全行业统计口径下虚拟水嵌入核算与水资源稀缺评价

李晓菲

摘   要：基于统计模型PCA-AHP构建评估水资源稀缺的综合指数WSCEI（Water Scarcity Comprehensive Evaluation Indicator），并嵌入虚拟水流动核算，从时间和空间视角综合评价水资源的稀缺性。结果表明：一是商品中内嵌的虚拟水理应起到调节水资源稀缺分布不均衡的作用，然而与之相反，虚拟水是从缺水地区输送至富水地区，这使中国水资源稀缺分布的不平衡问题更加突出。二是我国的水资源稀缺压力逐渐由“北高南低、西高东低”逐渐转变为“南北皆高、东西皆高”。三是经济较发达地区的水资源情况并未因其水资源利用相对效率和水资源经济效率的高效而有所改善；经济欠发达地区的缺水问题则更为严重。

关键词：水资源；稀缺性；虚拟水

中图分类号：C82        文献标志码：A      文章编号：1673-291X（2023）13-0049-03

一、研究背景

关于水资源评估许多学者提出了一些综合性评价指标。例如，WTA比率、水应力指标、供水压力指数。另一方面，由于水资源的污染和浪费，中国的水质问题也十分严峻。关于水质问题，虽然有一些研究，但仅仅评估了水质状况，并未对水资源短缺情况进行评估。如李连香等（2015）基于分层构权主成分分析，对皖北地下水水质进行了评估，但并未进一步深入研究该地区的水资源短缺问题。此外，水资源环境与社会经济系统也有着密不可分的关联性。刘宁等（2020）基于虚拟水核算方法对京津冀地区农产品虚拟水含量进行计算，并通过建立回归模型分析农产品虚拟水与经济增长的关系。

近年来，随着水足迹理论的成熟和发展，许多学者将其用于水资源评估中，例如评价指标IW、QQE等。但这些研究并未考虑到地区间的经济需求与交流，而且只是局限于一个区域的水资源评估。此外，大多数文章仅从时间角度讨论了一个地区的水资源变化，而忽略了水资源可以通过产品运输从一个地区流向另一个地区。虚拟水理论的发展则从空间角度为水资源的评估提供了新思路。孙思奥、王晶等（2020）测算了青藏高原与中国其他区域之间的虚拟水贸易关系，建立了中国区域城镇与农村地区的虚拟水贸易网络。魏怡然、邵玲等（2019）测度北京市与国内其他省市和其他国家的虚拟水贸易往来。朱智洺、李秀琴等（2020）基于彭曼公式对“一带一路”沿线国家粮食的单位面积虚拟水含量进行测算。然而有关虚拟水的文章大多关注于它的基本理论、它在贸易中的重要性以及使用不同方法来计算其值，例如王勇（2016）基于水资源扩展型MRIO模型和中国区域间投入产出表，对中国区域间贸易隐含虚拟水转移进行了测算，并发现虚拟水的流动并未缓解中国的缺水问题，但却并未进一步将虚拟水引入水资源评价体系中。事实上，仅有少数文章将虚拟水视为评估水资源的一个重要指标。因此，可以基于统计模型PCA-AHP构建评估水资源稀缺的综合指数WSCEI（Water Scarcity Comprehensive Evaluation Indicator），并嵌入区域中的虚拟水流动核算，从时间和空间视角综合评价水资源稀缺性。

二、数据与方法

（一）数据来源

研究数据主要包括：2010年和2019年各区域的水质、水量以及社会经济水平数据，来源于《中国统计年鉴》和《中国环境统计年鉴》，用于计算WSCEI。为了便于计算和分析，根据产业结构、经济水平和地理位置的相似性，将我国划分为8个区域：东北地区、京津地区、北部沿海地区、东部沿海地区、南部沿海地区、中部地区，西北地区和西南地区。

（二）研究方法

本文基于PCA-AHP统计模型构建了一个三层次的指标体系WSCEI，它综合考虑了水质（QL）、水量（QT）和社会经济水平（SC）的影响，从水质、水量和社会经济水平三方面选择了15个基本指标。水质水平选择了3个指标，分别为废水排放比例、城市污水处理率和水土流失治理面积比例；水量水平选择了9个指标，分别为水资源总量、总用水量、水库总库容量、降水量、节水量、重复利用率、森林覆盖率、湿地面积比例和虚拟水净流出；社会经济水平选择了3个指标，分别为单位用水量产生的GDP、人均用水量和城市化比率。

