中國水資源利用特征及未來趨勢分析

吳 芳，張新鋒，崔雪鋒

(1.北京師范大學 a.資源學院;b.系統(tǒng)科學學院，北京 100875；2.唐山師范學院 資源管理系， 河北 唐山 063000; 3.新疆大學 資源與環(huán)境學院，烏魯木齊 830046)

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中國水資源利用特征及未來趨勢分析

吳 芳1a，張新鋒2，崔雪鋒1b，3

(1.北京師范大學 a.資源學院;b.系統(tǒng)科學學院，北京 100875；2.唐山師范學院 資源管理系， 河北 唐山 063000; 3.新疆大學 資源與環(huán)境學院，烏魯木齊 830046)

首先對我國過去60多年的用水數(shù)據(jù)進行整理分析，得出水資源利用時間分布特征：農業(yè)用水一直占主導地位，1949—1980年為快速增長期，1980年以后為穩(wěn)定期甚至下降期；工業(yè)用水和生活用水則是在1980年后隨著經(jīng)濟快速發(fā)展進入激增期。然后，對我國水資源利用空間特征進行分析可知：總用水、生活用水和工業(yè)用水呈現(xiàn)南高北低的態(tài)勢；農業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境補水用水呈現(xiàn)北高南低的態(tài)勢；東、中、西部的用水效率呈現(xiàn)出一定差距，并呈現(xiàn)不同的變化態(tài)勢。最后，運用情景分析法，分較高、適中和較低3種方案對我國未來10～15 a的需水量進行預測。

水資源利用；需水量；變化趨勢；需水預測；整理分析

1 研究背景

水作為基礎性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源，是支撐整個經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和維持生態(tài)環(huán)境平衡的重要基礎因素[1]。近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、人口的不斷膨脹和氣候變化的影響，水資源已經(jīng)成為世界各國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的中心環(huán)節(jié)。因此，研究我國水資源的利用狀況和變化趨勢，對國家制定正確的水資源開發(fā)利用規(guī)劃以及未來實現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

美國是最早開展需水預測的國家，1965年就開展了全國水資源評價工作，3 a后完成評價報告，并對此后50多年的全國需水工作進行了展望。1978年美國再次開展全國水資源評價工作，并對各部門的需水做了新的預測[2]。1977年的聯(lián)合國水資源大會的主題是呼吁各國開展有針對性的國家級水資源評價工作。聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展委員會(WECD)分別在1987年和1992年出版《我們共同的未來》和《21世紀議程》，這使得世界各國開始圍繞“水資源可持續(xù)發(fā)展”這一中心問題展開相應的中長期需水預測研究，從而推動了需水量預測研究工作的深入進行。2000年聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)指出，要將如何管理水資源問題看作本世紀急需解決的環(huán)境問題[3-4]。

我國需水預測研究分為3個階段：1950年初至1980年初，預測工作主要是圍繞農業(yè)灌溉需水進行的，且除農業(yè)需水預測采用一定的灌溉制度外，其他部門并未采用特定的規(guī)則和指標，基本是趨勢外延[2]；1980—1992年在農業(yè)區(qū)劃工作的引導下，我國進行了第1次水資源調查評價和開發(fā)利用評價[5]。1986年我國吸取國外需水預測方面的經(jīng)驗，把水資源評價、開發(fā)利用和供需預測3項工作結合起來開展。最后提出了國家、各流域和各省、自治區(qū)、直轄市3個級別的需水預測報告，預測遠期水平年為2000年[3]；1992年WECD提出了水資源可持續(xù)發(fā)展的思想，此后我國許多專家和學者圍繞如何解決我國水資源可持續(xù)利用這一問題展開新一輪的預測研究。

從1992年以來與水資源需求預測相關的研究頗多，但不同時期做的預測之間存在很大差異，且長期預測一般都會出現(xiàn)偏大現(xiàn)象。例如1980年初，我國水資源部門預測2000年我國綜合需水量將達到7 096億m3，而實際值為5 498億m3；陳家琦于1994年提出2010年我國綜合需水量將達到7 042億m3，而實際值為6 022億m3。因此，在前人預測的基礎上，結合新的數(shù)據(jù)資料，對我國未來用水趨勢進行調整和更新是很有必要的。

2 研究區(qū)概況

中國水資源總量十分豐富，約有28 000億m3，占世界水資源總量的6%，居世界第6位。但我國人口眾多(約占全世界總人口的21%)，水資源人均占有量就很少，只有2 100 m3，僅相當于世界人均水平的28%，排在110位開外，被列為世界13個人均水資源占有量貧乏國家之一。水資源在年內和年際分配不均，年際上存在連續(xù)枯水年和連續(xù)豐水年，年內分布則呈現(xiàn)的是夏季和秋季較多，冬季和春季較少的態(tài)勢?？臻g上分布也不均，東部地區(qū)和南部地區(qū)較多，而西部地區(qū)和北部地區(qū)較少[6-9]。

根據(jù)中國水資源公報將我國劃分為東、中、西部3大地帶(表1)，并將全國流域劃分為長江、珠江、松花江、遼河、淮河、海河、黃河、東南諸河、西北諸河和西南諸河10大一級流域區(qū)(圖1)，此外由于缺乏港澳臺地區(qū)和南海諸島的數(shù)據(jù)，在此對這些地區(qū)就不做分析。

