我國(guó)水資源現(xiàn)狀與用水策略初探

摘 要：淡水資源的匱乏，嚴(yán)重制約著國(guó)家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展。以2025年的水資源狀況為研究對(duì)象，利用二次指數(shù)平滑法對(duì)2025年的用水需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)合我國(guó)水資源現(xiàn)狀，從海水淡化、延伸南水北調(diào)、加強(qiáng)水資源保護(hù)三方面提出我國(guó)今后的用水策略。研究表明：高新海水淡化技術(shù)可降低成本，有效解決沿海地區(qū)用水問(wèn)題；將南水北調(diào)中線從石家莊延至太原，在山西境內(nèi)將中線和汾河連接，可緩解山西的缺水問(wèn)題；占水量和降水量對(duì)用水量的影響顯著，建議通過(guò)“階梯水價(jià)”，加強(qiáng)水資源管理與保護(hù)，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水的目的。

關(guān)健詞：海水淡化 南水北調(diào) 淡水資源

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0120-03

Present situation and policy of water resources in China

Zou Lanqing

（NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY ，School of Electrical﹠Electronic Engineering，Beijing，100000，China）

Abstract：The development of the national economic and social has been seriously restricted due to lack of fresh water resources.Water resources condition in 2025 is the research target in this paper，and the secondary exponential smoothing method is used to forecast the water demand in 2025，then a good water strategy include sea water desalination，extended south-to-north water transfer and protection of water resources is put forward to solve water problem.The researches show that new desalination technologies can reduce the cost，and are effective in solving the problem of water in coastal areas； and extending the middle route of south-to-north water transfer from Shijiazhuang to Taiyuan，connecting middle route and Fen River in Shanxi，is an effective way to solve the water tension caused by deficiency in Shanxi；and the place that where possession of water and rainfall capacity is large can consume more water，so implementing "price ladder" is suggested to achieve the purpose of save water.

Key Words：Sea water desalination；South-to-north water transfer；Fresh water resource

淡水資源是基礎(chǔ)自然資源，系生態(tài)環(huán)境建設(shè)的控制因素，同時(shí)又是戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源，為綜合國(guó)力的有機(jī)組成部分[1]。水對(duì)全球環(huán)境和發(fā)展的影響越來(lái)越大，也成為了各國(guó)政府面臨的一個(gè)重要課題。

而我國(guó)長(zhǎng)期持久和快速增長(zhǎng)的水資源問(wèn)題主要體現(xiàn)在兩方面：一是嚴(yán)重的水資源短缺，人均可利用水資源僅為900 m3，且分布極不平衡。中國(guó)大多數(shù)城市水資源需求與供給相差達(dá)6.0×109 m3。二是嚴(yán)重的水體污染。大多數(shù)城市的地下水都不同程度地遭受了污染。持續(xù)加重的污染降低了水質(zhì)，銳化了水資源短缺的矛盾，更威脅著居民飲水安全和健康。

為此，以2025年用水需求為研究對(duì)象，從調(diào)運(yùn)、海水淡化和保護(hù)等方面出發(fā)，綜合考察經(jīng)濟(jì)、物理和環(huán)境的影響，確定行之有效和效益可觀的用水策略，為相關(guān)管理部門制定用水決策提供技術(shù)參考。

1 2025年用水需求與供應(yīng)量的預(yù)測(cè)

2025年用水需求量預(yù)測(cè)基于以下基本假設(shè)：（1）2025年以前無(wú)戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)生。（2）忽略氣候變化和災(zāi)害的影響。（3）持續(xù)增長(zhǎng)的水消費(fèi)是常數(shù)。（4）不同地區(qū)單位海水淡化價(jià)格相同。預(yù)測(cè)方法采用二次指數(shù)平滑法，用EXCEL作為回歸分析軟件。

