鄧銘江院士：旱區(qū)水資源集約利用內(nèi)涵探析
來源：中國水利雜志
一、水資源集約利用的提出與概念
“集約”指密集的、透徹的、深入細致的，是相對于“粗放”而言的。“集約”的概念起初用于描述經(jīng)濟增長方式，認為高效率、高質(zhì)量、高產(chǎn)出，且低消耗地實現(xiàn)經(jīng)濟增長為“集約”型經(jīng)濟增長方式。“集約利用”最早由李嘉圖（David Ricardo）、雅克·杜爾閣（Jacques Targqt）等英國古典經(jīng)濟學(xué)家用于農(nóng)業(yè)土地利用過程，指在一定面積土地上集中投入較多的生產(chǎn)資料和勞動，使用先進的技術(shù)和管理方法，以求在較小面積的土地上獲取高額收入的一種農(nóng)業(yè)經(jīng)營方式。馬克思指出：耕地集約化是資本集中在同一片土地上，而不是分散在若干毗連的土地。一般把單位面積土地上的資本、技術(shù)和勞動投入量看作是土地利用的集約度，表示土地與資本、技術(shù)和勞動的結(jié)合程度。因此，無論是“集約”還是“集約利用”的概念，均強調(diào)投入資本和勞動，并實現(xiàn)高效產(chǎn)出。隨后，“集約利用”這一概念從“土地集約利用”“耕地集約利用”衍生出資源集約利用，如“礦產(chǎn)資源集約利用”“水資源集約利用”等。水資源集約利用概念是從農(nóng)業(yè)土地集約利用引申而來，但由于其具有更多社會、生態(tài)和經(jīng)濟屬性，內(nèi)涵遠比土地集約利用豐富和復(fù)雜。一些學(xué)者從不同角度對水資源集約利用進行了概念解釋，但尚未達成共識。筆者認為水資源集約利用是指以水資源總量為剛性約束，在“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”指導(dǎo)下，經(jīng)濟社會與生態(tài)環(huán)境各部門通過使用先進的技術(shù)和管理方式，提高水資源使用效率，使得投入單位水資源能獲取更高綜合效益，促進生態(tài)環(huán)境保護和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。由此，良好的生態(tài)環(huán)境維持、水資源的合理配置和用水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化完善，是水資源集約利用的前提，缺乏上述條件，不斷提高水資源使用效率和綜合效益的水資源集約利用的目標就要落空。例如，盲目地加大水資源的開發(fā)利用，就會造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量大幅度下降；用水結(jié)構(gòu)的不合理，比如高耗水部門的占比過高，即使投入強度很高，水資源利用效率也不會有大的提升。在上述必要條件約束下，加大工程、技術(shù)和管理的投入，盡可能提高水資源的使用效率和效益就成為水資源集約利用的核心。3.水資源集約與節(jié)約利用的區(qū)別與聯(lián)系水資源集約利用不同于節(jié)約利用。節(jié)約用水（saving water use）是相對于“浪費”而言的，是指用水在數(shù)量上的減省、限制，盡可能用最少的水資源來滿足生產(chǎn)、生活和生態(tài)的需要。在內(nèi)涵上，節(jié)約用水是指在各個用水部門，通過采取法律、行政、經(jīng)濟、技術(shù)等綜合性措施，提高水資源利用效率，以最少的水資源獲得最大的綜合收益，保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。這里的節(jié)約是對水資源利用在數(shù)量上的要求，強調(diào)數(shù)量上的節(jié)省和用水效果，它是一個微觀概念，可通過一些具體的技術(shù)指標來保證實現(xiàn)。集約用水（intensive water use），是相對于“粗放用水”而言的，代表的是一種經(jīng)濟性思維，即在生產(chǎn)技術(shù)水平相對不變的條件下，通過各要素使用效率的提高（如資金、科學(xué)技術(shù)和管理措施等）或要素的重組降低所需投入成本，來實現(xiàn)收益增長的水資源利用方式，強調(diào)的是用水方式，是一個宏觀概念。節(jié)約用水與集約用水又是相互聯(lián)系的，二者目標都是要有效利用水資源。要做到節(jié)約用水必然要求提高水資源利用的集約度，使其綜合收益得到提高，也就是水資源滿足人們需求的能力得到提高，自然也就節(jié)約了用水。