21世纪中国缺水形势分析及其根本对策──藏水北调

An Analysis on China's Water Shortage in the 21st Century and its Solutions
陈传友 马明
(中国科学院自然资源综合考察委员会 北京 100101)

一、前言
　　中国是世界水资源大国，水资源总量2.8124万m2，占全球径流资源的6%左右。仅次于巴西、前苏和加拿大，居第四位。但人均水资源量很少，人均占有水资源只相当世界人均水平的1/4，世界排名110位，被列为全球13个人均水资源贫乏的国家之一。中国又是世界上用水量最多的国家。1993年全国淡水取用量达到5255亿m3。大约占世界年取用量的12%。是美国1995年淡水供应量4700亿m3的1.1倍。由于用水量不断加大，近些年来中国淡水供应不足已见端倪，缺水呼声此起彼伏。
　　华北平原缺水 据北京市水利局资料，北京地区由于地表水不足，地下水长期超采。全市平原区累计超采40亿m3，超采区面积占平原区面积的41%， 其中一半为严重超采区，形成1000多km2的水位下降漏斗区。东效漏斗中心地下水埋深达40m。西效部分地区地下水含水层已近疏干。城市供水亦出现不足。1994年6月， 低压低水时间累计长达52天，共计400小时，低压区面积近300km2。 城市边缘地区不得不靠开采深层地下水来维持。
　　西北缺水 黄河断流日甚一日。70年代黄河平均断流河长为242km，80年代为256km。90年代达到392km。90年代以前，断流一般在河口地区。1992～1994上延到山东济南附近；1995年发展到河南夹河滩以上，断流河长达683km；1997年延伸到河南开封以上，断流河长超过700km，占黄河下游干流长的90%以上。不仅如此，黄河入海水量不断减少，1990年至1994年，年平均入海水量只有184亿m3， 相当于80年代年平均入海371亿m3的59%、60年代平均入海水量492亿m3的37%。黄河断流和水量的减少已经豫鲁两省带来深重的灾难，而且影响了华北乃至全国经济的持续发展。
　　云贵高缺水 据贵州省水利厅资料，由于水资源开发利用程度低，可供水量不足（开发量仅占资源量的7.5%），灌溉面积受到极大的限制。全省人均有效灌溉面积仅0.3亩，制约了粮食生产的发展，全省农村还有400万人饮水困难。据专家推算2000年以前全省缺水30～49亿m3。
　　东南沿海缺水 厦门市长期以来可供水量匮乏，70年代初兴建"北溪引水"工程，一举改变了干旱的面貌。但随着社会经济的发展，用水量仍日益紧张。为此福建省水利部门专门研究了厦门的供水问题，并提交了"厦门特区城市供水水源规划"报告，报告中提出到2000年，北溪引水量应在现有基础上增加20%， 才能解决市区供水。
　　在矛盾的面前，人们议论纷纷。有的认为中国不缺水（指淡水供应量，下同），矛盾主要是浪费造成的，只要狠抓节水，就可以解决中国的用水问题；有的则认为，从发展来看中国可供水量不足，解决矛盾的方法只能是开源节流两手抓，不可偏废。
　　对于决策者来说，虽仅一字之差，却可能导致不同的对策。所以对这个问题必须认真分析，从长计议。下面谈几点看法供国人参考。
　　二、来水量分析
　　分析水形势，首先应了解中国有多少水资源可供河道外开发利用。以往在回答这个问题时，一般不考虑环境用水，河道内舰运、发电、养殖用水也涉及不多。
