我國用水基本規律與戰略研判的認識思考
Insights and reflections on basic laws and strategic assessment of water use in China
趙勇,何國華,王建華,何凡,李雯晴
(中國水利水電科學研究院流域水循環模擬與調控國家重點實驗室,100038,北京)
摘要:用水演變態勢事關經濟社會發展、生態文明建設大局,直接影響重大水利工程總體格局。自2013年我國用水統計達到峰值以來,用水需求增長的動力是否存在、未來用水發展態勢如何演變等問題,逐漸成為爭論的焦點,迫切需要系統回答。通過梳理總結近年研究成果,圍繞用水需求是否達峰、如何演變、峰值何時到來等重大問題,集中梳理十點認識思考。研究認為:用水不同于需水,現階段實際用水受供給側約束等多重因素影響,表現出零增長特征;但隨著消費結構升級、城鎮化推進、國際貿易不穩定性加劇等形勢變化,我國用水需求仍存在增長空間,通過持續強化節水、國家水網工程建設等手段提升供水保障能力十分必要。在考慮最嚴格水資源管理制度、經濟發展需求和既有工程規劃體系條件下,預測我國用水需求峰值約為6400億~6500億m3,峰值大概率在2035—2040年到來,仍有10年增長期。
關鍵詞:用水規律;用水達峰;用水需求;供給側
作者簡介:趙勇,水資源所所長,正高級工程師,主要從事水循環演變、水資源高效利用與國家水網研究。E-mail:zhaoyong@iwhr.com
基金項目:國家重點研發計劃(2021YFC3200204);國家自然科學基金(52025093、52109042、52394230)。
DOI:10.3969/j.issn.1000-1123.2025.09.001
我國的用水需求是否已經達峰?這一問題對國家水資源宏觀管理策略及重大水利設施規劃布局具有重要影響。研究認為,近年來我國統計用水量逐漸減少是多種因素共同作用的結果,但未來用水格局仍存在變數,現在就認為用水需求已經達峰還為時尚早,需謹慎對待。
根據我國用水統計數據,1949年以來,我國用水大致可以分為3個變化階段,分別是1949—1980年的用水高速增長期、1980—2013年的用水穩定增長期和2013年以來的平穩下降期。新中國成立初期,隨著工農業生產和城市工商業迅速發展,全國用水量呈現快速增長態勢,從1949年的1015億m3快速增加到1980年的4416億m3,年均增長率達到4.7%。1980—2013年,我國用水增長趨勢放緩,年均增長率下降到1.0%,并于2013年達到用水峰值6183億m3。2013年后我國用水開始緩慢下降,表現出拐點的現象。2023年,全國用水總量為5906億m3,比2013年峰值下降了4.5%。
我國1949年以來用水總量變化
未來我國用水需求將如何演變已經成為水資源規劃管理迫切需要回答的重大問題。近年來,學術和工程領域針對該問題開展了系統研究,形成了一系列頗具價值的科研成果。學者們對于我國用水態勢的認知呈現出兩種主要觀點。一種觀點認為我國工業化仍在持續推進,加之某些地區生活用水標準尚待提升,隨著經濟發展與水資源優化配置體系逐步健全,我國用水需求將維持漸進式增長態勢。例如,《全國水資源綜合規劃》預測2030年全國用水總量將達到7000億m3;沈福新等基于人口、經濟指標與用水量的相互關系,分析得出2030年和2050年我國需水量將分別達到7277億m3和7863億m3;姚建文等測算認為2050年我國用水需求可能為8500億~9000億m3。另一種觀點認為我國人口總量已進入負增長階段,低耗水的綠色智能工業和更節水的現代集約農業將成為未來工農業的主要發展模式,隨著用水效率的進一步提高,我國的用水總量正在向零增長過渡并很快達峰。例如,何希吾等系統梳理了發達國家產業轉型過程中的用水演變規律,推斷我國用水極值出現的時間節點為2026—2030年,規模為6300億m3;易信通過構建生產函數模型模擬我國中長期經濟增長趨勢,預測2030年和2050年用水總量將分別達到6375億m3和6047億m3;姜富華等認為目前全國生產生活用水量已經達峰。
研究認為,用水量與需水量的概念存在本質差異。需水量指某個地區為維系經濟社會系統正常運轉、保障基本民生需求及實現生態系統服務功能所需要的理想水量規模。相較而言,用水量反映特定時空條件下區域經濟社會活動及生態環境實際消耗的水資源量,該指標受到水資源稟賦、水利設施供水能力、水需求強度、政策調控模式等多重驅動因素的影響。根據調水工程“十四五”專項規劃研究成果,受水源不足、工程制約等因素影響,全國現狀缺水量為491億m3,僅供水能力不足導致的缺水已達到174億m3。因此,僅關注某一時段用水變化而不分析背后的需求態勢與工程條件,難以科學判斷真實的用水規律。研究認為,未來一個時期我國用水變化仍存在較大的不確定性,根據過去10年用水統計變化趨勢就提出我國生產生活用水需求已經達峰的結論還為時尚早。