同時，節(jié)水是水資源集約利用的有力保障，節(jié)水型社會的建設(shè)必然會促進水資源集約利用模式的形成。我國水資源總量有限、利用效率低，水資源集約利用理念一直伴隨我國經(jīng)濟社會發(fā)展各個階段。如2001年，《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃的建議》提出，將水資源的可持續(xù)利用提到關(guān)系經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略地位，并把節(jié)水作為主要措施加以強調(diào)；2006年，“十一五”發(fā)展規(guī)劃綱要提出構(gòu)建集蓄水、引水、供水、節(jié)水、污水回用于一體的水資源集約利用體系；2012年，十八大報告指出“要節(jié)約集約利用資源，推動資源利用方式根本轉(zhuǎn)變，加強全過程節(jié)約管理，大幅度降低能源、水、土地消耗強度，提高利用效率和效益”，這是國家層面對集約利用提出的新要求；2016年，“十三五”發(fā)展規(guī)劃綱要提出堅持節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力，以全面提升水安全保障能力為主線，突出目標和問題導(dǎo)向，以落實最嚴格水資源管理制度、實施水資源消耗總量和強度雙控行動為抓手，全面推進節(jié)水型社會建設(shè)；2021年，“十四五”發(fā)展規(guī)劃綱要提出要實施國家節(jié)水行動，建立水資源剛性約束制度；我國紀念2021年“世界水日”和開展“中國水周”活動的宣傳主題為“深入貫徹新發(fā)展理念，推進水資源集約安全利用”。節(jié)約集約利用已成為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和建設(shè)節(jié)約型社會的重要內(nèi)容之一。水資源集約利用追求的是資源利用效率和效益最優(yōu)，反映的是人類對于水資源利用效率動態(tài)提升的過程。從經(jīng)濟學(xué)角度看，其過程遵循邊際報酬遞減規(guī)律，即在一定技術(shù)水平下，可變生產(chǎn)要素（如本文所述的與水資源開發(fā)利用相關(guān)的綜合投入）與投入量不變的固定生產(chǎn)要素（如耕地面積、工業(yè)規(guī)模等）相結(jié)合進行生產(chǎn)時，伴隨可變生產(chǎn)要素投入量的增加，產(chǎn)出的經(jīng)濟社會與生態(tài)環(huán)境綜合收益經(jīng)歷由增遞減的過程。參照水資源集約利用的邊際報酬遞減規(guī)律（具體示意圖參見本刊）可以看出，水資源集約利用不是片面地追求高投入，其核心思想是投入的有效性，而有效的投入應(yīng)控制在集約邊際內(nèi)。三、旱區(qū)水循環(huán)特征及水資源利用面臨的問題旱區(qū)水資源以冰川、積雪、地下水、湖泊及地表徑流等多種形式共存，水資源時空分布顯著不均勻，水資源形成在高原或高山地區(qū)，而消耗在平原、綠洲和荒漠地區(qū)，徑流形成的高山地區(qū)水資源較多，而徑流耗散區(qū)水資源較少，且受全球變暖影響比較敏感。旱區(qū)徑流補給類型可分為：①以季節(jié)性積雪融水為補給源，這類河流徑流主要來源于冰川積雪，汛期通常在春季或初夏，如阿爾泰山地和準噶爾西部山地河流；②以雨水為主要補給源，其河川水文情勢會隨著雨情發(fā)生響應(yīng)和改變，如青海湖內(nèi)陸河流等；③高山冰雪融水補給比重較大，這類河流特點是汛期一般在7—8月，春季較為缺水，如昆侖山北坡及柴達木盆地西部的河流；④混合補給型，中國干旱區(qū)河流大部分屬此類，由于各種補給源混合比重不同，河川水文情勢較為復(fù)雜。干旱及半干旱地區(qū)水循環(huán)與徑流特征主要表現(xiàn)在：降雨少、蒸發(fā)量大，地下水埋深較深，從高山到平原，再到戈壁、沙漠等地，降水、蒸發(fā)等水文要素垂直地帶性分布規(guī)律明顯，隨著海拔高程的降低，降水量減少，蒸發(fā)能力增大；此外，在內(nèi)陸河流域山前平原，地表水與地下水轉(zhuǎn)換極為頻繁，平原區(qū)86%以上地下水來自地表水轉(zhuǎn)化補給；地表水、土壤水、地下水在頻繁轉(zhuǎn)化過程中，以從“液態(tài)”轉(zhuǎn)化為“氣態(tài)”形式全部消耗于大氣中。