全行業統計口徑下虛擬水嵌入核算與水資源稀缺評價

李曉菲

摘? ?要：基于統計模型PCA-AHP構建評估水資源稀缺的綜合指數WSCEI（Water Scarcity Comprehensive Evaluation Indicator），并嵌入虛擬水流動核算，從時間和空間視角綜合評價水資源的稀缺性。結果表明：一是商品中內嵌的虛擬水理應起到調節水資源稀缺分布不均衡的作用，然而與之相反，虛擬水是從缺水地區輸送至富水地區，這使中國水資源稀缺分布的不平衡問題更加突出。二是我國的水資源稀缺壓力逐漸由“北高南低、西高東低”逐漸轉變為“南北皆高、東西皆高”。三是經濟較發達地區的水資源情況并未因其水資源利用相對效率和水資源經濟效率的高效而有所改善；經濟欠發達地區的缺水問題則更為嚴重。

關鍵詞：水資源；稀缺性；虛擬水

中圖分類號：C82? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1673-291X（2023）13-0049-03

一、研究背景

關于水資源評估許多學者提出了一些綜合性評價指標。例如，WTA比率、水應力指標、供水壓力指數。另一方面，由于水資源的污染和浪費，中國的水質問題也十分嚴峻。關于水質問題，雖然有一些研究，但僅僅評估了水質狀況，并未對水資源短缺情況進行評估。如李連香等（2015）基于分層構權主成分分析，對皖北地下水水質進行了評估，但并未進一步深入研究該地區的水資源短缺問題。此外，水資源環境與社會經濟系統也有著密不可分的關聯性。劉寧等（2020）基于虛擬水核算方法對京津冀地區農產品虛擬水含量進行計算，并通過建立回歸模型分析農產品虛擬水與經濟增長的關系。

近年來，隨著水足跡理論的成熟和發展，許多學者將其用于水資源評估中，例如評價指標IW、QQE等。但這些研究并未考慮到地區間的經濟需求與交流，而且只是局限于一個區域的水資源評估。此外，大多數文章僅從時間角度討論了一個地區的水資源變化，而忽略了水資源可以通過產品運輸從一個地區流向另一個地區。虛擬水理論的發展則從空間角度為水資源的評估提供了新思路。孫思奧、王晶等（2020）測算了青藏高原與中國其他區域之間的虛擬水貿易關系，建立了中國區域城鎮與農村地區的虛擬水貿易網絡。魏怡然、邵玲等（2019）測度北京市與國內其他省市和其他國家的虛擬水貿易往來。朱智洺、李秀琴等（2020）基于彭曼公式對“一帶一路”沿線國家糧食的單位面積虛擬水含量進行測算。然而有關虛擬水的文章大多關注于它的基本理論、它在貿易中的重要性以及使用不同方法來計算其值，例如王勇（2016）基于水資源擴展型MRIO模型和中國區域間投入產出表，對中國區域間貿易隱含虛擬水轉移進行了測算，并發現虛擬水的流動并未緩解中國的缺水問題，但卻并未進一步將虛擬水引入水資源評價體系中。事實上，僅有少數文章將虛擬水視為評估水資源的一個重要指標。因此，可以基于統計模型PCA-AHP構建評估水資源稀缺的綜合指數WSCEI（Water Scarcity Comprehensive Evaluation Indicator），并嵌入區域中的虛擬水流動核算，從時間和空間視角綜合評價水資源稀缺性。

二、數據與方法

（一）數據來源

研究數據主要包括：2010年和2019年各區域的水質、水量以及社會經濟水平數據，來源于《中國統計年鑒》和《中國環境統計年鑒》，用于計算WSCEI。為了便于計算和分析，根據產業結構、經濟水平和地理位置的相似性，將我國劃分為8個區域：東北地區、京津地區、北部沿海地區、東部沿海地區、南部沿海地區、中部地區，西北地區和西南地區。

（二）研究方法

本文基于PCA-AHP統計模型構建了一個三層次的指標體系WSCEI，它綜合考慮了水質（QL）、水量（QT）和社會經濟水平（SC）的影響，從水質、水量和社會經濟水平三方面選擇了15個基本指標。水質水平選擇了3個指標，分別為廢水排放比例、城市污水處理率和水土流失治理面積比例；水量水平選擇了9個指標，分別為水資源總量、總用水量、水庫總庫容量、降水量、節水量、重復利用率、森林覆蓋率、濕地面積比例和虛擬水凈流出；社會經濟水平選擇了3個指標，分別為單位用水量產生的GDP、人均用水量和城市化比率。

