西北干旱區水資源利用與經濟要素的匹配研究

李萬明，黃程琪

(1.石河子大學經濟與管理學院，新疆 石河子 832000；2.石河子大學屯墾戌邊研究中心，新疆 石河子 832000)

水資源作為人類生存和經濟發展不可替代的資料，它對人類的意義是不言而喻的。中國雖然是一個水資源豐沛的國家，但是人均擁有量卻只有世界平均水平的三分之一不到，遠少于發達國家，而且隨著經濟的發展，水資源缺乏對經濟本身、環境造成的問題日益突出，使得我們必須考慮經濟發展中水資源的利用問題。西北地區是中國最干旱的地區，中國絕大多數干旱地帶位于這里，這里年均降水量只有230 mm，年蒸發量卻是其年降水量的8～10倍，基于此，西北地區更應首先考慮經濟發展之中水資源的利用問題，保證經濟與水資源利用協調匹配，促使經濟可持續發展，保證生態平衡穩定。但是事實上，西北地區由于地處偏遠、科教落后，長期承接內地邊緣產業，水資源污染消耗嚴重，很多區域的經濟發展問題就是水資源短缺問題，因此研究水資源利用與經濟的關系就顯得頗為必要。另外，西北五省區也正好是“絲綢之路經濟帶”我國境內向西延伸的這一段，屬于起點段，因此西北地區的水資源利用與經濟的協調不僅僅關系到本地區的經濟發展和生態環境，它還關系到“絲綢之路經濟帶”這一國家戰略的順利實施。

1 研究現狀

水資源與經濟發展的關系是非常緊密的，絕大多數產業的發展都需要水資源的支撐，水資源不足會嚴重制約相關產業的發展。水資源與經濟發展要素不匹配會嚴重制約當地的經濟發展。國內學者在水資源與經濟要素的匹配方面進行了較多研究，例如，張吉輝等(2012年)在全國范圍內，從水資源分布和配置兩個角度研究了與經濟發展要素的匹配關系，發現了中國經濟要素確實與水資源整體匹配關系不佳，且闡釋了影響匹配狀況的主要區域[1]。孫才志等(2010年)從農產品虛擬水的角度探究了全國范圍內其與水資源量、人口、化肥等要素的匹配關系[2]。潘安娥等(2014年)從水足跡視角探討了湖北省水資源利用與經濟的協調發展關系，結果表明水資源利用與GDP增長協調關系呈減弱趨勢[3]。另外，張曉濤等(2012年)研究了黃河流域水資源利用與經濟發展，以及水資源與耕地等要素的匹配[4]，孟鈺等(2013年)以河南省內各地市水資源量與GDP的匹配關系，分析了河南省水資源供需的匹配狀況[5]。在研究對象的選擇上，西北干旱地區較少有人涉及，此區域水資源匱乏，水資源與經濟的匹配相對其他地方更重要，因此本文選擇它為研究對象。

研究水資源與經濟要素的匹配，部分文獻采用了諸如基尼系數法、不平衡指數法、用水匹配指數等方法[4-6]。還有一些文獻采取了水足跡計算模型[3]、構建VAR模型[7,8]、協整模型[9]來研究水資源與經濟增長的關聯。但是很少有人把泰爾指數引入到水資源與經濟要素的匹配研究之中。泰爾指數原本是用來相對地評判收入分配公平性的，但是根本上來講，它是一個評判兩個指標匹配關系的方法。而加權變異系數同樣如此。本文擬采用基尼系數法、不平衡指數法、泰爾指數法、加權變異系數法來研究水資源利用與經濟要素的匹配。

