由于稀缺性和不可替代性，水资源已经成为影响国民经济和国家生态可持续发展的重要因素，甚至影响到相关流域国家之间的国际关系，因此，国际学术界日益重视水资源管理与研究，“虚拟水”是其中的重要课题之一。一般而言，虚拟水是指在生产产品和服务中所需要的水资源数量，即凝结在产品和服务中的虚拟水量。1993年，英国学者Allan最早提出虚拟水的概念，用以计算食品和消费品在生产和销售过程中的用水量。相对于实体水而言，虚拟水具有“无形性”“社会交易性”和“便携性”的特点，虚拟水研究具有优化水资源配置效率、缓解水资源短缺的战略意义。21世纪以来，国际学术界就虚拟水问题进行了广泛而深入的讨论，学者们就其中的一些重要问题达成了共识。总体而言，针对虚拟水的研究主要集中在虚拟水概念及理论，水足迹、虚拟水与水资源管理等方面，本文拟就上述问题进行梳理与分析，探讨国外学术界有关虚拟水的研究进展，为国内研究提供借鉴。
“虚拟水”被提出前，国外学者曾用“外生水”“嵌入水”等概念来表达类似的意思，即粮食生产中被消耗的在最终产品中“看不见”的水。1993年，Allan研究认为，中东和北非等干旱、半干旱地区国家可以通过水经济、水政治的调节以满足水需求，他提出了“虚拟水”概念来表示生产农产品的水资源量。2003年，Allan将“虚拟水”从农产品拓展到了其他商品和服务，虚拟水概念得以丰富。当前普遍认可的定义是：生产商品和提供服务所需要的水资源数量，由于粮食产品含水量最大，虚拟水研究主要集中在农产品生产和农产品国际贸易。随后，虚拟水含量、虚拟水净进口量和出口量等相关概念也随之产生。“虚拟水”概念的提出引起了学术界的争议，主要争议集中在虚拟水的内涵及其理论背景。首先对“虚拟水”提出质疑的是经济学家Merrett，他认为虚拟水概念中的“虚拟”是多余的，虚拟水就是农产品需求的水，是真正的水，虚拟水其概念仅仅是一种“隐喻”，因为虚拟水贸易中的对象是食物，虚拟水流动实质上就是农产品进出口贸易。对此，Allan进行了辩驳，他认为虚拟水是水、食物和贸易之间相联系的定义，是比较优势理论的衍生品，应当在水资源管理中被视为一种必要资源，具有实用价值和战略意义，缺水国应当在农产品和贸易中寻求有效的虚拟水战略以缓解水资源短缺危机。虚拟水概念支持者Reimer也指出Merrett的观点忽视了长期有效的传统国际经济学观点，即国际交换中体现在商品中的服务因素，他提出虚拟水贸易就是水服务流动。
第二位提出争议的学者是Wicheins，他认为不能用比较优势解释虚拟水，因为决定比较优势的是生产机会成本，而虚拟水贸易只考虑水资源禀赋，没有考虑缺水或其机会成本，这并不等同于经济的比较优势理论。对此，Ansink也质疑了用比较优势来解释虚拟水在全球节水过程中的作用，他认为只有一个国家水资源有比较优势和绝对优势的条件下，虚拟水贸易才有可能产生节水效用，而产生节水作用的主要因素是依靠资本。对此，Reimer进行了回应：第一，与Wicheins的观点恰恰相反，他提出虚拟水概念符合比较优势作为一个国家的相对丰度（短缺）的要素禀赋，这种比较优势来源于高成本和农产品贸易壁垒，这是从根本上扭曲价格并掩盖所有潜在比较优势（劣势）引起的相对水禀赋；第二，他认为基于比较优势理论的虚拟水流动解释是合理的，如果一个国家有绝对优势的水资源，那么它必须在资本上有绝对和相对优势才能达到节水获益的效果，一旦开放，相对消费因素将会使其和他国水资源达到平衡。作者认为虚拟水开拓了国际水资源管理的新思路，其概念引发的虚拟水战略、虚拟水贸易流动、水足迹等皆可以作为优化水资源配置的参考，成为水资源管理决策的参考指标。同时使人们逐渐认识到虚拟水对各地区水资源平衡、全球水资源安全等问题的重要性。正如Antonelli&Sartori指出：虚拟水提供了独特视角来分析水贫乏经济体将如何满足粮食生产的需水量和实现水安全，尽管虚拟水并非一种政策工具，但是它揭示了经济数据未能体现的生产、消费和贸易等关系，是一种“内在经济概念”。