王艷陽(yáng)，王會(huì)肖,*，張 昕

(1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院 水沙科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100875；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院,北京 100083)

水足跡指在一定的物質(zhì)生活標(biāo)準(zhǔn)下，生產(chǎn)一定人群(個(gè)體、城市或國(guó)家)消費(fèi)的產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量。這部分水資源數(shù)量既包括日常生活實(shí)體用水、工農(nóng)業(yè)商品(服務(wù))中的虛擬水和市政用水，同時(shí)也包括處理人類(lèi)生活生產(chǎn)活動(dòng)排放的污水廢水所需要的水資源量。水足跡的概念實(shí)際上將實(shí)體水消費(fèi)與虛擬水消費(fèi)結(jié)合起來(lái)，將對(duì)“藍(lán)水”(地表水及地下水)和“綠水”[2](降水中未形成地表水、地下水蘊(yùn)藏在土壤等的水分)的消耗結(jié)合起來(lái)，將水量和水質(zhì)的變化結(jié)合起來(lái)，從更加廣闊的角度展現(xiàn)了人們消費(fèi)對(duì)水資源造成的影響。

水足跡是2002年由A.Y.Hoekstra提出的。Hoekstra 和 Hung[3]于2002年初步估算了國(guó)家層面的水足跡，Hoekstra 和 Chapagain6[4]于2007—2008年更加系統(tǒng)地估算了國(guó)家層面的水足跡。A.Y.Hoekstra等集中多年研究成果，編寫(xiě)了《水足跡分析手冊(cè)》[5]，成為全面總結(jié)水足跡分析的著作，為水足跡的研究提供了樣本。我國(guó)的水足跡研究起步相對(duì)較早，龍愛(ài)華等[6]于2003年對(duì)我國(guó)西北4省區(qū)的2000年進(jìn)行了水足跡的研究，王愛(ài)華等[7]于2005年對(duì)我國(guó)的水足跡進(jìn)行了初步的研究。中國(guó)投入產(chǎn)出學(xué)會(huì)課題組[8]以2002年投入產(chǎn)出表為基礎(chǔ)進(jìn)行了國(guó)民經(jīng)濟(jì)各生產(chǎn)部門(mén)水資源消耗的投入產(chǎn)出分析，研究了我國(guó)各生產(chǎn)部門(mén)實(shí)際水資源的消耗量，成為我國(guó)水資源投入產(chǎn)出分析研究中最具權(quán)威性的成果。此后，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)始在水足跡和虛擬水的研究中廣泛采用投入產(chǎn)出法，趙旭等[9]采用投入產(chǎn)出法分析了我國(guó)的虛擬水貿(mào)易情況，王艷陽(yáng)等[10]分析了北京市的水足跡狀況，廖明球[11]等針對(duì)投入產(chǎn)出表在資源環(huán)境的應(yīng)用，提出了經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境投入產(chǎn)出模型，推進(jìn)了投入產(chǎn)出模型在水資源領(lǐng)域的應(yīng)用。許健等[11]研究了直接消耗系數(shù)、間接消耗系數(shù)和完全消耗系數(shù)的理論和應(yīng)用方法，解決了投入產(chǎn)出法在虛擬水計(jì)算的應(yīng)用中最為關(guān)鍵的問(wèn)題。另外，有學(xué)者開(kāi)始在其他問(wèn)題的研究中采用水足跡方法，例如戚瑞等[13]提出了若干水足跡評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將水足跡方法應(yīng)用于水資源評(píng)價(jià)，孫克[14]等在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中采用了水足跡指標(biāo)。

當(dāng)前水足跡的研究重點(diǎn)依然是方法體系的問(wèn)題。在一些研究中沒(méi)有區(qū)分用水量和耗水量，如周嬌等[15]在虛擬水的計(jì)算中直接采用新鮮水用量而非消耗量。其次，對(duì)基于投入產(chǎn)出表的灰水足跡計(jì)算還沒(méi)有系統(tǒng)的研究。另外，水足跡宏觀分析指標(biāo)有待于完善。目前的宏觀分析中，常采用水足跡自給率，主要針對(duì)存在外部水足跡的地區(qū)使用，而無(wú)法反映水足跡流出量大地區(qū)的狀況。

本文采用基于投入產(chǎn)出表的水足跡計(jì)算方法，估算了1997—2007年中國(guó)水足跡狀況；對(duì)原有藍(lán)水足跡計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)；提出了基于投入產(chǎn)出表的灰水足跡計(jì)算方法；對(duì)水足跡宏觀評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 用水量、耗水量與排水量

