虛擬水和水足跡理論在中國的應用

蔡振華，蔡 龍

（北京林業大學 自然保護區學院，北京100083）

1 引言

據世界水資源理事會（World Water Council，WWC）報道，到2020年將沒有足夠的水源來生產可以維持全世界人口生存的糧食。中國是全球13個人均水資源最短缺的國家之一，其淡水資源總量僅占全球水資源總量的6%，人均水資源占有量只有2 200m3，僅為世界平均水平的1／4。正常年份全國現狀缺水量在400×108m3左右，全國31個省、市中，有20多個省、市干旱缺水，其中15個省、市嚴重缺水；全國660多座大中城市中有2／3以上的城市缺水，其中110座屬嚴重缺水，全國城市年缺水總量達6×109m3。水資源已成為我國生態環境安全和經濟社會發展的最主要限制性因子。

2 虛擬水與水足跡概念的提出

在人口增長和經濟發展及氣候變化等多重因素的影響下，特別是在自然及人為驅動力的直接或間接影響下，水生態系統日趨退化、水資源供給能力嚴重萎縮已成為世界性難題。在此背景下，全球都在努力探索應對破解水資源危機的新途徑。20世紀90年代初以來，虛擬水以及隨后提出的藍水、綠水以及水足跡等一系列概念為解決缺水國家和地區水資源安全問題提供了一種新思路，成為水資源界普遍關注的熱點之一。

1993年，英國倫敦大學非洲和東亞研究學院的Tony Allan教授首次提出了虛擬水（virtual water）的概念。如生產1kg糧食需要耗水1 000L，生產1kg肉類需要消耗1.3萬L水，則1 000L和1.3萬L水就分別是1kg糧食和1kg肉類的虛擬水含量。此前，他已使用“嵌入水（embeded water）”［6，7］這個術語，但并沒有引起水資源管理機構的重視。隨著虛擬水概念的正式提出，逐漸成為水資源研究領域一個新的熱點問題，學界開始對此進行了越來越深入的研究，為后來的提出的藍水，綠水以及水足跡等一些概念提供了研究基礎。

水足跡（Water Footprint）是由 Hoekstra在2002年12月12～13日荷蘭代爾伏特舉行的虛擬水貿易國際專家會議上提出的。該概念反應了人類消費對水資源系統的真實占用情況。它的提出，是仿照1992年加拿大大不列顛哥倫比亞大學規劃與資源生態學教授里斯（William E.Rees）提出的“生態足跡”理論?！吧鷳B足跡”反映了人類活動對生態系統的影響，最終歸結為對土地面積的占用情況的表達。而水足跡則是經濟社會發展對水資源的占用情況定量的表達，反映人類消費對水資源系統的影響。

“水足跡”是任何已知人口（一個國家、一個地區或一個人）在一定時期內消費的所有產品和服務所需要的水資源數量。因此，水足跡可以真實地反映一個人、一個地區或一個國家對水資源的真實地使用情況，量化水足跡能反映人類對水資源系統水資源量的壓力大小，為科學利用有限的水資源提供有益的決策依據；在不降低人類福利的同時，充分調動各種社會資源，改善水資源利用模式，實現水資源可持續利用。

3 水足跡理論在中國的應用

自水足跡理論被引入國內以來，水足跡理論主要被用于區域水足跡的測算，分析區域水足跡狀況。

龍愛華，徐中民等（2003）首次以虛擬水為基礎，對西北4?。▍^）2000年的水足跡進行了研究，結果表明：2000年西北四省（區）總的水足跡為6.13×1010m3，人均水足跡為712.3m3／年，高于統計的水資源利用量。并指出，以虛擬水為基礎的水資源足跡更真實地衡量了社會經濟系統對水資源消費利用狀況，為解決區域水資源短缺和創新水資源管理體制提供了新思路，產品形式的虛擬水貿易是解決干旱區水資源安全、糧食安全的有效戰略工具。

