北京市虚拟水消费与贸易

引用本文

魏怡然, 邵玲, 张宝刚, 徐佩琦, 秦菁敏. 北京市虚拟水消费与贸易[J].自然资源学报, 2019,34(9): 1962-1973
WEI Yi-ran, SHAO Ling, ZHANG Bao-gang, XU Pei-qi, QIN Jing-min. Virtual water consumption and trade of Beijing[J]. Journal of Natural Resources, 2019,34(9): 1962-1973 复制到剪切板

DOI:10.31497/zrzyxb.20190912

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北京市虚拟水消费与贸易

魏怡然¹, 邵玲¹, 张宝刚², 徐佩琦¹, 秦菁敏¹

1. 中国地质大学（北京）经济管理学院,北京 100083

2. 中国地质大学（北京）水资源与环境学院,北京 100083

通讯作者：邵玲（1986- ）,女,新疆巴州人,副教授,硕士生导师,研究方向为资源经济学。E-mail: shaoling@cugb.edu.cn

作者简介：魏怡然（1997- ）,女,山东淄博人,硕士,研究方向为环境经济学。E-mail: wyr0813@163.com

收稿日期:2019-03-10 网络出版日期:2019-09-28

基金:北京市社会科学基金项目（16LJC013）; 国家自然科学基金项目（71503236）

摘要

北京市作为水资源极度紧缺的城市,亟需提高水资源的利用效率。本文基于多尺度投入产出分析模型,对2012年北京市虚拟水消费及贸易情况进行了核算与分析,并与2007年的结果进行了比较。计算结果表明：2012年北京市消费引发的虚拟水用量高达139.5亿m³,是基于生产的直接实体用水量（35.9亿m³）的3.89倍;对比2007年,虚拟水消费增长（23.7%）远比直接用水增长（11.8%）快。北京市使用的全部水资源中仅有5%由北京本地供应,有超过3/5从国内其他省市调入,约35%从世界其他国家进口。与此相对应,这些水资源有1/5被北京本地消费使用,约3/4被调出到国内其他省市,6%被出口至其他国家。与2007年相比,2012年北京市国内虚拟水贸易由净调入转为净调出,净调出量为2007年净调入量的1.1倍;而国际虚拟水贸易由净出口转为净进口,净进口量为2007年净出口量的837.2倍。北京市2012年净输入虚拟水资源103.6亿m³（全部来源于国际贸易）,有效地避免了对本地水资源的过度开采。与此同时,北京市通过转口贸易的形式将大量进口的虚拟水调出到了中国其他省市,为缓解国内水资源紧张局面作出了贡献。未来北京市应当在考虑能源矿产供应安全及消化国内过剩产能的前提下有策略性地增加矿产、能源、建筑和交通运输设备等部门部分产品的进口,以达到节约我国水资源及全球范围内水资源高效利用的目的。

关键词: 虚拟水; 多尺度投入产出; 虚拟水消费; 虚拟水贸易; 北京

Virtual water consumption and trade of Beijing

WEI Yi-ran¹, SHAO Ling¹, ZHANG Bao-gang², XU Pei-qi¹, QIN Jing-min¹

1. School of Economics and Management, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

2. School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Abstract

As a city suffering from serious water resources shortage, Beijing is in urgent need to improve water use efficiency. Based on the method of multi-scale input-output analysis, this work calculates and analyzes the virtual water consumption and trade of Beijing in 2012, and compares the results to that of 2007. The results indicate that the consumption-based water resources use of Beijing were estimated up to 13.95 billion m³ in 2012, which were 3.89 times larger than the production-based direct water resources use (3.59 billion m³). Compared with 2007, the virtual water consumption (23.7%) grew faster than direct water use (11.8%). For all water resources related to Beijing, only 5% was from local water withdrawal, while more than 3/5 was domestically imported from other Chinese regions and about 35% was imported from foreign countries. Meanwhile, about 1/5 of these water resources was consumed to meet Beijing's local final demand, approximately 3/4 was exported to other domestic regions, and 6% was exported to other countries. Beijing changed from a net domestic virtual water importer in 2007 into a net exporter in 2012, and the net domestically exported virtual water in 2012 was 1.1 times larger than the net import in 2007. On the other hand, Beijing changed from a net international virtual water exporter in 2007 into a net importer in 2012, and the net international virtual water import (19.60 billion m³) was 837.2 times larger than the net export (0.02 billion m³) in 2007. Beijing net imported 10.36 billion m³ virtual water in 2012 (all from international trade), which has successfully avoided the over-withdrawal of local water resources. At the same time, Beijing re-exported plenty of internationally imported virtual water to other Chinese regions, which has contributed a lot to alleviate domestic water shortage pressure. In order to reduce domestic water resources use and improve water use efficiency worldwide, Beijing is suggested to strategically increase the international import of mineral, energy, construction and transportation equipment products under the consideration of energy and mineral resource supply security, and to absorb domestic excess capacity in the future.