用水量指用水戶(hù)對(duì)新鮮水的取用量。耗水量指在生產(chǎn)生活過(guò)程中通過(guò)蒸騰、指在輸水、用水過(guò)程中，通過(guò)蒸騰蒸發(fā)、土壤吸收、產(chǎn)品帶走、居民和牲畜飲用等各種形式消耗掉而不能回歸到地表水體或地下含水層的水量[16]。在水足跡的概念中，強(qiáng)調(diào)采用的水量數(shù)據(jù)應(yīng)該除去在用水過(guò)程中回到地表水源或地下水源的部分[5]，因此，應(yīng)采用耗水量數(shù)據(jù)，而非用水量數(shù)據(jù)。用水量、耗水量與排水量的關(guān)系為[17]：

Vf,j=Vco,j+Vd,j

(1)

式中，Vf,j為j行業(yè)用水量；Vco,j為j行業(yè)耗水量，Vd,j為j行業(yè)排水量。

農(nóng)業(yè)耗水量，由中國(guó)水資源公報(bào)提供的農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)業(yè)耗水率確定；第二產(chǎn)業(yè)耗水量由中國(guó)環(huán)境年鑒提供的行業(yè)用水量和排水量確定；生活耗水量及第三產(chǎn)業(yè)耗水量由中國(guó)水資源公報(bào)提供的生活用水量、公共用水量、家庭人均用水量和相應(yīng)耗水率確定。在總水量的平衡方面，依據(jù)中國(guó)水資源公報(bào)提供的數(shù)據(jù)對(duì)各行業(yè)耗水量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

1.2 用水投入產(chǎn)出表

圖1 用水投入產(chǎn)出表結(jié)構(gòu)圖

依據(jù)中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒公布的1997年、2000年、2002年、2005年、2007年5張17部門(mén)經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出表，并考慮環(huán)境年鑒行業(yè)用水排水?dāng)?shù)據(jù)的情況，編制16部門(mén)中國(guó)用水投入產(chǎn)出表。投入產(chǎn)出表結(jié)構(gòu)如圖1。

1.3 耗水系數(shù)與排水系數(shù)

許健等[11]提出了直接用水系數(shù)、完全用水系數(shù)的概念，本研究參照直接用水系數(shù)、完全用水系數(shù)的概念，提出行業(yè)直接耗水系數(shù)、完全耗水系數(shù)、直接排水系數(shù)和完全排水系數(shù)。

行業(yè)直接耗水系數(shù)指生產(chǎn)一單位產(chǎn)品的過(guò)程中所消耗掉自然形態(tài)的水資源量[11]，計(jì)算公式為：

fco,j=Vco,j/Xj

(2)

式中，fco,j為j行業(yè)直接耗水系數(shù)(m3/萬(wàn)元)；Vco,j為j行業(yè)耗水量(m3)；Xj為j行業(yè)總產(chǎn)出(萬(wàn)元)。

直接排水系數(shù)指生產(chǎn)一單位產(chǎn)品過(guò)程中直接排出的污廢水量，計(jì)算公式為：

fd,j=Vd,j/Xj

(3)

式中，fd,j為j行業(yè)直接耗水系數(shù)(m3/萬(wàn)元)；Vd,j為j行業(yè)排水量(m3)；Xj為j行業(yè)總產(chǎn)出(萬(wàn)元)。

一個(gè)行業(yè)的完全用水系數(shù)指該行業(yè)增產(chǎn)一單位產(chǎn)品所需整個(gè)經(jīng)濟(jì)體系總耗水量的增加量[11]，計(jì)算公式為：

rco=fco×B

(4)

式中，rco為全行業(yè)完全耗水系數(shù)行向量；fco為全行業(yè)直接耗水系數(shù)行向量；B為完全需求矩陣。

一個(gè)行業(yè)完全排水系數(shù)指該行業(yè)增產(chǎn)一單位產(chǎn)品所需整個(gè)經(jīng)濟(jì)體系總排水量的增加量，計(jì)算公式為：

rd=fd×B

(5)

式中，rd為全行業(yè)完全排水系數(shù)行向量；fd為全行業(yè)直接排水系數(shù)行向量；B為完全需求矩陣。

1.4 藍(lán)水足跡與灰水足跡

水足跡包括綠水足跡、藍(lán)水足跡和灰水足跡3部分，綠水足跡、藍(lán)水足跡分別指在水資源利用中由于對(duì)綠水和藍(lán)水的消耗產(chǎn)生的水足跡，灰水足跡指由于污廢水排放產(chǎn)生的水足跡。綠水足跡、藍(lán)水足跡與水資源量的變化相關(guān)，灰水足跡同水資源質(zhì)的變化相關(guān)。