　　众所周知，水是组成人类生态环境的重要因子。如果过量采用，势必破坏生态系统平衡，导致水环境恶化。为了保证社会经济可持续发展，无论是河流水还是地下水，都存在一定的取用限量。至于限量多少，国内外尚无定论。中国属季风气候、径流分布年际或年内都极不均匀。一般来说，河流来水汛期大约占全年的70%， 枯水期占30%左右。因此维持河流中枯水期水位的那部分水量， 是参与组成生态环境的最低值。如果此要求得不到满足，就必然对生态系统造成不可逆转的影响。由此可见，中国河川径流量的开采限度不能超过河道年来水量的40% （国内一般小于此值）。按这一原则。中国河川径流可供开发量为10000亿m3。 《中国水资源利用》一书中分析，中国北方平原区地下水平均可开采量约1000亿m3（南方地下水已经计入河川径流中）。以上两项合计，可供开发利用的水资源约为11000亿m3。 其中北方五片约2000亿m3，南方四片约9000亿m3。消耗水量，但要求维持一定的水深和必要的流量，因此扣除必要的河内用水后， 中国实际可供开发利用的水量小于10000亿m3。到1993年，中国开发利用5255亿m3，占可开发量的52.5％。从全国来看不到一定的可开发潜力。但是中国幅员辽阔，各地区开发利用程度相差极大，其中北方除东北外，海滦河流域已开发利用142.2%，黄河流域已开发利用76.8％，西北内陆区已开发利用50%（表1）。以上数据均超过一般公认的开发利用极限。今后不仅无源可开，而且还要千方百计减少当地水资源利用量，努力遏制生态环境的进一步恶化。中国南方各片水资源丰富，开发利用程度不算高，但是珠江、东南沿海诸河，河内用水方兴未艾，再加上区位条件所限，水资源利用只适宜就地少量调济，主要是满足当地社会经济发展用水，外援条件很差。长江是中国水资源最多的大河，年径流占全国的1/3以上。可供开发量近4000亿m3。到目前为止， 已开发利用达1700多亿m3。长江是中国内河航运的主动脉，目前干支流货运量不足3亿吨(1986年值)，小于美国密西西比河3.5亿吨的水平。而前者的水量是后者的1.7倍。三峡以及上游一系列的水电站建成后，长江的枯水期流量要求有较多的提高，这不仅是航运的要求，也是电站设计的需要。此外长江流域的城市建设将有较快的发展。城市用水还会有较多的增加。考虑上述因素后，长江流域可供开发量，特别是可供外援量就不会太多了，初步估计仅500～600亿m3左右。 西南是中国富水区， 水资源总量为5853亿m3。占全国总资源量20%，其中雅鲁藏布江多年平均径流量为1654亿m3， 澜沧江为740亿m3，怒江为689亿m3。上述资源中可能开发的水量约2300多亿m3，目前已经开发的水量不到100亿m3；而无论是现在还是将来。 流域内开发利用量都不会很大，所以是中国地表水开发潜力最大的地区，在中国具有重要的战略意义。

　　三、用水现状分析
　　中国是农业国。广大北方干旱半干旱地区没有水利灌溉, 农作物很难良好生长发育;南方虽然降水量较多,但由于大面积种植水稻,耗水量大,如不施加人工灌溉,农业不可能稳产、高产。所以生产条件决定了中国是世界上最大的灌溉农业国。到1993年，农田灌溉面积达到7.49亿亩，约占世界灌溉面积的22％；灌溉用水3906亿m3，占全国总用水量的74. 4% ， 为全球农业用水的17. 5% ， 平均每亩灌溉定额522m3/亩。但中国灌溉定额各地差异很大，且分布极不合理。东北或华北相比，湿度大同小异，华北温度高于东北，而灌溉定额东北是华北的2.4倍； 长江流域的平均降水比东南沿海少得多，但灌溉定额仅是后者的68%。不仅如此， 灌溉定额普遍偏高。为了了从理论上说明这个问题，笔者根据中国农业气象专家通过试验研究确定的中国各地农作物最大蒸散量，大致估逄出各地农作物的实际需要补充水量。最大蒸散量是指在土壤供水充足的条件下，作物蒸腾量和棵间土壤蒸发量之和。该量与大气有效降水量之差就是农作物需要灌溉的水量（对水田可能偏低，对水浇地可能偏高），其中有效降水量是指大气总降水量减去径流深。计算结果见表2。 由表看出，除海滦河流域接近计算值外。其余各片都超过20～60%。
