近20年我國虛擬水、能消耗及耦合和需求預測

王風初,曹建軍*,王 寧,焦雨萌,李 裕 (.西北師范大學地理與環境科學學院,甘肅 蘭州 730070；.西北民族大學化工學院,甘肅 蘭州 730030)

虛擬水、能(商品生產、服務和消費過程中所消耗的水資源或能源)概念的提出,極大豐富和拓展了傳統實體水、能的內涵[1-2],為化解不同尺度上水、能資源危機提供了一個全新視角.例如,通過貿易方式從富水國家或地區購買糧食等水密集型產品的“虛擬水戰略”[3],為缺水國家或地區獲取水資源和保障糧食安全具有重要的借鑒和啟發意義.類似地,“虛擬能戰略”也可為能源的空間優化配置及可持續利用提供獨特思路.

在虛擬水研究方面,Antonelli等[4]通過對過去30年中東和北非地區糧食安全和食品用水關系的分析,發現該地區的糧食安全在很大程度上依賴于其它地區的水資源.Sreevidhya[5]量化了 2006～2016年間印度牲畜和食品進出口虛擬水貿易量后,發現研究期內該國通過出口大米、玉米和水牛肉等輸出的虛擬水高達 496.9Gm3,而通過進口腰果、豆類和小麥等輸入的虛擬水僅為237.2Gm3,不到輸出的一半.Deng等[6]通過計算2006～2015年19個國家之間的虛擬水貿易量,發現這一時期19個國家的虛擬水貿易輸入、輸出量均有不同程度的增長.其中,中國輸入和俄羅斯輸出的增長率最高;與第二產業和第三產業相比,第一產業形成的虛擬水貿易網絡更為密集.孫思奧等[7]根據2012年的投入產出表,測算了青藏高原與其他區域間的虛擬水貿易關系,發現青藏高原為虛擬水凈輸出地區,主要在于該區域的產品出口結構由農產品主導;在虛擬能研究方面:Graaf等[8]研究了荷蘭對外貿易與能源強度之間的關系后,發現荷蘭長期以來一直是虛擬能凈輸出國,并由此抵消了國內因效率和技術提高、消費模式改變等使能源強度下降而帶來的收益.Gasim等[9]通過對 41個經濟體虛擬能空間指數分解分析及專業化在重塑貿易模式中的作用檢驗后,發現許多工業化國家為虛擬能凈輸入國,而許多發展中國家為凈輸出國.同時,在輸出的虛擬能中,專業化程度起主導作用、能源強度和貿易平衡次之.Yang等[10]通過建立環境投入產出生命周期評價模型,對中美兩國各產業部門的直接和完全能耗系數及進出口貿易中的虛擬能消耗量進行了分析,發現中國是虛擬能凈輸出國,其中煤炭、原油和天然氣是主要的能源出口類型.而且,中國輸入的能源再次通過貿易以產品的形式輸出至美國.Zhang等[11]基于多區域投入產出模型,研究了 2002～2007年間我國貿易中虛擬能流動的時空變化,發現該期區域間貿易虛擬能總消耗量增加了約兩倍,其中東海岸、南海岸、北海岸和京津地區是虛擬能的凈輸入地區,而西北、中部、東北和西南地區是凈輸出地區.王雪艷等[12]、楊蕾等[13]等基于投入產出模型,分別對甘肅省、廣東省虛擬能的貿易狀況進行了分析,其中前者發現 2007～2012年甘肅省人均虛擬能消耗量和能源生產總量均呈上升趨勢,且虛擬能消耗量增幅遠高于能源生產總量增幅,后者發現雖然2007年廣東省化工業、交通運輸業及建筑業等對虛擬能的需求較大,且其直接與完全耗能系數較高,但該省卻為虛擬能凈輸出地區,從而使能源失衡問題更為嚴重.