由于水資源極度短缺，人類活動正在一定程度上破壞著旱區(qū)水循環(huán)的系統(tǒng)性，水循環(huán)模式已經(jīng)由自然因素主導(dǎo)的水循環(huán)模式發(fā)展為人類活動與氣象因子共同驅(qū)動的“自然—人工”二元水循環(huán)模式。特別是旱區(qū)“綠洲經(jīng)濟、灌溉農(nóng)業(yè)”的經(jīng)濟社會特征，使人類活動干擾下生態(tài)與社會系統(tǒng)用水競爭問題突出，即社會水循環(huán)中農(nóng)業(yè)水循環(huán)通量過大，嚴重破壞了自然水循環(huán)系統(tǒng)的基本生態(tài)和環(huán)境服務(wù)功能。受社會水循環(huán)影響，大量攔水或引水加大了蒸發(fā)消耗水量，改變了水資源分布的格局，下游生態(tài)系統(tǒng)只能依靠地下水；而地下水的開采減弱甚至中斷了通過植物根系和土壤抽吸的自然輸送過程，改變了地下水輸送方式和循環(huán)速度，影響了地下水對生態(tài)過程的參與程度和地下水動態(tài)平衡特征。旱區(qū)受自然社會條件限制，農(nóng)業(yè)用水占比超85%，而生態(tài)用水僅占6%左右，部門間用水矛盾突出，且主要集中在農(nóng)業(yè)與生態(tài)用水間。據(jù)研究表明，內(nèi)陸河區(qū)生態(tài)環(huán)境虧缺水量46億m3，石羊河、黑河、天山北麓和塔里木河生態(tài)環(huán)境虧缺水量分別為3億m3、7億m3、14億m3和17億m3，虧缺率分別為47%、42%、26%和11%。旱區(qū)水資源量較少，資源性缺水問題嚴重，水資源開發(fā)利用率高。2019年西北諸河水資源總量為1530億m3，水資源開發(fā)利用率為47.6%，遠超全國平均水平（20.7%），且超過國際公認的40%安全線。其中，新疆及寧夏兩省份的水資源利用率分別高達67.5%與554.8%，地表水資源開發(fā)利用率分別為57.7%與608.7%。同時，地下水嚴重超采，2001—2010年期間，內(nèi)陸河流域地下水超采量為35.71億m3，其中天山北麓諸河、塔里木河及河西走廊內(nèi)陸河流域超采面積分別為30148km3、2369km3及14952km3，地下水超采量分別為19.5億m3、4.1億m3及5.4億m3。我國旱區(qū)海拔較高，自然條件嚴酷，導(dǎo)致該地區(qū)植被較為稀疏，沙漠化土地分布面積廣，生態(tài)本底較差。在人類活動的影響下，近年植被減少、草場退化，沙漠向綠洲侵蝕的速度逐步加快，整個西北地區(qū)沙漠化土地面積目前仍以每年2000～3000km2的速度在增加；另外，黃土丘陵溝壑區(qū)和黃土高原溝壑區(qū)水土流失日益嚴重，面積總計約25萬km2；旱區(qū)土壤次生鹽漬化問題也比較突出，鹽漬化面積已達200萬hm2，占全國鹽漬化土地的1/3以上。旱區(qū)水資源利用效率整體偏低，水資源浪費嚴重。特別是農(nóng)業(yè)用水，由于其特殊的下墊面條件，地表水下滲能力較大，旱區(qū)農(nóng)田綜合灌溉定額為505 m3/畝，接近全國平均值的1.3倍，農(nóng)田干、支、斗防滲率僅為55%左右，灌溉用水利用系數(shù)為0.53，距國際先進水平標準0.8～0.9仍有較大差距。據(jù)估算，黃河全部灌區(qū)灌溉用水的利用率僅為30%；河套地區(qū)每生產(chǎn)1kg糧食的用水量為3.48m3，為東部地區(qū)用水量的8倍，是全國平均水平的1.8倍。對于工業(yè)用水，旱區(qū)萬元GDP用水量為全國平均水平的2倍左右，不少城市的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備陳舊，工藝落后，缺少高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，工業(yè)用水的重復(fù)利用率只有40%～60%，有的甚至低至20%～30%，遠低于國內(nèi)發(fā)達城市的水平。四、旱區(qū)水資源集約利用內(nèi)涵及措施黨的十八大開啟了生態(tài)文明建設(shè)的新時代，要求必須堅持節(jié)約優(yōu)先、保護優(yōu)先。其中，節(jié)約優(yōu)先落實在水資源領(lǐng)域，就是要堅持“節(jié)水優(yōu)先”。旱區(qū)水資源短缺，經(jīng)濟落后，相對于依靠大規(guī)模水資源開發(fā)、調(diào)水等高額代價，節(jié)水措施的邊際成本較低，潛力巨大。