表1 中國3大地帶劃分

注：由于缺乏港澳臺和南海諸島的數(shù)據(jù)，故在此劃分時沒有提及這幾個地區(qū)。

圖1 中國水資源分區(qū)圖

數(shù)據(jù)范圍為1949—2013年，主要內容包括：總用水量和用水定額，農業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境補水4個用水部門的用水量和用水定額，人口總數(shù)，10大一級流域區(qū)總用水量和4個部門用水量，我國東、中、西部綜合用水定額和工、農業(yè)用水定額。數(shù)據(jù)主要來源為《中國水資源利用》、《21世紀中國水供求》、《中國水資源公報》、《中國統(tǒng)計年鑒》。

3 中國水資源利用特征

3.1 中國用水量變化特征

用水量是指包括輸水損失量在內的分配給用戶的總用水量，在此我國用水分為農業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境補水4個用水部門[7，10]。要全面了解我國用水狀況，就必須要詳細了解上述4個部門用水特點。

3.1.1 用水量時間變化特征

從許多國家的經(jīng)驗來看，不管一個國家的水資源總量豐富還是相對貧乏，其用水總量都會經(jīng)歷類似于“庫茲涅茨曲線”式的變化過程，即快速增長期→緩慢增長期→穩(wěn)定期→緩慢下降期4個階段[11]。根據(jù)1949—2013年全國用水資料可知，我國用水大致經(jīng)歷了2個階段的變化[2, 12-15]：

第1階段為1949—1980年，在此階段全國總用水量由1949年的1 031億m3增加到1980年的4 436億m3，共增加了約3 405億m3，年均增長率為4.82%，為用水急劇增長階段。此階段我國正大力發(fā)展灌溉農業(yè)，農田灌溉面積增長了約3 333萬hm2，同時由于灌溉手段落后，我國農業(yè)用水增加了2 698億m3，共有2倍之多。工業(yè)和生活用水雖從1965年起也開始有較大增長，但是變化量與全國總用水的變化量相比還是很微量的?？梢?，該階段我國總用水量增長的主導因素是農業(yè)用水的增長。

第2階段為1980年至今，該階段全國用水總量由1980年的4 436億m3增加到2013年的6 183.4億m3，共增加了1 747.4億m3，年均增長率為1.01%，為用水緩慢增長階段。該階段全國農業(yè)用水量變化不大，與1980年相比僅增加了222.52億m3，如果考慮到從2012年將生活用水量中的牲畜用水量調整至農業(yè)用水量中這一影響因素，全國農業(yè)用水量基本上沒有變化。但是農業(yè)用水比重卻由1980年的83.39%下降到2013年的63.42%。隨著改革開放的深入，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，工業(yè)化水平和城市化進程加速，工業(yè)用水和生活用水增長較快，其年均增長率分別為3.47%和3.03%，工業(yè)用水和生活用水占全部用水的比重由1980年的16.61%提高到2010年的34.88%。

此外，從2003年開始新增一個環(huán)境補水用水部門，這里所說的生態(tài)環(huán)境補水僅包括人為措施供給的城鎮(zhèn)環(huán)境用水和部分河湖、濕地補水。我國對生態(tài)用水研究起步較晚，大致經(jīng)歷了2個階段：1988—1998年的認識階段和1998年以后的起步研究階段[16]。由于中國對生態(tài)環(huán)境補水進行全面系統(tǒng)的測量和記錄是從2003年才開始的，因此本文收集了2003—2013年的數(shù)據(jù)，在這幾年間生態(tài)環(huán)境補水用水量雖然有較大增長，但是因為僅占全國用水比重為2%左右，所以其變化量在總用水量的變化中所占比重很小。

全國1949—2013年用水量、用水結構情況及其變化趨勢見表2、圖2、圖3。

表2 1949—2013年全國用水量及用水結構情況

圖2 1949—2013年全國用水量統(tǒng)計

圖3 1949—2013年全國用水結構變化

總之，第1個階段由于農業(yè)用水的大量增加，導致總用水量急劇上升。第2個階段由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)用水和生活用水占總用水的比重增加，農業(yè)用水則是保持在一個穩(wěn)定階段，甚至有所減少。不過在這一階段，隨著農業(yè)用水的減少，農田灌溉面積和農產品產量卻呈現(xiàn)的是增長態(tài)勢[1]，這充分顯示了用水效率的增加。

3.1.2 用水量空間分布特征

從表3可知，我國北方六區(qū)總用水量2 704.9億m3，南方四區(qū)總用水量3 317.1億m3，分別占全國總用水量的44.9%和55.1%。其中生活用水和工業(yè)用水南高北低，農業(yè)用水和生態(tài)環(huán)境補水用水北高南低。這與我國南、北方所具備的自然條件和產業(yè)布局有著密不可分的關系。

表3 2010年各水資源一級流域區(qū)用水情況

從各流域分析，總用水量最高的是長江區(qū)，最低的是西南諸河區(qū)。其中長江區(qū)總用水量占全國總用水量的32.9%，并且增長幅度最大，總用水量從1997年的1 737.12億m3增加到2010年的1 983.1億m3，共增加了245.98億m3?？傆盟磕昃鲩L率最高的為西南諸河區(qū)和西北諸河區(qū)，但是由于這兩個區(qū)的總用水量較少，所以其變化量并不是最明顯的。海河地區(qū)總用水量比1997年減少了64.53億m3，年均增長率為-1.15%。

