民勤县虚拟水及虚拟水战略研究

内容提要：水资源短缺严重制约着中国西北地区的发展，科学地解决水资源短缺问题关系着西北地区能否实现可持续发展的生态经济问题，虚拟水和虚拟水战略为解决西北地区水资源问题提供了一种新的思路。本文在介绍虚拟水概念和虚拟水贸易之后，计算了民勤县2005年虚拟水消费量和实际产量中的虚拟水量分别为1.93×108m3、9.24×108m3，分别为实体水的O，28倍和0.80倍。基于“水－粮食－贸易”确定五种不同情景，并结合民勤地区的实际情况，分析了民勤县实施假想的虚拟水战略的可行性和收益情况，结果表明采用虚拟水战略可以在保证水资源和粮食安全的同时，增加了对贫水地区水资源供给量，促进了贫水地区经济增长，提升了贫水地区的社会调节能力。

关键词：虚拟水；虚拟水贸易；虚拟水战略；社会调节能力；民勤

中图分类号：F127.42　文献标识码：A　文章编号：1003―4161(2008)06―0048―05

石羊河是我国内陆河流域中人口最密集、水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重的流域之一。现状流域水资源开发利用已严重超过其承载能力，致使流域生态环境日趋恶化，危害程度和范围日益扩大。下游民勤县的生态恶化形势极其严峻，其湖区北部已严重危及居民的生存。近年来，民勤的生态危机问题备受社会关注，其生态经济系统面临崩溃，主要原因是由于石羊河上中游地区人口持续增加和经济规模不断扩张从而大量的截留下游来水造成。而当前众多学者通过压缩上中游的用水数量以保证对下游民勤地区的供水量，从节水、调水、移民等方面提出解决地区水问题的政策性建议，但越来越多的事实表明仅仅通过流域内部的水资源重新配置是不能完全解决民勤的生态经济问题。虚拟水概念的引入和虚拟水战略的提出，为更好地解决类似于民勤地区这样的由于水资源短缺引起的西北干旱区典型生态经济问题提供了一种新的思路和途径。

1　虚拟水概念和研究进展

1.1　虚拟水与虚拟水战略

虚拟水是TonyAllan于1993年提出，是指生产商品和服务中所需要的水资源数量。虚拟水不是真正意义上的水，因为它包含在产品中以虚拟的形式体现出来，消费者从产品中看不见水的影子。因此虚拟水又叫“嵌入水”和“外来水”，其中“外生水”指进口虚拟水的国家使用了非本国的水的事实。

虚拟水的定义一般包括两种：(1)从生产者的角度定义，即为生产这种产品的真实用水量，它取决于生产地的生产状况(包括时间和地点)和水资源利用效率。(2)从使用者角度定义，即一种产品的虚拟水含量是在使用地生产该产品的需水量。该定义对于平衡缺水地区水资源赤字时(如采用进口代替生产一种水密集产品时给地区节约了多少水量)特别有用。

虚拟水战略是指缺水国家或地区通过贸易方式从富水国家或地区购买水密集型产品来获得水和粮食的安全。如果一个国家以虚拟水出口水密集型产品给其他国家，实际上就是以虚拟的形式出口了水资源。通过这种途径，国家或地区可以向另一国或地区提供“虚拟的”水资源。水资源稀缺的国家可以通过牺牲一定的经济利益，从水资源丰富的国家进口水密集型产品来节约本国的水资源，实现水安全。长距离的输水与巨额成本，使得富水国和贫水国之间的实体水贸易较为困难，而水密集型产品的贸易(虚拟水贸易)是现实可行的。如此而来，国家之间甚至洲际之间的虚拟水贸易，可以作为一种提高全球水资源利用效率和获得缺水地区水安全的有效工具。

1.2　研究进展

自Allan提出虚拟水的概念以后，经过近十多年的时间，科学界才认识到虚拟水概念对地平衡地区和全球水资源安全的重要性，并先后于2002年、2003年召开关于虚拟水的国际会议和专题研讨会。目前，虚拟水的研究工作主要在量化产品虚拟水含量、水足迹、虚拟水贸易节水量和虚拟水储量等方面不断深入开展。最近，将虚拟水、水足迹测算与消费、人口、富裕程度和技术等因素相结合探讨人类活动产生的环境影响，拓展了虚拟水的研究领域。

2　虚拟水计算方法

虚拟水的计算是采用账户的方式来解释水资源在社会经济系统中的迁移和转换，考察产品和服务中嵌入的水资源。虚拟水的计算主要包括：农作物虚拟水含量计算，动物产品虚拟水含量计算。