当前，虚拟水视角下合理配置水资源以提高水资源效率成为研究领域的新课题，其概念急需使用新视角和新方法进行补充，使虚拟水问题研究更有指导性。Allan的虚拟水概念强调了其经济维度，定义虚拟水为后比较优势，在此基础上虚拟水理论有诸多经济学范式的应用，尤其是李嘉图比较优势理论、要素禀赋H-O模型。比较优势理论是李嘉图在亚当·斯密的绝对优势理论基础之上提出的，该理论认为每个国家都应集中生产并出口其具有“比较优势”的产品，进口其具有“比较劣势”的产品。就虚拟水而言，水贫乏国家在生产需水量大的产品方面处于比较劣势，应当成为这些产品的进口国，在李嘉图模型的预测下，虚拟水贸易从水丰富国家流向水贫乏国家，这是水丰富国家具有生产需水量大商品的比较优势的自然结果。第二个作为虚拟水贸易理论基础的是HeckscherOhlin（H-O）模型，该模型将生产要素作为衡量生产成本的指标，结合虚拟水概念，它将水资源作为一项生产要素进行衡量，缺水国家将成为水需求产品的进口国。然而该理论在许多国家经济体中并不适用，因为其有严格的假设条件：第一，必须是水需求量大的产品；第二，在严重水贫乏条件下该国仍有积极的虚拟水贸易，且出口小于进口。比较优势理论和H-O模型解释虚拟水贸易具有较大的差异甚至有矛盾之处，其原因在于标准的新古典主义模型会忽略虚拟水流动的特性。第一，水资源具有公共性，其价格是免费或者低价的，会产生市场扭曲或资源低效率的问题。生产出口产品将会造成水资源的消耗甚至是污染，但无论是水价或商品价格都不能体现水的生产成本。Wicheins认为，全球生产和国际贸易格局都难以反映不同水资源禀赋和其比较优势，除非水具有公认的价值。第二，Ruhl等指出农产品的虚拟水主要来源于绿水，即降水，其成本难以核算，此外生产国水污染也未纳入成本之中。第三，大多数水密集型产品如农作物、动物产品等，需要土地地下水进行补充，因此土地要素更有可能决定一国是虚拟水净进口国还是出国口，这一部分地下水资源成为低价甚至是非定价成本，并未纳入理论中进行考虑。
区域间虚拟水贸易和流动在水资源安全、粮食安全等国家战略方面提供了新思路，其重要性引起了学术界及多国政府的重视。一方面，虚拟水是水资源的空间拓展，是优化水资源管理的新途径；另一方面，大部分虚拟水贸易存在于农产品中，虚拟水流动将影响粮食安全。虚拟水通过商品或服务在区域间贸易进行流动，它可以缓解缺水地区水资源短缺压力，在节约水资源、保障粮食安全甚至水战争方面具有重要作用。当前虚拟水贸易与国家战略研究成果主要集中于虚拟水贸易对水资源安全影响、虚拟水贸易对粮食安全影响两个方面。
20世纪90年代初，水资源安全引起了各国政府的高度重视，尤其对于缺水地区，人们对未来因水资源短缺可能引发战争而忧心忡忡。Allan认为，虚拟水是缓解水荒的重要途径，其理论在国际水资源管理中获得巨大突破，成为各国纳入水资源战略的内容之一。Warner在2003年荷兰代夫特虚拟水专家论坛上详细评估了虚拟水贸易对水资源管理的意义，他认为虚拟水贸易可以让全球水资源分布不均的情况通过自动恢复机制形成平衡，但是虚拟水贸易的重新分配可能会产生社会冲突，决策者意识到虚拟水贸易的再分配影响后，将会强化或改变贸易形式，因此会增加各国关于水安全的冲突，他强调各国应当以效率最大化原则进行贸易流动管理。
目前虚拟水贸易与水战略研究主要从流域、国家等地区展开，Roson&Sartori分析了地中海流域在气候变化情况下各国虚拟水现状，他认为目前降水模式使得缺水国家降水不断减少，虚拟水贸易可以在一定程度上缓解该问题，并会对流域地区的收入和社会福利产生影响。众多虚拟水研究学者通过实证分析认为，虚拟水贸易策略是让干旱缺水国家或地区应该生产少水密集型产品而进口多水密集型产品，以此来解决水资源短缺问题，提高水资源利用效率，但在某些情况下虚拟水策略与资源配置最优化存在不一致，虚拟水贸易战略具有一定的局限性。