本研究基于各行業(yè)的取水和排水?dāng)?shù)據(jù)，重點(diǎn)研究藍(lán)水足跡和灰水足跡，綠水足跡不在本研究的范圍內(nèi)。

藍(lán)水足跡包括實(shí)體水消費(fèi)和虛擬水消費(fèi)兩部分，實(shí)體水消費(fèi)指居民家庭耗水量，虛擬水消費(fèi)指居民消費(fèi)和政府消費(fèi)間接造成的耗水量。

居民家庭耗水量通過(guò)家庭居民用水量和生活用水耗水系數(shù)確定，依據(jù)《中國(guó)水資源公報(bào)》提供的相應(yīng)年份數(shù)據(jù)計(jì)算得到。

虛擬水消費(fèi)額計(jì)算公式[19]為：

VWCj=rco,j×Pj

(6)

式中，VWCj為j產(chǎn)品消費(fèi)的虛擬水量(m3)；rco,j為j產(chǎn)品完全耗水系數(shù)(m3/萬(wàn)元)；Pj為j產(chǎn)品的消費(fèi)額(萬(wàn)元)。

灰水足跡的計(jì)算，一方面要考慮污廢水排放量及污染物濃度，另一方面要考慮水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以及背景污染物含量。本研究中，取COD作為特征污染物，分析灰水足跡狀況。灰水足跡計(jì)算公式[5]為：

(7)

式中，WFgrey為灰水足跡(m3)；L為污染負(fù)荷(mg)；cmax為最大允許污染物濃度(mg/L)；cnat為自然條件下水體背景污染物濃度(mg/L)。

污染負(fù)荷的計(jì)算，分為兩種情況，一是居民生活直接排放污廢水造成的污染負(fù)荷，計(jì)算公式如下：

Ld=1000WWd×cw,d

(8)

式中，Ld為居民生活直接排放污廢水造成的污染負(fù)荷；WWd為生活污廢水排放量(m3)；cw,d為居民生活直接排放污廢水的特征污染物濃度(mg/L)，由環(huán)境年鑒提供的統(tǒng)計(jì)值確定。

另外一種情況是有商品(服務(wù))消費(fèi)造成的污染負(fù)荷，按照虛擬排水量進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

Lj=1000VWWj×cw,j

(9)

式中，VWWj為j行業(yè)虛擬排水量(m3)；cw,j為j行業(yè)特征污染物排放濃度(mg/L)，本研究為COD，工業(yè)產(chǎn)品由中國(guó)環(huán)境年鑒提供的統(tǒng)計(jì)值確定，農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和第三產(chǎn)業(yè)以生活特征污染物排放濃度為參照確定。

WFgrey,j=kj×VWWj

(10)

虛擬排水量計(jì)算同虛擬水計(jì)算方法類(lèi)似，計(jì)算公式如下：

VWWj=rd,j×Pj

(11)

式中，rd,j為j行業(yè)完全排水系數(shù)(m3/萬(wàn)元)。

cmax的取值依據(jù)《中國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)確定，本研究分別按照Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)確定cmax的取值，對(duì)于COD分別為20mg/L，30mg/L，40mg/L。在自然狀況下，污染物含量很低，因此cnat=0。

1.5 外部水足跡與額外水足跡負(fù)重

伴隨區(qū)域間的商品(服務(wù))貿(mào)易，會(huì)產(chǎn)生虛擬水和虛擬排水量在區(qū)域間的流動(dòng)，對(duì)于區(qū)域，虛擬水的凈流入計(jì)算公式[19]為：

VWIj=rco,j×Pj,net,imp

(12)

式中，VWIj為j行業(yè)虛擬水凈流入量；Pj,net,imp為j行業(yè)商品(服務(wù))凈進(jìn)口量(萬(wàn)元)。

同理，虛擬排水量的凈流入計(jì)算公式為：

VWWIj=rd,j×Pj,net,imp

(13)

式中，VWWIj為j行業(yè)虛擬排水量?jī)袅魅肓?；Pj,net,imp為j行業(yè)商品(服務(wù))凈進(jìn)口量(萬(wàn)元)。

虛擬水凈流入量與虛擬排水量?jī)袅魅胫捣从乘Y源壓力的轉(zhuǎn)移狀況，如果虛擬水(虛擬排水量)凈流入量為正值，說(shuō)明本地區(qū)通過(guò)貿(mào)易方式，將水資源壓力轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)；虛擬水(虛擬排水量)凈流入量為負(fù)值，說(shuō)明本地區(qū)通過(guò)貿(mào)易方式，承載了其他地區(qū)的水資源壓力。