2.1　农产品虚拟水含量计算

根据Zimmer和Renault的研究，农产品虚拟水含量具体的计算过程根据不同的产品分类而有所差异。Zimmer和Renault将农产品类型分为初级产品、加工产品、转化产品、副产品、多重产品及耗水或不耗水产品六种主要类：(1)初级产品，是指直接从作物身上提取的产品，包括谷物、蔬菜、水果等。生产这类产品需要的水资源主要取决于农作物的类型、生长区域的自然地理条件、使用的灌溉系统及其管理方式等。首先，利用考虑气候影响因素计算的参考作物需水量乘以作物系数进行调整，得到单位面积作物需水量，然后通过单位面积作物需水量除单位面积作物产量得到单位质量初级产品的虚拟水含量。参照作物需水量采用联合国粮农组织推荐的标准彭曼公式。(2)加工产品，以初级产品为原料进行加工后的产品，如糖(原材料为甘蔗、甜菜)、植物油(原材料为菜籽、胡麻、花生等)、面粉、加工饲料、酒精饮料(原材料为粮食)等。这一类产品的虚拟水含量取决于加工过程中初级产品的投入比例，通常按照初级产品投入重量比例加权得到。同时，加工产品还需要考虑加工转化效率。(3)转化产品，主要包括动物产品，该类产品的计算包括在动物产品的计算中。(4)副产品，是指该类农产品的生产主要是为了其他目的而不是他们的营养价值。副产品的计算主要有三种方法：①按提供所有副产品的重量比例来分配虚拟水；②按提供副产品的价值量比例进行分配；③不考虑实际生产过程用水量，按营养均衡规律来进行分配。(5)多重产品，考虑农产品的种植的多重目的。(6)低耗水、非耗水产品。(5)、(6)两类产品生产的虚拟水消费量的计算相当困难，目前通常采用营养均衡规律计算虚拟水含量。

2.2　动物产品虚拟水含量计算

动物产品虚拟水的计算主要包括活动物的虚拟水含量和动物产品虚拟水含量。活动物虚拟水含量是指动物从出生到死亡的整个生命周期内所消耗的总水量，包括饲料所含的虚拟水、饮用水、动物饲舍清洁用水等。饲料消费中的虚拟水包括饲料作物中所包含的虚拟水和混合饲料作物所需的实体水两部分内容。饲料作物中不同成分作物的虚拟水含量采用前面介绍的方法计算，然后按照在饲料作物中的重量比例加权就得到饲料作物虚拟水的含量。动物的饮用水需要计算动物整个生存期间的饮用水。动物产品虚拟水含量计算不同动物产品的虚拟水含量需要将活动物的虚拟水含量在动物产品间进行分配。

3　民勤县2005年虚拟水计算与分析

按照前面介绍的虚拟水计算方法，计算产品中的

虚拟水含量。农产品虚拟水含量计算依据民勤气象站的气象观测资料和土地数据，利用FAO提供的CROP，WAT软件计算单一农作物的初级产品的虚拟水含量，再依据加工效率进行调整得到最终消费产品的虚拟水含量。动物产品的虚拟水含量Chapagin提供的处理办法，测算动物产品的虚拟水含量。目前对于民勤地区虚拟水的研究中，对于消费品中的虚拟水关注不多，主要是由于缺少必要的消费统计数据。这里，通过采用从事多年国民统计工作的研究人员的建议，对民勤的消费数据进行比较接近的替代，估算民勤城市和农村居民消费的虚拟水总量。

结合民勤2005年国民社会经济统计资料等，计算民勤2005年城乡居民生活消费虚拟水量和实际生产的农产品和动物产品的虚拟水量。计算结果表明，2005年民勤城乡年人均虚拟水消费分别为1018.35m3，572.69m3，全社会全年消费虚拟水量与实际生产产品中的虚拟水含量分别为1.93×108m3，9.52×108m3，是民勤总用水量(7.82×108m3)1的0.28、1.22倍。

通过比较可以发现，民勤城市居民人均虚拟水消费量约是农村居民人均虚拟水消费量1.8倍，但由于总人口中城市居民数量相对较少，而使得城市居民的虚拟水消费总量只有农村居民虚拟水消费总量的23％，城市与农村居民消费虚拟水总量分别占全社会消费总虚拟水量的18.6％和81.4％。这一结果表明，从虚拟水的角度来看，解决广大农村居民的问题是解决民勤生态经济问题的关键。