用水變化遵循客觀規律
任何事物發展變化都有其內在規律,用水變化也是如此。研究表明,區域用水演變受社會經濟驅動與水資源供給約束的共同影響。經濟規模擴張的正向驅動、生產效率優化的逆向調節以及水資源的約束機制,共同構成了區域用水量變化的三大核心動力。
研究發現用水演化呈現受資源承載能力約束的適應性增長規律。基于水資源約束程度的梯度差異,用水總量的適應性增長曲線可分為3種類型:自然增長型、發展約束型和嚴重脅迫型。
受資源承載能力約束的適應性增長曲線
1.自然增長型(曲線ABDEH)
區域水資源充足、社會經濟活動基本不受水資源制約的情況下,用水量隨著經濟發展和社會進步自然增長。其用水變化曲線類似于經濟學中的庫茲涅茨曲線,頂點E標志著在自然增長條件下的用水峰值。美國可看作是自然增長型,美國用水峰值出現在1980年,當年用水總量達6164億m3,相應的人均年用水量為2680m3,是當年我國人均用水量的6.2倍。在經歷1980年峰值后,盡管人口總量和經濟規模呈現持續擴張態勢,但美國用水總量在此后的20多年間始終維持在較平穩水平。近年來,受火電用水需求減少的影響,其用水總量開始顯著下降。
2.發展約束型(曲線ABDFG)
當區域水資源接近其可持續利用上限時,為避免對生態系統造成不可逆損害,需提前介入并實施用水約束策略,以引導用水增長軌跡向水資源承載能力(W)靠攏。這一過程導致用水增長不再遵循原有的自然軌跡,而是在調控作用下形成新的增長路徑,峰值F體現了在資源承載能力約束下的實際發展上限。日本是發展約束型的典型國家,盡管其年降水量充沛,但受制于人口密度高、河川徑流短小急促以及水資源調蓄能力有限等因素,人均水資源占有量不足全球均值的1/2。自20世紀60年代城市化進程加速引發用水需求激增,疊加生態環境承載壓力持續加劇,日本開始大力推行節水措施和推廣再生水利用,顯著提升了用水效率。至1992年,其用水總量觸及歷史峰值,人均約為720m3,相當于美國1980年峰值的1/4。
3.嚴重脅迫型(曲線ABJK)
當區域水系統遭遇超載壓力,即用水需求突破自然環境承載能力(W)時,即便在經濟社會發展水平相對較低的階段,也需要采取極端措施,如嚴格限制發展規模、優化產業結構,甚至不惜犧牲部分生態用水或依賴高成本外調水源來維持水資源安全。這種情境下的用水增長曲線急劇偏離自然狀態,呈現出一種在極限約束下的發展態勢。海河、黃河流域是這種類型的代表,以北京市為例,其人均水資源量僅有150m3,不足全國平均水平的1/10。20世紀80年代,由于區域經濟高速增長與人口集聚擴張效應共同驅動,北京全市用水總量于1992年達到46.4億m3,突破水資源承載極限。自20世紀90年代末起,北京市通過實施耕地面積縮減與高耗水行業外遷等調控措施,促使用水量連續10年保持下降趨勢,至2002年縮減到34.6億m3。但隨著城鎮化進程加速,21世紀初用水需求再度進入上升軌道。為應對這一挑戰,北京市不得不依賴高成本的外調水提升區域承載能力,以支撐區域經濟社會的可持續發展。
總體來看,我國南方豐水地區用水變化大體屬于自然增長型,經濟社會發展規模與生產效益水平是決定其用水變化的主要因素。北方多數缺水區域可歸類于發展約束型,其中部分區域已演變為嚴重脅迫型。這種現象的本質并非經濟社會用水需求缺失,而是源于水資源供給側的強約束機制,表征為用水微增長或零增長現象。
用水達峰出現的共性特征
研究發現,全球主要發達國家的用水總量普遍經歷了拐點,已進入穩態化或負增長階段。對15個已經出現峰值的發達國家進行統計分析,發現用水達峰出現時各個國家的經濟水平、產業結構、城市結構三大指標具有顯著的趨同特征,識別發達國家用水達峰的特征指標,能夠為我國水資源需求預測提供參考借鑒。
分析已出現用水峰值的發達國家用水總量與其經濟社會發展軌跡關聯關系,發現20世紀70至90年代是這些國家普遍達到用水高峰的時段,并且用水達峰時伴隨著3個顯著的經濟社會特征:①以2020年不變價核算,人均GDP普遍超過2萬美元;②城鎮化率高,普遍跨越70%門檻;③第三產業在經濟結構中的占比顯著較高,達到60%以上。進一步分析發現,用水峰值出現的時間越晚,伴隨的經濟社會發展水平就越高;而水資源條件較為匱乏的地區,其用水峰值會更早到來,并且達峰時的經濟社會指標值比其他國家明顯較低。
主要發達國家用水總量發生拐點時間及其對應的經濟社會指標
基于2022年國家統計局數據,我國人均GDP為8.57萬元(約1.17萬美元),城鎮化率為65.2%,第三產業占GDP比重為52.8%。對照發達國家用水拐點出現的經濟社會條件,三項指標尚未達到所需閾值。與除港澳臺以外的31個省(自治區、直轄市)進行對比分析顯示,北京和上海已基本滿足相關標準,江蘇、浙江、廣東和福建接近達標,其他省份與這些條件仍存在顯著差距。需要說明的是,由于產業結構、人口規模、發展路徑的巨大差異,發達國家用水達峰的經濟社會條件并不能作為我國需水達峰的嚴格判別標準,但對于我們科學認識用水變化過程與驅動因素仍具有參考意義。
