中國水資源強度的區域差異和極化程度研究

王 連,鄧光耀

(蘭州財經大學 a.經濟發展數量分析研究中心;2.統計學院,甘肅 蘭州 730020)

中國水資源強度的區域差異和極化程度研究

王 連a,b,鄧光耀a,b

(蘭州財經大學 a.經濟發展數量分析研究中心;2.統計學院,甘肅 蘭州 730020)

研究了2003—2014年我國水資源強度的區域差異和極化程度。結果發現:①我國各區域的水資源強度均呈現下降趨勢,西北區域的水資源強度最高,華北區域最低。②全國層面的水資源強度基尼系數一般比區域層面大。在八大區域中,西北區域水資源強度的基尼系數最大,長江中下游區域最小。水資源強度泰爾指數的測算結果與此類似。③在水資源強度基尼系數的分解項中,區域間水資源強度的差異最大。④表征水資源強度極化程度的ER指數值大于對應年度的EGR指數值和MU指數值,且這三種指數均呈下降趨勢。因此,水資源強度較高的區域要調整產業結構,向水資源強度較低的區域學習節水灌溉等技術,提高水資源的利用效率。

水資源強度;基尼系數;泰爾指數;極化

隨著經濟發展和人口增長,我國對水資源的需求越來越大,導致水資源供給壓力也越來越大。為了緩解水資源供給壓力,國務院印發了《關于實行最嚴格的水資源管理制度的意見》,明確了用水效率方面的控制紅線,指出到2030年我國的用水效率需要接近甚至達到世界先進水平,工業方面的萬元工業增加值用水量降低到40m3以下(以2000年不變價計算),農業方面的農田灌溉水有效利用系數提高到0.6以上。本文借鑒能源強度的概念[1],用生產用水量除以國內生產總值(或增加值)來定義水資源強度,并研究我國水資源強度的區域差異和極化程度,提供緩解水資源供求矛盾方面的政策啟示。

基尼系數和泰爾指數是研究區域差異的主要方法,本文利用基尼系數和泰爾指數及其分解來研究水資源強度的區域差異。雖然基尼系數和泰爾指數可以考慮不同區域水資源強度的離散程度,但未考慮個體在局部的聚集程度,本文借鑒收入分配領域內采用的三種極化指標來研究水資源強度的極化程度,這三種指數分別為ER(Esteban-Ray)指數[2]、EGR(Esteban-Gradín-Ray)指數[3]和MU(Ma-Urrutia)指數[4]。

本文首先借鑒收入分配領域內采用的基尼系數和泰爾指數來研究水資源強度的區域差異,并通過基尼系數和泰爾指數的分解來探討水資源強度的區域間差異和區域內差異;其次，借鑒收入分配領域內表征極化程度的ER指數、EGR指數和MU指數來研究水資源強度的極化程度;第三,在研究結論的基礎上,得到緩解中國水資源供求矛盾方面的政策啟示。

1 研究方法

1.1 測算區域差異的方法

基尼系數及其分解:基尼系數和泰爾指數是測算區域差異的主要方法,本文首先通過基尼系數來測算我國水資源強度使用效率的區域差異,公式為:

(1)

式中,N為樣本個數；μ為水資源強度的平均值；xi、xj分別為第i個、第j個樣本的水資源強度。為了進一步研究中國水資源強度的空間非均衡性,本文將我國除西藏自治區、香港與澳門特別行政區、臺灣地區外的30個省份劃分為8大區域。在區域劃分的基礎上,采用Mookherjee、Shorrocks[5]進一步對基尼系數進行了分解,得到以下公式:

(2)

式中,n為區域個數；pi、pj分別為第i個、第j個區域樣本個數占總體樣本個數的份額；Gi為第個區域的基尼系數；λi、λj分別為第i個、第j個區域平均水資源強度與全體樣本平均水資源強度的比值。式(2)中，右邊第一項反映的是區域內水資源強度的差異；第二項反映的是區域間水資源強度的差異；第三項為剩余項,反映了不同區域之間因重疊造成的交互影響。

泰爾指數及其分解:水資源強度的泰爾指數公式為:

(3)

式中,N為樣本個數,μ為水資源強度的平均值,xi為第i個樣本的水資源強度。泰爾指數值越小,表明區域間水資源使用強度的差異越小,反之越大。類似于基尼系數的分解,水資源強度的泰爾指數可分解為:

(4)

式中,n為區域個數；pi為第i個區域樣本個數占總體樣本個數的份額；Ti為第i個區域的泰爾指數；Vi為第i個區域水資源使用量占全國水資源使用量的比例。式(4)中右邊第一項反映的是區域內水資源強度的差異,第二項反映的是區域間水資源強度的差異。