Keyword: virtual water; multi-scale input-output analysis; virtual water consumption; virtual water trade; Beijing

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水资源在现代经济发展中扮演着重要角色。北京市作为我国最重要的经济发展中心之一, 人均水资源占有量为161 m³, 仅为国际极度缺水警戒线标准的1/3。近年来北京市入境水量锐减, 降水量连续处于枯水年, 地下水被严重超采, 可利用水资源总量大幅下降, 造成严重的资源性缺水问题^[1]。水资源短缺已成为制约北京市可持续发展的重要瓶颈之一。

任何产品在其生产过程中均会消耗水资源, 水资源会通过产品的贸易行为形成虚拟的、间接的转移。Allan^[2]在1993年正式提出虚拟水概念, 定义为产品生产过程中消耗的水资源量。北京市除了消费本市生产的产品, 还从国内其他省区调入并从本地调出了产品, 从国外进口并从本地出口了产品。因此对北京市社会经济中的水资源使用, 尤其是对对外贸易（包括调入调出贸易和进出口贸易）隐含的虚拟水资源的转移进行系统模拟, 对了解北京市水供应链现状及提出科学高效的节水政策有重要意义。

目前关于虚拟水的研究主要集中于消费结构对地区虚拟水消费的影响以及如何通过贸易方式实现地区水资源的合理配置^{[3, 4, 5]}, 方法主要分为自下而上的过程分析法和自上而下的投入产出法^{[6, 7, 8]}。自下而上的过程分析法主要通过追溯该产品整个生产供应链中的用水量之和来表征维持人类产品和服务消费所需要的真实水资源数量, 其适用较小的空间尺度, 通常需要详细的数据作支持, 且计算较为复杂^[9]。从上至下的投入产出法最早由Leontief^[10]提出, 通过将虚拟水流与经济流相关联, 其能够计算得到隐含在社会经济最终消费中的所有直接与间接的水资源使用总和。投入产出方法能够避免过程分析方法的截断误差, 被广泛地用于不同尺度宏观经济体的虚拟水核算研究中^{[11, 12, 13, 14]}, 但其也存在时间精度相对较低等问题^[9]。

目前有两种投入产出方法被用于虚拟水的研究, 即单区域投入产出方法（single-region input-output analysis, SRIO）及多区域投入产出方法（multi-regional input-output analysis, MRIO）。SRIO忽略了调入产品中的虚拟水^[15]或者假设调入产品虚拟水强度与本地产品强度相同^[16], 因此无法准确计算贸易隐含的虚拟水转移量。MRIO对不同经济体生产的同类产品和服务的不同虚拟水含量做出了区分, 但开展MRIO研究需要大量的基础数据, 目前省市层面的研究仍然存在数据不足、不准确等问题^{[17, 18, 19, 20]}。结合以上两种方法的多尺度投入产出方法（multi-scale input-output analysis, MSIO）最早由Chen等^[21]提出, 旨在基于世界经济和国家经济产品虚拟水强度数据库对区域经济进口和调入产品的虚拟水含量进行核算。该方法既可以区分不同经济系统中相同产品的虚拟水强度（优于SRIO方法）, 同时需要的数据远比MRIO方法少且易得。Shao等^[18]提出了水资源的MSIO模型, 目前已有相关应用^{[22, 23]}。Shao等^[18]对2007年北京市虚拟水消费及贸易的研究发现, 北京市本地最终消费的虚拟水资源中仅有15%来源于本地, 85%来源于国内和世界进口的产品。

2012年北京市经济形势相比2007年发生显著变化。2012年北京市地区生产总值较2007年增长（以下如无特殊说明, 均为实际增长量）20.86%。在经济快速增长的同时北京市最终消费也发生了明显改变, 城镇居民消费和存货增加较2007年分别增长42.82%和下降48.71%。除此之外, 北京市2012年进口贸易量较2007年增长3.36倍, 调入与调出贸易量较2007年分别增长2.75倍和5.64倍, 变化巨大。基于以上改变, 本文拟采用MSIO方法核算分析2012年北京市虚拟水消费与贸易情况, 并将结果与2007年进行比较, 最终提出既符合北京实际又不影响北京居民日益增长的消费需求的虚拟水政策建议。

1 研究方法与数据来源

1.1 多尺度投入产出分析模型

根据虚拟水多尺度投入产出分析模型^[18], 本研究将北京市视为本地尺度, 将中国除北京市的其他省市划分为中国尺度, 世界除中国的其他国家划分为世界尺度。表1显示了北京市虚拟水多尺度投入产出表的一般形式。表中涉及的各类产品被分入n个部门, 包括北京市本地产品、国内其他省市调入产品和世界其他国家进口产品。 $Z_{i, j}^{L}$ 、 $Z_{i, j}^{D}$ 以及 $Z_{i, j}^{F}$ 分别代表生产本地产品的过程中本地尺度、中国尺度以及世界尺度的部门i对本地部门j投入的经济流, $y_{i}^{L}$ 、 $y_{i}^{D}$ 和 $y_{i}^{F}$ 代表三个尺度的部门i为满足北京本地最终消费生产的本地产品, 调入的国内产品和进口的世界产品的经济流。与调入和进口相对应, 本地生产的本地产品也会向国内其他地区调出及向世界其他国家出口, $e_{i, D}^{L}$ 、 $e_{i, F}^{L}$ 表示的是部门i生产的本地产品向国内其他地区、国外输出的经济流。X_i表示本地部门i的总产出, F_i表示部门i直接消耗的水资源量。

表1 北京市虚拟水的多尺度投入产出表 Table 1 The multi-scale input-output table for virtual water accounting of Beijing