進一步梳理用水拐點出現后各個國家的用水演變態勢,發現即便首個用水拐點出現,未來用水規模也不一定持續下降。國際經驗表明,發達國家跨越首個用水拐點后,呈現出3種差異化演化路徑。澳大利亞和加拿大等國家在用水量達到峰值后呈現快速下降特征,形成典型的“倒V形”回落趨勢。相比之下,美國、挪威、日本等國家則經歷了相對平穩的用水平臺期。例如,美國在1980年達到用水峰值后,其總用水量長期維持在5500億~5800億m3,這一平臺期持續了20余年。直到近年,用水量才開始呈現顯著下降趨勢。而丹麥、愛爾蘭等國家,雖然初期用水量有所減少,但隨后又經歷了波動性回升。這些經驗提示我們,即便我國用水拐點已經出現,未來用水趨勢也可能存在多種變化態勢,需要在深化水資源節約集約利用、提升管理效能的同時,構建更加靈活的供水保障體系,以確保水安全與經濟社會可持續發展。
出現用水拐點國家的用水演化歷程
節水對用水需求的影響
國情水情決定了我國經濟社會發展必須走“節水優先”之路。理論上講,節水潛力可以無限挖掘,但節水是有成本的社會活動,實現節水潛力需要經濟、資源和科技的持續投入,是一個緩慢漸進的過程。研究認為,平衡好水量節約與經濟投入、生態保護、產業發展之間的關系,是未來一個時期我國節水工作的重要課題。
我國是世界主要經濟體中水脅迫程度最深的國家,積極推動“節水優先”是應對水風險的重要手段。21世紀以來,我國圍繞節水謀劃了一系列重大舉措:2001年啟動節水型社會建設,2013年啟動最嚴格水資源管理制度考核,2014年提出“節水優先”方針,2016年開展水效領跑者行動,2019年印發《國家節水行動方案》。通過需求端的持續管控,各行業用水效率大幅提升。2022年,全國萬元工業增加值用水量為24.1m3,萬元GDP用水量為49.6m3,畝均灌溉用水量為364m3,用水效率分別較2000年提升92.0%、92.6%和13%。對比來看,目前我國萬元工業增加值用水量、萬元GDP用水量分別為中高收入國家平均值的87%和85%,畝均灌溉用水量僅為金磚國家均值的75%。
通過數十年發展,我國節水工作在宏觀、中觀、微觀3個尺度均取得了顯著成效。在宏觀層面,堅持把水資源作為最大的剛性約束,通過在全國范圍實施用水總量控制,進行全國省市縣三級用水指標分解并逐級考核,切實將經濟活動限定在水資源承載能力范圍之內,解決了水資源過度開發利用問題。在中觀層面,建立完善了水資源優化配置體系,將非常規水源納入水資源統一配置,全面推動各領域污水資源化利用,對各地區提出了明確的再生水利用指標要求,以新水用量的微增長支撐了經濟社會的快速發展。在微觀層面,大力推動先進節水技術、工藝和設備的研發與應用,先后發布了主要行業用水定額、節水技術標準和強制性水效標準,節水型生產生活方式已基本形成,水資源利用效率效益大幅提高。
目前,我國節水已先后跨越以“工程節水”為特征的1.0時代和以“工程節水+制度節水”為特征的2.0時代,進入了“數字節水”3.0時代,隨著節水投入逐漸加大,進一步挖掘節水潛力的邊際成本持續增長,并對經濟、生態和產業發展產生了深刻影響。
1.經濟的比較性方面
研究以河北省衡水市地下水壓采為案例,測算發現衡水市通過種植結構調整、冬小麥節水灌溉、保護性耕作、水肥一體化、地下水置換等措施,以32.9億元的成本投入實現了2.1億m3的地下水壓采規模。平均來看,衡水市地下水壓采成本為3.5元/m3,已經遠高于南水北調中線的調水成本(0.97元/m3)。地下水壓采對于財政經費投入的嚴重依賴,已經成為制約區域地下水可持續管理的重要因素。再以內蒙古河套灌區為例,2023年河套灌區投入4.487億元進行渠系襯砌與配套建筑物改造,工程實施后實現節水0.41億m3。平均來看,現階段河套灌區節水成本已達10.9元/m3,遠高于0.153元/m3的水費收入。
2.節水的生態負外部性方面
我國西北大中型灌區依賴灌溉所形成的人工生態綠洲系統,近年也由于高強度節水受到了一定影響。以寧夏青銅峽灌區為例,隨著農業節水的推進,灌溉用水量由20世紀90年代的70億m3左右下降到2020年的40億m3左右,對應8月份地下水平均埋藏深度從1.0m下降到1.9m,2月份地下水平均埋藏深度從2.2m下降到2.7m,已經接近生態埋深閾值。為了彌補地下水水位下降導致的河湖生態水量缺口,寧夏每年不得不消耗2億~3億m3的水量專門用于河湖補水,造成惡性循環
3.水效的比較性方面