為了分析中国水资源情况的动态变化，选择2010年和2019年各区域的水资源数据进行横向对比。同时，通过比较是否引入NOVW的WSCEI值的变化，确认虚拟水对水资源评估的影响以及区域间水资源分布的空间相关性。

三、结果分析与讨论

（一）WSCEI等级划分

在确保数据信息完整性的前提下，对于评估水量的基本指标，使用PCA来降低数据维度。在未引入NOVW和引入NOVW的两种情况下，特征值的累积方差贡献率分别为85.406％和82.606%。根据累积方差贡献率大于80％的原则，本文选择了前三个主成分进行之后的分析。基于所选的三个主成分，得到了两种情况下的成份矩阵（因子载荷阵）以及相应的得分系数。使用所获得的得分系数分别构建引入变量NOVW前后的三个主成分，从而实现水量数据降维的目的。

之后基于AHP计算各项指标的权重，构建出综合评价指标WSCEI。由于虚拟水仅对水量产生影响，因此QL，SC和WSCEI的方程式与未引入NOVW时相同。根据WSCEI值和我国水资源短缺的实际情况，将WSCEI划分为四个层次，以显示8个地区的缺水相对程度。为保证轻度缺水地区占比控制在50%，选取WECEI指标的下四分之一分位数和上四分之一分位数，经计算下四分之一分位数约为0.4 和上四分之一分位数为0.7，同时将WSCEI<0界定为严重缺水，WSCEI>0.7（上四分之一分位数）界定为不缺水，进而制定WSCEI等级划分标准。

总体来看，我国的缺水情况并未得到有效改善，甚至部分地区缺水问题愈加严重。从空间角度看，由于虚拟水的引入，部分地区的水资源状况确实发生了变化。然而，虚拟水的流动并没有改善我国水资源分布不平衡的问题。相反，它使缺水地区的水资源短缺问题更加严重，富水地区的水资源状况却得到明显改善。

（二）WSCEI的时空特征及其因素分解

尽管京津地区的WSCEI值有所提高，但其仍处于严重缺水状态，是八个地区中缺水最为严重的区域。西北地区似乎脱离了严重缺水状态，其WSCEI值从-0.238增加到0.067。但0.067几乎落在严重缺水和中度缺水的边界，说明这种缓解是非常脆弱的，存在回到严重缺水状态的可能性。西南地区一直在严重缺水和中度缺水之间的边界线上移动，表明西南地区的缺水问题十分严峻，存在着进入严重缺水状态的可能性。南部沿海地区和中部地区下降幅度最大，其中，南部沿海地区的WSCEI从0.518下降到0.208；中部地区的WSCEI则从1.160降至0.957，说明这两个地区水资源情况恶化较为严重。

根据WSCEI的准则层指标，可以深入分析各地区水资源短缺的具体原因，这是其他水资源评估指标很难实现的。尽管整体水质略有改善，但多数地区的水量明显降低，这是造成我国缺水问题愈发严重的主要原因。此外，东北地区和中部地区的SC值变化最为明显。部分地区的QL值有所下降（北部沿海地区、东部沿海地区、西北地区及西南地区）。相对而言，其他地区的水质有所改善，且这些地区QL值的变化更为明显。例如，在这十年中，中部地区的水质指标增长最快，QL值从0.72增加到0.86；而在北部和东部沿海地区，QL下降最快，但其减少量也仅为0.04。此外，京津地区的水质最差，其QL值从0.35增加到0.44；沿海地区和中部地区水质较好，其QL值稳定在区间（0.6，0.8）中。由此可见，我国的水质问题虽然有所改善，但变化程度很弱，因此对各地区的缺水情况影响不明显。

我国某些地区的水量有所增加，但总体而言，水量仍在下降。这主要体现在我国水量增长地区的变化程度较弱，而水量下降地区的变化则十分明显。因此，相较于2010年，我国2019年的水量大大减少。具体而言，西北地区的QT值增长最快，增幅接近0.6；而南部沿海地区则下降最快，其QT值从0.47减至-0.16。此外，京津地区的水量最少，2010年和2019年的QT值分别为-1.76和-1.47。相比之下，中部地区QT值最大，但也从2010年的1.60降至2019年的1.12。可见，QT值的降幅明显高于其增幅，这也是我国水资源短缺情况一直没有明显改善的原因之一。

多数地区社会经济水平的变化并不明显，京津地区的SC值最大（0.83），西北地区的SC值最小（0.15）；东北地区和中部地区SC值变化最为明显：东北地区的SC值从0.36降至0.30，中部地区的SC值则从0.49降至0.45，虽然这两个地区SC的变化很弱，但确实影响到它们的水资源状况。

