中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源貿(mào)易隱含水足跡分形特征分析

孫才志，高春陽(yáng)

(1.遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心，遼寧 大連 116029； 2.遼寧省“海洋經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展”高校協(xié)同創(chuàng)新中心； 3.遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116029)

隨著中國(guó)人口規(guī)模的增加和社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，資源安全問(wèn)題日漸突出。中國(guó)面臨著日益嚴(yán)峻的能源形勢(shì)，主要體現(xiàn)在能源需求迅速增大、能源效率偏低、能源結(jié)構(gòu)不合理和能源供給嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口等方面。中國(guó)已成為世界上第一大能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，對(duì)能源的需求仍處于上升趨勢(shì)，據(jù)《2050年世界與中國(guó)能源展望》估計(jì)，中國(guó)一次能源需求將于2035年前后進(jìn)入峰值，屆時(shí)中國(guó)一次能源需求將達(dá)到56億t標(biāo)準(zhǔn)煤，增長(zhǎng)大約35.6%[1]。水是工業(yè)的“血液”，是維系能源生產(chǎn)與供應(yīng)的基礎(chǔ)物質(zhì)條件，理解水資源和能源之間的相互作用關(guān)系對(duì)于開(kāi)發(fā)管理水資源尤為重要。能源水足跡作為表征能源生產(chǎn)、消費(fèi)過(guò)程中的水資源占用及污染情況的重要指標(biāo)，是研究水資源利用的空間轉(zhuǎn)移情況的有效手段，能夠較好地反映水-能紐帶關(guān)系問(wèn)題[2-3]。

能源水足跡的相關(guān)研究主要圍繞其資源效率和時(shí)空演變展開(kāi)，較少涉及貿(mào)易中的能源水足跡轉(zhuǎn)移。能源水足跡的測(cè)算分為自上而下和自下而上兩種方法，前者受限于國(guó)家投入產(chǎn)出表的編制年限，不能較好地反映水-能關(guān)系現(xiàn)狀，后者受客觀條件限制少，實(shí)際應(yīng)用較廣。如Ding等[4]開(kāi)發(fā)了能源水足跡評(píng)價(jià)模型，對(duì)中國(guó)主要化石能源和可再生能源的水足跡進(jìn)行核算；陳倩云[5]利用生命周期評(píng)價(jià)方法，測(cè)算了伴隨著煤炭、火電以及石油天然氣貿(mào)易的能源產(chǎn)品水足跡流動(dòng)格局；關(guān)偉等[2]在測(cè)算中國(guó)30個(gè)省市化石能源和電力生產(chǎn)生命周期水足跡的基礎(chǔ)上，研究中國(guó)能源水足跡時(shí)空格局的演化特征。“一帶一路”沿線國(guó)家擁有豐富的能源資源，能源投資是推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)的重要方面，因此關(guān)于能源的合作也是諸多學(xué)者研究的方向。如韓夢(mèng)瑤等[6]利用多區(qū)域投入產(chǎn)出方法，從直接能源貿(mào)易和隱含能源流動(dòng)的雙重角度刻畫(huà)中國(guó)與“一帶一路”沿線能源關(guān)聯(lián)并對(duì)比研究；謝忠倆[7]對(duì)2007—2017年中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源生產(chǎn)消費(fèi)和雙邊貿(mào)易情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)中國(guó)存在較大的能源缺口。由于橫跨經(jīng)緯度范圍廣，“一帶一路”沿線國(guó)家也存在較大的水資源稟賦空間差異，因此水安全問(wèn)題也是“一帶一路”研究的重要課題[8]。本文以對(duì)外能源貿(mào)易中的水足跡轉(zhuǎn)移為視角，基于生命周期的能源水足跡評(píng)價(jià)模型，對(duì)中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家的化石能源水足跡貿(mào)易規(guī)模進(jìn)行測(cè)算，研究中國(guó)跨國(guó)能源流動(dòng)中的水資源消耗規(guī)律。

對(duì)外貿(mào)易作為一種經(jīng)濟(jì)地理活動(dòng)表現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)組織上滿(mǎn)足一定的層級(jí)分布形態(tài)[9]，一國(guó)的對(duì)外貿(mào)易兼具空間形態(tài)的層級(jí)性和外貿(mào)發(fā)展的動(dòng)態(tài)性，這為利用分形的方法研究中國(guó)對(duì)外貿(mào)易的空間分布特征和演化軌跡提供了一定的理論支撐[10]?！耙粠б宦贰毖鼐€國(guó)家成為中國(guó)重要能源合作伙伴的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)一系列資源環(huán)境的影響[11]。盡管“一帶一路”的能源合作已經(jīng)得到了廣泛研究，但“一帶一路”能源貿(mào)易下的水資源流動(dòng)問(wèn)題尚未得到足夠關(guān)注。進(jìn)行貿(mào)易中的能源與水資源間的量化關(guān)聯(lián)研究，對(duì)跨境水-能安全問(wèn)題具有重要意義。鑒于此，本文在測(cè)算中國(guó)與“一帶一路”沿線化石能源水足跡流動(dòng)的基礎(chǔ)上，分析其貿(mào)易結(jié)構(gòu)和類(lèi)型的時(shí)空演變特征，并深入分析中國(guó)化石能源水足跡的外貿(mào)分布格局和演化規(guī)律，以期為中國(guó)在國(guó)際貿(mào)易下有效化解能源危機(jī)和水危機(jī)提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)域

