柳文華^1*，趙景柱²，鄧紅兵²，李其軍¹，馬東春¹

(1北京市水利科學(xué)研究所；2中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心)

　　摘  要：本文從虛擬水定義入手，分析了虛擬水理論的內(nèi)涵與意義，綜述了國際上虛擬水計算方法。在此基礎(chǔ)上，分析了北京市水資源變化趨勢，在資源性缺水的前提下，降水和入境水減少加劇了用水緊張。應(yīng)用虛擬水理論，本文計算了北京市的糧食貿(mào)易量，并估算出1995-2002年間幾種農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出/入量。結(jié)果顯示，2000-2002年北京市主要是虛擬水輸出，其中以2001年輸出44.65億m³最多，是南水北調(diào)入京水量的4倍多。1995-1999年間則是輸入虛擬水，以1999年輸入33.31億m³為最高量。因此，減少北京虛擬水對外輸出，進(jìn)行更多的虛擬水輸入是解決北京水資源短缺的途徑之，并可作為水務(wù)管理和政策制定參考。

　　關(guān)鍵詞：虛擬水，水資源，北京，水務(wù)政策，糧食貿(mào)易

Revelation of virtual water theory to water policy study in Beijing

Liu Wenhua¹, Zhao Jingzhu², Deng Hongbing², Li Qijun¹, Ma Dongchun¹

(1Beijing Hydraulic Research Institute; 2 Research Center for Eco-environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences)

　　Abstract：Virtual water concept was introduced in this paper, its connotation and significance was analyzed, and accumulation methods were reviewed. Based of those, water resources trends was analyzed in Beijing. Precipitation and alien water decreasing aggravated water stress on the premise of natural scarcity of water resources. Applied virtual water theory, food trade quantity in Beijing was accumulated and virtual water output or input quantities of several agricultural products during 1995-2002 were evaluated. The results showed that virtual water was output during 2000-2002, in which the most water of 4.465 billion cubic meters in 2001 was exported four times as transfer quantity of South-North Water Transfer Project supplying Beijing. During 1995-1999, virtual water was imported, in which the most water of 3.331 billion cubic meters was imported. To reduce virtual water export and more import is one way to resolve water scarcity in Beijing, and was referenced in water management and policy-making.

　　Keywords: Virtual water; Water resources; Beijing; Water policy; Food trade

　　水資源問題已經(jīng)成為全球性熱點(diǎn)之一，水資源不足和如何解決是各國政策和研究學(xué)者探討的共同課題。在此背景下，虛擬水理論應(yīng)運(yùn)而生，并被迅速廣泛應(yīng)用于水資源管理與水務(wù)政策研究中。

　　1虛擬水定義

　　虛擬水（virtual water）概念由Tony Allan教授于1993年提出，是指包含在糧食作物貿(mào)易中的水，因?yàn)榧Z食的生產(chǎn)需要消耗水資源，糧食貿(mào)易的同時隱含著水資源交易，因?yàn)檫@一部分水不是有形存在的，因而被稱之為虛擬水（Allan，1998＆1999）。虛擬水概念的最初是Allan教授提出的“embedded water”，但這個概念并沒有引起人們的關(guān)注。到20世紀(jì)90年代中期，虛擬水作為水和糧食貿(mào)易的結(jié)合逐漸成為水問題和農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域討論和研究熱點(diǎn)。

　　隨著對水資源問題探討的深入，虛擬水概念得到進(jìn)一步深化，人們逐漸認(rèn)識到地區(qū)的嚴(yán)重缺水可以通過全球經(jīng)濟(jì)過程得到有效改善。2002年12月在荷蘭舉行了一次國際虛擬水貿(mào)易專家會議，在2003年3月日本舉行的第三屆世界水論壇作上對虛擬水貿(mào)易問題展開了特別討論。兩次國際會議肯定了虛擬水貿(mào)易在解決全球水安全的作用，虛擬水貿(mào)易研究引起了普遍關(guān)注。

