基于ARIMA模型的蔬菜虚拟水含量变动分析

魏同洋+靳乐山

摘要：虚拟水概念为缺水地区解决水资源问题提供了新的思路。利用1978—2010年北京地区蔬菜虚拟水含量数据，运用ARIMA（2，1，2）模型分别对1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的数据进行预测，得出：1978—2010年、1978—1993年预测的结果大体一致，未来北京蔬菜的虚拟水含量是逐步降低的；而1995—2010年数据预测的结果表明：未来10年内北京地区蔬菜虚拟水的含量是缓慢上升且停留在一定的值。这些结论与事实相符，与北京市目前实施的节水政策也是大体一致的，即北京市近些年对水资源利用的调整，发展节水农业使蔬菜虚拟水整体上呈下降趋势，且节水技术已经发展到了一定的水平。

关键词：北京；蔬菜虚拟水；ARIMA模型

中图分类号：F323.213 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2014）08-0331-03

水安全是关系国计民生的重大问题，虚拟水的引入为分析和研究水资源与粮食安全问题提供了新的思路。为反映水资源稀缺和水资源经济价值，英国学者Tony Allan于20 世纪90 年代提出了虚拟水概念。虚拟水是隐含在商品和服务中的水资源，虚拟水战略是指缺水国家或地区通过贸易的方式，进口水密集型产品来获得本地区的水安全^[1]。虚拟水概念将区域贸易与区域的水资源状况联系起来，使得水资源研究领域从水资源系统扩大到社会经济系统，从区域内部扩大到区域外部，为缺水地区解决水资源问题提供了新的思路^[2]。

农业用水一直处于用水总量的“霸主”地位，北京市农业用水在用水总量中的比重逐年下降，但仍占有较高的比重（图1）。在农业用水中，种植业用水量占85%^[3]，种植业的用水量很大程度上影响着农业用水量以及用水总量。当前最主要的水密集型商品就是农产品^[4]，而在农产品中蔬菜的虚拟水含量最高。从北京市节水办公室发布的《北京市行业用水定额》，可以发现所列出的农作物需水量中蔬菜需水量最高，是夏玉米、瓜类的3倍，是经济作物、牧草的2倍。

关于北京地区虚拟水的研究并不多，王红瑞等利用典型区县实际灌溉定额调查成果，结合全国作物需水量等值线图进行修正，来确定的北京市农作物需水量，对各类农作物历年的虚拟水含量及结构变化进行了研究，表明北京是一个农产品虚拟水净输入地区，间接缓解了北京市水资源紧缺的局面^[4]。王红瑞等还对北京市各区县虚拟水含量和蔬菜虚拟水含量的分布进行了计算与分析，指出粮食虚拟水含量总和整体呈现下降趋势，蔬菜虚拟水含量总和略呈增长趋势，但是二者虚拟水含量的总和呈现下降的趋势^[5]。任大朋等计算了北京市国民经济贸易中的虚拟水量，并建立了虚拟水战略的水资源配置模型^[6]。这些研究都对历年虚拟水消耗进行对比，进而与北京市现行的政策进行分析，来预测未来的发展走向。由于数据的可获得性，本文只讨论了北京地区蔬菜虚拟水。对北京地区蔬菜虚拟水含量展开研究并预测，有助于提高北京地区水资源利用效率，减缓水资源紧缺状况，平衡地区水资源的分配，对北京地区水资源的可持续发展有重要的意义。

1 研究方法

目前学者对于虚拟水的计算较多采用两种方法。一是公式法，根据气象数据以及具体模型来计算，如党小虎等根据试验站实际检测气候数据，运用CROPWAT8.0软件，得出了马家沟流域生产的农作物的虚拟水含量^[7]；傅春等运用FAO提供的气象数据软件Climwat2.0和作物需水计算软件CROPWAT8.0，来计算鄱阳湖地区的农作物虚拟水含量^[8]。二是成果参照法，通过前人的研究成果，采用修正系数来计算研究地的虚拟水含量，如：邱化蛟等通过北京市统计年鉴及文献检索的二手资料，列出了北京市农产品的虚拟水总量^[9]。目前国内大部分虚拟水及水足迹计算中，单位质量农产品虚拟水含量都采用Hoekstra等有关中国部分的研究成果^[10]。2种方法具体如下^[11-12]：

