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    姜富華 邢智慧 紀興華 | 美國用水變化態勢對我國的啟示
    發布日期:2024-02-05 信息來源:中咨研究 訪問次數: 字號:[ ]

    編者按:《2021年聯合國世界水發展報告》提出,全球新水使用量在過去100年中增加了6倍,自20世紀80年代以來以每年約1%的速度增加。預計至2050年全球用水量仍將以類似的速度繼續增長,且增長主要集中在中低收入國家,尤其是新興經濟體[1]。

    為進一步把握好我國水資源未來需求趨勢,我們深入分析研究了一些典型國家的用水態勢變化情況及水資源管理經驗,以期為我國做好水資源需求研判以及科學指導水工程規劃建設提供參考。本公眾號將研究成果以系列文章的方式陸續刊發,本文為系列研究之一,供業界同仁參考。

    美國用水變化態勢對我國的啟示

    姜富華 邢智慧 紀興華

    一、1950年以來美國用水量變化態勢分析

    (一)1950年以來美國用水量變化情況

    2015年美國總用水量約為4449億立方米,其中淡水約為3883億立方米,占比為87%;咸水約為566億立方米,占比為13%。

    從1950年至2015年間美國總用水量的變化情況看,其總體呈先增后降的態勢(見圖1)。以1980年為轉折點,1950-1980年間美國總用水量隨著人口和經濟的增長持續增長,1980年美國總用水量約為1950年的2.4倍;1980年以后,受產業結構調整、技術進步、用水效率提高等因素綜合影響,美國總用水量呈現了總體下降的態勢,2015年總用水量比用水高峰的1980年減少了約25%。

    美國淡水取用量與總用水量變化態勢一致(見圖2)。1980-2015年間美國淡水總用水量下降了27%,此期間美國人口增長了約42%,GDP增長了5倍以上[2]。

    數據來源:美國地質調查局統計。

    注:不同時段取水量統計口徑略有差異;取水量等于毛用水量。

    圖1 1950-2015年美國總取用水量及分類取用水量變化態勢

    數據來源:美國地質調查局統計。

    圖2 1950-2015年美國淡水取用水量與人口變化態勢

    有研究[3]繪制了以1950年為基準,至2010年美國GDP與用水量間的關系變化情況圖(見圖3)。藍色線為實際GDP變化,橙色線為實際用水量變化,灰色線為考慮產業結構變化、不考慮技術改進情況下的預測用水變化。藍色線與橙色線的剪刀走向表明:早在1980年,美國用水量已與GDP脫鉤。藍色線與灰色線、灰色線與橙色線的剪刀走向表明:導致脫鉤的重要因素是用水效率提升和經濟結構變化。

    數據來源:數據來自[3];1950=1

    圖3 1950-2010年美國總用水量與經濟變化關系分析

    (二)主要行業用水量變化情況

    美國用水類別中,熱電、灌溉、公共和自供工業用水量是排在前4名的用水戶,其用水總量占美國總用水量的比重超過90%,見圖4。本文重點分析多年來美國熱電、灌溉、公共和自供工業用水的變化情況。

    數據來源:美國地質調查局。

    圖4 2015年美國分類取用水量統計

    1.熱電用水變化態勢

    熱電是美國最大的用水對象。2015年美國熱電用水量約為1838億立方米,占總用水量的41%左右,見圖5。美國熱電用水基本來自地表水,且以淡水為主。2015年美國熱電用水量比2010年降低18%左右,用水效率由2010年的71.9升/千瓦時降低到2015年的56.8升/千瓦時。

    數據來源:美國地質調查局。

    圖5 1950-2015年美國熱電用水量變化態勢

    2.灌溉用水變化態勢

    美國灌溉用水量占總用水量的40%左右,僅次于熱電用水。2015年美國灌溉面積超過3.5億畝,其中噴灌、微灌面積比重分別為55%和8.6%左右,灌溉總用水量約為1630億立方米(占總用水量的37%左右),地表和地下水源灌溉供水比重分別為52%和48%。由于降雨豐枯變化,美國灌溉水量年際間有波動,但從大的變化趨勢看,1980年以來總體呈下降趨勢,2015年灌溉水量比1980年減少了21%,見圖6。

    數據來源:美國地質調查局。

    圖6 1950-2015年美國灌溉用水量變化態勢

    灌溉用水受水資源條件、灌溉面積、種植結構、灌溉設施、灌溉效率等多種因素影響。據美國農業部統計,美國灌溉面積快速增長,從1890年的不足1821萬畝增長到2017年的3.52億畝左右,見圖7。但與此同時,實際灌溉用水強度有所下降,1969-2017年單位面積平均灌溉水量從406立方米/畝下降至304立方米/畝,這是農業種植模式調整、灌溉設施與技術采用和灌溉效率提高等綜合作用的結果。