		产出
投入		本地中间使用			最终使用			总产出
		部门1	…	部门n	本地最终消费	国内调出	世界出口	总产出
本地中间投入	部门1	$Z_{1, 1}^{L}$	…	$Z_{1, n}^{L}$	$y_{1}^{L}$	$e_{1, D}^{L}$	$e_{1, F}^{L}$	X₁
	…	…	…	…	…	…	…	…
	部门n	$Z_{n, 1}^{L}$	…	$Z_{n, n}^{L}$	$y_{n}^{L}$	$e_{n, D}^{L}$	$e_{n, F}^{L}$	X_n
国内中间投入	部门1	$Z_{1, 1}^{D}$		$Z_{1, n}^{D}$	$y_{1}^{D}$	$e_{1, D}^{D}$	$e_{1, F}^{D}$
	…	…	…	…	…	…	…
	部门n	$Z_{n, 1}^{D}$		$Z_{n, n}^{D}$	$y_{n}^{D}$	$e_{n, D}^{D}$	$e_{n, F}^{D}$
世界中间投入	部门1	$Z_{1, 1}^{F}$	…	$Z_{1, n}^{F}$	$y_{1}^{F}$	$e_{1, D}^{F}$	$e_{1, F}^{F}$
	…	…	…	…	…	…	…
	部门n	$Z_{n, 1}^{F}$	…	$Z_{n, n}^{F}$	$y_{n}^{F}$	$e_{n, D}^{F}$	$e_{n, F}^{F}$
直接用水		$F_{1}$	…	$F_{n}$

表1 北京市虚拟水的多尺度投入产出表 Table 1 The multi-scale input-output table for virtual water accounting of Beijing

根据投入产出模型, 部门i的总产出遵循以下平衡：

$X_{i} = \overset{n}{\sum_{j = 1}} Z_{i, j}^{L} + y_{i}^{L} + e_{i, D}^{L} + e_{i, F}^{L}$ （1）

即一个部门的总产出等于该部门产品的中间消耗量加上最终消耗量。多尺度投入产出模型引入ε 表征每单位产品的虚拟水含量, 即产品的水足迹或虚拟水强度, 则 $ε_{j}^{L}$ 、 $ε_{j}^{D}$ 和 $ε_{j}^{F}$ 分别表示本地生产、国内调入和世界进口的j部门产品的虚拟水强度。针对北京市本地部门i, 可以得到以下虚拟水平衡方程式：

$F_{i} + \overset{n}{\sum_{j = 1}} ε_{j}^{L} Z_{j, i}^{L} + \overset{n}{\sum_{j = 1}} ε_{j}^{D} Z_{j, i}^{D} + \overset{n}{\sum_{j = 1}} ε_{j}^{F} Z_{j, i}^{F} = ε_{i}^{L} X_{i}$ （2）

对于包含n个部门的北京市经济系统, 式（2）可以写成矩阵的形式：

$F + ε^{L} Z^{L} + ε^{D} Z^{D} + ε^{F} Z^{F} = ε^{L} X$ （3）

式中： $F = [F_{i}]_{1 \times n}$ ; $ε^{L} = [ε_{i}^{L}]_{1 \times n}$ , $ε^{D} = [ε_{i}^{D}]_{1 \times n}$ , $ε^{F} = [ε_{i}^{F}]_{1 \times n}$ ; $Z^{L} = [z_{i, j}^{L}]_{n \times n}$ , $Z^{D} = [z_{i, j}^{D}]_{n \times n}$ , $Z^{F} = [z_{i, j}^{F}]_{n \times n}$ ; $X = [x_{i, j}]_{n \times n}$ , 当i=j时, $x_{i, j} = x_{i}$ , 当 $i \neq j$ 时, $x_{i, j} = 0$ 。

解方程可得北京市本地产品虚拟水强度矩阵的计算公式如下所示：

$ε^{L} = (F + ε^{D} Z^{D} + ε^{F} Z^{F}) (X - Z^{L})^{- 1}$ （4）

将产品虚拟水强度乘以相应经济流量, 可得隐含于该经济流的虚拟水资源量。

1.2 数据来源

根据式（4）, 开展多尺度投入产出模拟需要三类基础数据。第一类数据是北京市各部门直接用水量（F）, 本文使用北京市水务局发布的《2012年北京市水资源公报》得到了各部门的直接用水量。第二类是北京市相关经济投入产出数据（Z^L、Z^D、Z^F、X）, 本文使用了北京市统计局发布的《2012年北京市投入产出表》, 该表将北京市分为42个产业部门, 部门列表见表2。第三类数据是调入与进口产品的世界尺度与国家尺度虚拟水强度数据库（ε ^D、ε ^F）, 本文引用了Shao等^[18]和Han等^[24]论文中2012年中国和世界（除中国）26部门虚拟水强度数据库中的结果, 并将其与北京的42个部门进行了匹配（表2）。

表2 2012年北京市42部门调入与进口产品虚拟水强度 Table 2 Virtual water intensity of 42 sectors for Beijing's domestic and international imports in 2012 (m³/万元)

2 结果分析

2.1 北京市2012年虚拟水消费

2012年, 北京市直接用水量达35.9亿m³, 相对2007年（32.1亿m³; 本文用于对比的北京市2007年数据均来源于Shao等^[18]）增长11.8%。在此期间, 北京市单位产值直接用水量下降了近5%, 说明北京市针对直接用水的节水政策有一定成效。北京在全国率先启动节水型城市建设, 自2005年起实施《北京市节约用水办法》, 并在2012年根据实施经验和国内外节水措施对其进行修订, 对直接用水的节约有显著促进。未来北京需进一步深挖潜力, 努力提高实体水资源的利用效率^[25]。

