居民虚拟水消费测算模型及实证研究

赵慧 尹庆民 田贵良

摘要：水资源是影响人类生存及生产活动的重要因素，不同消费模式对水资源配置影响不同，运用农、畜产品虚拟水含量计算模型和虚拟水消费特征指数，在分析江苏省2000—2011年居民虚拟水消费量的基础上，通过设定3种消费模式调整方案，测算并比较不同模式下虚拟水消费量节约情况和消费特征变化情况。结果表明：城镇居民虚拟水消费量保持稳定，农村居民虚拟水消费量呈下降趋势，且城乡居民的消费结构日趋合理，虚拟水消费多样性指数及均衡性指数越来越高；粮食产品的消费减少是造成虚拟水消费量下降的主要原因；以虚拟水含量低的产品代替虚拟水含量高的产品，改变当前虚拟水消费模式，可以有效节约虚拟水消费量。

关键词：虚拟水；消费模式；消费结构；消费特征

中图分类号：TV213.4文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）02-0320-04

收稿日期：2013-07-11

基金项目：国家自然科学基金（编号：41001377、51279058）；江苏沿海资源经济研究中心研究项目。

作者简介：赵慧（1990—），女，河北唐山人，硕士研究生，主要从事基础设施投融资研究。E-mail：wennie@foxmail.com。随着我国经济的发展和人口的激增，水资源短缺现象越来越严重，已成为制约我国国民经济发展的瓶颈[1]。人口增长、技术变化、消费增加是水资源危机产生的主要原因[2]。20世纪90年代英国学者提出了“虚拟水”这一概念，将水资源与粮食问题紧密联系起来，为解决水资源合理配置与粮食安全等问题提供了新途径。此后，各国学者从多角度展开了对虚拟水的研究。 “虚拟水战略”是指缺水国家或地区通过贸易的方式从富水国家或地区购买水密集型农产品，尤其是粮食，保证水、粮食安全。不同地区的虚拟水战略千差万别，虚拟水战略的选择与该区域的经济发达程度密切相关，具有明显的地域性。Dennis从经济学角度阐述了虚拟水的应用优势[3]。虚拟水实证研究范围不断扩大，涉及到埃及、黎巴嫩、日本等国，虚拟水贸易研究引起了学者们的高度重视。虚拟水战略对我国资源安全具有重要意义。马静等与Hoekstra合作，以我国南北方及各区域的虚拟水贸易量为切入点，计算了我国各区域的虚拟水流量，率先将虚拟水理论应用于我国实际贸易中[4]。许长新等从节水效应、经济价值角度阐述了虚拟水战略的经济学内涵，并对虚拟水贸易在我国经济增长中的贡献份额进行了实证分析[5]。谢卫奇等提出一套完整的水资源评价指标体系，为虚拟水贸易战略的科学运用提供了决策支持[6]。目前关于虚拟水与消费模式关系研究较为少见[7-9]。本研究对居民消费模式与虚拟水消费特征关系进行了分析，介绍了虚拟水计算方法并建立了虚拟水消费特征评价模型，并以江苏省2000—2011年主要居民消费品的虚拟水量为例，研究了居民消费模式变化对虚拟水消费结构及消费特征的影响，旨在为解决我国水资源短缺问题提供依据。

1虚拟水计算方法及消费特征评价模型

1.1虚拟水计算方法

1.1.1农产品虚拟水含量计算方法综合现有研究，利用公式（1）计算农产品虚拟水量化。

Dnc=Wnc/Ync（1）

式中：Dnc表示n区域内c作物的虚拟水含量（m3/t），Wnc为该区域c作物的需水量（m3/hm2），Ync为该区域c作物的产量（t/hm2）。

根据农作物累积蒸发蒸腾水量ETc来计算需水量Wnc，ETc计算方法见公式（2）。

ETc=Kc×ETo（2）

式中：Kc表示农作物系数，是计算农作物需水量的重要参数。ETo表示作物蒸发蒸腾量参考值，是在忽略作物类型、作物发育、管理措施等因素的基础上，计算的作物需水量，计算方法见公式（3）。