　　中国属贫水国家。农业生产只能走低耗水、高产量的节水型道路。但目前实为其反。中国水分生产效率很低。1993年全国灌区1m3水产粮仅0.85kg， 低于世界上一般公认的1m3水1kg糖的水平，更低于1m3水2kg的糖的先进水平。国内生产也不平衡。西北内陆区1m3水仅能生产0.21kg粮食； 淮河及山东半岛地区, 1m3水生产1.5kg粮，相差7倍多。北京市近10多年来，由于采取综合节水措施。1m3水产生粮食由1980年的0.73kg，上升到1990年的2.1kg。如果全国平均达到1m3水1kg粮的平均水平，那么农业供水量就可以大大地减少了。
　　中国是发展中国家，工业起步较晚，因此工业用水量不大。1993年全国工业用水925.5亿m3，占世界工业取用水量的8%，占全国总用水量的17.6%。由于经营管理、工艺技术、政策法规等水平和因素的影响，用水浪费严重。不同地区、不同部门，生产同一种产品，用水量相差数倍、数十倍。衡量工业用水水平的主要指标是万元工业产值或万元GDP产值的用水量。1993年中国工业平均万元值用水量为191m3，或万元GDP用水量267m3，其中低的不到100m3，多的超过500m3，天壤之别！从世界工业化国家来看，美国1980年万元GDP产值（折合人民币）用水量为93m3， 只相当中国1993年用水量的35%。
　　城乡居民生活用水在总用水量中所占比重不大。1993年全国用水量为422.9亿m3，占用水量的8%，其中城市人均日用水量164升， 在世界城市生活用水中不算是差的。但也要看到中国城市发展较快，水利设施建设赶不上用水增长的速度，加上水源污染日趋严重，使城市用水出现紧张的局面。农村人均生活用水71升/ 人·日。随着农村生活水平的不断提高，用水量还会有所加大，但总量在国民经济用水中所上比重仍将很小。
　　上述分析的结论是：如果按田间、产品的实际需要，中国目前可供水量并不缺乏；但问题是由于人、材、资金、科学技术、政策法规等多种因素的制约，用水量比实际需要量大得多，形成了理论上有富裕、实际上缺水的矛盾现象。

　　四、用水预测分析
　　目标是预测的根据。专家们预言， 下世纪中叶以前， 中国人口将达到高峰值16亿，经济发展要求达到中等发达国家水平。城镇人口可能接近总人口的一半。届时供水将主要满足16亿人口所需的粮食生产用水、工业现代化用水和城乡居民生活用水。
　　目前中国粮食生产超过4500亿kg,人均消耗水平约380kg, 略低于中等发达国家意大利400kg的水平，高于印度，与韩国持平。30年后若按人均粮食450kg计算，中国粮食生产要求达到7200亿kg，比目前多2700亿kg，任务十分艰巨。分析后认为基本上满足上述粮食生产的有效途径是扩大灌溉面积（在其它措施配合下）。据有关资料介绍，全国现有耕地中最有可能发展的灌溉农田约9亿亩， 再考虑宜农荒地中适宜发展灌溉的面积，全国灌溉面积最大极限值在11.5亿亩左右。根据需要与可能，预计30年左右须增加灌溉面积2.1亿亩，以满足生产粮食7000亿kg的要求。 全国灌溉面积达到9.59亿亩，其中北方灌溉面积新增1.72亿亩，达到5.888亿亩，灌溉率从现在的45.1%提高到61.6%；南方新增0.38亿亩，达到3.702亿亩， 灌溉率由目前的67%提高到74.6%。如果沿用1993年灌溉定额，那末30年努力，使现在灌溉农田一半的灌溉定额达到上述理论计算值，还有一半维持现有灌溉水平，而新扩大的灌溉农田全部实现上述理论值， 则计算的结果是30年后全国农灌溉用水将达到4146亿m3，与现有农业用水相比略有增加，其中北方地区增加较多，接近400亿m3；南方变化很小。
