基于投入產出模型的黃河“幾字彎”城市群用水特征與節水關鍵區域

高向龍,石 輝,黨小虎

1 西安建筑科技大學環境與市政工程學院, 西安 710055 2 西安建筑科技大學安德學院, 西安 710311 3 西安科技大學地質與環境學院, 西安 710054

生產中,通常從生產側的實體水資源數量和利用效率制定區域的節水政策、確定節水關鍵環節,并通過調水工程解決區域實體水資源的供需矛盾。然而研究表明,以調水工程轉移的實體水僅占全國供水量的小部分,但通過貿易流動的虛擬水轉移量卻超過了供水總量的1/3[5]。其中,輕工業和服務業是造成虛擬水貿易順差的主要部門,農業、重工業是造成虛擬水貿易逆差的主要部門[6],各個區域的虛擬水流動格局差異明顯。在宏觀上,我國虛擬水主要由內陸地區向沿海地區輸送,其空間的轉移主要受人口遷移因素的影響[7],不同省份的虛擬水流動情況差異顯著。北京市作為虛擬水凈流入地區,主要的凈進口虛擬水部門為農業和制造業[8],其中的農業-制造業、農業-服務業虛擬水輸出-輸入關系顯著[9]。從京津冀尺度來看,農業部門用水強度最高[10],河北省的農業部門向京津冀各部門輸送了大量虛擬水[11]。即使在降水豐富的廣東[12]、江蘇[13]也存在著虛擬水的輸入,然而同為降水豐富的貴州省,則為虛擬水凈輸出地[14],表現出落后地區向發達地區虛擬水輸出的現象。

黃河流域在我國經濟社會發展和生態安全方面具有十分重要的地位,水資源的不足又成為限制黃河流域發展的主要因素,然而黃河中游又是水資源壓力轉移的中間節點。從圍繞黃河“幾字彎”區域的五省區來看,其主導經濟和比較優勢主要在農產品和資源開發,但這些恰恰是需要實體水較多的行業和部門；這些產品的輸出,導致虛擬水大量輸出從而增加區域水資源的壓力[15]。寧夏是我國水資源最為貧乏的區域之一,但其虛擬水呈凈輸出量為11.9億m3,而農業部門年輸出虛擬水高達24.6億m3[16]；甘肅省虛擬水凈輸出量為24.5億m3,農業高達28.8億m3[17]；陜西省虛擬水凈輸出9.8億m3,農業流出14.5億m3[18]；表現出農產品中虛擬水的輸出加劇了用水矛盾[19]。但與此相反的是,內蒙古虛擬水凈流出量高達146.1億m3,但其第一產業所占比重僅為10%[20]；山西省的第一產業表現為虛擬水的凈流入,達到4.9億m3[21]。一些專家認為,依靠跨省虛擬水的輸入輸出可緩解黃河流域的水資源壓力[22—23]；但是黃河中下游虛擬水貿易密切,中上游虛擬水貿易關系較弱[24]。

2021年10月,中共中央、國務院印發了《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》,構建形成黃河流域“一軸兩區五極”的發展動力格局,其中的“五級”就包括黃河“幾字彎”在內的五大城市群。作為黃河流域水資源管理的關鍵地帶,“幾字彎”流域是實現中西部崛起的關鍵區域、生態環境保護和高質量發展的戰略支撐。近年來,“幾字彎”周邊城市處于快速發展階段,城市群的建設初具規模,研究城市群內部和外部的虛擬水流動以及驅動因素,可從消費拉動的角度對水資源壓力進行溯源,為區域內水資源優化配置、區域產業結構調整和未來施政方向提供科學依據。