42个部门中, 部门27（PDW：水的生产和供应）因是向居民家庭、企业和其他用户供水的部门, 直接用水最大（21.4亿m³水）, 占总直接用水量的60%。部门1（FFA：农林牧渔产品和服务）是第二大直接用水部门（9.3亿m³）, 用水量占总直接用水量的26%。大田作物、设施农业、再生水利用对北京农业节水的潜力巨大^[26]。近期, 北京针对性地发布了《中共北京市委北京市人民政府关于调结构转方式发展高效节水农业的意见》, 将大力推进农业节水, 促进北京现代农业发展^[27]。部门25（PSE：电力、热力的生产和供应）直接用水量占总量的6%, 是第三大直接用水部门。北京市电力行业属于火力发电, 通过发展高效冷却水技术, 并努力提高电厂工业水系统的用水效率, 该部门的直接用水量未来有望减少^[28]。除这三个部门外, 其余部门直接用水量占比均未超过2%。

水资源使用归根结底是由最终消费或最终需求推动的。根据本研究三尺度投入产出模拟结果, 2012年北京市虚拟水消费高达139.5亿m³, 是基于生产的直接用水量的3.89倍。与2007年相比, 北京市虚拟水用量增长了23.7%, 远高于直接用水量的增长（11.8%）。在42个部门中, 部门1（FFA：农林牧渔产品和服务）成为虚拟水消费量最大的部门, 提供的最终产品在其产业链内共消费25.7亿m³虚拟水（占比18.4%）, 是2007年该部门虚拟水消费量的1.69倍。这说明在此期间北京市对农林牧渔产品的需求十分旺盛, 从而驱动了更多水资源的消耗。部门28（CON：建筑）和部门6（MFT：食品和烟草）分列第二名和第三名, 其虚拟水消费分别占到了北京总虚拟水消费的17.57%和14.01%。其余39个部门虚拟水消费量占总量比例相对较小, 均未超过5%。

北京市2012年本地最终消费包括城镇居民消费、农村居民消费、政府消费, 固定资本形成及存货增加五种类型。由图1可以看出, 城镇居民消费引发了超过50%的虚拟水消费、固定资本形成消费了25%的虚拟水, 随后依次为政府消费（15%）、农村居民消费（4%）和存货增加（2%）; 除后两者顺序调换外次序与2007年基本一致。2012年北京城镇人口与农村人口比仅为6.25, 但城镇居民虚拟水消费量约为农村居民虚拟水消费量的14.67倍。可以看出, 北京城镇居民人均消费的虚拟水远超农村居民。相较于2007年, 北京市城乡人口总数增长23.47%, 而总虚拟水消费量增长了48%, 人均虚拟水消费量增长约20%, 这表明随着生活水平的提高, 北京市居民引发了更多的水资源消耗。

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	图1 北京市2007年与2012年本地最终消费的虚拟水消费量Fig. 1 Virtual water consumption by final demands of Beijing in 2007 and 2012

2.2 北京市2012年虚拟水贸易

2012年, 北京市向国内其他区域调入和调出了413.5亿m³和505.9亿m³虚拟水, 分别是2007年调入调出量的2.84倍和7.84倍。从经济数据看, 2012年北京市调入和调出总值分别是2007年的3.75和5.64倍, 虚拟水贸易变动趋势与其相符合。

图2是2012年北京市42个产业部门的国内贸易虚拟水调入调出情况。调入虚拟水量最多的是部门14（SRM：金属冶炼和压延加工品）, 其同时也是调出虚拟水量第二高的部门, 与其贸易额在42部门中的排名一致。部门14的产品谱系较广且上游产品污染和耗能大, 北京市在调入大量上游产品的同时也调出了大量加工后的下游产品, 由此也引发了大量虚拟水资源的调入和调出。净调入虚拟水量最高的是部门10（PPM：造纸印刷和文教体育用品）, 该部门由于生产过程耗水高且污染大, 自2008年起出现产业制造环节转移及从业人员下降、产值下降的现象^[29]。而北京市的居民生活需要大量此类产品, 单纯本地生产无法满足需求, 需要从国内其他地区调入, 由此引发了大量的虚拟水转移。

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	图2 北京市2012年42部门国内虚拟水贸易Fig. 2 Virtual water transfer in domestic trade of Beijing in 2012

净调出虚拟水量最高的是部门3（EPN：石油和天然气开采产品）, 净调出虚拟水量达52.9亿m³, 占总净调出虚拟水量的近2/3。该产业2012年的总产出及直接用水量在北京市42部门中最低, 然而其调出额和进口额巨大（在42部门中分列第一二位）, 这说明其净调出的虚拟水主要来源于该部门进口产品隐含的虚拟水, 即该部门从世界其他国家进口了大量的虚拟水, 之后又调出到国内其他地区。这与北京市特殊的转口贸易形式有关, 即北京市在中国其他省市和世界其他国家中充当着重要的中间商或中转地角色, 从事大量“ 进口再调出” 及“ 调入再出口” 的贸易活动。根据学者金燕等^[30]的研究, 北京市每年约有3/5的进口商品是为了向其他地区调出而进口。部门3的主体为注册地在北京的国有企业, 受属地统计原则及总部经济的限制^[31], 该部门进口产品记于北京市的名下, 而实际上可能是其他省市在使用。北京市第三产业部门大多表现为虚拟水净调出, 这与北京市服务业发达、整体表现为产品净调出的情况相符, 但这些部门调入调出的虚拟水量都比较小, 对北京市整体虚拟水贸易影响不大。

2007年北京市调入及调出虚拟水最多的是部门6（MFT：食品和烟草部门）。虽然该部门2012年调入水量相对于2007年增长近1.6倍, 调出水量增长约3.5倍, 但仅排在2012年调入虚拟水量的第二名和调出虚拟水量的第四名。这说明2012年北京市的国内虚拟水贸易结构发生了显著变化。除此之外, 2007年净调入虚拟水量最多的部门1（FFA：农林牧渔产品和服务部门）在2012年转变为净调出, 且在所有部门中排名第二。而2007年净调出水量最多的部门29（WRT：批发与零售部门）在2012年净调出水量减少超过80%, 将更多的产品与相应的虚拟水资源留在了本地。