“一帶一路”是開(kāi)放包容的經(jīng)濟(jì)合作體，不限國(guó)別，不限實(shí)體。為了研究方便，本文選取“一帶一路”倡議之初所包含的65個(gè)沿線國(guó)家作為研究區(qū)域，包括蒙俄2國(guó)：蒙古、俄羅斯；東南亞10國(guó)：文萊、柬埔寨、印度尼西亞、老撾、馬來(lái)西亞、緬甸、菲律賓、新加坡、泰國(guó)、越南；南亞7國(guó)：孟加拉國(guó)、不丹、印度、馬爾代夫、尼泊爾、巴基斯坦、斯里蘭卡；中亞5國(guó)：哈薩克斯坦、土庫(kù)曼斯坦、塔吉克斯坦、烏茲別克斯坦、吉爾吉斯斯坦；西亞和中東18國(guó)：伊朗、阿富汗、伊拉克、土耳其、敘利亞、約旦、以色列、巴勒斯坦、沙特阿拉伯、巴林、卡塔爾、也門(mén)、阿曼、阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)、科威特、黎巴嫩、塞浦路斯、埃及；東歐23國(guó)：阿塞拜疆、格魯吉亞、亞美尼亞、白俄羅斯、保加利亞、捷克、匈牙利、摩爾多瓦、波蘭、羅馬尼亞、斯洛伐克、烏克蘭、愛(ài)沙尼亞、拉脫維亞、立陶宛、阿爾巴尼亞、波黑、克羅地亞、馬其頓、黑山、希臘、塞爾維亞、斯洛文尼亞。

1.2 能源水足跡評(píng)價(jià)模型

能源水足跡評(píng)價(jià)模型基于ISO標(biāo)準(zhǔn)方法[12]建立，從能源生產(chǎn)生命周期出發(fā)，包括采掘、處理、加工轉(zhuǎn)化、使用、廢棄等過(guò)程。能源水足跡包括生產(chǎn)生命周期過(guò)程中的直接水足跡和間接水足跡，由于能源生命周期的間接水消耗計(jì)算較復(fù)雜，本文僅計(jì)算化石能源(煤炭、石油、天然氣)直接水足跡。能源生產(chǎn)生命周期中造成的水污染數(shù)據(jù)借鑒灰水足跡的概念來(lái)表示[13]。能源水足跡分為能源藍(lán)水足跡和能源灰水足跡，能源藍(lán)水足跡指能源生產(chǎn)過(guò)程中所消耗的地表水和地下水的總和，能源灰水足跡指以自然本底濃度和現(xiàn)有環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，將一定的污染物負(fù)荷吸收同化所需的淡水體積[14]。能源水足跡評(píng)價(jià)模型為

EWF=EWFb+EWFg

(1)

式中：EWF為能源單位產(chǎn)量水足跡；EWFb為能源生產(chǎn)過(guò)程的單位產(chǎn)量藍(lán)水足跡；EWFg為能源生產(chǎn)過(guò)程的單位產(chǎn)量灰水足跡。考慮到生命周期的所有過(guò)程，能源水足跡應(yīng)為各個(gè)生命周期階段水足跡的總和，公式為

(2)

式中：EWFn為第n類(lèi)能源產(chǎn)品單位產(chǎn)量水足跡；M為第n類(lèi)能源產(chǎn)品包括的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)量；m表示第m個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。各能源單位產(chǎn)量灰水足跡的計(jì)算公式為

(3)

其中

G=LV

式中：L為單位能源生產(chǎn)的廢水排放量，m3/t；V為廢水中污染物的量，mg/m3；G為單位能源生產(chǎn)的污染物排放量，mg/t；ρmax為受納水體可接受的污染物最大容許質(zhì)量濃度，mg/L；ρnat為受納水體的自然本底質(zhì)量濃度，mg/L。能源水足跡貿(mào)易計(jì)算公式為

(4)

式中：Ti為中國(guó)對(duì)i國(guó)的能源水足跡貿(mào)易量；Tin為中國(guó)對(duì)i國(guó)第n類(lèi)能源貿(mào)易量；N為能源貿(mào)易種類(lèi)的數(shù)量。

1.3 位序-規(guī)模法則及分形理論

基于分形的空間結(jié)構(gòu)擬合是研究城市等級(jí)規(guī)模分布的經(jīng)典方法[15-17]，能夠?qū)Α傲髁俊?、“?guī)模量”等空間要素的集聚與分散態(tài)進(jìn)行清晰的呈現(xiàn)，將隱含在內(nèi)的地域?qū)哟畏植寄Ｊ骄攥F(xiàn)化，為空間分布識(shí)別提供模型支撐[10]。國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者將分形理論應(yīng)用于資源流動(dòng)、產(chǎn)業(yè)貿(mào)易、收入分配等方面的研究[18-21]，利用其可直觀地反映大數(shù)據(jù)樣本的分布特性，闡述水足跡流動(dòng)的相關(guān)問(wèn)題，展現(xiàn)能源貿(mào)易隱含水足跡的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)。分形理論以分形維數(shù)(即Hausdorff維數(shù))作為特征參數(shù)，位序-規(guī)模法則(rank-size rule)研究一個(gè)地區(qū)的規(guī)模與該地區(qū)在國(guó)家內(nèi)規(guī)模排序關(guān)系的規(guī)律，公式為

(5)

(6)

式中：ri為中國(guó)對(duì)i國(guó)能源水足跡貿(mào)易額降序排列的位序；Vi為位序是ri的國(guó)家能源水足跡貿(mào)易規(guī)模；V1為理論的首位國(guó)家能源水足跡貿(mào)易規(guī)模；q為Zipf維數(shù)。NT為大于等于門(mén)檻能源水足跡貿(mào)易規(guī)模的國(guó)家數(shù)量；D為分形維數(shù)；A為系數(shù)；VG為中國(guó)與i國(guó)能源水足跡貿(mào)易規(guī)模。

