邓铭江院士：旱区水资源集约利用内涵探析
来源：中国水利杂志
一、水资源集约利用的提出与概念
“集约”指密集的、透彻的、深入细致的，是相对于“粗放”而言的。“集约”的概念起初用于描述经济增长方式，认为高效率、高质量、高产出，且低消耗地实现经济增长为“集约”型经济增长方式。“集约利用”最早由李嘉图（David Ricardo）、雅克·杜尔阁（Jacques Targqt）等英国古典经济学家用于农业土地利用过程，指在一定面积土地上集中投入较多的生产资料和劳动，使用先进的技术和管理方法，以求在较小面积的土地上获取高额收入的一种农业经营方式。马克思指出：耕地集约化是资本集中在同一片土地上，而不是分散在若干毗连的土地。一般把单位面积土地上的资本、技术和劳动投入量看作是土地利用的集约度，表示土地与资本、技术和劳动的结合程度。因此，无论是“集约”还是“集约利用”的概念，均强调投入资本和劳动，并实现高效产出。随后，“集约利用”这一概念从“土地集约利用”“耕地集约利用”衍生出资源集约利用，如“矿产资源集约利用”“水资源集约利用”等。水资源集约利用概念是从农业土地集约利用引申而来，但由于其具有更多社会、生态和经济属性，内涵远比土地集约利用丰富和复杂。一些学者从不同角度对水资源集约利用进行了概念解释，但尚未达成共识。笔者认为水资源集约利用是指以水资源总量为刚性约束，在“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”指导下，经济社会与生态环境各部门通过使用先进的技术和管理方式，提高水资源使用效率，使得投入单位水资源能获取更高综合效益，促进生态环境保护和经济社会可持续发展。由此，良好的生态环境维持、水资源的合理配置和用水结构的优化完善，是水资源集约利用的前提，缺乏上述条件，不断提高水资源使用效率和综合效益的水资源集约利用的目标就要落空。例如，盲目地加大水资源的开发利用，就会造成生态环境质量大幅度下降；用水结构的不合理，比如高耗水部门的占比过高，即使投入强度很高，水资源利用效率也不会有大的提升。在上述必要条件约束下，加大工程、技术和管理的投入，尽可能提高水资源的使用效率和效益就成为水资源集约利用的核心。水资源集约利用不同于节约利用。节约用水（saving water use）是相对于“浪费”而言的，是指用水在数量上的减省、限制，尽可能用最少的水资源来满足生产、生活和生态的需要。在内涵上，节约用水是指在各个用水部门，通过采取法律、行政、经济、技术等综合性措施，提高水资源利用效率，以最少的水资源获得最大的综合收益，保障经济社会可持续发展。这里的节约是对水资源利用在数量上的要求，强调数量上的节省和用水效果，它是一个微观概念，可通过一些具体的技术指标来保证实现。集约用水（intensive water use），是相对于“粗放用水”而言的，代表的是一种经济性思维，即在生产技术水平相对不变的条件下，通过各要素使用效率的提高（如资金、科学技术和管理措施等）或要素的重组降低所需投入成本，来实现收益增长的水资源利用方式，强调的是用水方式，是一个宏观概念。节约用水与集约用水又是相互联系的，二者目标都是要有效利用水资源。要做到节约用水必然要求提高水资源利用的集约度，使其综合收益得到提高，也就是水资源满足人们需求的能力得到提高，自然也就节约了用水。同时，节水是水资源集约利用的有力保障，节水型社会的建设必然会促进水资源集约利用模式的形成。我国水资源总量有限、利用效率低，水资源集约利用理念一直伴随我国经济社会发展各个阶段。