為了分析中國水資源情況的動態變化，選擇2010年和2019年各區域的水資源數據進行橫向對比。同時，通過比較是否引入NOVW的WSCEI值的變化，確認虛擬水對水資源評估的影響以及區域間水資源分布的空間相關性。

三、結果分析與討論

（一）WSCEI等級劃分

在確保數據信息完整性的前提下，對于評估水量的基本指標，使用PCA來降低數據維度。在未引入NOVW和引入NOVW的兩種情況下，特征值的累積方差貢獻率分別為85.406％和82.606%。根據累積方差貢獻率大于80％的原則，本文選擇了前三個主成分進行之后的分析。基于所選的三個主成分，得到了兩種情況下的成份矩陣（因子載荷陣）以及相應的得分系數。使用所獲得的得分系數分別構建引入變量NOVW前后的三個主成分，從而實現水量數據降維的目的。

之后基于AHP計算各項指標的權重，構建出綜合評價指標WSCEI。由于虛擬水僅對水量產生影響，因此QL，SC和WSCEI的方程式與未引入NOVW時相同。根據WSCEI值和我國水資源短缺的實際情況，將WSCEI劃分為四個層次，以顯示8個地區的缺水相對程度。為保證輕度缺水地區占比控制在50%，選取WECEI指標的下四分之一分位數和上四分之一分位數，經計算下四分之一分位數約為0.4 和上四分之一分位數為0.7，同時將WSCEI<0界定為嚴重缺水，WSCEI>0.7（上四分之一分位數）界定為不缺水，進而制定WSCEI等級劃分標準。

總體來看，我國的缺水情況并未得到有效改善，甚至部分地區缺水問題愈加嚴重。從空間角度看，由于虛擬水的引入，部分地區的水資源狀況確實發生了變化。然而，虛擬水的流動并沒有改善我國水資源分布不平衡的問題。相反，它使缺水地區的水資源短缺問題更加嚴重，富水地區的水資源狀況卻得到明顯改善。

（二）WSCEI的時空特征及其因素分解

盡管京津地區的WSCEI值有所提高，但其仍處于嚴重缺水狀態，是八個地區中缺水最為嚴重的區域。西北地區似乎脫離了嚴重缺水狀態，其WSCEI值從-0.238增加到0.067。但0.067幾乎落在嚴重缺水和中度缺水的邊界，說明這種緩解是非常脆弱的，存在回到嚴重缺水狀態的可能性。西南地區一直在嚴重缺水和中度缺水之間的邊界線上移動，表明西南地區的缺水問題十分嚴峻，存在著進入嚴重缺水狀態的可能性。南部沿海地區和中部地區下降幅度最大，其中，南部沿海地區的WSCEI從0.518下降到0.208；中部地區的WSCEI則從1.160降至0.957，說明這兩個地區水資源情況惡化較為嚴重。

根據WSCEI的準則層指標，可以深入分析各地區水資源短缺的具體原因，這是其他水資源評估指標很難實現的。盡管整體水質略有改善，但多數地區的水量明顯降低，這是造成我國缺水問題愈發嚴重的主要原因。此外，東北地區和中部地區的SC值變化最為明顯。部分地區的QL值有所下降（北部沿海地區、東部沿海地區、西北地區及西南地區）。相對而言，其他地區的水質有所改善，且這些地區QL值的變化更為明顯。例如，在這十年中，中部地區的水質指標增長最快，QL值從0.72增加到0.86；而在北部和東部沿海地區，QL下降最快，但其減少量也僅為0.04。此外，京津地區的水質最差，其QL值從0.35增加到0.44；沿海地區和中部地區水質較好，其QL值穩定在區間（0.6，0.8）中。由此可見，我國的水質問題雖然有所改善，但變化程度很弱，因此對各地區的缺水情況影響不明顯。

我國某些地區的水量有所增加，但總體而言，水量仍在下降。這主要體現在我國水量增長地區的變化程度較弱，而水量下降地區的變化則十分明顯。因此，相較于2010年，我國2019年的水量大大減少。具體而言，西北地區的QT值增長最快，增幅接近0.6；而南部沿海地區則下降最快，其QT值從0.47減至-0.16。此外，京津地區的水量最少，2010年和2019年的QT值分別為-1.76和-1.47。相比之下，中部地區QT值最大，但也從2010年的1.60降至2019年的1.12。可見，QT值的降幅明顯高于其增幅，這也是我國水資源短缺情況一直沒有明顯改善的原因之一。

多數地區社會經濟水平的變化并不明顯，京津地區的SC值最大（0.83），西北地區的SC值最小（0.15）；東北地區和中部地區SC值變化最為明顯：東北地區的SC值從0.36降至0.30，中部地區的SC值則從0.49降至0.45，雖然這兩個地區SC的變化很弱，但確實影響到它們的水資源狀況。