談明洪等[22]對(duì)D與q的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)證分析，結(jié)果表明，D與q之積為確定系數(shù)R2。D與q的大小直接反映空間分布等級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)q=D=1時(shí)，最大規(guī)模與最小規(guī)模之比恰好為整個(gè)貿(mào)易體系數(shù)目，系統(tǒng)形態(tài)達(dá)到最優(yōu)；當(dāng)q>1且D<1時(shí)，表示能源水足跡貿(mào)易規(guī)?？臻g分布呈集聚態(tài)，各國(guó)間差異顯著，頂端國(guó)家壟斷性較強(qiáng)；當(dāng)q<1且D>1時(shí)，貿(mào)易規(guī)?？臻g分布較均勻，等級(jí)結(jié)構(gòu)趨于分散，頂端規(guī)模不突出，中間位序數(shù)目較多；當(dāng)q→0且D→∞時(shí)，各國(guó)貿(mào)易規(guī)模一樣大；當(dāng)q→∞且D→0時(shí)，只存在一個(gè)貿(mào)易伙伴。

1.4 首位度指數(shù)

為探討中國(guó)與“一帶一路”沿線各國(guó)能源水足跡貿(mào)易的首位分布情況，引用城市首位度進(jìn)行分析。首位度指數(shù)包括2城市指數(shù)S2、4城市指數(shù)S4和11城市指數(shù)S11。按照奧爾巴赫位序-規(guī)模法則，S2=2、S4=S11=1是規(guī)模結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)，小于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，則表明城市首位分布不明顯。首位度指數(shù)公式為

S2=V1/V2

(7)

S4=V1/(V2+V3+V4)

(8)

S11=2V1/(V2+V3+…+V11)

(9)

1.5 數(shù)據(jù)來(lái)源

能源貿(mào)易數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)際貿(mào)易中心(ITC)，選取2001、2007、2013、2019年中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家在《商品名稱(chēng)及編碼協(xié)調(diào)制度》(HS編碼)6位編碼下的煤炭、石油、天然氣貿(mào)易數(shù)據(jù)。各類(lèi)化石能源生產(chǎn)生命周期的單位產(chǎn)量水足跡值與數(shù)據(jù)來(lái)源見(jiàn)表1。灰水足跡評(píng)價(jià)采用廢水排放中的主要污染物COD為標(biāo)準(zhǔn)。受納水體自然本底濃度參照GB 3838—2001《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類(lèi)水。原煤開(kāi)采和洗選中的藍(lán)水消耗定義為0.3 m3/t和0.15 m3/t[23]。原煤開(kāi)采和洗選中的廢水COD排放量分別為300 g/t和40 g/t，COD最大容許質(zhì)量濃度分別為70 mg/L和100 mg/L[24]。原油開(kāi)采中藍(lán)水消耗定義為7 m3/t[25]。石油煉制過(guò)程藍(lán)水消耗和廢水COD排放量為2 m3/t和900 g/t[26]?！吨袊?guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》[27]規(guī)定原油和天然氣開(kāi)采業(yè)廢水COD排放量為109.282 g/t。原油和天然氣開(kāi)采業(yè)廢水COD最大排放質(zhì)量濃度為150 mg/L，石油煉制工業(yè)廢水COD最大質(zhì)量濃度為120 mg/L[28]。由于天然氣行業(yè)沒(méi)有明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用四川省用水定額[29]中的規(guī)定(四川省天然氣產(chǎn)量位居中國(guó)四大天然氣主產(chǎn)區(qū)第一)，天然氣開(kāi)采過(guò)程中鉆井泥漿用水定額為30 m3/萬(wàn)m3，天然氣加工凈化過(guò)程的用水定額為18 m3/萬(wàn)m3[30]。

表1 中國(guó)化石能源生產(chǎn)生命周期單位產(chǎn)量水足跡值Table 1 Water footprint per unit output in life cycle ofChina’s fossil energy production

2 結(jié)果與分析

2.1 能源水足跡貿(mào)易結(jié)構(gòu)

基于能源水足跡評(píng)價(jià)模型，計(jì)算2001、2007、2013、2019年中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家煤炭、石油、天然氣3類(lèi)化石能源水足跡貿(mào)易結(jié)構(gòu)(圖1)?？傮w來(lái)看，中國(guó)能源水足跡出口規(guī)模較進(jìn)口少且呈下降趨勢(shì)，從2001年的101.2×106m3降至2019年的26.5×106m3；中國(guó)能源水足跡進(jìn)口規(guī)模大且增長(zhǎng)迅速，從2001年的9.2×108m3增至2019年的88.5×108m3。2001—2019年，中國(guó)對(duì)外能源戰(zhàn)略從“走出去”的多元化能源外交逐步調(diào)整為適應(yīng)“一帶一路”倡議下的全球布局，其間中國(guó)建設(shè)了中俄、中國(guó)-中亞、中緬多條陸上油氣輸送管線，隨著中國(guó)實(shí)行能源“十二五”戰(zhàn)略規(guī)劃，能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級(jí)，化石能源總產(chǎn)量降低，加之受金融危機(jī)的影響，化石能源對(duì)外出口大幅下降，能源水足跡出口隨之減少，為了滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)巨大的能源需求，轉(zhuǎn)向大量進(jìn)口能源，導(dǎo)致中國(guó)進(jìn)口化石能源水足跡逐年攀升。

(a) 出口 (b) 進(jìn)口圖1 中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源水足跡貿(mào)易結(jié)構(gòu)Fig.1 Trade structure of water footprint of energy trade between China and countries along “the Belt and Road”