如2001年，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议》提出，将水资源的可持续利用提到关系经济社会发展的战略地位，并把节水作为主要措施加以强调；2006年，“十一五”发展规划纲要提出构建集蓄水、引水、供水、节水、污水回用于一体的水资源集约利用体系；2012年，十八大报告指出“要节约集约利用资源，推动资源利用方式根本转变，加强全过程节约管理，大幅度降低能源、水、土地消耗强度，提高利用效率和效益”，这是国家层面对集约利用提出的新要求；2016年，“十三五”发展规划纲要提出坚持节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力，以全面提升水安全保障能力为主线，突出目标和问题导向，以落实最严格水资源管理制度、实施水资源消耗总量和强度双控行动为抓手，全面推进节水型社会建设；2021年，“十四五”发展规划纲要提出要实施国家节水行动，建立水资源刚性约束制度；我国纪念2021年“世界水日”和开展“中国水周”活动的宣传主题为“深入贯彻新发展理念，推进水资源集约安全利用”。节约集约利用已成为发展循环经济和建设节约型社会的重要内容之一。水资源集约利用追求的是资源利用效率和效益最优，反映的是人类对于水资源利用效率动态提升的过程。从经济学角度看，其过程遵循边际报酬递减规律，即在一定技术水平下，可变生产要素（如本文所述的与水资源开发利用相关的综合投入）与投入量不变的固定生产要素（如耕地面积、工业规模等）相结合进行生产时，伴随可变生产要素投入量的增加，产出的经济社会与生态环境综合收益经历由增递减的过程。参照水资源集约利用的边际报酬递减规律（具体示意图参见本刊）可以看出，水资源集约利用不是片面地追求高投入，其核心思想是投入的有效性，而有效的投入应控制在集约边际内。旱区水资源以冰川、积雪、地下水、湖泊及地表径流等多种形式共存，水资源时空分布显著不均匀，水资源形成在高原或高山地区，而消耗在平原、绿洲和荒漠地区，径流形成的高山地区水资源较多，而径流耗散区水资源较少，且受全球变暖影响比较敏感。旱区径流补给类型可分为：①以季节性积雪融水为补给源，这类河流径流主要来源于冰川积雪，汛期通常在春季或初夏，如阿尔泰山地和准噶尔西部山地河流；②以雨水为主要补给源，其河川水文情势会随着雨情发生响应和改变，如青海湖内陆河流等；③高山冰雪融水补给比重较大，这类河流特点是汛期一般在7—8月，春季较为缺水，如昆仑山北坡及柴达木盆地西部的河流；④混合补给型，中国干旱区河流大部分属此类，由于各种补给源混合比重不同，河川水文情势较为复杂。干旱及半干旱地区水循环与径流特征主要表现在：降雨少、蒸发量大，地下水埋深较深，从高山到平原，再到戈壁、沙漠等地，降水、蒸发等水文要素垂直地带性分布规律明显，随着海拔高程的降低，降水量减少，蒸发能力增大；此外，在内陆河流域山前平原，地表水与地下水转换极为频繁，平原区86%以上地下水来自地表水转化补给；地表水、土壤水、地下水在频繁转化过程中，以从“液态”转化为“气态”形式全部消耗于大气中。由于水资源极度短缺，人类活动正在一定程度上破坏着旱区水循环的系统性，水循环模式已经由自然因素主导的水循环模式发展为人类活动与气象因子共同驱动的“自然—人工”二元水循环模式。特别是旱区“绿洲经济、灌溉农业”的经济社会特征，使人类活动干扰下生态与社会系统用水竞争问题突出，即社会水循环中农业水循环通量过大，严重破坏了自然水循环系统的基本生态和环境服务功能。受社会水循环影响，大量拦水或引水加大了蒸发消耗水量，改变了水资源分布的格局，下游生态系统只能依靠地下水；而地下水的开采减弱甚至中断了通过植物根系和土壤抽吸的自然输送过程，改变了地下水输送方式和循环速度，影响了地下水对生态过程的参与程度和地下水动态平衡特征。旱区受自然社会条件限制，农业用水占比超85%，而生态用水仅占6%左右，部门间用水矛盾突出，且主要集中在农业与生态用水间。据研究表明，内陆河区生态环境亏缺水量46亿m3，石羊河、黑河、天山北麓和塔里木河生态环境亏缺水量分别为3亿m3、7亿m3、14亿m3和17亿m3，亏缺率分别为47%、42%、26%和11%。旱区水资源量较少，资源性缺水问题严重，水资源开发利用率高。