節水的目的是為了抑制不合理的用水需求,以節水擴大發展空間,但在實際操作過程中,部分地區產業的正常發展路徑受到影響。以河北傳統支柱產業紡織業為例,由于環保政策倒逼和資源約束,河北省2017年開始整治印染產業,紡織業、紡織服裝制造業總產值分別由2016年的1731億元和438億元下降到2020年521億元和160億元。但從用水效率看,目前河北規模以上紡織業的萬元工業增加值用水量僅為7.5m3,遠低于全省12.5m3的萬元工業增加值用水量平均水平,并且部分造紙企業的再生水利用效率已經達到96%,新水用量并不高。
綜上,隨著節水進入新階段,高耗水行業的用水特征是動態變化的,不能再單純以降低水量消耗作為主要管控目標,而是要將經濟投入、生態保護、產業發展協同考慮,盡可能通過產業升級和新技術應用提升用水效率效益,以實現資源環境保護和高質量發展相互協調。
供給側約束對用水的影響
研究認為,供水的天花板效應是北方缺水地區用水規模沒有增長的重要原因,并產生約束型缺水、轉嫁型缺水兩方面影響,導致部分行業正常用水需求無法滿足,或依靠襲奪農業和生態用水來維持經濟社會的正常發展。
國際通行的地表水合理開發利用率標準為40%,而我國北方河流水資源開發利用程度明顯偏高,超過了水資源正常開發利用的安全閾值,逼近甚至觸及了水資源承載能力極限。目前淮河流域地表水開發利用率已超過50%,黃河、海河及遼河流域高達70%以上,多數內陸河流域普遍超過80%。此外,近年北方主要河流如黃河、海河、遼河等流域水資源量顯著衰減,進一步加劇了供給側約束。“無水可用”已成為制約我國特別是北方地區用水規模增長的現實瓶頸。
黃河、海河流域水資源量衰減態勢
以黃河流域為例,盡管黃河干流連續25年未出現斷流現象,但從水資源實際狀況來看,缺水態勢并未得到有效緩解。在供給側,水資源呈現出顯著的衰減趨勢。統計數據顯示,黃河多年平均天然徑流量從早期的609億m3(1956—1979年)逐步下降至531億m3(1980—2000年),并在2001—2016年間進一步縮減至457億m3。在需求側,伴隨區域經濟持續增長與社會發展進程,黃河流域用水需求呈現持續攀升特征,其年均耗水量由1990—1999年的282億m3增長至2000—2017年的300億m3。在供水總量縮減與耗水需求擴張的雙重壓力下,流域水資源供需矛盾必然呈現加劇態勢。
水資源供給“天花板”的制約作用體現在兩個方面。首先是約束型缺水,即經濟社會尚處于快速發展階段,但由于水資源匱乏或取水成本過高,正常的發展用水需求難以滿足。例如黃河流域中上游地區,其人均GDP低于全國均值,工業化勢頭強勁,但水資源不足迫使部分地區不得不放棄一些高利潤項目,或依賴高成本的水權交易來勉強維持發展。其次是轉嫁型缺水,即通過犧牲農業與生態環境用水來保障經濟社會的基本運作。例如海河流域發展用水長期依賴超采地下水和占用河湖生態用水,這種不可持續的水資源配置方式導致平原區主要河流長年大范圍斷流干涸,已造成一系列嚴重的生態危機。
消費結構快速升級對用水的影響
研究認為,隨著收入水平提升,消費升級是必然趨勢,但更高級的消費往往意味著更多的水資源需求,在不影響生活質量的前提下,保障正常合理用水需求、抑制無效損耗是應對消費升級的可行方式。
隨著經濟社會發展,我國居民消費結構已由生存型向舒適型轉變,消費水平提升對我國用水需求產生了直接影響,其中食物消費結構升級的影響最為顯著。過去40年間,我國水稻與小麥的人均消費量顯著下滑,分別從1981年的124kg和135kg快速下降到2022年的53kg和67kg。與此同時,動物性食物消費量則快速增加,其中人均消費豬肉的量從1981年的11kg上漲到2022年的23kg,禽肉、雞蛋和牛奶的人均消費量則分別增加了1100%、729%和298%。目前,生產1kg小麥平均需要消耗1.1m3水量,而生產1kg牛肉消耗的水量是小麥的12倍。隨著我國居民膳食結構逐漸由低耗水的植物主導型向高耗水的動物蛋白驅動型產品轉變,過去40年滿足一個中國人食物消費所需要的水量(包括藍水和綠水)由672m3增長至797m3,增幅接近1/5。同時,由于更多的肉類消耗,城鎮居民每年人均食物消費需水量比農村居民多229m3,這導致城鎮化率每增加1%,我國食物消費的藍水足跡就會增加27億m3
對工業需水而言,生活水平提升意味著更多的工業產品消耗,但由于工業產品的用水定額相對較小,生活水平提升對工業用水的影響并不顯著。研究對比分析了交通產品、家用電器、電子產品、能源產品的消費差異。交通產品消費方面,城鄉消費結構呈現顯著差異,農村居民的汽車消費數量顯著低于城鎮居民,但電動助力車和摩托車消費數量高于城鎮居民;家用電器方面,城鄉居民電冰箱(柜)、洗衣機、彩色電視機的消費量基本一致,但城鎮居民空調、微波爐、排油煙機和熱水器等現代化家電的消費量更高;電子產品方面,農村居民平均每百人手機消費量(96.3臺)略高于城鎮居民(91.6臺),但城鎮居民的計算機擁有量是農村居民的2.6倍;能源產品消費方面,城鎮居民的汽油和天然氣消費量遠高于農村居民,但二者電力消費量基本持平。基于不同工業品消費特征分析與用水定額,測算結果顯示我國城鄉居民工業品消費需水量分別為12.4m3/a和11.3m3/a,城鎮高于農村,但兩者相差較小。