生活用水量增長率最高的是西北諸河區(qū)和西南諸河區(qū)，分別達到5.37%和4.31%；工業(yè)用水量增長率最高的是西南諸河區(qū)、東南諸河區(qū)和長江區(qū)，而海河區(qū)的工業(yè)用水量相對于1997年減少了16.36億m3，年均增長率為-1.97%，這與各區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展狀況相關；農業(yè)用水相較于1997年，除西北諸河區(qū)和西南諸河區(qū)外，其余各區(qū)皆是減少的。通過計算農業(yè)用水占總用水的比重發(fā)現(xiàn)，比重值分布呈現(xiàn)北方大于南方，東部大于西部的格局。這主要是因為我國西部和北方地區(qū)第二、三產業(yè)相對東部和南方地區(qū)比較落后[17]。

此外，根據(jù)中國2010年水資源公報可知，全國10大一級流域中，水質最好的西北諸河流域和西南諸河流域，它們的Ⅰ—Ⅲ類水河長比例分別達到了95.8%和86.9%，其次是東南諸河流域、珠江流域、長江流域和松花江流域，最差的是黃河流域、遼河流域、淮河流域和海河流域，尤其是海河流域，其Ⅰ—Ⅲ類水河長比例只有37.2%。南方的水質比北方的水質要好，中西部的水質優(yōu)于東部的水質。

3.2 中國用水效率變化特征

一個國家的用水效率和其經(jīng)濟發(fā)展階段有著直接的關系，通常情況下，經(jīng)濟發(fā)展初期的用水效率比較低，隨著經(jīng)濟發(fā)展到達一定水平后，用水效率就會逐步提高。然而，不同國家之間的用水效率的高低和其經(jīng)濟發(fā)展階段并不直接相關，而是和其水資源稟賦有密切的關系，并且水資源越豐富的國家，用水效率越偏低[11]。用水效率可以反映各個國家之間用水水平的差異，進而揭示該國所具有的節(jié)水潛力[1]。

3.2.1 綜合用水效率

通過研究發(fā)現(xiàn)，可以用于反映綜合用水效率的指標很多，綜合考慮具體情況，采用萬元GDP用水量與人均用水量2個指標來衡量我國綜合用水效率的高低。從全國1949—2013年間的人均用水量和萬元GDP用水量可以看出(見圖4)，從1949—2013年，我國人均用水量由1949年的187 m3上升到1980年的452 m3，此后變化較為平穩(wěn)，2003年略有回落到412 m3后，逐漸增加直至2013年的456 m3。萬元GDP用水量呈現(xiàn)顯著下降趨勢，1997—2013年間共下降617 m3，年平均增長率為-11.18%。雖然近幾年我國的綜合用水效率在不斷地提高，但是與部分發(fā)達國家相比，還是有一定的差距。在2000年時我國的萬元GDP用水量已經(jīng)下降到610 m3，是美國同時期(62 m3)的9.8倍，瑞士同時期(5 m3)的100多倍；在2009年時我國的萬元GDP用水量為178 m3，約為世界平均水平的1.7倍(106 m3)，是美國的3倍，日本的7.3倍?？梢?，雖然近幾年我國的水資源利用效率在不斷提高，但是與美國相比仍有較大差距，需要進一步改善。

圖4 1949—2013年中國用水效率變化情況

3.2.2 各個部門的用水效率

從表4可以看出，我國各個部門的用水效率均呈現(xiàn)提高的態(tài)勢。首先是農業(yè)用水效率，據(jù)中國統(tǒng)計年鑒可知，從1997—2013年我國農田有效灌溉面積持續(xù)增加，26 a間增加了1 233億m2，特別是近幾年平均每年以100億m2的速度增長。然而與之相對應的農田實際灌溉每平方米平均用水量呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢，從1997年的0.74 m3降低到2013年的0.63 m3，說明我國農業(yè)用水是逐漸趨向于節(jié)水的。農田灌溉水有效利用系數(shù)指的是在1次灌水期間被農作物利用的凈水量與總引進水量的比值，它是衡量農田灌溉節(jié)水是否有效的最有效的指標。根據(jù)全國水資源公報可知，2000年全國平均農田灌溉水有效利用系數(shù)只有0.45，2013年提高到了0.523，但與世界先進水平0.7～0.8相比還有較大差距。表明隨著節(jié)水灌溉技術和措施的推廣與運用，我國的農業(yè)用水效率有了較大提高，但相較于農業(yè)經(jīng)濟較為發(fā)達的國家還是有一定差距，將來還是有一定的提升空間[14]。

其次是工業(yè)用水效率，從表4中可以看出我國萬元工業(yè)增加值用水量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，14 a間共下降了296 m3/萬元，年均增長率達到-10.02%。不過與發(fā)達國家相比，我國工業(yè)用水效率還是相對偏低的。2010年我國萬元工業(yè)增加值用水量為90 m3/萬元，約是日本的6.9倍。根據(jù)2012年全國環(huán)境統(tǒng)計公報可知，我國2012年工業(yè)用水重復利用率達到87.0%，但是與美國相比，仍有不小的差距(美國2000年時已達94.1%)。這主要由于部分工業(yè)節(jié)水技術和設備成本相對較高，目前在我國還沒有得到廣泛的應用[18]。

