大保护背景下长江经济带水资源压力结构特征与优化路径

李欣瑾,高玉屏,周申蓓

(1.河海大学商学院，江苏 南京 211100; 2.水利部宣传教育中心，北京 100038)

由于经济及人口的高速增长，近年来长江大保护战略在水资源保护和利用方面仍面临严峻挑战。长江流域自古以来一直是我国经济贸易最频繁、人口最为密集的流域，被誉为“中国的经济脊梁”。依托黄金水道形成的长江经济带，坐拥超全国44%的水资源量，经济总量占全国46.9%，省均城镇化率为61.7%，养育全国43%人口。长江沿线城镇化建设的推进和人民消费结构的升级加剧了长江水资源的消耗，使部分省市水资源压力问题凸显。同时，长江流域与全国其他地区的贸易使地区水资源压力发生了转移，部分水资源相对匮乏的地区事实上承担着其他地区用水的支撑责任。加之南水北调正式通水之后，跨流域调水进一步导致长江经济带的用水矛盾更加显著[1]。缓解水资源矛盾及压力是“十四五”时期长江经济带继续支撑全国经济社会高质量发展所需解决的约束性问题。从2016年习近平总书记提出“共抓长江大保护”的战略思想，到2019年两部委印发《长江保护修复攻坚行动计划》，再到2021年《长江保护法》的正式实施，“长江大保护”成为贯彻落实长江经济带高质量发展的核心理念。

目前，国内外学者聚焦长江经济带区域的水资源压力研究较少，且内容集中在压力的对比分析[2-3]，相关主要包括以下3个方面。①水资源压力水平的评价。普遍采用单一指标法、综合评价法、供需比值法和水足迹评价法[4-12]，衡量流域或地区的水量、水质及综合水资源现状。②水资源压力与社会经济的耦合关系研究。重点探究影响水资源压力和社会经济要素耦合协调发展的内外部因素，从而为缓解水资源压力及促进经济社会和水资源协同发展提供决策建议[13-18]。③水资源压力的驱动因素分析。主要从人口因素、虚拟水因素角度分析其对水资源压力的驱动方向和程度[19-21]，以及综合分析结构效应、技术效应、经济效应和人口效应对地区水环境的影响[22-23]。现有研究缺乏从长江经济带作为支撑带角度分析水资源压力结构的时序特征分析，也少有结合虚拟水工具分析水资源压力的结构和演变。

本文将以“大保护”为研究背景，基于压力指数法和多区域投入产出模型，讨论长江经济带实际用水压力特征和虚拟水视角下水资源压力内外转移的演变，以探究长江经济带作为国家重要支撑带的水资源可持续发展水平，为有效应对长江经济带当前及未来的面临的水资源危机提供政策建议。

1 研究方法与数据

1.1 分析框架

长江经济带的水资源压力包含两部分，一是从当地取水所产生的实际用水压力；二是贸易隐含虚拟水量的流动造成的压力转移，具体表现为虚拟水的流动在缓解输入区水资源压力的同时也增加了输出区的水资源压力[24,25]。因此，在“长江大保护”战略背景下，构建如图1所示的研究框架。

图1 研究框架

1.2 研究方法

1.2.1长江经济带虚拟水流动量的计算

关于虚拟水流动的分析主要采用投入产出法(IO)，包括单区域投入产出法(SIRO)与多区域投入产出法(MRIO)[26-28]。SRIO无法刻画各部门间的产业关联和贸易的多向反馈效应[29]，导致计算结果不能准确体现地区间最终消费对水资源环境造成的影响。多区域投入产出(MRIO)模型能反映商品与服务的区域间贸易[30]，将研究内容从单个区域内部扩展到不同区域和产业之间的经济联系，通过加入水资源因素便可追踪到包含在各地区各部门的生产消费中的水资源流动情况，故本文基于MIRO模型分析地区间与部门间的虚拟水流动。

由多区域投入产出表可得：

(1)

式中：xri为r地区i部门的总产出；xrisj为r地区i部门对s地区j部门的中间投入；fris为s地区对r地区i部门的最终使用；eri为r地区i部门的出口。

直接消耗系数是指s地区j部门单位产出需要消耗r地区i部门的产出量：

(2)

将式(2)代入公式(1)得：

(3)

将式(3)改写为矩阵形式：

Xr=ArsXr+Frs+Er

(4)

变化整理得：

Xr=(I-Ars)-1(Frs+Er)

(5)