如果虛擬水(虛擬排水量)凈流入量為正，則定義該值為本地區(qū)的外部水足跡[20]。外部水足跡由外部藍(lán)水足跡和外部灰水足跡構(gòu)成，其中，外部藍(lán)水足跡計(jì)算公式如下：

(14)

外部灰水足跡計(jì)算公式如下：

(15)

如果虛擬水(虛擬排水量)凈流入量為負(fù)，則定義該值的相反數(shù)為本地區(qū)的額外水足跡負(fù)重。額外水足跡負(fù)重由額外藍(lán)水足跡負(fù)重和額外灰水足跡構(gòu)成， 其中，額外藍(lán)水足跡負(fù)重計(jì)算公式如下：

(16)

額外灰水足跡負(fù)重計(jì)算公式如下：

(17)

在外部水足跡和額外水足跡負(fù)重概念的基礎(chǔ)上，定義區(qū)域水足跡的兩個(gè)指標(biāo)，即水資源自給率和額外水足跡負(fù)重系數(shù)。水資源自給率[21](WSS)反映區(qū)域的水資源自給情況，如果等于1，說(shuō)明實(shí)現(xiàn)完全自給，值越小說(shuō)明越依賴(lài)外部水資源，計(jì)算公式[21]如下：

(18)

式中，WF為區(qū)域總水足跡，由藍(lán)水足跡和灰水足跡構(gòu)成。

額外水足跡負(fù)重系數(shù)(WEE)反映區(qū)域承載其他地區(qū)水資源壓力的程度，如果等于零，說(shuō)明沒(méi)有承載其他地區(qū)水資源壓力，數(shù)值越大說(shuō)明承載其他地區(qū)水資源壓力的程度越大，計(jì)算公式如下：

(19)

2 中國(guó)水足跡狀況

2.1 中國(guó)水足跡構(gòu)成

圖2 中國(guó)年水足跡變化

1997年至2007年，中國(guó)年均總水足跡為2.83萬(wàn)億m3，其中藍(lán)水足跡為2183億m3，灰水足跡為2.62萬(wàn)億m3(以三類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)核算)。在總水足跡中，灰水足跡占據(jù)主導(dǎo)地位，灰水足跡所占比例達(dá)到了90％以上，1997—2007年，灰水足跡所占比例最大時(shí)達(dá)到了94％，最小年份也有89％?？偹阚E呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，年均下降率大約為17％；藍(lán)水足跡變化不明顯，而灰水足跡下降較多，年均下降率達(dá)到18％。年總水足跡及其構(gòu)成的變化如圖2。

1997—2007年，全國(guó)人均水足跡年均值為2220m3，其中人均藍(lán)水足跡年均值為170m3，灰水足跡人均值為2050m3。農(nóng)村居民人均水足跡為1730m3，城鎮(zhèn)居民人均水足跡為2730m3。城鎮(zhèn)居民人均水足跡值達(dá)到了農(nóng)村居民人均水足跡的1.5倍。

2.2 藍(lán)水足跡消費(fèi)結(jié)構(gòu)

圖3 藍(lán)水足跡年際變化

1997年至2007年，由居民直接消耗實(shí)體水而產(chǎn)生的藍(lán)水足跡年均值為280億m3，由虛擬水產(chǎn)生的藍(lán)水足跡年均值為1904億m3，顯然，虛擬水量在藍(lán)水足跡中占據(jù)很大比例，而實(shí)體水消耗占據(jù)的比例幾乎可以忽略。由此可見(jiàn)，居民對(duì)商品和服務(wù)的消費(fèi)是藍(lán)水足跡消費(fèi)的最主要方式。圖3表示1997年至2007年藍(lán)水足跡年際變化情況，可以看出，虛擬水消費(fèi)總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但是下降程度并不明顯。實(shí)體水消費(fèi)量比較穩(wěn)定。

表1為1997年至2007年各行業(yè)虛擬水消費(fèi)狀況。農(nóng)業(yè)行業(yè)產(chǎn)品的虛擬水消費(fèi)量很大，均值達(dá)到1060億m3，占總虛擬水消費(fèi)總量的56％；其次是食品、飲料制造及煙草制品業(yè))，達(dá)到了287.61億m3，占虛擬水消費(fèi)總量的15％。而采礦業(yè)和建筑業(yè)的虛擬水消費(fèi)量很小，分別僅有0.70億m3和1.44億m3，所占比例均不足0.1％。各行業(yè)的虛擬水消費(fèi)量既有增長(zhǎng)的行業(yè)，也有下降的行業(yè)，其中年增長(zhǎng)最快的行業(yè)是運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)郵政、信息傳輸、計(jì)算機(jī)服務(wù)和軟件業(yè)其增長(zhǎng)率為53％；其次是其他服務(wù)業(yè)，其增長(zhǎng)率為36％。而年下降最快的行業(yè)是非金屬礦物制品業(yè)，其下降率為36％；其次是農(nóng)業(yè)，其下降率為17％。變化不大的行業(yè)是房地產(chǎn)業(yè)、租賃和商務(wù)服務(wù)業(yè)，金屬產(chǎn)品制造業(yè)，采礦業(yè)。