　　2內(nèi)涵與意義

　　虛擬水概念中融合了農(nóng)業(yè)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的思想，強(qiáng)調(diào)了水是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至整個經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的關(guān)鍵因素。農(nóng)業(yè)科學(xué)關(guān)注的是生產(chǎn)糧食需要消耗水，而經(jīng)濟(jì)學(xué)關(guān)注的是糧食生產(chǎn)用水具有多種機(jī)會成本，投入糧食生產(chǎn)的水可以用于其它用途，如生產(chǎn)替代作物或供應(yīng)城市、工業(yè)和娛樂活動用水等。這兩方面涵義的結(jié)合意味著虛擬水概念追求合理的水資源管理，在綜合考慮影響水資源供求的各方面因素基礎(chǔ)上優(yōu)化其配置（Herman，2000；柳文華，趙景柱等，2005）。

　　因?yàn)椴煌瑖液偷貐^(qū)的資源稟賦不同，糧食輸入和用水的直接成本和機(jī)會成本也不相同（柯兵，柳文華等，2004）。尤其農(nóng)業(yè)是受自然條件制約最顯著的產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)水平受自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的雙重制約，除了水資源外，土壤、氣候等自然地理?xiàng)l件，以及區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)管理體制等人文社會因素從更廣泛的意義上影響著糧食生產(chǎn)用水的機(jī)會成本（Turton，2002）。虛擬水指出了水資源短缺或貧乏國家和地區(qū)緩解缺水問題的一種可能途徑，即通過在國際市場上購買部分本國所需糧食來保障糧食安全，而不是將國內(nèi)極為稀缺的水資源大量投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來滿足自身的全部糧食需求。虛擬水概念緩解水資源矛盾的思路是比較包含在能從國際上購買的糧食中水量和用于國內(nèi)糧食生產(chǎn)的水量，Allan認(rèn)為這個問題闡述了貿(mào)易的必然，特別是對于那些水資源不足和外貿(mào)欠缺的國家和地區(qū)，是很中肯的政策建議（Allan，2003）。這對于水資源十分匱乏的北京地區(qū)而言是一個可以借鑒的水務(wù)管理思路

　　3計算方法

　　虛擬水的計算是虛擬水概念提出后，水資源問題研究專家對糧食貿(mào)易中虛擬水的定量化研究。Hoekstra對虛擬水的定義實(shí)際上就是對虛擬水的定量計算方法的敘述（Hoekstra，2003）。Hoekstra將虛擬水計算方法分為兩種，一種是生產(chǎn)這種產(chǎn)品實(shí)際用的水。這種計算方法要考慮生產(chǎn)條件，包括生產(chǎn)地，生產(chǎn)時期和水利用率等。第二種方法是，某產(chǎn)品的虛擬水量是以在產(chǎn)品需求地生產(chǎn)該產(chǎn)品所需要的水量。第二種方法從進(jìn)口方考慮而不是生產(chǎn)方，并回答了通過進(jìn)口產(chǎn)品而不是生產(chǎn)它到底節(jié)約了多少水。但這種方法有一個缺陷，當(dāng)進(jìn)口方因?yàn)闅夂蚧蚱渌鼦l件不能生產(chǎn)這種進(jìn)口產(chǎn)品時，這種產(chǎn)品的虛擬水量就不能用進(jìn)口地生產(chǎn)這種產(chǎn)品的需水量來替代了(柳文華，趙景柱等，2005)。這兩種取向各有側(cè)重，前種定義主要反映的是產(chǎn)品生產(chǎn)地的生產(chǎn)條件和用水效益等因素，其計算結(jié)果能有效地指導(dǎo)當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)部門更好地做好水資源的配置和利用工作；而后者的計算以產(chǎn)品消費(fèi)地為基準(zhǔn)，直接反映的是采取進(jìn)口替代戰(zhàn)略后所能節(jié)約的本地的水資源量，其計算結(jié)果能幫助當(dāng)?shù)氐恼咧贫ú块T在進(jìn)行貿(mào)易結(jié)構(gòu)調(diào)整時，科學(xué)地決策應(yīng)對哪些產(chǎn)品實(shí)施進(jìn)口替代戰(zhàn)略。針對上述兩種計算方法，Renault提出應(yīng)用營養(yǎng)對等原則，根據(jù)生產(chǎn)有相同營養(yǎng)值的替代產(chǎn)品的虛擬水量來計算該產(chǎn)品的虛擬水量（Renault，2003）。

