區域虛擬水貿易計算方法及實證

摘要 虛擬水、虛擬水貿易概念的提出為我國解決區域水安全問題提供了新思路。本文首先評析了傳統的基于水足跡計算方法，并指出其存在的局限性。然后提出改進的水資源投入產出表的計算方法：將新鮮水資源使用量和廢水排出量納入國民經濟行業價值型投入產出表中構造出“價值型-實物型”混合性投入產出表，把傳統的價值型投入產出表和水資源在生產過程中的物質循環描述相結合，在投入產出模型之外構造單獨的水資源分析模塊。該方法更加直觀、準確的得出各行業及區間區域貿易調水量，不僅計算了生產過程消耗的“虛擬新鮮水”，同時計算了“虛擬廢水”對生產地或國家的環境帶來的一些負面影響，充分考慮虛擬廢水的機會成本。最后對華北地區的虛擬水貿易進行實證分析，指出目前我國實行區域虛擬水戰略所迫切需要解決的問題。

關鍵詞 虛擬水； 虛擬廢水；虛擬水貿易；水足跡；投入產出分析

中圖分類號 F062.2 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2008）04-0184-05

虛擬水也被稱為“嵌入水”和“外生水”［1］，是英格蘭倫敦大學Tony All an教授于1993 年首次創造性的提出，指生產農產品所需要的水。1996 年Tony Allan 教授正式界定了虛擬水的定義［2］：生產商品或服務所需要的水資源量。虛擬水貿易［3］ 是指貧水國家和地區通過進口豐水國家和地區的水密集型產品來保證水資源安全的一種商業戰略。虛擬水貿易的實質是比較優勢理論的應用［4］。而這種理論應用 到我國，將水資源稟賦作為我們考慮的生產投入要素，我國北方水資源匱乏，南方水資源豐富，是否可以通過區域虛擬水貿易解決北方的水資源短缺問題，為我國解決北方地區的水資源短缺、水環境污染等水問題提供了新思路 ［5］。

1 基于水足跡的虛擬水貿易量的計算方法評述

水足跡是Hoekstra［6］ 比照生態足跡［7］的概念而提出來的。水足跡定義 為一個國家或地區在一定時間內消費的所有產品和服務所需要的水資源數量，一個國家或地區的水足跡等于國內用水量和虛擬水量凈進口的代數和。

水足跡中的虛擬水貿易量計算目前主要集中在農作物產品和動物產品上，而工業產品由于其所含虛擬水較少且計算過程較為復雜，因此在基于水足跡的虛擬水貿易計算中未被考慮。目前主要有兩種方法：一種是 Chapagaint 和Hoekstra 通過用生產樹(production tree) 來進行分級計算虛擬水量［7，8］，另一種是Zimmer 和Renault 將產品區分為不同產品類型進行區分計算［9］ 。其核心思想大同小異，本文將以前者為基礎進行基于水足跡的虛擬水流動計算方法的介紹。

1.1 農作物中的虛擬水計算方法

根據聯合國糧農組織(FAO) 的作物需水量和作物產量資料，計算在不同國家或地區每種作物的虛擬水含量。

式中：ETc為區域n作物c生長期內的土壤蒸發量，mm/d；kc為作物系數，是說明實際作物相對于參考作物的覆蓋度和表面糙率等的差異， 是實際作物與參考作物的物理和生理等各種因素不同的綜合反映。可利用《中國主要農作物需水量等值線圖》、《中國主要農作物需水量與灌溉》資料確定；ET0為參考下墊面的土壤蒸發量，mm/d，由FAO的彭曼-孟(Penman-Monteith)方程計算得出，其中所需的各地區、各國家的氣候參數可由FAO的CLIMWAT數據庫獲得，具體計算公式如下：