1 區域概況

“幾字彎” 區域地處黃河中游,涉及甘肅省蘭州、白銀2市,寧夏自治區的中衛、銀川、吳忠、石嘴山4市,內蒙自治區的鄂爾多斯、包頭、呼和浩特、烏海、巴彥淖爾5市,陜西省的榆林、延安、渭南3市,和山西省的忻州、呂梁、臨汾、運城4個市(圖1),全區總面積45.8萬km2。該區域的氣候從半濕潤的季風氣候到干旱的大陸性氣候,大部區域年均降水量150—650 mm,表現為東多西少,在時間分配上雨熱同季年均降水量在250—650 mm之間。截止2019年,“幾字彎”區域人口4951.2萬人,年GDP總量30420.2億元,人均GDP為61440元,與全國人均GDP相當；區域城市GDP的年增速大部分超過全國平均水平,各城市發展有著不同的要素稟賦,形成了各自的優勢,經濟發展勢頭良好[25]。

從地理位置上看,“幾字彎”是西部大開發和陸上絲綢之路的戰略疊加區,該區域正好位于絲綢之路經濟帶東邊亞太經濟圈與西邊歐洲經濟圈的核心地段；從歷史發展上看,“幾字彎”具有邊疆地區、革命地區、貧困人口相對集中地區、少數民族集中區、能源富集區、傳統特色農牧區、民族文化主要發祥區等“七區合一”的顯著特點,在國家戰略發展中具有獨特的地位。但是,“幾字彎”地區水資源匱乏、季節性干旱頻發、水土流失嚴重、生態環境脆弱[26]。“幾字彎”區域的水資源總量僅為183.1億m3,區域內人均水資源量僅為全國平均水平的18%,區域內人均用水量略高于全國平均水平431.7 m3/人。農業是“幾字彎”區域的第一用水大戶,農業用水量占總用水量的78.6%,高于全國平均值62.3%；工業用水量卻僅占總用水量的12.2%,遠低于全國平均值21.1%。在該區域的大型水利工程建設和以節水為特色的水資源利用效率提高,使得區域的缺水問題得到了一定的改善,但區域內的用水矛盾依然存在。

圖1 黃河“幾字彎”地區18個城市的分布圖Fig.1 The location of 18 cities in Jiziwan section of Yellow River Basin

2 研究方法

2.1 數據來源與處理

研究數據主要來源于2007年、2012年、2017年山西、內蒙、陜西、甘肅、寧夏五省級行政區的《投入產出表》。其中,農業用水數據來源于相應年份五省(自治區)的《水資源公報》,其它分行業用水數據來源于《2008年中國經濟普查年鑒》(能源卷),各市GDP、部門的從業人員數、部門崗位平均工資來源于《中國統計年鑒》(2007年、2012年、2017年)、《中國城市統計年鑒》(2007年、2012年、2017年)。

由于各種統計數據不能完全匹配,因此將統計資料中的行業類別歸結為具有通識性的7個類別,農業、采礦業、制造業、能源供應業、建筑業、運輸郵電業、服務業。7部門與原始投入產出表的對應關系如表1所示。其中,農業用水數據來源于研究年份的《水資源公報》；以《2008年中國經濟普查年鑒》(能源卷)提供的各省用水數據同比例推算研究年份采礦業、制造業、能源供應業的用水量,按照各省相應年份《水資源公報》中對應城市工業部門的用水量進行校正；并以全國建筑業、運輸郵電業、服務業用水總量及各省相應部門總產出所占比例,同比例推算研究年份建筑業、運輸郵電業、服務業用水量[10,27]。

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對生活環境、生活質量及舒適度的要求越來越高，我國的能源消耗總量也不斷增加。熱水能耗是我國能源消耗的一個重要方面。據統計，我國民用建筑熱水能耗占建筑總能耗的15%～20%[1]，商業建筑熱水能耗占建筑總能耗的20%～40%[2]。生活熱水的使用已經成為衡量社會文明程度和人民生活水平的一個重要標志。目前，我國城鎮人均生活熱水用量仍遠低于發達國家。可以預見，人們對生活熱水的需求必將越來越大，因此，尋求更為合理的熱水供應方式，減少能源浪費，提高能源利用效率是十分必要的。

