郭卫宁，孟成才，韩宇平

（1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.黄河水利委员会水文局，河南 郑州 450004；3.宁夏彭阳县水土保持工作站，宁夏 彭阳 756500；4.华北水利水电学院，河南 郑州 450011）

1 概述

虚拟水是由伦敦大学的托尼.艾伦（Tony Allan）在20世纪90年代提出来的概念［1］，它是指生产商品和服务所需要的水资源数量［2］。顾名思义，虚拟水不是真实意义上的水，而是以虚拟的形式包含在产品中的“看不见”的水，因此虚拟水又叫“嵌入水”和“外来水”［3］。

迄今为止，较为精确的虚拟水定义有两种：从生产者的角度，定义虚拟水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；从使用者角度定义，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［4］。

虚拟水含量是指生产该产品或该项服务所需要的水资源数量。根据不同的研究需求，虚拟水含量可以按照从产品实际生产地生产该产品所需要的水资源数量来计算，也可以假设为如果在产品消费地生产该产品所需要的水资源数量。

2 研究方法

虚拟水的计算采用账户的方式解释水资源在社会经济系统中的迁移转换［5］。工业产品中的虚拟水含量与其复杂的生产流程紧密相关，目前还没有有效的解决办法。从当前的研究来看，农作物产品的虚拟水和动物产品的虚拟水计算是目前虚拟水计算中最主要的部分。

2.1 农作物产品虚拟水含量的计算 农产品在生产过程中需要的水资源主要取决于它的类型、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，因此农产品的虚拟水计算只是特定地点的一种粗略估算［6］。

单位初级农产品虚拟水含量计算首先根据计算地区的气候参数，计算参考作物的蒸散发量，然后经过作物系数的修正，得到作物生长期间的蒸散发和作物水需求，再根据作物单位面积产量，得到单位质量作物产品的虚拟水含量，最后考虑加工效率得到单位质量最终产品的虚拟水含量。农产品虚拟水含量的计算公式为［7］：

作物需水量CWR由ETc得来，ETc表示在农作物的整个生长发育期中，农作物累积的蒸发蒸腾量，常采用参考作物的蒸散发量ET0乘以作物系数Kc进行计算［8］：

作物系数Kc反映了不同作物的差别，其值和作物类别、作物生育阶段和主要气象条件有关。参考作物蒸散发量ET0是某种标准参照作物的潜在蒸腾蒸发量，是在忽略作物类型、作物发育和管理措施等对作物需水影响的基础上，计算一个假想的作物参考面（作物高度12cm，一个固定的表面阻力系数70s/m，反射率为0.23，作物类型是草，全覆盖而且有充足的水）的需水量，其值只与地理位置及气候条件有关，反映了不同地区、不同时期大气蒸发能力对作物需水量的影响。通常采用联合国粮农组织（FAO）推荐的修正的标准彭曼（Penman-Monteith）公式进行计算［9］。

2.2 动物产品虚拟水含量 动物产品的虚拟水含量主要依赖于动物的类型、动物的饲养结构和动物成长的自然地理环境，计算比较复杂。其计算首先需要确定活动物对水资源的消耗，然后再在不同的动物产品之间进行分配［3］。

2.2.1 活动物虚拟水含量的定义和计算方法 动物虚拟水含量定义为动物从母体分离出来到其生命结束的时期内，动物生存生长所消耗的总水量，包括饲料所含的虚拟水、饮用水、动物饲舍清洁等耗水［10］。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标准彭曼公式计算，然后按照饲料作物中不同饲料作物的构成比例，加权得到饲料作物虚拟水的含量。

2.2.2 动物产品虚拟水含量计算 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［5］。因此将产品按状态进行划分，直接由活动物提供的产品称为第一类动物产品，如奶牛提供的牛奶、畜体和皮等。第一类产品经进一步加工变成第二类动物产品，如奶酪、黄油、加工肉和香肠等。第一类动物产品的虚拟水含量包括活动物的虚拟水和为得到不同的第一类初级产品加工所需要的水资源量。为在不同的第一类产品间分配活动物的虚拟水含量和加工需水，引进了产品比例因子（product fraction）和价值比例因子（value fraction）来计算。产品比例因子定义为从活动物得到的不同第一类动物产品的数量比例。价值比例因子为第一类产品的市场价值与所有第一类产品市场价值总和的比例。活动物的虚拟水和加工需水可以按这两类因子在不同的第一类产品之间进行分配。第二类动物产品的虚拟水由部分第一类产品的虚拟水和加工用水构成，第二类初级产品间用水的分配可以采用同第一类动物一样的产品比例因子和价值比例因子进行分配。按照同样的方法可以计算第三、四类动物产品的虚拟水分配。需要注意的是应该避免重复计算，如不能将一头奶牛的虚拟水含量全部先分给牛奶，再分给肉类产品，同时也要注意的是不要忽略一些重要的产品。