式中：ET0為參考作物的土壤水分蒸發量，mm/d；Rn 為作物表面的凈輻射，MJ/m²d；G為土壤熱通量，MJ/m²d；T為作物生長地區平均溫度，℃；U2為作物生長地區2米高度處的風速，m/s；ea為飽和的水蒸氣壓力，kPa；ed為實際的水蒸氣壓力，kPa；ea-ed為飽和水蒸氣壓力差，kPa；Δ為飽和水氣壓－溫度曲線的斜率， kPa/℃；r為干濕表常數， kPa/℃。

周 姣等：區域虛擬水貿易計算方法及實證中國人口#8226;資源與環境 2008年 第4期1.2 活動物及動物產品虛擬水含量計算方法

1.2.1 活動物虛擬水含量計算

根據水足跡的含義，Chapagain 和 Hoekstra［8］將動物虛擬水的含量定義為動物存活的整個生命周期所消耗的水資源量，具體由三部分組成：①動物整個生命周期所消耗的飼料所含虛擬水，可由上述農作物虛擬水含量的計算方法得出；②動物整個生命周期所消耗的飲用水；③飼養動物的服務活動過程中所消耗掉的水，如清掃及清潔用水。具體如下：

式中：Qproc［e，a］指單位數量動物e在國家a加工所需加工水，m³/頭；PWR［e，a］指生產加工過程每噸活動物所需水，m³/t；產品比例因子pf［e，p］指加工獲得的第一類產品p的重量Wp［e，p］與活動物的重量比；v［p］指產品p的市場價值，y/t；價值因子vf［e，p］指第一類產品p的市場價值與所有第一類產品市場價值總和的比值；VWPp［e，p］指產品p的虛擬水含量，m³/t。

由此動物的虛擬水和加工需水可以按這兩類因子在不同的第一類產品之間分配。第 二類動物產品的虛擬水由部分第一類產品的虛擬水和加工用水構成，第二類初級產品間用水的分配同樣采用產品比例因子和價值比例因子進行分配，第三、四類動物產品的虛擬水含量分配依此類推［10］。

以上是基于水足跡的虛擬水貿易量計算方法，也是目前虛擬水流動最常用的方法，但這種方法實際上存在著一些值得商榷的地方:

（1）利用彭曼公式求出作物的需水量與實際的農作物灌溉用水量之間有較大差異。 作物實 際消費中包含了不形成徑流的土壤水和有效降水， 其中部分被作物利用并沒有統計在農業灌 溉用水中。這樣在降水較豐的地區虛擬水消費統計量就遠大于用水統計量；在干旱或半干旱 地區， 由于渠系滲漏、顆間蒸發等原因， 虛擬水消費統計量又遠小于用水統計量， 以這樣的 數據來評價貿易調水量欠準確［10］。

（2）此種方法忽略了或者說目前還沒有有效的辦法計算工業產品種所含虛擬水。工業產品 雖然直接消耗水量較小， 但某些行業增加單位用水量， 會引起整個經濟系統所增加的用水量 不小， 這用水量的乘數效應能有效地對產業結構進行水量配置分析［11］。

（3）由于農產品虛擬水本身是粗略的估計， 以此為基礎對動物產品的虛擬水估算加大了誤差。

（4）無論是農作物，活動物還是工業產品的生產過程中不光要消耗掉大量的“新鮮水”，同時還會排出大量的“廢水”。而基于水足跡的虛擬水計算卻忽略了生產過程中的“虛擬廢水”。

2 水利投入產出虛擬水貿易量計算方法

基于以上分析可以發現，水足跡虛擬水貿易量計算方法存在著本身的不足，因此提出改進的水利投入產出分析進行虛擬水貿易的計算。

可行的辦法是將水資源水量納入國民經濟行業價值型投入產出表中構造出“價值型—實物型”混合性投入產出表，把傳統的價值型投入產出表和水資源在生產過程中的物質循環描述相結合，在投入產出模型之外構造單獨的水資源利用分析模塊，才能夠科學合理的描述整體系統［12，13， 14］。