二次指數(shù)平滑法是對(duì)一次指數(shù)平滑值作再一次指數(shù)平滑的方法。它不能單獨(dú)地進(jìn)行預(yù)測(cè)，必須與一次指數(shù)平滑法配合，建立預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型，然后運(yùn)用數(shù)學(xué)模型確定預(yù)測(cè)值。這種方法的原理是基于一次指數(shù)平滑法利用滯后偏差模式，尋找曲線的延伸發(fā)展的趨勢(shì)，建立直線趨勢(shì)的預(yù)測(cè)模型。

下表為2003年至2011年的用水總量、一次和二次指數(shù)平滑值（如表1）。

Excel繪制的一次和二次指數(shù)平滑曲線如下。

圖1和圖2中，R2代表線性模擬精度，顯然，二次指數(shù)平滑值模擬的精度比一次指數(shù)平滑值模擬的精度更大，更接近1，達(dá)到0.989，表明年份與用水量存在極好的線性關(guān)系。根據(jù)前文建立的用水需求量模型為：

y=9.989×（x-2003）+513.9 （1）

模型表明年份與用水量存在極好的線性相關(guān)。由此可求可得2025年的用水需求：7.33685×1011 m3。

研究表明：中國(guó)有能力滿足2025年的用水需求，然而，由于水資源分布不均，我國(guó)仍將面臨嚴(yán)重的水資源短缺問(wèn)題。

2 中國(guó)的水資源分布

水資源短缺程度通常由每年人均水資源占有量衡量[2]。查閱中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)資料，以少到多的次序繪制中國(guó)每年人均水資源占有量的圖表，結(jié)果顯示：青海和西藏的人均水資源占有量分別為12892.5 m3/y、156602.7 m3/y，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其他省份，因此，根據(jù)數(shù)據(jù)分析需要，忽略青海和西藏，其余29省、自治區(qū)人均水資源占有量（香港、澳門和臺(tái)灣除外）如圖3所示。

依據(jù)以上信息，將我國(guó)31個(gè)省、自治區(qū)分為水資源短缺程度不同的四級(jí)，如表2所示。

3 用水策略初探

我國(guó)水資源短缺可以劃分為資源短缺型和質(zhì)量短缺型兩大類。資源短缺型省份中，遼寧、天津、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東屬沿海省份，天津、北京、河北和山東屬極端短缺省份，遼寧、江蘇屬嚴(yán)重短缺省份，廣東和浙江屬輕度短缺省份。針對(duì)不同地區(qū)，依據(jù)其不同的地理、經(jīng)濟(jì)和其他因素制定不同的策略。可通過(guò)海水淡化解決沿海地區(qū)用水短缺問(wèn)題，利用南水北調(diào)解決河南、河北、北京、天津和江蘇的缺水問(wèn)題，并充分研究擴(kuò)展該工程效能，解決更多地區(qū)的用水問(wèn)題。對(duì)于那些質(zhì)量短缺型省份，應(yīng)制定系統(tǒng)的水質(zhì)凈化和存儲(chǔ)措施與手段。

3.1 海水淡化

3.1.1 海水淡化單價(jià)

（1）理論成本。

海水淡化的總成本（TC）包括：運(yùn)行成本和維護(hù)費(fèi)用（RMC）以及年度投資回收分配（AIC）。

（2）

運(yùn)行成本和維護(hù)費(fèi)用包含員工工資和管理費(fèi)用（SC）、藥物和其他消耗品（DC）、總能耗成本（EC）（包括電、汽油等）、膜更新成本（MC）（海水反滲透淡化周期為三年），以及年度維修成本（通常取維修成本的2%）（AC）。