图3是北京市所有产业部门在国际贸易中的虚拟水进出口情况。2012年北京市从世界其他国家进口了235.0亿m³虚拟水, 是2007年的5.52倍, 与贸易量变动趋势一致（增长4.36倍）。出口虚拟水为36.2亿m³, 相对2007年变动不大。在42个部门中, 只有12个部门（FFA、EPN、SRM、MFT、MTE、MPM、CIN、PPC、MGP、MMI、MWC、MSP）的虚拟水贸易量比较显著（各部门净进出口水量均超过1亿m³）, 其余部门进出口水资源量相对较小。

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	图3 北京市2012年42部门国际虚拟水贸易Fig. 3 Virtual water transfer in international trade of Beijing in 2012

2012年北京市进口及净进口虚拟水最多的是部门1（FFA：农林牧渔产品和服务部门）, 该排名与2007年保持一致, 但其进口与净进口虚拟水量分别是2007年的6.3倍和7.7倍。可以看出, 2012年该部门与世界其他国家的虚拟水联系更为紧密。同时该部门2012年在国内虚拟水贸易调出量及净调出量中分列第一名和第二名, 这说明该部门进口的产品中有很大一部分没有供本地使用, 而是调往了其他省市, 这也主要是由北京市的转口贸易形式导致的, 北京市通过“ 进口再调出” 的方式满足了其他省市的需求。2007年与高新技术产品相关的部门19（MEM：电子机械和器材）是出口虚拟水最多的部门, 而2012年部门36（SRD：科学研究和技术服务）超越部门19成为出口虚拟水最多的部门。

2.3 虚拟水贸易效应与北京市水安全

为缓解北方用水压力, 国务院于2002年正式开始实施南水北调工程建设。2008-2012年, 南水北调先期建设完成的京石段工程从河北省向北京市调入了13.8亿m³的实体水资源^[32], 为缓解北京市的用水紧张及地下水不足问题作出了重要贡献。根据本文研究结果, 北京市仅2012年一年就净输入了103.6亿m³虚拟水。可以看出, 虚拟水为缓解北京市水资源短缺作出了更为显著的贡献。目前北京针对直接用水已出台较多政策, 如《北京市节约用水办法》和《关于北京市居民用水实行阶梯水价的通知》等, 通过制定各行业用水定额、对用水单位严格计量用水量及定期检查、对居民严格执行阶梯水价制度等来对行业和居民用水进行监管, 从而达到减少直接用水的目的。作为直接用水政策的补充, 北京市亟需从虚拟水角度提出相关政策, 即将虚拟水战略作为解决北京市水资源危机的一种新途径^[33], 为北京市水资源高效利用作出更大贡献。

如图4所示, 2012年北京市总水资源使用量为684.5亿m³, 是2007年（213.5亿m³）的3.21倍, 其中调入、调出、进口及出口水资源量分别是2007年的2.84倍、7.84倍、6.53倍和1.08倍。由此可见, 北京市与世界国家和中国其他省市的虚拟水联系变得更为紧密。从虚拟水流入来看, 2012年本地直接水资源开采使用量、从国内调入及国外进口的虚拟水量分别占北京市总水资源使用量的5.24%、60.42%和34.34%。2007年该比例分别为15.03%、68.11%和16.86%, 这说明北京市对进口水资源的依赖性有所加强。虚拟水流出方面, 在2012年与北京市相关的全部水资源中, 有约1/4被本地消费, 近3/4被调出到中国的其他省市地区, 仅有6%被出口到其他国家。而2007年北京使用的全部水资源中, 有超过1/2被本地消费、约30%被调出、17%被出口。由此可以看出, 北京市虚拟水的主要利用方式由2007年的本地消费转变为2012年的调出。

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	图4 北京市2007年及2012年虚拟水流入及流出（亿m³ ）Fig. 4 Virtual water inflows and outflows of Beijing in 2007 and 2012 (10⁸ m³)

综合而言, 2012年北京市虚拟水贸易情况与2007年相比发生显著转变：在国内贸易中由净调入转为净调出, 且2012年净调出量（92.3亿m³）为2007年净调入量（80.8亿m³）的1.14倍; 而在国际贸易中由净出口转为净进口, 且2012年的净进口量（195.9亿m³）为2007年净出口量（0.2亿m³）的837.20倍。相对于2007年将水资源消耗转移到中国其他省市、利用其他省市的水资源满足自己的消费需求, 北京市2012年利用进口的水资源满足了本地不断增长的消费需求, 从而减少了对本地稀缺水资源的过度开采。与此同时, 北京市还扮演了“ 中转商” 的角色, 将进口的水资源反哺输送到其他省市, 这一举动有助于节约国内其他省市水资源的使用。因此, 从国家整体角度出发, 北京市今后应当继续增加进口, 以达到利用世界其他国家的水资源来缓解国内水资源紧张局面的目的。

