本地區水資源的不足。在中東和北非的幾個國家,多年以來一直在貫徹執行虛擬水戰略,因為他們沒有足夠的水資源生產更多的食品以滿足不斷增長的食品需求。1997年中東和北非地區(占世界人口的5%)進口的糧食占世界糧食進口的25%以上[8],從20世紀末到21世紀以來糧食進口一直是這些地區糧食供應的重要的部分。中東國家每年通過貿易進口的虛擬水量已經相當于尼羅河每年流入埃及的水量(或中東地區所有可用淡水水量的25%)。

同樣地,站在區域的角度,產品在區域間進行貿易流通時,蘊涵在產品中的大量的虛擬水在區域之間進行重新分配。人們已經意識到了這一點,把虛擬水貿易放在了戰略高度進行研究,并主要圍繞人口—糧食—貿易展開。糧食作為當今世界上數量最大的商品,攜帶有大量的虛擬水。所以虛擬水戰略成為解決區域水資源短缺的一種新的工具,為區域水資源管理提供了新的思路。傳統上,人們對水和糧食安全都習慣于在問題發生的區域范圍內尋求解決問題的方案,虛擬水戰略則從系統的角度出發,運用系統思考的方法找尋與問題相關的各種的影響因素,從問題發生的范圍之外找尋解決區域內部問題的應對策略,提倡出口高效益、低耗水產品,通過虛擬水貿易的形式來最終解決水資源短缺和糧食安全問題。

我國水資源分布不均,決定了水資源短缺具有區域性特點。通過虛擬水貿易戰略,可以使水資源在我國不同區域間得到重新分配,各區域根據自身水資源稟賦情況制定合理的產業政策,調整區域進出口結構,從而間接影響區域用水結構,使區域水資源應用于效益更高的產業部門,降低經濟發展對水資源的需求壓力,實現我國區域經濟增長方式的轉變。

3.2 虛擬水貿易戰略應用于區域用水結構調整的具體措施

通過產業關聯度的研究,農業不僅為工業和服務業提供了大量的原材料和半成品,同時,農業還是工業產品銷售的巨大市場,因此農業對區域經濟發展具有一定的推動作用和拉動作用[11]。但農業又是區域水資源的利用大戶,占據了區域水資源消耗的大部分,且農業的水資源利用效益較低,對于水資源較為缺乏的地區,可以通過虛擬水貿易戰略對區域農業生產規模、農業進出口結構、農業產品結構進行重新審視。

3.2.1 分析區域水資源短缺度

根據世界糧農組織(FAO)的標準,如果一個國家每年人均水資源總量低于1 000 m3,那么,這個國家就被認為是缺水國家。通過區域統計年鑒、水資源公報等資料查找該區域最近幾年用水總量與可用水資源量,利用公式(6)計算區域水資源短缺度,當連續幾年區域水資源短缺度均高于某一標準比值時,說明該區域水資源形勢較為緊迫,存在實施虛擬水貿易戰略的必要性。

3.2.2分析農業種植結構,計算各農業產品虛擬水含量

調查該區域農業種植結構比例,根據不同農業產品,按照公式(1)計算各農業產品的特定需水量,即為該區域該農業產品的虛擬水含量。

3.2.3計算區域虛擬水貿易量,分析區域虛擬水貿易平衡

區域經濟是整個國家國民經濟的有機組成部分,任一區域經濟政策特別是產業政策的調整都將可能影響國民經濟的全局,因此實施起來協調難度較大,同時,考慮到我國省際的農產品貿易資料統計不全,對區域虛擬水貿易量的計算只考慮該區域的國際貿易量。資料來源為本區域統計年鑒。分別利用公式(3)和公式(4)計算該區域進、出口的虛擬水總量,從而代入公式(5)計算該區域虛擬水貿易平衡情況,判斷該區域為虛擬水貿易順差或是逆差。

3.2.4判別逆差時的糧食安全程度

根據以上的判斷結果,若該區域為虛擬水貿易逆差,那么需要判別該區域的糧食安全程度,方法是結合區域虛擬水凈進口量和區域水資源利用總量,通過公式(6)計算該區域虛擬水進口依存度,同樣通過專家調研并結合國際慣例對區域虛擬水進口依存度設置警戒線,超過該警戒線時,該區域應擴大農業的生產規模,從而增大區域糧食產品的自給程度。相反,區域虛擬水進口依存度遠低于該警戒線時,表明該區域還具有利用虛擬水貿易戰略緩解水資源短缺局面的空間。

3.2.5 順差時區域農業生產規模與結構的調整

若該區域為虛擬水貿易順差,這無疑說明區域的貿易結構正在加劇區域水資源短缺形式,應適時調整農業生產規模生產和生產結構。一方面,消減區域農業生產規模,減少農產品出口量;另一方面,調整、優化區域農業種植結構,大力發展低耗水、高效、具有區域特色的農產品。