（1）公式法

根据联合国粮农组织（FAO） 的作物需水量和作物产量资料，计算不同国家或地区每种作物的虚拟水含量。

4 结论

通过对时间序列模型的对比分析，发现ARIMA（2，1，2）模型能够更好地预测未来北京市蔬菜虚拟水含量。运用ARIMA（2，1，2）的模型，分别对1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的数据进行预测，得出1978—2010年数据预测的结果与1978年到1993年的结果大致上一致，即未来北京地区蔬菜虚拟水的含量将缓慢下降。而1995—2010年的数据预测结果与1978—2010年、1978—1993年的结果相反，但是与事实相符。表明：首先是在整体的数据中1978—1993年的下降趋势占据的主导地位致使这段数据分析的结论与整体数据分析的结论大体一致，其次是由于北京市近些年对水资源的重视，对水资源的利用的调整，发展节水农业，使得虚拟水整体上呈现下降的趋势，而1993年由下降转变为缓慢上升，表明蔬菜种植面积和种类相对稳定，节水技术也已经发展到了一定的水平。

参考文献：

[1]Allan J A. Virtual water：a strategic resource，global solutions to regional deficits[J]. Ground Water，1998，36（4）：545-546.

[2]程国栋. 虚拟水——中国水资源安全战略的新思路[J]. 中国科学院院刊，2003（4）：260-265.

[3]闫 华，赵春江，郑文刚.北京市农业用水问题及对策研究[J]. 节水灌溉，2008（12）：20-23.

[4]王红瑞，王 岩，王军红，等. 北京农业虚拟水结构变化及贸易研究[J]. 环境科学，2007，28（12）：2877-2884.

[5]王红瑞，董艳艳，王军红，等. 北京市农作物虚拟水含量分布[J]. 环境科学，2007，28（11）：2432-2437.

[6]任大朋，刘培斌，李会安.虚拟水战略下的北京市农业产业结构调整[J]. 农业工程学报，2009（增刊1）：11-16.

[7]党小虎，刘国彬，孟文文，等. 基于虚拟水的小流域综合治理水资源响应[J]. 人民黄河，2013，35（3）：55-57，83.

[8]傅 春，欧阳莹，陈 炜. 环鄱阳湖区水足迹的动态变化评价[J]. 长江流域资源与环境，2011（12）：1520-1524.

[9]邱化蛟，程 序，常 欣，等. 北京市水资源状况分析[J]. 北京农学院学报，2004，19（4）：4-9.

[10]吴 燕，王效科，逯 非. 北京市居民食物消耗生态足迹和水足迹[J]. 资源科学，2011，33（6）：1145-1152.

[11]易丹辉. 数据分析与EViews应用[M]. 北京：中国人民大学出版社，2008：103-106.

[12]Enders W. 应用计量经济学时间序列分析[M]. 北京：高等教育出版社，2006：350-362.endprint

摘要：虚拟水概念为缺水地区解决水资源问题提供了新的思路。利用1978—2010年北京地区蔬菜虚拟水含量数据，运用ARIMA（2，1，2）模型分别对1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的数据进行预测，得出：1978—2010年、1978—1993年预测的结果大体一致，未来北京蔬菜的虚拟水含量是逐步降低的；而1995—2010年数据预测的结果表明：未来10年内北京地区蔬菜虚拟水的含量是缓慢上升且停留在一定的值。这些结论与事实相符，与北京市目前实施的节水政策也是大体一致的，即北京市近些年对水资源利用的调整，发展节水农业使蔬菜虚拟水整体上呈下降趋势，且节水技术已经发展到了一定的水平。

关键词：北京；蔬菜虚拟水；ARIMA模型

中图分类号：F323.213 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2014）08-0331-03

水安全是关系国计民生的重大问题，虚拟水的引入为分析和研究水资源与粮食安全问题提供了新的思路。为反映水资源稀缺和水资源经济价值，英国学者Tony Allan于20 世纪90 年代提出了虚拟水概念。虚拟水是隐含在商品和服务中的水资源，虚拟水战略是指缺水国家或地区通过贸易的方式，进口水密集型产品来获得本地区的水安全^[1]。虚拟水概念将区域贸易与区域的水资源状况联系起来，使得水资源研究领域从水资源系统扩大到社会经济系统，从区域内部扩大到区域外部，为缺水地区解决水资源问题提供了新的思路^[2]。