目前北京市净进口虚拟水较大（大于3亿m³）的产业有部门1（FFA：农林牧渔产品和服务）、部门3（EPN：石油和天然气开采产品）、部门14（SRM：金属冶炼和压延加工品）、部门6（MFT：食品和烟草）、部门4（MPM：金属矿采选产品）、部门12（CIN：化学产品）和部门10（PPC：石油、炼焦产品和核燃料）等。这些部门中, 部门1和部门6由于涉及粮食供应安全问题不应被过度鼓励增加进口。能源和矿产资源安全供应对于北京乃至我国经济的稳定发展同样至关重要, 因此在增加部门3、部门14、部门4和部门10的进口时应该坚持进口国和进口方式多元化的原则^[34], 防止受地缘政治风险等因素牵连出现供应危机。近年来中国对铁矿石、铜、铝等金属资源产品的对外依存度不断增加, 但国际市场矿产资源产品价格波动剧烈, 因此在进口时也可适当考虑利用期货期权产品, 在节约本地水资源的同时防范价格风险^[35]。部门12存在着国内产能过剩的情况^[36], 相关产品的大量进口容易加剧国内供需不平衡的状况, 因此应当有选择性地增大国内技术达不到、供给不足的部分相关产品的进口, 可用国内产品替代的则应选择从国内其他省市调入。除此之外, 北京市应适当增加部门28（CON：建筑）和部门18（MTE：交通运输设备）等世界强度较低且本地消费量较高的产品的进口, 这样能够实现用较少的水资源生产同样的产品的效果, 有利于全球范围内水资源的节约利用。

3 结论与讨论

水资源短缺已成为制约北京市可持续发展的重要瓶颈之一。北京市作为国际性大都市和我国的政治经济中心, 其密集的对外贸易行为造成了大量水资源的虚拟转移。因此对北京市社会经济中的水资源使用, 尤其是对对外贸易（包括调入调出贸易和进出口贸易）虚拟水资源的转移进行系统模拟, 对了解北京市水供应链现状及提出科学高效的节水政策有重要意义。本文基于多尺度投入产出分析法对2012年北京市虚拟水消费量和贸易量进行了研究, 在对比分析的基础上提出了相应的政策建议, 相关结论如下：

（1）从虚拟水消费角度来看, 北京市2012年基于消费的虚拟水用量（139.5亿m³）是基于生产的直接用水量（35.9亿m³）的3.89倍, 对比2007年虚拟水消费比直接用水增长快了将近一倍。在北京市本地最终消费中, 城镇居民消费引发了最多的水资源消耗, 其人均消费的虚拟水远超农村居民。与此同时, 2012年北京市城乡居民的人均虚拟水消费量较2007年增长约20%, 人民日益增长的生活水平造成了更多的水资源消耗。可以看出, 北京市的消费驱动了大量北京市以外地区的水资源使用, 由此也引发了大量的虚拟水转移。北京市目前已出台的水资源管理政策大多针对直接用水或实体水, 未来有必要加强对基于消费的虚拟水战略的关注。

（2）从虚拟水贸易角度来看, 北京市2012年从世界进口、向国内其他区域调入调出的虚拟水量分别是2007年的6.53、2.84倍和7.84倍, 出口虚拟水变动不大; 北京市与世界其他国家和中国其他省份的虚拟水联系更加紧密。就部门而言, 北京市目前调入虚拟水最多的是部门14（SRM：金属冶炼和压延加工品）, 进口及净进口虚拟水最多的是部门1（FFA：农林牧渔产品和服务部门）。由于北京市转口贸易现象的存在, 部门3（EPN：石油和天然气开采产品）和部门1（FFA：农林牧渔产品和服务部门）进口并调出了大量的虚拟水资源。

（3）2012年北京市虚拟水贸易情况与2007年相比发生了巨大转变：国内贸易由2007年的虚拟水净调入变为净调出（净调出量为净调入量的1.14倍）, 而国际贸易由2007年的虚拟水净出口变为净进口（净进口量为净出口量的837.20倍）。与此同时, 2012年北京市水资源总使用量是2007年的3.21倍, 其中有约1/4被本地消费, 近3/4被调出到中国的其他省市地区, 仅有6%被出口到其他国家。而2007年有超过1/2被本地消费、近30%被调出、17%被出口。可以看出, 2012年北京市一方面通过增加进口有效避免了本地水资源过度开采, 另一方面通过转口贸易的形式将进口水资源调出到中国其他省市, 为缓解国内水资源紧张局面作出了贡献。北京市今后应当优化贸易结构, 在综合考量国内能源矿产资源的供应安全和合理配置国内过剩产品的情况下, 以进口国和进口方式多元化为原则, 有策略性地增加石油、矿产资源和化工产品等的进口, 以节约国内水资源。同时北京市还应当增加建筑、交通运输设备等部门等本地水资源密集型产品的进口, 以在全球范围内更高效地利用水资源。

参考文献

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... 近年来北京市入境水量锐减,降水量连续处于枯水年,地下水被严重超采,可利用水资源总量大幅下降,造成严重的资源性缺水问题^[1] ...

1998

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... Allan^[2]在1993年正式提出虚拟水概念,定义为产品生产过程中消耗的水资源量 ...

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Water shortage and water pollution have become a restrictive factor of sustainable development in Beijing, and water resource utilization has aroused much attention. Water footprint study links the production and consumption to the use of water resources, and can reveal the comprehensive utilization of water resources. Based on the water footprint, this study assessed the water resource utilization of Beijing, and the results showed that: (1) In 2012, the water footprint in Beijing was 35.26 billion m 3 , and the per capita water footprint was 1704 m 3 , far beyond the total water volume of 3.59 billion m 3  and per capita consumption of 193.3 m 3  in the statistics. Thus, the water resources were under enormous pressure. (2) The virtual water consumption of urban and rural regions was different. Except the animal products, the rural residents’ virtual water consumption of food was relatively high, with 103.5 m 3  per year per capita, while urban per capita annual was 72.5 m 3 , lower than the dried and fresh fruits of 92.4 m 3 . (3) Animal products accounted for the largest proportion of the virtual water consumption, which illustrated the relatively high consumption of animal products of Beijing residents and the high virtualwater content of animal products per unit. For this reason, it may be appropriate to increase imported animal products to replace local animal products in the virtual water trade, reducing the consumption of water resources.

