虛擬水研究的理論方法及現(xiàn)狀分析

白 焱，傅春艷，彭 俊，張 琪，鄭國(guó)臣

（松遼流域水資源保護(hù)局，吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 序言

水資源短缺是全球面臨的問(wèn)題，中國(guó)工程院重大咨詢項(xiàng)目《中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究》預(yù)測(cè)2030年中國(guó)缺水130億m3。為了緩解水資源危機(jī)，人們普遍采用工程和非工程措施實(shí)施調(diào)水、節(jié)水、雨水資源化、中水回用等，然而人們?cè)谙M(fèi)有形水的同時(shí)，還需消費(fèi)很多“虛擬”的水[1]。在資源配置全球化和水資源商品化的背景下，學(xué)術(shù)界對(duì)生產(chǎn)某種商品或某項(xiàng)服務(wù)所需的水資源數(shù)量的差異開始關(guān)注，尋求適當(dāng)?shù)母拍罨蛘吖ぞ邅?lái)反映水資源的這種經(jīng)濟(jì)特性，因此以虛擬形式看不見(jiàn)水的描述開始出現(xiàn)，如“嵌入水”、“外生水”以及“水、糧食和貿(mào)易的結(jié)合體”等。英國(guó)學(xué)者托尼·阿蘭在20世紀(jì)90年代初首次提出虛擬水的概念。虛擬水作為新的水資源觀已成為水科學(xué)的研究熱點(diǎn)。虛擬水的主要特征為：①非真實(shí)性。虛擬水不是真實(shí)的水，而是虛構(gòu)的水，是以虛擬的形式在產(chǎn)品中的“看不見(jiàn)”的水；②社會(huì)交易性。虛擬水是通過(guò)商品交易即貿(mào)易來(lái)實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)有商品交易或服務(wù)就不存在虛擬水；③便捷性。由于實(shí)體的水貿(mào)易即跨流域調(diào)水距離較長(zhǎng)、成本高昂，在具體操作上具有較大困難，而虛擬水以“無(wú)形”的形式附在產(chǎn)品中，相對(duì)于跨流域調(diào)水而言，便于運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)成為提高全球或區(qū)域水資源效率，保障缺水地區(qū)水安全的有效工具[2]。虛擬水戰(zhàn)略對(duì)于保障中國(guó)水生態(tài)安全具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

2 虛擬水國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

虛擬水的概念問(wèn)世以來(lái)，有關(guān)虛擬水理論與方法研究不斷擴(kuò)展。A.K.Chapagain將虛擬水分為綠虛擬水、藍(lán)虛擬水和稀釋虛擬水[3]。綠虛擬水和藍(lán)虛擬水分別指農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中所消耗的綠水和藍(lán)水。稀釋虛擬水是指將農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的污水稀釋到達(dá)標(biāo)的用水量，用于評(píng)價(jià)水污染狀況。農(nóng)作物的種植過(guò)程主要產(chǎn)生的是綠虛擬水和藍(lán)虛擬水，農(nóng)作物的加工過(guò)程產(chǎn)生的是稀釋虛擬水。有些國(guó)家進(jìn)行原材料的出口貿(mào)易，產(chǎn)生綠虛擬水和藍(lán)虛擬水，會(huì)影響這些國(guó)家的可利用水資源總量。而一些國(guó)家進(jìn)口原材料后，通過(guò)國(guó)內(nèi)加工再出口到國(guó)外，主要產(chǎn)生稀釋虛擬水，對(duì)水質(zhì)會(huì)產(chǎn)生影響，但對(duì)水資源總量的影響相對(duì)較小。與棉花產(chǎn)品有關(guān)的國(guó)際貿(mào)易中虛擬水量204 Gm3/a，其中藍(lán)虛擬水占43%、綠虛擬水占 40%、稀釋虛擬水占17%[4]。隨著工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)水資源消耗量的增加，將虛擬水的概念從農(nóng)產(chǎn)品范圍擴(kuò)展到所有商品，并且將虛擬水分為淡水虛擬水和污水虛擬水。淡水虛擬水是在生產(chǎn)過(guò)程中所消耗的淡水資源，進(jìn)口的商品在生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生一定量的污水，因此污水虛擬水是指國(guó)家進(jìn)口商品所避免產(chǎn)生的污水量。

與虛擬水相關(guān)的還涉及一個(gè)重要的概念——水足跡。水足跡是阿爾杰恩·胡克斯特于2002年提出的：水資源評(píng)價(jià)的對(duì)象不僅包含儲(chǔ)存在河流、湖泊、濕地以及淺層地下水層中的藍(lán)水足跡，還包括儲(chǔ)存在非飽和土壤層中并通過(guò)植被蒸散消耗掉的綠水足跡以及由于污染所引起的灰水足跡。水足跡概念得益于它彌補(bǔ)了以往水資源核算方法的不足，水足跡創(chuàng)造性地把各種顏色的水整合在一起，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)水資源核算中只重視藍(lán)水的缺點(diǎn)。水足跡的另一個(gè)創(chuàng)新之處在于包含了兩種獨(dú)特的思維方式，即人類對(duì)淡水生態(tài)系統(tǒng)的影響最終與人類消費(fèi)方式密切相關(guān)，從供應(yīng)鏈整體出發(fā)能夠更加全面理解水資源短缺和水污染等[5]。

