黃河流域“水—能源—糧食”流通及壓力變化特征分析

韓夢雨

（1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100；2.山東水利勘測設計院有限公司，山東 濟南 250013）

黃河流域作為我國北方重要的經濟走廊，在經濟社會發展和生態安全方面扮演著至關重要的角色[1]。當前，在黃河流域高質量協調發展進程中仍存在資源供求不匹配的問題，尤其是地區日益增長的資源需求與匱乏的水資源之間的矛盾尤為突出[2]。國家高度重視黃河流域的協同發展，2021 年10 月，中共中央、國務院聯合發布了《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》，該規劃綱要明確指出，黃河流域水資源是最大的剛性約束因素；同時強調了鞏固能源與糧食安全的重要性。黃河流域也是我國重要的能源區和糧食主產區，擁有廣闊的土地、豐富的能源和礦產資源，水資源短缺已成為制約流域可持續發展的主要因素。因此，深入研究黃河流域水資源、能源和糧食之間的相互關系具有重要意義，通過合理調配和優化資源配置以實現黃河流域的可持續發展。

1 研究現狀

國內學者對“水—能源—糧食”的相關研究可以歸納為以下幾個方面：一是關于水資源、能源、糧食三者相互關系與反饋機制的研究。彭俊杰[3]指出黃河流域水資源、能源、糧食資源要素空間分布不均；水資源短缺問題與保障能源與糧食安全之間的矛盾日益突出，這導致了“水—能源—糧食”之間的關系更加復雜化。二是評估流域或行政區域的“水—能源—糧食”壓力及資源安全。張中浩等[4]以長三角城市群為例，構建WEF 系統壓力指數，揭示了1990—2018 年期間長三角城市群2010 年后，WEF 系統壓力顯著上升，其中水資源壓力保持相對穩定、糧食壓力大幅增加、能源壓力有所下降。三是關于WEF 系統仿真模擬方面的研究。王慧敏等[5]以山東省為例，開展了“水—能源—糧食”紐帶關系下區域綠色發展政策的仿真研究，指出山東省可以通過調整農業種植結構和推動生物質能源的發展來減少農業面源污染和能源開采對水體的污染。

目前，黃河流域資源系統的研究主要集中在水資源評估與管理方面，還沒有足夠的研究關注到流域資源系統壓力的評估。因此，該研究通過構建水資源、能源、糧食系統以及“水—能源—糧食”綜合系統壓力指數，詳細分析了黃河流域9省（區）所面臨的壓力情況。同時，通過深入探討黃河流域各省份在水資源、能源及糧食資源配置方面的現狀，為實現黃河流域的高質量發展提供參考。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

經濟學家Leontief 最早提出了投入產出分析方法[6]，該方法用于研究經濟系統中各部門在投入和產出方面的相互依賴關系。分析黃河流域9省（區）的虛擬資源流動關系，需要突破單區域投入產出模型的限制，建立多區域投入產出模型，并在此基礎上引入黃河流域各部門的資源消耗量，建立資源拓展型多區域投入產出模型。

資源消耗系數是一個重要的生產指標，在投入產出表中引入水資源W、能源E、糧食F的消耗量，用于衡量生產過程中單位產品消耗的資源量。其公式為：

式中：W/E/F為單位產品或服務消耗的資源量，r為水資源、能源、糧食的直接消費量；X為行業的總產出。

2.2 壓力指數的構建

2.2.1 水資源壓力指數

水資源壓力指數（WSI）是用水量與水資源總量的比值，該指數用于衡量人類生產、生活用水對地區水資源壓力的影響。計算公式如下：

式中：Wu為直接用水量；Wt為地區水資源總量。

參考洪思揚等[7]研究成果，構建假定水資源壓力指數（WSI*），該指數表示向研究區外其他地區流出的虛擬水是由該地自身使用的情況下，該地區的水資源壓力。計算公式如下：