（三）NOVW-WSCEI分析及其影響因素

相較引入NOVW前后的WSCEI，發現西北地區、東部沿海地區和南部沿海地區的缺水情況變化程度很大，這是由地區間虛擬水流動引起的。而虛擬水的流出，使得西北地區和東北地區的缺水問題更為嚴重。其中，西北地區WSCEI值減少最多，從-0.238降至-0.587；東北地區的WSCEI則從0.490下降到0.270。相比之下，由于虛擬水的流入，東部和南部沿海地區的水資源狀況則得到明顯改善。其中，南部沿海地區的WSCEI增長最快，其值從0.518增加到0.903；京津地區的WSCEI則從-0.712增至-0.453。以上事實表明，虛擬水流動大大影響了我國的缺水分布。

總體來看，NOVW的引入使得水量指標QT變化很大，大多數地區QT值的變化與虛擬水的流向一致。其中，由于虛擬水流入，京津地區的QT值從-1.76增加到-1.26；東部沿海地區從0.61增加到0.89；南部沿海地區則從0.47增加到1.19。同時，由于虛擬水流出，東北地區的QT值從0.48降至0.06，而西北地區的QT值從-0.89降至-1.55。

根據上述分析，發現我國大部分地區的缺水問題并未得到有效解決，部分地區的情況甚至惡化，這與多數的研究結果基本一致。表明WSCEI可以用于評估一個地區的缺水情況，其結果是準確可靠的。基于WSCEI的變化和本文構建的指標體系，可以分析影響我國水資源短缺問題日益嚴重的主要原因。

從指標體系的準則層來看，我國水質總體上有所改善，但因其變化太小，無法有效提高WSCEI的值。即使某些地區的水質明顯改善，由于其水量銳減，該地區的缺水問題也并未得到緩解，而是越來越嚴重。社會經濟水平的變化也并不明顯。然而，它確實影響到地區的水資源狀況（例如東北地區）。另外，根據NOVW引入前后的WSCEI變化，發現虛擬水流動對水量分布的影響很大，這可能是緩解我國水資源短缺問題的一個有效途徑。對于東部沿海和西北地區水資源情況的改善，我們進行深入探討并分析了原因。作為中國最發達的地區，東部沿海地區擁有最先進的水資源再利用技術，再加上虛擬水的大量流入，使得其缺水狀況得到有效改善。相比之下，我國政府雖然發布了一系列政策來幫助西北地區，特別是南水北調工程，使得西北地區的缺水問題有所改善，但由于地理位置的限制和虛擬水的流出，西北地區的缺水問題依然相當嚴峻。

水量的大幅下降導致中國水資源問題日益嚴重。近年來，由于水資源的過度消耗和全球氣候變暖的影響，我國水資源量明顯減少。雖然我國的節水技術和水資源再利用技術有所進步，但隨著生活水平的提高，人們對水資源的需求越來越大，導致用水量明顯增加。此外，由于虛擬水的引入，各地區的水量也發生了很大變化，這使得每個地區的水資源短缺程度有了明顯變化。它表明虛擬水流動確實會影響到水資源分布。然而，虛擬水的流動并未改善我國水資源分布的不均衡，反而使缺水地區的缺水問題越發嚴重，“富水”地區的缺水問題卻得到改善。這是因為虛擬水從缺水地區（例如西北地區）流向“富水”地區（例如東部沿海地區），使得我國水資源分布更加不均勻，但有虛擬水流入的地區缺水情況的確明顯改善。這些事實表明，水資源的狀況與虛擬水的流動密切相關。

參考文獻：

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Research on Evaluation of Water Resources Scarcity and Accounting of Embedded Virtual Water Based on Industry Wide Statistics

Li Xiaofei

（Dalian Neusoft University of Information， Dalian 116023， China）

Abstract： Based on the statistical model PCA-AHP， the comprehensive index WSCEI for evaluating water scarcity is constructed， and virtual water flow accounting is embedded to comprehensively evaluate water scarcity from the perspective of time and space.The research reveals the following points： first， virtual water embedded in the commodity ought to play an important role in regulating the imbalance of water scarcity distribution， but in contrast， Chinas virtual water flows from water-scarce areas to water-abundant areas， which makes the imbalance of water scarcity distribution in China more severe; second， the scarcity pressure of water resources in China has gradually shifted from “high in the north and low in the south， high in the west and low in the east” to “high in both the north and south， and high in both the east and west”; third， the situation of water resources in economically developed regions has not been improved due to the relative efficiency of water resources utilization and the high efficiency of economic efficiency of water resources; the problem of water shortage in economic underdevelopment region is even more serious.

Key words： water resource; water scarcity; virtual water

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