综上，虚拟水贸易与水战略适用性、虚拟水贸易对水安全的影响值得进一步考究，其本质上体现了水资源要素跨区域转移的特质，对此作者认为各国应从区域水资源状况出发，考虑内部生产机会成本、评估比较优势，并参照其他公共政策和经济环境，有针对性地调整产业结构和最优贸易策略，制定水资源政策以保障水安全。综上，虚拟水贸易与水战略适用性、虚拟水贸易对水安全的影响值得进一步考究，其本质上体现了水资源要素跨区域转移的特质，对此作者认为各国应从区域水资源状况出发，考虑内部生产机会成本、评估比较优势，并参照其他公共政策和经济环境，有针对性地调整产业结构和最优贸易策略，制定水资源政策以保障水安全。虚拟水贸易提出之初旨在保障粮食安全和解决水资源短缺问题，其中以色列和约旦是最早应用进口粮食来缓解当地水资源短缺的现状。Allan通过对中东及北非地区国家农产品虚拟水进出口量的规模及变化的历史数据进行了计算分析，指出虚拟水贸易在保障这些地区粮食安全方面有着重要作用。Meissner通过对非洲各国虚拟水贸易分析得出，虚拟水贸易具有定量、预测和规划的功能，它能够帮助人类预测粮食短缺、合理安排食物种植，让各国更好应对未来粮食不安全的情况。虚拟水现在被广泛用于缺水国家通过从富水国家或地区进口农产品实现粮食安全的研究，这些观念受到众多学者的支持。
分析区域虚拟水及区域间虚拟水贸易，为各地区粮食安全提出建设性意见的研究成为主流。Hefnawy认为，全球层面上虚拟水主导产业仍是农业，尤其在干旱和半干旱地区，虚拟水问题将会全球化，甚至有可能替代经济全球化发展。Karapinar以埃塞俄比亚为例调查了南非洲虚拟水贸易的模式，其结果表明粮食援助和农产品进口导致正向虚拟水进口，从而缓解了因降水导致的水资源匮乏所造成的影响，稳定了粮食安全。众多学者通过研究虚拟水贸易与国家粮食安全之间的关系，认为虚拟水贸易战略作为一种调节手段，在保障缺水地区的粮食安全方面发挥重要作用。对此作者认为虚拟水贸易可以促进区域间贸易增加、农业增长，缓解水资源压力，各国应当考虑和关注虚拟水贸易政策，协调粮食战略和机制。水资源是自然资源的重要部分，诸多学者预测，在严重缺水地区将会因水资源短缺问题引发政治冲突与矛盾，甚至爆发水战争。虚拟水作为能够缓解水资源短缺的国际战略途径，在国际贸易格局、国家水安全和粮食安全等方面具有重要研究意义，现有研究成果多限于提出通用型的指导意见和方针，作者认为虚拟水贸易战略的适用性不具有普遍性，在实践中应当将虚拟水贸易作为其中一项参考标准纳入区域水资源管理中，并因地制宜提出区域可持续发展的战略方案，且虚拟水贸易与国际政治、虚拟水安全等方面尚属于研究空缺。
水足迹概念由Hoekstra&Hung于2002年首次提出，是指一个人（或地区、国家）在一定时间内消耗的所有产品和服务所需要的水资源数量，它代表维持人类产品和服务消费所需要的真实水资源数量。水足迹是将虚拟水与消费相结合，将虚拟水概念在时间、空间等方面进行限定，从产品、区域、生态过程等维度进行定义和测算，用以评价区域的水资源承载能力、描述水资源安全状况等，开拓了虚拟水研究的新领域，综合已有研究成果，虚拟水与水足迹的比较见表1。
水足迹将虚拟水与区域生态环境相结合，成为虚拟水研究的重要创新部分，作为生态“足迹家族”的新分支，迅速获得学界的关注与重视。2011年由WFN出版的《水足迹评价指南》作为国际上第一本专门针对水足迹的评价手册，系统阐述了水足迹评价的步骤、分类及核算方法。2014年8月，国际标准化组织环境管理技术委员会发布了ISO14046：2014《环境管理水足迹原则、要求与指南》，作为第一项水足迹评价国际标准，为统一和规范水足迹评价的原则、要求和方法提供了依据。可见水足迹可以真实反映区域、人类对水资源的需求量，对提高水资源利用效率、实现水资源可持续发展具有重要意义。