就區域經濟而言,經濟增長與從業人員數的增加有較強的相關關系[28],從業人員數量反映了區域的經濟規模；從業人員薪酬收入與勞動生產率具有密切、正向互動的關系[29],反映了生產的效率。在我國,由于政府公布的投入產出表僅以國家、省為單元發布,缺少地市層面的投入產出關系。因此,以《中國城市統計年鑒》中各城市的農業、采礦業、制造業、能源供應業、建筑業、運輸郵電業、服務業7個行業從業人員占省級對應部門的比例,反映研究區域生產規模對部門產出的影響；對于同一行業部門,利用薪酬反應生產效率對部門產出的影響；以此分配得到市級層面的部門產出量：

(1)

2.2 虛擬水計算

各部門實體水量和虛擬水用量與投入產出表存在以下關系[30]：

VWdj=DWCj×Xj (2)

式中,VWdj、VWtj分別為j部門的用水量、虛擬水量(億m3); DWCj為直接用水系數, TWCj為j部門的虛擬水系數(也稱完全用水系數)(億m3/萬元)；Xj為j部門的總產出(萬元)。中間產品的直接消耗系數aij表示生產一個單位第j部門的產品所直接消耗的第i部門產品的數量,用A表示這個系數矩陣；虛擬水系數TWCj與系數矩陣的關系可由公式(5)表示[31]。

(4)

TWC1×n=DWC1×n×(I-A)-1

(5)

對于一個城市來說,其虛擬水總量不僅包括各個生產部門所需求的虛擬水,還包括商品流通中各種商品所攜帶的虛擬水,因此城市的虛擬水總量可以通過式(6)計算：

VW=∑VWj+∑VWEj-∑VWOj

(6)

式中,VW為某個城市的虛擬水總量,VWj為城市內部生產過程中生產部門j所需要的虛擬水,VWEj和VWOj分別為城市外部為j部門生產而流入和流出的虛擬水量。

對于市域內流入的虛擬水,難以區分外部流入產品的來源區域和各自的用水系數,來源復雜,因此主要采用全國的各個行業部門的用水系數計算虛擬水；而市域內流出的虛擬水,采用市域內各個部門的用水系數進行計算。

3 結果與分析

3.1 虛擬水特征

在2007年,“幾字彎”18個城市年虛擬水用量為648.5億m3,平均為36億m3,最高的為包頭市88.6億m3,最低為延安市7.2億m3,最高與最低相差10倍；2012年,“幾字彎”18個城市年虛擬水用量為772.8億m3,平均為42.9億m3,較2007年增加19.2%,最高的為蘭州市70.1億m3,最低依舊為延安市8.3億m3；2017年,18個城市年虛擬水用量為778.4 億m3,平均為43.2億m3,較2012年僅增加0.7%,虛擬水增速放緩,虛擬水最高與最低的城市分別為蘭州市115.2億m3,忻州市13.6億m3,相差9倍。10年時間,18個城市的年虛擬水總量增加了20%；最高用量增加30%,最低用量增加90.5%；整體上各城市的年虛擬水用量均在增加,特別是以往虛擬水用量較低的城市增長更快(圖2)。這說明,隨著社會經濟的發展,從消費側對水資源的需求急劇增加。在2007—2017年中,由于“幾字彎”18個城市的經濟發展速率不同和產業結構的調整,導致不同的城市虛擬水增長類型差異較大。陜西的渭南、榆林、延安10年時間虛擬水的用量增加巨大,分別為112.9%、242.9%和260.4%；而石嘴山、蘭州、白銀、忻州、呂梁、銀川、運城分別為60.3%、53.4%、29.5%、29.0%、27.6%、26.4%和37.6%,有了顯著的增加；鄂爾多斯、吳忠和臨汾,虛擬水用量增加幅度較小,分別為16.1%、7.5%和6.1%；而烏海、巴彥淖爾、包頭、呼和浩特和中衛,虛擬水用量在減少,分別減少8.6%、14.0%、15.9%、18.0%和22.1%(圖2)。