农业用水一直处于用水总量的“霸主”地位，北京市农业用水在用水总量中的比重逐年下降，但仍占有较高的比重（图1）。在农业用水中，种植业用水量占85%^[3]，种植业的用水量很大程度上影响着农业用水量以及用水总量。当前最主要的水密集型商品就是农产品^[4]，而在农产品中蔬菜的虚拟水含量最高。从北京市节水办公室发布的《北京市行业用水定额》，可以发现所列出的农作物需水量中蔬菜需水量最高，是夏玉米、瓜类的3倍，是经济作物、牧草的2倍。

关于北京地区虚拟水的研究并不多，王红瑞等利用典型区县实际灌溉定额调查成果，结合全国作物需水量等值线图进行修正，来确定的北京市农作物需水量，对各类农作物历年的虚拟水含量及结构变化进行了研究，表明北京是一个农产品虚拟水净输入地区，间接缓解了北京市水资源紧缺的局面^[4]。王红瑞等还对北京市各区县虚拟水含量和蔬菜虚拟水含量的分布进行了计算与分析，指出粮食虚拟水含量总和整体呈现下降趋势，蔬菜虚拟水含量总和略呈增长趋势，但是二者虚拟水含量的总和呈现下降的趋势^[5]。任大朋等计算了北京市国民经济贸易中的虚拟水量，并建立了虚拟水战略的水资源配置模型^[6]。这些研究都对历年虚拟水消耗进行对比，进而与北京市现行的政策进行分析，来预测未来的发展走向。由于数据的可获得性，本文只讨论了北京地区蔬菜虚拟水。对北京地区蔬菜虚拟水含量展开研究并预测，有助于提高北京地区水资源利用效率，减缓水资源紧缺状况，平衡地区水资源的分配，对北京地区水资源的可持续发展有重要的意义。

1 研究方法

目前学者对于虚拟水的计算较多采用两种方法。一是公式法，根据气象数据以及具体模型来计算，如党小虎等根据试验站实际检测气候数据，运用CROPWAT8.0软件，得出了马家沟流域生产的农作物的虚拟水含量^[7]；傅春等运用FAO提供的气象数据软件Climwat2.0和作物需水计算软件CROPWAT8.0，来计算鄱阳湖地区的农作物虚拟水含量^[8]。二是成果参照法，通过前人的研究成果，采用修正系数来计算研究地的虚拟水含量，如：邱化蛟等通过北京市统计年鉴及文献检索的二手资料，列出了北京市农产品的虚拟水总量^[9]。目前国内大部分虚拟水及水足迹计算中，单位质量农产品虚拟水含量都采用Hoekstra等有关中国部分的研究成果^[10]。2种方法具体如下^[11-12]：

（1）公式法

根据联合国粮农组织（FAO） 的作物需水量和作物产量资料，计算不同国家或地区每种作物的虚拟水含量。

4 结论

通过对时间序列模型的对比分析，发现ARIMA（2，1，2）模型能够更好地预测未来北京市蔬菜虚拟水含量。运用ARIMA（2，1，2）的模型，分别对1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的数据进行预测，得出1978—2010年数据预测的结果与1978年到1993年的结果大致上一致，即未来北京地区蔬菜虚拟水的含量将缓慢下降。而1995—2010年的数据预测结果与1978—2010年、1978—1993年的结果相反，但是与事实相符。表明：首先是在整体的数据中1978—1993年的下降趋势占据的主导地位致使这段数据分析的结论与整体数据分析的结论大体一致，其次是由于北京市近些年对水资源的重视，对水资源的利用的调整，发展节水农业，使得虚拟水整体上呈现下降的趋势，而1993年由下降转变为缓慢上升，表明蔬菜种植面积和种类相对稳定，节水技术也已经发展到了一定的水平。

参考文献：

[1]Allan J A. Virtual water：a strategic resource，global solutions to regional deficits[J]. Ground Water，1998，36（4）：545-546.

[2]程国栋. 虚拟水——中国水资源安全战略的新思路[J]. 中国科学院院刊，2003（4）：260-265.

[3]闫 华，赵春江，郑文刚.北京市农业用水问题及对策研究[J]. 节水灌溉，2008（12）：20-23.

