虚拟水和水足迹理论在中国的应用

摘要：分析了中国水资源短缺的现状,探讨了虚拟水和水足迹理论,指出了该理论为水资源的研究提供了新的方向,详细地阐述了水足迹理论在中国的应用研究,为研究虚拟水和水足迹理论提供参考。

关键词：水足迹;虚拟水贸易;应用;研究

作者简介：蔡振华（1984―），男，湖南长沙人，北京林业大学自然保护区学院硕士研究生。中图分类号：TV213.4文献标识码：A

文章编号：16749944(2012)03003603

1 引言

据世界水资源理事会(World Water Council ,WWC) 报道,到2020年将没有足够的水源来生产可以维持全世界人口生存的粮食。中国是全球13个人均水资源最短缺的国家之一,其淡水资源总量仅占全球水资源总量的6%,人均水资源占有量只有2 200m3,仅为世界平均水平的1/4。正常年份全国现状缺水量在400×108m3左右,全国31个省、市中,有20多个省、市干旱缺水,其中15个省、市严重缺水；全国660多座大中城市中有2/3以上的城市缺水,其中110座属严重缺水,全国城市年缺水总量达6×109m3。水资源已成为我国生态环境安全和经济社会发展的最主要限制性因子。

2 虚拟水与水足迹概念的提出

在人口增长和经济发展及气候变化等多重因素的影响下,特别是在自然及人为驱动力的直接或间接影响下,水生态系统日趋退化、水资源供给能力严重萎缩已成为世界性难题。在此背景下,全球都在努力探索应对破解水资源危机的新途径。20 世纪90 年代初以来,虚拟水以及随后提出的蓝水、绿水以及水足迹等一系列概念为解决缺水国家和地区水资源安全问题提供了一种新思路,成为水资源界普遍关注的热点之一。

1993 年, 英国伦敦大学非洲和东亚研究学院的Tony Allan教授首次提出了虚拟水( virtual water) 的概念。如生产1kg粮食需要耗水1 000L,生产1kg肉类需要消耗1. 3万L水,则1 000L和1. 3万L水就分别是1kg粮食和1kg肉类的虚拟水含量。此前,他已使用“嵌入水(embeded water)”［6,7］这个术语,但并没有引起水资源管理机构的重视。随着虚拟水概念的正式提出,逐渐成为水资源研究领域一个新的热点问题,学界开始对此进行了越来越深入的研究,为后来的提出的蓝水,绿水以及水足迹等一些概念提供了研究基础。

水足迹（Water Footprint）是由Hoekstra在2002年12月12~13日荷兰代尔伏特举行的虚拟水贸易国际专家会议上提出的。该概念反应了人类消费对水资源系统的真实占用情况。它的提出,是仿照1992年加拿大大不列颠哥伦比亚大学规划与资源生态学教授里斯(William E.Rees)提出的“生态足迹”理论。“生态足迹”反映了人类活动对生态系统的影响,最终归结为对土地面积的占用情况的表达。而水足迹则是经济社会发展对水资源的占用情况定量的表达,反映人类消费对水资源系统的影响。

“水足迹”是任何已知人口(一个国家、一个地区或一个人) 在一定时期内消费的所有产品和服务所需要的水资源数量。因此,水足迹可以真实地反映一个人、一个地区或一个国家对水资源的真实地使用情况,量化水足迹能反映人类对水资源系统水资源量的压力大小,为科学利用有限的水资源提供有益的决策依据；在不降低人类福利的同时,充分调动各种社会资源,改善水资源利用模式,实现水资源可持续利用。

3 水足迹理论在中国的应用

自水足迹理论被引入国内以来,水足迹理论主要被用于区域水足迹的测算,分析区域水足迹状况。

龙爱华,徐中民等(2003)首次以虚拟水为基础,对西北4省(区)2000年的水足迹进行了研究,结果表明:2000年西北四省(区)总的水足迹为6.13×1010m3,人均水足迹为712.3m3/年,高于统计的水资源利用量。并指出,以虚拟水为基础的水资源足迹更真实地衡量了社会经济系统对水资源消费利用状况,为解决区域水资源短缺和创新水资源管理体制提供了新思路,产品形式的虚拟水贸易是解决干旱区水资源安全、粮食安全的有效战略工具。