從能源水足跡的結(jié)構(gòu)來(lái)看，中國(guó)能源產(chǎn)品水足跡出口存在階段性變化，2001和2007年煤炭和石油水足跡出口占比80%以上，天然氣水足跡出口占比較?。?013年由于能源“十二五”規(guī)劃的影響，國(guó)家積極開(kāi)發(fā)天然氣等清潔能源，煤炭和石油水足跡出口迅速減少，天然氣水足跡出口相應(yīng)增加，占比從2007年的17%迅速增至2019年的61%。中國(guó)能源產(chǎn)品水足跡進(jìn)口中石油水足跡占比最大并呈持續(xù)降低趨勢(shì)，從2001年的96%降至2019年的72%，煤炭和天然氣水足跡占比持續(xù)提升，其中煤炭水足跡占比提升了近20%。中國(guó)對(duì)于石油的需求較大，國(guó)內(nèi)原油產(chǎn)量增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石油消費(fèi)增長(zhǎng)，造成中國(guó)石油過(guò)度依賴(lài)進(jìn)口。同時(shí)，由于中國(guó)具有煤炭資源稟賦特點(diǎn)，煤炭在中國(guó)有應(yīng)用的普遍性，在某些關(guān)鍵領(lǐng)域難以替代，隨著國(guó)內(nèi)“煤改氣”工程進(jìn)行不順，煤炭消費(fèi)重新迎來(lái)增長(zhǎng)，促使近年來(lái)煤炭水足跡進(jìn)口量持續(xù)走高。

從能源水足跡的類(lèi)型來(lái)看，中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源水足跡貿(mào)易中灰水足跡占比高于藍(lán)水足跡，其中煤炭灰水足跡貢獻(xiàn)了灰水足跡總出口量的2/3，在灰水足跡進(jìn)口中也占有相當(dāng)大的比例。中國(guó)是煤炭消費(fèi)和出口大國(guó)，中國(guó)生產(chǎn)的煤炭產(chǎn)品具有較高的灰水足跡，生產(chǎn)單位質(zhì)量煤炭的灰水足跡是藍(lán)水足跡的17.9倍，導(dǎo)致能源貿(mào)易隱含水足跡類(lèi)型上的比例失衡。隨著國(guó)家能源政策的調(diào)整轉(zhuǎn)型，2013年中國(guó)原煤和原油出口較2007年分別減少了85.9%和58.4%，天然氣出口增加了3.8%，使煤炭和石油灰水足跡出口顯著下降，而天然氣藍(lán)水足跡出口小幅提升。從進(jìn)口來(lái)看，由于中國(guó)石油對(duì)外依存度較高，各年度能源藍(lán)水足跡進(jìn)口中石油藍(lán)水足跡占比均超過(guò)80%，能源灰水足跡進(jìn)口中石油灰水足跡占比有所下降但仍超過(guò)50%。天然氣水足跡進(jìn)口顯著增加，2007—2019年進(jìn)口量增長(zhǎng)了25.5倍，其中藍(lán)水足跡和灰水足跡進(jìn)口均有增加。

2.2 首位度

為探討中國(guó)對(duì)外能源貿(mào)易隱含水足跡位序-規(guī)模的變化規(guī)律，利用城市首位度計(jì)算中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源水足跡貿(mào)易的首位分布情況(表2)。從出口來(lái)看，2001—2019年，中國(guó)能源水足跡出口規(guī)模的首位分布存在波動(dòng)式變化，3種首位度指數(shù)均經(jīng)歷了先降再升再降的過(guò)程。2001—2007年首位分布不明顯，且有弱化趨勢(shì)；2013年呈現(xiàn)明顯的首位分布，2城市指數(shù)為4.40，4城市和11城市指數(shù)分別為1.94和3.59，均遠(yuǎn)超首位分布的標(biāo)準(zhǔn)，首位貿(mào)易對(duì)象規(guī)模頂端優(yōu)勢(shì)明顯；至2019年，2城市指數(shù)降至2.95，集聚化表現(xiàn)有所弱化，但仍呈首位分布格局。從進(jìn)口來(lái)看，中國(guó)能源水足跡進(jìn)口規(guī)模的首位分布不明顯，3個(gè)指數(shù)2001—2019年均低于理想值且持續(xù)下降，2城市指數(shù)低于1.2，4城市和11城市指數(shù)低于0.7，說(shuō)明中國(guó)進(jìn)口“一帶一路”沿線國(guó)家能源水足跡的空間分布結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)分散化，規(guī)模頂端的集聚和輻射功能較弱，首位貿(mào)易對(duì)象不具備壟斷功能。為了進(jìn)一步探究中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源水足跡貿(mào)易規(guī)模空間分布的合理性，引入分形的研究方法進(jìn)行位序-規(guī)模分布特征的深入分析。

表2 中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源貿(mào)易隱含水足跡規(guī)模首位度指數(shù)Table 2 Primacy index of water footprint scale of energytrade between China and countries along“the Belt and Road”

(a) 出口 (b) 進(jìn)口圖2 中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源貿(mào)易隱含水足跡位序-規(guī)模分布Fig.2 Distribution of rank-size of implied water footprint of energy trade between Chinaand countries along “the Belt and Road”