3.3 缺水區域用水結構優化模式

水資源的利用不管是量的問題還是結構的問題都與區域的產業結構密切相關,產業結構的升級不僅能提高水資源的利用效率,更能促使區域用水結構的改善。因此對于缺水地區來說,不僅要提高水資源的利用效率,更重要的是從整個產業系統的角度,綜合比較產業關聯測度系數與虛擬水含量系數,依此綜合分析結果進行水資源稟賦條件下的產業布局調整和用水結構優化[12]。

3.3.1 產業關聯系數和虛擬水含量系數

可通過投入產出表計算某產業的影響力系數和感應度系數測算該產業的前后向產業關聯度。在區域投入產出表的基礎上可以編制水資源投入產出表,通過該表計算出某產業的完全虛擬水含量系數。

a.影響力系數分析。影響力系數可以由投入產出表中完全需求矩陣C計算出來,根據完全需求矩陣C的經濟含義,可以用某一產業縱列上的完全需求系數總和表示該產業對其他產業的影響程度,并用全部產業縱列完全需求系數的平均值表示全部產業的平均波及效應。由此計算產業的影響力系數公式為

(i,j=1,2,…,n)

(10)

式中:Cij為投入產出表中的完全消耗矩陣的第i行、第j列的值。

當某一產業的影響力系數大于1時,表明該產業對國民經濟所產生的波及效應高于社會平均水平;當影響力系數小于1時,則正好相反;當影響力系數等于1時,說明其波及效應等于社會平均水平。

b.感應度系數分析。感應度系數是另一個反映產業關聯度的重要指標計算公式,為完全需求矩陣的某行的總和除以完全需求矩陣中全部產業橫行總和的平均值,即

(i,j=1,2,…,n)

(11)

式中:Cij為投入產出表中的完全消耗矩陣的第i行、第j列的值。

c.完全虛擬水含量系數在水資源投入產出表的基礎上產生的,它包括直接虛擬水含量系數和間接虛擬水含量系數,其中間接虛擬水含量系數是指該產業單位產值過程中消耗的其他產業產品在生產過程中消耗的水資源量。完全虛擬水含量系數可以表示為直接虛擬水含量系數與列昂悌夫逆矩陣(I-A)-1乘積的形式。某產業直接虛擬水含量系數,其單位為m3/萬元,是指產業部門單位產值消耗的直接虛擬水含量,可由水資源投入產出表直接計算得出,計算公式為

(12)

式中:Hj為j產業部門消耗的水資源總量；Xj為j產業部門的總產出值。

3.3.2 缺水地區產業結構優化

產業關聯測度系數反映了產業在國家或地區經濟發展中的作用大小,其中影響力系數較大的(通常指大于1)產業部門對經濟發展的拉動作用較大,是國家或地區經濟發展的“發動機”;同樣,感應度系數較大的(通常指大于1)產業部門對經濟發展的推動作用較大,為國家或地區其他產業部門的發展源源不斷地提供原材料或半成品,是國家或地區經濟發展的“助推器”。對于上述兩種產業應作為重點產業予以發展。而對于影響力系數和感應度系數均較小(通常指兩系數均小于1)的產業部門應限制其發展規模。

產業關聯測度系數與虛擬水含量系數綜合比較分析可通過比較二者在所有產業部門中的排序加以說明,如表1所示。通過上述比較,可將產業關聯度與產業虛擬水含量系數主要劃分為8種類型,如表2所示。

根據表2，概括起來可表述為:①當某一產業完全虛擬水含量系數較高時,雖然該產業為水資源密集型產業,但只要該產業具有較高的影響力系數均應擴大生產規模,而當影響力和感應度系數二者均較低時,應消減其生產規模,特別地,當影響力較小而感應度系數較大,說明該產業主要為本區域其他產業提供原材料或半成品,而經濟拉大作用不明顯,因此可以選擇從區域外進口該產業產品,替代本區域生產;②當某一產業完全虛擬水含量系數較低時,說明該產業為水資源節約型產品,生產選擇中水資源因素不應成為主要因素,因此,只要該產業具有較高的影響力或感應度系數,理論上都應擴大該產業生產規模,只有當影響力或感應度系數都很低時,選擇維持原有生產規模或縮減生產規模。