式中：Wnet，in為虛擬水凈流出量，Win、Wout分別為虛擬水流入量、流出量。

當WSI-WSI*＞0 時，說明當地水資源壓力得到緩解。

2.2.2 能源壓力指數

能源壓力指數是能源消費量與能源儲備量的比值，反映了能源間的供需關系。能源儲備量可以準確反映一個地區的能源狀況，但由于獲取難度較高，因此研究區域能源資源狀況通常使用一次能源生產量來表示。計算公式如下：

式中：Eu為能源消費量；EP為地區一次能源生產量。

構建假定能源壓力指數（ESI*），ESI*的計算公式如下：

式中：Enet，in為虛擬能源凈流出量；Ein、Eout為別為虛擬能源的流入量、流出量。

公式（5）和公式（4）之差Enet，in/EP表示虛擬能源流動對研究區域能源壓力的影響。當ESIESI*＞0，說明當地能源壓力得到緩解。

2.2.3 糧食壓力指數

糧食壓力指數是糧食生產量與糧食消費量的比值，用于評估本地糧食消費所帶來的壓力。計算公式如下：

式中：Fu為本地糧食消費量；FP為糧食生產量。

虛擬糧食貿易影響著糧食壓力指數，故構建假定的糧食壓力指數FSI*，計算公式如下：

式中：Fnet，in為虛擬糧食凈流出量；Fin、Fout分別為虛擬糧食流入量、流出量。

公式（7）和公式（6）之差Fnet，in/FP表示虛擬糧食流動對研究區域糧食壓力的影響。當FSIFSI*＞0 時，說明當地糧食壓力得到緩解。

2.2.4WEF壓力指數構建

為反映“水—能源—糧食”系統的壓力，構建WEF系統壓力指數（WEF-SI）。由于三者之間存在相互依賴和非線性相互作用關系，所以采用幾何平均值來表示WEF系統的壓力。

假定的WEF系統壓力指數為WEF-SI*，計算公式如下：

公式（8）和公式（9）之差表示虛擬資源流通對緩解當地WEF 系統壓力的貢獻。當WEF-SI*＜WEF-SI時，說明虛擬資源的流入緩解了當地WEF系統的壓力。

2.3 數據來源

基于中國碳排放數據庫（CEAD）獲取了2015 年和2017 年中國多區域投入產出表，水資源數據來自《中國水資源公報》；能源生產及消費數據取自《中國能源統計年鑒》及黃河流域9 省（區）相應年份的統計年鑒；糧食方面的數據，主要從《中國農墾年鑒》和《中國統計年鑒》中獲得。

3 資源流動計算結果

3.1 虛擬水資源

根據多區域投入產出模型計算，得出黃河流域2015 年與2017 年的虛擬水資源流動量。2015年，內蒙古、甘肅和寧夏地區的虛擬水呈現出凈流入狀態，其中內蒙古地區的虛擬水凈流入量最多，占虛擬水凈流入量的57%，主要來源地為山東和河南；甘肅地區虛擬水凈流入量居于第二，為21.26 億m3；山東向黃河流域外地區輸出了81.33 億m3的虛擬水。2017 年，山西省的虛擬水凈流入量最多，達到了54.81 億m3，主要來源地為內蒙古與河南。內蒙古、甘肅、青海地區呈現虛擬水的凈流出，3 個地區大部分虛擬水都是流入到黃河流域內的區域。

3.2 虛擬能源

根據投入產出表計算得出黃河流域2015 年與2017 年的虛擬能源流動量。2015 年，河南和陜西是虛擬能源凈流入地區，分別流入196.81 萬tce和556.28 萬tce；其余地區整體呈現虛擬能源凈流出狀態，其中內蒙古、山西和山東占虛擬能源凈流出量的74%。2017 年，黃河流域的虛擬能源流動中，河南、四川、陜西和寧夏地區是凈流入地區，虛擬能源流入量的94%來自黃河流域。其他地區的虛擬能源呈凈流出狀態，其中內蒙古的虛擬能源凈流出量最大，達到了7 707.08 萬tce，約77%流向了黃河流域以外的地區。