其中，L=(I-Ars)-1为Leontief逆矩阵，可衡量s地区的单位最终使用需要r地区产品的完全投入量(直接和间接投入之和)，也称完全消耗矩阵。

引入直接水资源消耗系数与完全水资源消耗系数来扩展多区域投入产出模型，r地区i部门的直接水资源消耗系数可表示为

(6)

而完全用水系数矩阵是用Leontief逆矩阵与直接水资源消耗系数矩阵相乘，公式如下：

δ=PL

(7)

式中：P为水资源消耗系数单位行向量；L为里昂惕夫逆矩阵。

最终，地区间经济贸易隐含虚拟水矩阵可由下式表示：

W=δF

(8)

地区r虚拟水净流入量为流入总量与流出总量之差，即

Wr=Wi-We

(9)

式中：Wi为虚拟水流入总量；We为虚拟水流出总量。

1.2.2水资源压力指数

水资源压力指数包括实际水资源压力指数I和假设水资源压力指数I*。I是从水量角度建立的地区直接水资源消耗压力评价指数，通常可划分为四个等级[10]，分别为低压力(0

(10)

式中：WU为地区水资源使用量；Wt为地区实物水净调出量(跨流域调水工程)，主要涉及南水北调中线和东线工程。其中，东线工程由江苏扬州江都水利枢纽抽长江引水，年均调水量仅占长江多年平均水量的0.99%，主要对长江经济带区域中的江苏省水资源压力产生影响。中线工程的水源地为丹江口水库，年均入库水量为388亿m3，其中85%由汉江汇入、15%由汉江支流丹江汇入。据统计，中线一期调水量占水库总水量24%。因此，南水北调中线工程主要对汉江中下游涉及的湖北省的水资源压力产生影响。Q是研究期间地区水资源可利用量的年度平均值，借鉴前人研究[30]，取水资源总量的40%作为地区水资源可利用量。

在假设地区r没有实物水调出前提下，且虚拟水净流入量均由本地区水资源供给的条件下，则该地区的假设水资源压力指数I*为

(11)

将I*和I作差可得到虚拟水对地区压力的贡献(公式12)，如I

(12)

1.3 数据来源与处理

本文基于《2002年中国30省市地区间投入产出表》《2007年中国30省市地区间投入产出表》《2012年中国31省市地区间投入产出表》，分析长江经济带11省市对内、对外的虚拟水流动情况。因2017年数据暂未更新，故选取《2017年中国地区投入产出表》并转化为非竞争型投入产出表，对虚拟水的流入流出量进行粗略估算。参考《国民经济行业分类》将产业部门合并成18部门。此外，各地区水资源总量、用水量数据来自《中国统计年鉴》与各省市水资源公报。

2 结果分析

2.1 长江经济带用水压力结构特征分析

在考虑了南水北调调水量对地区影响的基础上，运用水资源消耗量与水资源可利用量年均值的比值来反映长江经济带水资源的实际压力程度，结果如图2所示。总体来说，2002—2019年长江经济带水资源压力由0.45上升至0.55，即一直处于高压力状态，但增长速率相对不大且在2013—2014年、2016—2017年等存在明显的压力下降，这与2013年最严格水资源管理制度的施行及2016年《长江经济带发展规划纲要》的发布有极大的相关性。可以预见，整个经济带的水资源压力会随着水资源管理政策的实施而有所缓和。

长江经济带各省市的压力年均值和变化趋势差距较为明显。由图2所示，上海、江苏两地区年均压力指数分别达到7.60和3.29，属于水资源超高压力水平地区。这一方面由于上海、江苏人口体量大、经济的高速发展导致水资源消耗量较高；另一方面，江苏、上海自产水资源十分有限，每年都需要引入过境水来解决水资源供需矛盾[31]，因此地区相对较低的水资源禀赋无法满足居民和企业的日常生产生活需求从而使压力呈现较高水平。浙江、安徽、湖北、湖南4个地区呈现高压力水平，其中浙江和安徽近几年压力呈现明显的下降趋势，而湖北、湖南压力水平却存在波动上升的情况。尤其需要关注湖北省，近年来因南水北调中线工程调水导致地区水资源实际消耗量的增加进而水资源压力增幅较大。剩下的5个省市，由江西、重庆、四川、贵州这4个水资源消耗中压力水平的地区与云南1个水资源低压力水平的省市组成。依近3年压力变化趋势推测，未来江苏、江西、湖北、贵州水资源压力水平存在递增的风险，而安徽、浙江、重庆、云南、四川压力可能会进一步降低。

