梁書(shū)民，LUND Jay，HUI Rui，于智媛

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與發(fā)展研究所，北京 100081；2.Department of Civil and Environmental Engineering，University of California at Davis，Davis 95616，USA）

基于中美比較視角的中國(guó)水資源開(kāi)發(fā)進(jìn)展

梁書(shū)民1，LUND Jay2，HUI Rui2，于智媛1

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與發(fā)展研究所，北京 100081；2.Department of Civil and Environmental Engineering，University of California at Davis，Davis 95616，USA）

對(duì)比分析中美兩國(guó)的水庫(kù)庫(kù)容變化、灌溉面積增長(zhǎng)和用水結(jié)構(gòu)演化歷史，并將中國(guó)水資源開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)同其他主要國(guó)家進(jìn)行比較，認(rèn)為中國(guó)用水總量將在農(nóng)業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水等剛性增長(zhǎng)的推動(dòng)下再持續(xù)增長(zhǎng)20年，提出加強(qiáng)水資源開(kāi)發(fā)，開(kāi)展西線大規(guī)模南水北調(diào)，提高西北地區(qū)水資源利用效率，統(tǒng)籌規(guī)劃西北地區(qū)的生態(tài)用水等對(duì)策建議，以實(shí)現(xiàn)西部水土資源開(kāi)發(fā)、扶貧和改善生態(tài)環(huán)境等多贏。

水資源開(kāi)發(fā)；水資源評(píng)價(jià)；水庫(kù)庫(kù)容；用水結(jié)構(gòu)；灌溉面積；中國(guó)；美國(guó)

我國(guó)水能資源豐富，高居世界第一位，2005年水能資源復(fù)查結(jié)果表明，水電理論蘊(yùn)藏電量為60829億kW·h/a，占全世界的15.2%；水電技術(shù)可開(kāi)發(fā)電量為29 882億kW·h/a，占全世界的20.4%；水電經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)電量為17534億kW·h/a，占全世界的20.1%［1-3］。水電開(kāi)發(fā)是目前我國(guó)水資源開(kāi)發(fā)的主要方式。2007年世界水力發(fā)電量為30448億kW·h［4］，占經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)電量的34.9%；中國(guó)水力發(fā)電量為5 851.9億kW·h，占經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)電量的33.4%，中國(guó)的水電開(kāi)發(fā)程度稍低于世界平均水平。據(jù)英國(guó)不列顛石油公司出版的《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》的數(shù)據(jù)，2013年世界水力發(fā)電量為37820億kW·h，占經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)電量的43.3%；中國(guó)水力發(fā)電量為9116億kW·h，占經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)電量的52.0%，已經(jīng)高于世界平均水平，而且發(fā)電量遠(yuǎn)高于居第二至第五位的加拿大（3916億kW·h）、巴西（3854億kW·h）、美國(guó)（2719億kW·h）和俄羅斯（1812億kW·h）［5］。據(jù)2015年2月17日《中國(guó)電力報(bào)》的數(shù)據(jù)，2014年底我國(guó)水力發(fā)電量為10661億kW·h，占經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)電量的60.8%。這些數(shù)據(jù)表明我國(guó)的水電開(kāi)發(fā)程度已經(jīng)很高，開(kāi)發(fā)潛力逐步減小，剩余潛力主要分布于西南地區(qū)河流的中上游地區(qū)，正是大西線南水北調(diào)的水源區(qū)，水電開(kāi)發(fā)和跨流域調(diào)水相結(jié)合將是我國(guó)未來(lái)水資源開(kāi)發(fā)的主要發(fā)展目標(biāo)。本文通過(guò)一系列水資源開(kāi)發(fā)利用數(shù)據(jù)的國(guó)際比較，認(rèn)為中國(guó)水資源豐富、開(kāi)發(fā)潛力大，適度開(kāi)發(fā)利用水能資源和水資源有利于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，并保障國(guó)家糧食安全、增強(qiáng)中國(guó)的綜合國(guó)力，加快我國(guó)向發(fā)達(dá)國(guó)家邁進(jìn)的步伐。