總之,在虛擬水、能戰略的導向下,研究人員從不同方面對區域和國家間的貿易格局進行了大量研究.這些研究為全球及區域范圍內水、能資源的空間優化配置,即資源稟賦豐富地區向貧乏地區的轉移提供了重要的科學和實踐依據.然而,這些研究多以單一的虛擬水或虛擬能為研究對象,將二者及其耦合狀況納入同一研究的案例極度缺乏,無法為水、能資源的協調和可持續利用提供理論支撐.對我國而言,全國尺度、長時間序列上有關虛擬水、能消耗及其耦合協調的研究亦非常少見.基于此,本研究將我國1997～2018年虛擬水、能消耗變化特征進行整合研究,并采用隨機森林模型分別對影響其消耗量的主要因素進行了深入挖掘.在此基礎上,進一步運用耦合度和耦合協調度模型分析二者的耦合協調關系,以更有針對性地提出減少虛擬水、能消耗量及促進二者耦合協調發展的具體舉措.

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文所用數據主要來自于國家統計局發布的1997, 2000, 2002, 2005, 2007, 2010, 2012, 2015,2017, 2018年的《全國投入產出表》、《水資源公報》、《中國統計年鑒》和《中國能源統計年鑒》等.根據國家統計局《三次產業劃分規定》,將《全國投入產出表》中的部門分為第一產業、第二產業、第三產業.其中,第一產業、第二產業用水數據分別來自《水資源公報》中的農業和工業用水量;第三產業用水數據,以生活用水中的城鎮公共用水代替[14-16].

1.2 研究方法

1.2.1 投入產出模型 投入產出模型最早由經濟學家Leontief于20世紀30年代提出[17].投入產出表是用矩陣形式來描述國民經濟各部門在特定時期內生產過程中的投入來源和產出方向,揭示國民經濟各部門間相互提供、相互消耗的數量關系[18].本文基于 1997～2018年全國投入產出表,加上各產業水資源(能源)的直接消耗量,構成全國水資源(能源)投入產出表.

(1)直接用水(能耗)系數:僅考慮以自然形態投入的水資源(能源)量.產業部門直接用水(能耗)系數計算公式如下:

式中:qj表示第j產業直接用水(能耗)系數,wj表示第j產業直接用水(能耗)量,Xj表示第 j產業的總產出,各產業的直接用水(能耗)系數構成直接用水(能耗)系數行向量Q=(q1,q2,q3).

(2)完全用水(能耗)系數:不僅考慮了以自然形態投入的水(能源)的數量,還考慮了產品生產過程中其它產業部門的中間投入而產生的水(能源)的消耗.完全用水(能耗)系數向量計算公式如下:

式中:(I-A)-1為投入產出模型下的 Leontief逆矩陣,即本區域的產業乘數矩陣,其中 A為直接消耗系數矩陣(中間投入/總投入).行向量 H=(h1,h2,h3),其元素hi為第j產業完全用水(能耗)系數.

(3)用水(能耗)乘數:完全用水(能耗)系數與直接用水(能耗)系數的比值.反映某一產業因生產需要對其他產業用水(能耗)量的間接帶動,從而使其他產業的用水(能耗)量增加,計算公式如下:

式中:M為用水(能耗)乘數矩陣,H為完全用水(能耗)系數矩陣,Q為直接用水(能耗)系數矩陣.

(4)虛擬水(能)消耗量:區域內最終需求的用水(能耗)量.計算公式如下:

式中:tj表示j產業為生產最終使用產品而對整個經濟系統各產業的直接和間接需水(能源)總量,s表示投入產出表中的最終使用量,h為完全用水(能耗)系數.

1.2.2 隨機森林模型 隨機森林模型由Breiman[19]于2001年提出,是由眾多決策樹并行式集成學習的方法.隨機森林可以解釋若干自變量(X1X2X3...)對因變量Y的作用.基于bootstrap重抽樣,進行多次抽樣,并以此構建分類樹,在生成的眾多分類樹中,選擇重復程度最高的樹作為最終結果[19].

