国内外虚拟水研究的发展动向评述
关键词： 水资源 虚拟水 发展动态 展望
1. 虚拟水及全球水资源紧缺现状
水资源问题是全世界普遍关注的问题。它不仅影响、制约社会的可持续发展，而且将成为21世纪全球资源环境的首要问题。随着世界人口的增长和发展，水资源将严重不足。全世界26个国家约2.32亿人口已经面临缺水，另有4亿人口用水速度超过水资源更新速度，世界上约有1/5人口得不到符合卫生标准的淡水 ［1］ 。占世界人口40%的80个国家其淡水供应短缺已成为限制其经济社会发展的重要因素，预计在20～30年内淡水拥有量不足的人口数将达到15亿 ［2］ 。发展是人类社会永恒的主题。当今实现持续发展的物质基础———水及其环境却受到严峻的挑战，水资源短缺、水环境污染以及洪涝灾害严重威胁和制约着人类可持续发展的潜力。如何实现水资源可持续利用，以支持经济社会的可持续发展，不仅是技术问题，更是社会和伦理问题。本文通过对当前国内外关于虚拟水战略实施的典型范例进行全面评述，为我国解决长期困扰的水资源短缺问题进而构筑水资源安全战略提供新思路。
虚拟水是国外20世纪90年代提出的新概念，是指生产商品和服务所需要的水 ［3］ 。如生产1t小麦需约1000t的水资源，若进口1t小麦相当于以虚拟的形式进口了1000t水资源。虚拟水战略是指缺水国家（或地区）通过贸易的方式从富水国家（或地区）进口水密集型产品（尤其是粮食）来获得水和粮食安全 ［4］ 。虚拟水将水资源与粮食生产联系在了一起，提倡出口高效益低耗水产品，进口高耗水型产品，通过贸易的形式，将水资源丰富国家粮食的可利用性与缺水国家水赤字改善联系在一起，从而跳出了以“水”为中心解决水资源配置管理存在的问题。因此虚拟水战略不仅为利用区域外水资源“开源”，同时为本地“节流”和构筑水资源安全战略提供了新思路。
2 虚拟水沿革与国外实施虚拟水战略的实证分析
2.1 虚拟水沿革。
虚拟水概念是逐渐派生出来的。虚拟水贸易其实并不是新生的事物，它伴随人类贸易活动而产生，其同粮食贸易一样悠久，而且数量也随贸易的增长一直在稳定地增长 ［5］ 。虚拟水的发展大致可分为三个阶段。第一阶段，虚拟水含义的酝酿阶段。早在上世纪80年代，以色列经济学家就从经济学的角度论证了出口有限的水资源的不合理性：生产1吨粮食则消耗1000m 3 水，如果这一吨粮食被运送到缺水的国家（或地区），则可以缓解进口国家（或地区）提供1000m 3 水的经济甚至是压力 ［6］ 。从而明确表态修改政策，减少耗水量大的产品，特别是农作物的出口，进而有意识的促进虚拟水的进口，放弃水资源自给自足的想法，将虚拟水作为经济增长的重要水来源。1999年以色列出口7×10 8 m 3 虚拟水而进口了6.9×10 9 m 3 的虚拟水 ［7］ 。第二阶段，虚拟水含义的正式提出阶段。“虚拟水”是英格兰伦敦大学非洲和东亚研究学院Tony Allan教授于1993年首次创造性的提出，是指生产农产品所需要的水 ［6，7，8］ 。虚拟水概念可扩展到生产非农产品所需的水资源量，但Allan仅用于农业。此前，他已使用“嵌入水”这个术语，但并没有引起水管理机构的重视;第三阶段，虚拟水发展与完善阶段。上世纪90年代后期，虚拟水研究得到长足发展。Allan教授于1996年界定了虚拟水：生产商品或服务所需要的水资源量，当你消费1千克的粮食，实际上你一并消费了生产这些粮食所需要的1000升水资源，消费1千克牛肉，便消费了13000升用来生产这1千克牛肉的水资源 ［9］ 。这些体现在国际粮食作物贸易中的水就是虚拟水，因为粮食商品的生产需要消耗水资源，粮食贸易的背后隐藏着看不见的水资源交易，这一部分水被称为虚拟水 ［10］ 。荷兰国际水文和环境工程研究所（IHE）为虚拟水定量分析提供了一套较为全面的方法体系 ［4］ 。2003年在日本京都举行的第三届世界水，对“虚拟水”进行了激烈讨论 ［11］ 。
2.2 国外实施虚拟水战略的实证分析。
