大保護背景下長江經濟帶水資源壓力結構特征與優化路徑

李欣瑾,高玉屏,周申蓓

(1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100; 2.水利部宣傳教育中心，北京 100038)

由于經濟及人口的高速增長，近年來長江大保護戰略在水資源保護和利用方面仍面臨嚴峻挑戰。長江流域自古以來一直是我國經濟貿易最頻繁、人口最為密集的流域，被譽為“中國的經濟脊梁”。依托黃金水道形成的長江經濟帶，坐擁超全國44%的水資源量，經濟總量占全國46.9%，省均城鎮化率為61.7%，養育全國43%人口。長江沿線城鎮化建設的推進和人民消費結構的升級加劇了長江水資源的消耗，使部分省市水資源壓力問題凸顯。同時，長江流域與全國其他地區的貿易使地區水資源壓力發生了轉移，部分水資源相對匱乏的地區事實上承擔著其他地區用水的支撐責任。加之南水北調正式通水之后，跨流域調水進一步導致長江經濟帶的用水矛盾更加顯著[1]。緩解水資源矛盾及壓力是“十四五”時期長江經濟帶繼續支撐全國經濟社會高質量發展所需解決的約束性問題。從2016年習近平總書記提出“共抓長江大保護”的戰略思想，到2019年兩部委印發《長江保護修復攻堅行動計劃》，再到2021年《長江保護法》的正式實施，“長江大保護”成為貫徹落實長江經濟帶高質量發展的核心理念。

目前，國內外學者聚焦長江經濟帶區域的水資源壓力研究較少，且內容集中在壓力的對比分析[2-3]，相關主要包括以下3個方面。①水資源壓力水平的評價。普遍采用單一指標法、綜合評價法、供需比值法和水足跡評價法[4-12]，衡量流域或地區的水量、水質及綜合水資源現狀。②水資源壓力與社會經濟的耦合關系研究。重點探究影響水資源壓力和社會經濟要素耦合協調發展的內外部因素，從而為緩解水資源壓力及促進經濟社會和水資源協同發展提供決策建議[13-18]。③水資源壓力的驅動因素分析。主要從人口因素、虛擬水因素角度分析其對水資源壓力的驅動方向和程度[19-21]，以及綜合分析結構效應、技術效應、經濟效應和人口效應對地區水環境的影響[22-23]。現有研究缺乏從長江經濟帶作為支撐帶角度分析水資源壓力結構的時序特征分析，也少有結合虛擬水工具分析水資源壓力的結構和演變。

本文將以“大保護”為研究背景，基于壓力指數法和多區域投入產出模型，討論長江經濟帶實際用水壓力特征和虛擬水視角下水資源壓力內外轉移的演變，以探究長江經濟帶作為國家重要支撐帶的水資源可持續發展水平，為有效應對長江經濟帶當前及未來的面臨的水資源危機提供政策建議。

1 研究方法與數據

1.1 分析框架

長江經濟帶的水資源壓力包含兩部分，一是從當地取水所產生的實際用水壓力；二是貿易隱含虛擬水量的流動造成的壓力轉移，具體表現為虛擬水的流動在緩解輸入區水資源壓力的同時也增加了輸出區的水資源壓力[24,25]。因此，在“長江大保護”戰略背景下，構建如圖1所示的研究框架。

圖1 研究框架

1.2 研究方法

1.2.1長江經濟帶虛擬水流動量的計算

關于虛擬水流動的分析主要采用投入產出法(IO)，包括單區域投入產出法(SIRO)與多區域投入產出法(MRIO)[26-28]。SRIO無法刻畫各部門間的產業關聯和貿易的多向反饋效應[29]，導致計算結果不能準確體現地區間最終消費對水資源環境造成的影響。多區域投入產出(MRIO)模型能反映商品與服務的區域間貿易[30]，將研究內容從單個區域內部擴展到不同區域和產業之間的經濟聯系，通過加入水資源因素便可追蹤到包含在各地區各部門的生產消費中的水資源流動情況，故本文基于MIRO模型分析地區間與部門間的虛擬水流動。