　　工业用水取决于国民经济增长和工业用水水平。中国经济要在30～40年内进入中等发达国家的水平，就必须保持较高的发展速度。中国科学院国情研究第四号报告《挑战与机遇》中预计：中国1990～2000年GDP平均增长率为9.3%，2000 ～2010年为8%，2010～2020年为7%，2020～2030年为6.3%。按此预测，中国2030年GDP将达到50万亿元，人均GDP为3.125万元，折合3600美元，为1993年全国GDP的14倍。 
　　如果采用中国1993年的用水定额预测，30年后仅工业用水一项即高达13000亿m3。这是因为没有考虑目前工业用水浪费的事实和科学技术进步对用水的影响，而且此项用水量超过了中国水资源的承载能力，因而是不可能的。为了保证中国经济可持续发展，今后的工业用水必须严格执行节水措施，把用水定额降下来，使之达到合理的程度。从世界工业化国家发展历史可以了解到，一般在工业发展的初期，因基础、原材料、电子等高耗水工业比重大，工业用水量较多；当初步实现工业化后，受共水能力、经济效益和市场的影响，工业生产要求全面实施节水技术，同时工业向高精尖高产值部类转移，工业用水量不但不会继续增加，还必须出现零增长或负增长现象。美国50～60年代工业用水经历了快速增长时期， 5年平均增长率都在15%以上，多数在20%以上，最高的达到37.9%；70年代增长速度放慢，到1980年上升到历史上量大值，工业用水2528亿m3「或3523亿m3（含咸水）.GDP值为47270亿美元,每万元GDP(折合人民币)用水93m3。1995年美国工业用水2171亿m3（趋于稳定）。GDP按1993年不变价约40余万亿元（折合人民币），每万元GDP用水量按近50m3。
　　根据中国工业发展速度，大约经过30年时间，全国万元GDP用水平均定额可参用美国1995年的指标。计算结果，2030年前后中国工业用水2500亿m3左右， 比在国1993年工业用水多1575亿m3。也就是说如果没有这么多水作保证，中国的GDP产值难以达到既定的目标。
　　按《中国设计预测与规划》。2000年、2010年，中国市镇人口占总人口比重将由1993年的28%分别上升到33%和42%。按此趋势，2030年前后中国市镇人口比重无疑将达50%左右， 即8亿居民生活在城镇。 根据中国国情并参考国际用水标准， 2030年前后，中国城镇用水730亿m3；农村人均用水按城镇一半计，用水量为370亿m3。两项台计1100亿m3。
　　预测分析表明：如果按当用的用水水平预测，30年后中国用水量将超过水资源承载能力，这既不合理，又不可行；只有通过努力，采取一切节水措施，把用水定额降下来，力争30年内农业平均灌溉定额由现在的522m3下降到432m3;万元GDP用水量由1993年的267m3下降到50m3,届时全国用水可达7750亿m3。这就接近了中国水资源的承载能力。这与目前供水量相比，差值仅为2250亿m3，其中北方约1200m3。
　　五、对策
　　通过分析不难看出，中国30年内即使采取一切节水措施，仍然会出现缺水局面，预计最大缺口达到2250亿m3。解决矛盾的方法，只能是开源节流两手抓。两者在某种意义上是相辅相成、互为补充，决不能替代。
　　1.节流
　　农业是中国用水大户，为此首先要提高农业输水效率。目前灌区输水用土渠，且相当一部分经过第四纪地层，渗漏严重，渠系有效利用系数很低。今后要因地制宜改造和完善现有灌区，发展塑料、混凝干、粘士、石料等衬砌，提高渠系有效利用系数。