2.2.1 中东北非地区。中东地区是世界上第一个面临水赤字的地区。随着人口增长和石油出口收入增加，中东北非地区对全球贸易的依赖性日益增强，主要是从北美进口粮食。从1970～2000年30年间，中东北非地区粮食进口每年以10%速率递增，其中90年代，农产品贸易达到总消费量的1/3，成为全球最大的农产品进口地区。预计，到2020年此比重将达到3/5。面对如此巨额的粮食进口规模，Khaldi和Akacem认为，这种状况尽管反映了该地区丰富的矿产资源，也说明了中东北非地区在解决人口粮食问题上失败的现实。相反Tony Allan认为，中东北非地区水资源短缺不仅是禀赋原因，更取决于农业、政府和国际制度适应资源短缺的能力和采取的应对措施及寻求替代品的能力 ［12］ 。该地区大规模的进口粮食是基于本地严重水赤字而做出的决定，通过全球贸易系统进口大量粮食，不但没有形成威胁，反而为解决日益加剧的水赤字提供了机遇。截止2000年，中东北非地区年均进口粮食5×10 7 t，而需水资源5×10 10 m 3 ，相当于尼罗河的年径流量，占该地区淡水资源总量的30% ［7］ 。实践也证明中东北非地区是国际贸易的巨大受益者，如2000年以色列、巴勒斯坦和约旦的粮食进口量为5×10 6 t，而把这三国可利用淡水都用于粮食生产也仅能生产约3×10 6 t ［13］ 。
2.2.2 日本。Taikan Oki ［14］ 在本国农、畜产品虚拟水含量的基础上估算了日本在2000年总虚拟水进口量（包括通过产品进口的1.3×10 9 m 3 ）约为6.4×10 10 m 3 （88%来源于世界上最大的虚拟水出口国美国、澳大利亚和加拿大），大于日本当年的灌溉引用水5.9×10 10 m 3 。而且绝大多数进口主要是为了满足畜产品消费，因为70%的玉米、几乎全部的大豆和一半的大麦用于生产家畜饲料。值得一提的是日本进口虚拟水并不是因为水资源的短缺，其真正原因在于本国有限的耕地面积。
2.2.3 南部非洲发展共同体。Richard Meissner研究表明，干旱是导致该地区粮食短缺的直接原因，各成员国（南非除外）都受到不同程度的影响。联合国粮农组织预测，2001年南部非洲共同体仅生产1.92×10 7 t粮食，粮食缺口达3.9×10 6 t，其中3.5×10 6 t有望通过商业贸易解决，其余3.32×10 4 t将需要粮食援助解决。为了使南部非洲发展共同体经济发展不受水资源的限制，迫切需要探索该区水资源管理思想的创新。南非由于没有受大的自然灾害和政治经济问题的影响，2002年的粮食产量前景乐观，可望成为该区最大的粮食生产出口国。目前各国已经普遍签订了一系列贸易协议，如南部非洲发展共同体自由贸易区、南部非洲关税联盟、南非同中国的自由贸易协议以及WTO等为该地区的虚拟水贸易提供了良好的政策环境;在未来，博茨瓦纳、南非和纳米比亚三个水资源相对短缺的国家应靠强大的加工业成为虚拟水净进口国;而刚果、赞比亚和莱索托三个水资源相对丰富的国家有望成为虚拟水净出口国 ［1］ 。
2.2.4 孟加拉国与印度之间的虚拟水贸易。孟加拉国每年要从印度进口大约2.87×10 10 m 3 虚拟水，占印度总虚拟水出口量（约为1.61×10 11 m 3 ）的17.8%。且各种迹象表明未来两国贸易运行状况良好：首先，从供求关系看，两国已具备一定的贸易基础。印度是世界第五大虚拟水净出口国，且绝大多数虚拟水通过农产品而出口;孟加拉国是世界上第二十个虚拟水净进口国。其次，进口替代战略是确保孟加拉国粮食安全的客观要求。最初孟加拉国进口粮食是为了应付由于自然灾害而导致粮食减产后的紧迫需求。随后Karimetal （1996）、Ahmad（2000）、Faisal与Parveen（2003）等都先后开展 了对孟加拉国粮食安全影响因素的分析，一致认为水资源是决定孟加拉国将来粮食安全最主要的制约因素。最后，印度未来农业发展战略及其他优势有助于粮食出口。印度计划到2010年实现粮食翻一番的宏伟目标及对农民的高补贴以及人民生活水平的提高等，都有利于粮食出口 ［15］ 。
