柳文華^1*，趙景柱²，鄧紅兵²，李其軍¹，馬東春¹

(1北京市水利科學研究所；2中國科學院生態環境研究中心)

　　摘  要：本文從虛擬水定義入手，分析了虛擬水理論的內涵與意義，綜述了國際上虛擬水計算方法。在此基礎上，分析了北京市水資源變化趨勢，在資源性缺水的前提下，降水和入境水減少加劇了用水緊張。應用虛擬水理論，本文計算了北京市的糧食貿易量，并估算出1995-2002年間幾種農產品虛擬水輸出/入量。結果顯示，2000-2002年北京市主要是虛擬水輸出，其中以2001年輸出44.65億m³最多，是南水北調入京水量的4倍多。1995-1999年間則是輸入虛擬水，以1999年輸入33.31億m³為最高量。因此，減少北京虛擬水對外輸出，進行更多的虛擬水輸入是解決北京水資源短缺的途徑之，并可作為水務管理和政策制定參考。

　　關鍵詞：虛擬水，水資源，北京，水務政策，糧食貿易

Revelation of virtual water theory to water policy study in Beijing

Liu Wenhua¹, Zhao Jingzhu², Deng Hongbing², Li Qijun¹, Ma Dongchun¹

(1Beijing Hydraulic Research Institute; 2 Research Center for Eco-environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences)

　　Abstract：Virtual water concept was introduced in this paper, its connotation and significance was analyzed, and accumulation methods were reviewed. Based of those, water resources trends was analyzed in Beijing. Precipitation and alien water decreasing aggravated water stress on the premise of natural scarcity of water resources. Applied virtual water theory, food trade quantity in Beijing was accumulated and virtual water output or input quantities of several agricultural products during 1995-2002 were evaluated. The results showed that virtual water was output during 2000-2002, in which the most water of 4.465 billion cubic meters in 2001 was exported four times as transfer quantity of South-North Water Transfer Project supplying Beijing. During 1995-1999, virtual water was imported, in which the most water of 3.331 billion cubic meters was imported. To reduce virtual water export and more import is one way to resolve water scarcity in Beijing, and was referenced in water management and policy-making.

　　Keywords: Virtual water; Water resources; Beijing; Water policy; Food trade

　　水資源問題已經成為全球性熱點之一，水資源不足和如何解決是各國政策和研究學者探討的共同課題。在此背景下，虛擬水理論應運而生，并被迅速廣泛應用于水資源管理與水務政策研究中。

　　1虛擬水定義

　　虛擬水（virtual water）概念由Tony Allan教授于1993年提出，是指包含在糧食作物貿易中的水，因為糧食的生產需要消耗水資源，糧食貿易的同時隱含著水資源交易，因為這一部分水不是有形存在的，因而被稱之為虛擬水（Allan，1998＆1999）。虛擬水概念的最初是Allan教授提出的“embedded water”，但這個概念并沒有引起人們的關注。到20世紀90年代中期，虛擬水作為水和糧食貿易的結合逐漸成為水問題和農業研究領域討論和研究熱點。

　　隨著對水資源問題探討的深入，虛擬水概念得到進一步深化，人們逐漸認識到地區的嚴重缺水可以通過全球經濟過程得到有效改善。2002年12月在荷蘭舉行了一次國際虛擬水貿易專家會議，在2003年3月日本舉行的第三屆世界水論壇作上對虛擬水貿易問題展開了特別討論。兩次國際會議肯定了虛擬水貿易在解決全球水安全的作用，虛擬水貿易研究引起了普遍關注。

　　2內涵與意義

　　虛擬水概念中融合了農業科學和經濟學的思想，強調了水是農業生產乃至整個經濟社會發展的關鍵因素。農業科學關注的是生產糧食需要消耗水，而經濟學關注的是糧食生產用水具有多種機會成本，投入糧食生產的水可以用于其它用途，如生產替代作物或供應城市、工業和娛樂活動用水等。這兩方面涵義的結合意味著虛擬水概念追求合理的水資源管理，在綜合考慮影響水資源供求的各方面因素基礎上優化其配置（Herman，2000；柳文華，趙景柱等，2005）。