表4 1997—2013年中國各部門用水效率變化情況

表5 2004—2013年我國三大地帶用水效率變化

注：本表數(shù)據(jù)是根據(jù)文獻[13]和文獻[20]整理而成。

生活用水包含農村生活用水和城鎮(zhèn)生活用水2個部分，從表4可以看出，我國城鎮(zhèn)人均生活用水約為農村人均生活用水的2倍多，這與我國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高和城市人口的逐漸增加有關。根據(jù)相關資料顯示，2013年時我國城鎮(zhèn)的人均生活用水為212 L/d，農村的人均生活用水為80 L/d，遠低于部分發(fā)達國家(比如美國在2000年時兩項指標就分別達到了728 L/d和247 L/d的水平)。在一定范圍內，可以認為生活用水和經(jīng)濟發(fā)展水平呈現(xiàn)正相關，因為我國經(jīng)濟發(fā)展水平還不太高，農村和城鎮(zhèn)居民生活水平相比發(fā)達國家還是較低。因此，我國人均生活用水量還處于較低階段。

由于從2003年起，我國才有與生態(tài)環(huán)境補水量相關的數(shù)據(jù)和報告，但是與其利用效率相關的數(shù)據(jù)還沒有記錄。因此，在這里我們沒有辦法對其進行闡述和討論。

總的來說，我國水資源利用效率已經(jīng)有了很大的提高，節(jié)水技術方面也有了很大的改善。但是與一些發(fā)達國家或者節(jié)水技術較先進的國家相比還是有很大差距[13]，這也就預示著我國在節(jié)水方面還有較大的潛力和提升空間。

3.2.3 用水效率空間特征

我國地域遼闊，水資源除在時間上分布不均外，在空間上也存在分布極其不平衡的規(guī)律[19-20]。一個地區(qū)的用水效率與其經(jīng)濟發(fā)展階段有直接關系，但不同地區(qū)用水效率的高低則與水資源稟賦有較為密切的關系，并且一般水資源稟賦和水資源利用效率存在負相關關系相關關系[11]。因此，我國水資源利用效率也呈現(xiàn)一定的地帶性特征。

由表5可知，我國東、中、西部人均用水量變化趨勢并不相同，東部地區(qū)呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，而中部和西部地區(qū)則呈現(xiàn)的是明顯的上升趨勢，2013年人均用水量東部地區(qū)低于全國平均值，中部地區(qū)與全國平均值基本持平，而西部地區(qū)則遠高于全國平均值，這說明節(jié)水技術和節(jié)水措施在東部地區(qū)起到不錯的效果，然而中、西部地區(qū)經(jīng)濟相對來說還比較落后，加之水資源浪費現(xiàn)象比較嚴重，尤其是西部地區(qū)，所以目前中、西部地區(qū)還處于人均用水量增長的階段。萬元GDP用水量呈東部小，中、西部大的分布態(tài)勢，其中2013年東部地區(qū)的萬元GDP用水量為63 m3，已接近部分發(fā)達國家的水平。

農業(yè)用水效率則呈現(xiàn)的是東、中部高，西部低的分布態(tài)勢。10 a來中部地區(qū)的農田灌溉平均用水量基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)，并且低于全國平均水平。東部地區(qū)下降速度最快，目前已基本上與中部地區(qū)持平。而西部地區(qū)雖然下降幅度較大，10 a間下降了69 m3，但是由于基數(shù)比較大，所以目前其值仍然較大，且遠大于全國平均水平。這主要是與西部地區(qū)水資源短缺，自然環(huán)境條件差有關。如西部大部分地區(qū)的光照強度較大，氣候干燥，農田蒸發(fā)強度大，故而導致水資源消耗量較大[21]，農田灌溉平均用水量也隨之較大。

與上述分布態(tài)勢不同，我國工業(yè)用水效率呈現(xiàn)的是東、西、中部依次降低的態(tài)勢，這與東、中、西部的產業(yè)結構有著密切的關聯(lián)。我國東部的工業(yè)增加值用水呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，年均增長率為-11.7%，2013年下降到44 m3/萬元，是全國平均水平(67 m3/萬元)的66%；西部的工業(yè)增加值用水下降速度最快，年均增長率為-15.3%；中部的工業(yè)增加值用水年均增長率為-12.8%，由全國平均水平的1.2倍降為全國平均水平的4/5。

4 全國用水預測

跟人類開發(fā)利用水資源的活動相比，水資源需求預測的歷史是比較短的。早期的時候沒有條件考慮全部地區(qū)的用水需求，也沒有必要進行水資源需求預測的相關工作。只有下面2種情況發(fā)生時我們才有能力也有必要進行水資源需求預測工作：第1種情況是該地區(qū)能夠滿足其全體居民生活和生產活動的全部用水，第2種情況是該地區(qū)的供水部門能夠增加其供水能力以滿足現(xiàn)在和將來對水資源的需求。大約從20世紀60年代起，許多發(fā)達國家為適應高速發(fā)展的經(jīng)濟和人口對水資源不斷增長的需求，才開始系統(tǒng)地進行水資源需求預測工作[8]。