圖2 黃河“幾字彎”18個城市的虛擬水用量Fig.2 The virtual water consumption of 18 cities in Jiziwan section of Yellow River Basin

3.2 實體水特征

長期以來,實體水的開源節流及再分配是解決區域水資源短缺的主要手段[32]。在2007年,“幾字彎”18個城市年實體水用量為237.9億m3,平均為13.2億m3,最高的為巴彥淖爾市49.6億m3,最低的陜西省的延安市2.4億m3,最高與最低相差21倍；2012年,18個城市實體水用量為244.4億m3,平均為13.6億m3,較2007年增加2.7%；到了2017年,18個城市年實體水用量為236.9億m3,平均為13.2億m3,較2012年減小-3.2%；最高最低為巴彥淖爾市和烏海市,分別為49.4、2.6億m3。2007—2017年的10年間,18個城市的年實體水總量變化不大,僅減少了0.04%,但各城市實體水用量的變化存在明顯不同。10年間,各城市實體水變化率在24.4%到43.0%之間。實體水用量增加的城市主要集中在“幾字彎”下游。運城市的實體水用量10年從11.4億m3增加到16.3億m3,增加了43.0%；其次為忻州市,從5.1億m3增加到6.7億m3,增加29.5%,榆林市和呂梁市分別增加21.6%和20.6%。臨汾、延安、渭南、白銀4個城市的實體水增長較為緩慢,增長率分別為14.1%、13.6%、8.9%和3.0%。實體水用量下降的城市全部分布在“幾字彎”中上游段的甘肅、寧夏、內蒙三省。其中,下降最多的為蘭州市,下降了-24.4%；核心原因在于2005—2019年間蘭州的工業用水效率大幅提升,工業用水量下降了54.0%,農業大規模推廣節水灌溉技術,農業用水量下降-39.3%[33]。鄂爾多斯、巴彥淖爾、呼和浩特、石嘴山、銀川、中衛、包頭、吳忠、烏海各市實體水的下降幅度在0.3%—13.6%之間。作為研究區域的核心工業城市,包頭市2007、2017年實體水用量分別為10.7億m3、9.9億 m3,下降8.0%,這與包頭市虛擬水用量減少的趨勢相同；此外,巴彥淖爾、呼和浩特、中衛、烏海實體水與虛擬水均出現了下降。以“幾字彎”中段為分界線,實體水用水量的變化表現出了中上游減少,下游增加的空間分布特征(圖3)。

圖3 “幾字彎”地區18個城市實體水特征Fig.3 The entity water consumption in18 cities in Jiziwan section of Yellow River Basin

3.3 用水的結構特征

實體水是當地能夠實際使用的水資源量,而虛擬水從消費側反映了區域經濟發展對水的消耗,實體水/虛擬水比值被定義為用水結構。一個地區,經濟規模一定的情況下,生產側實體水用量越小,消費側虛擬水用量越高,即實體水/虛擬水越小,表明城市用水的投入量就越低,單位用水量創造的經濟價值就越高。在2007—2017年年間,“幾字彎”18個城市實體水/虛擬水的比值從41.7%降低到37.7%,再到 34.8%；表現出該區域的水資源利用效率在逐步提高。在2007年,蘭州、呼和浩特、包頭和烏海的實體水/虛擬水的比值為22.1%、15.8%、12.1%、8.2%,表現出較高的實體水利用效率；石嘴山、忻州、銀川、臨汾、運城、呂梁、延安為49.0%、48.7%、45.2%、41.3%、38.0%、36.9%、32.9%,利用效率中等；而巴彥淖爾、吳忠、渭南、白銀、中衛、榆林實體水/虛擬水的比值為較高,分別為77.2%、65.5%、64.4%、56.8%、53.2%、52.4%,實體水利用效率較低,特別是巴彥淖爾市。2012年,總體的實體水/虛擬水的比值在降低,蘭州、呼和浩特、包頭和烏海仍是最低,但中衛、吳忠、巴彥淖爾和渭南的比值在50%以上,分別為69.8%、63.6%、55.9%和51.9%,仍處于實體水資源利用效率較差的水平。2017年,實體水/虛擬水比值低于20%的有呼和浩特、榆林、包頭、蘭州、延安、烏海6座城市；高于50%的有巴彥淖爾、中衛、吳忠,特別是巴彥淖爾,這一比值高達89.5%。這說明巴彥淖爾、中衛、吳忠、忻州、白銀等城市的實體水利用效率有很大的提升空間(圖4)。