ET0=0.408×Δ×（Rn-G）+γ×900T+273×U2×（ea-ed）Δ+γ×（1+0.34×U2）（3）

式中：Δ为饱和水汽压与温度相关曲线的斜率，kPa/ ℃；Rn为作物表面净辐射，MJ/（m2·d）；G为土壤热通量，MJ/（m2·d）；T为温度平均值， ℃；U2为2 m高处的风速，m/s；ea为饱和水汽压，kPa；ed为实测水汽压，kPa；γ为温度计常数。

1.1.2畜产品虚拟水含量计算方法国内外学者多用生产树方法计算畜产品的虚拟水含量。因为此方法计算结果很大程度上依赖于动物类型、饲养结构、自然环境条件，因此量化过程较农产品更为复杂。畜产品虚拟水含量计算流程见图1[10-11]。

1.2虚拟水消费特征评价方法

1.2.1虚拟水消费多样性指数虚拟水消费多样性指数反映虚拟水消费水平的高低，用不同消费类别虚拟水的比例作为测算消费结构与水资源利用效率之间关系的指标[12-13]，测

算值越大，表明虚拟水消费多样性越高。采用公式（4）计算虚拟水消费多样性指数。

式中：H表示虚拟水消费多样性指数，pi表示各消费类别虚拟水比例，i指粮食、蔬菜、水果、猪肉、牛羊肉、家禽、蛋类、奶类、糖类、酒、饮料、水产品等消费类别。

1.2.2虚拟水消费均匀性指数虚拟水消费均匀性指数反映虚拟水消费的均匀程度，从公式（4）可以看出，消费品类别以及消费品分配的均匀性共同影响虚拟水消费多样性指数，各类消费品分配的越均匀，多样性指数越高。虚拟水消费均匀性指数计算方法见公式（5）[14]。最大虚拟水消费多样性指数计算方法见公式（6）。

式中：E表示虚拟水消费均匀性指数；H表示虚拟水消费多样性指数；Hmax表示最大虚拟水消费多样性指数。

式中S表示消费品类别数。

2居民虚拟水消费测算实证分析

江苏省位于我国东南沿海地区，水域面积占全省总面积的17%。虽然江苏省水资源丰富，但是人均水资源占有量严重不足。以2012年为例，江苏省水资源总量约347亿m3，人均水资源占有量不足500 m3，全省降水量时空分布不均，水资源南丰北枯，同时水资源污染日益严重，资源性缺水与水质性缺水并存，缺水已经成为制约江苏省经济社会发展的重要因素。

2.1江苏省城镇居民虚拟水消费结构变化

由表1可知，2000—2011年江苏省城镇居民人均虚拟水消费量呈先上升后下降趋势，表明城镇居民在不断调整消费结构。粮食、肉禽类、蛋奶类虚拟水消费量所占比重较大，均为20%～25%。江苏省人均粮食消费量大，肉禽类及蛋奶类产品单位虚拟水含量较高。由于蔬菜类产品单位虚拟水含量很低，因此虽然江苏省人均蔬菜类产品消费量大，但蔬菜类产品人均虚拟水含量最低。2000—2011年江苏省城镇居民粮食类产品消费比重呈下降趋势，高营养的肉禽类及蛋奶类产品消费比重呈上升趋势，油脂类、蔬菜类、水果类、副食品产品消费比重则一直保持平稳状态，这主要是因为随着人们收入水平的提高，消费观念开始转变，朝着更加合理健康的方向发展。