    數據來源:美國農業部。

    圖7 1890-2018年美國灌溉面積和單位面積灌溉用水量變化態勢

    美國灌溉用水結構不斷變化,主要表現為玉米和大豆的灌溉面積顯著增加。1964年美國主要灌溉農作物是棉花和牧草,玉米和大豆加起來不到1518萬畝。2017年玉米灌溉面積超過7284萬畝,大豆灌溉面積超過5463萬畝,見圖8。

    數據來源:美國農業部。

    圖8 1964-2017年美國主要農作物灌溉面積變化態勢

    同時,美國越來越注重高效節水灌溉技術的運用。美國農業灌溉主要集中在西部17州。1984年美國西部17州露天灌溉農田中使用高效節水灌溉系統的比重為37%,2018年該比例提高至72%,見圖9。

    數據來源:美國農業部。

    圖9 1984-2018年美國西部17州露天農田灌溉模式變化態勢

    3.公共用水量變化態勢

    美國公共供水對象主要包括家庭、商業和工業,以及部分公共服務用水等。2015年美國公共供水量約為539億立方米(其中地表水源供水比重約為61%),占供水總量的12%左右。1950年以來,美國公共供水與總用水量、灌溉等用水總體呈先增后降的態勢一樣,但高峰用水出現時間后延至2005年,2015年美國公共供水量較2005年減少12.2%,見圖10。公共供水中家庭供水比重最大,接近60%。

    數據來源:美國地質調查局。

    圖10 1950-2015年美國公共供水量變化態勢

    美國家庭供水水源除了來自公共供水系統外,部分供水由自供設施解決。2015年美國通過公共供水設施向2.83億人提供用水,供水量約為322億立方米。通過自取供水設施向4250萬人提供供水,供水量約為45億立方米,見圖11。

    數據來源美國地質調查局。

    圖11 1950-2015年美國家庭用水量變化態勢

    4.自供工業用水量變化態勢

    2015年美國自供工業用水量約為204億立方米,占比不足5%。自供工業用水水源主要來自地表水(占比約82%)。

    在產業結構調整、工業生產效率提高、工業循環用水增加等綜合作用下,1985-2015年美國工業用水減少了43%左右,見圖12。

    數據來源:美國地質調查局。

    注:不同時期自供工業水統計口徑存在差異。

    圖12 1950-2015年美國自供工業用水量變化態勢

    (三)美國用水管理情況

    法律法規和政策對保持用水穩定或下降態勢起著關鍵性作用。如,1972年美國對《聯邦水污染控制法》(1948)進行了重大調整和延伸,并更名為《清潔水法》(Clean Water Act,CWA)。該法是規范水資源保護的聯邦法規,旨在預防、減少和消除水污染,對用水約束效果比較明顯。例如,美國熱電用水最大,《清潔水法》對冷卻水取水技術及冷卻系統熱排放進行了規定。此后,美國熱電廠更多地使用循環水或風冷系統,熱電用水顯著降低。除了國家層面,美國各地方政府也會根據地區特點制定有關法規政策,如,2014年加利福尼亞州發布《可持續地下水管理法案》(SGMA),旨在防止過度抽取地下水,保護地下水資源?!犊沙掷m地下水管理法案》要求地方機構為高等和中等優先級地下水使用區域制定地下水利用可持續性計劃,2040年前實現地下水可持續利用,使地下水開采利用受到約束和限制。

    同時,美國水價政策對用戶自覺規范用水行為有著不可替代的影響。受水源調整、供水系統建設及維護成本增加等影響,美國水價每年隨之增長。Circle of blue組織對美國社區供水系統排名前30的區域居民水費情況進行了典型調查(見圖13),調查結果顯示:2010年至2018年間,調查區域家庭水費持續增長,但增幅有所減緩。不同地區、不同月份、不同水源結構和來源等水價變幅不等。如,2023年休斯頓4月份水價較2022年上漲15%(見圖14)。多年來,美國大部分區域水價都表現為增長的趨勢。根據美國勞工部的數據,2006-2016年間水費年均上漲5.5%。美國家庭月賬單中供水、排水等服務費中位數從2006年的44美元上升到2016年的77美元,增長了75%。1998-2014年美國水費增幅與CPI增幅對比見圖15。

    :圖中數據不含雨水費或污水處理費。

    圖13 2010-2018年美國典型區域四口之家水費支付變化情況對比

    圖14 2022年和2023年休斯頓4月份水價變化情況對比

    圖15 1998-2014年美國水費增幅與CPI增幅情況對比

    二、美國實際用水量變化態勢對我國的啟示

    (一)我國高效用水后發優勢明顯

    美國1980年用水達峰,當年第一、二、三產業比重分別為0.9%、19%和80%左右[4];1980-2022年,人口年均增速9.2‰;GDP(按可比價)年均增速2.61%;人均GDP(按可比價)年均增速1.68%[4]。我國2013年用水表現最高,當年第一、二、三產業比重分別為10%、43.9%和46.1%;2013-2022年,人口年均增速3.9‰;GDP(按可比價)年均增速6.05%;人均GDP(按可比價)年均增速5.64%[4]。我國2022年三產比重分別為7.3%、39.9%、52.8%[7]。