圖4 18個城市實體水/虛擬水比值特征Fig.4 The ratio of entity water consumption/virtual water consumption about 18 cities in “Jiziwan” section of Yellow River Basin

從行業來看,農業是實體水用水大戶。2007年,農業部門實體水用量為193.6億m3,采礦業為4.3億m3、制造業為17.1億 m3、能源供應業為8.9億m3、建筑業為1.9億m3、交通運輸業為0.2億 m3、服務業為11.9億m3,農業的實體水占據了總體的81.4%。2012年農業部門實體水用量為193.2億m3,與2007年持平,但占比由81.4%下降至79.1%；建筑業和運輸郵電業的實體水用量劇增,分別達到6.6億m3和2.9億m3,分別為2007年的3.6和13倍。2017年農業部門實體水用量為186.3億m3,出現下降趨勢,占總實體水量為78.6%；這個時段建筑業和運輸郵電業的實體水量用量出現了下降,但服務業的實體水用量出現了劇增,與2012年相比增加73.6%。農業和制造業是虛擬水利用大戶,2007年,農業部門虛擬水用量為239.6億m3,制造業為367.8億 m3。采礦業、能源供應業、建筑業、運輸郵電業、服務業分別為22.0億m3、20.8億m3、61.8億m3、22.6億m3、63.9億m3。2012年,農業部門虛擬水用量下降,為230.2 億m3,在虛擬水中的占比由30%下降至26.2%；采礦業、制造業、建筑業虛擬水用量上升,虛擬水用量分別為39.5億m3、398.9億m3、98.7億m3；能源供應業、運輸郵電業、服務業虛擬水用量變化不明顯,分別為23.8億m3、21億m3、66.5億m3。2017年農業部門虛擬水用量依舊呈下降趨勢,為222.4億m3；采礦業、制造業虛擬水用量下降,分別為26.7億m3、313.3億m3。該時段建筑業虛擬水用量增加,為120.6億m3,與實體水用量減少趨勢相反,服務業虛擬水用量增加,為108.9億m3,與實體水用量增加趨勢相同；能源供應業、運輸郵電業虛擬水用量較2012年持平(圖5)。

圖5 各部門用水組成結構變化情況Fig.5 The entity and virtual consumption in 7 different industrial sectors among 18 cities in Jiziwan section of Yellow River Basin

3.4 虛擬水流動變化特征

2007、2012、2017年流入的虛擬水為106.4億m3、178.8億m3和219.1億m3；流出的為297.3億m3、284.6億m3、312.5億m3。流入的虛擬水有增大的趨勢,但流出的虛擬水是流入的1.4—2.8倍,表現出缺水地區虛擬水外流的共同特點[34]。從部門來看,制造業流出量最大,分別為188.9億m3(2007年)、189.1億m3(2012年)、196億m3(2017年),其次是農業,分別為75億m3(2007年)、30.5億m3(2012年)、64.9億m3(2017年)；其余各部3年流出量均在30億m3以下。流入量最高的是制造業,分別為65.2億m3(2007年)、108.9億m3(2012年)、93.1億m3(2017年)；“幾字彎”作為黃河流域重要的工業基地,能源供應業用水是支撐工業生產的重要保障,2007年和2017年,能源供應業虛擬水的流入量分別為4.1億m3,57億m3,增加了13.7倍。10年間,農業部門流出量降低10.1億m3、流入量增加27.6億m3,采礦業虛擬水流出量增加8.1億m3、流入量增加3.2億m3,制造業虛擬水流出量增加7.1億m3、流入量增加27.8億m3、能源供應業虛擬水流入量增加量顯著高于流出量,虛擬水流出量增加5.9億m3、流入量增加54.1億m3,建筑業虛擬水流出量增加7億m3、流入量降低5億m3,運輸郵電業虛擬水流出量降低7.9億m3、流入量降低1.6億m3,服務業虛擬水流出量增加5.1億m3、流入量增加6.6億m3(圖6)。