目前國內外用于研究需水預測的方法有很多，分類方法也有很多。根據(jù)對數(shù)據(jù)需求的不同可以分為以下2類：第1類方法是建立過去與目前的水資源需求數(shù)據(jù)之間關系，比如隨機模型法和趨勢外推法；第2類方法則是建立水資源需求數(shù)據(jù)與其它相關因素之間的關系，比如用水定額法和回歸分析法等[22]。各種預測方法都有其優(yōu)缺點，就上述2類方法分析[2, 4, 23]：第1類方法是建立在歷史數(shù)據(jù)的基礎上，由于部分數(shù)據(jù)統(tǒng)計機構的不完善，數(shù)據(jù)資料可能會出現(xiàn)誤差或者缺失現(xiàn)象，所以預測結果也會隨之出現(xiàn)誤差；第2類方法是建立在相關因素的基礎上，由于水資源需求涉及到人口、經(jīng)濟結構、社會政策、生態(tài)環(huán)境等各個方面因素的影響，同時還要考慮到水資源開發(fā)條件的約束和節(jié)約用水等因素，單一的采用某種數(shù)學手段進行預測，只能反映出一些平穩(wěn)的幾何增長過程。通過分析可知，需水預測涉及到眾多因素，任何單一方法的運用都會出現(xiàn)較大的誤差。另外，社會經(jīng)濟在發(fā)展過程中是具有許多不確定性的。因此采用情景分析方法，在了解我國過去水資源利用狀況及國家現(xiàn)有政策的基礎上，定性分析加定量分析，對我國未來用水情景進行預測。

李云玲在《水資源需求與調控研究》一文中將情景預測分為4種方案：外延式、一般節(jié)水、強化節(jié)水和脅迫方案[1]。O K M 烏達, 靳潤芳, 宋為群等人在研究沙特阿拉伯水需求與供給面臨的挑戰(zhàn)時將情景預測分為3種方案：樂觀、適中和悲觀。結合前面的分析，本文采用的情景預測法同樣采用3種方案，分別為較高、適中、較低。最終，得出未來需水變化的一個范圍，并針對每一種方案都進行詳細闡述。由于影響經(jīng)濟和社會發(fā)展因素很多，從1994年以來需水預測的相關研究多著眼于今后10～15 a的情況，時間過長很難有實際意義[24]。因此，3種預測方案皆是預測到2030年的用水情況。

4.1 較高方案

較高方案是假設過去的需水趨勢會持續(xù)下去，根據(jù)此變化來預測我國未來需水情況。由于1997—2003年用水量波動較大，2003年以來我國用水量保持相對穩(wěn)定的增長。因此，我們預測時采用的是2003—2013年這10 a間的水資源利用量變化趨勢。

經(jīng)過對2003—2013年這10 a的數(shù)據(jù)計算分析得出：綜合用水將以歷史年均增長率1.515%繼續(xù)增長，工業(yè)用水將以歷史年均增長率1.795%繼續(xù)增長。農業(yè)用水和生活用水將分別以歷史年均率1.089%和2.850%繼續(xù)增長(此時將農業(yè)用水量中的牲畜用水量依然調整至生活用水量中)。由于中國對生態(tài)環(huán)境補水用水進行全面系統(tǒng)的測量和記錄是從2003年才開始，并且在總變化量中所占比例很小，所以其變化對于總量變化的影響是十分有限的。故本文采用綜合用水量與其他3個部門用水量的差值作為生態(tài)用水量。較高方案的預測結果如圖5所示。

圖5 較高方案的預測結果

4.2 適中方案

適中方案是結合歷年的人口增長、經(jīng)濟變化情況和未來經(jīng)濟與社會的需要，同時考慮到氣候變化的影響而制定的。由于人類不僅是整個社會生活和生產活動的主導因素，而且還是調節(jié)水資源供需矛盾的動力，并且用水歸根到底為人的用水，可見，社會需水量與人口數(shù)量是緊密相關的。人均用水量是一個相對穩(wěn)定的參數(shù)，它在社會與經(jīng)濟結構調整的變動所發(fā)生的變化是微量的[25]。因此，本文采用人均用水量法對我國未來綜合用水進行預測。人均用水量法的計算公式如下：

(1)

wc=Wc/Pc。

(2)

式中：Wf為預測水平年總需水量；Pf為預測水平年人口數(shù)；Wc為現(xiàn)狀年實際總需水量；Pc為現(xiàn)狀年人口數(shù)；wc為現(xiàn)狀年人均用水量；Δw為人均用水量調整數(shù)，可以從人均用水量曲線圖的趨勢求出。

通過查閱中國水利部門的相關數(shù)據(jù)，得到與工業(yè)、農業(yè)和生活用水相關的數(shù)據(jù)。運用SPSS軟件分別對上述收集到的數(shù)據(jù)建立一元多項式回歸模型，得到以下4個擬合方程，其中擬合優(yōu)度R2最小值為0.869，并且所有的置信水平ρ=0.00。R2越趨向于1，說明回歸模型越顯著；當ρ<0.05時，則回歸模型顯著[26]。因此，得到的4個擬合方程在一定程度上是合理可用的。

(1) 綜合人均用水量，R2=0.869，ρ=0.00，

(3)

(2) 農田灌溉每平方米平均用水量，R2=0.902，ρ=0.00，

(4)