　　其次从灌溉技术入手，狠抓田间水资源利用率，尽快改变传统的灌溉方式，结合国情大力发展管灌、推广喷灌。在有条件的地区，特别是果木、蔬菜、部分经济作物，发展滴灌，提高水分生产率。
　　中国工业用水发展很快,但重复利用和污水资源化工作,远远跟不上形势的要求。到目前为止,重复利用率不到50%,且集中在大在城市;污水处理程度很低。80年代末，全国污水处理厂才70多个，总处理能力200多万吨。年处理量不到10亿m3。 即使像首都北京，处理能力也很差。1990年全市近11亿m3污水中，只有0.57亿吨经过处理。大量污水、废水进入河道和地下，既污染了水域，又浪费了资源。由此可见，提高工业用水重复利用率、扩大城市废污水处理能力，是提高工业节水的有效措施。
　　中国城市生活用水虽然不多，但由于种种原因也存在浪费现象。首先城市管网漏失率高，一般在7～8%，有的达到10%或更多。仅解决好这一项，每年即可减少自来水损失15亿m3。其次要抓好生活用水器具的改造和革新，防止淋浴器、便器水箱漏水。目前全国便器水箱3500万套。其中25%漏水，年损失4亿m3，相当石家庄市一年用水量。
　　此外，要研究和推广海水、微咸水代用及雨水利用的方法和技术，要加强水资源的管理，从行政、经济、法制三方面同时入手，把中国节水工作推向一个新的阶段。
　　2.开源
　　中国30年后缺水2000多亿m3，南北方均在1000亿m3左右。分析后认为，南方缺水主要属于工程型缺水性质，只要就地增加调控工程，便可解决水源问题。北方缺水主要属于资源型缺水性质，只能从外流域调水才能有望解决。为此，东北水利水电勘测设计院、"松辽季"等有关单位为了解决辽河中下游的缺水问题，通过多年研究提出了引松济辽方案；为了解决乌鲁木齐地区的缺水问题，新疆水利厅等有关单位，先后提出"引济"、"引伊"调水工程；为了解决华北等地用水，"长委"、"黄委"、"淮委"相继提出南水北调方案。上述措施都正在研究，论证和报清国家立项之中； 但即使全部实施也只能解决北方部分缺水问题， 大约还有400 ～500亿m3的水量尚无着落。中科院综考会水资源区域调控组， 在青藏高原长期工作的基础上，提出了藏水北调方案，试图一举从根本上解决北方的缺水问题。下面就此作扼要论述：
　　西藏的西南和南，大江大河较多，从北向南依次有金沙江（含通天河）、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江（简称四江）。"四江"水量丰富，具备调水条件。"四江"多年平均径流量4513亿m3（出口处），75%年份的来水量为4023亿m3， 即使在海拔3500m以上，年来水量也大于800亿m3，故有水可供北调。
　　"四江"与黄河上游的两湖（扎陵湖、 鄂陵湖）的直线距离分别为100 、200、400、600多km，调水距离不算太远，为调水提供了地形条件。 根据调水的目的、任务和5条选线原则，该方案在大约45亿km2的调出区，以1/10万地形图为主要依据，配合其它图件，选出从雅江永达（海拔3670m）开始沿东北方向行进， 经拉萨河上的旁多（海拔3996m）、迫隆藏布江上的嘉黎（海拔3954m）、怒江上的热玉上海（海拔3580m）、澜沧江上的囊谦上游（海拔3760m）、通天河上的治家（海拔3990m）到黄河上游两湖的调水线路。线路全长1171km;沿途隧洞17条， 累计长达298km，其中最长隧洞不到35km。