1　美國(guó)總庫(kù)容數(shù)據(jù)核算

美國(guó)是目前世界上最大的經(jīng)濟(jì)體，其水資源開(kāi)發(fā)利用情況對(duì)中國(guó)具有重要借鑒意義。2009年10月在四川成都舉辦了第一屆堆石壩國(guó)際研討會(huì)，中國(guó)大壩協(xié)會(huì)秘書(shū)處在會(huì)上提交了題為《中國(guó)2008年水庫(kù)大壩統(tǒng)計(jì)、技術(shù)進(jìn)展與關(guān)注的問(wèn)題簡(jiǎn)論》的論文，介紹了截至2007年年底的中國(guó)大壩、世界大壩建設(shè)和水電發(fā)展進(jìn)展，對(duì)截至2007年年底的水庫(kù)大壩及水電發(fā)展進(jìn)行了匯總。論文列出美國(guó)水庫(kù)總庫(kù)容為135000億m3，并指出該數(shù)據(jù)“是美國(guó)大壩協(xié)會(huì)的確認(rèn)數(shù)，但仍有疑問(wèn)，數(shù)字過(guò)大”［4］。為了解決這個(gè)疑問(wèn)，筆者對(duì)美國(guó)的大壩建設(shè)和水庫(kù)庫(kù)容增長(zhǎng)歷史進(jìn)行了研究。

根據(jù)美國(guó)工程兵團(tuán)國(guó)家大壩清單項(xiàng)目（The U.S. Army Corps of Engineers，National Inventory of Dams，NID）統(tǒng)計(jì)，截至2013年美國(guó)境內(nèi)及領(lǐng)地注冊(cè)的水壩（壩高超過(guò)7.6 m，庫(kù)容超過(guò)6.2萬(wàn)m3，或者是發(fā)生潰壩后會(huì)對(duì)下游造成嚴(yán)重影響的壩）總數(shù)超過(guò)87000座［6］；截至2004年年底按照壩高大于或等于15.24 m，或正常庫(kù)容大于或等于616.74萬(wàn)m3，或最大庫(kù)容大于或等于3 083.71萬(wàn)m3的條件取舍，符合條件的大壩數(shù)為8 121座，它們的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)由美國(guó)國(guó)家地圖冊(cè)項(xiàng)目（National Atlas of the United States）于2006年在網(wǎng)上公布［7］。依據(jù)下載的ARCVIEW地理信息系統(tǒng)文件，最大庫(kù)容數(shù)據(jù)項(xiàng)的合計(jì)是135759.4億m3，十分接近于美國(guó)大壩協(xié)會(huì)提供的總庫(kù)容135 000億m3，其中包括蘇必利爾湖的最大庫(kù)容119 648.0億m3，占總量的88.13%；余數(shù)為16111.4億m3，占總量的11.87%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該庫(kù)容數(shù)據(jù)普遍存在多個(gè)大壩對(duì)應(yīng)一座水庫(kù)，庫(kù)容重復(fù)計(jì)算現(xiàn)象。

可見(jiàn)美國(guó)庫(kù)容計(jì)算存在兩個(gè)問(wèn)題：一是蘇必利爾湖的死庫(kù)容計(jì)入水庫(kù)總庫(kù)容；二是在多壩一庫(kù)情況下，按大壩統(tǒng)計(jì)庫(kù)容存在庫(kù)容重復(fù)計(jì)算現(xiàn)象，二者均夸大了美國(guó)的總庫(kù)容量。在水庫(kù)庫(kù)容統(tǒng)計(jì)口徑上中國(guó)和美國(guó)不同，中國(guó)的總庫(kù)容相當(dāng)于美國(guó)的最大庫(kù)容，中國(guó)的興利庫(kù)容和死庫(kù)容之和相當(dāng)于美國(guó)的正常庫(kù)容；中國(guó)采用總庫(kù)容、米制和十進(jìn)制區(qū)分大中小型水庫(kù)，美國(guó)則采用正常庫(kù)容和最大庫(kù)容，用英制取舍不同大小的水庫(kù)。為解決美國(guó)庫(kù)容統(tǒng)計(jì)口徑和方法問(wèn)題，便于比較兩國(guó)庫(kù)容的歷史發(fā)展情況，本文統(tǒng)一按照中國(guó)的水庫(kù)庫(kù)容分類方法和口徑，取總庫(kù)容（美國(guó)最大庫(kù)容）大于或等于1 000萬(wàn)m3的大中型水庫(kù)來(lái)進(jìn)行水庫(kù)庫(kù)容發(fā)展歷史比較，蘇必利爾湖的容積不計(jì)入美國(guó)總庫(kù)容，并剔除美國(guó)庫(kù)容的多壩重復(fù)計(jì)算量。

