虚拟水理论对北京水务政策研究的启示

柳文华^1*，赵景柱²，邓红兵²，李其军¹，马东春¹

(1北京市水利科学研究所；2中国科学院生态环境研究中心)

　　摘  要：本文从虚拟水定义入手，分析了虚拟水理论的内涵与意义，综述了国际上虚拟水计算方法。在此基础上，分析了北京市水资源变化趋势，在资源性缺水的前提下，降水和入境水减少加剧了用水紧张。应用虚拟水理论，本文计算了北京市的粮食贸易量，并估算出1995-2002年间几种农产品虚拟水输出/入量。结果显示，2000-2002年北京市主要是虚拟水输出，其中以2001年输出44.65亿m³最多，是南水北调入京水量的4倍多。1995-1999年间则是输入虚拟水，以1999年输入33.31亿m³为最高量。因此，减少北京虚拟水对外输出，进行更多的虚拟水输入是解决北京水资源短缺的途径之，并可作为水务管理和政策制定参考。

　　关键词：虚拟水，水资源，北京，水务政策，粮食贸易

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

　　水资源问题已经成为全球性热点之一，水资源不足和如何解决是各国政策和研究学者探讨的共同课题。在此背景下，虚拟水理论应运而生，并被迅速广泛应用于水资源管理与水务政策研究中。

　　1虚拟水定义

　　虚拟水（virtual water）概念由Tony Allan教授于1993年提出，是指包含在粮食作物贸易中的水，因为粮食的生产需要消耗水资源，粮食贸易的同时隐含着水资源交易，因为这一部分水不是有形存在的，因而被称之为虚拟水（Allan，1998＆1999）。虚拟水概念的最初是Allan教授提出的“embedded water”，但这个概念并没有引起人们的关注。到20世纪90年代中期，虚拟水作为水和粮食贸易的结合逐渐成为水问题和农业研究领域讨论和研究热点。

　　随着对水资源问题探讨的深入，虚拟水概念得到进一步深化，人们逐渐认识到地区的严重缺水可以通过全球经济过程得到有效改善。2002年12月在荷兰举行了一次国际虚拟水贸易专家会议，在2003年3月日本举行的第三届世界水论坛作上对虚拟水贸易问题展开了特别讨论。两次国际会议肯定了虚拟水贸易在解决全球水安全的作用，虚拟水贸易研究引起了普遍关注。

　　2内涵与意义

　　虚拟水概念中融合了农业科学和经济学的思想，强调了水是农业生产乃至整个经济社会发展的关键因素。农业科学关注的是生产粮食需要消耗水，而经济学关注的是粮食生产用水具有多种机会成本，投入粮食生产的水可以用于其它用途，如生产替代作物或供应城市、工业和娱乐活动用水等。这两方面涵义的结合意味着虚拟水概念追求合理的水资源管理，在综合考虑影响水资源供求的各方面因素基础上优化其配置（Herman，2000；柳文华，赵景柱等，2005）。

　　因为不同国家和地区的资源禀赋不同，粮食输入和用水的直接成本和机会成本也不相同（柯兵，柳文华等，2004）。尤其农业是受自然条件制约最显著的产业，其生产水平受自然生态系统和人类社会经济系统的双重制约，除了水资源外，土壤、气候等自然地理条件，以及区域产业结构、经济管理体制等人文社会因素从更广泛的意义上影响着粮食生产用水的机会成本（Turton，2002）。虚拟水指出了水资源短缺或贫乏国家和地区缓解缺水问题的一种可能途径，即通过在国际市场上购买部分本国所需粮食来保障粮食安全，而不是将国内极为稀缺的水资源大量投入农业生产来满足自身的全部粮食需求。虚拟水概念缓解水资源矛盾的思路是比较包含在能从国际上购买的粮食中水量和用于国内粮食生产的水量，Allan认为这个问题阐述了贸易的必然，特别是对于那些水资源不足和外贸欠缺的国家和地区，是很中肯的政策建议（Allan，2003）。这对于水资源十分匮乏的北京地区而言是一个可以借鉴的水务管理思路