2019年西北诸河水资源总量为1530亿m3，水资源开发利用率为47.6%，远超全国平均水平（20.7%），且超过国际公认的40%安全线。其中，新疆及宁夏两省份的水资源利用率分别高达67.5%与554.8%，地表水资源开发利用率分别为57.7%与608.7%。同时，地下水严重超采，2001—2010年期间，内陆河流域地下水超采量为35.71亿m3，其中天山北麓诸河、塔里木河及河西走廊内陆河流域超采面积分别为30148km3、2369km3及14952km3，地下水超采量分别为19.5亿m3、4.1亿m3及5.4亿m3。我国旱区海拔较高，自然条件严酷，导致该地区植被较为稀疏，沙漠化土地分布面积广，生态本底较差。在人类活动的影响下，近年植被减少、草场退化，沙漠向绿洲侵蚀的速度逐步加快，整个西北地区沙漠化土地面积目前仍以每年2000～3000km2的速度在增加；另外，黄土丘陵沟壑区和黄土高原沟壑区水土流失日益严重，面积总计约25万km2；旱区土壤次生盐渍化问题也比较突出，盐渍化面积已达200万hm2，占全国盐渍化土地的1/3以上。旱区水资源利用效率整体偏低，水资源浪费严重。特别是农业用水，由于其特殊的下垫面条件，地表水下渗能力较大，旱区农田综合灌溉定额为505 m3/亩，接近全国平均值的1.3倍，农田干、支、斗防渗率仅为55%左右，灌溉用水利用系数为0.53，距国际先进水平标准0.8～0.9仍有较大差距。据估算，黄河全部灌区灌溉用水的利用率仅为30%；河套地区每生产1kg粮食的用水量为3.48m3，为东部地区用水量的8倍，是全国平均水平的1.8倍。对于工业用水，旱区万元GDP用水量为全国平均水平的2倍左右，不少城市的工业生产设备陈旧，工艺落后，缺少高新技术产业，工业用水的重复利用率只有40%～60%，有的甚至低至20%～30%，远低于国内发达城市的水平。党的十八大开启了生态文明建设的新时代，要求必须坚持节约优先、保护优先。其中，节约优先落实在水资源领域，就是要坚持“节水优先”。旱区水资源短缺，经济落后，相对于依靠大规模水资源开发、调水等高额代价，节水措施的边际成本较低，潜力巨大。此外，高耗水产生的高排放、高污染，以及由此带来的水生态损耗、水环境污染更是生态环境不可承受之重。因此，实施“节水优先”战略是我国旱区水资源集约利用的有力保障。通过节水遏制需求增长，从总量上减少水资源消耗；通过节水提升用水效率，控制水资源开发强度；通过节水减少废污水排放，减轻对水生态、水环境的损害，从根本上解决旱区复杂水问题。总量控制就是坚持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”原则，把水资源作为前置约束条件，根据地区水资源、水生态、水环境承载能力，调整区域空间布局，控制城市发展规模，引导人口流动，优化产业结构，以实现人与自然的和谐共生和可持续发展。由于特殊的地理和气候条件，旱区的水资源利用更要扭转过去以经济社会发展为主要目标的旧观念，合理确定可用水总量和用水定额，结合当地经济社会发展的现实情况，研究提出每个区域城市生活用水、工业用水、农业用水的控制性指标，最终实现“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的可持续发展目标。虽然我们已经认识到西北旱区水资源非常短缺，但是不合理的用水需求却仍在持续增长，水资源利用效率依然很低。如一些缺水城市规划建设了大量的人工湖、拦河坝，农业“大水漫灌”仍然普遍存在，工业水污染现象屡见不鲜，不合理的用水需求与浪费在消耗着宝贵的水资源。水资源高效利用是实现集约的根本，这就需要大力推进工业节水改造行动，开展节水技术开发和节水设备研制；普及推广喷灌、微灌、滴灌、低压管道输水灌溉等高效节水灌溉技术；城市生态绿化用水要优先使用中水、雨洪水等非常规水源，以减少水资源消耗。