圖6 各部門虛擬水流動情況Fig.6 The flow of virtual water in different sectors

從城市來看, 2007年到2017年間,虛擬水流入量與流出量均增加的城市有中衛、吳忠、銀川、石嘴山、烏海、鄂爾多斯、榆林、延安、渭南、呂梁、運城,這些城市虛擬水流動強度呈增大趨勢。其中,榆林市虛擬水流入流出總量增加最大,虛擬水流入量與流出量分別增加30.8億m3、6.6億m3。蘭州、白銀、呼和浩特虛擬水流入流出量均減小,蘭州減小最多,流入量減小6.6億m3、流出量減小13.3億m3。巴彥淖爾、包頭、忻州、臨汾虛擬水流入量增加,流出量減小。巴彥淖爾和包頭流出量分別減小8.9億m3、8.9億m3,流入量分別增加0.7億m3、3.1億m3。忻州和臨汾流出量分別減小0.02億m3、0.2億m3,流入量分別增加1.6億m3、2億m3(圖7)。

圖7 各城市虛擬水流動情況Fig.7 The flow of virtual water in different cities

4 討論

2007年、2012年、2017年“幾字彎”區域的實體水用量由分別為238億m3、244.4億m3和236.9億m3,分別增加2.7%和-0.4%,變化并不明顯；同期,虛擬水的用量分別增加了19.2%和0.7%。在此期間,“幾字彎”區域18個城市的GDP總量由2007年的9576.1億元增加到2012年的24000.4億元和2017年的29794億元,分別增加了1.5倍和2.1倍。將2017年的GDP數據與實體水用水系數進行分析,發現隨GDP的增加實體水的用水系數(直接用水系數)出現了冪函數下降關系(圖8)。這說明在黃河“幾字彎”區域,經濟的快速發展并沒有引起實體水的用量劇烈增加,這為實體水用量較高的城市節水提供了理論依據。

2017年,“幾字彎”18個城市直接用水系數的平均值為63.7m3/萬元,最大是巴彥淖爾的303.5m3/萬元,最小值是延安的7.2m3/萬元,大于平均值的僅有巴彥淖爾、中衛、吳忠、石嘴山和白銀市；但其GDP在18個城市中相對較低,中衛、白銀、吳忠、石嘴山4市墊底。因此,巴彥淖爾、中衛、吳忠、石嘴山和白銀市可作為“幾字彎”城市中節水的主要對象,當其直接用水系數降低至平均值63.7m3/萬元時,根據圖8的回歸方程,可以計算出此時的GDP為685.8億元,相應的GDP增量為-229.5億元、311.7億元、177.9億元、150.9億元和235.3億元。說明直接用水系數的降低,不僅沒有影響反而促進了中衛、吳忠、石嘴山和白銀市4市的經濟發展。巴彥淖爾市實體水的利用系數接近平均值的5倍,其用水系數降低到平均值,GDP僅降低25.1%,說明用水效率具有巨大的提高潛力,這與巴彥淖爾市的產業結構具有密切的關系。

圖8 各城市實體水用水系數與GDP的關系 Fig.8 The relationship between GDP and entity water use coefficient about 18 cities in Jiziwan region