由多區域投入產出表可得：

(1)

式中：xri為r地區i部門的總產出；xrisj為r地區i部門對s地區j部門的中間投入；fris為s地區對r地區i部門的最終使用；eri為r地區i部門的出口。

直接消耗系數是指s地區j部門單位產出需要消耗r地區i部門的產出量：

(2)

將式(2)代入公式(1)得：

(3)

將式(3)改寫為矩陣形式：

Xr=ArsXr+Frs+Er

(4)

變化整理得：

Xr=(I-Ars)-1(Frs+Er)

(5)

其中，L=(I-Ars)-1為Leontief逆矩陣，可衡量s地區的單位最終使用需要r地區產品的完全投入量(直接和間接投入之和)，也稱完全消耗矩陣。

引入直接水資源消耗系數與完全水資源消耗系數來擴展多區域投入產出模型，r地區i部門的直接水資源消耗系數可表示為

(6)

而完全用水系數矩陣是用Leontief逆矩陣與直接水資源消耗系數矩陣相乘，公式如下：

δ=PL

(7)

式中：P為水資源消耗系數單位行向量；L為里昂惕夫逆矩陣。

最終，地區間經濟貿易隱含虛擬水矩陣可由下式表示：

W=δF

(8)

地區r虛擬水凈流入量為流入總量與流出總量之差，即

Wr=Wi-We

(9)

式中：Wi為虛擬水流入總量；We為虛擬水流出總量。

1.2.2水資源壓力指數

水資源壓力指數包括實際水資源壓力指數I和假設水資源壓力指數I*。I是從水量角度建立的地區直接水資源消耗壓力評價指數，通常可劃分為四個等級[10]，分別為低壓力(0

(10)

式中：WU為地區水資源使用量；Wt為地區實物水凈調出量(跨流域調水工程)，主要涉及南水北調中線和東線工程。其中，東線工程由江蘇揚州江都水利樞紐抽長江引水，年均調水量僅占長江多年平均水量的0.99%，主要對長江經濟帶區域中的江蘇省水資源壓力產生影響。中線工程的水源地為丹江口水庫，年均入庫水量為388億m3，其中85%由漢江匯入、15%由漢江支流丹江匯入。據統計，中線一期調水量占水庫總水量24%。因此，南水北調中線工程主要對漢江中下游涉及的湖北省的水資源壓力產生影響。Q是研究期間地區水資源可利用量的年度平均值，借鑒前人研究[30]，取水資源總量的40%作為地區水資源可利用量。

在假設地區r沒有實物水調出前提下，且虛擬水凈流入量均由本地區水資源供給的條件下，則該地區的假設水資源壓力指數I*為

(11)

將I*和I作差可得到虛擬水對地區壓力的貢獻(公式12)，如I

(12)

1.3 數據來源與處理

本文基于《2002年中國30省市地區間投入產出表》《2007年中國30省市地區間投入產出表》《2012年中國31省市地區間投入產出表》，分析長江經濟帶11省市對內、對外的虛擬水流動情況。因2017年數據暫未更新，故選取《2017年中國地區投入產出表》并轉化為非競爭型投入產出表，對虛擬水的流入流出量進行粗略估算。參考《國民經濟行業分類》將產業部門合并成18部門。此外，各地區水資源總量、用水量數據來自《中國統計年鑒》與各省市水資源公報。

2 結果分析

2.1 長江經濟帶用水壓力結構特征分析

在考慮了南水北調調水量對地區影響的基礎上，運用水資源消耗量與水資源可利用量年均值的比值來反映長江經濟帶水資源的實際壓力程度，結果如圖2所示。總體來說，2002—2019年長江經濟帶水資源壓力由0.45上升至0.55，即一直處于高壓力狀態，但增長速率相對不大且在2013—2014年、2016—2017年等存在明顯的壓力下降，這與2013年最嚴格水資源管理制度的施行及2016年《長江經濟帶發展規劃綱要》的發布有極大的相關性。可以預見，整個經濟帶的水資源壓力會隨著水資源管理政策的實施而有所緩和。