按照新方法得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，美國(guó)1800—2000年200年間共建成大中型水庫(kù)2 715座，總庫(kù)容為9441.36億m3，正常庫(kù)容為6079.49億m3，其中1921年修建的蘇必利爾水庫(kù)總庫(kù)容和正常庫(kù)容均按照興利庫(kù)容86 344萬(wàn)m3計(jì)算。20世紀(jì)30年代、50年代、60年代是美國(guó)3個(gè)大壩建設(shè)高峰期，分別建成總庫(kù)容1349億m3、1856億m3、2593億m3，分別對(duì)應(yīng)羅斯福新政時(shí)期、二戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)恢復(fù)期和冷戰(zhàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)期（圖1）。另外據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）估計(jì)，1990年美國(guó)水庫(kù)正常庫(kù)容為5490億m3［8］，同筆者計(jì)算的結(jié)果6028億m3相近。

圖1　1905—2005年美國(guó)新增庫(kù)容與累計(jì)庫(kù)容

中國(guó)當(dāng)前的城鎮(zhèn)化水平僅相當(dāng)于美國(guó)1930年的水平，未來(lái)20～30年仍然處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，期間城鎮(zhèn)化對(duì)水電和水資源需求的剛性增長(zhǎng)，將使水庫(kù)庫(kù)容同步擴(kuò)大。按照1995—2014年中國(guó)總庫(kù)容增長(zhǎng)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)，保守估計(jì)2030年中國(guó)總庫(kù)容將達(dá)到12 000億m3。中國(guó)西南地區(qū)水利水電資源豐富，主要河流如怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江等每條河流現(xiàn)已規(guī)劃了20級(jí)以上梯級(jí)開(kāi)發(fā)，梯級(jí)大壩建設(shè)正在從下游向中上游逐步展開(kāi)，大壩建設(shè)促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐乃姰a(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過(guò)水庫(kù)移民和交通建設(shè)大大促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)牧民的脫貧致富。中國(guó)西部地區(qū)水資源與人口、土地資源分布匹配程度極差，西北地區(qū)土地資源豐富，而西南地區(qū)水資源豐富；西北地區(qū)人口密度小，集中分布于綠洲地帶，而西南地區(qū)人口最稀少，集中分布于西藏的雅魯藏布江、拉薩河、年楚河和尼洋河谷地。在這種資源與人口分布格局下水資源開(kāi)發(fā)利用需要大規(guī)模建設(shè)跨流域調(diào)水和跨地區(qū)移民工程，猶如美國(guó)西部水資源開(kāi)發(fā)修建了許多跨流域調(diào)水工程，中國(guó)的大西線南水北調(diào)工程勢(shì)在必行。

2　中國(guó)水庫(kù)庫(kù)容變化

1949年以前，我國(guó)壩高在15m以上的水庫(kù)大壩只有22座［9］，1948年大中型水庫(kù)總庫(kù)容僅為200億m3。新中國(guó)成立至改革開(kāi)放前，我國(guó)修建水庫(kù)大壩的主要目的是防洪、灌溉等［10］；改革開(kāi)放以來(lái)，水力發(fā)電（兼顧防洪和灌溉）成為大壩建設(shè)的主要目的。新中國(guó)成立以來(lái)，中國(guó)的大壩建設(shè)經(jīng)歷了3個(gè)快速發(fā)展期，第1個(gè)快速發(fā)展期是1951—1965年，大中型水庫(kù)總庫(kù)容由1951年的200億m3躍升為1965年的2187億m3；第2個(gè)快速發(fā)展期是1966—1973年，“文化大革命”中前期水利建設(shè)得到加強(qiáng)，中國(guó)大中型水庫(kù)總庫(kù)容由1966年的2 273億m3躍升為1973年的3203億m3；第3個(gè)快速發(fā)展期始于1994年底三峽大壩的動(dòng)工修建，1998年長(zhǎng)江流域大洪水進(jìn)一步加快了大壩建設(shè)步伐，到目前已經(jīng)延續(xù)20多年。隨著西南地區(qū)水電開(kāi)發(fā)步伐的加快，這個(gè)大壩建設(shè)快速發(fā)展期還在延續(xù)中，預(yù)計(jì)十年之內(nèi)中國(guó)的大中型水庫(kù)總庫(kù)容有望超過(guò)美國(guó)（圖2）。