本文選取寧夏、甘肅、青海、陜西、新疆作為研究對象，水資源利用上選擇水資源使用量指標來衡量。經濟要素指標的選擇上，由于人口較多的地方必然從生產生活上對水有更大的需要，并且它還是勞動力要素的來源，因此它需要被考慮；另外，水資源稟賦也是一個較大的影響因素，水資源稟賦高的地區往往用水效率低；由于在經濟發展中，投資的影響也頗為重要，而且投資還是六大生產要素之一，因此投資也被考慮，采取的指標是新增固定資產，以衡量每年新形成的固定資產；經濟發展方面的衡量指標選擇的是地區GDP，與其他同類文獻一致[2]。本文的貢獻在于：首先，增加了泰爾指數法對指標匹配關系的衡量，并且還把它和加權變異系數進行了對比；另外，指標選取上，目前很少有學者考慮投資方面的指標來研究其和水資源利用的匹配關系；最后，選擇了西北干旱區這一研究涉及較少的區域。

2 研究方法和數據來源介紹

2.1 研究方法

2.1.1 基尼系數法

基尼系數是由意大利經濟學家基尼根據洛倫茲曲線提出的，一般它是用于衡量地區之間收入分配情況的標準，基尼系數的數值越大說明該地區收入分配越不均衡，反之說明越均衡。現在學者們已經拓展了基尼系數的使用范圍，不再僅僅只是用它衡量收入的分配公平狀況，它還被應用于研究多種資源的匹配問題[10,11]。基尼系數的取值越大，表示區域內兩種資源相互之間在數量上越不匹配，反之越匹配。基尼系數對匹配關系的衡量標準如表1所示[2]。

表1 基尼系數對匹配關系的衡量標準

有多種方法可以計算基尼系數，常用的方法有定積分法、梯形面積法等。這里采用梯形面積法，梯形面積法是根據定義域進行分組，把洛倫茲曲線與水平軸圍成的面積約等于若干個梯形的面積之和。其計算公式為：

(1)

式中：Ai、Bi分別為第i個省份的相應兩種資源的累計百分比；n的取值為1到5的整數，表示計算某年兩種資源的基尼系數時，省份的位次。特別地，把A0，B0定義為0值。

2.1.2 不平衡指數法

不平衡指數主要應用于評價城鎮化水平與其他指標水平之間的差異。若以市域為基本研究單位，它一般是通過某一省內所有城市城鎮化水平與例如工業產值比重、耕地面積比重、市域面積比重等等的關系來求得[12]。鑒于它是對差異的描述，本文引入它來研究水資源配置與經濟發展經濟要素之間的關系。它一般用I表示，其公式為[3]：

(2)

式中：n為省份數；ai、bi分別為各省的兩種資源占區域的比重。

由上述公式可以看出若I的值越小，則ai與bi的差距越小，該區域這兩個指標較為均衡匹配；反之，若I越大，則說明ai與bi的差距越大，該區域這兩個指標較不匹配。在平面直角坐標系中，以ai為橫坐標，bi為縱坐標，在該坐標系中描出(ai，bi)，再在其中畫出直線b=a，當ai與bi較為匹配時，兩者的差異較小，該點就離直線b=a較近；當ai與bi較不匹配時，兩者數值差異大，該點就離該直線相對較遠。因此可以用點與直線的距離來表示匹配情況，公式如下：

(3)

下面會用該指數I和點到直線距離di來衡量水資源配置與經濟發展經濟要素的匹配程度。

2.1.3 泰爾指數法

泰爾指數最早是由經濟學家Theil在1967年提出，利用信息理論中的熵概念來計算收入的不平等性，是目前被廣泛用于衡量收入差距的重要指標。它通常被用來通過代入區域經濟產出占比和區域人口占比來計算收入分配差距[13]。泰爾指數根本上來講是反映的兩指標之間的差異或者說匹配狀況，因此它也可以被用來反映水資源配置與經濟發展經濟要素的關系。泰爾指數一般用T表示，其公式為：

(4)

泰爾指數的取值是非負的，當泰爾指數為0時，表示兩種資源分配完全等比例；泰爾指數取值越大表示兩種資源越不匹配。

2.1.4 加權變異系數法

加權變異系數由美國經濟學家威廉遜最早提出，它是以子區域人口比重為權重來求得整個區域某指標上差距的一種方法。許多學者用該方法衡量區域內發展、收入不平衡問題[14]。本文打算以各省水資源配置比重為權重，來計算西北地區在經濟發展要素指標上的差距。加權變異系數一般用V表示，其公式為：