[4]王红瑞，王 岩，王军红，等. 北京农业虚拟水结构变化及贸易研究[J]. 环境科学，2007，28（12）：2877-2884.

[5]王红瑞，董艳艳，王军红，等. 北京市农作物虚拟水含量分布[J]. 环境科学，2007，28（11）：2432-2437.

[6]任大朋，刘培斌，李会安.虚拟水战略下的北京市农业产业结构调整[J]. 农业工程学报，2009（增刊1）：11-16.

[7]党小虎，刘国彬，孟文文，等. 基于虚拟水的小流域综合治理水资源响应[J]. 人民黄河，2013，35（3）：55-57，83.

[8]傅 春，欧阳莹，陈 炜. 环鄱阳湖区水足迹的动态变化评价[J]. 长江流域资源与环境，2011（12）：1520-1524.

[9]邱化蛟，程 序，常 欣，等. 北京市水资源状况分析[J]. 北京农学院学报，2004，19（4）：4-9.

[10]吴 燕，王效科，逯 非. 北京市居民食物消耗生态足迹和水足迹[J]. 资源科学，2011，33（6）：1145-1152.

[11]易丹辉. 数据分析与EViews应用[M]. 北京：中国人民大学出版社，2008：103-106.

[12]Enders W. 应用计量经济学时间序列分析[M]. 北京：高等教育出版社，2006：350-362.endprint

摘要：虚拟水概念为缺水地区解决水资源问题提供了新的思路。利用1978—2010年北京地区蔬菜虚拟水含量数据，运用ARIMA（2，1，2）模型分别对1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的数据进行预测，得出：1978—2010年、1978—1993年预测的结果大体一致，未来北京蔬菜的虚拟水含量是逐步降低的；而1995—2010年数据预测的结果表明：未来10年内北京地区蔬菜虚拟水的含量是缓慢上升且停留在一定的值。这些结论与事实相符，与北京市目前实施的节水政策也是大体一致的，即北京市近些年对水资源利用的调整，发展节水农业使蔬菜虚拟水整体上呈下降趋势，且节水技术已经发展到了一定的水平。

关键词：北京；蔬菜虚拟水；ARIMA模型

中图分类号：F323.213 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2014）08-0331-03

水安全是关系国计民生的重大问题，虚拟水的引入为分析和研究水资源与粮食安全问题提供了新的思路。为反映水资源稀缺和水资源经济价值，英国学者Tony Allan于20 世纪90 年代提出了虚拟水概念。虚拟水是隐含在商品和服务中的水资源，虚拟水战略是指缺水国家或地区通过贸易的方式，进口水密集型产品来获得本地区的水安全^[1]。虚拟水概念将区域贸易与区域的水资源状况联系起来，使得水资源研究领域从水资源系统扩大到社会经济系统，从区域内部扩大到区域外部，为缺水地区解决水资源问题提供了新的思路^[2]。

农业用水一直处于用水总量的“霸主”地位，北京市农业用水在用水总量中的比重逐年下降，但仍占有较高的比重（图1）。在农业用水中，种植业用水量占85%^[3]，种植业的用水量很大程度上影响着农业用水量以及用水总量。当前最主要的水密集型商品就是农产品^[4]，而在农产品中蔬菜的虚拟水含量最高。从北京市节水办公室发布的《北京市行业用水定额》，可以发现所列出的农作物需水量中蔬菜需水量最高，是夏玉米、瓜类的3倍，是经济作物、牧草的2倍。

关于北京地区虚拟水的研究并不多，王红瑞等利用典型区县实际灌溉定额调查成果，结合全国作物需水量等值线图进行修正，来确定的北京市农作物需水量，对各类农作物历年的虚拟水含量及结构变化进行了研究，表明北京是一个农产品虚拟水净输入地区，间接缓解了北京市水资源紧缺的局面^[4]。王红瑞等还对北京市各区县虚拟水含量和蔬菜虚拟水含量的分布进行了计算与分析，指出粮食虚拟水含量总和整体呈现下降趋势，蔬菜虚拟水含量总和略呈增长趋势，但是二者虚拟水含量的总和呈现下降的趋势^[5]。任大朋等计算了北京市国民经济贸易中的虚拟水量，并建立了虚拟水战略的水资源配置模型^[6]。这些研究都对历年虚拟水消耗进行对比，进而与北京市现行的政策进行分析，来预测未来的发展走向。由于数据的可获得性，本文只讨论了北京地区蔬菜虚拟水。对北京地区蔬菜虚拟水含量展开研究并预测，有助于提高北京地区水资源利用效率，减缓水资源紧缺状况，平衡地区水资源的分配，对北京地区水资源的可持续发展有重要的意义。