　　虛擬水量的具體計算步驟不同研究者有不同的分析方法。Chapagaint和Hoekstra通過用生產(chǎn)樹(production tree)來進(jìn)行分級計算虛擬水量（Chapagaint，2002；Hoekstra，2003）。Zimmer和Renault則將產(chǎn)品分為初級產(chǎn)品(作物)、加工產(chǎn)品(如糖，植物油和酒精飲料)、轉(zhuǎn)移產(chǎn)品(如來自動物的產(chǎn)品)，副產(chǎn)品(如棉籽)，復(fù)合產(chǎn)品(如可可樹)和低耗或非水耗產(chǎn)品(如海產(chǎn)魚)（Zimmer&Renault，2003）。

　　4北京水資源變化狀況

　　地表水、地下水和入境水作為北京水資源計算的主要來源，在近二十年都呈現(xiàn)減少的趨勢。到2002年，地表水資源量占其年平均量的35.97％，地下水資源量占其年平均量的71.58％，入境水量僅為2.6億，占其年平均量的23.82％。

　　從1986-2002年間，水資源總量平均量為39.40，年均減少4.5%，自產(chǎn)水資源量平均量為28.48，年均減少3.5%；地表水資源平均量為14.60，年均減少6.2%；地下水資源平均量為20.52，年均減少2.1%；入境水量平均量為10.92，年均減少8.6%。

圖1  1981-2002年北京降雨變化
Fig.1 Changes of precipitation during 1981-2002 in Beijing 

　　降水是北京水資源補(bǔ)給的重要途徑之一。近年來，降水量明顯減少，五年中平均年降水總量僅為60億m³，境內(nèi)降水形成的地表徑流逐年減少。2002北京市降水量為413 mm，歷年平均值為595 mm，單位面積產(chǎn)水量為13.7萬m³/km²，分別相當(dāng)于全國和全世界單位面積產(chǎn)水量的48.6%和43.0%。從1981至2002年間（圖1），北京市降水量在逐年下降，且各年內(nèi)年間變化大。期間年均降雨量為547 mm，2002年降雨量僅為平均量的76%。降水量中約80％集中在汛期，非汛期降水量很少。年降水又具有時空分布不均的特點(diǎn)。春季十年九旱，降水極少而用水量大。

　　按1995年常住人口計算，人均地表水資源量為215m³/人，相當(dāng)于全國人均地表水資源量的9%。

　　5北京市虛擬水量初步計算

　　5.1糧食生產(chǎn)與消費(fèi)

　　消費(fèi)需求既是社會再生產(chǎn)的終點(diǎn)，又是社會再生產(chǎn)的起點(diǎn)，是經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的最終牽引力量（段曉強(qiáng)，2004）。北京地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)也隨著消費(fèi)需求和消費(fèi)水平的提高而調(diào)整，糧食生產(chǎn)顯著下降，農(nóng)副產(chǎn)品和漁牧業(yè)發(fā)展得到加強(qiáng)（見表2）。但北京屬半干旱地區(qū)，土地貧瘠，水源缺乏，受這些地域自然氣候地理?xiàng)l件的差異和生產(chǎn)條件所限，以及主要農(nóng)作物小麥、玉米單產(chǎn)低，總產(chǎn)較低，因而存在食物需求缺口。對比表2和表3可以看出，北京的糧食生產(chǎn)量與消費(fèi)量相當(dāng)，但水產(chǎn)品需求量大于生產(chǎn)量，蔬菜生產(chǎn)供過于求。也就是說，隨著北京用水日益緊張，可以對最大的用水戶農(nóng)業(yè)做進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)北京水資源更合理的分配和提高對水資源的管理能力和使用效益。