圖2　1905—2013年中美兩國(guó)大中型水庫(kù)總庫(kù)容比較

截至2014年底，中國(guó)的大中型水庫(kù)有4496座，總庫(kù)容7695億m3，為美國(guó)2000年大中型水庫(kù)總庫(kù)容的81.5%。比較每座大中型水庫(kù)平均總庫(kù)容，美國(guó)為3.477億m3/座，中國(guó)為1.712億m3/座，僅為美國(guó)的1/2。2014年美國(guó)人均大中型水庫(kù)總庫(kù)容約為2973m3，中國(guó)為562.6 m3，僅為美國(guó)的18.92%（1/6到1/5之間）。根據(jù)美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)，大壩建設(shè)明顯受經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程驅(qū)動(dòng)，大壩建設(shè)快速發(fā)展期起始于城鎮(zhèn)化率超過(guò)50%的20世紀(jì)30年代初，直到20世紀(jì)70年代初才結(jié)束，延續(xù)達(dá)40年。2014年底中國(guó)的城鎮(zhèn)化率達(dá)到54.77%，由于中國(guó)人口眾多，且仍然是發(fā)展中國(guó)家，受城鎮(zhèn)化快速發(fā)展帶來(lái)的對(duì)水資源的需求逐步增加，大壩建設(shè)方興未艾，自2015年起，快速發(fā)展期雖然不可能再延續(xù)40年，再延續(xù)20年是可能的。估計(jì)中國(guó)的大中型水庫(kù)總庫(kù)容2015年已達(dá)到8 000億m3，2035年達(dá)到12000億m3，按15億人口計(jì)算，2035年人均庫(kù)容達(dá)到800m3。美國(guó)2035年人均大中型水庫(kù)總庫(kù)容約降為2592m3（假設(shè)總庫(kù)容不變，人口增加到3.643億），到時(shí)中國(guó)約為美國(guó)的31%，介于1/4到1/3之間。

庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)β等于調(diào)節(jié)庫(kù)容除以水庫(kù)多年平均徑流量，調(diào)節(jié)庫(kù)容是正常蓄水位至死水位之間的水庫(kù)容積；β=8%～20%為不完全年調(diào)節(jié)，β=20%～30%為完全年調(diào)節(jié)，β大于30%為多年調(diào)節(jié)。美國(guó)國(guó)土面積為962.9萬(wàn)km2，多年平均地表徑流量為29705億m3。2035年若美國(guó)大中型水庫(kù)的總庫(kù)容不變，仍然為9441億m3，為多年平均徑流量的31.78%；按調(diào)節(jié)庫(kù)容約相當(dāng)于總庫(kù)容的64.4%，美國(guó)調(diào)節(jié)庫(kù)容約為6080億m3，庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)為20.5%，可實(shí)現(xiàn)完全年調(diào)節(jié)。中國(guó)國(guó)土面積為960.0萬(wàn)km2，多年平均地表徑流量為26706億m3，兩個(gè)指標(biāo)數(shù)值均同美國(guó)的相近。2013年中國(guó)大中型水庫(kù)總庫(kù)容合計(jì)為7599億m3，蓄水量（同調(diào)節(jié)庫(kù)容數(shù)值相近）合計(jì)約為3967.5億m3，蓄水量占庫(kù)容量的52.21%，庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)約為14.86%，僅可實(shí)現(xiàn)不完全年調(diào)節(jié)。按此估計(jì)，2035年中國(guó)大中型水庫(kù)庫(kù)容若達(dá)到12 000億m3，為多年平均徑流量的44.93%；調(diào)節(jié)庫(kù)容約為6265.2億m3，庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)將達(dá)到23.46%，稍高于美國(guó)，上升為完全年調(diào)節(jié)。

某個(gè)地區(qū)實(shí)現(xiàn)完全年調(diào)節(jié)或多年調(diào)節(jié)所需要的庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)大小決定于當(dāng)?shù)氐膹搅髯儾钕禂?shù)Cv的大小，而Cv的大小又取決于氣候條件和地域面積［11］。實(shí)現(xiàn)同樣的徑流調(diào)節(jié)在Cv值較大的地區(qū)需要較大的庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)，如干旱半干旱地區(qū)；較大地域內(nèi)的Cv值較小，從濕潤(rùn)區(qū)向干旱區(qū)跨流域調(diào)水可以有效降低干旱區(qū)的Cv值。中國(guó)北方和蒙古的Cv值較大，為0.23；亞洲東南部（包括中國(guó)南方和日本）的Cv值較小，為0.09；美國(guó)本土的Cv值居中，為0.17；亞洲西部和非洲北部的Cv值最大，在0.34～0.35之間。日本水資源豐富，Cv值同中國(guó)南方相當(dāng)，同中國(guó)總體上不具有可比性。目前世界上總庫(kù)容系數(shù)（總庫(kù)容同多年平均徑流量的比值）在100%以上的國(guó)家有津巴布韋、埃及、加納、伊拉克、塔吉克斯坦、烏干達(dá)、敘利亞、坦桑尼亞；在60%以上的國(guó)家有吉爾吉斯斯坦、贊比亞、萊索托、肯尼亞、土耳其、哈薩克斯坦、阿塞拜疆、摩洛哥；在40%以上的國(guó)家有南非、突尼斯、蘇丹、利比亞、阿爾及利亞、西班牙、烏茲別克斯坦、科特迪瓦、沙特阿拉伯、阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)；在29%以上的國(guó)家有莫桑比克、墨西哥、美國(guó)、烏克蘭、保加利亞、約旦、加拿大；而中國(guó)的總庫(kù)容系數(shù)為28.46%［12］。中國(guó)的總庫(kù)容系數(shù)到2035年若達(dá)到44.93%，將明顯高于美國(guó)，但是仍然低于主要高值國(guó)如埃及、南非、西班牙和烏茲別克斯坦。