消費結構升級對生活用水的影響主要體現在用水設備升級和用水頻次變化。在用水設備升級方面,調查發現,20世紀70至80年代,大多數家庭居住在平房,水龍頭是最主要的用水終端,而如廁、洗衣和洗浴多依賴公共衛生間和浴室,居民生活用水量約為40~70L/(人·d)。1990年以來,城市公寓建設規模的擴大促使更多家庭配置獨立廚房設施、淋浴設備及衛生間,直接推動家庭洗浴與沖廁用水量持續上升。目前,城鎮和農村居民的生活用水量分別為90~190L/(人·d)和60~140L/(人·d),過去50年人均用水量增長約2.5倍。在用水頻次方面,調查了31個省(自治區、直轄市)上萬個家庭的用水情況,發現居民用水頻次與收入水平呈現正相關關系,高收入家庭在個人清潔、洗衣和洗浴方面的頻次分別為8.4次/d、3.4次/周和5.1次/周,而低收入家庭則分別為7.9次/d、2.8次/周和4.2次/周,導致高收入家庭人均用水量比低收入家庭約偏大18L/(人·d)。
研究認為,消費結構升級是經濟社會發展的必然趨勢,保障正常合理用水需求,通過積極利用節水新技術、新產品抑制無效損耗,是應對消費升級影響的可行舉措。具體而言,生活節水需要通過采用節水器具、增強節水意識、降低管網漏損等方式壓縮無效損耗;工業節水需要通過生產工藝優化、生產設備升級及行業水循環效率提升等技術措施減少無效需求;農業節水則需要在收獲、儲藏、加工、消費等各個環節提高效率,減少損失浪費。
國內貿易對用水空間格局的影響
研究認為,我國資源分布與經濟發展格局存在顯著的區域性錯配,由此形成的北糧南運、西氣東輸、西電東送、“東數西算”、西煤東運等跨區域資源調配體系,實質上構建了水資源虛擬轉移通道。這種基于商品貿易的虛擬水流動,導致缺水區域的水資源通過產品貿易向豐水區域轉移,造成水資源的空間不均衡性加劇。
我國水資源稟賦呈現夏汛冬枯、北缺南豐的基本特征,加之水與土地、礦產資源分布極不均衡,驅動了南水北調與北糧南運、西氣東輸、西電東送、“東數西算”、西煤東運等跨區域資源配置體系的形成。借助資源與產品的大規模跨區域調配,北方和西部地區實現了將其資源優勢向產業和經濟優勢轉化,有效推動了南北方及東西部的高質量發展。但伴隨資源跨區域流動規模擴大,加之水資源與其他資源的錯位分布加劇,北方和西部的水資源供需矛盾日益突出,現有資源開發模式給區域水資源有效供給帶來了嚴峻挑戰。
以糧食貿易為例,自20世紀90年代起,我國糧食生產布局發生根本性轉變,貿易模式由“南糧北運”逐漸轉向“北糧南運”。當前數據顯示,北糧南運的規模約為5000萬t/a,占北方糧食總產量的25%,主要輸出省份包括吉林、黑龍江、河南、山東、內蒙古、新疆等糧食主產省(自治區)。隨著北糧南運規模的持續增長,南方地區通過糧食貿易獲取的灌溉虛擬水量呈顯著增長態勢,藍水規模從20世紀90年代的162億m3攀升至2018年的436億m3,該數值已顯著超越南水北調東中線一期工程的實際調水量。
我國糧食貿易虛擬水格局變化
能源貿易格局同樣反映出類似的趨勢。西部地區作為我國主要能源供給區,現狀產業用水需通過存量節約或用水權轉化才能得到保障。以“西電東送”工程為例,2018年西北向東部地區輸送電力4470億kW·h,伴隨產生的虛擬水轉移量達4.8億m3,占該地區能源生產總耗水量的20%左右。作為西北地區經濟發展的核心引擎,能源產業在推動區域高質量發展進程中發揮著決定性作用。依據相關規劃,西北地區未來外送電量仍將持續增長,水資源約束性短缺已成為制約西北地區能源發展的主要因素。
2008—2018年西北地區外送電量及電力虛擬水輸出量
作為唯一具備大規模流動特性的自然資源,水資源與土地、能源等資源的開發利用存在系統關聯性。在當前構建新發展格局、推動高質量發展關鍵階段,依托水資源紐帶作用統籌推進國土空間開發保護、構建現代國家水網工程體系已成為優化資源要素配置的戰略選擇。實現水資源配置與重大資源布局的協調統一,保障水資源與農業、城鎮和生態空間的合理匹配,從而有效支撐國土空間開發保護、生產力布局優化及國家重大戰略的實施,是突破資源瓶頸約束難題的必由之路。
國際貿易對我國用水安全的影響
研究認為,隨著2014年我國虛擬水貿易格局由凈出口轉為凈進口,國際貿易對我國水安全支撐保障作用愈發顯著,目前我國虛擬水凈進口量達到443億m3,相當于5個南水北調中線一期工程年調水量。在國際貿易格局動蕩加劇的背景下,通過國家水網建設等手段提升我國自身的供水保障能力十分必要。