( 1 Institute of Geographic Science and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;  2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

水资源短缺、水质污染等已成为北京可持续发展的制约因素，水资源利用问题愈发受到关注。水足迹的研究将人们的生产、消费与水资源的消耗联系起来，全面真实地揭示水资源利用情况。本文基于水足迹理论评价了北京水资源利用情况，结果表明：（1）2012年，北京市水足迹为352.6亿m 3 ，人均水足迹为1704 m 3 ，远超统计数据中总供水量35.9亿m 3 和人均用水量193.3 m 3 ，水资源面临巨大压力。（2）北京市城镇和农村居民对虚拟水的消耗存在差异性，除动物产品外，农村居民对于粮食虚拟水的消耗相对较高，人均每年103.5 m 3 ，而城镇人均每年72.5 m 3 ，次于干鲜瓜果92.4 m 3 。（3）动物产品在虚拟水消耗中占据了最大的比重，说明了北京市居民对动物产品消耗量相对较高，也反映出动物产品单位产品虚拟水含量较高。为此，在虚拟水贸易中，可适当增加动物产品进口代替本地动物产品的养殖生产，降低水资源的消耗。

... 目前关于虚拟水的研究主要集中于消费结构对地区虚拟水消费的影响以及如何通过贸易方式实现地区水资源的合理配置^[3,4,5],方法主要分为自下而上的过程分析法和自上而下的投入产出法^[6,7,8] ...

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虚拟水是指在产品生产过程中消费的水资源量，其贸易和消费的研究是这一概念应用的两个主要方向。在现有研究基础上，总结出基于投入产出分析技术的虚拟水贸易及消费的计算模型，并同时提出水足迹的计算模型。利用2002年中国投入产出表计算了当年中国的直接消耗系数、完全消耗系数、最终消费的虚拟水量、水足迹以及虚拟水的进出口贸易量等指标。结果显示我国农业及电力热力、燃气和水的生产供应业是虚拟水直接系数和虚拟水含量最大的两个部门，其它部门的虚拟水含量均以间接系数为主，尤以轻工业的五个部门较大；农业最终需求相对较小而虚拟水消费相对较大，服务业则相反，而工业因为最终需求较大导致虚拟水消费较大；我国城镇居民的水足迹明显高于农村，总体人均水足迹约5倍于人均生活用水量；我国是一个虚拟水的净出口国，虚拟水的净出口主要集中在轻工业和服务业上。最后针对以上结果提出了一些建议。

2007

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2009

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2014

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2018

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... 自下而上的过程分析法主要通过追溯该产品整个生产供应链中的用水量之和来表征维持人类产品和服务消费所需要的真实水资源数量,其适用较小的空间尺度,通常需要详细的数据作支持,且计算较为复杂^[9] ...

... 投入产出方法能够避免过程分析方法的截断误差,被广泛地用于不同尺度宏观经济体的虚拟水核算研究中^{[11,12,13,14]},但其也存在时间精度相对较低等问题^[9] ...

1936

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... 从上至下的投入产出法最早由Leontief^[10]提出,通过将虚拟水流与经济流相关联,其能够计算得到隐含在社会经济最终消费中的所有直接与间接的水资源使用总和 ...

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... SRIO忽略了调入产品中的虚拟水^[15]或者假设调入产品虚拟水强度与本地产品强度相同^[16],因此无法准确计算贸易隐含的虚拟水转移量 ...

2016

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... SRIO忽略了调入产品中的虚拟水^[15]或者假设调入产品虚拟水强度与本地产品强度相同^[16],因此无法准确计算贸易隐含的虚拟水转移量 ...

2015

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... MRIO对不同经济体生产的同类产品和服务的不同虚拟水含量做出了区分,但开展MRIO研究需要大量的基础数据,目前省市层面的研究仍然存在数据不足、不准确等问题^{[17,18,19,20]} ...

2017

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... Shao等^[18]提出了水资源的MSIO模型,目前已有相关应用^[22,23] ...

... Shao等^[18]对2007年北京市虚拟水消费及贸易的研究发现,北京市本地最终消费的虚拟水资源中仅有15%来源于本地,85%来源于国内和世界进口的产品 ...

... 1 多尺度投入产出分析模型根据虚拟水多尺度投入产出分析模型^[18],本研究将北京市视为本地尺度,将中国除北京市的其他省市划分为中国尺度,世界除中国的其他国家划分为世界尺度 ...

... ^F）,本文引用了Shao等^[18]和Han等^[24]论文中2012年中国和世界（除中国）26部门虚拟水强度数据库中的结果,并将其与北京的42个部门进行了匹配（表2） ...

... 本文用于对比的北京市2007年数据均来源于Shao等^[18]）增长11 ...

2016

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2016

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2011

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... 结合以上两种方法的多尺度投入产出方法（multi-scale input-output analysis,MSIO）最早由Chen等^[21]提出,旨在基于世界经济和国家经济产品虚拟水强度数据库对区域经济进口和调入产品的虚拟水含量进行核算 ...

2015

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... Shao等^[18]提出了水资源的MSIO模型,目前已有相关应用^[22,23] ...