(3) 工業(yè)用水量，R2=0.887，ρ=0.00,

y3=exp(6.97+0.02x) 。

(5)

(4) 人均生活用水量，R2=0.905，ρ=0.00，

(6)

近50 a來，我國氣溫總體呈上升趨勢，年降水量呈微弱的減少趨勢[18，27]。氣溫的升高將會導致工業(yè)、農業(yè)和生活用水的蒸散發(fā)量增加，從而引起用水的增加。氣溫通過增加作物的蒸發(fā)量和延長作物生長周期而影響農業(yè)用水，氣溫每升高1℃，農業(yè)灌溉用水增加10%[28]；氣溫一方面影響占工業(yè)用水60%的冷卻水，每升高1 ℃，冷卻水需水量增加1%～2%，另一方面還會通過影響空調、冰箱、天然氣等工業(yè)產品的需求量而間接影響工業(yè)用水總量；隨著溫度的升高，生活用水中的飲用、衛(wèi)生和洗滌等用水量也會增加，每升高1 ℃，生活用水量增加1%[29]。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第4次評估報告顯示：全球未來20 a間，每10 a溫度將升高0.2 ℃。而相關專家表示在過去60 a間我國年平均氣溫每10 a約升高0.23 ℃，是全球氣溫升幅的2倍。由于隨著相關科技的進步和政策機制的保障，未來氣溫增幅可能會有所下降，因此，在此采用每10 a溫度升高0.2 ℃作為我國未來氣溫的增幅。

由于中國對生態(tài)環(huán)境補水用水進行全面系統(tǒng)的測量和記錄是從2003年才開始，并且所占總量比例很小，其變化對于總量的影響是十分有限的。因此，采用近年來生態(tài)環(huán)境補水用水記錄當中的最大值120億m3作為未來的預測值。

圖6 適中方案的預測結果

4.3 較低方案

較低方案是以我國關于水資源發(fā)展各個部門制定的發(fā)展計劃為依據(jù)，對未來需水變化進行預測。根據(jù)《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》中制定的計劃，假設農業(yè)用水的年均增長速率為0.45%，工業(yè)用水的年均增長速率為0.85%，生活用水的年均增長率為1.36%，生態(tài)用水同樣采用綜合用水量與其他3個部門用水量的差值。

最終，以中國水資源公報中獲取的我國2013年的用水數(shù)據(jù)為基礎，按照《意見》中制定的計劃增長率，得出較低方案的預測結果，如圖7所示。

圖7 較低方案的預測結果

4.4 結果和分析

本文運用Excel和SPSS軟件分別建立和分析了上述3種方案下的不同情況。根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒1997—2014年人口數(shù)據(jù)分析可知，前幾年人口變化波動較大，但是從2006年至今，每年人口凈增加量基本上在700萬人上下浮動，因此，我們按未來每年凈增700萬人來計算未來人口數(shù)量。

較高方案下的需水預測結果如圖5所示。圖中顯示了截止2030年的農業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境補水的需水量。結果表明，綜合需水量從2015年的6 372.1億m3增加到7 983.9億m3。各個部門都有顯著的增加，增速最快的是生活用水2015—2030年間共增加了463.3億m3，年均增長率達到2.85%；其次是工業(yè)用水和農業(yè)用水，年均增長率分別為1.795%和1.089%；生態(tài)環(huán)境補水需水量也有增加，但意義不大。較高方案是將歷史和當前的水資源管理實踐轉化為將來的潛在結果[30]。

圖6顯示了適中方案下截止2030年的農業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境補水的需水量。結果表明，綜合需水量從2015年的6 416.8億m3增加到2030年的7 726.8億m3，增加的原因主要是生活用水和工業(yè)用水顯著增加，兩者年均增長率分別為2.454%和2.02%。農業(yè)用水則是呈現(xiàn)不斷減少的趨勢，年均增加率為-0.884%。

圖7顯示了較低方案截止2030年較低方案下的農業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境補水的需水量。結果表明，綜合需水量雖有增加，但相對于其他兩種方案來說并不是特別明顯，從2015年的6 350億m3增加到2030年的7 000億m3。增速最快的是生態(tài)環(huán)境補水，但由于是差值計算的結果，在此就不作詳細討論；其次是生活用水2015—2030年間共增加了187.2億m3，年均增長率為1.360%；農業(yè)用水和工業(yè)用水雖然增幅較大，但是由于基數(shù)較大，所以增長速率并不高。

從上述結果可知，較低方案下綜合需水量增幅較小，若依舊運用過去的水資源利用和管理方案是比較難以實現(xiàn)。適中方案是結合相關指標和氣候變化因素得到的結果，反映的是比較真實的情況。如果按照目前的水資源利用及管理實踐持續(xù)下去，較高方案所反映的情況肯定會實現(xiàn)，且極有可能會造成地下水的過度消耗[30]。

由于隨著經(jīng)濟的發(fā)展和產業(yè)機構的演進，用水量會經(jīng)歷類似于“庫茲涅茨曲線”的變化。根據(jù)社科院發(fā)布的《中國工業(yè)化進程報告(1995—2010年)》可知，我國在2010年已經(jīng)完成工業(yè)化中期階段，進入工業(yè)化后期。而工業(yè)化后期，整個產業(yè)結構會得到迅速調整，第三產業(yè)或者信息產業(yè)會迅速發(fā)展成為主導產業(yè)，工業(yè)用水部門和生活用水部門會成為用水主導部門，工業(yè)用水會下降，并且由于科技水平的提高，農業(yè)用水也會不斷減少[31]。