我國(guó)對(duì)虛擬水、水足跡的理論基礎(chǔ)研究剛開始起步，對(duì)虛擬水背后隱藏的生態(tài)與環(huán)境效益還沒(méi)有更多的涉及。目前虛擬水的研究集中在分地區(qū)、分產(chǎn)品虛擬水含量的測(cè)算以及虛擬水流量的估計(jì)和虛擬水貿(mào)易戰(zhàn)略研究。劉寶勤認(rèn)為虛擬水的理論基礎(chǔ)包括資源流動(dòng)理論、資源替代理論和比較優(yōu)勢(shì)理論，以往對(duì)于水資源短缺和食品安全的研究?jī)H是從農(nóng)業(yè)角度出發(fā)，研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所消耗的水資源數(shù)量，而虛擬水則是從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度出發(fā)，研究生產(chǎn)用水所具有的多種機(jī)會(huì)成本[6]。鄒君為量度區(qū)域虛擬水戰(zhàn)略實(shí)施的適宜性以及虛擬水戰(zhàn)略背景對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)生態(tài)等的影響程度，定義了區(qū)域虛擬水戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)度概念，并分析了其影響因素，從水資源需求、水資源管理和農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀等方面構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)體系，對(duì)我國(guó)內(nèi)陸省級(jí)行政區(qū)虛擬水戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[7,8]。韓雪從虛擬水及其相關(guān)概念、虛擬水的量化研究、虛擬水戰(zhàn)略、水足跡、虛擬水貿(mào)易、虛擬水與水資源和糧食資源的關(guān)系、虛擬水生態(tài)補(bǔ)償領(lǐng)域等論述其研究成果[9]。

3 虛擬水戰(zhàn)略對(duì)水資源可持續(xù)發(fā)展影響

虛擬水可以有效減少社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水資源的局部需求，對(duì)于緩解區(qū)域性水資源危機(jī)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。虛擬水戰(zhàn)略對(duì)缺水國(guó)家或地區(qū)通過(guò)貿(mào)易方式從富水國(guó)家或地區(qū)購(gòu)買水密集型產(chǎn)品來(lái)獲得水和糧食的安全具有重要意義。在氣候條件適宜的地區(qū)，生產(chǎn)1 kg糧食大約需要1 000～2 000 kg的水，而在氣候條件較差的地區(qū)則需要 3 000～5 000 kg的水，因此，如果一個(gè)國(guó)家以虛擬水出口水密集型產(chǎn)品給其他國(guó)家，實(shí)際上就是以虛擬的形式出口了水資源。由于長(zhǎng)距離和相應(yīng)的巨額成本，富水國(guó)和貧水國(guó)間的實(shí)際水貿(mào)易是不可能的，但是水密集型產(chǎn)品的貿(mào)易是現(xiàn)實(shí)可行的。通過(guò)這種方式，一些國(guó)家向另外一些國(guó)家提供用水需求。對(duì)于水資源稀缺的國(guó)家可以通過(guò)進(jìn)口水密集型產(chǎn)品來(lái)減少對(duì)水量的需求，而水資源豐富的國(guó)家可以通過(guò)生產(chǎn)出口水密集型產(chǎn)品來(lái)獲得經(jīng)濟(jì)利益[10]。

對(duì)于水資源緊缺的地區(qū)，虛擬水戰(zhàn)略提供了水資源的一種替代供應(yīng)途徑，能較好地減輕局部水資源緊缺的壓力。對(duì)參與虛擬水戰(zhàn)略的地區(qū)來(lái)說(shuō)，還能增強(qiáng)這些地區(qū)之間糧食安全的相互依賴性，減輕地區(qū)之間因?yàn)樗蚣Z食問(wèn)題所引起的沖突。應(yīng)用虛擬水戰(zhàn)略，可從系統(tǒng)分析的角度來(lái)研究區(qū)域水資源的措施，研究虛擬水戰(zhàn)略與糧食安全、生態(tài)環(huán)境建設(shè)與安全等之間的關(guān)系，提出相應(yīng)的戰(zhàn)略對(duì)策和政策建議，可為我國(guó)水資源可持續(xù)發(fā)展提供全新的思路。水和糧食是人類生存與發(fā)展的基本需要，當(dāng)前全球水資源危機(jī)日趨嚴(yán)重，而農(nóng)業(yè)是世界上最大的用水主體，農(nóng)業(yè)灌溉占了總用水量的73%以上[11]。解決水問(wèn)題新途徑：水資源匱乏的國(guó)家進(jìn)口虛擬水以減輕對(duì)水資源的壓力。這種區(qū)域外隱形水源可以成為保障區(qū)域內(nèi)水資源安全的新途徑，而且還可以避免生產(chǎn)糧食、養(yǎng)殖動(dòng)植物等形成的水污染，減輕大規(guī)模調(diào)水給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的破壞，減少對(duì)區(qū)域水系統(tǒng)平衡和循環(huán)帶來(lái)的影響。