图2 2002—2019年长江经济带及其各省市水资源压力指数

为明晰长江经济带水资源空间特征，选取最新数据绘制水资源压力的空间分布情况。由图3可知，长江经济带各省市水资源消耗压力的程度沿流域由东向西大致呈现递减状态。其中下游地区水资源压力指数最高，中游次之，上游地区最低。这一现象与经济发展存在东高西低梯度分布特征相一致，并由此可以推断上中下游存在压力不均衡的原因主要是受到地区水资源禀赋、产业结构分布、经济发展水平以及人口等因素的叠加影响。

图3 2019年水资源压力的空间分布情况

2.2 长江经济带水资源压力转移的时空演变

随着长江经济带支撑全国经济社会发展的重大战略地位的不断强化，其内部以及与外部的贸易交流愈加密切，而隐含在贸易中的水资源也随之转移，最终导致长江经济带水资源压力的流转。以虚拟水为工具，分别从长江经济带内部、外部两个视角出发，可以有效衡量虚拟水流动对长江经济带各省市压力的影响及变化趋势。

2.2.12002—2012年长江经济带内部压力转移的时空演变

分别用不同的颜色代表11省市对内虚拟水流出量和路径，绘制2002—2012年长江经济带内部虚拟水流动的和弦图见图4所示。外环的大小表示每个省(市)的虚拟水对长江经济带内部的流动量占整个长江经济带流动总量的比重，外环越大即虚拟水流出量越多。内部和弦的粗细代表流动量的大小，和弦的颜色由两区域之间虚拟水净流出一方决定。需要说明的是，为更清晰观察各个省市的相互关系，图4只显示虚拟水流量大于2亿m3的路径。

由图4可知，2002—2012年期间，随着社会经济的发展，地区间的贸易交流愈加频繁，长江经济带内部各地区虚拟水流量大于2亿m3的路径呈增多的趋势。其中，2002年虚拟水转移量的最大路径为浙江转移给江苏18.72亿m3、2007年为安徽转移给上海12.22亿m3、2012年为安徽到江苏12.98亿m3。由此可知，最大转移量均发生在下游地区，较大的水资源压力也一直在下游地区流转。研究期间虚拟水流出量水平较高的地区为江苏、安徽、湖南、湖北、江西，而流入量水平较高的地区为上海、浙江、江苏。进一步平衡2002—2012年的11省市虚拟水流入流出量，江苏、安徽、湖南、湖北、江西主要呈现虚拟水净流出状态，且安徽和江西的虚拟水净流出量为上升趋势。虽然总体上丰富的长江过境水可以支撑江苏、安徽等中下游地区的发展需求，但仍存在不合理的状态。具体表现为中下游部分省(市)自身水资源禀赋相对较低，虚拟水的净流出通过将外省的压力对内转移进而造成当地对长江过境水依赖性加强，区域抗风险能力较差。相反地，上海、浙江、重庆主要为虚拟水净流入地区，原因可能是地区经济发达和消费水平高，从而使本地的水资源压力转移通过贸易转移给其他省份。

图4 2002—2012年长江经济带内部虚拟水转移流向关系图

从地区分布来看，虚拟水净流出的省市主要集中在长江中下游地区，这与“虚拟水战略”是相悖的。尤其长江下游地区拥有水资源量远低于上游地区，但却为长江经济带的经济社会发展承担了较高的水资源压力，从侧面体现长江经济带的压力结构不合理，不断加剧水资源相对不富裕的中下游地区的水资源压力。分析其原因，主要是受到地区的经济体量高低和产业分布的影响，如地区贸易体量大且贸易交流的产品源自耗水量大的部门，则该地区虚拟水流出量及水资源压力均较大。

2.2.22017年长江经济带虚拟水流动量估算

由2017年虚拟水流入流出量的估算可知(见图5)，各省市压力转移情况在延续历史发展趋势的基础上有新变化。总体来说，上海、江苏、浙江、湖北、重庆、贵州等省市呈现虚拟水净流入状态，即通过省外贸易缓解地区的部分用水压力。其中湖北、重庆、贵州省延续了自2002年虚拟水净流入呈单调递增的趋势；上海一直处于净流入量上下波动状态；而江苏省的虚拟水由2007、2012年的净流出转变为2017年的净流入，这一变化体现江苏省的超高用水压力有缓解的趋势，归因于供给侧改革的有效落实、贸易结构的优化调整，其水资源压力结构正朝良性方向发展。

图5 2017年长江经济带各省市虚拟水流动量

2017年安徽、江西、湖南、四川和云南省的虚拟水呈现净流出状态，在一定程度上承担了受水地发展而带来的水资源压力。因流入总量增幅大于流出总量，所以安徽、江西、湖南省在平衡后的虚拟水净流出总量比2012年有小幅度递减。四川、云南省的压力转移无明显规律，可能与对外贸易值的波动相关。