(5)

式中：ai為各省水資源利用占比；c為區域某指標平均值；ci為某省該指標的均值；n表示省份數。加權變異系數大于0，越大說明水資源利用與該指標越不匹配。

2.2 數據來源說明

本文選取水資源利用，也就是水資源使用量為基礎指標，測算它與相關經濟要素，具體來講就是人口、水資源稟賦、新增固定資產和GDP的匹配關系。所用的數據主要來自于2005-2016年的《中國統計年鑒》以及西北5省區各省統計年鑒、和《中國水資源公報》。在水資源的使用量上，由于水資源公報有些年份沒有分省的用水量，所以作者就通過人均用水量與人口乘積的方式進行了推算。另外，為了使GDP取值具有可比性，對GDP取值進行了去通貨膨脹處理。

3 實證過程與結果分析

3.1 水資源利用與經濟要素的基尼系數分析

為了反映西北5省區水資源利用與經濟要素的匹配關系在時間上的變化特征，以及剖析變化的原因，下面以2004-2015年我國西北五省區的水資源使用量、人口數、水資源稟賦量、新增固定資產、地區生產總值GDP為評價指標，通過公式(1)計算出了西北五省區水資源利用與經濟發展經濟要素的基尼系數，如表2所示。

表2 水資源利用與經濟要素的基尼系數

注：以上數據來源于各統計年鑒數據和水資源公報數據計算得出，下同。

(1)從表2和圖1可以看出水資源利用與人口數的基尼系數，在2004-2015年期間較為平穩，而且穩中略有下降，從0.50降到了0.48，但是依然高于“0.4”基尼系數警戒值，處于“相對不匹配”狀態。水資源利用與人口的基尼系數之所以較高，是因為西北地區多數地方是很缺水的，導致了水資源利用與人口數不匹配；另外一個原因是國家對西部的大力開發，以及城鎮化的加快，許多地方出現了人口過度膨脹，水資源調配并沒有跟上。這十二年來，之所以水資源利用與人口的基尼系數會呈下降趨勢，與國家近些年在西北地區的大規模水利建設關系密切。

圖1 水資源利用與經濟要素的基尼系數折線圖

(2)從水資源利用與水資源稟賦的基尼系數來看，在2004-2015年期間該基尼系數呈波動狀態，匹配狀態時而“匹配比較合理”，時而“相對不匹配”。之所以水資源利用與稟賦的基尼系數會處在這種水平和具有這種波動狀態，是因為西北很多需水較多的地方水資源并不豐沛，依賴于從其他地方調水，因此造成了這種整體的基尼系數值略高；另外，由于降雨量波動的原因，水資源利用也會相應地受到影響。

(3)再從水資源利用與新增固定資產的基尼系數看，在2004-2015這12年間，該基尼系數數值整體上有升高趨勢，并且出現了幾個與整體較異常的值。除了前幾個年份有兩個是低于警戒線的，其余的值均高于。首先來解釋一下3個“異常值”，因為國家在新世紀開啟了西部大開發國家戰略，在2005年左右有大量基礎設施建成，所以造成了那一年新增固定資產較大，所以該年基尼系數值較大；而2009與2010年兩年也較高，是因為在2008年底實施了經濟刺激計劃，所以其后兩年會出現這種水資源利用與新增固定資產的極端不匹配。之所以整體該值會微微上升，主要是由于國家近些年對西部投資的逐步加大，而水資源利用的調整沒有跟上。

(4)從水資源利用與GDP的基尼系數來看，在2004-2015年期間，該基尼系數值處于穩中有升狀態，從0.44逼近于0.5左右，這期間該值處于“相對不匹配”狀態。之所以會出現水資源利用對GDP基尼系數值的上升，是因為以市場為導向的水資源配置制度導致了經濟發達地區使用了大量水資源，并且不同經濟發展程度地區的用水效率差異進一步造成了該結果。