王新華等（2005）引入水足跡的概念和計算方法，對中國2000年各省水足跡進行初步計算和分析，結果表明：西北部省份水足跡較大，南部和中東部省份水足跡較小，青海省水足跡最大，其值為935.75m3·（人·年）－1，廣西水足跡最小，其值為466.31m3· （人 · 年）－1。全國平均水足跡為601m3·（人·年）－1。分析了幾個典型省份水足跡的構成，并探討了降低水足跡以緩解水資源壓力的幾條途徑。最后提出通過提高水分生產率、實現消費模式的轉變及使用虛擬水戰略優化水資源配置。

馬靜等（2005）借助水足跡和虛擬水的概念，計算了我國各區域主要農產品的虛擬水含量，通過分析區域的農產品生產和消費關系，計算了國際和國內區域間的虛擬水流量，以及相應的水足跡和水的自給率，并進行了相關分析。計算結果表明中國是一個水資源高度自給的國家，但區域間差別較大。他同時認為，人的消費模式，特別是膳食結構對水資源消耗的影響非常顯著，我國人均水足跡的計算結果與這一結論基本吻合，因此倡導節約的消費方式，研究并推薦符合中國國情的膳食結構，將有助于全面節水型社會的建設。

龍愛華、張志強等（2005）對甘肅省水資源足跡與消費模式進行研究，結果表明，1989年以來甘肅省全社會的水資源足跡總量基本穩定在220×108～240×108m3，總體上呈現微量的下降趨勢，人口增加和消費水平提高并沒有增加對水資源系統在數量上的壓力。從消費模式分析看，隨消費結構多樣化的增加，人均虛擬水消費量呈現不斷下降的趨勢，因而，增加消費結構的多樣性有利于減少對水資源系統的壓力。

項學敏（2006）歸納了農產品和畜牧產品中虛擬水含量的計算方法，并總結了有關產品虛擬水的研究成果和不足之處；提出了工業產品虛擬水的計算方法，以遼河油田為例，計算出石油制品中虛擬水含量。在此基礎上，建議中國石油行業今后應有計劃進口石油制品，緩解我國水資源緊缺的現狀。

鄧曉軍等（2008）以上海市為案例，計算了2005年上海市的水足跡，并分析了1999～2005年間上海水足跡動態變化過程。結果表明：2005年上海市總水足跡為243.04×108m3，人均水足跡1 366m3／年，水匱乏度高達8.16；7年間萬元GDP水足跡逐年下降，但人均水足跡明顯上升。這說明上海市水資源利用呈不可持續狀態，今后需要注重提高水資源利用率，提倡節約型生產和消費模式以及實施虛擬水戰略等來減少其水足跡，逐步實現城市水資源的可持續利用。

高孟緒（2008）通過對2000年中國各省人均水足跡與人均用水量的比較，借助于統計分析軟件SPSS對各省區人均水足跡進行了系統聚類，在GIS軟件的支持下，將中國31個省區的人均水足跡劃分為5類，其中人均水足跡在480m3／年以下的僅有廣西，480～550m3／年的有四川、貴州、江西、浙江，700～850m3／年的有新疆、甘肅、寧夏、山西、北京、上海、天津、黑龍江、遼寧，850～950m3／年 的有內蒙古和青海，其余省份介于550～700m3／年，制作了中國2000年各省人均水足跡空間分布圖。

陳秀端（2009）以虛擬水、水足跡理論為基礎，結合生態需水理論可以測算和分析西部城市西安市的水足跡狀況，研究結果表明，西安市主要食品的虛擬水消費量呈出口狀態，其中以糧食和奶類為主；西安市的虛擬水總量中以食品消費和城市生態需水所占份額最大，2007年分別占到60.63%和17.32%；相對于西安市的水資源承載力，西安市的水足跡呈現赤字狀態，2007年的水赤字為38.29億m3，因此西安市需要從區域外輸入水資源承載力，并加強水資源管理，提高水資源的利用效率。

蔡燕（2009）采用2002年黃河流域流經的主要省區的投入產出表計算研究區以及三產業的用水系數、水足跡和凈外部水足跡，結果表明：黃河流域第一產業的直接用水系數和完全用水系數均最高，其次二、三產業；地區間用水系數相差很大；2002年黃河流域的總水足跡是1 461.0億m3，46.9%緣于地區內最終消費、53.1%緣于資本積累；人均水足跡是359.7m3·年－1地區差異明顯；2002研究區凈外部水足跡132.5億m3，占總水足跡的9.1%。

