郭衛(wèi)寧，孟成才，韓宇平

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.黃河水利委員會水文局，河南 鄭州 450004；3.寧夏彭陽縣水土保持工作站，寧夏 彭陽 756500；4.華北水利水電學(xué)院，河南 鄭州 450011）

1 概述

虛擬水是由倫敦大學(xué)的托尼.艾倫（Tony Allan）在20世紀90年代提出來的概念［1］，它是指生產(chǎn)商品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量［2］。顧名思義，虛擬水不是真實意義上的水，而是以虛擬的形式包含在產(chǎn)品中的“看不見”的水，因此虛擬水又叫“嵌入水”和“外來水”［3］。

迄今為止，較為精確的虛擬水定義有兩種：從生產(chǎn)者的角度，定義虛擬水為生產(chǎn)這種產(chǎn)品的真實用水量，它取決于生產(chǎn)地的生產(chǎn)狀況（包括時間和地點）和水資源利用效率；從使用者角度定義，一種產(chǎn)品的虛擬水含量是在使用地生產(chǎn)該產(chǎn)品的需水量。該定義對于平衡缺水地區(qū)水資源赤字時（如采用進口代替生產(chǎn)一種水密集產(chǎn)品時給地區(qū)節(jié)約了多少水量）特別有用［4］。

虛擬水含量是指生產(chǎn)該產(chǎn)品或該項服務(wù)所需要的水資源數(shù)量。根據(jù)不同的研究需求，虛擬水含量可以按照從產(chǎn)品實際生產(chǎn)地生產(chǎn)該產(chǎn)品所需要的水資源數(shù)量來計算，也可以假設(shè)為如果在產(chǎn)品消費地生產(chǎn)該產(chǎn)品所需要的水資源數(shù)量。

2 研究方法

虛擬水的計算采用賬戶的方式解釋水資源在社會經(jīng)濟系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)換［5］。工業(yè)產(chǎn)品中的虛擬水含量與其復(fù)雜的生產(chǎn)流程緊密相關(guān)，目前還沒有有效的解決辦法。從當(dāng)前的研究來看，農(nóng)作物產(chǎn)品的虛擬水和動物產(chǎn)品的虛擬水計算是目前虛擬水計算中最主要的部分。

2.1 農(nóng)作物產(chǎn)品虛擬水含量的計算 農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需要的水資源主要取決于它的類型、生長區(qū)域的自然地理條件、使用的灌溉系統(tǒng)及其管理方式等，因此農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水計算只是特定地點的一種粗略估算［6］。

單位初級農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量計算首先根據(jù)計算地區(qū)的氣候參數(shù)，計算參考作物的蒸散發(fā)量，然后經(jīng)過作物系數(shù)的修正，得到作物生長期間的蒸散發(fā)和作物水需求，再根據(jù)作物單位面積產(chǎn)量，得到單位質(zhì)量作物產(chǎn)品的虛擬水含量，最后考慮加工效率得到單位質(zhì)量最終產(chǎn)品的虛擬水含量。農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量的計算公式為［7］：

作物需水量CWR由ETc得來，ETc表示在農(nóng)作物的整個生長發(fā)育期中，農(nóng)作物累積的蒸發(fā)蒸騰量，常采用參考作物的蒸散發(fā)量ET0乘以作物系數(shù)Kc進行計算［8］：

作物系數(shù)Kc反映了不同作物的差別，其值和作物類別、作物生育階段和主要氣象條件有關(guān)。參考作物蒸散發(fā)量ET0是某種標(biāo)準參照作物的潛在蒸騰蒸發(fā)量，是在忽略作物類型、作物發(fā)育和管理措施等對作物需水影響的基礎(chǔ)上，計算一個假想的作物參考面（作物高度12cm，一個固定的表面阻力系數(shù)70s/m，反射率為0.23，作物類型是草，全覆蓋而且有充足的水）的需水量，其值只與地理位置及氣候條件有關(guān)，反映了不同地區(qū)、不同時期大氣蒸發(fā)能力對作物需水量的影響。通常采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）推薦的修正的標(biāo)準彭曼（Penman-Monteith）公式進行計算［9］。

2.2 動物產(chǎn)品虛擬水含量 動物產(chǎn)品的虛擬水含量主要依賴于動物的類型、動物的飼養(yǎng)結(jié)構(gòu)和動物成長的自然地理環(huán)境，計算比較復(fù)雜。其計算首先需要確定活動物對水資源的消耗，然后再在不同的動物產(chǎn)品之間進行分配［3］。