2.2.5 ARAL海流域国家。是由Amu Darya河和Syrdarya河共同形成，全流域面积690000km 2 。然而，由于过量截流用以发展灌溉，导致河流断流，致使ARAL海面积急剧缩减，到1989年水位下降14.3m，湖面从68000km 2 缩退到37000km 2 ，湖水盐度上升为1960年水平的2.8倍。ARAL海状况的恶化引起了一系列严重的经济、社会和生态环境问题。另外，该流域又将面临新的挑战：上下游国家抢水争水现象严重。近年来，位于Amu Darya河上游的阿富汗粮食产量只有上世纪70年代的一半左右，而人口在未来20年间很可能增长1倍。因此，为了满足日益增长的人口的粮食需求而消耗大量的Amu Darya河水资源，势必导致上下游流域国家之间的冲突。因此迫切需求采取有效措施减轻阿富汗农业生产扩大的影响，如提高下游地区水资源利用效率、建立流域管理组织、上下游国家结构调整等。但最重要的是应从全流域国家的安全出发，开展粮食生产国和粮食进口国之间的贸易。首当其冲需论证阿富汗“虚拟水”和“实体水”消费之间的协调和平衡 ［16］ 。
2.2.6 埃及。Dennis Wichelns不仅将虚拟水同比较优势进行了有效的结合，而且也把虚拟水纳入经济增长、粮食安全、提高人民福利等一系列国家宏观目标下进行研究，扩大了虚拟水研究领域 ［17］ 。认为虚拟水是以水资源为关键生产要素的比较优势的具体应用。在评价一个国家的生产和贸易机会时，要充分考虑到土地、劳力和资金等生产要素，这样才能采取有效的措施。同时，Dennis Wichelns以埃及为例进行了实证研究。得出埃及劳动力相当丰富，应大力支持劳动密集型产品的生产和出口，以增加农民收入，提升粮食安全的结论。埃及年均进口小麦、玉米分别为6.1×10 6 t和2.4×10 6 t，而如果在埃及本国生产同等数量的小麦和玉米，则需要耕地和水资源分别为1.2×10 6 ha、4.6×10 9 m 3 和4×10 5 ha、2.7×10 9 m 3 ，共7.3×10 9 m 3 水资源，相当于埃及每年尼罗河利用量（5.55×10 10 m 3 ）的13%;小麦和玉米的“虚拟土地”1.6×10 6 ha，相当于埃及现有农田面积的48% ［18］ 。
2.2.7 湄公河流域的越南和泰国。湄公河流域国家于1975年1月通过的《关于湄公河水资源合理利用原则的联合声明》（以下简称《75联合声明》）明确规定湄公河干流的水资源是公共财产，任何临岸国没有经其他流域国家的允许不能私自占用。1991年泰国为了向其东北地区引入水资源，提出Kong-Chi-Moom方案以代替已经运行了16年的《75联合声明》。而越南考虑到该方案的实施会影响号称其“米仓”的湄公河三角洲的用水状况，因而持坚决的反对态度。这个矛盾经过流域国家间长达5年的谈判才得到解决。1995年柬埔寨、老挝、泰国和越南签署了《湄公河流域可持续合作协议》，为湄公河的保护与管理，持续、高效利用提供了基本准则。越南和泰国的水资源分配问题也可以从虚拟水角度来解决，起码可以解决以下几个问题：泰国和越南通过农产品贸易而出口的虚拟水在多大程度影响着该流域国家在湄公河水资源分配中的关系?这些国家的结构应如何调整才能减少将来虚拟水出口量?获得“实体”水资源是否是解决泰国东北部地区经济发展的唯一有效途径? ［17］
综上所述，国外对虚拟水的研究主要集中在粮食问题上，通过虚拟水贸易将世界粮食和本国的水资源结合起来，并取得了巨大成就，同时虚拟水在流域水资源管理中的运用尚处于一个探索阶段。
3 国内虚拟水研究进展
3.1 国内有关虚拟水研究的典型实例。 虚拟水贸易与虚拟水战略已成为国际上的一个前沿研究领域。自引入我国以来，虚拟水在解决我国水资源短缺与粮食安全及生态环境等问题中得到初步应用，但到目前为止，其研究案例还十分有限。
