虚拟水研究的理论方法及现状分析

白 焱，傅春艳，彭 俊，张 琪，郑国臣

（松辽流域水资源保护局，吉林 长春 130021）

1 序言

水资源短缺是全球面临的问题，中国工程院重大咨询项目《中国可持续发展水资源战略研究》预测2030年中国缺水130亿m3。为了缓解水资源危机，人们普遍采用工程和非工程措施实施调水、节水、雨水资源化、中水回用等，然而人们在消费有形水的同时，还需消费很多“虚拟”的水[1]。在资源配置全球化和水资源商品化的背景下，学术界对生产某种商品或某项服务所需的水资源数量的差异开始关注，寻求适当的概念或者工具来反映水资源的这种经济特性，因此以虚拟形式看不见水的描述开始出现，如“嵌入水”、“外生水”以及“水、粮食和贸易的结合体”等。英国学者托尼·阿兰在20世纪90年代初首次提出虚拟水的概念。虚拟水作为新的水资源观已成为水科学的研究热点。虚拟水的主要特征为：①非真实性。虚拟水不是真实的水，而是虚构的水，是以虚拟的形式在产品中的“看不见”的水；②社会交易性。虚拟水是通过商品交易即贸易来实现的，没有商品交易或服务就不存在虚拟水；③便捷性。由于实体的水贸易即跨流域调水距离较长、成本高昂，在具体操作上具有较大困难，而虚拟水以“无形”的形式附在产品中，相对于跨流域调水而言，便于运输的特点成为提高全球或区域水资源效率，保障缺水地区水安全的有效工具[2]。虚拟水战略对于保障中国水生态安全具有重要的理论和现实意义。

2 虚拟水国内外研究进展

虚拟水的概念问世以来，有关虚拟水理论与方法研究不断扩展。A.K.Chapagain将虚拟水分为绿虚拟水、蓝虚拟水和稀释虚拟水[3]。绿虚拟水和蓝虚拟水分别指农产品生产过程中所消耗的绿水和蓝水。稀释虚拟水是指将农产品的生产过程中所产生的污水稀释到达标的用水量，用于评价水污染状况。农作物的种植过程主要产生的是绿虚拟水和蓝虚拟水，农作物的加工过程产生的是稀释虚拟水。有些国家进行原材料的出口贸易，产生绿虚拟水和蓝虚拟水，会影响这些国家的可利用水资源总量。而一些国家进口原材料后，通过国内加工再出口到国外，主要产生稀释虚拟水，对水质会产生影响，但对水资源总量的影响相对较小。与棉花产品有关的国际贸易中虚拟水量204 Gm3/a，其中蓝虚拟水占43%、绿虚拟水占 40%、稀释虚拟水占17%[4]。随着工业产品生产对水资源消耗量的增加，将虚拟水的概念从农产品范围扩展到所有商品，并且将虚拟水分为淡水虚拟水和污水虚拟水。淡水虚拟水是在生产过程中所消耗的淡水资源，进口的商品在生产过程产生一定量的污水，因此污水虚拟水是指国家进口商品所避免产生的污水量。

与虚拟水相关的还涉及一个重要的概念——水足迹。水足迹是阿尔杰恩·胡克斯特于2002年提出的：水资源评价的对象不仅包含储存在河流、湖泊、湿地以及浅层地下水层中的蓝水足迹，还包括储存在非饱和土壤层中并通过植被蒸散消耗掉的绿水足迹以及由于污染所引起的灰水足迹。水足迹概念得益于它弥补了以往水资源核算方法的不足，水足迹创造性地把各种颜色的水整合在一起，弥补了传统水资源核算中只重视蓝水的缺点。水足迹的另一个创新之处在于包含了两种独特的思维方式，即人类对淡水生态系统的影响最终与人类消费方式密切相关，从供应链整体出发能够更加全面理解水资源短缺和水污染等[5]。

我国对虚拟水、水足迹的理论基础研究刚开始起步，对虚拟水背后隐藏的生态与环境效益还没有更多的涉及。目前虚拟水的研究集中在分地区、分产品虚拟水含量的测算以及虚拟水流量的估计和虚拟水贸易战略研究。刘宝勤认为虚拟水的理论基础包括资源流动理论、资源替代理论和比较优势理论，以往对于水资源短缺和食品安全的研究仅是从农业角度出发，研究农业生产中所消耗的水资源数量，而虚拟水则是从经济学的角度出发，研究生产用水所具有的多种机会成本[6]。邹君为量度区域虚拟水战略实施的适宜性以及虚拟水战略背景对区域经济社会生态等的影响程度，定义了区域虚拟水战略优势度概念，并分析了其影响因素，从水资源需求、水资源管理和农业发展现状等方面构建综合评价体系，对我国内陆省级行政区虚拟水战略优势度进行定量评价[7,8]。韩雪从虚拟水及其相关概念、虚拟水的量化研究、虚拟水战略、水足迹、虚拟水贸易、虚拟水与水资源和粮食资源的关系、虚拟水生态补偿领域等论述其研究成果[9]。