同時考慮到生產過程中不僅消耗掉大量的“新鮮水”同時還排放出大量的“廢水”，因此我們在設計水資源投入產出延長表時，把生產過程中使用的“虛擬新鮮水”和生產過程中排放的“虛擬廢水”作為兩類生產部門(見表1)。

由以上分析可知，此方法是與研究本地區各行業的水資源實際投入產出緊密相連，真實反映了各行業的用水水平，雖然不能計算出某種具體產品所需要的總水量，但可更加直觀、準確的得出各行業及區間區域貿易調水量。

3 實證及結論建議

我國投入產出表的統計周期為5年，目前已在各省市投入產出表基礎上編制了1987、1992、1997、2002年的“全國投入產出表”和1997年的“我國區域間投入產出表”。本文將華北地區（北京、天津、河北、河南、山東、山西）六省市的1997年的投入產出表合并推求直接耗水系數，通過“1997我國區域間投入產出表”推求華北地區各部門與其他區域的凈貿易量，并根據國家統計局2000年投入產出表部門分類科目，將40個部門合并成18個部門計算，最后求出貿易中虛擬水量見表2和表3。

注：“＋”代表商品輸出金額和隨這批商品而流動到其他區域的虛擬水量；“－”代表 商品輸入金額和由于輸入這些商品而免于使用的本區域的水量。

計算結果表明，華北地區國內商品貿易輸出額為26 087.175億元，國內貿易輸入額為21 038.508億元，貿易 凈額為5 048.667億元。國內貿易輸出產生的虛擬廢水量為38.64億m³，虛擬新鮮水凈流出量為425.7億m³，近似相當于南水北調建成后中、東、西線2050年總的調水規模448億m³。由此可見，對于我國華北地區一方面巨資修建“南水北調”等引水工程，另一方面大量“虛擬水”隨區域間商品貿易流動到其他區域。有關部門應當重視我國區域間的國內貿易所產生的虛擬水流動，積極推行虛擬水貿易戰略。同時實施虛擬水戰略還面臨以下幾方面亟待解決的問題：

（1）區域社會調適能力的進一步研究［15］。我國要實行區域虛擬水貿易戰略，應 首先對地區目前的水資源管理水平，相應的完備體制和人力財力支持等方面的社會適應力進行深入研究，并對可能產生的對水資源、生態、經濟和社會文化的影響需要進行評估進而探討虛擬水戰略下區域具體應對策略的選擇。

（2）實施虛擬水戰略要全國統一配置、局部試點。實施區域虛擬水戰略， 并不是某個地區或省份憑借自己的力量可以解決的問題， 需要站在國家全局的高度，在國家的層面上予以解決［16］。需要創新國家的區域水資源配置的管理體制與機制， 通過試點， 逐步應用 虛擬水戰略解決區域水資源短缺、平衡區域水資源利用赤字。同時地區要成功地應用虛擬水戰略， 需要在有關政策和機制上予以改革和完善， 并建立健全社會保障體系， 加大財政轉移支付力度。如設立專項基金用于補貼采用虛擬水戰略后的糧食進口；針對采用虛擬水戰略后區內糧食種植業減少導致的農村剩余勞動力增加， 需要建立相應的社會保障體系；同時要抓好區域產業結構的調整與轉型，建立新的區域產業結構體系和收入保障體系， 增強區域的經濟實力。

（3）虛擬水戰略與節水戰略、調水戰略比較分析。實施虛擬水戰略， 通過壓縮高耗水低效益的農業產業結構， 可以大大節約水資源的耗用、緩解區域性的水資源緊缺壓力。但并非傳統的經濟發展思路下形成的通過調水和節水來維持區域水資源配置的管理戰略就應摒棄。而目前我國可行的做法是將三者結合，工程調水促進貿易調水， 通過貿易調水和節水戰略減輕對工程調水的依托。

(編輯：常 勇)

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