程国栋院士 ［19］ 首先应用“虚拟水”，并以西北干旱区为例，初步了2000年西北各省（区）虚拟水消费量。结果表明：①2000年新疆、甘肃、青海、陕西四省（区）全社会全年日常生活消费的虚拟水数量分别为1.35×10 10 m 3 、1.83×10 10 m 3 、4.58×10 9 m 3 、2.04×10 10 m 3 ，分别为各省（区）实际总用水量的0.28、1.53、1.66、3.7倍。②除宁夏外的四省（区）社会经济系统中存在着5.68×10 10 m 3 的虚拟水资源，其数量巨大而且通常难以为人们认识，更重要的是这部分虚拟水可以通过贸易流通，这一点为水资源管理的决策增加了新的内容。从而提出：在目前全国粮食供求的基本平衡状况能够满足西北缺粮省（区）的粮食调入的情况下，运用虚拟水战略缓解缺水地区自身水资源的短缺压力和生态压力，实现区域水资源的可持续利用，保障西北地区乃至全国生态安全。同时，程国栋采用三种不同情况初步测算了采用虚拟水的效益，模拟结果表明采用虚拟水战略对经济增长有明显促进作用。
尽管魏万进在“河西内陆河流域生态保护与可持续发展的非农业对策”的论述中没有使用虚拟水这个词组，但实际上运用了虚拟水思想：“目前，甘肃的粮食库存量已达2.5×10 6 t。河西5市每年出售商品粮9.0×10 5 t，仅凉州区每年就有1.8×10 5 左右。1999年民勤出售商品粮7.3×10 4 t，按当年民勤亩产359kg，每亩耗水500m 3 计算，其耗水1.02×10 8 m 3 ，相当或大于石羊河流入民勤的地表水总量。就水与粮的转换讲，从民勤调出7.3×10 4 t商品粮，就相当于从缺水的民勤调出1.02×10 8 m 3 的水。因此，要保护石羊河末端的生态环境，应从东北及河南、山东等粮食大省调粮入甘，以减少河西商品粮的生产” ［20］ 。
柯兵、柳文华等 ［10］ 在前人对2010和2020年我国粮食进口需求量分别为：8.4×10 7 t、9.1×10 7 t的研究基础上，对相应进口的虚拟水量进行了估算，得出2010和2020年我国相应的虚拟水进口量分别为8.8×10 10 m 3 、9.5×10 10 m 3 水。这就是说，进口8.4×10 7 t粮食相当于进口了8.8×10 10 m 3 水。然而，如果在本国生产该数量的粮食，按照我国综合的作物水分生产力0.8kg/m 3 计算，2010年和2020年的需水量分别为1.05×10 11 m 3 和1.137×10 11 m 3 ，分别比进口的虚拟水量多出1.70×10 10 m 3 和1.875×10 10 m 3 ，通过虚拟水缓解的农业生产用水量比虚拟水量要多，这意味着我国生产等量粮食所需水量比通过粮食进口的虚拟水量高，实行虚拟水贸易战略效益明显。其中，2010年虚拟水进口量占估算的2010年农业用水 量的18.9%，而粮食进口量只占粮食需求量的15.7%。虚拟水量占农业用水比例高于粮食进口量占粮食需求量的比例，从另一方面说明了在我国水资源短缺和利用效率比较低的条件下，虚拟水能够成为解决农业用水问题的有效途径。
龙爱华，徐中民等 ［21］ 以虚拟水为基础，对西北四省（区）2000年的水资源足迹进行了研究，结果表明：2000年西北四省（区）总的水足迹为6.13×10 8 m 3 ，实体水资源消费3.33×10 9 m 3 ，仅占全部水足迹的5.42%;居民主要产品虚拟水消费量为5.8×10 10 m 3 ，占总足迹的94.58%，是西北四省水资源利用总量的0.90倍和农业用水量的1.19倍，其中青海、甘肃、陕西三省主要产品虚拟水消费量分别是当年用水总量的1.68、1.54和3.86倍，大大高于统计利用量。以虚拟水为基础的水资源足迹更真实的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。
陈德兴 ［22］ 从外因和内因两个方面对甘肃武威民勤湖区贫困问题进行了剖析。民勤湖区作为重要的商品粮基地，平均每年为国家提供商品粮2.8×10 3 t，50多年累计就达1.5×10 5 t，而粮食是高耗水作物，按每公斤小麦耗水1.41m 3 计算，湖区就以“虚拟水”的方式向外输出水资源1.95×10 8 m 3 ，这意味着期间有相当于十分之一的时间上游未向湖区回补一滴水。此外，湖区从建国到现在累计投入近亿元巨额资金用以荒漠化防治，这等于湖区又以“虚拟资本”的方式对上游其他地区经济建设给予了有力的支援，动摇了当地脆弱的原始资本积累的基础。如此巨大的资本透支和资源输出是湖区贫穷落后的重要原因。从而认为，湖区贫困就是内外因素交互影响的结果，解决湖区的贫困问题必须内外力共同作用。