　　3计算方法

　　虚拟水的计算是虚拟水概念提出后，水资源问题研究专家对粮食贸易中虚拟水的定量化研究。Hoekstra对虚拟水的定义实际上就是对虚拟水的定量计算方法的叙述（Hoekstra，2003）。Hoekstra将虚拟水计算方法分为两种，一种是生产这种产品实际用的水。这种计算方法要考虑生产条件，包括生产地，生产时期和水利用率等。第二种方法是，某产品的虚拟水量是以在产品需求地生产该产品所需要的水量。第二种方法从进口方考虑而不是生产方，并回答了通过进口产品而不是生产它到底节约了多少水。但这种方法有一个缺陷，当进口方因为气候或其它条件不能生产这种进口产品时，这种产品的虚拟水量就不能用进口地生产这种产品的需水量来替代了(柳文华，赵景柱等，2005)。这两种取向各有侧重，前种定义主要反映的是产品生产地的生产条件和用水效益等因素，其计算结果能有效地指导当地的生产部门更好地做好水资源的配置和利用工作；而后者的计算以产品消费地为基准，直接反映的是采取进口替代战略后所能节约的本地的水资源量，其计算结果能帮助当地的政策制定部门在进行贸易结构调整时，科学地决策应对哪些产品实施进口替代战略。针对上述两种计算方法，Renault提出应用营养对等原则，根据生产有相同营养值的替代产品的虚拟水量来计算该产品的虚拟水量（Renault，2003）。

　　虚拟水量的具体计算步骤不同研究者有不同的分析方法。Chapagaint和Hoekstra通过用生产树(production tree)来进行分级计算虚拟水量（Chapagaint，2002；Hoekstra，2003）。Zimmer和Renault则将产品分为初级产品(作物)、加工产品(如糖，植物油和酒精饮料)、转移产品(如来自动物的产品)，副产品(如棉籽)，复合产品(如可可树)和低耗或非水耗产品(如海产鱼)（Zimmer&Renault，2003）。

　　4北京水资源变化状况

　　地表水、地下水和入境水作为北京水资源计算的主要来源，在近二十年都呈现减少的趋势。到2002年，地表水资源量占其年平均量的35.97％，地下水资源量占其年平均量的71.58％，入境水量仅为2.6亿，占其年平均量的23.82％。

　　从1986-2002年间，水资源总量平均量为39.40，年均减少4.5%，自产水资源量平均量为28.48，年均减少3.5%；地表水资源平均量为14.60，年均减少6.2%；地下水资源平均量为20.52，年均减少2.1%；入境水量平均量为10.92，年均减少8.6%。

图1  1981-2002年北京降雨变化
Fig.1 Changes of precipitation during 1981-2002 in Beijing 

　　降水是北京水资源补给的重要途径之一。近年来，降水量明显减少，五年中平均年降水总量仅为60亿m³，境内降水形成的地表径流逐年减少。2002北京市降水量为413 mm，历年平均值为595 mm，单位面积产水量为13.7万m³/km²，分别相当于全国和全世界单位面积产水量的48.6%和43.0%。从1981至2002年间（图1），北京市降水量在逐年下降，且各年内年间变化大。期间年均降雨量为547 mm，2002年降雨量仅为平均量的76%。降水量中约80％集中在汛期，非汛期降水量很少。年降水又具有时空分布不均的特点。春季十年九旱，降水极少而用水量大。

　　按1995年常住人口计算，人均地表水资源量为215m³/人，相当于全国人均地表水资源量的9%。

　　5北京市虚拟水量初步计算

　　5.1粮食生产与消费

　　消费需求既是社会再生产的终点，又是社会再生产的起点，是经济持续增长的最终牵引力量（段晓强，2004）。北京地区第一产业生产也随着消费需求和消费水平的提高而调整，粮食生产显著下降，农副产品和渔牧业发展得到加强（见表2）。但北京属半干旱地区，土地贫瘠，水源缺乏，受这些地域自然气候地理条件的差异和生产条件所限，以及主要农作物小麦、玉米单产低，总产较低，因而存在食物需求缺口。对比表2和表3可以看出，北京的粮食生产量与消费量相当，但水产品需求量大于生产量，蔬菜生产供过于求。也就是说，随着北京用水日益紧张，可以对最大的用水户农业做进一步的结构调整，实现北京水资源更合理的分配和提高对水资源的管理能力和使用效益。