2.2.1 活動物虛擬水含量的定義和計算方法 動物虛擬水含量定義為動物從母體分離出來到其生命結(jié)束的時期內(nèi)，動物生存生長所消耗的總水量，包括飼料所含的虛擬水、飲用水、動物飼舍清潔等耗水［10］。飼料消費中的虛擬水包括飼料作物中所包含的虛擬水和混合飼料作物所需的實體水兩部分內(nèi)容。飼料作物中不同成分作物的虛擬水含量采用前面介紹的標(biāo)準彭曼公式計算，然后按照飼料作物中不同飼料作物的構(gòu)成比例，加權(quán)得到飼料作物虛擬水的含量。

2.2.2 動物產(chǎn)品虛擬水含量計算 計算不同動物產(chǎn)品的虛擬水含量需要將活動物的虛擬水含量在動物產(chǎn)品間進行分配［5］。因此將產(chǎn)品按狀態(tài)進行劃分，直接由活動物提供的產(chǎn)品稱為第一類動物產(chǎn)品，如奶牛提供的牛奶、畜體和皮等。第一類產(chǎn)品經(jīng)進一步加工變成第二類動物產(chǎn)品，如奶酪、黃油、加工肉和香腸等。第一類動物產(chǎn)品的虛擬水含量包括活動物的虛擬水和為得到不同的第一類初級產(chǎn)品加工所需要的水資源量。為在不同的第一類產(chǎn)品間分配活動物的虛擬水含量和加工需水，引進了產(chǎn)品比例因子（product fraction）和價值比例因子（value fraction）來計算。產(chǎn)品比例因子定義為從活動物得到的不同第一類動物產(chǎn)品的數(shù)量比例。價值比例因子為第一類產(chǎn)品的市場價值與所有第一類產(chǎn)品市場價值總和的比例?；顒游锏奶摂M水和加工需水可以按這兩類因子在不同的第一類產(chǎn)品之間進行分配。第二類動物產(chǎn)品的虛擬水由部分第一類產(chǎn)品的虛擬水和加工用水構(gòu)成，第二類初級產(chǎn)品間用水的分配可以采用同第一類動物一樣的產(chǎn)品比例因子和價值比例因子進行分配。按照同樣的方法可以計算第三、四類動物產(chǎn)品的虛擬水分配。需要注意的是應(yīng)該避免重復(fù)計算，如不能將一頭奶牛的虛擬水含量全部先分給牛奶，再分給肉類產(chǎn)品，同時也要注意的是不要忽略一些重要的產(chǎn)品。

3 唐山市2007年虛擬水計算和分析

3.1 計算內(nèi)容與數(shù)據(jù)來源 唐山市2007年虛擬水計算與分析主要計算了3方面的內(nèi)容：（1）2007年唐山市單位產(chǎn)品虛擬水含量；（2）2007年唐山市生產(chǎn)產(chǎn)品的虛擬水含量；（3）2007年唐山市居民虛擬水消費量。

計算數(shù)據(jù)來源包括：（1）中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)中的唐山市的氣象數(shù)據(jù)，包括最高氣溫、最低氣溫、相對濕度、平均風(fēng)速和日照時數(shù)等；（2）《北方地區(qū)主要農(nóng)作物灌溉用水定額》中唐山主要作物的作物系數(shù)計算結(jié)果［11］；（3）國際虛擬水研究成果中的中國動物產(chǎn)品虛擬水含量計算成果［12-13］；（4）唐山市以及河北省2007年的統(tǒng)計年鑒［14-15］。

3.2 唐山市生產(chǎn)產(chǎn)品的虛擬水含量 單位農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量計算主要依據(jù)氣象資料和土壤條件，運用FAO推薦的CROPWAT 8.0軟件計算唐山市參考作物需水量，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合唐山市主要作物的作物系數(shù)得出各具體作物的全生育期需水量，然后通過對作物單位面積產(chǎn)量的統(tǒng)計，就可以計算出該作物單位質(zhì)量的虛擬水含量，將單位質(zhì)量農(nóng)作物產(chǎn)品虛擬水含量乘以該種農(nóng)作物的總產(chǎn)量即可得某地區(qū)生產(chǎn)這種農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水總量。