趙旭（2009）利用投入產出法對2002年中國的水足跡做了研究。他計算出中國的每萬元產品的水足跡是每年381m3。和以往的研究不同，通過他的計算，中國是一個凈虛擬水出口國。同時，他利用水資源壓力系數得到各個部門不同的用水壓力，建議那些高耗水部門應成為節水的主力部門。

朱啟榮（2009）利用投入產出分析方法，測算了2002～2007年中國對外貿易的虛擬水量，并從節約水資源的角度，實證分析了目前中國對外貿易結構存在的問題。本文的研究結果表明，2002年以來，中國出口貿易向國外輸出的虛擬水量大于進口貿易從國外輸入虛擬水量，而且由于前者的增長速度明顯快于后者，導致我國對外貿易凈輸出水資源量迅速增長；研究還表明，我國出口貿易中的高耗水產品所占比重較大，而進口貿易中高耗水產品所占比重較小，這說明，我國的外貿結構不利于節約水資源。

孫才志（2010）在總結國內外虛擬水和虛擬水戰略研究進展的基礎上，分析了我國虛擬水貿易流動格局，提出了適合我國國情的廣義虛擬水戰略，對其驅動因子做了較詳細的分析，并就廣義虛擬水戰略在我國的實施提出相關對策和建議。結果表明，廣義虛擬水戰略在我國實施的直接原因是水土資源的不匹配，而根本原因與我國國民經濟的總體布局密切相關，是我國經濟發展的必然。

陳俊旭（2010）利用水足跡對北京市水資源占用進行估計，得出2006年北京市水資源實際占用量為138.28×108m3，能更真實反映北京市水資源實際占用情況。從產業結構及消費構成分別分析了水足跡的情況，得出農作物和動物產品虛擬水消耗是水足跡消費的主要組成部分，糧食及肉類是耗用水資源的主要消費產品。北京市水資源壓力為1.37，工業用水、生活用水、農產品引進、生態環境保障、動物類及農作物產品用水相應水資源壓力分別為：0.082、0.135、0.570、0.016、0.350和0.213。市外引入水資源高達59.78×108m3，對外依存度為0.43，說明北京市本地水資源難以滿足社會、經濟發展需求。分析北京市水足跡組成及水資源保障情況得出結論，市內用水結構優化、虛擬水引進及南水北調是水資源安全保障的基本措施。

雷玉桃等（2010）以廣州市為案例，分6個賬戶對廣州市的虛擬水進行計算，最終得出廣州市2007年的水足跡為989.32×108m3，其中工業產品的水資源需求最大，其次是農產品和畜產品。近年來廣州市水資源的污染嚴重，水足跡理論的提出對于廣州市水資源的可持續利用提供了新的思路。

此外，國內學者還從生態需水量角度、生態足跡角度等對對水資源利用狀況進行研究。

吳志峰等（2006）從淡水生態足跡和水產品生態足跡兩個方面測算了廣州市1949～1998年的水生態足跡，并運用綜合自回歸移動平均模型 （Autoregressive Integrated Moving Average Model，ARIMA）對水生態足跡計算結果進行模型擬合，據此預測1999～2003年期間的水域生態足跡變動。

黃林楠等 （2008）將水資源賬戶分為生活用水足跡、生產用水足跡和生態需水足跡3個二級賬戶，并建立了水資源生態足跡以及水資源生態承載力計算模型，據此對江蘇省1998～2003年水資源生態足跡和生態承載力進行了測算。

譚秀娟等（2009）對我國1949～2007年水資源的可持續利用狀況作出了客觀的評價，并運用ARIMA模型對我國水資源生態足跡變動趨勢作出深入的研究。結果表明，1949～2007年，我國人均水資源生態承載力總體上呈下降態勢，而人均水資源生態足跡則逐年上升，從而造成人均水資源生態赤字逐漸增大，我國水資源處于一種不安全狀態。