（三）NOVW-WSCEI分析及其影响因素

相较引入NOVW前后的WSCEI，发现西北地区、东部沿海地区和南部沿海地区的缺水情况变化程度很大，这是由地区间虚拟水流动引起的。而虚拟水的流出，使得西北地区和东北地区的缺水问题更为严重。其中，西北地区WSCEI值减少最多，从-0.238降至-0.587；东北地区的WSCEI则从0.490下降到0.270。相比之下，由于虚拟水的流入，东部和南部沿海地区的水资源状况则得到明显改善。其中，南部沿海地区的WSCEI增长最快，其值从0.518增加到0.903；京津地区的WSCEI则从-0.712增至-0.453。以上事实表明，虚拟水流动大大影响了我国的缺水分布。

总体来看，NOVW的引入使得水量指标QT变化很大，大多数地区QT值的变化与虚拟水的流向一致。其中，由于虚拟水流入，京津地区的QT值从-1.76增加到-1.26；东部沿海地区从0.61增加到0.89；南部沿海地区则从0.47增加到1.19。同时，由于虚拟水流出，东北地区的QT值从0.48降至0.06，而西北地区的QT值从-0.89降至-1.55。

根据上述分析，发现我国大部分地区的缺水问题并未得到有效解决，部分地区的情况甚至恶化，这与多数的研究结果基本一致。表明WSCEI可以用于评估一个地区的缺水情况，其结果是准确可靠的。基于WSCEI的变化和本文构建的指标体系，可以分析影响我国水资源短缺问题日益严重的主要原因。

从指标体系的准则层来看，我国水质总体上有所改善，但因其变化太小，无法有效提高WSCEI的值。即使某些地区的水质明显改善，由于其水量锐减，该地区的缺水问题也并未得到缓解，而是越来越严重。社会经济水平的变化也并不明显。然而，它确实影响到地区的水资源状况（例如东北地区）。另外，根据NOVW引入前后的WSCEI变化，发现虚拟水流动对水量分布的影响很大，这可能是缓解我国水资源短缺问题的一个有效途径。对于东部沿海和西北地区水资源情况的改善，我们进行深入探讨并分析了原因。作为中国最发达的地区，东部沿海地区拥有最先进的水资源再利用技术，再加上虚拟水的大量流入，使得其缺水状况得到有效改善。相比之下，我国政府虽然发布了一系列政策来帮助西北地区，特别是南水北调工程，使得西北地区的缺水问题有所改善，但由于地理位置的限制和虚拟水的流出，西北地区的缺水问题依然相当严峻。

水量的大幅下降導致中国水资源问题日益严重。近年来，由于水资源的过度消耗和全球气候变暖的影响，我国水资源量明显减少。虽然我国的节水技术和水资源再利用技术有所进步，但随着生活水平的提高，人们对水资源的需求越来越大，导致用水量明显增加。此外，由于虚拟水的引入，各地区的水量也发生了很大变化，这使得每个地区的水资源短缺程度有了明显变化。它表明虚拟水流动确实会影响到水资源分布。然而，虚拟水的流动并未改善我国水资源分布的不均衡，反而使缺水地区的缺水问题越发严重，“富水”地区的缺水问题却得到改善。这是因为虚拟水从缺水地区（例如西北地区）流向“富水”地区（例如东部沿海地区），使得我国水资源分布更加不均匀，但有虚拟水流入的地区缺水情况的确明显改善。这些事实表明，水资源的状况与虚拟水的流动密切相关。

参考文献：

[1]   李连香，许迪，程先军，等.基于分层构权主成分分析的皖北地下水水质评价研究[J].资源科学，2015，37（1）：61-67.

[2]   刘宁，沙景华，张宏亮，等.京津冀地区农产品虚拟水与区域可持续发展关系研究[J].资源与产业，2016，18（3）：80-85.

[3]   孙思奥，王晶，戚伟.青藏高原地区城乡虚拟水贸易格局与影响因素[J].地理学报，2020，75（7）：46-58.

[4]   魏怡然，邵玲，张宝刚，等.北京市虚拟水消费与贸易[J].自然资源学报，2019，34（9）：62-73.

[5]   朱智洺，李秀琴，黄永春.“一带一路”沿线国家粮食虚拟水贸易网络研究[J].资源与产业，2020，22（3）：31-42.

[6]   王勇.全行业口径下中国区域间贸易隐含虚拟水的转移测算[J].中国人口·资源与环境，2016，26（4）：107-114.

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

[責任编辑   白   雪]