在農(nóng)村居民消費(fèi)中，農(nóng)業(yè)的虛擬水消費(fèi)較大，達(dá)到574.77億m3，占73％；其次是食品、飲料制造及煙草制品業(yè)，達(dá)到了106.44億m3，占14％。建筑業(yè)、采礦業(yè)的虛擬水消費(fèi)較小，所占比例不足0.1％在16個(gè)行業(yè)中，其他服務(wù)業(yè)(16)年均增長(zhǎng)率最大，達(dá)到了38％；其次是運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)郵政、信息傳輸、計(jì)算機(jī)服務(wù)和軟件業(yè)，達(dá)到了22％。非金屬礦物制品業(yè)年均下降率最大，達(dá)到了43％，其次是金屬產(chǎn)品制造業(yè)、農(nóng)業(yè)，達(dá)到了25％。機(jī)設(shè)備制造業(yè)、金融業(yè)等行業(yè)變化不大。

在城鎮(zhèn)居民消費(fèi)中，農(nóng)業(yè)虛擬水消費(fèi)最大，達(dá)到了474.43億m3，占50％；其次是食品、飲料制造及煙草制品業(yè)，達(dá)到了181.17億m3，占19％。采礦業(yè)的虛擬水消費(fèi)最小，僅為0.41 億m3，占0.1％；其次為建筑業(yè)，僅為1.44億m3，占0.2％。在16個(gè)行業(yè)中，12個(gè)行業(yè)處于增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，其他服務(wù)業(yè)年均增長(zhǎng)率最大，達(dá)到了63％；其次是運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)郵政、信息傳輸、計(jì)算機(jī)服務(wù)和軟件業(yè)，達(dá)到了54％。非金屬礦物制品業(yè)年均下降率最大，達(dá)到了34％，其次是農(nóng)業(yè)，達(dá)到了9％。采礦業(yè)等行業(yè)變化不大。

在政府消費(fèi)中，虛擬水消費(fèi)集中在其他服務(wù)業(yè)，年均達(dá)到了153億m3，占90％。其他行業(yè)所占比例很小，甚至為零。

表1 各行業(yè)虛擬水消費(fèi)狀況

(01):Agriculture;(02):Mining;(03):Manufacture of foods and tobacco;(04):Manufacture of textile， footwear,caps,leather,fur,feather (down) and its products ;(05):Manufacture of other products;(06):Processing of petroleum,coking,processing of nuclear fuel &Production and supply of electric power and heat power ;(07):Chemical industry;(08):Manufacture of nonmetallic mineral products;(09):Manufacture of metal products;(10):Manufacture of machinery and equipment;(11):Construction;(12):Traffic,transport and storage,post,information transmission,computer services and software;(13):Wholesale,retail trades,hotels and catering services;(14):Real estate &leasing and business services;(15):Financial intermediation;(16):other services

虛擬水的消費(fèi)量受兩個(gè)因素影響，即完全耗水系數(shù)和消費(fèi)總額。消費(fèi)總額反映商品(服務(wù))消費(fèi)結(jié)構(gòu)；而完全耗水系數(shù)與行業(yè)直接耗水及產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)，反映技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)水足跡的影響。從1997年至2007年各行業(yè)完全耗水系數(shù)分析，農(nóng)業(yè)完全耗水系數(shù)最大，其次是食品、飲料制造及煙草制品業(yè)。1997—2007年各行業(yè)的完全耗水系數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中年均下降率最大的行業(yè)是非金屬礦物制品業(yè)，房地產(chǎn)業(yè)、租賃和商務(wù)服務(wù)業(yè)，達(dá)到了20％。而機(jī)械設(shè)備制造業(yè)，運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)郵政、信息傳輸、計(jì)算機(jī)服務(wù)和軟件業(yè)完全耗水系數(shù)變化很小。