2.2.32002—2012年长江经济带对外用水压力转移的时空演变

由长江经济带虚拟水量的整体对外流动可以得出(表1)，2002—2012年长江经济带的流出量是呈现单调递增趋势，从2002年266.2亿m3的上升到2012年的407亿m3，增幅高达52.9%。这不仅表明长江经济带落实了拉动全国经济发展的战略任务，还反映了其承担的水资源压力也是呈增长趋势。与此同时，长江经济带虚拟水流入量也是呈上升趋势，即其他省市通过贸易缓解了一部分长江经济带的水资源压力。平衡流入流出量，结果表明长江经济带一直处于虚拟水净流入状态，且净流入值呈现先下降后上升趋势。由此，若单从贸易隐含水资源流动视角看，全国其他省市为长江经济带的战略支撑作用的有效发挥提供了资源保障。

表1 长江经济带对外贸易各地区虚拟水流动量 单位：亿m3

汇总上中下游的流动情况，虚拟水的对外流动结果反映了压力结构在朝不合理的状态演变。研究期间，上游虚拟水由净流出转变为净流入的状态，且有继续增长的态势；中游地区一直处于单调递增的净流出趋势；而下游地区的净流入量下降幅度较大，由139亿m3下降到52.5亿m3，且未来可能会转变为净流出区域。这一趋势体现了在全国社会经济不断发展过程中，长江经济带中游和下游地区承担了越来越大的水资源压力，但对水资源丰富的上游地区的水资源压力却有一个积极的效应。因此，上游地区应充分发挥资源优势，适度扩大水资源密集型产品的生产，在通过贸易缓解中下游的水资源压力的同时，也能实现地区经济水平的提升；而对于中、下游需要提高生产生活的用水效率，优先发展节水行业。

进一步观察地区层面的变化趋势，地区间压力结构的时空分布存在显著差异。其中位于中、下游的江苏、安徽和江西从虚拟水净流入状态转变到净流出状态，即水资源压力由外部向本地区转移，且虚拟水净流出总量朝继续增长的方向发展，该压力转移结构与实际用水压力不协调，可能会进一步加剧长江经济带的水资源压力状态的不均衡。湖南和湖北省一直是虚拟水净流出状态，依据一直以来其实际用水压力指数年均处于高压力状态，按此趋势湖南湖北将面临水资源不可持续问题；而上海、重庆和浙江保持净流入状态，通过引入高耗水的产品满足内部需求从而一定程度上缓解本地的水压力。其余省市的流动无固定的发展趋势，压力转移情况也有所波动。

2.3 虚拟水流动和跨流域调水对长江经济带水资源压力结构的贡献

2002—2012年虚拟水流动对长江经济带水资源压力的影响有正向的和负向的，总体上贸易隐含虚拟水和跨流域调水的叠加影响缓解了长江经济带的用水压力。具体地区的贡献特征见图6。

在I*大于I时，表明虚拟水流动和跨流域调水减小了该地区的水资源消耗压力，差值越大即压力水平减小的越多；反之，则加剧地区水资源压力。由图6中I*与I的对比分析可知，虚拟水流动对缓解水资源压力作用较大的区域为上海、浙江和重庆，2002—2017年其假设压力值I*显著大于实际压力值I，降低用水压力程度较为明显。而安徽、江西、湖北、湖南地区的情况完全相反，由于在2007—2017年期间保持着虚拟水净流出的状态，尤其在安徽、湖北和湖南水资源压力处于较高状态的前提下，虚拟水的对外流动无疑进一步增加了地区的压力值。长远来看，这种压力结构是不协调的，水资源的不可持续将会制约区域高质量发展进程。除此之外，江苏和贵州省在经历了2007—2012年虚拟水对地区水压力的负向作用后在2012—2017年出现扭转局势，即综合作用缓解了两地的水资源压力，且实际水资源压力远低于假设水资源压力。上述转变得益于两地区能较好地统筹经济发展和水资源消耗的关系，不仅从产业结构上鼓励低耗水高附加值的产业发展，而且通过贸易进口水资源密集型且需求较大的商品，如农产品等。

图6 2002—2017年I*与I的对比分析

因此，针对长江经济带不同地区应依据区域实际水资源压力和经济情况采取不同的优化措施。以经济发展较好的上海为代表的超高水资源压力地区，应利用其强大的需求力继续保持虚拟水净流入在合理区间，将部分用水压力向外转移，同时提高用水效率和加大生产生活的节水力度；对于四川、贵州、云南等经济实力相对较弱的区域，以地区水资源高压力为阈值，适度生产富水产品以满足国家战略所必需。