表1 區域產業關聯度與產業虛擬水含量綜合分析

表2 不同產業關聯度與虛擬水含量系數下產業規模調整情況

3.4 政策建議

上述分析表明基于虛擬水貿易戰略的缺水區域分配模式可以應用于我國缺水地區,但是在應用過程中需要政府和相關部門的大力支持,政府部門在使用上述的模型分析本地區的虛擬水貿易順差情況以后,確定該地區虛擬水貿易順差的程度和高耗水農業與低耗水產業的發展情況,在此基本上制定相關的產業調整政策,大力支持低耗水農業和其他產業,減少高耗水農業的種植面積或者是減緩高耗水農業的發展速度;與此同時大力種植更有效的植物或者是大力發展低耗水產業,在不影響該地區總產值的基礎上減少用水總量。為此對政府和相關部門提出幾點政策建議。

a.缺水地區應適當控制高耗水農業的發展規模,對于高耗水農業是本地的支持產業的地區采取緩和的政策減緩該農業的發展速度或者是減少該產業的相對比例,比如采取農業階梯式稅收和階梯式農業用水水價的政策。對于耗水農業首先制定一個相對于其他產業略高的稅率,在此稅率上隨著產量的增加,稅收的增長幅度呈現加倍的趨勢;對于該農業的用水水價制定方法與上述一致,隨著用水量的增加大幅增加水價。對于高耗水產業不對本地的經濟有重大影響的地區,可以采取相對激烈的政策,可以大幅增加該產業的稅收或者是直接提高該高耗水農業的用水價格,以便快速降低該地區高耗水農業的絕對產量和相對產量。除此之外,頒發一些相關的政策條例加強上述的產業政策,以便政府部門和其他相關部門協調一致。

b.由于減少該地區高耗水農業的產量意味著該部分農產品需要通過海外進口或者是其他地區進口的方式獲得,就需要大量的資金來滿足該農產品的進口。在此情況下,政府需要大力支持低耗水農產品的種植和其他低耗水產業的發展,以爭取足夠的資金來填補因減少高耗水農業產值的部分和購買高耗水農產品消耗的資金。政府首先要確定有發展前景的低耗水農業和其他低耗水產業,在此基礎上針對這些產業制定相關的政策。對于低耗水農業可以增加該農業的補貼,適當減少低耗水農業的稅收,降低低耗水農業用水價格,調撥大量資金開發該農業的高科技技術,鼓勵這些高科技的推廣和使用。在支持低耗水產業方面,除了增加這些產業的補貼減少其稅收,還可以降低支持這些產業發展的貸款的利率,增加該產業發展資金的供給,制定相關的法律條例,提高發展低耗水產業的投資環境。

c.政府在實施上述的政策的同時應該時刻關注該地區的GDP和產業產值的相對比例,以便觀察在實施上述政策后該地區的總產值變化和產業結構的變動。要防止上述政策對本地區總值帶來的減值影響和大幅度波動影響,并且在降低高耗水農業產值、增加低耗水產業產值的同時,注意該地區產業結構比例的合理性。此外由于對外進口依賴程度太高會增加該地區的產業風險,所以在增加進口高耗水農業的同時要適當控制其比例,不能顧此失彼,要合理對該地區的區域用水機構進行適當合理的調整。

d.雖然虛擬水戰略是應用在缺水地區用水結構調整中,但是虛擬水是在尊重產業市場組織的基礎上對用水結構進行調整的。在宏觀調控的基礎下,虛擬水戰略對缺水地區的用水結構做出相應的微調,使得產業與當地的水資源吻合。虛擬水貿易不是從根本上顛覆現有的產業結構,尤其是農業結構和農業布局,更多是在水資源極度貧乏和生態脆弱的地區,應用虛擬水貿易戰略的思想和理念,從水資源需求側對當前主要用水部門做出適應調整。此外,利用虛擬水貿易戰略在技術層面實現節水,依靠現代節水技術實現水資源優化,也是虛擬水貿易戰略的內容之一。虛擬水貿易與實體水相對應組成完整的水資源體系,所以虛擬水貿易并不能完全取代大型調水工程,比如南水北調等。虛擬水貿易應與實體水輸送相輔相成,更深層的解決北方以及西部缺水問題。

4 結 語

作為典型的農業大國和糧食出口大國,農業在我國的產業結構和水資源分配中都占據最重要的位置。我國是個人口大國,并且水資源嚴重分配不均,隨著中國經濟的發展,如何合理分配水資源以保證缺水地區基本的糧食供應、合理的產業結構和穩定的經濟發展對于缺水地區政府和中央政府來說都是亟待解決的問題。本文將虛擬水貿易戰略應用于我國缺水地區的區域用水結構調整,綜合比較產業關聯系數和虛擬水含量系數,結合綜合分析結果對缺水地區的產業布局和用水結構進行調整,建議縮小影響力系數低、完全虛擬水含量系數高的產業部門和影響力系數和感應力系數都低的產業部門的生產規模,以逐年減少該地區虛擬水貿易順差;擴大影響力系數高的高耗水產業和具有較高影響力系數或感應力系數的低耗水產業的生產規模,來彌補縮減產業所造成的經濟總量的減少以及獲取進口被縮減產業產品所需要的資金,以此實現缺水地區的水資源合理分配和經濟可持續發展。但是在上述缺水地區分配的實施過程中可能會遇到意想不到的困難和瓶頸,這些都需要進一步的研究和探討。

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