圖4 2005年耗水系數(shù)情況

各行業(yè)直接耗水系數(shù)占完全耗水系數(shù)的比例并不相同，圖4表示了2005年各行耗水系數(shù)狀況。從圖中可以看出，農(nóng)業(yè)的直接耗水系數(shù)所占比例最大，達(dá)到了77％，其次是煉焦、燃?xì)狻⑹褂眉庸I(yè)及電力、熱力及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，達(dá)到了65％。而機(jī)械設(shè)備制造業(yè)的間接耗水系數(shù)所占比例最大，達(dá)到了99％，其次是建筑業(yè)，達(dá)到了97％。從計(jì)算結(jié)果可以看出，間接耗水系數(shù)占完全耗水系數(shù)的比例超過(guò)50％的行業(yè)數(shù)達(dá)到了14個(gè)，占總行業(yè)數(shù)目的87.5％；，間接耗水系數(shù)占完全耗水系數(shù)的比例超過(guò)90％的行業(yè)數(shù)達(dá)到了9個(gè)，占總行業(yè)數(shù)目的64％。可見(jiàn)，多數(shù)商品(服務(wù))中蘊(yùn)含的虛擬水主要來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程中的虛擬水投入，即原材料中蘊(yùn)含的虛擬水，而非新鮮水投入。表明，產(chǎn)業(yè)鏈的累積效應(yīng)對(duì)藍(lán)水足跡的影響很大。

2.3 灰水足跡消費(fèi)結(jié)構(gòu)

1997年至2007年，由居民直接排放污廢水而產(chǎn)生的灰水足跡年均值為0.32萬(wàn)億m3(按照Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)核算)，由虛擬排水產(chǎn)生的灰水足跡年均值為2.3萬(wàn)億m3。顯然，虛擬排水量在灰水足跡中占據(jù)很大比例，而實(shí)體直接排放污廢水占據(jù)的比例幾乎可以忽略。由此可見(jiàn)，居民對(duì)商品和服務(wù)的消費(fèi)是灰水足跡消費(fèi)的最主要方式?；宜阚E總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，年下降率為25％。間接灰水足跡總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，年均下降率為30％，直接灰水足跡量總體上比較穩(wěn)定。

從各行業(yè)虛擬排水量狀況分析，農(nóng)業(yè)的年均虛擬排水量很大，達(dá)到650 億m3，占總虛擬水排水量的46％；其次是其他服務(wù)業(yè)，達(dá)到了205億m3，占15％；食品、飲料制造及煙草制品業(yè)達(dá)到了199億m3，占14％。建筑業(yè)、采礦業(yè)的虛擬排水量很小，所占比例不足0.1％。各行業(yè)的虛擬排水量總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，非金屬礦物制品業(yè)下降最快，年均下降率達(dá)到了57％；其次是采礦業(yè)，年均下降率達(dá)到39％。年均增長(zhǎng)最快的行業(yè)是運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)郵政、信息傳輸、計(jì)算機(jī)服務(wù)和軟件業(yè)，其增長(zhǎng)率為10％；其次是批發(fā)零售貿(mào)易、住宿和餐飲業(yè)，增長(zhǎng)率為8％。變化不大的行業(yè)是食品、飲料制造及煙草制品業(yè)。

在農(nóng)村居民消費(fèi)中，農(nóng)業(yè)的虛擬排水量最大，年均值達(dá)到351.80億m3，占總量的65％；其次是食品、飲料制造及煙草制品業(yè)，達(dá)到了75億m3，占14％。建筑業(yè)、采礦業(yè)的虛擬排水量較小，所占比例不足0.1％。在城鎮(zhèn)居民消費(fèi)中，農(nóng)業(yè)的虛擬排水量最大，達(dá)到290億m3，占42％；其次是食品、飲料制造及煙草制品業(yè)，達(dá)到了124億m3，占18％。建筑業(yè)、采礦業(yè)的虛擬排水量較小，所占比例不足0.1％。在政府消費(fèi)中，虛擬排水量集中在其他服務(wù)業(yè)，年均達(dá)到了149.14億m3，占93％。其他行業(yè)所占比例很小，甚至為零。

圖5 2005年各行業(yè)排水系數(shù)