長江經濟帶各省市的壓力年均值和變化趨勢差距較為明顯。由圖2所示，上海、江蘇兩地區年均壓力指數分別達到7.60和3.29，屬于水資源超高壓力水平地區。這一方面由于上海、江蘇人口體量大、經濟的高速發展導致水資源消耗量較高；另一方面，江蘇、上海自產水資源十分有限，每年都需要引入過境水來解決水資源供需矛盾[31]，因此地區相對較低的水資源稟賦無法滿足居民和企業的日常生產生活需求從而使壓力呈現較高水平。浙江、安徽、湖北、湖南4個地區呈現高壓力水平，其中浙江和安徽近幾年壓力呈現明顯的下降趨勢，而湖北、湖南壓力水平卻存在波動上升的情況。尤其需要關注湖北省，近年來因南水北調中線工程調水導致地區水資源實際消耗量的增加進而水資源壓力增幅較大。剩下的5個省市，由江西、重慶、四川、貴州這4個水資源消耗中壓力水平的地區與云南1個水資源低壓力水平的省市組成。依近3年壓力變化趨勢推測，未來江蘇、江西、湖北、貴州水資源壓力水平存在遞增的風險，而安徽、浙江、重慶、云南、四川壓力可能會進一步降低。

圖2 2002—2019年長江經濟帶及其各省市水資源壓力指數

為明晰長江經濟帶水資源空間特征，選取最新數據繪制水資源壓力的空間分布情況。由圖3可知，長江經濟帶各省市水資源消耗壓力的程度沿流域由東向西大致呈現遞減狀態。其中下游地區水資源壓力指數最高，中游次之，上游地區最低。這一現象與經濟發展存在東高西低梯度分布特征相一致，并由此可以推斷上中下游存在壓力不均衡的原因主要是受到地區水資源稟賦、產業結構分布、經濟發展水平以及人口等因素的疊加影響。

圖3 2019年水資源壓力的空間分布情況

2.2 長江經濟帶水資源壓力轉移的時空演變

隨著長江經濟帶支撐全國經濟社會發展的重大戰略地位的不斷強化，其內部以及與外部的貿易交流愈加密切，而隱含在貿易中的水資源也隨之轉移，最終導致長江經濟帶水資源壓力的流轉。以虛擬水為工具，分別從長江經濟帶內部、外部兩個視角出發，可以有效衡量虛擬水流動對長江經濟帶各省市壓力的影響及變化趨勢。

2.2.12002—2012年長江經濟帶內部壓力轉移的時空演變

分別用不同的顏色代表11省市對內虛擬水流出量和路徑，繪制2002—2012年長江經濟帶內部虛擬水流動的和弦圖見圖4所示。外環的大小表示每個省(市)的虛擬水對長江經濟帶內部的流動量占整個長江經濟帶流動總量的比重，外環越大即虛擬水流出量越多。內部和弦的粗細代表流動量的大小，和弦的顏色由兩區域之間虛擬水凈流出一方決定。需要說明的是，為更清晰觀察各個省市的相互關系，圖4只顯示虛擬水流量大于2億m3的路徑。

由圖4可知，2002—2012年期間，隨著社會經濟的發展，地區間的貿易交流愈加頻繁，長江經濟帶內部各地區虛擬水流量大于2億m3的路徑呈增多的趨勢。其中，2002年虛擬水轉移量的最大路徑為浙江轉移給江蘇18.72億m3、2007年為安徽轉移給上海12.22億m3、2012年為安徽到江蘇12.98億m3。由此可知，最大轉移量均發生在下游地區，較大的水資源壓力也一直在下游地區流轉。研究期間虛擬水流出量水平較高的地區為江蘇、安徽、湖南、湖北、江西，而流入量水平較高的地區為上海、浙江、江蘇。進一步平衡2002—2012年的11省市虛擬水流入流出量，江蘇、安徽、湖南、湖北、江西主要呈現虛擬水凈流出狀態，且安徽和江西的虛擬水凈流出量為上升趨勢。雖然總體上豐富的長江過境水可以支撐江蘇、安徽等中下游地區的發展需求，但仍存在不合理的狀態。具體表現為中下游部分省(市)自身水資源稟賦相對較低，虛擬水的凈流出通過將外省的壓力對內轉移進而造成當地對長江過境水依賴性加強，區域抗風險能力較差。相反地，上海、浙江、重慶主要為虛擬水凈流入地區，原因可能是地區經濟發達和消費水平高，從而使本地的水資源壓力轉移通過貿易轉移給其他省份。