世界上20個(gè)最缺水的國(guó)家有 11個(gè)在中東地區(qū)，這些國(guó)家的年人均水資源占有量遠(yuǎn)低于人均1 000 m3的水資源危機(jī)臨界水平，該區(qū)域內(nèi)的水資源不僅難以滿足基本的生活用水，還面臨著人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等對(duì)水資源更多需求的壓力。而糧食生產(chǎn)是最大的用水項(xiàng)，通過(guò)糧食貿(mào)易可以同時(shí)緩解水資源與糧食安全的雙重壓力。全球通過(guò)糧食貿(mào)易產(chǎn)生的虛擬水轉(zhuǎn)移節(jié)水量高達(dá) 3850億m3，由此調(diào)節(jié)的水資源量，可以分配給不斷增長(zhǎng)的工業(yè)發(fā)展和生活需求。在干旱和半干旱地區(qū)，大量生產(chǎn)糧食，不僅會(huì)加大水資源需求量方面的壓力，而且因?yàn)榧Z食生產(chǎn)過(guò)程中需施用大量的化肥和農(nóng)藥，且這些地區(qū)由于降雨量、地表徑流、土壤含水量等都相對(duì)較少，降解和自凈能力低，更易造成農(nóng)業(yè)面源污染和土壤污染。因此綜合考慮液態(tài)、氣態(tài)、虛擬等類型的水資源配置，可以系統(tǒng)地緩解水資源短缺、面源污染、地下水污染、土壤污染等相關(guān)問(wèn)題。

4 結(jié)論

綜上所述，虛擬水戰(zhàn)略給予水資源管理者的重要啟示是：①需要充分認(rèn)識(shí)水資源的不同存在形式，如“綠”水(氣體)、“藍(lán)”水(液體)、“虛擬水”(隱型水)等，根據(jù)水資源利用的一些直接或間接的不同模式，系統(tǒng)思維，科學(xué)配置，更有效地開發(fā)與利用各類水資源。②就全球而言，水資源短缺通常是局部現(xiàn)象，水資源貧乏的國(guó)家尋求虛擬水可以減輕區(qū)域的水資源壓力，虛擬水是人們需要消費(fèi)的一種替代水源。為了克服水資源短缺，傳統(tǒng)上是采用修建人工水利設(shè)施來(lái)調(diào)節(jié)水資源分布不均的矛盾；而調(diào)配虛擬水相對(duì)調(diào)配實(shí)體水而言，無(wú)論在經(jīng)濟(jì)效益或環(huán)境效益方面都具有明顯的優(yōu)越性。因此，通過(guò)虛擬的形式儲(chǔ)存與調(diào)配水資源更有意義。虛擬水貿(mào)易不僅增加水資源配置的種類和數(shù)量，還拓展了水資源配置的途徑和空間，優(yōu)化了水資源利用效率。由此可見(jiàn)，虛擬水是保證我國(guó)水資源安全的新思路和新方法。

［1］夏騁翔，李克娟.虛擬水研究綜述與展望［J］.水利經(jīng)濟(jì)，2012，30（2）：11-16.

［2］孫笑微，魏傳江，付意成，等.虛擬水研究分析［J］.水利水電技術(shù)，2009，40（5）：1-3.

［3］鄒君，楊玉蓉，黃翅勤，等.中國(guó)區(qū)域虛擬水戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)度評(píng)價(jià)［J］.地理科學(xué)，2009，29（2）：78-82.

［4］孫才志，張蕾.中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品虛擬水一耕地資源區(qū)域時(shí)空差異演變［J］.資源科學(xué)，2009，31（I）：84-93.

［5］劉俊國(guó)，曾昭，馬坤，等.水足跡評(píng)價(jià)手冊(cè)［M］.科學(xué)出版社，2012，6.

［6］劉寶勤，封志明，姚治君.虛擬水研究的理論、方法及其主要進(jìn)展［J］.資源科學(xué)，2006，28（1）：120-126.

［7］鄒君，楊玉蓉，毛德華，等.中國(guó)虛擬水戰(zhàn)略區(qū)劃研究［J］.地理研究，2010，29（2）：253-262.

［8］鄒君，毛德華.中國(guó)虛擬水戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)度評(píng)價(jià)［J］.資源科學(xué)，2008，30（8）：1121-1127.

［9］韓雪，劉玉玉.虛擬水研究進(jìn)展［J］.水利經(jīng)濟(jì)，2012，30（2）：17-21.

［10］孫金華.水資源管理研究［M］.中國(guó)水利水電出版社，2011，1.

［11］王靜，謝世友，孫香莉.淺議虛擬水對(duì)我國(guó)水資源可持續(xù)發(fā)展的啟示［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（9）：3778-3779.