2017年,巴彥淖爾、中衛、吳忠、石嘴山、白銀市5市的農業實體水用量分別為47.5億m3、11.6億m3、16.1億m3、9.8億m3、8.1億m3,占區域農業用水總量的50%,農業實體水用量占比均在80%以上,分別為96.1%、90.1%、93%、83.9%、82.4%,農業虛擬水消耗量分別為51.4億m3、13.9億m3、19.2億m3、11.6億m3、9.7億m3,占當地虛擬水消耗量的93.1%、69.2%、61.5%、29%、44.3%,用于生產的實體水占比與消費過程中消耗的虛擬水占比并不匹配,特別是中衛、吳忠、石嘴山、白銀4市,水資源的投入量比重遠高于水資源的產出量比重。從經濟結構來看,5市第一產業總產出僅占當地總產出的15.5%、15%、7.6%、2%、4.3%(表2),農業作為這5市的主要用水產業,經濟產出十分有限。繼續保持農業部門現有的水資源投入產出量會限制當地經濟的發展；白銀、吳忠、石嘴山3市產出最高的部門為制造業,制造業產出占比為38.3%、34.8%、57.3%,其實體水所占比例僅為5.7%、1.6%、5.8%,而對應的虛擬水占比卻高達37.4%、32.4%、93.5%,說明這3個城市的制造業水資源的投入產出比非常可觀,具有較高的用水效率。中衛和巴彥淖爾市產出最高的部門為服務業,服務業產出占總產出的30.7%、42.7%,實體水消耗量占比分別為5.4%,1.8%,虛擬水消耗量占比分別為11.3%、10.6%,說明中衛和巴彥淖爾市的服務業用水效率較高。因此,在“幾字彎”18個城市的規劃與發展中,首先應該將巴彥淖爾、中衛、吳忠、石嘴山和白銀市5個城市作為節水的重點城市,其水資源利用效率的提高對于“幾字彎”區域水資源的利用具有重要的影響。在這些城市內部,農業是重要的節水行業和節水的重點,白銀、吳忠、石嘴山3市的比較優勢是制造業,中衛和巴彥淖爾市的比較優勢是服務業。

虛擬水總量反映了區域的社會經濟水平,是實體水生產和物質流通中的增值服務總和；虛擬水的輸入輸出可作為水資源調控的機制。2017年,“幾字彎”18城市虛擬水凈流出57.8億m3；其中鄂爾多斯、包頭、石嘴山、巴彥淖爾、烏海虛擬水凈流出量大,分別為39.5億m3、22.3億m3、21.7億m3、19.6億m3、14.1億m3,相當于向外分別流出了9.3億m3、3億m3、6.3億m3、17.6億m3、1.1億m3的實體水。蘭州、白銀、中衛、吳忠、呼和浩特虛擬水凈流出量在1.3—8.2億m3；銀川、忻州、呂梁、臨汾、運城呈虛擬水凈流入狀態,流入量在1.2—7.8億m3,榆林、延安、渭南虛擬水流入量較高,分別為28.6億m3、20.3億m3、18.7億m3,相當于向內分別流入5.3億m3、2.1億m3、6.1億m3的實體水(圖7)。鄂爾多斯、包頭、石嘴山、巴彥淖爾、烏海及榆林、延安、渭南的用水結構受虛擬水流動影響較大(表3)。鄂爾多斯市制造業、采礦業虛擬水凈流出量為總凈流出量的59.6%和20.1%,產出占當地總產出的22.7%和34.6%。鄂爾多斯的優勢產業是采礦業,但制造業是虛擬水凈流出量最高的部門,對于鄂爾多斯市而言,可壓縮制造業用水,并向采礦業供水傾斜。制造業也是包頭、石嘴山、烏海凈流出量最高的部門,占比分別79.8%、103.6%、82.5%,其產出占當地總產出的42.6%、57.3%、36.1%。3市制造業虛擬水凈流出量所占比例均高于產出所占的比例。從3市部門水資源的投入產出效率來看,制造業實體水消耗量分比為1.9億m3、0.7億m3、0.4億m3,分別占各市實體水消耗總量的18.9%、16.4%、5.8%,制造業虛擬水的消耗量分比為55.9億m3、37.4億m3、24億m3,分別占各市虛擬水消耗總量的37.4%、32.4%、93.5%,水資源的投入產出比均非常可觀,尤其是石嘴山,制造業虛擬水凈流出量高于當地總流出量,但生產過程中消耗的實體水占比卻很低,表現出該市制造業水資源利用效率高的特征。巴彥淖爾農業部門虛擬凈流出量17.3億m3,相當于流出了15.5億m3的實體水,占實體水總量的31.4%。因此,收縮巴彥淖爾向外流出的農產品總量可有效減緩當地水資源壓力。榆林、延安、渭南3市實體水用水系數高的農業部門表現出虛擬水向內流的形式,其中榆林、延安2市實體水比重較其它城市更低,分別59.4%、41.6%；3市農業部門產出占總產出的11.1%、8.9%、14.9%,與農業相比,采礦業、制造業、服務業作為3市的優勢產業,3部門產出占當地總產出的73.7%、76.3%、68%。這3市高耗水、低產出的農業部門通過虛擬水流入得到了水資源補償,且其自身農業實體水占比也相對較低,而單位用水效益高的產業又為當地主要的經濟支撐,這種實體水與虛擬水的分布格局,更有利于保障區域的水資源安全,促進當地經濟的高質量發展。