隨著國際貿易往來日益頻繁,我國水安全由國內、國際兩個區域共同保障的特性愈發顯著,大量虛擬水進口有效緩解了我國的用水壓力。依托“十四五”重點研發計劃項目“區域水平衡機制與國家水網布局優化研究”,以1990—2021年全球189個經濟體的投入產出表為基礎,研究了我國與其他國家虛擬水轉移規模。過去30年我國虛擬水進出口特征發生了顯著改變。1990—2014年我國處于虛擬水凈出口狀態,輕工業和機械設備制造業產品出口是這一時期虛擬水出口的主要途徑。2014年后我國虛擬水由凈出口轉為凈進口,且進口規模逐年加大。農產品的大量進口是虛擬水進出口態勢反轉的主導因素。1990—2021年農業對我國虛擬水進口的貢獻率為52%,遠大于其他行業。
1990—2021年我國不同行業國際虛擬水貿易轉移情況
將歷年虛擬水凈進口量與實際用水量相累加,可得到全口徑的經濟社會消費水量。研究發現,自2013年實際用水達到峰值6183億m3后,我國用水總量已經持續多年保持下降趨勢,但如果考慮國際貿易伴隨的虛擬水進口,我國消費水量規模仍在穩定增加,且年均增幅達到60.5億m3。2021年,我國經濟社會真實消費水量為6363.2億m3,超過實際統計用水443億m3。從人均變化看,2021年我國滿足一個人生產生活平均需要450.5m3的水量供給,比人均用水量多31.3m3,這意味著我國滿足一個人生產生活水量消費的國內供給貢獻率為92.7%,國際貿易貢獻率達到7.3%。農業是我國虛擬水貿易的主體,20世紀90年代我國農業基本處于自給自足態勢,農業供給、消費水量均維持在4000億m3左右。自2002年中國加入世貿組織并逐步降低農產品關稅后,我國農業用水、消費水量變化趨勢逐漸分離,用水規模隨著節水技術推廣逐漸下降,而消費水量規模則持續上漲,目前我國農業用水量和消費水量相差575.1億m3,若完全立足國內滿足農業用水需求,農業用水量將比現狀多16%。
1990—2021年我國用水量與消費水量對比
目前,國際虛擬水貿易已成為我國水安全保障的重要支撐。但國際貿易容易受到疫情、戰爭、貿易政治環境等變化的沖擊,是一個不穩定變量。考慮到近年國際貿易不穩定性持續增加的現實情況,研究認為,通過國際貿易保障我國水安全既需要有市場思維,也需要有底線思維。一方面,我國水資源稟賦相對較差,保障水安全必須要用好國際市場,通過高耗水產品的適度進口確保日益增長的水消費需求得到滿足;另一方面,在國際貿易動蕩加劇背景下,通過國家水網建設等手段提升自身的供水保障能力十分必要。此外在制定相關用水政策時也需要對貿易突發事件導致的用水規模大幅增長風險予以充分考慮,做到有備無患。
人口達峰與用水需求達峰的關聯性
人口達峰會對用水態勢產生何種影響已成為我國水安全保障的焦點問題。研究認為,人口數量達峰意味著我國用水需求未來一定會達峰,但人口特征包括總量、結構等多個維度,由于城鄉結構、消費結構持續變化,我國用水達峰時間將會明顯滯后于人口達峰時間,保障水資源有效供給仍是未來一個時期水資源管理的重要任務。
作為水資源需求格局的關鍵驅動因子,人口的規模效應與結構變化深刻影響著用水需求的演進路徑。2022年我國總人口較上年下降85萬人,自1961年以來首度出現負增長趨勢;同期65歲及以上人口占比突破14%的老齡化社會標準,標志著人口結構進入深度轉型期。在此背景下,人口達峰對用水態勢的影響已成為我國水安全保障的焦點議題。
通過研究我國1萬多個家庭用水行為調查問卷、數百份產業發展白皮書、消費調查報告以及相關統計年鑒等數據,對我國人口特征與用水需求關系進行分析。研究發現,人口特征中的總量規模、城鄉分布、年齡構成是經濟社會用水需求的主要決定因素。基于這些要素的動態變化,構建了基于人口特征的經濟社會需水變化曲線(簡稱WDP曲線),該曲線遵循邏輯斯蒂增長模型,呈現S形發展趨勢。
基于人口特征的經濟社會需水變化曲線示意
WDP曲線將需水過程細分為4個階段。首先是快速增長期即P(A)至P(B)。由于人口數量的激增、城鎮化進程的加速以及相對合理的人口年齡結構,此階段需水量會迅速上升。印度目前正處于需水快速增長時期,過去20年印度人口自然增長率始終維持在全球平均值以上,目前城鎮化率不足35%,人口老齡化率也未達到7%的警戒水平。在這樣的人口特征下,印度用水總量從2000年的6104億m3迅速增長到2020年的7610億m3,增幅高達25%。其次是穩定增長期即P(B)到P(C)。人口老齡化將導致用水需求下降效應逐步顯化,當達到臨界點F時,需水總量將由快速增長期轉入穩定增長期。進一步來看,隨著城鎮化的推進和老齡化程度的加深,人口規模的增速將逐漸放緩,當總人口達到峰值點G時,人口規模擴張對需水增長的拉動效應消失,此時需水總量進入緩慢增長階段,即P(C)至P(D)。在此時期,需水增長主要受城鎮化進程推動的生活水平提升驅動。