3.2 水資源利用與經濟要素的不平衡指數分析

下面引入不平衡指數，對西北五省區的水資源利用水平與經濟要素的平衡程度進行量化分析。其中5個地區的不平衡指數列出了從2004-2015年的12 a數據，而在水資源利用占比與各經濟要素占比構成的點到直線b=a的距離上，為了能詳細說明情況，只列出2007、2011、2015年3 a的情況(其實每組點到直線的距離隨時間變化并不大，以上3 a是代表)。依照上述公式(2)和(3)，可算出對應的不平衡指數，和對應的點到直線b=a的距離。其中，Ipop、Iend、Infa、Igdp分別為水資源利用對人口、水資源稟賦、新增固定資產、GDP的不平衡指數，dpop、dend、dnfa、dgdp分別為水資源利用占比與人口、水資源稟賦、新增固定資產、GDP的占比構成的點到直線b=a的距離。

(1)水資源利用與人口的不平衡指數。我國和世界很多古老文明一樣很多城市是依水而建，因為人類的生產生活都需要水資源，水資源豐沛的地方人口一般會比較密集，人口與水資源利用具有一定的相關、匹配關系。從表3可以看出，這些年份該系數基本上在0.2左右浮動，只有2006年相對較高，從整體來講協調程度欠佳，但較為平穩。從表4水資源利用占比與人口占比構成的二維坐標系的點到直線b=a的距離的符號來看，2007、2011和2015年這3 a寧夏、新疆取值為負值，說明這兩個地區人口比重小于水資源利用的比重，而陜西、甘肅、青海的距離都是大于零的，說明這幾個地區的人口比重是大于水資源利用比重的。由這些點這3 a到該直線的距離可以判斷，新疆和陜西兩個地區為水資源利用與人口分布較不平衡地區，甘肅為中等平衡區域，而寧夏和青海為較平衡地區。

表3 水資源利用與經濟要素的不平衡指數

(2)水資源利用與水資源稟賦的不平衡指數。對于水資源的利用，一般出于公平性和水資源價格的原因，水資源稟賦高的地區往往會相對利用更多的水資源，它們之間一般具有一定的一致性。從表3可以看出，這12年期間該不平衡指數大致上在0.12～0.18之間振蕩，平衡協調程度一般，波動較大。從表4水資源利用占比與水資源稟賦占比構成的二維坐標系的點到直線b=a的距離的符號來看，2007、2011和2015年這3 a寧夏、新疆、甘肅它們的取值為負值，說明這3個地區水資源稟賦占比小于水資源利用占比，而陜西和青海的取值是正值，說明這兩個地區水資源稟賦占比大于水資源利用占比。由這五省區的這些點到該直線的距離可以判斷新疆和青海兩個地區水資源利用情況與水資源稟賦較不平衡，而甘肅是較平衡區域，寧夏和陜西處于它們之中。

表4 代表性年份水資源利用與經濟要素組成的點到直線的距離

(3)水資源利用與新增固定資產的不平衡指數。一個地區水資源的利用與投資的關系一般比較密切，投資的增長往往就意味著更多的水資源利用，因此水資源利用與新增固定資產具有一定關聯。從表3可以看出，從2004-2015的這十二年期間，水資源利用對新增固定資產的不平衡指數，整體上來講有微上揚的趨勢，并且有幾個年份數值相對特別高，它們是2005、2009和2010年。說明水資源利用與新增固定資產，也就是投資的不平衡程度在加巨，2005、2009和2010年那3個年份由于有國家相關政策影響，新增固定資產相對較多，所以才出現了3個相對高的值。從表4水資源利用占比與新增固定資產占比構成的二維坐標系的點到直線b=a的距離的符號來看，2007、2011和2015年這3 a新疆的取值一直為負數，說明這些地區新增固定資產占比小于水資源利用占比，而陜西一直為正值，說明該地區新增固定資產占比大于水資源利用占比。其他3個省區到該直線的距離在2007年均為負值，在2011和2015年均為正值，但是這3 a數值的絕對值均較小。再由這些點到該直線的距離可知，新疆和陜西的水資源利用與新增固定資產相對不平衡，而寧夏、青海則相對較平衡,甘肅處于這兩組中間狀態。