借鑒相關研究成果[20-21],選擇城市化率、GDP、人均水資源量、第一產業用水占比、第二產業用水占比、第三產業用水占比、第一產業完全用水系數、第二產業完全用水系數、第三產業完全用水系數作為虛擬水消耗量的影響因素;選擇城市化率、GDP、人均能源生產量、第一產業能耗占比、第二產業能耗占比、第三產業能耗占比、第一產業完全能耗系數、第二產業完全能耗系數、第三產業完全能耗系數作為虛擬能消耗量的影響因素.利用隨機森林模型對這些指標的重要性進行篩選.

1.2.3 綜合評價指數模型 綜合評價指數反映系統的綜合發展水平.綜合評價指數模型是運用極差標準化對原數據進行歸一化處理,再通過加權求和的方法[22],可分別計算出虛擬水、能各系統的綜合評價指數.

(1)指標體系構建

綜合考慮虛擬水、虛擬能之間的相互作用機理,并借鑒已有研究成果[23-24],將虛擬水、能各系統分為總量、結構、效益三個方面,構建虛擬水-虛擬能系統綜合評價指標體系(表1).

表1 虛擬水-虛擬能系統綜合評價指標體系Table 1 Comprehensive evaluation index system of virtual water-virtual energy system

首先,運用極差標準化對原始數據進行無量綱化處理:

式中:Xij為指標原始值;X'ij為指標標準化后的數值;maxXij、minXij為研究期間內 j指標的最大值和最小值.

(2)采用熵值法確定指標權重,將各指標同度量化,計算第j項指標第i年指標值的比例pij:

式中:m為統計年數;X'ij為標準化后的指標值.

計算第j項指標信息熵ej:

式中:0≤ej≤1

計算差異系數gj:

熵值越小,指標間的差異性越大.

計算指標權重Wj:

(3)綜合評價指數

計算公式如下:

式中:t為年份,Wi、Wj分別為虛擬水、能各指標的權重,X’it、Y’jt分別為各指標的標準化數值,f(x)、g(y)分別為t年份虛擬水、能各系統的綜合評價指數,指數越高則表示發展水平越高,指數越低則表示發展水平相對滯后.

1.2.4 耦合度及耦合協調度模型 參考 Xu等[25]的研究,利用耦合度表示虛擬水、能系統之間相互作用關系的強弱.本文涉及虛擬水、能兩個系統,故耦合度模型可采用如下公式:

式中:C表示耦合度,耦合度C∈[0,1].

耦合度模型雖然能夠反映耦合作用的強弱,但無法反映出協調發展水平的高低,故引入耦合協調度模型[26],以評價虛擬水-虛擬能系統發展的耦合協調程度,即

式中: D表示耦合協調度,C表示耦合度,T表示綜合評價指數.

參考相關學者研究[27],根據耦合協調度,對耦合協調類型進行劃分(表2).

表2 耦合協調度等級分類及評價標準Table 2 Grade classification and evaluation standard of coupling coordination degree

1.2.5 Mann-Kendall趨勢檢驗法 Mann-Kendall趨勢檢驗法是一種非參數檢驗方法[28-29],是檢驗序列變化趨勢的有效工具,該方法不要求檢驗數據服從正態分布,且不受個別異常數值的影響,能有效區分某一自然過程是處于自然波動還是存在確定的變化趨勢,被廣泛應用于分析氣象、水文等因素隨時間變化[30],首先定義統計量 S與統計檢測值 Z,計算公式分別為:

式中: Xj為時間序列的第j個數據值,n為數據樣本長度.

利用Z值進行趨勢檢驗分析,其中Z＞0表示上升趨勢,Z＜0表示下降趨勢.當Z的絕對值≥1.28、1.64、2.32時,表示判別結果分別通過了信度為90%、95%、99%的顯著性檢驗.

1.2.6 指數平滑模型 Brown[31]首先提出指數平滑模型用于時間序列的分析預測.該模型通過提高近期數據在預測中的重要程度,減小遠期觀察值的影響,預測值更能反映時間序列的變化趨勢.本文利用SPSS21.0軟件中時間序列分析功能,通過計算穩定系數(R2)、均方根誤差(RMSE)、平均絕對誤差(MAE)和平均絕對誤差百分比(MAPE)等,在綜合考慮各統計量數值的基礎上,確定最優預測模型[32].

