虚拟水的研究概况

9.1　虚拟水的研究概况

9.1.1　虚拟水的概念

虚拟水(VirtualWater)的概念是在20世纪90年代初由英国伦敦大学的Tony Allan教授提出，专指生产商品和服务所需要的水资源数量(Allan，1993)。这个概念经过10多年的发展，被人们逐渐认识到对于实现区域和全球水安全具有重要意义。2002年12月，在荷兰的代尔伏特(Delft)就这个主题召开了首次国际会议。2003年3月，在日本京都召开的“第三届世界水论坛”上也专门就虚拟水问题展开了热烈的讨论。当前，虚拟水已经成为国际上水资源相关领域专家和管理者关注的热门话题。

虚拟水是指包含在生产过程中虚拟意义上的水，并不是水的实体。它也可以被称为“内含水”(Embedded Water)或“外生水”(ExogenousWater)(Allan，1993，1994)。其特征主要有3点:第一，非真实性。即虚拟水不是真实意义上的水，而是以虚拟的形式包含在产品中的看不见的水。第二，社会交易性。虚拟水是通过贸易来实现的，没有商品交易就不存在虚拟水。第三，便捷性。由于实体水贸易运输距离长、成本高，通常是不现实的，而虚拟水以无形的形式寄存在商品中，其便于运输的特点使得贸易可以成为一种缓解水资源短缺的措施(钟华平、耿雷华，2004)。

生产产品和提供服务都需要消耗水资源。例如，生产1t谷物，在合适的气候和不用人工灌溉条件下，大概需要1 000～2 000 t水;如果这些谷物在干旱地区种植的话，则需要3 000～5 000 t水;生产1 kg奶酪需要5～6 t水，生产1 kg牛肉需要16 t水(Chapagain＆Hoekstra，2003)。目前，对虚拟水的量化方法有两种，一种是计算生产某种产品实际消耗的水资源量，它依赖于生产的时间和地点以及水资源的使用效率。另一种定义方法不是考虑生产方实际消耗的水量，而是折算为产品的消费地区如果生产这种产品所要消耗的水量。这两种方法并不能互相替代，只有结合在一起才可以全面地揭示问题。第一种定义反映了水资源的实际消耗量，而第二种定义则可以反映出由于各国的水资源生产效率的差异，通过贸易可能会影响到全球的水资源利用效率。特别是当我们考虑一个国家通过进口方式代替自己生产，可能会节省多少水资源时，第二种定义就显得更有意义。

9.1.2　虚拟水概念的应用价值

9.1.2.1　虚拟水与水资源利用效率

水资源利用效率的提高可以在不同层面上进行。合理定价和提高节水技术，可以在一定程度上提高水的利用效率;在流域范围内通过水利工程重新分配水资源，可以提高水的分配效率;而在国家间通过高耗水产品的交换进行虚拟水贸易，则能够提高全球性的水资源利用效率。从资源优化配置和贸易比较优势角度来看，高耗水产品应该在水资源丰富的国家生产，因为在这些国家，水比较便宜，水使用的外部负效应较小，通过虚拟水贸易，可以在全球尺度上节省水资源(Hoekstra＆Hung，2002)。

最佳的生产不仅要选择生产的地点，还要考虑生产的时间。例如，我们可以通过修建水库等工程手段来人为地控制水资源的时间分配，我们也可以通过贮存粮食等手段储存虚拟的水资源。而后一种方法比用建造大坝的方式来调节水资源分配可能更为有效，对环境更为友好(Renault，2003)。

9.1.2.2　虚拟水与水足迹:建立消费模式和对水资源影响的联系

虚拟水的概念使我们能够认识到消费某种产品对环境造成的影响，从而关心生产这些产品的耗水量，辨识那些对水系统造成较大影响的产品，采取各种措施来节约用水。有人提出了一个新的概念:水足迹(Water Footprint)，即一个国家或一个人消费的所有物品和服务所需要的虚拟水量的总和。与生态足迹的概念类似，水足迹能够成为一个很好的工具来分析人类的消费模式和行为对水资源的影响(Hoekstra＆Hung，2002)。

9.1.2.3虚拟水贸易及其作用

虚拟水贸易是指一个国家或地区通过贸易的形式从别的国家或地区购买水资源密集型的农产品或高耗水的工业产品。特别是那些水资源严重短缺的国家和地区，如约旦、埃及、以色列等，更是有意识地以农产品的形式大量进口虚拟水。对于这些缺水国家和地区来说，从国外铺设管道或采取别的办法直接输入实体水，在经济上是不可行的，成本太高，而采取虚拟水贸易的方法则可以达到同样的效果。虚拟水可以被看成是水的另一种存在形式，缺水国家和地区通过进口虚拟水可以减轻对国内水资源的压力。通过利用这种特殊资源，区域性的水危机和地缘政治问题有望得到较好的解决，避免由于争夺水资源而可能引发的区域战争(Allan，1998，2003)。除了政治因素以外，从经济角度来看，按照国际贸易的比较优势理论，水资源富足的国家应该出口具有比较优势的产品，即富含虚拟水的产品，而水资源贫乏的国家则应该进口那些富含虚拟水的产品(Wichelns，2001)。