2.3 位序-規(guī)模分布特征

以中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源貿(mào)易隱含水足跡規(guī)模為縱坐標(biāo)，位序?yàn)闄M坐標(biāo)，作位序-規(guī)模曲線(圖2)。發(fā)現(xiàn)中國(guó)能源水足跡進(jìn)出口位序-規(guī)模曲線均呈現(xiàn)冪律分布，即少數(shù)節(jié)點(diǎn)具有很高的貿(mào)易規(guī)模，多數(shù)節(jié)點(diǎn)的貿(mào)易規(guī)模低且彼此間差異性不明顯，規(guī)模等級(jí)體系失衡，具有明顯的無(wú)標(biāo)度性。對(duì)比中國(guó)能源水足跡進(jìn)出口位序-規(guī)模發(fā)現(xiàn)，出口較進(jìn)口的等級(jí)差異性更強(qiáng)，進(jìn)口位序較多，進(jìn)口的空間分布更加多元化。

為了進(jìn)一步揭示中國(guó)能源水足跡對(duì)外貿(mào)易的空間分布等級(jí)結(jié)構(gòu)特征，引入位序-規(guī)模雙對(duì)數(shù)回歸方程進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的解析。根據(jù)2001、2007、2013和2019年中國(guó)與“一帶一路”沿線能源水足跡貿(mào)易規(guī)模和位序，計(jì)算雙對(duì)數(shù)回歸方程，得出各相關(guān)系數(shù)(表3)。結(jié)果顯示，若用一條斜率來(lái)擬合研究時(shí)段內(nèi)的貿(mào)易額散點(diǎn)圖，則得到的判定系數(shù)R2極低，連續(xù)散點(diǎn)圖出現(xiàn)了顯著分段，必須用分解的兩段或者三段斜率才能出現(xiàn)高度擬合。這表明中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源水足跡貿(mào)易規(guī)?？臻g分布出現(xiàn)多個(gè)無(wú)標(biāo)度區(qū)的狀態(tài)，即多分形結(jié)構(gòu)?？傮w來(lái)看，中國(guó)對(duì)“一帶一路”沿線國(guó)家能源水足跡貿(mào)易的位序不斷增加，即與中國(guó)進(jìn)行能源水足跡貿(mào)易的國(guó)家越來(lái)越多。

由表3可見(jiàn)，從出口來(lái)看，2001年、2007年、2013年中國(guó)能源水足跡出口貿(mào)易空間分布均可劃分為2個(gè)無(wú)標(biāo)度區(qū)，2019年出現(xiàn)3個(gè)無(wú)標(biāo)度區(qū)。2001—2013年，無(wú)標(biāo)度區(qū)一q>1、D<1，無(wú)標(biāo)度區(qū)二q>6、D<0.2，說(shuō)明此階段中國(guó)對(duì)“一帶一路”沿線國(guó)家能源水足跡出口規(guī)?？臻g分布差異較大，呈集聚形態(tài)；無(wú)標(biāo)度區(qū)二的q值大于無(wú)標(biāo)度區(qū)一，說(shuō)明低位序級(jí)別貿(mào)易的分裂化表現(xiàn)較高位序更強(qiáng)。高位序級(jí)別國(guó)家數(shù)量呈減少趨勢(shì)，低位序級(jí)別國(guó)家數(shù)量則顯著增加，集聚形態(tài)呈現(xiàn)先降低后增強(qiáng)的趨勢(shì)。在內(nèi)部次序?qū)用嫔?，高位序?jí)別以新加坡、馬來(lái)西亞、印度尼西亞、泰國(guó)、越南等東南亞國(guó)家為主，南亞的印度、中東的土耳其和阿聯(lián)酋、東歐的克羅地亞和保加利亞退出無(wú)標(biāo)度區(qū)一，進(jìn)入無(wú)標(biāo)度區(qū)二；低位序級(jí)別以中東國(guó)家為主，中亞和南亞國(guó)家逐步進(jìn)入無(wú)標(biāo)度區(qū)二。到了2019年，位序-規(guī)模分布存在大規(guī)模層次的斷層現(xiàn)象，高位序級(jí)別q<1、D>1，貿(mào)易規(guī)?？臻g分布演變?yōu)榫鈶B(tài)，貿(mào)易規(guī)模差距縮減，貿(mào)易對(duì)象皆為東南亞國(guó)家，依次為新加坡、越南、印度尼西亞、緬甸、馬來(lái)西亞和菲律賓，高位序級(jí)別貿(mào)易額占比由先前的99%降至93.5%；中位序級(jí)別的q值陡增至16.585，將高位序與低位序的規(guī)模差距拉開(kāi)，貿(mào)易對(duì)象包含印度、孟加拉國(guó)和巴基斯坦3個(gè)國(guó)家，貿(mào)易額差距懸殊；低位序q值為6.516，空間分布仍呈集聚態(tài)，貿(mào)易對(duì)象包含23個(gè)國(guó)家，貿(mào)易范圍向中亞、中東和東歐地區(qū)擴(kuò)展。

表3 中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源貿(mào)易隱含水足跡位序-規(guī)模無(wú)標(biāo)度區(qū)參數(shù)Table 3 Parameters of non-scale area of rank-size of implied water footprint of energy trade between Chinaand countries along “the Belt and Road”