    我們認為,用水與經濟、社會、自然條件及經濟社會發展階段等各個方面緊密關聯,是多因素影響且動態變化的復雜系統。人是發展的核心要素,水是支撐發展的基礎要素,從美國1980-2022年和我國2013-2022年時段的發展看,美國的年均人口增速遠高于我國。我國向來重視制造業發展,由于國情不同,美國的三產結構比重不一定適用于我國。此外,我國發展過程中,在科技進步、工藝提升以及社會文明程度等方面與經濟規模相當時期的美國不可同日而語??萍歼M步等對節約用水有著較強的促進作用,經濟社會發展的后發優勢也會體現在用水效率上。如生活節水器具的普及,工業新材料、新工藝和新技術的廣泛應用,農田節水綜合措施的鼓勵及推廣等。

    我國已經進入高質量發展階段,質量和效益將會替代規模和增速成為經濟發展的首要問題,綠色生產生活方式將會成為發展的主基調。上述對比變化在研究我國用水規律時應該重點關注。

    (二)提高灌溉用水效率可支撐農業高質量發展

    全要素生產率(TFP)=總產出/總投入。美國農業部經濟研究局通過對10項產出和12項投入進行測算,分析了幾十年來美國農業全要素生產率變化情況。結果表明,1948-2017年美國農業全要素生產率以年均1.47%的速度增長,其中總產出年均增速約為1.53%,總投入變化較小,見圖16。隨著美國農業技術創新及其廣泛應用,其農業總產量和總產值大幅增加,而農業生產對土地和勞動力等傳統要素投入的需求大大減少。1948-2017年美國農業生產勞動力和土地投入分別下降了76%和28%。

    數據來源:美國農業部。

    圖16 1948-2016年美國農業全要素生產率變化態勢

    有研究發現[5],過去40年我國農業總產值(扣除物價因素后)年平均增長5.4%。同期,化肥、農藥、機械等農業生產投入年均增長2.4%,產值增長率減去由要素投入帶來的增長率就等于全要素生產率的增長率。40年來我國農業全要素生產率年均增長率達3%,對農業增長起到極其重要的作用。

    美國和我國的實踐證明,科學化、精細化的灌溉方式是農業技術進步和生產效率提升的成效之一,實現了農作物產量增長,灌溉用水量減少。隨著我國人口老齡化進程加速,未來我國農業生產和經營模式走規?;?、專業化之路是必然趨勢,綜合節能、節肥、節省人力、提升耕地質量和提高糧食產量、保護環境等現實要求,我國提高灌溉用水效率空間很大。

    (三)我國政策措施對節約用水的作用還會增強

    美國通過制定水資源保護等法律法規以及水價等政策,運用行政和經濟手段約束和引導水資源高效利用,對促進全社會節約用水起到了關鍵性作用。我國也一直重視水資源管理。特別是2012年以來,通過完善相關法規政策,不斷健全水資源管理和節約用水制度等措施,以提高水資源利用水平。如,通過全面實行最嚴格水資源管理制度,加強需求管理和用水總量控制;通過實施全民節水行動計劃,在農業、工業、服務業等各領域,城鎮、鄉村、社區、家庭等各層面,生產、生活、消費等各環節,動員全社會深入、持久、自覺的行動,以高效的水資源利用支撐經濟社會可持續發展;通過制定節水型社會建設五年規劃,明確目標,運用多種政策工具保障目標的實現等。但受多種因素影響,我國水價偏低,進一步深化水權、水價等制度,發揮市場機制和價格杠桿在優化水資源配置、節約保護水資源等方面作用的空間還很大。

    進入高質量發展階段,完整、準確、全面貫徹新發展理念,持續推進生態文明建設,實現“雙碳”戰略目標,必須堅持系統觀念,強化綠色發展,資源環境對節約用水的約束和要求還將進一步提升,政策措施對節水的促進作用還會進一步增強。

    注:本文中采用的數據由于資料來源不同,運用時會有些許差異,但不影響分析結果。

    參考文獻

    [1] 2023年聯合國世界水發展報告[R].全球水伙伴組織,2023-03-23.

    [2] Landon T Marston et al. Environmental Research Letters. Reducing water scarcity by improving water productivity in the United States. 25 August 2020.

    [3] Peter Debaere. UVA Darden Ideas To Action. The challenge of raising water productivity,22 March 2018.

    [4] 世界銀行數據庫[DB/OL].世界銀行.

    [5] 黃季焜.提升我國農業全要素生產率:重要性、緊迫性和政策建議[EB/OL].清華三農論壇2021,2021-01-09.

    http://www.nongxianfeng.com/news/show-1543.html.

    [6] 水利部.我國節水灌溉面積達到5.67億畝[EB/OL].人民網,2021-07-08.

    http://finance.people.com.cn/n1/2021/0708/c1004-32151805.html.

    [7] 中華人民共和國2022年國民經濟和社會發展統計公報[R].國家統計局,2023-02-28.




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