循环经济是物质闭环流动型经济，是以资源的高效利用和循环利用为目的，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以物质闭路循环和能量梯次利用为特征，按照自然生态系统物质循环和能量流动方式运行的经济模式。按照这一理念，旱区水资源利用和管理实现循环经济，其核心是积极发展替代水源，合理利用雨水；加强城市污水再生利用设施建设，推行中水系统，实行分质供水和一水多用。旱区是资源性缺水地区，同时兼有工程性缺水、结构性缺水和管理性缺水特点，大多数地区的水资源利用属于过度无序状态。针对旱区水资源特征与现阶段面临的问题，为更好地提高水资源的集约利用程度，可通过政策措施、工程措施、非工程措施和经济措施等的实施，健全水资源集约利用体系，建立从政策制定、规划，到实施执行、维护、监督监测、反馈、再调整的循环过程，促进我国水资源的集约利用。首先是优化产业结构。针对旱区用水方式粗放、单位水量产出效益低的问题，加大结构调整力度，转变用水方式，发展与干旱区资源（水资源、耕地资源和矿产资源）禀赋条件、经济发展水平相适应的产业，限制并逐步退出高耗水作物、高耗水产业以缓解旱区结构性缺水。其次是建立水资源集约利用的经济杠杆调节机制，包括水价调整、工程投资优化、奖惩机制等。最后是提高全社会水资源集约利用意识。通过宣传、参与或组织相关活动，从政策的制定者到田间作业的农民、学校的学生，培养全民水资源集约利用意识。①跨流域调水。旱区水资源供需矛盾突出，可统筹考虑调水区、受水区各方需求和利益，进行综合性水利枢纽和调蓄工程建设，实现跨界河流开发、跨流域调水，增强旱区水资源统筹调配能力和供水保障能力，为集约利用提供保障。②通过山区水库与平原水库的置换、输水渠系的提升改造等工程措施，降低大水面蒸发损失和输水渗漏损失，促进水资源高效利用。③灌区规模化建设。西北干旱区耕地具备化零为整的条件，通过灌区的规模化建设，结合高标准农田治理，采取水利配套、沟渠整治、道路建设、农田盘整和科技配套等措施，实现水资源的集约利用，并把耕地集约利用与水资源集约利用统一起来，以促进农业节本增效。④建设广泛的中水回用系统。旱区水资源短缺，应大力发展水处理科技，积极推广中水回用，如在农田灌溉区建立农业用水回用灌溉系统，在工业区建立小型污水处理厂并采用先进工艺技术对污废水进行处理，在生活区建立再生水回用系统回收有用的水资源。水资源管理的目标是实现智慧管理。针对降水、蒸散、土壤水、径流、湖库水位水量、地下水储量等水量、水质全要素，利用物联网、大数据、云计算等新兴科学技术，要加强立体监测体系建设，实现实时在线监测；建立智慧化水资源管理与调配系统，推进水资源管理数字化、智能化和精细化，为推进水资源集约利用提供智慧化决策支持。要强化用水定额管理。西北地区大部分灌区亩均灌溉用水量远大于灌溉定额，部分工业产业用水量也远大于国内国际先进水平，强化用水定额管理是旱区实现水资源集约利用的基础管理手段。实际工作中需将定额管理与计划用水管理、规划或建设项目评价、重点用水户监控、取水许可审批、延续取水等基础管理工作紧密结合。西北旱区是我国“一带一路”倡议、“西部大开发”的核心地带，西北旱区水资源集约利用对我国未来经济社会发展及生态文明建设具有极为重要的意义。推进水资源集约利用，需要盯紧经济社会协调可持续发展的目标与生态环境保护战略，构建水资源集约利用理论体系，落实提升水资源开发利用效率的方法，把好水资源开发利用总量控制的刚性约束，提高循环利用率。结合我国西北旱区水循环径流特征以及水资源开发利用中存在的问题，树立水资源集约利用理念，合理确定集约边际，并进行集约利用综合评价，根据评价结果通过政策、工程和管理等措施，优化产业结构，提升水资源利用效率，加强水主管部门管理，是下一阶段提升旱区水资源集约利用水平的主要工作。
刊于《中国水利》2021年第14期，略有删节
作者/邓铭江，中国工程院院士
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