2001—2019年，中國(guó)化石能源產(chǎn)品中煤炭和石油出口經(jīng)歷了大規(guī)模的萎縮，天然氣出口小幅度提升。一方面，由于國(guó)內(nèi)實(shí)施的能源“十二五”、“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃以及國(guó)際上受2008年金融危機(jī)的影響，中國(guó)傳統(tǒng)型能源出口大幅削減，此階段國(guó)家大力開(kāi)發(fā)天然氣和水電等清潔能源；隨著中緬油氣管道建設(shè)使用，東南亞因其地理位置優(yōu)勢(shì)和與中國(guó)相似的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)成為中國(guó)一次能源出口密集地，東南亞在中國(guó)能源水足跡出口地區(qū)結(jié)構(gòu)中占據(jù)首要位置。另一方面，自中國(guó)加入世貿(mào)組織后，開(kāi)始積極參與多邊能源合作，開(kāi)拓了與多個(gè)國(guó)家的能源貿(mào)易渠道，使中國(guó)能源水足跡中小規(guī)模出口貿(mào)易迅速發(fā)育。總體來(lái)看，在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)性短缺的背景下，傳統(tǒng)化石能源出口的萎縮有助于催生能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的加速調(diào)整，促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)布局的優(yōu)化升級(jí)，減少虛擬形態(tài)的水資源流出，保障國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展下的能源與水資源安全。

從進(jìn)口來(lái)看，2001年中國(guó)能源水足跡進(jìn)口貿(mào)易的空間分布分為2個(gè)無(wú)標(biāo)度區(qū)，2007、2013和2019年可劃分為3個(gè)無(wú)標(biāo)度區(qū)。2001—2007年，無(wú)標(biāo)度區(qū)一的q值由1.318降至0.707、D值由0.703升至1.285，說(shuō)明中國(guó)進(jìn)口高位序級(jí)別能源水足跡的空間分布由集聚態(tài)演變?yōu)榫鈶B(tài)，規(guī)模等級(jí)差異性縮?。恢械臀恍虻膓值顯著降低，但仍存在分裂化現(xiàn)象。在內(nèi)部次序?qū)用嫔希呶恍蚣?jí)別國(guó)家除俄羅斯和哈薩克斯坦外，皆為中東和東南亞國(guó)家，中東的阿聯(lián)酋、科威特、也門(mén)、卡塔爾、伊拉克和東南亞的馬來(lái)西亞、文萊、泰國(guó)退出了無(wú)標(biāo)度區(qū)一，進(jìn)入無(wú)標(biāo)度區(qū)二；中低位序級(jí)別國(guó)家數(shù)量增加，以中東和東南亞地區(qū)為主，能源水足跡貿(mào)易占比由2001年的不足0.2%增至14%。2007—2019年，無(wú)標(biāo)度區(qū)一的q值略有提升，D值略為降低，均接近于1，說(shuō)明高位序的空間分布結(jié)構(gòu)趨于合理，系統(tǒng)形態(tài)較優(yōu)；無(wú)標(biāo)度區(qū)二的q值小于無(wú)標(biāo)度區(qū)三，均表現(xiàn)為降低趨勢(shì)，說(shuō)明中低位序的集聚和分裂化表現(xiàn)稍弱。從內(nèi)部次序的變化來(lái)看，高位序級(jí)別中東地區(qū)始終占據(jù)優(yōu)勢(shì)，印度尼西亞和俄羅斯相繼成為中國(guó)能源水足跡進(jìn)口的首位國(guó)家，對(duì)外貿(mào)易的前三名穩(wěn)定為俄羅斯、沙特阿拉伯和印度尼西亞；中位序級(jí)別構(gòu)成由東南亞和中東主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橹衼?、東南亞、中東三分鼎立，低位序級(jí)別東歐國(guó)家在數(shù)量上逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)，此外，文萊、新加坡、老撾、印度等國(guó)穩(wěn)定在低位序行列。

2001—2007年，中國(guó)是煤炭?jī)舫隹诖髧?guó)，煤炭基本供給自足，而原油對(duì)外依存度逐年提升，2007年已超過(guò)40%，能源水足跡進(jìn)口主要來(lái)源于較高的石油水足跡進(jìn)口量。此階段中國(guó)的石油進(jìn)口主要來(lái)源于俄羅斯和中東地區(qū)，從俄羅斯和中東地區(qū)進(jìn)口石油水足跡占石油水足跡進(jìn)口總量的80%以上。隨著中哈原油管線一期工程于2006年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，中亞地區(qū)在中國(guó)能源水足跡進(jìn)口地區(qū)結(jié)構(gòu)中的地位逐漸抬升，自此，中國(guó)通過(guò)布設(shè)與周邊國(guó)家的陸上油氣輸送管線逐步減輕對(duì)“中國(guó)海上生命線”馬六甲海運(yùn)的需求。2013—2019年，中國(guó)能源水足跡進(jìn)口以煤炭和石油水足跡為主，東南亞、中亞在進(jìn)口地區(qū)中所占份額越來(lái)越大。中哈、中俄和中緬油氣輸送管線的并行運(yùn)營(yíng)為中國(guó)帶來(lái)大量油氣資源，使中東作為中國(guó)傳統(tǒng)石油進(jìn)口地區(qū)的地位受到小幅沖擊。目前，中國(guó)石油年消費(fèi)量達(dá)到6.6億t，其中5億t依賴(lài)進(jìn)口，4條陸上輸油管線合計(jì)每年進(jìn)口石油8 700萬(wàn)t，這意味著在建成4條陸上能源通道后，馬六甲海峽依然承擔(dān)著中國(guó)80%左右的石油進(jìn)口。也就是說(shuō)，中國(guó)對(duì)中東的石油依賴(lài)未得到根本性的緩解，中國(guó)石油進(jìn)口不僅過(guò)度依賴(lài)海運(yùn)，還過(guò)度依賴(lài)中東石油，造成極大的脆弱性風(fēng)險(xiǎn)。在歐洲版塊上，中國(guó)與格魯吉亞的石油外交取得新進(jìn)展，跨里海大通道這條捷徑的打通大大增強(qiáng)了中國(guó)與東歐地區(qū)聯(lián)系的便捷性，有利于中國(guó)能源水足跡進(jìn)口多元化發(fā)展。