(4)水資源利用與GDP的不平衡指數。在當今這個水資源配置以市場調節為主的制度背景下，水資源利用自然而然就與經濟發展水平----GDP，有較大的相關性。從表3可以看出，在這12年期間水資源利用對GDP的不平衡指數呈上升趨勢，從0.17上升到了0.20左右。說明水資源利用與經濟發展水平----GDP的不平衡程度在惡化。從表4水資源利用占比與GDP占比構成的點到直線b=a的距離的符號來看，寧夏、新疆的一直為負值，說明這兩個地區的GDP占比小于水資源利用的占比。而陜西、甘肅、青海三省的都為正值，說明GDP的占比大于水資源利用的占比。最后，由點到該直線的絕對距離來看，新疆和陜西的距離一直較大，但是符號相反，這是兩地水資源利用效率造成的，說明這兩個地區水資源利用與經濟發展水平較不平衡，而寧夏的距離一直都相對較小，其平衡狀況相對良好，甘肅和青海的平衡狀態則處于這兩者之間。

3.3 水資源利用與經濟要素的泰爾指數和加權變異系數分析

由于泰爾指數和加權變異系數都是衡量區域內兩種資源匹配程度的方法，并且本文最后用它們得到的結果較為一致，于是就把它們和并列出，如表5所示。由表5可知，西北5省區水資源利用分別與人口、水資源稟賦、新增固定資產、和GDP的泰爾指數和加權變異系數基本上反映了相同的匹配情況。首先，對于水資源利用對人口的泰爾指數，它的取值較為平穩，一直處于0.418～0.475之間，沒有大的起伏。對于水資源利用對人口的加權變異系數，它的取值同樣很平穩，處于1.059～1.165之間，也較穩定。說明水資源利用對人口的匹配程度在這12年間比較平穩，從取值上來看匹配程度相對不匹配。其次，水資源利用對水資源稟賦的泰爾指數，它的取值也相對較為平穩，處在0.388～0.611之間。對于水資源利用對水資源稟賦的加權變異系數，它的取值走勢也較為穩定，處于1.310～1.634之間。說明在2004-2015年期間，西北5省區水資源利用對水資源稟賦匹配程度保持相對較穩定，但是從取值上來講，匹配程度是相對不匹配。再次，對于水資源利用對新增固定資產的泰爾指數，有幾年出現了較大的波動，如2005、2009和2010年，其他年份取值走勢較為平穩，總的取值處于0.209～5.820之間。而水資源利用對新增固定資產的加權變異系數上，它的走勢與前面對應的泰爾指數的走勢類似，也是2005、2009和2010年3 a有較大波動，其余年份相對較平穩。說明在這12年期間，西北5省區水資源利用對新增固定資產的匹配程度受到了相關政策因素的影響，如2008年金融危機之后的經濟刺激計劃，但是整體趨勢較穩定，從取值上來講，也處于相對不匹配狀態。最后，對于水資源利用對經濟發展水平----GDP的泰爾指數，它的取值一直較為穩定，處于0.348～0.475之間，略有上揚趨勢。對于水資源利用對GDP的加權變異系數，它的取值處于1.089～1.271之間，走勢也是較穩定，稍有上升。說明在2004-2015年這12年期間，西北5省區水資源利用對GDP的匹配程度，在取值上來講，是處于相對不匹配的，而且從整體趨勢上來看還有微微上升趨勢。