利用实际产量测算的虚拟水量要大于消费量测算得到虚拟水量可能的原因包括：贸易活动和产品的储存原因。由于缺少足够的统计数据，这里对于贸易活动和产品储存的影响没有进行更深入的探讨。

同时，从虚拟水消费总量和实际产量的虚拟水构成来看，粮食消费的虚拟水和粮食生产的虚拟水量所占比例都较高，分别为43％、30％。可见粮食的生产和消费对于虚拟水总量的需求影响很大。粮食是人类生活的必需品并且携带有大量的虚拟水，而且粮食也是当前贸易中数量最大的商品。同时，一般认为大规模的长距离调水(实体水)由于工程技术和巨额成本实施起来很困难，而通过富水国与贫水国之间的产品贸易如粮食贸易，进口产品中虚拟水来实现节约贫水地区的实体水，形成了“实体水一粮食一虚拟水一实体水”虚拟水贸易战略的分析思路。同时，虚拟水贸易战略打破了一味从国家、地区或流域内部寻找解决水资源问题的惯性思维，充分调动域内与域外的水资源解决自身的问题。

4　民勤县实施虚拟水战略分析

实施以“水－粮食－贸易”为主线的虚拟水贸易，对解决当前民勤由于水资源短缺引起的生态经济问题具有十分重要的意义：

4.1　解决区域水资源短缺的问题，增加地区水资源总量供给

虚拟水贸易是一种新的“供水方式”，特别是对于民勤县这样的贫水地区来讲，可以通过进口粮食来节约本地区有限的水资源，增加水供给总量。中通过划分五种不同的情景，估算了在进口民勤粮食总产量的1／3、1／2及全部产量和进口城市居民粮食消费量1／3、进口农村粮食消费量1／3等情景下，民勤县节约的虚拟水量。从情景的分析结果可以看出，通过虚拟水贸易进口粮食对于民勤地区的节水效果是显著的(与总用水量7.28亿立方米相比)；同样进口居民消费粮食1／3的情景下，增加农村粮食消费供给的进口节约虚拟水的效果(0.37亿立方米)，要好于增加城市居民粮食消费的进口供给的节水效果(0.21亿立方米)。

4.2　提高水资源的配置效率，增加有限水资源利用的收益

虚拟水是比较优势的一个应用。国际贸易理论指出，一个国家或地区可以出口自身有相对比较优势的产品，而进口自身存在比较劣势的产品来获得自身效益最大化。就水资源来讲，由于富水国家或地区生产单位产品所需要的水资源数量比贫水国家或地区要低，水资源的外部性较小；而从经济学角度讲，贫水国家以一定的经济成本为代价节约了本地区的实体水资源，并增加由进口产品中虚拟水资源与本地区实体水资源构成的水资源总供给。虚拟水贸易成为提高和实现全球、国家和地区间水资源收益的工具。

(表2)在不同的情景中，在仅考虑工农业经济效益差额的条件下，测算了各情景下民勤县实施虚拟水战略的收益和GDP的增加比例。各情景中对于实施虚拟水战略收益测算的过程为：在任一情景下，通过进口粮食而节约下来的水资源用于发展工业或其他生产效益更高的行业，以求获得更高的收益，实现水资源的效益最大化。从测算的结果表明，通过将实施虚拟水贸易节约下来的水资源转向收益更高的工业等部门之后，增加的净收益非常显著，相对于GDP的增加比例也十分明显，特别是进口民勤粮食产量1／2的情景下，节约下来的水资源用于工业生产，GDP增加比例达到了81.50％，对于经济的增长的拉动非常大。增加的收益增强了区域经济能力和财政支持能力，提供了用于从地区外进口粮食的所需的更多的资本，减少了当地居民生活对于本地区的粮食生产的需求，缓解了地区水资源短缺压力和环境压力，有利于解决地区生态经济问题，推进生态经济系统的可持续发展。

4.3　提高居民节水意识，推进节水型社会建设

虚拟水的概念的提出，使人们更清楚地认识到产品和服务的消费会对资源系统造成影响。由于不同产品和服务中“嵌入”的虚拟水含量不同，了解产品中的虚拟水含量，进行虚拟水核算特别是对于虚拟水消费的核算展示了不同的产品和服务消费下对于水资源系统的影响程度，这对于提高人们节水意识，促进更加谨慎地利用有限的水资源十分有益。这对于民勤这样的贫水地区节约水资源，提高对有限水资源的有效利用，建设节水型社会意义更加重要。