(a) 2001年出口 (b) 2001年進(jìn)口

(c) 2019年出口 (d) 2019年進(jìn)口圖3 中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源貿(mào)易隱含水足跡位序-規(guī)模分布演變Fig.3 Distribution evolution of rank-size of implied water footprint of energy trade betweenChina and countries along “the Belt and Road”

2.4 分區(qū)位序-規(guī)模特征變化

為了探究中國(guó)對(duì)外能源貿(mào)易隱含水足跡的時(shí)空演變情況，分析2001年和2019年中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源貿(mào)易隱含水足跡位序-規(guī)模分布(圖3)，發(fā)現(xiàn)在出口方面，東南亞一直是中國(guó)能源水足跡出口的高位序-規(guī)模地區(qū)，西亞基本保持在低位序-規(guī)模，而俄羅斯、哈薩克斯坦、印度等能源資源相對(duì)優(yōu)勢(shì)國(guó)由高位序-規(guī)模區(qū)降為中、低位序-規(guī)模區(qū)。在進(jìn)口方面，中國(guó)從俄羅斯、西亞進(jìn)口的能源水足跡最多且貿(mào)易規(guī)模持續(xù)提升，中亞和東歐地區(qū)位序數(shù)量顯著增加但規(guī)模不大，東南亞地區(qū)除馬來(lái)西亞和印度尼西亞這兩個(gè)高位序-規(guī)模區(qū)維持不變外，基本表現(xiàn)為規(guī)模提升但位序下降。從“一帶一路”沿線各分區(qū)的位序-規(guī)模特征變化上可以窺見(jiàn)中國(guó)新時(shí)期能源戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)型，對(duì)于具有資源優(yōu)勢(shì)的國(guó)家和地區(qū)，中國(guó)減少了能源出口，加大了能源進(jìn)口合作，同時(shí)在沿線西側(cè)不斷開(kāi)拓新的貿(mào)易渠道，增加外貿(mào)發(fā)展的可持續(xù)性。

3 討 論

水足跡的流動(dòng)通過(guò)商品貿(mào)易實(shí)現(xiàn)了空間上資源的互補(bǔ)，并且避免了跨地區(qū)長(zhǎng)距離運(yùn)輸實(shí)體水資源。水資源匱乏地區(qū)通過(guò)進(jìn)口水資源密集型產(chǎn)品，可以達(dá)到使用其他地區(qū)水資源的目的。中國(guó)提出的“一帶一路”倡議，既能通過(guò)資源互補(bǔ)性合作促成與沿線國(guó)家的互利共贏，又能解決自身經(jīng)濟(jì)面臨的產(chǎn)能過(guò)剩、能源安全脆弱性等問(wèn)題。從商品結(jié)構(gòu)看，中國(guó)的一次能源水足跡出口集中為煤炭，而煤炭的主產(chǎn)地集中在中國(guó)北方晉陜蒙等水資源緊缺省份，這進(jìn)一步加劇了北方地區(qū)的資源性缺水程度，惡化了其水-能關(guān)系。煤炭水足跡的出口以灰水足跡為主，灰水足跡是將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物稀釋至環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)所需的淡水水量，是量化環(huán)境負(fù)面效應(yīng)的工具，這意味著中國(guó)出口煤炭的同時(shí)承載著相應(yīng)的環(huán)境容量，中國(guó)煤炭行業(yè)的生產(chǎn)加工亟須技術(shù)升級(jí)，降低灰水足跡，以減少對(duì)生態(tài)造成的負(fù)面影響。中國(guó)一次能源水足跡進(jìn)口集中為石油且具有高度依賴(lài)性，石油的生產(chǎn)生命周期耗水量分別是煤炭和天然氣的2.3和2.6倍，進(jìn)口石油可以節(jié)省國(guó)內(nèi)大量水資源，在國(guó)內(nèi)石油資源幾近枯竭的背景下為宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供水資源保障，在一定程度上緩解了中國(guó)的用水緊張程度。從地區(qū)結(jié)構(gòu)看，中國(guó)一次能源水足跡出口結(jié)構(gòu)總體表現(xiàn)為由集中化演變?yōu)榉稚⒒?，出口輻射范圍提升，由東南亞向南亞、中亞和東歐地區(qū)轉(zhuǎn)移，這有利于分散中國(guó)對(duì)東南亞的能源出口依賴(lài)，提升中國(guó)在全球能源市場(chǎng)的影響力。從全球水資源節(jié)約的角度看，水足跡流入地由富水的東南亞分散向沿線西側(cè)，能夠惠及沿線更多國(guó)家，體現(xiàn)“一帶一路”倡議的優(yōu)越性和可行性。而中國(guó)石油水足跡進(jìn)口主要集中在中東地區(qū)少數(shù)國(guó)家，這間接造成中國(guó)每年從中東進(jìn)口大量水資源，對(duì)于水資源相對(duì)匱乏的中東而言，伴隨著能源外貿(mào)的水資源流出加劇了其他部門(mén)的供用水矛盾，如果中國(guó)將石油安全寄托于中東地區(qū)，進(jìn)口渠道脆弱性風(fēng)險(xiǎn)將居高不下，進(jìn)而威脅到中國(guó)石油和水資源供應(yīng)的穩(wěn)定性。