日本目前正處于需水緩慢增長時期,2008年日本人口總量達到峰值1.28億人,達峰時老齡化率處于21.2%的超高階段,2020年日本人口下降到1.26億人,老齡化率則增長到28.6%;與此同時,日本城鎮化率從2008年的88.9%持續上升到2020年的92.3%。在城鎮化率增長的帶動下,日本需水總量總體緩慢上漲,其中用水量從2008年的337.5億m3緩慢增長到2020年的341.9億m3,而虛擬水凈流入量則從2008年的220億m3上升到目前約380億m3。最終,當城鎮化帶來的需水增長達到飽和點H時,經濟社會需水將進入下降階段,即P(D)至P(E),此時總量規模、城鄉結構及人口結構對需水增長的貢獻將會全部消失。
人口結構和總量規模是決定用水需求的關鍵因子。研究認為,我國已處于深度老齡化社會,人口總量已達峰,隨著人口要素對用水需求貢獻的逐漸減弱,未來用水需求一定會達峰。但從現階段看,我國城鎮化進程的持續推進及居民生活品質的不斷提升仍為需水增長提供了驅動力。依據WDP曲線,我國現處于需水緩慢增長階段的中后期,用水仍有增長需求,保障水資源的有效供給仍是未來一個時期水資源宏觀管理的重要任務。
我國用水需求峰值預測
研究認為,現階段我國用水統計達峰是由于供給側約束、統計口徑調整等因素帶來的假象。在考慮最嚴格水資源管理制度、經濟發展需求和既有工程規劃體系的條件下,預測我國用水需求峰值約為6400億~6500億m3,極值時點大概率在2035—2040年,仍有10年增長期。
用水發展變化是多種因素作用的結果,一個地區或行業何時實現用水達峰、達峰時用水量是多少,與該地區或行業的需水規模、用水條件密切相關。近10年我國統計用水規模有所下降,這一現象既源于需求端管理措施的有效實施,也與2011年全國水利普查數據修正、2013年最嚴格水資源管理制度考核實施以及供給端水資源約束加強等綜合因素相關。因此判斷我國的用水需求還沒有達峰。
研究采用地級行政區作為基本分析單元,結合規劃水利工程措施實施效果,通過分析各單元用水需求增長趨勢,預測區域用水峰值及其發生時序,最終整合形成全國層面的用水峰值預測結果。研究顯示,在現行國家水利工程規劃框架下,我國經濟社會用水需求預計將在2035—2040年達到峰值,需求水量峰值將達到6400億~6500億m3。由于區域間水資源稟賦、開發利用水平及經濟發展階段差異,各省份用水峰值的出現時間將具有明顯區別。具體而言,經濟發達的北京、廣東、天津、重慶等地區,用水需求峰值出現時間可能會提前于全國平均水平。相反,在黑龍江、陜西、甘肅、青海、寧夏等水資源相對匱乏省份,由于供水工程建設的驅動作用,其用水需求峰值預計將較晚出現。
由于不同行業用水格局差異顯著,本研究認為各行業未來用水態勢也有明顯區別。
①農業用水增長受到水土資源空間分布不均的顯著制約,預計將保持平穩。我國農業生產面臨的核心挑戰是水土資源在地理空間上的不匹配。北方地區承載著全國約60%的耕地和糧食產量,但其水資源儲量僅占20%,受限于水資源的稀缺性,北方農業用水的增長潛力較為有限。南方地區水資源相對豐富,但由于耕地面積的限制和農業機械化應用的局限性,農業用水預計難以大幅度增長。此外,農業節水技術的廣泛推廣和應用也將進一步抑制農業用水的增加。
②工業用水總量預期保持平穩,但地域間的差異性將趨于顯著。我國東部地區已步入以高科技產業與高端制造業為主導的工業化后期階段,隨著產業結構持續優化和工業再生水進一步利用,工業新鮮水的用水需求預計呈現遞減態勢。在工業化進程持續推進的背景下,中西部地區部分產業進入高速發展期,工業用水需求可能會加速增長。然而,考慮到西部地區水資源短缺的實際情況,未來用水規模預計不會顯著增加。
③生活用水需求預計將持續攀升,且增長重心逐步向城市區域偏移。盡管我國人口總量已步入負增長階段,但城鎮化進程的加速與生活品質的提升,仍構成了推動生活用水增長的主要動力。考慮到我國人口持續向城市地區轉移的現實情況,未來一段時間生活用水的增長重心會向城市偏移,人口分布集中且持續流入的大城市可能會出現更大用水增幅。
④河湖生態用水約束顯著,生態恢復目標將決定用水增量。河湖生態用水滿足程度已成為經濟社會用水的前置條件。當前,我國特別是北方地區生態用水短缺問題仍然突出。未來生態用水增量預計會依據生態恢復目標動態變動,若以滿足當前生態系統的基本需水為目標,生態用水的增量或將溫和增長;若著眼長遠,全面補償生態水量的歷史欠賬,那么生態用水的增幅可能會顯著提升。