3.3 虛擬糧食

2015 年黃河流域虛擬糧食貿易中，河南、內蒙古、四川和甘肅地區是主要的凈輸出區。河南省虛擬糧食凈流出量最多，其中有311.35 萬t 流向了黃河流域以外，占凈流出量的85%。其余地區為虛擬糧食凈流入地區，其中山東最多，為192.21 萬t。2017 年黃河流域中內蒙古、河南和四川虛擬糧呈現凈流出狀態，其中河南的虛擬糧食凈流出量最大為117.73 萬t；凈流量出最小的是四川，為59.30 萬t，其中大部分流向黃河流域外其他區域。

3.4 資源壓力指數

黃河流域資源壓力指數計算結果見表1，由表1 可知：

表1 黃河流域壓力指數計算結果

1）2015 年黃河流域的水資源壓力分布不均，其中寧夏的水資源壓力最大（7.332），山東省次之（1.070），無法滿足本地的用水需求，內蒙古、甘肅和寧夏地區的水資源壓力得到緩解。2017 年黃河流域水資源壓力仍以寧夏地區最大（3.152），山東省次之（0.928），其余地區水資源壓力相對較小；山西、山東、河南、四川、陜西和寧夏地區水資源壓力得到緩解。

2）2015 年黃河流域能源壓力整體較大，其中以山東最大（2.495），其次是河南（2.062）。大部分省（區）的假定能源壓力指數大于實際能源壓力指數，虛擬能源的流出加劇地區的能源壓力，黃河流域9 省（區）能源壓力緩解的只有河南和陜西。2017 年黃河流域能源壓力格局與2015 年類似，甘肅的能源壓力加重最為顯著。

3）2015 年黃河流域的糧食壓力整體較小，其中青海（1.263）、山東（0.903）、四川（0.843）的壓力較為顯著。山西、山東、陜西、青海、寧夏地區糧食壓力有所緩解，其中山東、山西的緩解效果顯著，內蒙古地區的壓力加劇幅度最大。2017 年糧食壓力仍以青海（1.256）最大，山西、山東以及上游地區的糧食壓力有所緩解。

4）2015 年黃河流域“水—能源—糧食”（WEF）系統中，寧夏地區壓力最大（1.556），山東省次之（1.341）所有地區的壓力均有不同程度的加重。2017 年WEF系統壓力格局變化不大，寧夏（1.356）和山東（1.332）仍然面臨較大的壓力。山西、山東、河南、四川、陜西和寧夏地區壓力有所緩解，其他地區壓力均有不同程度的增加。

4 結論與討論

文章基于多區域投入產出模型，對黃河流域2015 年和2017 年的水資源、能源、糧食資源的流動進行核算，并構建WEF系統壓力指數，對黃河流域的壓力變化進行研究，通過分析數據和計算結果，得出以下幾點結論：

1）黃河流域整體資源稟賦較為有限，2015—2017 年水資源呈現凈流入狀態，能源和糧食呈現凈流出狀態。2017 年虛擬水的凈流入量較2015年有所減少，同樣，虛擬能源和虛擬糧食的凈流出量也有所減少。虛擬資源的流通格局與實際分布不符，具體而言，虛擬資源的流通在較大程度上集中在資源相對較匱乏的黃河下游地區，而上游地區的省（區）資源稟賦相對較好，但流通水平較低。

2）黃河流域各省（區）的資源壓力總體趨于穩定，僅有水資源壓力均呈現下降趨勢。2015 年與2017 年水資源、能源、糧食以及“水—能源—糧食”系統壓力格局基本相同，整體壓力分布呈現上游、中游和下游地區逐級遞增的格局，表明黃河流域不同地區的經濟、社會和環境發展存在明顯的差異。

3）黃河流域各省（區）應各盡其責，下游地區充分發揮地理和政策優勢，上游地區發揮資源優勢，加強上下游之間的貿易合作，實現資源的公平分配。這不僅有助于緩解下游地區的資源壓力，也能推動上游經濟增長，縮小上中下游地區之間的經濟差距。