圖4 2002—2012年長江經濟帶內部虛擬水轉移流向關系圖

從地區分布來看，虛擬水凈流出的省市主要集中在長江中下游地區，這與“虛擬水戰略”是相悖的。尤其長江下游地區擁有水資源量遠低于上游地區，但卻為長江經濟帶的經濟社會發展承擔了較高的水資源壓力，從側面體現長江經濟帶的壓力結構不合理，不斷加劇水資源相對不富裕的中下游地區的水資源壓力。分析其原因，主要是受到地區的經濟體量高低和產業分布的影響，如地區貿易體量大且貿易交流的產品源自耗水量大的部門，則該地區虛擬水流出量及水資源壓力均較大。

2.2.22017年長江經濟帶虛擬水流動量估算

由2017年虛擬水流入流出量的估算可知(見圖5)，各省市壓力轉移情況在延續歷史發展趨勢的基礎上有新變化。總體來說，上海、江蘇、浙江、湖北、重慶、貴州等省市呈現虛擬水凈流入狀態，即通過省外貿易緩解地區的部分用水壓力。其中湖北、重慶、貴州省延續了自2002年虛擬水凈流入呈單調遞增的趨勢；上海一直處于凈流入量上下波動狀態；而江蘇省的虛擬水由2007、2012年的凈流出轉變為2017年的凈流入，這一變化體現江蘇省的超高用水壓力有緩解的趨勢，歸因于供給側改革的有效落實、貿易結構的優化調整，其水資源壓力結構正朝良性方向發展。

圖5 2017年長江經濟帶各省市虛擬水流動量

2017年安徽、江西、湖南、四川和云南省的虛擬水呈現凈流出狀態，在一定程度上承擔了受水地發展而帶來的水資源壓力。因流入總量增幅大于流出總量，所以安徽、江西、湖南省在平衡后的虛擬水凈流出總量比2012年有小幅度遞減。四川、云南省的壓力轉移無明顯規律，可能與對外貿易值的波動相關。

2.2.32002—2012年長江經濟帶對外用水壓力轉移的時空演變

由長江經濟帶虛擬水量的整體對外流動可以得出(表1)，2002—2012年長江經濟帶的流出量是呈現單調遞增趨勢，從2002年266.2億m3的上升到2012年的407億m3，增幅高達52.9%。這不僅表明長江經濟帶落實了拉動全國經濟發展的戰略任務，還反映了其承擔的水資源壓力也是呈增長趨勢。與此同時，長江經濟帶虛擬水流入量也是呈上升趨勢，即其他省市通過貿易緩解了一部分長江經濟帶的水資源壓力。平衡流入流出量，結果表明長江經濟帶一直處于虛擬水凈流入狀態，且凈流入值呈現先下降后上升趨勢。由此，若單從貿易隱含水資源流動視角看，全國其他省市為長江經濟帶的戰略支撐作用的有效發揮提供了資源保障。

表1 長江經濟帶對外貿易各地區虛擬水流動量 單位：億m3

匯總上中下游的流動情況，虛擬水的對外流動結果反映了壓力結構在朝不合理的狀態演變。研究期間，上游虛擬水由凈流出轉變為凈流入的狀態，且有繼續增長的態勢；中游地區一直處于單調遞增的凈流出趨勢；而下游地區的凈流入量下降幅度較大，由139億m3下降到52.5億m3，且未來可能會轉變為凈流出區域。這一趨勢體現了在全國社會經濟不斷發展過程中，長江經濟帶中游和下游地區承擔了越來越大的水資源壓力，但對水資源豐富的上游地區的水資源壓力卻有一個積極的效應。因此，上游地區應充分發揮資源優勢，適度擴大水資源密集型產品的生產，在通過貿易緩解中下游的水資源壓力的同時，也能實現地區經濟水平的提升；而對于中、下游需要提高生產生活的用水效率，優先發展節水行業。