3 长江经济带水资源压力结构优化路径

a.从“大保护”背景下对用水量的控制角度，需协调长江经济带上中下游的供需关系，促进区域水资源量的可持续利用。由长江经济带水资源压力与经济发展均存在东高西低梯度分布特征可知，上中下游的空间均衡性有待进一步加强。具体来说，下游区域应坚守“以水定城、以水定产”的原则，加大节水技术投入和节水型社会建设，发挥产业的辐射和带动作用适当转移耗水产业，控制下游的水资源压力水平，以需水管理模式带动城市的经济发展。

长江经济带内部虚拟水转移量的最大路径均发生在下游地区和净流出的主要省市也是集中在中下游地区的研究结果，体现了上中下游因供需关系引发水资源压力结构失衡。虽然受经济体量和人口因素的影响，但总体上水资源禀赋较差的下游地区向富水地区净输出水资源不符合水资源合理利用的理念。主要呈现对内净流出状态的江苏、安徽、湖南、湖北、江西需要发挥好自身的区位优势和强大需求力，将高水资源压力合理的向上游地区转移，以实现整个长江经济带能作为有机整体，合理分工，保证水资源压力和经济发展的内部均衡。

b.从“大保护”背景下对产业结构的管理目标出发，应建立更科学的产业布局并进一步提高用水效率。产业用水是资源开发和最终消耗的中间环节，可以带动用水量、用水结构、用水效率发生变化。就2002—2019年长江经济带及其内部省市的实际水资源压力演变来看，可能存在各地区产业结构不合理的现象。对于上海、江苏等经济发展水平高但属于超高用水压力的地区，理应严格控制水资源密集型产业的生产规模，运用先进技术积极探索和鼓励低耗水、高效益的产业发展，如服务业和高端制造业，这样既保证区域的经济效益不减少又可缓解生产生活耗水对水资源禀赋较低地区造成的压力。反之，四川、贵州、云南等丰水地区，可以适度承担长江经济带国家战略必需但水资源相对密集的产业的发展，充分发挥水资源优势带给地区的经济发展。总体看，无论是相对缺水亦或者丰水地区均要注重各行各业的技术升级、提高产业的用水效率、加快推进节水型社会建设，进而达到水资源的可持续发展的目标。

c.基于“大保护”背景下对地区经济发展的规划角度，要改进长江经济带目前并不合理的区域间贸易结构。长江经济带作为国家发展的战略支撑带，在与全国各地进行贸易交流的同时，中游和下游地区承担了越来越大的水资源压力，同时通过贸易对经济带以外的水资源支撑也达到了一个新的高度。位于中、下游的江苏、安徽和江西从虚拟水净流入状态转变为净流出状态，一方面支撑了其他地区的可持续发展，但也导致了这些地区的水资源压力趋于紧张的态势。考虑到造成水资源对外压力转移结构变化的贸易输出结构因素，长江经济带中下游地区应更加重视服务及贸易的发展，增加输出水资源密集程度较低的高附加值产值比例，适当扩大高耗水产品的区域外进口规模，力争通过贸易隐含虚拟水的流入使中下游地区水资源保持在压力阈值下。关于水量丰富的上游地区，应在确保大保护的前提下加快探索生态产业化的绿色发展之路，加大中下游对上游的生态补偿和投资。

d.考虑“大保护”下对长江经济带水资源的合理配置，应平衡好虚拟水流转和南水北调跨流域调水的总量。自2013年南水北调工程正式通水后，在极大地缓解了华北地区缺水问题的同时也造成了河南、湖北和江苏水源地可利用水资源消耗量的增加。虽然长江经济带水资源总量丰富，调水量只占干流流量的1%不到，但跨流域调水会对支流和水源地造成的水资源压力不容忽视[32]。结合上述分析中上海、江苏、安徽、湖北等中下游的水资源消耗压力水平较高的结论，因此需要进一步科学配置跨流域调水总量，以水源地的水资源高压力阈值为边界，平衡社会用水需求和解决水资源时空分布不均问题。在水源地已经输出较大量实物水的前提下，这些地区应该减少水资源密集型产品的省际间供应，避免贸易隐含虚拟水对外转移量和跨流域调水对地区施加的双重水资源压力。此外，对于长江经济带以外极度缺水的地区，因立足自身社会、政策和产业的适应能力建设，不能对跨流域调水形成工程依赖，以减少长江经济带内部水资源矛盾和多余的人力、经济消耗。