2017

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... Shao等^[18]提出了水资源的MSIO模型,目前已有相关应用^[22,23] ...

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... 未来北京需进一步深挖潜力,努力提高实体水资源的利用效率^[25] ...

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(Beijing Vocational College of Agriculture,Beijing102442,China)

结合目前北京农业使用微灌技术情况，分析了大田作物、设施农业、再生水利用采用微灌技术节水的潜力，对缓解水资源紧缺现状，实现北京水资源合理配置具有现实意义。

... 大田作物、设施农业、再生水利用对北京农业节水的潜力巨大^[26] ...

2015

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... 近期,北京针对性地发布了《中共北京市委北京市人民政府关于调结构转方式发展高效节水农业的意见》,将大力推进农业节水,促进北京现代农业发展^[27] ...

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... 北京市电力行业属于火力发电,通过发展高效冷却水技术,并努力提高电厂工业水系统的用水效率,该部门的直接用水量未来有望减少^[28] ...

2015

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... 净调入虚拟水量最高的是部门10（PPM：造纸印刷和文教体育用品）,该部门由于生产过程耗水高且污染大,自2008年起出现产业制造环节转移及从业人员下降、产值下降的现象^[29] ...

2009

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... 根据学者金燕等^[30]的研究,北京市每年约有3/5的进口商品是为了向其他地区调出而进口 ...

2011

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... 部门3的主体为注册地在北京的国有企业,受属地统计原则及总部经济的限制^[31],该部门进口产品记于北京市的名下,而实际上可能是其他省市在使用 ...

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... 8亿m³的实体水资源^[32],为缓解北京市的用水紧张及地下水不足问题作出了重要贡献 ...

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, CHEN

. Virtual water analysis for Beijing based on input-output model. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(6): 1930-1940. ]

Urban water consumption has increased along with growing urbanization and the rapid development of industry and agriculture. Water resources shortage has been a strict constraint for sustainable urban development. Accounting for the water embodied in trade or final demand can provide a new perspective for urban water consumption. In this paper, we proposed an urban virtual water accounting framework to calculate the water use coefficient, virtual water consumption and virtual water trade volume based on input-output (IO) analysis. We used the IO table of Beijing in 2012 and sectoral water consumption to study the sectoral virtual water consumption and virtual water flows among sectors. The results show that Beijing is a net importer of virtual water, importing 6.77×10 9 m 3 , equal to 82% of the total virtual water in 2012 (8.25×10 9 m 3 ). Agriculture (Ag) and manufacturing (Ma) are the main import sectors. The export structure of Beijing needs to be adjusted due to its huge virtual water exports, which accounted for 79.9% of the final demand, whilst 85.04% virtual water consumption was used for final demand, and, agricultural products create only 1% economic benefits with 6.7% virtual water consumption. These results indicate that Beijing benefits little from the large amount of virtual water exports, and the exports of virtual water-intensified products should be reduced. The main outflow-inflow pairs, including Ag-Ma, Ag-Se and Ma-Co, could be critical pathways for the reduction of indirect urban water consumption.

城市化进程的加快与工农业的迅速发展使城市水消耗量日趋增加。水资源短缺不仅会造成居民生活质量下降，还会制约社会经济的可持续发展。从贸易和消费的角度核算虚拟水可为研究城市水资源管理提供新的视角。通过投入产出分析了构建了城市系统虚拟水核算模型，利用虚拟水直接和完全用水系数、虚拟水消费量等指标分析城市虚拟水消耗和虚拟水进出口特征。以北京市为例，利用2012年北京市投入产出表和部门的水资源消耗数据核算不同部门的用水系数、最终消费虚拟水量、虚拟水进出口贸易量及部门间虚拟水流转量。结果表明：北京市为虚拟水净进口城市，净进口虚拟水量6.77×10 9 m 3 ，相当于北京市虚拟水用水总量（8.25×10 9 m 3 ）的82%，农业和制造业为主要虚拟水进口部门；北京市虚拟水出口结构存在不合理之处，经济投入产出表中各部门出口总额占最终消费的79.9%，但出口产品消耗的虚拟水占了最终消费隐含虚拟水的85.04%，其中农产品消耗6.7%虚拟水但经济收益仅占1%，说明北京市出口以较大的虚拟水消耗量换取了较少的经济收益，需要减少虚拟水含量较大但经济价值不高的产品出口（如农产品）；识别出的主要虚拟水流出-流入关系部门包括农业-制造业，农业-服务业和制造业-建筑业等部门的关联关系，可成为减少间接水消耗的关键路径。

... 作为直接用水政策的补充,北京市亟需从虚拟水角度提出相关政策,即将虚拟水战略作为解决北京市水资源危机的一种新途径^[33],为北京市水资源高效利用作出更大贡献 ...

2019

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... 能源和矿产资源安全供应对于北京乃至我国经济的稳定发展同样至关重要,因此在增加部门3、部门14、部门4和部门10的进口时应该坚持进口国和进口方式多元化的原则^[34],防止受地缘政治风险等因素牵连出现供应危机 ...

2016

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... 近年来中国对铁矿石、铜、铝等金属资源产品的对外依存度不断增加,但国际市场矿产资源产品价格波动剧烈,因此在进口时也可适当考虑利用期货期权产品,在节约本地水资源的同时防范价格风险^[35] ...

2015

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... 部门12存在着国内产能过剩的情况^[36],相关产品的大量进口容易加剧国内供需不平衡的状况,因此应当有选择性地增大国内技术达不到、供给不足的部分相关产品的进口,可用国内产品替代的则应选择从国内其他省市调入 ...