此外，高耗水產(chǎn)生的高排放、高污染，以及由此帶來的水生態(tài)損耗、水環(huán)境污染更是生態(tài)環(huán)境不可承受之重。因此，實施“節(jié)水優(yōu)先”戰(zhàn)略是我國旱區(qū)水資源集約利用的有力保障。通過節(jié)水遏制需求增長，從總量上減少水資源消耗；通過節(jié)水提升用水效率，控制水資源開發(fā)強度；通過節(jié)水減少廢污水排放，減輕對水生態(tài)、水環(huán)境的損害，從根本上解決旱區(qū)復(fù)雜水問題。總量控制就是堅持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”原則，把水資源作為前置約束條件，根據(jù)地區(qū)水資源、水生態(tài)、水環(huán)境承載能力，調(diào)整區(qū)域空間布局，控制城市發(fā)展規(guī)模，引導(dǎo)人口流動，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)人與自然的和諧共生和可持續(xù)發(fā)展。由于特殊的地理和氣候條件，旱區(qū)的水資源利用更要扭轉(zhuǎn)過去以經(jīng)濟社會發(fā)展為主要目標的舊觀念，合理確定可用水總量和用水定額，結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展的現(xiàn)實情況，研究提出每個區(qū)域城市生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水的控制性指標，最終實現(xiàn)“生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的可持續(xù)發(fā)展目標。雖然我們已經(jīng)認識到西北旱區(qū)水資源非常短缺，但是不合理的用水需求卻仍在持續(xù)增長，水資源利用效率依然很低。如一些缺水城市規(guī)劃建設(shè)了大量的人工湖、攔河壩，農(nóng)業(yè)“大水漫灌”仍然普遍存在，工業(yè)水污染現(xiàn)象屢見不鮮，不合理的用水需求與浪費在消耗著寶貴的水資源。水資源高效利用是實現(xiàn)集約的根本，這就需要大力推進工業(yè)節(jié)水改造行動，開展節(jié)水技術(shù)開發(fā)和節(jié)水設(shè)備研制；普及推廣噴灌、微灌、滴灌、低壓管道輸水灌溉等高效節(jié)水灌溉技術(shù)；城市生態(tài)綠化用水要優(yōu)先使用中水、雨洪水等非常規(guī)水源，以減少水資源消耗。（4）實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟循環(huán)經(jīng)濟是物質(zhì)閉環(huán)流動型經(jīng)濟，是以資源的高效利用和循環(huán)利用為目的，以“減量化、再利用、資源化”為原則，以物質(zhì)閉路循環(huán)和能量梯次利用為特征，按照自然生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動方式運行的經(jīng)濟模式。按照這一理念，旱區(qū)水資源利用和管理實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟，其核心是積極發(fā)展替代水源，合理利用雨水；加強城市污水再生利用設(shè)施建設(shè)，推行中水系統(tǒng)，實行分質(zhì)供水和一水多用。旱區(qū)是資源性缺水地區(qū)，同時兼有工程性缺水、結(jié)構(gòu)性缺水和管理性缺水特點，大多數(shù)地區(qū)的水資源利用屬于過度無序狀態(tài)。針對旱區(qū)水資源特征與現(xiàn)階段面臨的問題，為更好地提高水資源的集約利用程度，可通過政策措施、工程措施、非工程措施和經(jīng)濟措施等的實施，健全水資源集約利用體系，建立從政策制定、規(guī)劃，到實施執(zhí)行、維護、監(jiān)督監(jiān)測、反饋、再調(diào)整的循環(huán)過程，促進我國水資源的集約利用。首先是優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。