1.3 研究框架

首先,基于投入產出表,計算了虛擬水、能消耗量,并對其消耗系數和在不同產業間的配置狀況及原因進行了分析.接著,研究了虛擬水-虛擬能系統的耦合協調情況.最后,根據虛擬水、能和實體水、能消耗量,對未來10年虛擬水、能和實體水、能消耗量進行預測.

2 結果與討論

2.1 1997～2018年我國虛擬水、能消耗總量及產業占比

Mann-Kendall趨勢顯著性檢驗分析顯示,1997～2018年虛擬水、能消耗總量均呈顯著上升趨勢(圖1、圖2).與 1997年相比,虛擬能消耗總量增加了8.95×109t標準煤(增幅 353%),虛擬水消耗總量增加了 5.16×1012m3(增幅 207%).三大產業虛擬水、能消耗量也呈顯著上升趨勢,其中第三產業的增幅(分別為377%和 483%)高于第一產業(分別為198%和292%)和第二產業(分別為179%和 335%);三大產業中,虛擬水、能消耗量占比最大的分別為第一和第二產業.

圖1 1997～2018年我國三大產業虛擬水消耗量及占比Fig.1 Virtual water consumption of the three major industries from 1997～2018 and it’s proportion

圖2 1997～2018年我國三大產業虛擬能消耗量及占比Fig.2 Virtual energy consumption of the three major industries from 1997～2018 and it’s proportion

2.1.1 影響我國虛擬水、能消耗量的主要因素 隨機森林模型結果表明:GDP、第一產業完全用水系數、第三產業完全用水系數是影響虛擬水消耗量的主要因素(總解釋度＞70%)(表3),而城市化率、GDP、人均能源生產量、第三產業完全能耗系數是影響虛擬能消耗量的主要因素(總解釋度＞70%)(表4).

表3 虛擬水消耗量影響因素重要性排序(%)Table 3 Importance ranking of the influencing factors of virtual water consumption(%)

表4 虛擬能消耗量影響因素重要性排序(%)Table 4 Importance ranking of the influencing factors of virtual energy consumption(%)

GDP和第三產業完全用水(能耗)系數影響虛擬水、能消耗量的原因為:GDP的增長通過增加最終產品,引起虛擬水、能的額外消耗.同時,其可增加居民的可支配收入,進而改變其消費結構,最終增加虛擬水、能的消耗[33-34];第三產業間接依賴于第一、二產業,其完全用(水、能)系數的變化會引起第一、二產業完全消耗(水、能)系數的變化,進而對虛擬水、能消耗總量產生影響.

第一產業完全用水系數影響我國總虛擬水消耗量的原因可歸納為:1)由于我國人口基數龐大,對糧食等農產品的需求旺盛[35],使農業用水量較大,占虛擬水總消耗量的絕大部分[36](圖1);2)我國農業用水效率較低.據統計,我國灌溉用水利用率只有20%～40%,而發達國家達80%～90%[37].

城市化率和人均能源生產量影響我國總虛擬能消耗量的原因在于:隨著城市化的推進,能源供應體系(如電力、熱力供應)及天然氣和煤氣管道等基礎設施更加完善[38],加大了對虛擬能的需求量;能源需求增加導致能源生產的擴大,進一步刺激了虛擬能的消耗,虛擬能對實體能的這種正向響應將導致能源枯竭,可積極實施虛擬能戰略,緩解能源危機.

2.1.2 三大產業虛擬水、能消耗量占比及其變化原因 第一產業虛擬水消耗總量大、比重高,這與我國農業的地位密切相關.中國是農業大國,農業是經濟發展和社會穩定的根基和命脈,需持續穩定的水資源投入.第二產業虛擬能消耗總量大、比重高,這與1998年重化工業重新崛起[39]及2001年加入世界貿易組織有關.加入世界貿易組織后,我國對外貿易飛速發展,工業從原來單一的國內市場,轉向國內、國外兩個市場[40].從時間上看,2005年三大產業虛擬能消耗量都出現明顯增長,這主要因生產規模的擴大,特別是“有色金屬加工”“電力、天然氣和熱水”“非金屬礦物產品”“化學”等能源密集型行業的發展所引起[41-42].