水價的上升對用水有明顯的抑制作用，但不同區(qū)域和不同用水類型的水價的彈性系數(shù)差別較大[32]。因此在上述的適中方案中我們沒有考慮到水價的定量影響。根據(jù)許多水價研究的文獻可知[1, 32-33]，提高水價對工業(yè)用水會產生非常明顯的抑制作用，主要會促進企業(yè)節(jié)約用水；對農業(yè)用水的也有較為顯著的影響，農業(yè)灌溉方式可能會隨之改變，甚至農業(yè)種植結構也可能會發(fā)生變化；對生活用水的影響不太明顯，并且在不同的時間段影響不同。水價在水資源調控中起杠桿的作用，只有建立合理的水價體系，才能夠起到促進水資源的節(jié)約利用和可持續(xù)發(fā)展的作用。

總的來說，如果考慮到產業(yè)結構的調整和科學技術的進步，以及國家制定合理的水價體系[31]，適中方案中的綜合用水及各個部門的用水均會下降。

5 結論和展望

5.1 結 論

我國各個用水部門的用水變化特征：農業(yè)用水在用水總量中占主導地位，所占比例在不斷下降。近幾年間，工業(yè)用水和生活用水在快速增長中，而農業(yè)用水的增長速率比較緩慢。生態(tài)環(huán)境補水用水雖有增加，但由于所占比例較小，所以對于總量變化影響不大。我國水資源利用在空間上的特征：南方四區(qū)用水總量大于北方六區(qū)，生活和工業(yè)用水南高北低，農業(yè)和生態(tài)環(huán)境補水分布用水北高南低，各區(qū)各部門用水變化不同。黃河流域和海河流域甚至呈現(xiàn)不太明顯的下降趨勢，其余流域皆呈現(xiàn)較為平緩的增長趨勢。南方的水質優(yōu)于北方，中西部的水質優(yōu)于東部。東、中、西部的用水效率有一定的差距，并且呈現(xiàn)不同的變化態(tài)勢。這些皆與我國產業(yè)布局和自然環(huán)境條件有關。綜合來說，我國水資源利用效率與發(fā)達國家或者節(jié)水技術比較高的國家相比還是有一定的差距的。

需水預測是水資源管理配置的基礎，但由于相關的不確定因素較多，比如水資源年際變化的隨機性、人口的不斷增加、氣候變化等，導致所得預測結果往往不確定性太高。本文預計我國2030年綜合用水量增幅區(qū)間為861億～1 800億m3，區(qū)間差約為980億m3，從這一差距可以看出，國家相關部門實施的水資源需求管理有著潛在的積極的影響。此外，根據(jù)CAE研究報告可知，中國綜合用水高峰期(7 000億～8 000億m3)將會在2030年前后出現(xiàn)，這與我們所得出的預測結果基本上相吻合。

5.2 展 望

因為與水資源相關的因素還有很多，比如：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國家戰(zhàn)略在不斷地調整，這在一定程度上會影響水資源利用；科學技術的進步會為水資源管理提供新的路徑；水價體系的制定、產業(yè)結構的調整和科學技術的進步，會影響各個部門的用水和節(jié)水情況；隨著全球氣候條件的變化，未來氣溫會不斷增加，4個部門的用水量都會隨之產生一定程度的變化[27]。因此，未來在研究水資源變化及預測時，應該更加關注經(jīng)濟、科技、政策和氣候變化問題，另外由于對于生態(tài)用水的認識還比較淺顯，這點還需要進一步研究?？偟膩碚f，更好的了解我國水資源的利用特點和各部門的分配政策，對于我們將來的研究會有很大的幫助。

[1] 李云玲.水資源需求與調控研究[D].北京：中國水利水電科學研究院,2007.

[2] 賀麗媛,夏 軍,張利平.水資源需求預測的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].長江科學院院報,2007,24(1):61-64.

[3] 馬興冠,傅金祥,李 勇.水資源需求預測研究[J].沈陽建筑工程學院學報(自然科學版),2002,18(2):135-138.

[4] 王海峰,賀 驥,龐靖鵬,等.需水預測方法及存在問題研究[J].水利發(fā)展研究,2009,9(3):19-22.

[5] 陳家琦,王 浩.水資源學概論[M].北京:中國水利水電出版社,1995.

[6] 佚 名.《中國二十一世紀議程》:中國21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書[J].再生資源研究,2000,(1):2.

[7] 中華人民共和國水利部.中國水資源公報(1997—2013年)[R].北京：中國水利水電出版社,1997-2013.

[8] 孫志強.需水預測的意義和發(fā)展[J].農村經(jīng)濟與科技,2014,(4):105-106.

[9] 司訓練,董 琳.基于水資源需求側管理的水價制度探討[J].生態(tài)經(jīng)濟,2007,(8):84-87.

[10]程曉勝,盧河志,黃桂玲,等.中國未來用水需求量的預測分析[J].湖北師范學院學報(自然科學版),2013,(2):29-32.