3.2 实施虚拟水战略的特殊意义。虚拟水贸易在经济上是无形的，在上则是无声的。通过这种无形和无声，虚拟水极大地缓解了缺水地区利用本地有限水资源来生产耗水大、政治敏感度强的粮食产品的压力。基于不同目的，各国实施虚拟水战略而产生的结果各有差异。就中国而言，实施虚拟水战略有其自身的特殊意义。第一、当前我国水资源仍存在缺与浪费、短缺与污染、短缺与管理粗放交织的特点。因此，“开源节流并重，节流优先，治污为本”依然是当前今后水资源管理始终要坚持的原则 ［4］ 。第二、确保粮食安全具有深远的战略意义。我国“人多地少”的国情决定了“封闭”起来搞粮食自给和完全依赖于粮食进口的道路行不通，只能走一条“中庸之道”，即在不影响粮食安全的前提下最大限度的利用虚拟水。第三、我国劳动力资源相当丰富，比较优势明显。因此要充分发挥这种潜在优势，鼓励、支持劳动密集型产品的生产和出口，充分利用资源之间的替代效益，以缓和水资源紧缺现状。第四、中国尤其是西北地区生态环境十分脆弱，正确运用虚拟水战略不但不影响当地的社会经济发展，而且有助于生态环境的恢复和重建。同时西部大开发战略为虚拟水战略的实施提供了宽松的政策环境和体制保障。第五、人们意识形态转变的长期性决定了制度、政策实施的滞后性。虚拟水战略的实施是一个逐步展开的过程，还需人们思想观念、经济社会等系列配套条件的不断完善与成熟。以色列1956年农业产值占GDP的20%，而目前仅为2%，以色列经过30年的时间才实现了水资源的重新配置———通过市场进口虚拟水解决本国水资源问题 ［12］ 。
4.虚拟水贸易现状及其前景展望
4.1 全球虚拟水贸易现状当今世界上最大的虚拟水进口国为：斯里兰卡、日本、荷兰、韩国和中国。相反，最大的虚拟水出口国为：美国、加拿大、泰国、阿根廷和印度等一些水资源丰富的国家。 ［15］ 其中美国水资源总量的1/5用来生产供出口的农作物，美国每年出口的虚拟水数量是埃及年总用水量的4倍（Daniel Zimmer）。在泰国，这个比例甚至到了1/4 ［5］ 。据计算，全球每年虚拟水贸易量约为1×10 12 m 3 ，其中67%为粮食贸易，23%为牲畜及畜产品贸易，10%为产品贸易;全球人类总用水15%不是用于本国消费的，而是为了出口（以虚拟水的形式） ［24］ 。Hoek-stra和Hung（2002）估算了1995～1999年期间，全球农产品虚拟水贸易量平均每年为6.95×10 11 m 3 ，其中2.45×10 11 m 3 来源于牲畜和畜产品贸易，而全球农业年灌溉用水为2.5×10 12 m 3 ，如果考虑到天然降水，全球作物年耗水量为5.4×10 12 m 3 ，这意味着13%的水量并没有用于国内消费，而是以虚拟水的形式出口 ［24］ 。
4.2 虚拟水未来展望
首先，到2020年全球人口将达到77亿人（联合国，1996）。2025年城镇人口几乎翻两番达到51亿人，城镇人口增长中90%来自发展中国家，即每天约15万人加入城镇人口，届时城镇化水平达到60%（WRI，1996） ［25］ 。人口的增长必然会对全球粮食供给和水需求结构形成影响。其次，据国际粮食政策研究机构预测，世界粮食价格呈现缓慢下降趋势，到2020年下跌10%，肉价下跌6%。同时，全球粮食产量年增长率将从1982～1993年间的1.5%下跌到1993～2020间的1.1%，其中发展中国家与发达国家分别从1.9%和1.33%下跌到1.2%和0.9%。尽管世界粮食增长幅度有所下降，但总产量仍有较大幅度上升：发展中国家增长80%，发达国家增长94%。另外，据预测，同1993年相比，2020年粮食和肉产品贸易量将有大幅度提高，肉产品可望翻三番;粮食贸易量也将增长87.6% ［25］ 。从以上三个方面可以看出，未来粮食贸易前景十分可观，同样地，伴随粮食贸易的虚拟水在解决缺水国家（或地区）粮食和水短缺安全问题中发挥的作用也将日益突出。