進一步觀察地區層面的變化趨勢，地區間壓力結構的時空分布存在顯著差異。其中位于中、下游的江蘇、安徽和江西從虛擬水凈流入狀態轉變到凈流出狀態，即水資源壓力由外部向本地區轉移，且虛擬水凈流出總量朝繼續增長的方向發展，該壓力轉移結構與實際用水壓力不協調，可能會進一步加劇長江經濟帶的水資源壓力狀態的不均衡。湖南和湖北省一直是虛擬水凈流出狀態，依據一直以來其實際用水壓力指數年均處于高壓力狀態，按此趨勢湖南湖北將面臨水資源不可持續問題；而上海、重慶和浙江保持凈流入狀態，通過引入高耗水的產品滿足內部需求從而一定程度上緩解本地的水壓力。其余省市的流動無固定的發展趨勢，壓力轉移情況也有所波動。

2.3 虛擬水流動和跨流域調水對長江經濟帶水資源壓力結構的貢獻

2002—2012年虛擬水流動對長江經濟帶水資源壓力的影響有正向的和負向的，總體上貿易隱含虛擬水和跨流域調水的疊加影響緩解了長江經濟帶的用水壓力。具體地區的貢獻特征見圖6。

在I*大于I時，表明虛擬水流動和跨流域調水減小了該地區的水資源消耗壓力，差值越大即壓力水平減小的越多；反之，則加劇地區水資源壓力。由圖6中I*與I的對比分析可知，虛擬水流動對緩解水資源壓力作用較大的區域為上海、浙江和重慶，2002—2017年其假設壓力值I*顯著大于實際壓力值I，降低用水壓力程度較為明顯。而安徽、江西、湖北、湖南地區的情況完全相反，由于在2007—2017年期間保持著虛擬水凈流出的狀態，尤其在安徽、湖北和湖南水資源壓力處于較高狀態的前提下，虛擬水的對外流動無疑進一步增加了地區的壓力值。長遠來看，這種壓力結構是不協調的，水資源的不可持續將會制約區域高質量發展進程。除此之外，江蘇和貴州省在經歷了2007—2012年虛擬水對地區水壓力的負向作用后在2012—2017年出現扭轉局勢，即綜合作用緩解了兩地的水資源壓力，且實際水資源壓力遠低于假設水資源壓力。上述轉變得益于兩地區能較好地統籌經濟發展和水資源消耗的關系，不僅從產業結構上鼓勵低耗水高附加值的產業發展，而且通過貿易進口水資源密集型且需求較大的商品，如農產品等。

圖6 2002—2017年I*與I的對比分析

因此，針對長江經濟帶不同地區應依據區域實際水資源壓力和經濟情況采取不同的優化措施。以經濟發展較好的上海為代表的超高水資源壓力地區，應利用其強大的需求力繼續保持虛擬水凈流入在合理區間，將部分用水壓力向外轉移，同時提高用水效率和加大生產生活的節水力度；對于四川、貴州、云南等經濟實力相對較弱的區域，以地區水資源高壓力為閾值，適度生產富水產品以滿足國家戰略所必需。

3 長江經濟帶水資源壓力結構優化路徑

a.從“大保護”背景下對用水量的控制角度，需協調長江經濟帶上中下游的供需關系，促進區域水資源量的可持續利用。由長江經濟帶水資源壓力與經濟發展均存在東高西低梯度分布特征可知，上中下游的空間均衡性有待進一步加強。具體來說，下游區域應堅守“以水定城、以水定產”的原則，加大節水技術投入和節水型社會建設，發揮產業的輻射和帶動作用適當轉移耗水產業，控制下游的水資源壓力水平，以需水管理模式帶動城市的經濟發展。