研究期間內,第一產業虛擬水、能消耗占比呈減小趨勢,原因如下:1)工業化和城鎮化進程的推進,我國耕地面積呈減少趨勢[43];2)雖然我國農業有效灌溉面積逐年上升,且灌溉用水效率總體較低,但部分地區節水灌溉技術的不斷提高使第一產業虛擬水消耗占比有所下降[44];3)第一產業生產過程中能源的消耗包括農機使用耗能、農場管理耗能以及化肥農藥生產過程耗能等[45],而農業機械的投入和有機農業、精細農業的發展提高了農業生產效率[46],使農業虛擬能消耗量增長放慢.

研究期間,第二產業虛擬水、能占比呈先增后減的趨勢.2014年以前我國工業化進程的推進,拉動了第二產業大量虛擬水、能投入,但此后隨第二產業轉型(由高耗能耗水型向環境友好型資源節約型轉變)[47]和工業用水、耗能效率的提升[48-49],使虛擬水、能增速放緩,占比下降(圖2).

第三產業虛擬水、能消耗占比整體呈增長趨勢,主要由于經濟的快速發展,人民生活水平的大幅提高,輻射帶動了旅游、服務等行業的蓬勃發展.據 1997～2018年《統計年鑒》數據顯示,國內旅游人數由1997年的6.44億人次增長至2018年的55.39億人次.第三產業的地位和作用逐漸增強,這與我國產業結構的升級相適應,即第三產業對GDP的貢獻率逐漸超過第二產業,成為我國經濟增長的主導產業[50].

2.2 1997～2018年我國虛擬水、能消耗系數

Mann-Kendall趨勢檢驗結果表明,1997～2018年,三大產業直接與完全用水(能耗)系數均呈顯著下降趨勢(圖 3A～C,圖 4A～C).第一、二、三產業直接和完全用水系數的降幅分別為79%、90%、84%和80%、82%、69%,直接和完全能耗系數降幅分別為67%、71%、74%和 74%、72%、62%.說明我國用水(能耗)效率不斷提升且產業之間聯系不斷加強.然而,與發達國家相比,我國的水資源[51]、能源[52]利用效率相對較低.因此,在今后的生產中應進一步注重提高水資源、能源利用效率和轉化效率[53],注重產業結構調整與升級.

圖3 1997～2018年我國三大產業直接、完全用水系數及用水乘數Fig.3 Direct and complete water consumption coefficients and water consumption multipliers of the three industries from 1997 to 2018 in China

圖4 1997～2018年我國三大產業直接、完全能耗系數及能耗乘數Fig.4 Direct and complete energy consumption coefficients and energy consumption multipliers of the three industries from 1997 to 2018 in China

用水乘數反映某一產業產品生產過程中對其他產業用水的間接帶動,其大小與它在產業鏈中的位置有關[54].研究期內,第一產業用水乘數和能耗乘數呈顯著減小趨勢,說明第一產業通過“去中介化”和“去中間化”,減少了流通環節,進而使產品周期不斷縮短[55],減少了水資源和能源的消耗.第三產業用水乘數和能耗乘數呈顯著增長趨勢,說明第三產業產業鏈不斷延長,產品及服務呈多元化趨勢,對其它產業的帶動作用逐漸加強.

2.2.1 三大產業虛擬水消耗系數差異原因 三大產業中第一產業直接用水系數和完全用水系數最高(圖 3A),由其本身的生產特點決定.第一產業以農產品生產為主,而農產品的生產周期較長,整個過程中需消耗大量的藍水和綠水[56].目前,黑龍江、吉林、內蒙古、河南等地雖為我國水資源匱乏區[57],但卻是我國的糧食主產地[58].這種以農業為主導的發展模式,一方面限制了其他產業發展,另一方面將給當地水資源的可持續利用帶來負面影響.因此,緩解農業用水危機,除了調整產業結構和提高水資源利用效率外,更要結合我國的實際水資源分布情況對其進行合理配置,實施虛擬水戰略.