王新华等(2005)引入水足迹的概念和计算方法,对中国2000年各省水足迹进行初步计算和分析,结果表明:西北部省份水足迹较大,南部和中东部省份水足迹较小,青海省水足迹最大,其值为935.75m3・(人・年)-1,广西水足迹最小,其值为466.31m3・(人・年)-1。全国平均水足迹为601m3・(人・年)-1。分析了几个典型省份水足迹的构成,并探讨了降低水足迹以缓解水资源压力的几条途径。最后提出通过提高水分生产率、实现消费模式的转变及使用虚拟水战略优化水资源配置。

马静等(2005)借助水足迹和虚拟水的概念,计算了我国各区域主要农产品的虚拟水含量,通过分析区域的农产品生产和消费关系,计算了国际和国内区域间的虚拟水流量,以及相应的水足迹和水的自给率,并进行了相关分析。计算结果表明中国是一个水资源高度自给的国家,但区域间差别较大。他同时认为,人的消费模式,特别是膳食结构对水资源消耗的影响非常显著,我国人均水足迹的计算结果与这一结论基本吻合,因此倡导节约的消费方式,研究并推荐符合中国国情的膳食结构,将有助于全面节水型社会的建设。

龙爱华、张志强等(2005)对甘肃省水资源足迹与消费模式进行研究,结果表明,1989年以来甘肃省全社会的水资源足迹总量基本稳定在220×108~240×108m3,总体上呈现微量的下降趋势,人口增加和消费水平提高并没有增加对水资源系统在数量上的压力。从消费模式分析看,随消费结构多样化的增加,人均虚拟水消费量呈现不断下降的趋势,因而,增加消费结构的多样性有利于减少对水资源系统的压力。

项学敏(2006)归纳了农产品和畜牧产品中虚拟水含量的计算方法,并总结了有关产品虚拟水的研究成果和不足之处；提出了工业产品虚拟水的计算方法,以辽河油田为例,计算出石油制品中虚拟水含量。在此基础上,建议中国石油行业今后应有计划进口石油制品,缓解我国水资源紧缺的现状。

邓晓军等(2008)以上海市为案例,计算了2005年上海市的水足迹,并分析了1999~2005年间上海水足迹动态变化过程。结果表明：2005年上海市总水足迹为243.04×108m3 ,人均水足迹1 366m3/年,水匮乏度高达8.16 ；7年间万元GDP水足迹逐年下降,但人均水足迹明显上升。这说明上海市水资源利用呈不可持续状态,今后需要注重提高水资源利用率,提倡节约型生产和消费模式以及实施虚拟水战略等来减少其水足迹,逐步实现城市水资源的可持续利用。

高孟绪(2008)通过对2000年中国各省人均水足迹与人均用水量的比较,借助于统计分析软件SPSS对各省区人均水足迹进行了系统聚类,在GIS软件的支持下,将中国31个省区的人均水足迹划分为5类,其中人均水足迹在480m3/年以下的仅有广西,480～550m3/年的有四川、贵州、江西、浙江,700~850m3/年的有新疆、甘肃、宁夏、山西、北京、上海、天津、黑龙江、辽宁,850~950m3/年 的有内蒙古和青海,其余省份介于550~700m3/年,制作了中国2000年各省人均水足迹空间分布图。

陈秀端(2009)以虚拟水、水足迹理论为基础,结合生态需水理论可以测算和分析西部城市西安市的水足迹状况,研究结果表明,西安市主要食品的虚拟水消费量呈出口状态,其中以粮食和奶类为主；西安市的虚拟水总量中以食品消费和城市生态需水所占份额最大,2007年分别占到60. 63 %和17. 32 %;相对于西安市的水资源承载力,西安市的水足迹呈现赤字状态,2007 年的水赤字为38. 29亿m3 ,因此西安市需要从区域外输入水资源承载力,并加强水资源管理,提高水资源的利用效率。

蔡燕(2009)采用2002年黄河流域流经的主要省区的投入产出表计算研究区以及三产业的用水系数、水足迹和净外部水足迹,结果表明：黄河流域第一产业的直接用水系数和完全用水系数均最高,其次二、三产业;地区间用水系数相差很大；2002年黄河流域的总水足迹是1 461.0亿m3,46.9%缘于地区内最终消费、53.1%缘于资本积累；人均水足迹是359.7m3・年-1地区差异明显；2002研究区净外部水足迹132.5亿m3,占总水足迹的9.1%。