針對旱區(qū)用水方式粗放、單位水量產(chǎn)出效益低的問題，加大結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，轉(zhuǎn)變用水方式，發(fā)展與干旱區(qū)資源（水資源、耕地資源和礦產(chǎn)資源）稟賦條件、經(jīng)濟發(fā)展水平相適應(yīng)的產(chǎn)業(yè)，限制并逐步退出高耗水作物、高耗水產(chǎn)業(yè)以緩解旱區(qū)結(jié)構(gòu)性缺水。其次是建立水資源集約利用的經(jīng)濟杠桿調(diào)節(jié)機制，包括水價調(diào)整、工程投資優(yōu)化、獎懲機制等。最后是提高全社會水資源集約利用意識。通過宣傳、參與或組織相關(guān)活動，從政策的制定者到田間作業(yè)的農(nóng)民、學(xué)校的學(xué)生，培養(yǎng)全民水資源集約利用意識。①跨流域調(diào)水。旱區(qū)水資源供需矛盾突出，可統(tǒng)籌考慮調(diào)水區(qū)、受水區(qū)各方需求和利益，進行綜合性水利樞紐和調(diào)蓄工程建設(shè)，實現(xiàn)跨界河流開發(fā)、跨流域調(diào)水，增強旱區(qū)水資源統(tǒng)籌調(diào)配能力和供水保障能力，為集約利用提供保障。②通過山區(qū)水庫與平原水庫的置換、輸水渠系的提升改造等工程措施，降低大水面蒸發(fā)損失和輸水滲漏損失，促進水資源高效利用。③灌區(qū)規(guī)�；ㄔO(shè)。西北干旱區(qū)耕地具備化零為整的條件，通過灌區(qū)的規(guī)模化建設(shè)，結(jié)合高標準農(nóng)田治理，采取水利配套、溝渠整治、道路建設(shè)、農(nóng)田盤整和科技配套等措施，實現(xiàn)水資源的集約利用，并把耕地集約利用與水資源集約利用統(tǒng)一起來，以促進農(nóng)業(yè)節(jié)本增效。④建設(shè)廣泛的中水回用系統(tǒng)。旱區(qū)水資源短缺，應(yīng)大力發(fā)展水處理科技，積極推廣中水回用，如在農(nóng)田灌溉區(qū)建立農(nóng)業(yè)用水回用灌溉系統(tǒng)，在工業(yè)區(qū)建立小型污水處理廠并采用先進工藝技術(shù)對污廢水進行處理，在生活區(qū)建立再生水回用系統(tǒng)回收有用的水資源。水資源管理的目標是實現(xiàn)智慧管理。針對降水、蒸散、土壤水、徑流、湖庫水位水量、地下水儲量等水量、水質(zhì)全要素，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新興科學(xué)技術(shù)，要加強立體監(jiān)測體系建設(shè)，實現(xiàn)實時在線監(jiān)測；建立智慧化水資源管理與調(diào)配系統(tǒng)，推進水資源管理數(shù)字化、智能化和精細化，為推進水資源集約利用提供智慧化決策支持。要強化用水定額管理。西北地區(qū)大部分灌區(qū)畝均灌溉用水量遠大于灌溉定額，部分工業(yè)產(chǎn)業(yè)用水量也遠大于國內(nèi)國際先進水平，強化用水定額管理是旱區(qū)實現(xiàn)水資源集約利用的基礎(chǔ)管理手段。實際工作中需將定額管理與計劃用水管理、規(guī)劃或建設(shè)項目評價、重點用水戶監(jiān)控、取水許可審批、延續(xù)取水等基礎(chǔ)管理工作緊密結(jié)合。西北旱區(qū)是我國“一帶一路”倡議、“西部大開發(fā)”的核心地帶，西北旱區(qū)水資源集約利用對我國未來經(jīng)濟社會發(fā)展及生態(tài)文明建設(shè)具有極為重要的意義。推進水資源集約利用，需要盯緊經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的目標與生態(tài)環(huán)境保護戰(zhàn)略，構(gòu)建水資源集約利用理論體系，落實提升水資源開發(fā)利用效率的方法，把好水資源開發(fā)利用總量控制的剛性約束，提高循環(huán)利用率。結(jié)合我國西北旱區(qū)水循環(huán)徑流特征以及水資源開發(fā)利用中存在的問題，樹立水資源集約利用理念，合理確定集約邊際，并進行集約利用綜合評價，根據(jù)評價結(jié)果通過政策、工程和管理等措施，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提升水資源利用效率，加強水主管部門管理，是下一階段提升旱區(qū)水資源集約利用水平的主要工作。
刊于《中國水利》2021年第14期，略有刪節(jié)
作者/鄧銘江，中國工程院院士
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