第一產業的用水乘數最小(圖 3D):一方面由于其直接用水量較大;另一方面由于第一產業處于產業鏈的始端,對其他產品和服務的依賴性不強,縮小了直接用水量與完全用水量的差距.第二、三產業雖然其直接用水系數小,但是用水乘數較大(圖 3D),因為隨著產業鏈的延伸,大量的間接用水,使其成為隱形的高耗水產業.

因此,要緩解水資源危機,除了施行嚴格的水資源管理制度外,還需從調整產業布局著手,進一步發揮區域比較優勢.比如,在南方豐水地區適度增加高耗水產業,在西北貧水地區優先發展低耗水產業,逐步淘汰高耗水產業[59].同時,進一步加強產業間的聯系,推動水資源在各產業間的流轉,減少對水資源的直接消耗,提高水資源整體利用效率[60].

2.2.2 三大產業虛擬能消耗系數差異原因 三大產業中第二產業直接能耗系數和完全能耗系數最高(圖 4B).第二產業位于產業鏈的中間位置,由于產業鏈之間復雜的關聯,存在大量的向前關聯和向后關聯,使其成為高耗能產業[61].第二產業能源消耗量約占能源消耗總量的70%(圖2),因此節能減排的著力點應放在提高第二產業的能源利用效率上.現階段,我國的農業現代化程度與發達國家相比相對較低,主要依靠大量勞動力投入,使其直接能耗系數和完全能耗系數較低(圖 4A).第三產業直接能耗系數較低(圖 4C),但因生產過程中需大量其它產品的中間投入使其能耗乘數較大(圖 4D),成為完全能耗系數相對較高的產業.

因此,要緩解能源危機,首先要提高能源利用效率,通過技術革新,在不增加能源投入的情況下,提高生產力,實現產量的增長;其次,對于間接消耗大的產業,要著重提升產業各部門的中間產品利用率,減少間接能源消耗;同時調整貿易模式,減少高能耗產品出口的同時進口高耗能產品,通過虛擬能戰略保證能源安全[62].

2.3 1997～2018年我國虛擬水、能綜合評價指數及其耦合協調度

根據 Mann-Kendall趨勢檢驗,1997～2018年我國虛擬水系統、虛擬能系統和虛擬水-虛擬能系統綜合評價指數整體呈顯著上升趨勢(圖5),用水(能耗)結構的改善和三大產業萬元GDP用水(能耗)量的減少,最終推動了虛擬水、虛擬能系統綜合評價指數的上升.這說明我國在注重經濟發展的同時,也關注水資源和能源的安全問題.虛擬水系統綜合評價指數整體高于虛擬能系統綜合評價指數,表明虛擬水系統的發展優于虛擬能系統,因此需加強能源的開發利用效率,推動虛擬能系統的可持續發展.2007年,虛擬水系統綜合評價指數呈現小幅下降,其原因是受全球氣溫升高加劇的影響.2007年我國降雨量較往年大幅減少,不少地區遭遇極端干旱事件,22個省發生旱情[63],人均水資源量的減少,使虛擬水總消耗量降低.

圖5 1997～2018年我國虛擬水-虛擬能系統綜合評價指數、耦合度及耦合協調度Fig.5 Comprehensive evaluation index, coupling degree and coupling coordination degree of virtual water system and virtual energy system and between two systems from 1997 to 2018 in China

1997～2018年,虛擬水-虛擬能系統耦合度基本保持穩定,在 0.985左右,整體處在高水平耦合狀態,說明虛擬水-虛擬能系統之間相互作用非常顯著,彼此影響,內部關聯明顯,兩者處于同步發展階段[64].1997年,我國虛擬水-虛擬能系統耦合協調度僅為0.346,處于輕度失調衰退類.此后,隨經濟的不斷提升、產業結構的不斷優化、高新技術的不斷發展及資源保護力度的不斷加大[65],到2018年耦合協調度達到 0.660,達初級協調發展類.虛擬水-虛擬能系統整體趨向優化狀態,兩者之間耦合關系緊密,共生發展[66].但是虛擬水-虛擬能系統還存在著較大的耦合協調空間,需要進一步協調發展過程中水資源和能源的利用關系,使得資源系統達到良性發展.