表2 巴彥淖爾、中衛、吳忠、石嘴山和白銀市5市用水結構

表3 鄂爾多斯、包頭、石嘴山、巴彥淖爾、烏海、榆林、延安和渭南8市虛擬水流動結構

5 結論

本文分析了黃河“幾字彎”實體水與虛擬水的數量、流入流出的關系以及行業特征與經濟發展,得到以下主要結論：

(1)在2007—2017年,“幾字彎”區域18個城市的虛擬水增加20%,但實體水總量變化不大,不同城市之間存在顯著差異。延安、榆林、渭南、忻州、呂梁、運城、臨汾、白銀8個城市虛擬水用量隨實體水增加而增加,烏海、巴彥淖爾、包頭、呼和浩特、中衛5個城市虛擬水用量隨實體水用量減小而降低；石嘴山、銀川、吳忠、鄂爾多斯、蘭州5個城市實體水用量減少,虛擬水用量增加。

(2)“幾字彎”18個城市實體水占虛擬水的比例由2007年41.7%下降至2017年的34.8%,水資源利用效率在逐步提高。農業仍是實體水用水大戶,農業中實體水所占比例雖然由2007年的81.4%下降到2017年的78.6%,但農業依然具有較高的節水潛力。2007—2017年,服務業實體水和虛擬水用量劇增,分別為79.1%和70.4%,是供水需求增長最快的部門。制造業是虛擬水用水大戶、實體水利用相對較少。

(3)從虛擬水流動的角度來看,虛擬水流入量增長明顯,但整體依舊呈虛擬水凈流出狀態。2007年—2017年,流出的虛擬水是流入的1.4—2.8倍,表現出缺水地區虛擬水外流的共同特點。

(4)巴彥淖爾、中衛、吳忠、石嘴山和白銀市5個城市水資源利用效率較低,可作為今后一段時間內節水的主要對象；5個城市的農業用水比重較大,產出較低,是今后節水的重點。鄂爾多斯、包頭、石嘴山、烏海虛擬水凈流出最高的部門為制造業,是當地的優勢產業；巴彥淖爾虛擬水凈流出最高的部門為農業,而當地優勢產業為服務業；通過對優勢產業的供水傾斜、提高比較優勢,可促進“幾字彎”區域的社會經濟發展。

對于特定的區域,由于受自然、人文、社會經濟等因素的影響,實體水資源利用效率存在上限,因此節水不可能無限進行。而虛擬水消耗量較大的部門往往是該地區具有比較優勢的產業,這種比較優勢的體現通過流通表現為缺水地區的水資源流出,特別是對落后地區而言,反而體現在耗水較多的產業上。為了區域水資源的合理利用,必須綜合考慮生產側的實體水和消費側的虛擬水,以此保證區域經濟和水資源的高效利用。