1 研究方法

目前学者对于虚拟水的计算较多采用两种方法。一是公式法，根据气象数据以及具体模型来计算，如党小虎等根据试验站实际检测气候数据，运用CROPWAT8.0软件，得出了马家沟流域生产的农作物的虚拟水含量^[7]；傅春等运用FAO提供的气象数据软件Climwat2.0和作物需水计算软件CROPWAT8.0，来计算鄱阳湖地区的农作物虚拟水含量^[8]。二是成果参照法，通过前人的研究成果，采用修正系数来计算研究地的虚拟水含量，如：邱化蛟等通过北京市统计年鉴及文献检索的二手资料，列出了北京市农产品的虚拟水总量^[9]。目前国内大部分虚拟水及水足迹计算中，单位质量农产品虚拟水含量都采用Hoekstra等有关中国部分的研究成果^[10]。2种方法具体如下^[11-12]：

（1）公式法

根据联合国粮农组织（FAO） 的作物需水量和作物产量资料，计算不同国家或地区每种作物的虚拟水含量。

4 结论

通过对时间序列模型的对比分析，发现ARIMA（2，1，2）模型能够更好地预测未来北京市蔬菜虚拟水含量。运用ARIMA（2，1，2）的模型，分别对1978—2010年、1978—1993年、1995—2010年的数据进行预测，得出1978—2010年数据预测的结果与1978年到1993年的结果大致上一致，即未来北京地区蔬菜虚拟水的含量将缓慢下降。而1995—2010年的数据预测结果与1978—2010年、1978—1993年的结果相反，但是与事实相符。表明：首先是在整体的数据中1978—1993年的下降趋势占据的主导地位致使这段数据分析的结论与整体数据分析的结论大体一致，其次是由于北京市近些年对水资源的重视，对水资源的利用的调整，发展节水农业，使得虚拟水整体上呈现下降的趋势，而1993年由下降转变为缓慢上升，表明蔬菜种植面积和种类相对稳定，节水技术也已经发展到了一定的水平。

参考文献：

[1]Allan J A. Virtual water：a strategic resource，global solutions to regional deficits[J]. Ground Water，1998，36（4）：545-546.

[2]程国栋. 虚拟水——中国水资源安全战略的新思路[J]. 中国科学院院刊，2003（4）：260-265.

[3]闫 华，赵春江，郑文刚.北京市农业用水问题及对策研究[J]. 节水灌溉，2008（12）：20-23.

[4]王红瑞，王 岩，王军红，等. 北京农业虚拟水结构变化及贸易研究[J]. 环境科学，2007，28（12）：2877-2884.

[5]王红瑞，董艳艳，王军红，等. 北京市农作物虚拟水含量分布[J]. 环境科学，2007，28（11）：2432-2437.

[6]任大朋，刘培斌，李会安.虚拟水战略下的北京市农业产业结构调整[J]. 农业工程学报，2009（增刊1）：11-16.

[7]党小虎，刘国彬，孟文文，等. 基于虚拟水的小流域综合治理水资源响应[J]. 人民黄河，2013，35（3）：55-57，83.

[8]傅 春，欧阳莹，陈 炜. 环鄱阳湖区水足迹的动态变化评价[J]. 长江流域资源与环境，2011（12）：1520-1524.

[9]邱化蛟，程 序，常 欣，等. 北京市水资源状况分析[J]. 北京农学院学报，2004，19（4）：4-9.

[10]吴 燕，王效科，逯 非. 北京市居民食物消耗生态足迹和水足迹[J]. 资源科学，2011，33（6）：1145-1152.

[11]易丹辉. 数据分析与EViews应用[M]. 北京：中国人民大学出版社，2008：103-106.

[12]Enders W. 应用计量经济学时间序列分析[M]. 北京：高等教育出版社，2006：350-362.endprint