虛擬排水量受3個(gè)因素影響，即灰水足跡折算系數(shù)、完全排水系數(shù)和消費(fèi)總額。消費(fèi)總額反映商品(服務(wù))消費(fèi)結(jié)構(gòu)；而完全排水系數(shù)與行業(yè)直接排水及產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)，反映技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)灰水足跡的影響；灰水足跡折算系數(shù)與污染物的濃度、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及污染物背景濃度相關(guān)，反映商品(服務(wù))生產(chǎn)工藝、環(huán)境品質(zhì)要求及現(xiàn)狀對(duì)灰水足跡的影響。圖6表示了2005年排水系數(shù)情況。各行業(yè)直接排水系數(shù)占完全排水系數(shù)的比例并不相同，農(nóng)業(yè)的直接排水系數(shù)所占比例最大，達(dá)到了76％；其次是煉焦、燃?xì)?、使用加工業(yè)及電力、熱力及水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，達(dá)到了67％。而機(jī)械設(shè)備制造業(yè)的間接排水系數(shù)所占比例最大，達(dá)到了99％；其次是建筑業(yè)，達(dá)到了97％。從計(jì)算結(jié)果可以看出，間接排水系數(shù)占完全排水系數(shù)的比例超過(guò)50％的行業(yè)數(shù)達(dá)到了14個(gè)，占總行業(yè)數(shù)目的87.5％；，間接排水系數(shù)占完全排水系數(shù)的比例超過(guò)90％的行業(yè)數(shù)達(dá)到了7個(gè)，占總行業(yè)數(shù)目的44％。可見(jiàn)，多數(shù)商品(服務(wù))中蘊(yùn)含的虛擬排水量主要來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程中的虛擬排水量累積，即原材料中蘊(yùn)含的虛擬排水量，而非直接污廢水排放量。表明，產(chǎn)業(yè)鏈的累積效應(yīng)對(duì)灰水足跡的影響很大。

表2給出不同年份在不同水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求下的灰水足跡折算系數(shù)，顯然水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)越低折算系數(shù)越小。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)越低意味著單位水體內(nèi)允許容納的污染物量越大，因此對(duì)于同樣的污染負(fù)荷所需要的稀釋水量越小，即灰水足跡越小。表3給出了不同年份在不同水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下的灰水足跡以作對(duì)比，但是本文在對(duì)水足跡進(jìn)行分析時(shí)，采用按照Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)核算的結(jié)果。

表2 不同年份不同水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下灰水足跡折算系數(shù)

表3 不同年份不同水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下灰水足跡(億m3)

3.4 外部水足跡與額外水足跡負(fù)重狀況

1997年至2007年，年均虛擬水凈流出量為360億m3，年均虛擬排水量流出量為460億m3。圖6，7表示了年外部水足跡(額外水足跡負(fù)重)?？傮w來(lái)講，虛擬水和虛擬排水量的凈流出量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。1997—2007年，中國(guó)同其他區(qū)域的水足跡交換表現(xiàn)為額外水足跡負(fù)重。

依據(jù)外部水足跡與額外水足跡負(fù)重狀況，計(jì)算水足跡評(píng)價(jià)指標(biāo)。1997年、2000年、2002年、2005年及2007年水資源自給率均為100％，而額外水足跡負(fù)重系數(shù)為分別為62％，67％，0.4％，3.4％，7.7％。結(jié)果表明，我國(guó)水資源實(shí)現(xiàn)自給，沒(méi)有將水資源壓力轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)，相反，我國(guó)承載了其他地區(qū)的水資源壓力?？傮w來(lái)講，我國(guó)水資源壓力主要來(lái)自本區(qū)域內(nèi)水足跡消費(fèi)，額外水足跡負(fù)重對(duì)水資源壓力也有一定的影響，特別是2000年之前，額外水足跡負(fù)重超過(guò)50％，而2000年之后發(fā)生了很大的變化，額外水足跡負(fù)重系數(shù)明顯降低。結(jié)果還同時(shí)表明，灰水足跡在額外水足跡負(fù)重中占據(jù)較大比例，超過(guò)了70％，個(gè)別年份超過(guò)了90％，額外水足跡負(fù)重對(duì)中國(guó)水資源壓力的影響主要體現(xiàn)在灰水足跡方面。

圖6 虛擬水凈流出(流入)狀況

圖7 2005年水足跡凈流出(流入)狀況

3 討論

本研究得出中國(guó)年均總水足跡為國(guó)年均總水足跡為2.83萬(wàn)億m3，其中藍(lán)水足跡為2183億m3，灰水足跡為2.62萬(wàn)億m3。A.Y.Hoekstra等[22]的研究表明，中國(guó)年均水足跡為8833.9億m3，顯然本研究的結(jié)果偏大。一方面，本研究計(jì)算了灰水足跡，而后者的研究中沒(méi)有計(jì)算該部分，因此本研究的水足跡總量高于后者；另一方面，A.Y.Hoekstra等][22]的研究中，用于本國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品耗水量為7711億m3，除去農(nóng)業(yè)用水耗水量2374億m3[16]，綠水足跡約為5337億m3。本研究沒(méi)有考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠水消耗，而且區(qū)分了用水與耗水量的差別，因此藍(lán)水足跡結(jié)果比后者的水足跡小。