表1北京市水资源数量变化 单位：亿m³

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

表2 北京市主要农作物产量  单位：万t

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

表3 主要农副产品消费量  单位：万t

Table 3 Consumptions of main agricultural products unit: 10⁴t

　　5.2 粮食贸易

　　因为没有完善统计数据，通过农产品生产量减去其消费量得到了北京市食物贸易量（表4）。仅从生产量与消费量上来比较北京的农业生产，北京粮食消费量自1998年可以实现自给，蔬菜和蛋类自1999年自给，肉类也随着北京牧业的发展在2000年生产量超过了消费量。受水资源限制，水产品生产一直保持相对稳定的生产量，消费需要大于生产供给，需要从外地购进满足北京的消费需求。实际上，北京的农产品在供给外地或是出口的同时，也从外地购进或是进口农副产品。因为是从水资源的角度考虑农业生产是否满足了消费需求，分析供给与需求是否平衡，所以没有考虑北京农产品外销和购进的具体经济过程。

表 4 北京食物贸易量  单位：万t

Table 4 food trades in Beijing  unit:10⁴t

　　6粮食贸易中的虚拟水贡献

　　表5是北京市1995-2002年间几种农产品虚拟水输出/入的估算量。结果显示，2000-2002年北京市主要是虚拟水输出，其中以2001年输出44.65亿m³最多，是南水北调入京水量的4倍多。1995-1999年间则是输入虚拟水，以1999年输入33.31亿m³为最高量。水产品一直由北京以外区域购进来满足本地消费需求，因而，水产品中虚拟水一直是输入。牛羊肉则在近几年由于北京畜牧业的发展，供给能力增加，因而在2002年开始有贸易输出，为外地输送了虚拟水量2.44亿m³。粮食方面近5年共对外虚拟水输出40.69亿m³。在计算的农作物中，以1999年牛羊肉输入的33.83亿m³虚拟水量最多，输出则是2001年蔬菜中25.20亿m³虚拟水最多，其余的输入/出则相对平稳。

表5 北京市输出入虚拟水估算量 单位： 10⁸m³

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

　　注：-，表示输出；水产品虚拟水量引用来自王新华的参考值；其他虚拟水量引用来自Oki et al.，2003. 参考值

　　7虚拟水理论对北京水务政策的启示

　　7.1虚拟水贸易补偿农业水资源不足

　　随着北京经济的高速发展和生活消费水平的提高，消费需求向进一步合理方向发展。城镇化发展更进一步改变了北京生活方式和人口增长，并不能依靠北京自身的生产来满足其需要。

　　从表2和表3可以比较出，北京的食物供给还在很大程度上依靠自身的农业生产，从而农业用水必然需求较大。这在一定程度上加剧了北京水资源的紧张局面，也说明了北京在虚拟水利用上存在着较大的空间，可以缓解水资源紧缺。通过虚拟水的输入，减少了用水不足的同时，也避免了行业用水的竞争。

　　7.2是解决水资源问题的措施之一

　　与长距离调水相比，虚拟水贸易具有的优势是没有生态环境影响小，没有直接的工程投资成本。虚拟水贸易中的水资源量较大，对水资源禀赋缺乏的北京地区具有明显的缓解用水紧张作用。北京良好的经济环境和贸易市场为虚拟水贸易创造了基础；同时，虚拟水不仅仅止于粮食贸易，这为解决北京水资源紧缺和水务政策研究提供了一个新的研究课题。这也启示着北京为解决水资源不足的水务政策制定时，从经济与贸易的角度来管理水资源，不拘泥于传统的方法与措施，合理分配水资源，提高对水资源的管理能力和使用效益，运用多种途径和方法实现水资源供需平衡。

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