　　全线有6个调水点（表3）。6点控制集水面积223262km2，年来水量624.3亿m3。扣除各种用水后，可调出435亿m3，基本可以满足北方经济发展对水的需要。

　　由表可见，"四江"调水点均在海拔4000m左右， 但要进入黄河上游两湖仍然存在一定的高程差，只有提水才能完成调水的任务。为此提水动力成为调水关键因素。在中国电力结构中，水电比重小，核电刚刚起步，发电主要靠燃煤；国家不可能为调水兴建巨大的火电站或核电站，故调水用电只能从水电上开拓新路。
　 
　　水头和流量是构成水电的两大要素。深入分析后发现，黄河上游具备巨大的发电水头。从两湖到黄河上游的龙羊峡水面落差1660m，到刘家峡为2560m，到青铜峡为3104m，分别为最大提水扬程的4、5和6倍。为了缩短水流的行程，集中发电落差，建议从两湖沿东北方向开控长约170km的人工暗渠，经黑海南侧， 绕苦海的北侧，进入黄河上游支流曲什安河。在该河的下游、龙羊峡上游的南木塘附近，利用有利地形集中落差900～1200m，兴建巨型水电站（一级或二级）。当调水示进入黄河之前，由于缺乏径流，南木塘水电站无法启动运行，故为此提出"借水发电、以电抽水、水电循环、滚动开发"的模式。
　　这种模式，首先是向两湖借水。两湖海拔4260～4280m，现已连通， 其中鄂陵湖水面面积610km2。储水量108亿m3；扎陵湖面积527亿m3，储水量47亿m3。两湖共计水面面积1137亿m3，储水量155亿m3。借水量决定调水量，与调水成正比。 水流出湖后沿人工渠入电站发电，并及时把发出的电力，首先输送到通天河治家附近进提水。由于发电水头大于提水扬程许多，故可形成水电循环和向两湖还贷的结局。
　　如果治家附近的水量不能满足北方用水要求时，可再一次向两湖借水，以同样的原理把澜沧江、怒江、雅江的水调入北方。借水期的长短决定调水线路的长度和渠道纵坡。初步估计,如果调治家的水,借期约7天左右;如果调雅江的水, 则借期不到20天。为了保证借水的可靠性和增加两湖的调节性能，建议在两湖湖口增修闸门，控制水位，调节径流。
　　为了充分发挥调水的作用，避免资金的积压和浪费，建议工程可分三期完成。
　　一期工程：以解决黄河流为目的，调水量两倍于黄河目前缺水量，约52亿m3。为此先后两湖借水250m3/S（折合年调水52亿m3），借水期7天，电站装机300万kw，出力约240亿km，发电后及时输至治家提水。提水扬程暂定400m （扬程与坝高和输水隧洞长度有关），提水需电力140万kw，尚余100万kw的电力供西北使用。发电尾水进入龙羊峡水库，经水库调节放入下调，解决黄河断流。
　　二期工程：待北方社会经济发展后，进一步出现缺水时，再兴建二期工程，补调金沙江、澜沧江、怒江水量193亿m3， 解决整个北方（考虑由黑海放水入柴达木以至塔里木盆地）经济发展用水。三期工程：为了全面解决中国北方缺水问题，等国力大力增强，且进一步出现缺水问题时，兴建第三期工程，以补调雅江水190亿m3， 完成藏水北调的艰巨任务。到那时，中国除黑龙江外，其它大江大河均联成网络，有利于中国抗旱防洪。充分发挥水的多功能作用；由于大量清水入黄，黄河必将剧深，地面河将向地下河转化，泥沙淤积、洪患均会有所好转。不仅如此，调水以后，北方水电比重大大增加，电子质量改善，节约水量煤炭，同时可与西南联网，汛期西南多发电、北方多蓄水（黄河上水库多），南电北送；枯水期北方放水发电，北电南送，进一步提高发电能力。到那时，中国东有三峡工程、西有"大调水"工程，在一定程度上控制了两条巨龙，让她们更好地为中华民族的振兴服务。
主要参考文献
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