除農(nóng)作物產(chǎn)品以外，其他如動物產(chǎn)品和供城鄉(xiāng)居民消費的工業(yè)產(chǎn)品，其虛擬水含量計算需要的數(shù)據(jù)很多，但這些數(shù)據(jù)通常難以獲得。考慮到這些產(chǎn)品不像農(nóng)作物產(chǎn)品那樣，帶有明顯區(qū)域特征（氣候、土壤、耕作制度等），可以忽略地區(qū)差異而采用相關(guān)研究成果，這里動物產(chǎn)品采用Chapagain等根據(jù)FAO和世界貿(mào)易組織提供的數(shù)據(jù)資料對單位重量動物產(chǎn)品的虛擬水含量估算中有關(guān)中國部分的估算結(jié)果，糕點、白酒、啤酒的虛擬水含量計算較復(fù)雜，在此暫時采用王書華［16］對京津冀地區(qū)的研究成果來代替。

以此為基礎(chǔ)，計算唐山市2007年單位產(chǎn)品虛擬水含量及生產(chǎn)用水量。

表1 唐山市2007年單位產(chǎn)品虛擬水含量及生產(chǎn)用水量

3.3 唐山市虛擬水消費量 以上述計算并獲得的單位產(chǎn)品虛擬水含量為基礎(chǔ)，根據(jù)2007年唐山市城鄉(xiāng)居民平均消費的主要產(chǎn)品，計算得到2007年唐山市城鄉(xiāng)居民消費的虛擬水?dāng)?shù)量總體規(guī)模。

4 結(jié)論與分析

（1）唐山市各類生活產(chǎn)品總的生產(chǎn)用水量為134.22億m3，其中糧食作物生產(chǎn)用水量為20.57億m3，油料、棉麻、和蔬菜瓜果等經(jīng)濟作物生產(chǎn)用水量為30.65億m3，肉禽蛋奶及水產(chǎn)品的生產(chǎn)用水量最高，為68.10億m3。

（2）唐山市農(nóng)作物中，高耗水的農(nóng)作物有谷子、大豆、芝麻、棉花等，其中又以棉花單位產(chǎn)品虛擬水含量最高，但其種植面積較小，總產(chǎn)量較低，故生產(chǎn)用水量較少；玉米、蔬菜和水果，單位產(chǎn)品虛擬水含量雖不高，但其總產(chǎn)量大，故生產(chǎn)用水遠超其他作物，蔬菜更是農(nóng)作物產(chǎn)品中生產(chǎn)用水量最大的農(nóng)作物。動物產(chǎn)品的單位虛擬水含量普遍較高，牛肉、水產(chǎn)品都是高耗水產(chǎn)品，且產(chǎn)量大，生產(chǎn)用水量也高，豬肉、家禽和鮮奶雖然單位虛擬水含量較低，但其產(chǎn)量大，總生產(chǎn)用水量也較大。

表2 唐山市2007年城鄉(xiāng)居民虛擬水消費量

（3）結(jié)果表明，人均虛擬水消費水平城鎮(zhèn)高于農(nóng)村地區(qū)，2007年唐山市城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民人均年消費的虛擬水分別為700.82 m3、521.08 m3，全年消費的虛擬水?dāng)?shù)量分別為24.76億m3、19.96億m3，全社會全年消費的虛擬水?dāng)?shù)量為44.72億m3。虛擬水消費構(gòu)成中，占較大比重的產(chǎn)品分別為糧食13.79億m3、肉禽水產(chǎn)等動物產(chǎn)品10.44億m3、酒類11.87億m3等三大類。

（4）生產(chǎn)產(chǎn)品的虛擬水含量遠遠大于（約3倍）實際所消費的虛擬水?dāng)?shù)量，這是因為：①虛擬水消費計算僅僅考慮了統(tǒng)計資料中所提供的主要的消費產(chǎn)品項目和消費數(shù)量，一些消費項目因為缺少統(tǒng)計資料而沒有納入計算，同時也沒有考慮城鄉(xiāng)居民消費的工業(yè)產(chǎn)品的虛擬水。②生產(chǎn)產(chǎn)品中的虛擬水有部分以貿(mào)易的形式輸入和輸出，但由于缺少詳細的進出口貿(mào)易數(shù)據(jù)，暫時不能對其進行詳細測算。③生產(chǎn)產(chǎn)品中的部分虛擬水有可能以某種形式被儲存起來（例如每年的儲備糧等），沒有進入流通領(lǐng)域。

（5）唐山市2007年生產(chǎn)產(chǎn)品中含有134.22億m3的虛擬水，全社會全年消費虛擬水?dāng)?shù)量為44.72億m3，由于虛擬水分析計算方法的粗略，這還只是一種保守的估計，其數(shù)量巨大且不被人們所認識，但是它向我們定量的揭示了社會對水資源的真實消費狀況，使得虛擬水貿(mào)易可以作為一種保障水安全、解決水資源短缺問題的有效調(diào)節(jié)工具。

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