　　因為不同國家和地區的資源稟賦不同，糧食輸入和用水的直接成本和機會成本也不相同（柯兵，柳文華等，2004）。尤其農業是受自然條件制約最顯著的產業，其生產水平受自然生態系統和人類社會經濟系統的雙重制約，除了水資源外，土壤、氣候等自然地理條件，以及區域產業結構、經濟管理體制等人文社會因素從更廣泛的意義上影響著糧食生產用水的機會成本（Turton，2002）。虛擬水指出了水資源短缺或貧乏國家和地區緩解缺水問題的一種可能途徑，即通過在國際市場上購買部分本國所需糧食來保障糧食安全，而不是將國內極為稀缺的水資源大量投入農業生產來滿足自身的全部糧食需求。虛擬水概念緩解水資源矛盾的思路是比較包含在能從國際上購買的糧食中水量和用于國內糧食生產的水量，Allan認為這個問題闡述了貿易的必然，特別是對于那些水資源不足和外貿欠缺的國家和地區，是很中肯的政策建議（Allan，2003）。這對于水資源十分匱乏的北京地區而言是一個可以借鑒的水務管理思路

　　3計算方法

　　虛擬水的計算是虛擬水概念提出后，水資源問題研究專家對糧食貿易中虛擬水的定量化研究。Hoekstra對虛擬水的定義實際上就是對虛擬水的定量計算方法的敘述（Hoekstra，2003）。Hoekstra將虛擬水計算方法分為兩種，一種是生產這種產品實際用的水。這種計算方法要考慮生產條件，包括生產地，生產時期和水利用率等。第二種方法是，某產品的虛擬水量是以在產品需求地生產該產品所需要的水量。第二種方法從進口方考慮而不是生產方，并回答了通過進口產品而不是生產它到底節約了多少水。但這種方法有一個缺陷，當進口方因為氣候或其它條件不能生產這種進口產品時，這種產品的虛擬水量就不能用進口地生產這種產品的需水量來替代了(柳文華，趙景柱等，2005)。這兩種取向各有側重，前種定義主要反映的是產品生產地的生產條件和用水效益等因素，其計算結果能有效地指導當地的生產部門更好地做好水資源的配置和利用工作；而后者的計算以產品消費地為基準，直接反映的是采取進口替代戰略后所能節約的本地的水資源量，其計算結果能幫助當地的政策制定部門在進行貿易結構調整時，科學地決策應對哪些產品實施進口替代戰略。針對上述兩種計算方法，Renault提出應用營養對等原則，根據生產有相同營養值的替代產品的虛擬水量來計算該產品的虛擬水量（Renault，2003）。

　　虛擬水量的具體計算步驟不同研究者有不同的分析方法。Chapagaint和Hoekstra通過用生產樹(production tree)來進行分級計算虛擬水量（Chapagaint，2002；Hoekstra，2003）。Zimmer和Renault則將產品分為初級產品(作物)、加工產品(如糖，植物油和酒精飲料)、轉移產品(如來自動物的產品)，副產品(如棉籽)，復合產品(如可可樹)和低耗或非水耗產品(如海產魚)（Zimmer&Renault，2003）。

　　4北京水資源變化狀況

　　地表水、地下水和入境水作為北京水資源計算的主要來源，在近二十年都呈現減少的趨勢。到2002年，地表水資源量占其年平均量的35.97％，地下水資源量占其年平均量的71.58％，入境水量僅為2.6億，占其年平均量的23.82％。

　　從1986-2002年間，水資源總量平均量為39.40，年均減少4.5%，自產水資源量平均量為28.48，年均減少3.5%；地表水資源平均量為14.60，年均減少6.2%；地下水資源平均量為20.52，年均減少2.1%；入境水量平均量為10.92，年均減少8.6%。

圖1  1981-2002年北京降雨變化
Fig.1 Changes of precipitation during 1981-2002 in Beijing 

　　降水是北京水資源補給的重要途徑之一。近年來，降水量明顯減少，五年中平均年降水總量僅為60億m³，境內降水形成的地表徑流逐年減少。2002北京市降水量為413 mm，歷年平均值為595 mm，單位面積產水量為13.7萬m³/km²，分別相當于全國和全世界單位面積產水量的48.6%和43.0%。從1981至2002年間（圖1），北京市降水量在逐年下降，且各年內年間變化大。期間年均降雨量為547 mm，2002年降雨量僅為平均量的76%。降水量中約80％集中在汛期，非汛期降水量很少。年降水又具有時空分布不均的特點。春季十年九旱，降水極少而用水量大。