赵旭(2009)利用投入产出法对2002年中国的水足迹做了研究。他计算出中国的每万元产品的水足迹是每年381m3。和以往的研究不同,通过他的计算,中国是一个净虚拟水出口国。同时,他利用水资源压力系数得到各个部门不同的用水压力,建议那些高耗水部门应成为节水的主力部门。

朱启荣(2009)利用投入产出分析方法,测算了2002~2007年中国对外贸易的虚拟水量,并从节约水资源的角度,实证分析了目前中国对外贸易结构存在的问题。本文的研究结果表明,2002年以来,中国出口贸易向国外输出的虚拟水量大于进口贸易从国外输入虚拟水量,而且由于前者的增长速度明显快于后者,导致我国对外贸易净输出水资源量迅速增长；研究还表明,我国出口贸易中的高耗水产品所占比重较大,而进口贸易中高耗水产品所占比重较小,这说明,我国的外贸结构不利于节约水资源。

孙才志(2010)在总结国内外虚拟水和虚拟水战略研究进展的基础上,分析了我国虚拟水贸易流动格局,提出了适合我国国情的广义虚拟水战略,对其驱动因子做了较详细的分析,并就广义虚拟水战略在我国的实施提出相关对策和建议。结果表明,广义虚拟水战略在我国实施的直接原因是水土资源的不匹配,而根本原因与我国国民经济的总体布局密切相关,是我国经济发展的必然。

陈俊旭(2010)利用水足迹对北京市水资源占用进行估计,得出2006年北京市水资源实际占用量为138.28×108m3,能更真实反映北京市水资源实际占用情况。从产业结构及消费构成分别分析了水足迹的情况,得出农作物和动物产品虚拟水消耗是水足迹消费的主要组成部分,粮食及肉类是耗用水资源的主要消费产品。北京市水资源压力为1.37,工业用水、生活用水、农产品引进、生态环境保障、动物类及农作物产品用水相应水资源压力分别为：0082、0135、0570、0016、0350和0213。市外引入水资源高达59.78×108m3,对外依存度为0.43,说明北京市本地水资源难以满足社会、经济发展需求。分析北京市水足迹组成及水资源保障情况得出结论,市内用水结构优化、虚拟水引进及南水北调是水资源安全保障的基本措施。

雷玉桃等(2010)以广州市为案例,分6个账户对广州市的虚拟水进行计算,最终得出广州市2007年的水足迹为989.32×108m3,其中工业产品的水资源需求最大,其次是农产品和畜产品。近年来广州市水资源的污染严重,水足迹理论的提出对于广州市水资源的可持续利用提供了新的思路。

此外,国内学者还从生态需水量角度、生态足迹角度等对对水资源利用状况进行研究。

吴志峰等(2006)从淡水生态足迹和水产品生态足迹两个方面测算了广州市1949~1998年的水生态足迹,并运用综合自回归移动平均模型 (Autoregressive Integrated Moving Average Model,ARIMA)对水生态足迹计算结果进行模型拟合,据此预测1999~2003年期间的水域生态足迹变动。

黄林楠等 (2008)将水资源账户分为生活用水足迹、生产用水足迹和生态需水足迹3个二级账户,并建立了水资源生态足迹以及水资源生态承载力计算模型,据此对江苏省1998~2003年水资源生态足迹和生态承载力进行了测算。

谭秀娟等(2009)对我国1949~2007年水资源的可持续利用状况作出了客观的评价,并运用ARIMA模型对我国水资源生态足迹变动趋势作出深入的研究。结果表明,1949~2007年,我国人均水资源生态承载力总体上呈下降态势,而人均水资源生态足迹则逐年上升,从而造成人均水资源生态赤字逐渐增大,我国水资源处于一种不安全状态。

虚拟水概念的提出,改变了水资源研究围绕“实体水”展开的现状,拓宽了水资源研究的领域。水足迹概念自引入我国以来,在我国水资源短缺、粮食安全及生态环境等领域得到初步应用,并为我国水资源可持续利用的定量评价奠定了良好的基础。但研究案例有限,研究的深度和广度有待进一步深入和拓宽。首先是产品虚拟水含量的计算方面需要进一步的细化；第二,此前的水足迹研究仅仅考虑人类生产生活活动对水资源量的影响,而未考虑人类生产生活活动对水资源质量的影响,即水资源污染问题未纳入水足迹研究中,此外,针对水足迹的提出的预测方法几乎没有,且极少考虑生态环境用水。因此,要使水足迹成为一个现实,需要深入探讨水足迹的深层次含义。

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