長江經濟帶內部虛擬水轉移量的最大路徑均發生在下游地區和凈流出的主要省市也是集中在中下游地區的研究結果，體現了上中下游因供需關系引發水資源壓力結構失衡。雖然受經濟體量和人口因素的影響，但總體上水資源稟賦較差的下游地區向富水地區凈輸出水資源不符合水資源合理利用的理念。主要呈現對內凈流出狀態的江蘇、安徽、湖南、湖北、江西需要發揮好自身的區位優勢和強大需求力，將高水資源壓力合理的向上游地區轉移，以實現整個長江經濟帶能作為有機整體，合理分工，保證水資源壓力和經濟發展的內部均衡。

b.從“大保護”背景下對產業結構的管理目標出發，應建立更科學的產業布局并進一步提高用水效率。產業用水是資源開發和最終消耗的中間環節，可以帶動用水量、用水結構、用水效率發生變化。就2002—2019年長江經濟帶及其內部省市的實際水資源壓力演變來看，可能存在各地區產業結構不合理的現象。對于上海、江蘇等經濟發展水平高但屬于超高用水壓力的地區，理應嚴格控制水資源密集型產業的生產規模，運用先進技術積極探索和鼓勵低耗水、高效益的產業發展，如服務業和高端制造業，這樣既保證區域的經濟效益不減少又可緩解生產生活耗水對水資源稟賦較低地區造成的壓力。反之，四川、貴州、云南等豐水地區，可以適度承擔長江經濟帶國家戰略必需但水資源相對密集的產業的發展，充分發揮水資源優勢帶給地區的經濟發展。總體看，無論是相對缺水亦或者豐水地區均要注重各行各業的技術升級、提高產業的用水效率、加快推進節水型社會建設，進而達到水資源的可持續發展的目標。

c.基于“大保護”背景下對地區經濟發展的規劃角度，要改進長江經濟帶目前并不合理的區域間貿易結構。長江經濟帶作為國家發展的戰略支撐帶，在與全國各地進行貿易交流的同時，中游和下游地區承擔了越來越大的水資源壓力，同時通過貿易對經濟帶以外的水資源支撐也達到了一個新的高度。位于中、下游的江蘇、安徽和江西從虛擬水凈流入狀態轉變為凈流出狀態，一方面支撐了其他地區的可持續發展，但也導致了這些地區的水資源壓力趨于緊張的態勢。考慮到造成水資源對外壓力轉移結構變化的貿易輸出結構因素，長江經濟帶中下游地區應更加重視服務及貿易的發展，增加輸出水資源密集程度較低的高附加值產值比例，適當擴大高耗水產品的區域外進口規模，力爭通過貿易隱含虛擬水的流入使中下游地區水資源保持在壓力閾值下。關于水量豐富的上游地區，應在確保大保護的前提下加快探索生態產業化的綠色發展之路，加大中下游對上游的生態補償和投資。

d.考慮“大保護”下對長江經濟帶水資源的合理配置，應平衡好虛擬水流轉和南水北調跨流域調水的總量。自2013年南水北調工程正式通水后，在極大地緩解了華北地區缺水問題的同時也造成了河南、湖北和江蘇水源地可利用水資源消耗量的增加。雖然長江經濟帶水資源總量豐富，調水量只占干流流量的1%不到，但跨流域調水會對支流和水源地造成的水資源壓力不容忽視[32]。結合上述分析中上海、江蘇、安徽、湖北等中下游的水資源消耗壓力水平較高的結論，因此需要進一步科學配置跨流域調水總量，以水源地的水資源高壓力閾值為邊界，平衡社會用水需求和解決水資源時空分布不均問題。在水源地已經輸出較大量實物水的前提下，這些地區應該減少水資源密集型產品的省際間供應，避免貿易隱含虛擬水對外轉移量和跨流域調水對地區施加的雙重水資源壓力。此外，對于長江經濟帶以外極度缺水的地區，因立足自身社會、政策和產業的適應能力建設，不能對跨流域調水形成工程依賴，以減少長江經濟帶內部水資源矛盾和多余的人力、經濟消耗。