藍(lán)水足跡和灰水足跡是本文研究的重點(diǎn)。藍(lán)水足跡計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn)之一是要搞清楚水的真實(shí)消耗量。本文考慮了用水與耗水的關(guān)系，避免將排出生產(chǎn)系統(tǒng)的水計(jì)入產(chǎn)品水的消耗中，較真實(shí)的計(jì)算了藍(lán)水足跡。但是，本文對(duì)不同行業(yè)部門(mén)藍(lán)水消耗都認(rèn)為是完全相同的“藍(lán)水”，沒(méi)有考慮不同行業(yè)或不同地區(qū)用水質(zhì)量的不同。這方面主要是由于分質(zhì)供水目前還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)，也沒(méi)有相關(guān)的數(shù)據(jù)，從這一點(diǎn)上看，藍(lán)水足跡的結(jié)果沒(méi)有完全反映實(shí)際的狀況。但是不同行業(yè)或不同地區(qū)用水質(zhì)量的差別主要反映供水條件的狀況，不能反映國(guó)民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)水平、消費(fèi)規(guī)模等的差別，因此認(rèn)為各部門(mén)各地區(qū)是相同的“藍(lán)水”是合理的。

灰水足跡與藍(lán)水足跡、綠水足跡不同，其關(guān)注的重點(diǎn)是水質(zhì)的變化。由于影響水質(zhì)變化的物質(zhì)很多，有不同的指標(biāo)衡量，同時(shí)對(duì)于不同的行業(yè)，排水中物質(zhì)種類(lèi)和濃度也并不相同。本文采用COD作為評(píng)估的指標(biāo)，主要考慮到COD一直是我國(guó)水環(huán)境研究關(guān)注的重點(diǎn)，具有代表性。另外，不同地區(qū)的水污染物背景值也是不同的，本文忽略該因素的影響，設(shè)定背景為無(wú)污染狀況。同時(shí)對(duì)于水質(zhì)容許的污染物值也頗具有人為因素，本文采用水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不同類(lèi)別水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行灰水足跡的估算。從以上因素分析，灰水足跡應(yīng)該比實(shí)際情況偏小。

4 結(jié)論

(1)1997年至2007年，中國(guó)年均總水足跡為2.83萬(wàn)億m3，其中藍(lán)水足跡為2183億m3，灰水足跡為2.62萬(wàn)億m3(以Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)核算)。在總水足跡中，灰水足跡占據(jù)主導(dǎo)地位，灰水足跡所占比例達(dá)到了90％以上。全國(guó)人均水足跡年均值為2220m3，其中人均藍(lán)水足跡年均值為170m3，灰水足跡人均值為2050m3。農(nóng)村居民人均水足跡為1730m3，城鎮(zhèn)居民人均水足跡為2730m3。城鎮(zhèn)居民人均水足跡值達(dá)到了農(nóng)村居民人均水足跡的1.5倍。中國(guó)水足跡總量、藍(lán)水足跡、灰水足跡以及各行業(yè)的水足跡消費(fèi)量均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

(2)1997年至2007年，由居民直接消耗實(shí)體水而產(chǎn)生的藍(lán)水足跡年均值為280億m3，由虛擬水產(chǎn)生的藍(lán)水足跡年均值為1904億m3，顯然，虛擬水量在藍(lán)水足跡中占據(jù)很大比例，而實(shí)體水消耗占據(jù)的比例幾乎可以忽略。農(nóng)業(yè)行業(yè)產(chǎn)品的虛擬水消費(fèi)量很大達(dá)到1060億m3，占總虛擬水消費(fèi)總量的56％；其次是食品、飲料制造及煙草制品業(yè))，達(dá)到了287.61億m3，占虛擬水消費(fèi)總量的15％。采礦業(yè)和建筑業(yè)的虛擬水消費(fèi)量很小。

(3)1997年至2007年，由居民直接排放污廢水而產(chǎn)生的灰水足跡年均值為0.32萬(wàn)億m3(按照Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)核算)，由虛擬排水產(chǎn)生的灰水足跡年均值為2.3萬(wàn)億m3。顯然，虛擬排水量在灰水足跡中占據(jù)很大比例，而實(shí)體直接排放污廢水占據(jù)的比例幾乎可以忽略。農(nóng)業(yè)的年均虛擬排水量很大，達(dá)到650 億m3，占總虛擬水排水量的46％；其次是其他服務(wù)業(yè)，達(dá)到了205億m3，占15％；食品、飲料制造及煙草制品業(yè)達(dá)到了199億m3，占14％。建筑業(yè)、采礦業(yè)的虛擬排水量很小。

(4)1997年/2000年、2002年、2005年、2007年水資源自給率均為100％，而額外水足跡負(fù)重系數(shù)分別為62％，67％，0.4％，3.4％，7.7％。結(jié)果表明，我國(guó)水資源實(shí)現(xiàn)自給，沒(méi)有將水資源壓力轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)，相反，我國(guó)承載了其他地區(qū)的水資源壓力。

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