2.4 2022～2032年我國虛擬水、能的消耗總量預測

指數平滑模型擬合優度檢驗顯示:虛擬水、實體水、虛擬能、實體能的R2值分別為0.984、0.979、0.987、0.994,說明模型擬合良好,可用于預測.結果顯示,未來10年,我國虛擬水、虛擬能以及實體能消耗量不斷增加(到2030年達57億t標準煤),與郝宇等[67]的研究結果一致,主要因城市化、工業化和經濟增長;而實體水消耗量呈下降趨勢,與趙勇等[68]研究結果一致,主要因水資源約束、發展方式調整、節水政策實施、用水效率提高.同時,結果顯示,我國未來10年虛擬水、能與其對應的實體水、能的差距越來越大(圖6).

虛擬水、能增加的主要原因:1)居民和政府對三大產業產品及服務最終使用逐年增加;2)我國區域間貿易流通的加強,使凝結在產品和服務中的虛擬水、能消耗也不斷增長.而虛擬水、能與實體水、能差距較大的原因在于:居民生活水平提高和消費結構的變化[69],增加了對中間產品的需求.據此,可通過積極推進虛擬水、能貿易戰略,充分利用國外市場,以彌補這一巨大缺口.另外,提高資源利用效率、改善消費結構和縮短產品生產及中間產品的流通環節等,也有助于縮小虛擬水、能和實體水、能之間的差距.

我國自 2000年提出節水型社會建設以來,出臺了一系列節水政策及法規[70],提出對水資源的合理開發、利用、節約和保護,為水資源安全提供法律依據.在能源方面,規范了能源安全、能源效率、能源環境保護等問題,把“節能優先”定為能源發展科學之首,促進了能源可持續發展.對傳統高耗水高耗能產業進行限制,具有一定的節水、節能效果;提高水資源和能源利用效率,優化產業結構,調整產業布局,對緩解水資源短缺和能源枯竭有明顯的促進作用[71].

綜上所述,由于虛擬水、能消耗量受自然資源稟賦、經濟發展水平、現實需求、產業結構、高新技術等因素的制約,可能會出現預測與未來實際不符.但從總體發展趨勢看,隨我國人均消費水平的增加和生活質量的提高,虛擬水和虛擬能消耗總量依舊呈上升趨勢.充分考慮我國未來的水資源和能源消耗趨勢,不僅可以指導資源配置與規劃,還可以為發展經濟,制定資源政策提供有價值的參考,保證我國的可持續發展及資源安全.

3 結論

3.1 近20年來,三大產業虛擬水、能消耗量總體呈上升趨勢,其中第一、二產業的虛擬水、能消耗占比呈波動下降趨勢,而第三產業的虛擬水、能消耗占比呈上升趨勢.GDP和第三產業完全用水(能耗)系數是影響虛擬水、能消耗量的重要因素.因此,轉變經濟增長方式,倡導綠色發展和消費是減少虛擬水、能消耗總量的重要舉措.

3.2 我國三大產業直接用水(能耗)系數、完全用水(能耗)系數均呈下降趨勢,水資源和能源利用效率都在不斷提高,但與發達國家仍存在較大差距.同時,第二、三產業用水乘數和能耗乘數較高,通過間接使用消耗大量水資源和能源,是“隱形”高耗水、高耗能產業.應進一步優化消費模式,減少間接消耗,推廣節水、節能技術,提升水資源、能源利用效率.

3.3 虛擬水-虛擬能系統處于高水平耦合階段,但僅達初級協調發展階段,仍需協調水資源和能源利用關系,進一步提升其耦合協調水平.

3.4 未來10年,我國虛擬水、能以及實體能消耗量仍將不斷增長,而實體水消耗量呈下降趨勢.基于此,我國未來的資源戰略更應聚焦于能源的合理開發、利用和保護.