3 虚拟水战略对水资源可持续发展影响

虚拟水可以有效减少社会经济发展对水资源的局部需求，对于缓解区域性水资源危机具有重要的经济意义。虚拟水战略对缺水国家或地区通过贸易方式从富水国家或地区购买水密集型产品来获得水和粮食的安全具有重要意义。在气候条件适宜的地区，生产1 kg粮食大约需要1 000～2 000 kg的水，而在气候条件较差的地区则需要 3 000～5 000 kg的水，因此，如果一个国家以虚拟水出口水密集型产品给其他国家，实际上就是以虚拟的形式出口了水资源。由于长距离和相应的巨额成本，富水国和贫水国间的实际水贸易是不可能的，但是水密集型产品的贸易是现实可行的。通过这种方式，一些国家向另外一些国家提供用水需求。对于水资源稀缺的国家可以通过进口水密集型产品来减少对水量的需求，而水资源丰富的国家可以通过生产出口水密集型产品来获得经济利益[10]。

对于水资源紧缺的地区，虚拟水战略提供了水资源的一种替代供应途径，能较好地减轻局部水资源紧缺的压力。对参与虚拟水战略的地区来说，还能增强这些地区之间粮食安全的相互依赖性，减轻地区之间因为水或粮食问题所引起的冲突。应用虚拟水战略，可从系统分析的角度来研究区域水资源的措施，研究虚拟水战略与粮食安全、生态环境建设与安全等之间的关系，提出相应的战略对策和政策建议，可为我国水资源可持续发展提供全新的思路。水和粮食是人类生存与发展的基本需要，当前全球水资源危机日趋严重，而农业是世界上最大的用水主体，农业灌溉占了总用水量的73%以上[11]。解决水问题新途径：水资源匮乏的国家进口虚拟水以减轻对水资源的压力。这种区域外隐形水源可以成为保障区域内水资源安全的新途径，而且还可以避免生产粮食、养殖动植物等形成的水污染，减轻大规模调水给生态环境带来的破坏，减少对区域水系统平衡和循环带来的影响。

世界上20个最缺水的国家有 11个在中东地区，这些国家的年人均水资源占有量远低于人均1 000 m3的水资源危机临界水平，该区域内的水资源不仅难以满足基本的生活用水，还面临着人口增长、经济发展等对水资源更多需求的压力。而粮食生产是最大的用水项，通过粮食贸易可以同时缓解水资源与粮食安全的双重压力。全球通过粮食贸易产生的虚拟水转移节水量高达 3850亿m3，由此调节的水资源量，可以分配给不断增长的工业发展和生活需求。在干旱和半干旱地区，大量生产粮食，不仅会加大水资源需求量方面的压力，而且因为粮食生产过程中需施用大量的化肥和农药，且这些地区由于降雨量、地表径流、土壤含水量等都相对较少，降解和自净能力低，更易造成农业面源污染和土壤污染。因此综合考虑液态、气态、虚拟等类型的水资源配置，可以系统地缓解水资源短缺、面源污染、地下水污染、土壤污染等相关问题。

4 结论

综上所述，虚拟水战略给予水资源管理者的重要启示是：①需要充分认识水资源的不同存在形式，如“绿”水(气体)、“蓝”水(液体)、“虚拟水”(隐型水)等，根据水资源利用的一些直接或间接的不同模式，系统思维，科学配置，更有效地开发与利用各类水资源。②就全球而言，水资源短缺通常是局部现象，水资源贫乏的国家寻求虚拟水可以减轻区域的水资源压力，虚拟水是人们需要消费的一种替代水源。为了克服水资源短缺，传统上是采用修建人工水利设施来调节水资源分布不均的矛盾；而调配虚拟水相对调配实体水而言，无论在经济效益或环境效益方面都具有明显的优越性。因此，通过虚拟的形式储存与调配水资源更有意义。虚拟水贸易不仅增加水资源配置的种类和数量，还拓展了水资源配置的途径和空间，优化了水资源利用效率。由此可见，虚拟水是保证我国水资源安全的新思路和新方法。

［1］夏骋翔，李克娟.虚拟水研究综述与展望［J］.水利经济，2012，30（2）：11-16.

［2］孙笑微，魏传江，付意成，等.虚拟水研究分析［J］.水利水电技术，2009，40（5）：1-3.

［3］邹君，杨玉蓉，黄翅勤，等.中国区域虚拟水战略优势度评价［J］.地理科学，2009，29（2）：78-82.

［4］孙才志，张蕾.中国农产品虚拟水一耕地资源区域时空差异演变［J］.资源科学，2009，31（I）：84-93.

［5］刘俊国，曾昭，马坤，等.水足迹评价手册［M］.科学出版社，2012，6.

［6］刘宝勤，封志明，姚治君.虚拟水研究的理论、方法及其主要进展［J］.资源科学，2006，28（1）：120-126.

［7］邹君，杨玉蓉，毛德华，等.中国虚拟水战略区划研究［J］.地理研究，2010，29（2）：253-262.

［8］邹君，毛德华.中国虚拟水战略优势度评价［J］.资源科学，2008，30（8）：1121-1127.

［9］韩雪，刘玉玉.虚拟水研究进展［J］.水利经济，2012，30（2）：17-21.

［10］孙金华.水资源管理研究［M］.中国水利水电出版社，2011，1.

［11］王静，谢世友，孙香莉.浅议虚拟水对我国水资源可持续发展的启示［J］.安徽农业科学，2008，36（9）：3778-3779.