从对民勤县虚拟水核算过程来看，提高居民节水意识主要包括两方面：虚拟水总量需求与饮食消费结构模式调整。虚拟水总量方面的调整主要是改变地区消费产品的供给渠道，如对于粮食等采用虚拟水战略从其他富水地区向民勤地区调入粮食消费的供给。从(表2)中的情景4、5的估算结果来看，在有效节约有限水资源的同时提高地区的整体经济能力。饮食消费结构对水资源的影响巨大，随着人们生活水平的提高将消费更多的肉、蛋、奶等，但从虚拟水核算的角度来看这些都是虚以水含量较高的产品，过多的消费这些产品将增大对水资源的压力。从民勤县的虚拟水消费核算过程可以清楚看出，在必要的粮油、蔬菜外，肉类、鲜奶的虚拟水消费量很大分别为0.43亿立方米、0.24亿立方米，占消费的总虚拟水消费量的22％、12％。为减轻对于贫水地区资源的压力，应当在保证民居生活质量不受影响的同时，适量地减少较高虚拟水含量产品的消费。

4.4　充分利用社会资源，提升社会调节能力

Ohlsson提出社会调节能力是指适应自然资源缺乏而提高社会资源的运用水平。他主张自然缺乏的存在

是被视作第一性的缺乏，而一个社会没有充分的调节能力去应对资源不足和做出相关的调整被视作第二性缺乏。实施虚拟水战略，是贫水地区充分利用社会资源，提升社会调节能力的有效手段。虚拟水战略利用“实体水一粮食一虚拟水一实体水”间的关系，借助于产品和服务的贸易，充分利用社会调节能力，解决本地区的水资源缺乏问题。虚拟水战略，广泛利用了社会资源的调节能力，这也可以为解决其他由于自然资源缺乏造成的第一性缺乏问题所借鉴。

另一方面，由于人口增长是水资源短缺的最原始的动力，人口问题在民勤县虚拟水战略的实施中需要引起相当的重视。从(表1)对民勤县虚拟水消费计算过程中，就可以发现人口因素对于该地区水资源系统压力的巨大作用。当前，很多学者为解决民勤地区生态经济问题提出“生态移民”的建议。从某种程度上来讲，这也是虚拟水贸易的另一种表现形式：实施生态移民，部分人口特别是广大的农村人口外迁，可以减少地区虚拟水的消费量，减轻对当地水资源系统的产生的压力。从虚拟水的角度，可以形象地解释为，生态移民就是移水，移出人口而节约虚拟水。这样一来，就形成了另一条与“水一粮食一贸易”关系相对应的“水一人一生态移民”的虚拟水分析路线。

由于生态移民附带的成本较高，实施生态移民需要一定的财政支持。按照(表2)中的方法，以虚拟水角度简单估算，进行以“水一人一生态移民”为主线的虚拟水战略实施情况。假定居民人均消费数量不变化，至2020年前移民15万人(按2005年城市与农村居民比例分配城市与农村人口数量)，移民成本确定为1.5万元，并将所节约的虚拟水用于工业生产以实现经济收益最大化，单方水工业收益仍采用2005年估算结果19.7元／立方米。估算结果表明，实施假定的生态移民政策可以节约虚拟水0.94亿立方米，增加收益18.61亿元，与生态移民本间存在3.89亿元财政缺口。这一估算很粗略，但简单地展示了实施“水一人一生态移民”政策的可行性与收益。进一步的工作需要对移民成本的确定、消费量、人口数量变化等采用更准确的情景条件设定，分析采用“水－人－生态移民”这一虚拟水战略对贫水地区的意义。

5　结语

虚拟水和虚拟水贸易战略的提出，为贫水地区综合应用域内和域外水资源和社会调节能力，解决自身的水资源问题提供了一种思路。通过“水一粮食一贸易”途径，贫水国家利用产品和服务的贸易流通，实现的嵌入产品和服务中虚拟水的时间、空间和生产上的重新配置，缓解水资源系统压力的同时，最大化水资源的利用的收益，增加了社会经济能力，提升社会调节能力。

同时，“水－人－生态移民”问的关系，构成了与“水－粮食－贸易”相对应的虚拟水贸易分析主线。前者可以认为是虚拟水需求的迁出，后者则是虚拟水供给的迁入，这两者－进－出间可以根据具体战略实施的可行性与收益比较而选择其一或联合使用。“水－人－生态移民”这一关系，进一步完善了虚拟水贸易战略。