1.2 測算極化程度的方法

ER指數:Esteban、Ray[2]提出了測算極化的ER指數,本文利用該指數來測算中國水資源強度的極化情況,具體公式為:

(5)

式中,K為大于零的常數,需要根據不同的數據對K值進行選擇,以保證ER指數在0—1之間;n為分組個數;pi、pj分別為第i組、第j組樣本個數占總體樣本個數的份額。α為0—1.6之間的任意值,α的值越大,ER指數與基尼系數差異越大。為了反映極化趨勢,本文取α=1.5;μi、μj分別為第i組、第j組樣本的平均水資源強度。ER指數值越大,說明水資源強度極化程度越高;反之,則說明水資源強度極化程度越低。

EGR指數:由于ER指數假定區域內成員具有完全一致的認同感,而區域內成員的人同感與組的規模、組的形成方式密切相關,故該假定通常難以滿足。為此,Esteban等[3]將ER指數推廣為EGR指數,即:

EGR=ER-β(G(f)-G(ρ*))

(6)

式中,βgt;0是衡量區域內聚合程度的敏感性參數,本文取為1.25;G(f)表示實際水資源強度的基尼系數;G(ρ*)表示假定區域內成員的水資源強度等于區域內水資源強度平均值時的基尼系數,其他符號與式(5)相同。式(6)中第一項是ER指數,第二項反映的是區域間差距和不平等的程度。類似于ER指數,EGR指數值越大,說明水資源強度極化程度越高;反之,則說明水資源強度極化程度越低。

MU指數:當各區域成員的水資源強度存在重疊時,EGR指數的第二項不能反映區域內的不平等程度。為了解決該問題,Ma、Urrutia[4]提出了MU指數,即:

(7)

式中,Gi為第i個區域水資源強度的基尼系數,其他符號與式(5)和式(6)相同。類似于ER指數和EGR指數,MU指數值越大,說明水資源強度極化程度越高;反之,則說明水資源強度極化程度越低。

2 數據來源

本研究為除西藏自治區、香港與澳門特別行政區、臺灣地區之外的我國大陸30個省份2003—2014年水資源強度的區域差異和極化程度。水資源強度利用生產用水量除以GDP來度量。《中國統計年鑒》中水資源使用量包括農業用水量、工業用水量、生活用水量和生態用水量,服務業用水量合并在生活用水量中,因此本文按照我國投入—產出學會課題組[6]的方法,根據比例確定生產用水量。各省的GDP數據來自于相關年份的《中國統計年鑒》,考慮到數據的可比性,本文以2003年為基期進行平減處理。

本文根據水資源分布、利用情況、經濟發展水平和地理位置[7],將30個省份劃分為八大區域。東北區域包括黑龍江、吉林、遼寧和內蒙古,華北區域包括北京、天津和山西,黃淮海區域包括河南、河北、山東和安徽,西北區域包括陜西、甘肅、青海、寧夏和新疆,長江中下游區域包括江蘇、湖北、湖南和江西,東南區域包括上海、浙江和福建,華南區域包括廣東、廣西和海南,西南區域包括重慶、四川、貴州和云南。

3 實證分析

3.1 各區域水資源強度情況

2003—2014年我國八大區域層面和全國層面的水資源強度情況見圖1:①在2003—2014年,雖然部分年度各區域和全國的水資源強度存在短暫上升,但均呈現下降的趨勢。由于工農業節水技術的提升和普及,導致單位產出的水資源使用量降低、水資源利用效率提升,因此水資源強度下降。②從區域層面來看,西北區域的水資源強度最高,華北區域最低。由于西北區域的各省非農產業發展相對落后,農業產出占比比其他區域更高,而農業生產需要消耗大量的水資源,故西北區域水資源強度最高。華北區域所屬的北京市和天津市,農業產出占比較低,非農產業產出占比較高，而非農產業單位產出所消耗的水資源低于農業,故華北區域水資源強度最低。