（3）

年度投資回收分配等于總投資（IC）乘以投資償還利率（IR）。

（4）

每噸海水淡化的成本（ADC）等于總成本除以年度實(shí)際產(chǎn)量（AY）。

（5）

年度實(shí)際總出水量（AY）=負(fù)載系數(shù)（LF）×365天×單日出水量（DY）。

（6）

（2）實(shí)際成本分析與規(guī)劃。

以天津大港電廠為例，國(guó)內(nèi)唯一引進(jìn)的多級(jí)閃蒸海水淡化裝置安裝在天津大港電廠，采用多級(jí)閃蒸加離子交換的工藝以提供鍋爐補(bǔ)給水，現(xiàn)已運(yùn)行近15年，積累了大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)。多級(jí)閃蒸產(chǎn)出的淡水綜合成本為6.68 元/t[2]。

雖然這個(gè)價(jià)格高于我國(guó)公民用水單價(jià)，但遠(yuǎn)低于我們的預(yù)測(cè)。如今，中國(guó)已經(jīng)具備開發(fā)新的海水淡化機(jī)器的能力，在未來(lái)幾年，我們可通過(guò)其他高科技技術(shù)來(lái)降低費(fèi)用。

3.2 南水北調(diào)

3.2.1 調(diào)水策略

南水北調(diào)是緩解中國(guó)北方水資源嚴(yán)重短缺局面的重大戰(zhàn)略性工程[3]。我國(guó)南澇北旱，南水北調(diào)工程通過(guò)跨流域的水資源合理配置，大大緩解我國(guó)北方水資源嚴(yán)重短缺問(wèn)題，促進(jìn)南北方經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。本文的研究將基于南水北調(diào)中線和東線跨流域合理的水資源配置，考慮實(shí)際地形和其他因素，通過(guò)其余的運(yùn)輸渠道，將多余的水資源調(diào)至山西。

3.2.2 干旱地區(qū)調(diào)水

南水北調(diào)沿線省份直至2025年的水資源短缺量估算結(jié)果如下：天津，4.65×108 m3/y；北京，7.24×108 m3/y；河北，3.947×109 m3/y；山西，1.494×109 m3/y；山東，4.512 ×109 m3/y；河南，4.613×109 m3/y；甘肅，2.475 ×109 m3/y；寧夏，1.482×109 m3/y。

3.2.3 調(diào)水范圍

中線和東線調(diào)水總量為278億立方米。東線148億立方米，中線130億立方米，西線170億立方米。

中線可解決天津、北京、河北、河南缺水問(wèn)題，東線可解決山東的缺水問(wèn)題，西線可解決甘肅和寧夏的缺水問(wèn)題。

目前西線未建，需要編制預(yù)算。對(duì)于中線，可以從石家莊延至太原，在山西境內(nèi)將中線和汾河連接，進(jìn)而緩解山西的缺水問(wèn)題，整個(gè)工程可根據(jù)實(shí)際情況分段完成。到2025年，南水北調(diào)工程將滿足以上省份的用水需求。

3.3 水資源保護(hù)

中國(guó)水資源非常有限，節(jié)約用水和提高利用率至關(guān)重要。然而，現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生工業(yè)水污染，進(jìn)而導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)和利用率降低。因此，水資源保護(hù)的關(guān)鍵即為阻隔凈化污染水體，避免其對(duì)相鄰河流和海水的污染。

4 結(jié)論

以2025年的水資源狀況為例展開的系列研究，可對(duì)我國(guó)未來(lái)水資源的利用與管理提供理論參考。研究表明以下幾點(diǎn)。

（1）2025年我國(guó)用水需求為7.33658×1011 m3，但由于水資源分布不均，仍將造成局部嚴(yán)重缺水。

（2）海水淡化注重技術(shù)創(chuàng)新，可降低成本，有效解決沿海地區(qū)缺水問(wèn)題。

（3）將南水北調(diào)中線從石家莊延伸至山西，與汾河相連，是緩解山西因分布不均造成的水資源短缺的有效途徑。

（4）對(duì)水資源充沛地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)污水處理，通過(guò)實(shí)行“階梯價(jià)格”，促進(jìn)節(jié)約用水。

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