[11]張 亮.未來十年中國水資源需求展望[J].發(fā)展研究,2013,(11):12-18.

[12]沈福新,耿雷華,曹霞莉,等.中國水資源長期需求展望[J].水科學進展，2005,16 (4):552-555.

[13]馬 靜,陳 濤,申碧峰,等.水資源利用國內外比較與發(fā)展趨勢[J].水利水電科技進展,2007,27(1):6-11.

[14]沈大軍.中國區(qū)域缺水問題的發(fā)展趨勢與解決對策[J].地球科學進展,1996,11(4): 342-349.

[15]賈紹鳳,張士鋒.中國的用水何時達到頂峰[J].水科學進展,2000,11(4):470-477 .

[16]豐華麗,夏 軍,占車生.生態(tài)環(huán)境需水研究現(xiàn)狀和展望[J].地理科學進展,2003,22 (6):591-598.

[17]王杰青.中國水資源利用強度的時空差異分析[D].武漢：華中師范大學，2012.

[18]劉 珂,許吟隆,陶生才,等.多模式集合對中國氣溫的模擬效果及未來30年中國氣溫變化預估[J].高原氣象,2011,30(2):363-370.

[19]陳志愷.21世紀中國水資源持續(xù)開發(fā)利用問題[J].中國工程科學,2000,2(3):7-11.

[20]張利平,夏 軍,胡志芳.中國水資源狀況與水資源安全問題分析[J].長江流域資源與環(huán)境,2009,18(2):116-120.

[21]馮 杰.中美兩國用水比較分析[J].中國水利，2010，(1):41-44.

[22]蔡素芳,梅亞東.需水預測研究綜述[C]∥變化環(huán)境下的水資源響應與可持續(xù)利用——中國水利學會水資源專業(yè)委員會學術年會論文集.2009:219-224.

[23]閆 彥.國內用水需求預測實證研究——以浙江省為例[J].生產力研究,2009,(2):76-78.

[24]陳家琦.在變化環(huán)境中的中國水資源問題及21世紀初期供需展望[J].水利規(guī)劃與設計,1994,(4):13-19.

[25]柯禮丹.人均綜合用水量方法預測需水量——觀察未來社會用水的有效途徑[J].地下水,2004,26(1):1-5.

[26]ZHAO Jing,DAN Qi.Mathematical Modeling and Mathematical Experiments[M].Beijing:Higher Education Press,2008.

[27]李原圓,曹建延,沈福新,等.1956—2010年中國可更新水資源量的變化[J].中國科學地球科學,2014,(9):2030-2038.

[28]劉春蓁.中國水資源響應全球氣候變化的對策建議[J].中國水利,2000,(2):36-37.

[29]王建華,楊志勇.氣候變化將對用水需求帶來影響[J].中國水利,2010,(1):5.

[30]O K M烏達,靳潤芳,宋為群.沙特阿拉伯水需求與供給面臨的挑戰(zhàn)[J].水利水電快報,2014,35(10):6-9.

[31]何希吾,顧定法,唐青蔚.我國需水總量零增長問題研究[J].自然資源學報,2011,(6):901-909.

[32]錢正英,張光斗.中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究綜合報告[J].中國工程科學,2000,2(8):1-17.

[33]賈紹鳳,張士鋒,楊 紅,等.工業(yè)用水與經(jīng)濟發(fā)展的關系——用水庫滋涅茨曲線[J].自然資源學報,2004,19(3):279-284.

(編輯：趙衛(wèi)兵)

Characteristics and Future Trends of WaterResources Utilization in China

WU Fang1,ZHANG Xin-feng2, CUI Xue-feng3,4

(1.College of Resources Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China;2.Department of Resource Management, Tangshan Normal University,Tangshan 063000, China;3.School of Systems Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China;4.College of Resource and Environment Sciences, Xinjiang University, Urumqi 830046, China)

Through analyzing the water consumption data in the past six decades in China, the temporal and spatial features of water consumption were obtained.In temporal scale, agricultural water consumption, as a dominant sector, increased rapidly from 1949 to 1980, and kept quite stable and even decreased after 1980; whereas industrial water consumption has increased rapidly in response to economic development since 1980. In spatial scale, the total water use, domestic water use and industrial water use in the south were much more than those in the north; the agricultural water use and eco-environmental replenishment water in the south were less than those in the north; and the water use efficiency of the east, middle and west part of China displayed some gap and presented different change trends. Furthermore, the water demands in the future 10-15 years inscenarios of high, moderate and low consumption were predicted respectively using the scenario analysis method.

water resources utilization; water demand; China; change trend;water demand prediction; summarizing and analysis

2015-09-28；

2015-11-02

國家自然科學基金項目(41271542);973全球變化專項(2015CB953602)；國家自然科學基金項目( 41271542,41661144006)

吳 芳(1993-)，女，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，主要從事結合氣候變化與農業(yè)發(fā)展研究水資源問題方面的研究，(電話)18210878086(電子信箱)2361830677@qq.com。

崔雪鋒(1976-)，男，山西襄汾人，副教授，博士生導師，博士，主要從事氣候變化與氣候影響的交叉學科方面的研究工作，(電話)13681113976(電子信箱)xuefeng.cui@bnu.edu.cn。

10.11988/ckyyb.20150816

2017,34(1):30-39

TV211

A

1001-5485(2017)01-0030-10