圖1 2003—2014年八大區域層面和全國層面的水資源強度

3.2 基尼系數及其分解

根據式(1),可得到2003—2014年我國全國及八大區域水資源強度的基尼系數(表1)。從表1可見:①一般情況下,全國層面的水資源強度基尼系數比區域層面的水資源強度基尼系數大。根據式(2),全國層面水資源強度的差異包含了區域內差異、區域間差異和交叉項,因此一般情況下全國層面水資源強度差異更大，但2012—2014年西北區域水資源強度的基尼系數比全國層面大。②從區域層面來看,西北區域水資源強度的基尼系數最大,長江中下游區域最小。在西北區域中,新疆的水資源強度遠大于陜西省。如2003年新疆省的水資源強度為2536.7941m3/萬元,而陜西省的水資源強度為312.6433m3/萬元,各省份水資源強度差異較大,因此西北區域的基尼系數較大。在長江中下游區域中,江蘇、湖北、湖南和江西等省份的水資源強度較接近,區域內差異較小,因此基尼系數也較小。③從變化趨勢來看,2003—2014年東北、華北和西北區域的水資源強度基尼系數有增加的趨勢,其中東北區域從2003年的0.2328上漲到2014年的0.3044,華北區域從2003年的0.2397上漲到2014年的0.3204,西北區域從2003年的0.3475上漲到2014年的0.4249;黃淮海地區呈先增加后減少的趨勢,從2003年的0.1794上漲到2009年的0.2930,之后下降到2014年的0.2496;長江中下游、華南區域和全國層面的水資源強度基尼系數變化較平緩;東南和西南區域的水資源強度基尼系數有減少的趨勢,其中東南區域從2003年的0.1621下降到2014年的0.1360,西南區域從2003年的0.1850下降到2014年的0.1400。

表1 2003—2014年中國全國及八大區域水資源強度的基尼系數

表2 2003—2014年全國層面水資源強度的基尼系數分解

注:在忽略舍入誤差的情況下,表2中三項之和等于表1中全國層面對應年度的值。

根據式(2),可對2003—2014年全國層面水資源強度的基尼系數做進一步分解,分解結果見表2。從表2可見:①在2003—2014年水資源強度基尼系數的分解項中,第二項的值遠大于第一項和第三項的值,說明區域間水資源強度的差異最大。此外,第三項的值也大于第一項的值,說明區域內水資源強度的差異大于不同區域之間強度的原因是因為重疊造成的交互影響。②從變化趨勢看,第二項呈減少趨勢,第一項和第三項有增加趨勢。其中,第一項從2003年的0.0365上漲到2014年的0.0420,第二項從2003年的0.3225下降到2014年的0.2757,第三項從2003年的0.0487上漲到2014年的0.0903。

3.3 泰爾指數及其分解

根據式(3),可得到2003—2014年我國全國層面以及八大區域水資源強度的泰爾指數(表3)。從表3可見:①一般情況下,全國層面的水資源強度泰爾指數比區域層面的水資源強度泰爾指數大,這與基尼系數的結果類似。據式(4),全國層面水資源強度的差異包含區域內差異和區域間差異,因此一般情況下全國層面的水資源強度差異更大。2009年、2011—2014年西北區域的泰爾指數比全國層面更大。②從區域層面來看,西北區域水資源強度的泰爾指數最大,長江中下游區域最小,這與基尼系數的情況也是一致的。③從變化趨勢來看, 2003—2014年東北、華北和西北區域的水資源強度泰爾指數有增加趨勢。其中,東北區域從2003年的0.1019上漲到2014年的0.1714,華北區域從2003年的0.1094上漲到2014年的0.2114,西北區域從2003年的0.2312上漲到2014年的0.3400;黃淮海地區有先增加后減少的趨勢,從2003年的0.0559上漲到2009年的0.1542,之后下降到2014年的0.1093;長江中下游、東南區域、華南區域和全國層面的水資源強度泰爾指數變化比較平緩;西南區域的水資源強度泰爾指數有減少的趨勢,其中西南區域從2003年的0.0609下降到2014年的0.0360。

表3 2003—2014年中國全國及八大區域水資源強度的泰爾指數

根據式(4),可對2003—2014年全國層面水資源強度的泰爾指數做進一步分解,分解結果見表4。從表4可以看出:①在2003—2014年水資源強度泰爾指數的分解項中,第一項的值大于第二項的值,說明從泰爾指數分解的情況來看,區域內水資源強度的差異大于區域間水資源強度的差異,這與基尼系數的分解結果存在差異。②從變化趨勢來看,第一項有增加趨勢,第二項有減少趨勢。其中,第一項從2003年的0.1945上漲到2014年的0.2708,第二項從2003年的0.0937下降到第二項的0.0304。