　　按1995年常住人口計算，人均地表水資源量為215m³/人，相當于全國人均地表水資源量的9%。

　　5北京市虛擬水量初步計算

　　5.1糧食生產與消費

　　消費需求既是社會再生產的終點，又是社會再生產的起點，是經濟持續增長的最終牽引力量（段曉強，2004）。北京地區第一產業生產也隨著消費需求和消費水平的提高而調整，糧食生產顯著下降，農副產品和漁牧業發展得到加強（見表2）。但北京屬半干旱地區，土地貧瘠，水源缺乏，受這些地域自然氣候地理條件的差異和生產條件所限，以及主要農作物小麥、玉米單產低，總產較低，因而存在食物需求缺口。對比表2和表3可以看出，北京的糧食生產量與消費量相當，但水產品需求量大于生產量，蔬菜生產供過于求。也就是說，隨著北京用水日益緊張，可以對最大的用水戶農業做進一步的結構調整，實現北京水資源更合理的分配和提高對水資源的管理能力和使用效益。

表1北京市水資源數量變化 單位：億m³

Table 1 Changes of water resources quantity in Beijing  unit:10⁸m³

表2 北京市主要農作物產量  單位：萬t

Table 2 productions of main agricultural products in Beijing  unit: 10⁴t

表3 主要農副產品消費量  單位：萬t

Table 3 Consumptions of main agricultural products unit: 10⁴t

　　5.2 糧食貿易

　　因為沒有完善統計數據，通過農產品生產量減去其消費量得到了北京市食物貿易量（表4）。僅從生產量與消費量上來比較北京的農業生產，北京糧食消費量自1998年可以實現自給，蔬菜和蛋類自1999年自給，肉類也隨著北京牧業的發展在2000年生產量超過了消費量。受水資源限制，水產品生產一直保持相對穩定的生產量，消費需要大于生產供給，需要從外地購進滿足北京的消費需求。實際上，北京的農產品在供給外地或是出口的同時，也從外地購進或是進口農副產品。因為是從水資源的角度考慮農業生產是否滿足了消費需求，分析供給與需求是否平衡，所以沒有考慮北京農產品外銷和購進的具體經濟過程。

表 4 北京食物貿易量  單位：萬t

Table 4 food trades in Beijing  unit:10⁴t

　　6糧食貿易中的虛擬水貢獻

　　表5是北京市1995-2002年間幾種農產品虛擬水輸出/入的估算量。結果顯示，2000-2002年北京市主要是虛擬水輸出，其中以2001年輸出44.65億m³最多，是南水北調入京水量的4倍多。1995-1999年間則是輸入虛擬水，以1999年輸入33.31億m³為最高量。水產品一直由北京以外區域購進來滿足本地消費需求，因而，水產品中虛擬水一直是輸入。牛羊肉則在近幾年由于北京畜牧業的發展，供給能力增加，因而在2002年開始有貿易輸出，為外地輸送了虛擬水量2.44億m³。糧食方面近5年共對外虛擬水輸出40.69億m³。在計算的農作物中，以1999年牛羊肉輸入的33.83億m³虛擬水量最多，輸出則是2001年蔬菜中25.20億m³虛擬水最多，其余的輸入/出則相對平穩。

表5 北京市輸出入虛擬水估算量 單位： 10⁸m³

Table 5 Input/output virtual water equivalents estimated in Beijing  10⁸m³

　　注：-，表示輸出；水產品虛擬水量引用來自王新華的參考值；其他虛擬水量引用來自Oki et al.，2003. 參考值

　　7虛擬水理論對北京水務政策的啟示

　　7.1虛擬水貿易補償農業水資源不足

　　隨著北京經濟的高速發展和生活消費水平的提高，消費需求向進一步合理方向發展。城鎮化發展更進一步改變了北京生活方式和人口增長，并不能依靠北京自身的生產來滿足其需要。

　　從表2和表3可以比較出，北京的食物供給還在很大程度上依靠自身的農業生產，從而農業用水必然需求較大。這在一定程度上加劇了北京水資源的緊張局面，也說明了北京在虛擬水利用上存在著較大的空間，可以緩解水資源緊缺。通過虛擬水的輸入，減少了用水不足的同時，也避免了行業用水的競爭。

　　7.2是解決水資源問題的措施之一

　　與長距離調水相比，虛擬水貿易具有的優勢是沒有生態環境影響小，沒有直接的工程投資成本。虛擬水貿易中的水資源量較大，對水資源稟賦缺乏的北京地區具有明顯的緩解用水緊張作用。北京良好的經濟環境和貿易市場為虛擬水貿易創造了基礎；同時，虛擬水不僅僅止于糧食貿易，這為解決北京水資源緊缺和水務政策研究提供了一個新的研究課題。這也啟示著北京為解決水資源不足的水務政策制定時，從經濟與貿易的角度來管理水資源，不拘泥于傳統的方法與措施，合理分配水資源，提高對水資源的管理能力和使用效益，運用多種途徑和方法實現水資源供需平衡。

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