从全球范围来看，虚拟水贸易对水资源进行了时间上和空间上的再分配，提高了水资源的利用效率，保障了缺水国家和地区的用水安全。虚拟水贸易不仅提供了水资源供给的一种新途径，缓解了进口国的水资源压力，而且对于保障全球或区域粮食安全和水安全都具有积极意义。但是水作为一种公共产品，在很多国家和地区都存在定价过低的问题，使得高耗水产品的价格未能真正反映用水成本。虚拟水的出口是在不断流失宝贵的水资源和国家的生态资本。

国家间和地区间的虚拟水贸易可以看作是流域内水转移的一种选择，例如中国目前正在进行的“南水北调”工程，不仅工程成本高，而且有可能造成未知的生态后果，而通过国内虚拟水的转移，可以在相当程度上解决区域性的水资源缺乏问题。例如，对于非洲南部地区来说，虚拟水贸易已经被作为一种替代调水计划的现实的、可持续的和环境友好的方法(Earle＆Turton，2003;Meissner，2003)。

9.1.3　虚拟水贸易的研究

9.1.3.1　国际虚拟水贸易流

最近，世界水理事会(World Water Council，WWC)、联合国粮农组织、荷兰和日本等国的科学家分别计算了全球的虚拟水贸易流。荷兰的研究选用了出口国的水资源消耗数据，表明在1995—1999年间，全球的虚拟水贸易量在每年1.04×10¹² m³左右，其中67%来自农作物贸易，23%来自于牲畜及其产品，10%来自工业产品(Hoekstra＆Hung，2002;Chapagain＆Hoekstra，2003)。世界水理事会和联合国粮农组织的研究只选用了进口国的水资源消耗数据，结果表明，2000年全球的虚拟水贸易量为1.34×10¹² m³，其中60%来源于农产品，14%来源于鱼类和水产品，13%来源于动物产品，13%来源于肉食品(Renault，2003)。日本的研究者分别从出口和进口两方面估算了全球的虚拟水贸易量，其中按出口计算，大概每年有6.93×10¹¹ m³，这个数值比荷兰的研究结果要低;而按进口计算，数值在每年1.14×10¹² m³左右，比世界水理事会和联合国粮农组织的研究也要低(Oki etal，2003)。造成差异的主要原因是由于这3个研究涵盖的产品范围不同。由于以上研究都是只计算了部分产品，因而得到的结果总体偏小。但有趣的是，在数据来源、计算方法、前提假设不同的情况下，却得到了近似的结果。总的来说，美国、加拿大、澳大利亚、阿根廷和泰国是虚拟水的主要净出口国，而日本、斯里兰卡、意大利则是虚拟水的主要净进口国(Hoekstra，2003)。

9.1.3.2　国家和地区间的虚拟水贸易平衡

通过对国家和地区间虚拟水贸易的研究，发现一些国家和地区常年存在虚拟水的净进口，相反，另一些国家却是虚拟水的净出口国。有人通过研究一个国家的谷物净进口量和人均可利用水资源量的关系，试图证明国际间的虚拟水贸易实际上是由于水资源缺乏所驱动的，结果他们确实发现了一个人均可用水资源量的阈值，低于这个值，则谷物的进口量随着水资源的减少而成指数增加(Yang et al，2003)。另外，对于国家虚拟水进口和缺水情况之间依赖关系的研究发现，很多国家和地区虽然非常缺水，却很少依赖虚拟水的进口，如伊朗和巴基斯坦等国;而印尼、瑞士等国虽然水资源丰富，却净进口了大量的虚拟水(Hoekstra＆Hung，2002)。

9.1.3.3　虚拟水贸易与水资源节约

水的生产力——单位耗水量生产的产品，通常在生产地要高于消费地。这意味着产品生产的真实耗水量要小于在消费地生产该产品所需的虚拟水量，即通过贸易可以节省水资源。例如，从法国出口到埃及1 kg玉米，可以节省0.52m³的水，因为在法国生产1 kg玉米需要0.6m³水，而在埃及却需要1.12m³(Renault，2003)。日本科学家的研究估计，仅仅由于粮食贸易，全球每年就可以节省4.55×10¹¹ m³的水资源(Oki et al，2003)，占到全球农作物生产年耗水量的8%。

9.1.3.4　国内虚拟水的研究

国内这两年关于虚拟水的研究也逐渐开展起来。中科院寒区旱区环境与工程研究所程国栋院士较早地将虚拟水的概念引入，将其称为水安全战略的新思路，建议加强虚拟水理论和虚拟水战略的研究，创新水资源管理体系，建立基于虚拟水战略的区域政策保障体系(程国栋，2003)。其后，又有人计算了新疆、青海、甘肃、陕西(龙爱华等，2003)、河南、江西、湖南、湖北(王新华，2004)等省、区的水资源足迹和虚拟水贸易量;马静等(2004)以我国南北方及各区域间的虚拟水贸易为切入点，计算了我国各区域间的虚拟水流量和流向关系，分析了水以真实形式和虚拟形式在我国南北方之间逆向流动的主要原因;柯兵等(2004)根据我国粮食进口的变动趋势和国内外粮食生产条件，估算了2010年和2020年我国进口的虚拟水量，并提出通过进口虚拟水解决我国农业和粮食问题，从而实现我国水资源可持续利用的建议。