表4 2003—2014年全國層面水資源強度泰爾指數的分解

注:在忽略舍入誤差的情況下,表4中兩個分解項之和等于表3中全國層面對應年度的值。

3.4 極化程度分析

根據式(5)—(7),可得到表征2003—2014年全國層面水資源強度極化程度的ER指數、EGR指數和MU指數,各年份計算結果見表5。從表5可見:①在本文的參數設定情況下,表征水資源強度極化程度的ER指數值大于對應年度的EGR指數值和MU指數值。由于式(6)中第二項大于0,因此ER指數減去一個大于零的數所得到的EGR指數值小于ER指數本身。由于各區域水資源強度基尼系數大于零,因此(1-G：)β的值小于1,從而根據式(7)計算得到的MU指數值小于ER指數值。②從變化趨勢來看,三種表征水資源強度極化程度的指數均有下降趨勢。其中,ER指數從2003年的0.1763下降到2014年的0.0901,EGR指數從2003年的0.1718下降到2014年的0.0092,MU指數從2003年的0.1210下降到2014年的0.0570。參考劉華軍等對碳強度極化程度的研究,區域間對抗程度的上升小于區域內聚合程度的減弱,從而區域間的水資源要素競爭有所緩和,導致水資源強度極化程度均有下降趨勢。

表5 2003—2014年水資源強度的極化指數

4 結論與啟示

本文利用相關年份的《中國統計年鑒》中的相關數據,研究了2003—2014年中國水資源強度的區域差異和極化程度。研究結果發現:①由于水資源利用效率的提升,我國各區域的水資源強度均呈現下降趨勢,西北區域的水資源強度最高,華北區域最低。②由于全國層面水資源強度的差異包含了區域內差異、區域間差異和交叉項,因此全國層面的水資源強度基尼系數一般比區域層面大。在八大區域中,西北區域水資源強度的基尼系數最大,長江中下游區域最小;東北、華北和西北區域的水資源強度基尼系數有增加趨勢,黃淮海地區有先增加后減少的趨勢,長江中下游、華南區域和全國層面的水資源強度基尼系數變化較平緩,東南和西南區域有減少的趨勢。③在水資源強度基尼系數的分解項中,區域間水資源強度的差異最大,區域內水資源強度的差異大于不同區域之間的強度是因為重疊造成的交互影響。④利用泰爾指數來測算水資源強度的差異與利用基尼系數來測算水資源強度的差異得到的結果基本相同。但從泰爾指數的分解情況來看,有的區域內水資源強度的差異大于區域間水資源強度的差異,這與基尼系數的分解結果不一致。⑤表征水資源強度極化程度的ER指數值大于對應年度的EGR指數值和MU指數值。由于區域間對抗程度的上升小于區域內聚合程度的減弱，區域間的水資源要素競爭有所緩和,這三種指數均呈下降趨勢。

根據以上研究結論,可得到以下政策啟示:①由于水資源強度存在區域上的差異,因此水資源強度較高的區域需要調整產業結構,適當控制耗水量較高的產業生產,向水資源強度較低的區域學習節水灌溉等技術,提高水資源的利用效率。②根據基尼系數的測算結果及其分解,區域間的水資源強度差異比區域內更大(雖然泰爾指數的分解結果相反),說明在提高水資源利用效率、降低水資源強度方面不但需要區域內各省份加強合作,而且需要區域間省份的合作。因此，中央政府在制定各省份節水目標的同時,還需要積極采取相關措施促進區域間各省份的合作。③我國水資源強度的極化程度在降低,這有利于緩解不同區域間的水資源要素的競爭,達到“共贏”的目的,促進各地節水目標的實現。

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ResearchofRegionalDifferencesinDegreeofPolarizationandIntensityofChina′sWaterResources

WANG Liana,b,DENG Guang-yaoa,b
(Lanzhou University of Finance and Economics a.Center for Quantitative Analysis of Gansu Economic Development; b.School of Statistics,Lanzhou 730020,China)

This paper studied the regional difference in the degree of polarization and intensity of China′s water resources in 2003-2014.The results showed that:①The intensity of China′s water resources in the regions showed a downward trend,the highest in northwest region,the lowest in north region.②The national level of the water intensity Gini coefficient was generally larger than the regional level.The Gini coefficient of northwest region′s water resources intensity was the highest,and Changjiang River region was the lowest.The water intensity Theil index′s results were similar to it.③The decomposition of water resources intensity′ Gini coefficient,the difference of regional water resources intensity was the largest.④To characterize the degree of polarization of the ER index was greater than EGR index and MU index,and three indexes were decreased.Thus,the regional of higher water resources intensity needed to adjust the industrial structure,and learn saving irrigation and other technology from the lower water resources intensity,in order to improve water use efficiency.

water resources intensity;Gini coefficient;Theil index;polarization

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.05.009

P966；P343

A

1005-8141(2017)05-0554-05

2017-03-10；

2017-04-23

教育部人文社會科學項目(編號:16XJA910001);蘭州財經大學絲綢之路經濟研究院科研項目(編號:JYYZ201603);蘭州財經大學校級科研項目(編號:Lzufe201601)。

及通訊作者簡介：王連(1977-),女,河南省信陽人,經濟學博士,副教授,主要從事經濟統計研究。