3 唐山市2007年虚拟水计算和分析

3.1 计算内容与数据来源 唐山市2007年虚拟水计算与分析主要计算了3方面的内容：（1）2007年唐山市单位产品虚拟水含量；（2）2007年唐山市生产产品的虚拟水含量；（3）2007年唐山市居民虚拟水消费量。

计算数据来源包括：（1）中国气象科学数据共享服务网中的唐山市的气象数据，包括最高气温、最低气温、相对湿度、平均风速和日照时数等；（2）《北方地区主要农作物灌溉用水定额》中唐山主要作物的作物系数计算结果［11］；（3）国际虚拟水研究成果中的中国动物产品虚拟水含量计算成果［12-13］；（4）唐山市以及河北省2007年的统计年鉴［14-15］。

3.2 唐山市生产产品的虚拟水含量 单位农产品虚拟水含量计算主要依据气象资料和土壤条件，运用FAO推荐的CROPWAT 8.0软件计算唐山市参考作物需水量，在此基础上，结合唐山市主要作物的作物系数得出各具体作物的全生育期需水量，然后通过对作物单位面积产量的统计，就可以计算出该作物单位质量的虚拟水含量，将单位质量农作物产品虚拟水含量乘以该种农作物的总产量即可得某地区生产这种农产品的虚拟水总量。

除农作物产品以外，其他如动物产品和供城乡居民消费的工业产品，其虚拟水含量计算需要的数据很多，但这些数据通常难以获得。考虑到这些产品不像农作物产品那样，带有明显区域特征（气候、土壤、耕作制度等），可以忽略地区差异而采用相关研究成果，这里动物产品采用Chapagain等根据FAO和世界贸易组织提供的数据资料对单位重量动物产品的虚拟水含量估算中有关中国部分的估算结果，糕点、白酒、啤酒的虚拟水含量计算较复杂，在此暂时采用王书华［16］对京津冀地区的研究成果来代替。

以此为基础，计算唐山市2007年单位产品虚拟水含量及生产用水量。

表1 唐山市2007年单位产品虚拟水含量及生产用水量

3.3 唐山市虚拟水消费量 以上述计算并获得的单位产品虚拟水含量为基础，根据2007年唐山市城乡居民平均消费的主要产品，计算得到2007年唐山市城乡居民消费的虚拟水数量总体规模。

4 结论与分析

（1）唐山市各类生活产品总的生产用水量为134.22亿m3，其中粮食作物生产用水量为20.57亿m3，油料、棉麻、和蔬菜瓜果等经济作物生产用水量为30.65亿m3，肉禽蛋奶及水产品的生产用水量最高，为68.10亿m3。

（2）唐山市农作物中，高耗水的农作物有谷子、大豆、芝麻、棉花等，其中又以棉花单位产品虚拟水含量最高，但其种植面积较小，总产量较低，故生产用水量较少；玉米、蔬菜和水果，单位产品虚拟水含量虽不高，但其总产量大，故生产用水远超其他作物，蔬菜更是农作物产品中生产用水量最大的农作物。动物产品的单位虚拟水含量普遍较高，牛肉、水产品都是高耗水产品，且产量大，生产用水量也高，猪肉、家禽和鲜奶虽然单位虚拟水含量较低，但其产量大，总生产用水量也较大。

表2 唐山市2007年城乡居民虚拟水消费量

（3）结果表明，人均虚拟水消费水平城镇高于农村地区，2007年唐山市城镇居民和农村居民人均年消费的虚拟水分别为700.82 m3、521.08 m3，全年消费的虚拟水数量分别为24.76亿m3、19.96亿m3，全社会全年消费的虚拟水数量为44.72亿m3。虚拟水消费构成中，占较大比重的产品分别为粮食13.79亿m3、肉禽水产等动物产品10.44亿m3、酒类11.87亿m3等三大类。

（4）生产产品的虚拟水含量远远大于（约3倍）实际所消费的虚拟水数量，这是因为：①虚拟水消费计算仅仅考虑了统计资料中所提供的主要的消费产品项目和消费数量，一些消费项目因为缺少统计资料而没有纳入计算，同时也没有考虑城乡居民消费的工业产品的虚拟水。②生产产品中的虚拟水有部分以贸易的形式输入和输出，但由于缺少详细的进出口贸易数据，暂时不能对其进行详细测算。③生产产品中的部分虚拟水有可能以某种形式被储存起来（例如每年的储备粮等），没有进入流通领域。

（5）唐山市2007年生产产品中含有134.22亿m3的虚拟水，全社会全年消费虚拟水数量为44.72亿m3，由于虚拟水分析计算方法的粗略，这还只是一种保守的估计，其数量巨大且不被人们所认识，但是它向我们定量的揭示了社会对水资源的真实消费状况，使得虚拟水贸易可以作为一种保障水安全、解决水资源短缺问题的有效调节工具。

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［3］Chapagain A K，Hoekstra A Y.Virtual water trade：a quantification of virtual water flows between nations in rela⁃tion to international trade of livestock and livestock products［C］//Hoekstra A Y ed.Virtual Water Trade:Proceed⁃ings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade.Value of Water Research Report Series No 12，IHE Delft，2003：49-76.

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