表1北京市水資源數(shù)量變化 單位：億m³

Table 1 Changes of water resources quantity in Beijing  unit:10⁸m³

表2 北京市主要農(nóng)作物產(chǎn)量  單位：萬t

Table 2 productions of main agricultural products in Beijing  unit: 10⁴t

表3 主要農(nóng)副產(chǎn)品消費(fèi)量  單位：萬t

Table 3 Consumptions of main agricultural products unit: 10⁴t

　　5.2 糧食貿(mào)易

　　因?yàn)闆]有完善統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)量減去其消費(fèi)量得到了北京市食物貿(mào)易量（表4）。僅從生產(chǎn)量與消費(fèi)量上來比較北京的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，北京糧食消費(fèi)量自1998年可以實(shí)現(xiàn)自給，蔬菜和蛋類自1999年自給，肉類也隨著北京牧業(yè)的發(fā)展在2000年生產(chǎn)量超過了消費(fèi)量。受水資源限制，水產(chǎn)品生產(chǎn)一直保持相對穩(wěn)定的生產(chǎn)量，消費(fèi)需要大于生產(chǎn)供給，需要從外地購進(jìn)滿足北京的消費(fèi)需求。實(shí)際上，北京的農(nóng)產(chǎn)品在供給外地或是出口的同時，也從外地購進(jìn)或是進(jìn)口農(nóng)副產(chǎn)品。因?yàn)槭菑乃Y源的角度考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是否滿足了消費(fèi)需求，分析供給與需求是否平衡，所以沒有考慮北京農(nóng)產(chǎn)品外銷和購進(jìn)的具體經(jīng)濟(jì)過程。

表 4 北京食物貿(mào)易量  單位：萬t

Table 4 food trades in Beijing  unit:10⁴t

　　6糧食貿(mào)易中的虛擬水貢獻(xiàn)

　　表5是北京市1995-2002年間幾種農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出/入的估算量。結(jié)果顯示，2000-2002年北京市主要是虛擬水輸出，其中以2001年輸出44.65億m³最多，是南水北調(diào)入京水量的4倍多。1995-1999年間則是輸入虛擬水，以1999年輸入33.31億m³為最高量。水產(chǎn)品一直由北京以外區(qū)域購進(jìn)來滿足本地消費(fèi)需求，因而，水產(chǎn)品中虛擬水一直是輸入。牛羊肉則在近幾年由于北京畜牧業(yè)的發(fā)展，供給能力增加，因而在2002年開始有貿(mào)易輸出，為外地輸送了虛擬水量2.44億m³。糧食方面近5年共對外虛擬水輸出40.69億m³。在計算的農(nóng)作物中，以1999年牛羊肉輸入的33.83億m³虛擬水量最多，輸出則是2001年蔬菜中25.20億m³虛擬水最多，其余的輸入/出則相對平穩(wěn)。

表5 北京市輸出入虛擬水估算量 單位： 10⁸m³

Table 5 Input/output virtual water equivalents estimated in Beijing  10⁸m³

　　注：-，表示輸出；水產(chǎn)品虛擬水量引用來自王新華的參考值；其他虛擬水量引用來自O(shè)ki et al.，2003. 參考值

　　7虛擬水理論對北京水務(wù)政策的啟示

　　7.1虛擬水貿(mào)易補(bǔ)償農(nóng)業(yè)水資源不足

　　隨著北京經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和生活消費(fèi)水平的提高，消費(fèi)需求向進(jìn)一步合理方向發(fā)展。城鎮(zhèn)化發(fā)展更進(jìn)一步改變了北京生活方式和人口增長，并不能依靠北京自身的生產(chǎn)來滿足其需要。