本文提出了我國用水需求的峰值時點,但未來我國用水需求的演變態勢及分區格局仍受多重不確定性因素影響,主要體現在3個方面。①技術革新的不確定性。新一輪科技革命和產業變革正在加速演進,重塑了全球經濟格局,未來經濟和社會的發展方式及規模難以準確預測。同時,用水問題涉及無數家庭和環節,難以預見是否會出現某種革命性用水措施,從而大幅減少用水量。②食物安全保障的不確定性。近年,我國糧食產量持續上升,但部分農產品仍高度依賴進口,一旦遭遇國際貿易變化等突發狀況,我國食品供應將主要依靠國內農業生產。為確保國家糧食安全,必然需要擴大農業灌溉用地規模,進而導致灌溉用水量顯著增加。③重大工程的不確定性。供給側水源條件和工程能力是我國北方地區用水量的主要約束因素,隨著全國水利基礎設施網絡的系統性優化升級,未來水資源供給保障能力有望顯著增強,可能導致我國用水規模的擴大。
Abstract: The evolution of water use trends is closely related to the overall landscape of economic and social development and ecological civilization construction, directly impacting the overarching pattern of major water resources projects. Since China’s water consumption statistics peaked in 2013, debates have emerged regarding the existence of driving forces behind water demand growth and the future trajectory of water use, necessitating systematic responses. By summarizing recent research findings, this study presents ten understandings and reflections on critical issues such as whether water demand has peaked, how it will evolve, and when the peak will occur. The study suggests that water use differs from water demand; current actual water consumption is influenced by multiple factors, including supply-side constraints, exhibiting characteristics of zero growth. However, with changes in consumption structure upgrades, urbanization advancement, and increasing instability in international trade, China’s water demand still has room for growth. It is essential to enhance water supply security through measures such as continuously promoting water conservation and constructing national water network projects. Considering the most stringent water resource management system, economic development needs, and existing project planning system, it is predicted that China’s water demand peak will be approximately 640 billion to 650 billion cubic meters, with the extreme point likely to occur between 2035 and 2040, indicating a growth period of about ten years.
Keywords: water use pattern; water use peak; water demand; supply side
本文引用格式:
趙勇,何國華,王建華,等.我國用水基本規律與戰略研判的認識思考[J].中國水利,2025(9):1-13.
封面供圖水利部海河水利委員會
責編劉磊寧
校對熊璠
審核王慧
監制軒瑋
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