2.2江苏省农村居民虚拟水消费结构变化

由表2可知，2000—2011年江苏省农村居民人均虚拟水消费量总体呈下降趋势，且变化幅度较大，其中，粮食类产品虚拟水消费量比重最大，始终保持在50%以上。粮食类产品消费量的下降是导致江苏省农村居民虚拟水消费量下降的主要原因。2000—2011年江苏省农村居民肉禽类、副食品、蛋奶类消费量逐渐增加，由此可知，江苏省农村居民消费结构较为单一且消费水平不高。2010年之前江苏省农村居民虚拟水消费量远高于城镇居民，这主要是因为农村居民与城镇居民粮食产品消费量存在巨大差异。除了油脂类及蔬菜类，城镇居民的其他类别产品消费量都高于农村居民，一方面反映城镇居民的消费结构更加合理，另一方面也反映出城镇居民与农村居民的收入水平差别较大。由于城镇居民收入高，因而对肉禽类、蛋奶类、副食品的消费量也较高，农村居民收入低，则倾向于粮食产品。整体来看，江苏省居民消费水平逐步提高，消费结构逐渐完善。表22000—2011年江苏省农村居民人均虚拟水消费量m3/年

3不同消费模式下的消费结构与特征

江苏省作为严重缺水的省份，通过实施虚拟水战略，降低全省虚拟水消费总量，具有重要的战略意义。减少虚拟水人均消费量必然能减少虚拟水消费总量，降低虚拟水人均消费量最有效的办法是调整现有消费模式。

3.1城乡消费模式调整方案

随着经济的发展，通过控制消费总量来改变现有的消费模式并不现实。因此，可以通过调整消费结构来改变当前的消费模式。由虚拟水理论可知，产品链上位置越高的产品，虚拟水含量越高。如水稻、玉米、大豆、谷子等主要农作物虚拟水含量分别为0.64、0.18、0.53、0.62 m3/kg，猪肉、牛羊肉、蛋类的虚拟水含量分别为3.65、19.3、8.65 m3/kg。由此可知，可以通过调整消费结构，减少肉类等虚拟水含量高的产品消费量，达到调整消费模式的目的。按照卡路里摄入量相等的原则调整蔬菜类、肉类的消费比例，表3设定了几种消费结构调整方案[15]。

3.2不同消费结构下虚拟水消费量

由表4可知，与模式0相比，3种方案都不同程度地减少了城乡居民人均虚拟水消费量。城镇居民人均虚拟水消费量在模式1、模式2、模式3中最大节约量分别为79.81、48.08、108.76 m3/年。农村居民人均虚拟水消费量在模式1、模式2、模式3中最大节约量分别为36.16、1663、57.57 m3/年。由此可见，无论是城镇还是乡村，都是模式3的节水效果最为显著。

3.3不同城乡消费结构下虚拟水消费特征

改变消费结构不仅会影响人均虚拟水消费量，同时也会改变虚拟水消费特征，从而改变人们的生活方式。本研究选取最具代表性的2个虚拟水消费特征指标：虚拟水消费多样性指数及虚拟水消费均匀性指数，测算调整城乡消费结构后，虚拟水消费量变化情况。由图2、图3可以看出，4种模式下虚拟水消费多样性指数都呈现逐年上升态势，针对每一特定年份，与实际消费情况相比，无论是城镇还是农村，模式3的虚拟水消费多样性指数均最低，模式2的虚拟水消费多样性指数均最高。针对每一特定年份，无论是城镇还是农村，模式2的虚拟水消费均衡性指数均最高，城镇居民虚拟水消费均衡性指数较为稳定，农村居民虚拟水消费均衡性指数呈上升趋势。

4结论

本研究表明，2000—2011年，江苏省城镇居民人均虚拟水消费量保持稳定，农村居民人均虚拟水消费量呈下降趋势，2011年之前，农村居民人均虚拟水消费量高于城镇居民，这主要是由于不同消费人群对粮食产品需求量不同。虚拟水消费量的决定因素是实物消费量，其中最重要的因素是粮食、肉禽类。可以减少粮食消费量，并以虚拟水含量较低的产品（如蔬菜）替代虚拟水含量高的产品（如肉类），从而改善居民消费结构，降低虚拟水消费量，将节约的水资源应用于工业。江苏省城镇及农村居民的虚拟水消费多样性指数及均衡性指表4城乡不同消费结构下可节约的虚拟水消费量m3/年

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