　　從表2和表3可以比較出，北京的食物供給還在很大程度上依靠自身的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從而農(nóng)業(yè)用水必然需求較大。這在一定程度上加劇了北京水資源的緊張局面，也說明了北京在虛擬水利用上存在著較大的空間，可以緩解水資源緊缺。通過虛擬水的輸入，減少了用水不足的同時，也避免了行業(yè)用水的競爭。

　　7.2是解決水資源問題的措施之一

　　與長距離調(diào)水相比，虛擬水貿(mào)易具有的優(yōu)勢是沒有生態(tài)環(huán)境影響小，沒有直接的工程投資成本。虛擬水貿(mào)易中的水資源量較大，對水資源稟賦缺乏的北京地區(qū)具有明顯的緩解用水緊張作用。北京良好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境和貿(mào)易市場為虛擬水貿(mào)易創(chuàng)造了基礎(chǔ)；同時，虛擬水不僅僅止于糧食貿(mào)易，這為解決北京水資源緊缺和水務(wù)政策研究提供了一個新的研究課題。這也啟示著北京為解決水資源不足的水務(wù)政策制定時，從經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易的角度來管理水資源，不拘泥于傳統(tǒng)的方法與措施，合理分配水資源，提高對水資源的管理能力和使用效益，運(yùn)用多種途徑和方法實(shí)現(xiàn)水資源供需平衡。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] Allan J A, Virtual Water-the Water, Food, and Trade Nexus Useful Concept or Misleading Metaphor? Water International. 2003, 28(1):106-113.

　　[2] Allan J A. A convenient solution. The UNESCO Courier, 1999, 52(2):29-31.

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

　　[4] Chapagain A K and Hoekstra A Y, Virtual Water Trade: a Quantification of Virtual Water Flows between Nations in Relation to International Trade of livestock and Livestock Products. In: Hoekstra, A. Y. (Ed.), Virtual Water Trade: Proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade, Research Report Series No. 12. IHE Delft, The Netherlands. 2003.

　　[5] Herman Bouwer. Integrated water management: emerging issues and challenges. Agricultural Water Management, 2000, 45: 217-228.

　　[6] Hoekstra A Y and Hung P Q, Virtual Water Trade: a Quantification of Virtual Water Flows between Nations in Relation to International Crop Trade. Value of Water Research Report Series No. 11, IHE, Delft, the Netherlands. 2002.

　　[7] Oki T, Sato M, Kawamura A, Miyake M, Kanae S and Musiake K. Virtual water trade to Japan and in the world. In: Hoekstra, A. Y. (Ed.), Virtual Water Trade: Proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade, Research Report Series No. 12. IHE Delft, The Netherlands.

　　[8] Renault D, Value of Virtual Water in Food: Principles and Virtues. In: Hoekstra, A. Y. (Ed.), Virtual Water Trade: Proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade, Research Report Series No. 12. IHE Delft, The Netherlands. 2003.

　　[9] Turton A R., Moodley S, Goldblatt M, Meissner R. Global water resources: vulnerability from climate change and population growth. Science, 2002, 289: 284-288.

　　[10] Zimmer D and Renault D, Virtual Water in Food production and Global Trade: Review of methodological Issues and Preliminary Results. In:Hoekstra, A. Y.(Ed.), Virtual Water Trade: Proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade, Research Report Series No. 12. IHE Delft, The Netherlands. 2003.

　　[11] 段曉強(qiáng). 90年代初以來我國城鄉(xiāng)居民消費(fèi)的實(shí)證分析.當(dāng)代經(jīng)濟(jì)研究[J]. 2004, 8: 68-72.

　　[12] 柯兵，柳文華等. 虛擬水在解決農(nóng)業(yè)用水和糧食安全中的作用研究. 環(huán)境科學(xué)[J]. 2004, 25(2):32-37.

　　[13] 柳文華, 趙景柱等. 水-糧食貿(mào)易：虛擬水研究進(jìn)展. 中國人口、資源與環(huán)境. 2005, 15(3): 129-134.

　　[14] 王新華. 中部四省虛擬水貿(mào)易的初步研究. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版) [J]. 2004, 3(3): 33-38.