虛擬水概念的提出，改變了水資源研究圍繞“實體水”展開的現狀，拓寬了水資源研究的領域。水足跡概念自引入我國以來，在我國水資源短缺、糧食安全及生態環境等領域得到初步應用，并為我國水資源可持續利用的定量評價奠定了良好的基礎。但研究案例有限，研究的深度和廣度有待進一步深入和拓寬。首先是產品虛擬水含量的計算方面需要進一步的細化；第二，此前的水足跡研究僅僅考慮人類生產生活活動對水資源量的影響，而未考慮人類生產生活活動對水資源質量的影響，即水資源污染問題未納入水足跡研究中，此外，針對水足跡的提出的預測方法幾乎沒有，且極少考慮生態環境用水。因此，要使水足跡成為一個現實，需要深入探討水足跡的深層次含義。

［1］蔡 燕，王會肖，王紅瑞，等.黃河流域水足跡研究［J］.北京師范大學學報：自然科學版，2009，45（5）：616～620.

［2］陳俊旭，張士鋒，華 東，等.基于水足跡核算的北京市水資源保障研究［J］.資源科學，2010，32（3）：528～534.

［3］陳 雷.中國水資源情勢不容樂觀［N］.人民日報海外版，2009－12－20（22）.

［4］陳秀端.基于生態需水的西安市城市水足跡研究［J］.陜西教育學院學報，2009，25（2）：81～85.

［5］鄧曉軍，謝世友，王李云，等.城市水足跡計算與分析——以上海市為例［J］.亞熱帶資源與環境學報，2008，3（1）：62～68.

［6］高孟緒，任志遠，郭 斌，等.基于GIS的中國2000年水足跡省區差異分析［J］.干旱地區農業研究，2008，26（1）：131～136.

［7］黃林楠，張偉新，姜翠玲，等.水資源生態足跡計算方法［J］.生態學報，2008，28（3）：1 279～1 286.

［8］雷玉桃，高 帥，盧麗華，等.廣州市水足跡的估算與分析［J］.特區經濟.2010（8）：274～276.

［9］龍愛華，徐中民，王新華，等.人口、富裕及技術對2000年中國水足跡的影響［J］.生態學報，2006，26（10）：3 358～3 365.

［10］龍愛華，徐中民，張志強.虛擬水理論方法與西北4?。▍^）虛擬水實證研究［J］.地球科學進展，2004，19（4）：577～584.

［11］龍愛華，張志強，徐中民，等.甘肅省水資源足跡與消費模式分析［J］.水科學進展，2005，16（3）：418～425.

［12］馬 靜，汪黨獻，來海亮，等.中國區域水足跡的估算［J］.資源科學，2005，27（5），96～99.

［13］孫才志，陳麗新.我國虛擬水及虛擬水戰略研究［J］.水利經濟，2010，28（2）：1～4.

［14］譚秀娟，鄭欽玉.我國水資源生態足跡分析與預測［J］.生態學報，2009，29（7）：3 560～3 567.

［15］王東坡.建立節水型社會之芻議［J］.遼寧師專學報，2008，10（2）：56～57.

［16］王新華，徐中民，龍愛華.中國2000年水足跡的初步計算分析［J］.冰川凍土，2005，27（5）：774～779.

［17］吳志峰，胡永紅，李定強，等.城市水生態足跡變化分析與模型［J］.資源科學，2006，28（5）：152～156.

［18］項學敏，周笑白，周集體.工業產品虛擬水含量計算方法研究［J］.大連理工大學學報，2006，46（2）：79～184.

［19］趙 旭，楊志峰，陳 彬.基于投入產出分析技術的中國虛擬水貿易及消費研究［J］.自然資源學報，2009，24（2）：286～294.

［20］朱啟榮，高敬峰.中國對外貿易虛擬水問題研究——基于投入產出的分析［J］.中國軟科學，2009（5）：40～45.

［21］Allan J A.Overall perspectives on countries and regions［C］／／Rogers P，Lydon P.Water in the Arab World：Perspectives and Prognoses.Massachusetts：Harvard University Press，1994.

［22］Allan J A.Fortunately there are substitutes for water otherwise our hydro－political futures would be impossible［C］／／ODA.Prioritized for Water Resources Allocation and Management.London：United Kingdom，1993.

［23］Tony Allan.“Virtualwater”：A long term solution for water short middle eastern economies？［C］／／Paper presented at the 1997British Association Festival of Science，Roger Stevens Lecture Theatre，University of Leeds，Water and Development Session，1997.