表5 水資源利用對經濟要素的泰爾指數和加權變異系數

4 結 語

通過上面3組水資源利用對經濟要素的匹配狀況實證分析，可以得到如下的結論：

(1)水資源利用對經濟要素的基尼系數分析表明：西北五省區的水資源利用對人口、GDP的基尼系數，在2004-2015年期間均一直處于0.4～0.5左右，屬于相對不匹配狀態，而且對人口的基尼系數有下降的趨勢，而對GDP的基尼系數有上升的趨勢。在這12年間，水資源利用對水資源稟賦的匹配狀況大多時候是相對不匹配，只有少數年份是處于匹配比較合理，整體走勢處于振蕩狀態。最后，水資源利用對新增固定資產的基尼系數在這期間波動比較大，偶爾處于匹配比較合理狀態，偶爾處于高度不匹配狀態，其余年份是相對不匹配狀態，并有上升趨勢。

(2)水資源利用對經濟要素的不平衡指數分析表明：在2004-2015年間，西北5省區的水資源利用對人口的不平衡指數取值較為穩定，但整體平衡協調度欠佳。而水資源利用對水資源稟賦的不平衡指數在這期間是處于振蕩狀態，平衡協調度相對人口來講較好。水資源利用對新增固定資產的不平衡指數在這期間波動較大，且整體有上升趨勢，平衡協調度不佳。最后，水資源利用對GDP的不平衡指數在這期間呈上升趨勢，且平衡協調度欠佳。并且由對應的點到直線距離來講，新疆和陜西在水資源利用對人口、水資源稟賦、新增固定資產和GDP的協調程度上一直較差，是問題比較嚴重的區域，青海和寧夏則是一直較好，是該區域水資源利用對經濟要素匹配表現得相對較好的區域，而甘肅則在水資源利用對經濟要素的協調程度上做得一般。

(3)水資源利用對經濟要素的泰爾指數和加權變異系數分析均表明：西北5省區在水資源利用對人口和水資源稟賦的匹配協調程度上，在2004-2015年期間走勢比較平穩，但處于相對不匹配狀態。而水資源利用對新增固定資產的匹配程度，在兩種分析里都可得出以下結論：走勢波動較大，且多數時候處于相對不匹配狀態。最后是水資源利用對GDP的匹配程度，兩種分析均指出水資源利用對GDP處于相對不匹配狀態，并且從走勢上看，不匹配程度在擴大。綜上，西北5省區在水資源利用對經濟要素的匹配程度上都是處于相對不匹配的，協調狀況令人擔憂，而且水資源利用對經濟發展----GDP的匹配程度有惡化趨勢。

從3組方法的分析里可以看出，西北地區水資源利用對人口和稟賦的匹配程度在這12年間處于相對不匹配，但是取值較穩定；而對GDP和新增固定資產，它們的匹配程度也是相對不匹配的，而且有惡化趨勢。從西北區域內部來講，新疆和陜西在水資源利用與經濟要素的匹配方面，總體來講較差，甘肅是一般，寧夏和青海則相對較好。為了實現西北地區經濟、社會、環境的可持續發展，必須保證水資源利用與經濟要素經濟發展相協調，同時還要確保地區的生態用水需要，確保水資源利用代際公平。

結合上述總結得出以下建議：進一步加強西北地區的水利設施建設，以提高該地區水資源利用效率，提高水資源利用與經濟發展的匹配度，可以考慮修建大型農田防滲管網，和使用膜下滴灌等灌溉技術；加強對西北地區在非資源消耗密集型產業上的投資，使得西北地區在經濟發展中可以減少對環境的壓力，提高水資源利用效率；由于農業使用了大量的水資源，且使用效率低下，經濟效益也不高，因此可以考慮在缺水地區發展一些需水少效益高的二三產業；考慮把一些需水較大的產業向水資源稟賦較高的地區轉移，避免大規模水資源的調配；在水資源利用政策上對西北區域，特別是新疆和陜西進行傾斜，具體比如對節水行為和節水技術等進行獎勵。