對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，打破這種局面的有效手段就是控制能源來(lái)源地和能源運(yùn)輸路徑的穩(wěn)定，降低對(duì)海上能源通道的依賴(lài)度。同時(shí)，大力發(fā)展能源科技，提高能源資源利用效率，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，降低能源用水需求。從以上的分析可以看出，俄羅斯、中亞和東南亞盡管能源資源豐富，但總體位序不高，還存在較大的合作提升空間。中國(guó)擁有俄羅斯需要的出口市場(chǎng)，俄羅斯則擁有中國(guó)缺乏的油氣資源，雙方能夠在戰(zhàn)略上互補(bǔ)短板。中亞是全世界最集中的能源密集地，中亞與中國(guó)的地理距離帶來(lái)了得天獨(dú)厚的地緣戰(zhàn)略?xún)?yōu)勢(shì)。其次，提高新能源在能源消費(fèi)中的比例，大力發(fā)展清潔能源特別是可再生能源，是彌補(bǔ)化石能源固有缺陷弊端的關(guān)鍵。天然氣在化石能源中擁有較低的水足跡，在中國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中遠(yuǎn)低于世界平均水平，提高天然氣使用量對(duì)于節(jié)約水資源意義重大。在“雙碳”計(jì)劃背景下，電力能源尤其是水電的重要性不言而喻，水力發(fā)電雖然有著超過(guò)化石能源總和的單位水足跡，但勝在水資源可循環(huán)利用、發(fā)電效率高、成本低、對(duì)生態(tài)沖擊較小，中國(guó)西南水力資源充沛地區(qū)發(fā)展水電行業(yè)尚存發(fā)掘空間。

本文的研究處于探索階段，存有一些不足之處：①由于中國(guó)對(duì)于部分能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定存在滯后和未統(tǒng)一的現(xiàn)象，文中計(jì)算結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生一定偏差；②由于數(shù)據(jù)獲取復(fù)雜性問(wèn)題，本文對(duì)于中國(guó)能源水足跡進(jìn)口的測(cè)算是以國(guó)內(nèi)能源生產(chǎn)生命周期水足跡為依據(jù)，從中國(guó)視角出發(fā)來(lái)測(cè)算在“一帶一路”能源貿(mào)易下的水資源轉(zhuǎn)移量。由于沿線各國(guó)生產(chǎn)技術(shù)水平和資源利用效率的不均衡性，可能會(huì)導(dǎo)致中國(guó)進(jìn)口一次能源水足跡總量上產(chǎn)生偏差，具體表現(xiàn)為：經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的國(guó)家和地區(qū)能源單位產(chǎn)量水足跡值偏小，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低的國(guó)家和地區(qū)能源單位產(chǎn)量水足跡值偏大。但由沿線各國(guó)資源稟賦差異帶來(lái)的能源貿(mào)易量的巨大差距可以在一定程度上彌補(bǔ)單位水足跡導(dǎo)致的偏差，因此對(duì)于中國(guó)能源水足跡進(jìn)口空間分布結(jié)構(gòu)的影響不大。未來(lái)在掌握沿線各國(guó)能源水消耗的基礎(chǔ)上，在全球水資源轉(zhuǎn)移的視角下開(kāi)展對(duì)外貿(mào)易空間分布結(jié)構(gòu)的研究更具指導(dǎo)意義。

4 結(jié) 論

a.2001—2019年，中國(guó)能源水足跡出口規(guī)模較小且持續(xù)下降，中國(guó)能源水足跡進(jìn)口規(guī)模大且增長(zhǎng)迅速。從能源水足跡的結(jié)構(gòu)來(lái)看，3種化石能源水足跡出口存在波動(dòng)變化，其中煤炭和石油水足跡出口占比大但呈下降趨勢(shì)，天然氣水足跡出口占比小但持續(xù)提升；能源水足跡進(jìn)口中石油水足跡占比最高，煤炭和天然氣水足跡占比持續(xù)提升。從能源水足跡的類(lèi)型來(lái)看，灰水足跡貿(mào)易占比高于藍(lán)水足跡，煤炭和石油灰水足跡出口顯著下降，天然氣藍(lán)水足跡出口有所提升；能源藍(lán)水足跡進(jìn)口中石油藍(lán)水足跡占比高達(dá)80%以上，能源灰水足跡進(jìn)口以煤炭和石油為主，近年來(lái)天然氣水足跡進(jìn)口量呈增加趨勢(shì)。

b.從能源水足跡貿(mào)易規(guī)模首位度來(lái)看，2001—2019年，中國(guó)能源水足跡出口規(guī)模的首位分布存在波動(dòng)變化，3種首位度指數(shù)均經(jīng)歷了先降再升再降的過(guò)程，首位分布從不明顯逐漸趨于明顯；中國(guó)能源水足跡進(jìn)口規(guī)模的首位分布始終不明顯，空間結(jié)構(gòu)趨于分散化，首位貿(mào)易對(duì)象不具備壟斷功能。

c.中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家能源水足跡貿(mào)易規(guī)?？臻g分布呈現(xiàn)多分形結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了多個(gè)無(wú)標(biāo)度區(qū)，中國(guó)能源水足跡貿(mào)易伙伴國(guó)數(shù)量不斷增加。在中國(guó)能源水足跡出口的位序-規(guī)模分布結(jié)構(gòu)中，高位序級(jí)別從集聚態(tài)演變?yōu)榫鈶B(tài)，中低位序級(jí)別的空間分布較為分散，東南亞是中國(guó)能源水足跡出口主要地區(qū)；在中國(guó)能源水足跡進(jìn)口的結(jié)構(gòu)中，高位序級(jí)別趨于均衡化，中低位序級(jí)別的分裂化程度減輕，能源水足跡主要進(jìn)口地區(qū)集中在中東地區(qū)少數(shù)國(guó)家，其次為俄羅斯和東南亞，總體的等級(jí)體系差異性呈現(xiàn)萎縮。