水足迹研究历程主要有三个阶段，第一阶段系其概念提出初期，学者们大多集中于探究不同产品水足迹的核算方法，针对全球各类产品尤其是农产品的水足迹进行量化分析；第二阶段，学者们开始逐步将水足迹与区域、生产消费等联系起来，通过对区域水足迹、区域生产水足迹、区域消费水足迹等指标了解某一区域对水资源的需求量，为水资源可持续发展提供参考；第三阶段，学者们对水足迹的产生过程进行细化和分类，将水足迹过程分为绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹，用于分析水资源压力、水资源承载力、水污染荷载等，为提高水资源利用率和可持续发展提供科学依据，分解后的水足迹研究迅速引起学界研究热潮。一种产品的水足迹指该产品的整个生产供应链中的用水量之和，目前研究成果以对全球农产品、动物产品水足迹测算为主，少部分涉及林产品及工业产品。研究结果表明：农产品中糖类农作物的水足迹最小（197升/公斤），坚果作物水足迹最大（9063升/公斤）；动物产品中水足迹最小的是牛奶（1020升/公斤），最大的是牛肉（15415升/公斤）；单位农产品水足迹比动物产品水足迹小；单位动物产品比工业产品水足迹小；动物产品相对于农产品而言，更具有节水效能。此外，诸多学者测算了部分工业品水足迹、生物能源水足迹等，拓展了产品水足迹研究数据库。
区域水足迹研究以评价区域水资源配置效率、分析水资源区域分布及变化为主。最早Hoekstra&Hung定义国家水足迹由内部水足迹和外部水足迹组成，其中内部水足迹为来源于国内水资源的水量，外部水足迹为当地居民进口的其他国家商品和服务所含水量。Hoekstra&Mekonnen对全球各国各行业水足迹数据进行了更新和完善，在考虑国家内部空间异质性的基础上完成了1996—2005年的全球水足迹测算，结果显示：在研究期内，全球平均水足迹为9.087×1012立方米/年，其中农产品水足迹占92%，工业产品和生活用水则分别占4.4%、3.6%，总水足迹最大的国家依次为中国（1.207×1012立方米/年，印度（1.181×1012立方米/年）和美国（1.053×1012立方米/年），占全球水足迹总量的38%。此外，大量学者测算了国家层面虚拟水足迹现状，分析了美、中、英等国家内部水足迹、外部水足迹流动特征以及水足迹行业、产品分布状态，以水足迹评价结果为准针对性地在生产、贸易、产业结构等方面进行改善和优化，保持水资源可持续发展。
根据水足迹生态来源及生产过程处理，Chapagain&Hoekstra将水足迹分类为蓝水、绿水和灰水：蓝水是指地表水和地下水等，计算包含产品蒸发水、产品内蕴藏水分以及不能被重新利用回水量的总和，主要存在于农业、工业和家庭用水中；绿水来源于降水且储存在土壤或植被表面的水，其等于绿水蒸发量与蕴藏在产品内的绿水量之和，主要存在于农林产品中；灰水则是指生产过程中返回污水系统的污染水量，通过排污量与污染物浓度跟受纳水体自然本底浓度差的比值得到。Hoekstra&Chapagain、Mekonnen&Hoekstra测算得出：在1996—2005年期间，全球平均每年水足迹由74%绿水，11%蓝水，74%灰水组成，全球农作物生产水足迹为7.403×1012立方米/年（78%绿水，12%蓝水，78%灰水），全球动物产品生产水足迹为0.958×1012立方米/年（87.2%绿水、6.2%蓝水、87.2%灰水）。就国家区域而言，绿水足迹和蓝水足迹最大的国家为印度（0.758×1012立方米/年，0.243×1012立方米/年），灰水足迹最大的国家是中国（0.369×1012立方米/年），占据全球灰水足迹的26%。就流域而言，蓝色水足迹较大区域是印度河流域（0.117×1012立方米/年）和恒河流域（0.108×1012立方米/年），两者占据了全球蓝水足迹的25%。
水足迹研究是在虚拟水概念及测算等基础上的拓展，以Hoekstra为代表的学者不断实践、探索，建立了各国水足迹数据库、各国农作物产品水足迹数据库，为水足迹评价提供了参考，补充了区域水匮乏度、水资源进口依赖度以及可持续评价等可以衡量区域水资源的压力指标。同时水足迹的提出拓展了“足迹家族”概念，与生态足迹、能源足迹、碳足迹等一并成为自然资源研究领域的新方向。