衡量水資源利用的指標(biāo)主要有3種：①水能資源利用率，即水能資源開(kāi)發(fā)量占水能資源經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量的比例；②水資源利用率，即取水量占水資源總量的比例；③庫(kù)容調(diào)節(jié)系數(shù)，即調(diào)節(jié)庫(kù)容占江河徑流總量的比例。其中水資源利用率最為常用，俄羅斯人謝克洛莫羅夫?qū)⑺Y源利用率Kw分為5個(gè)等級(jí)：Kw小于10%為低負(fù)荷水資源利用；Kw在10%～20%之間為中負(fù)荷水資源利用；Kw在20%～40%之間為高負(fù)荷水資源利用；Kw在40%～60%之間為超高負(fù)荷水資源利用；Kw大于60%為災(zāi)難性超高負(fù)荷水資源利用；Kw大于100%則需要跨流域調(diào)水來(lái)滿足本地的用水需求。按照謝氏的研究和預(yù)測(cè)，1995年非洲北部、中亞處于災(zāi)難性超高負(fù)荷水資源利用等級(jí)，亞洲西部、亞洲南部屬于超高負(fù)荷水資源利用等級(jí)，亞洲外高加索、歐洲南部、原蘇聯(lián)南歐部分、中國(guó)北方和蒙古、歐洲中西部、北美洲中部屬于高負(fù)荷水資源利用等級(jí)；2025年非洲北部、中亞、亞洲西部、亞洲南部處于災(zāi)難性超高負(fù)荷水資源利用等級(jí)，亞洲外高加索、歐洲南部、原蘇聯(lián)南歐部分、中國(guó)北方和蒙古、歐洲中西部、北美洲中部屬于高負(fù)荷水資源利用等級(jí)；其余地區(qū)均處于中低負(fù)荷水資源利用等級(jí)［13-14］。2013年中國(guó)總用水量為6183億m3，全國(guó)平均Kw值為22.1%，其中北方地區(qū)（河南省、山東省、陜西省、青海省及其以北省區(qū)）的Kw值為38.3%，南方地區(qū)的Kw值為17.2%。國(guó)務(wù)院2012年確立的2030年用水量控制紅線為7 000億m3，Kw值為26.0%，均處于高負(fù)荷水資源利用等級(jí)的低值區(qū)；若通過(guò)大規(guī)?？缌饔蛘{(diào)水使2050年用水總量在2013年基礎(chǔ)上增加50%，達(dá)到9 274.5億m3，Kw值將上升為34.5%，處于高負(fù)荷水資源利用等級(jí)的高值區(qū)，但是水資源利用率等級(jí)沒(méi)有改變。

3　灌溉面積的增長(zhǎng)比較

灌溉率是灌溉面積同耕地面積之比值。為計(jì)算灌溉率，需要知道灌溉面積和耕地面積兩組數(shù)據(jù)。中國(guó)的灌溉面積統(tǒng)計(jì)歷年序列完整，且準(zhǔn)確可靠。同水利建設(shè)發(fā)展軌跡相似，1949年以來(lái)灌溉面積的發(fā)展大致存在3個(gè)快速發(fā)展期：1951—1965年灌溉面積由1853萬(wàn)hm2波動(dòng)上升為3307萬(wàn)hm2；1966—1976年灌溉面積由3156萬(wàn)hm2快速上升為4500萬(wàn)hm2；1988—2014年灌溉面積由4440萬(wàn)hm2穩(wěn)定上升為6454萬(wàn)hm2。

筆者曾經(jīng)撰文對(duì)中國(guó)歷年的耕地面積按照國(guó)土資源部的統(tǒng)計(jì)口徑進(jìn)行校正。大致是受新中國(guó)建國(guó)初期大面積開(kāi)墾宜農(nóng)荒地的影響，中國(guó)的耕地面積由1951年的10820萬(wàn)hm2波動(dòng)增加到1965年的極大值13887萬(wàn)hm2，此后墾荒停止，耕地面積逐年下降，到2003年減少到12 340萬(wàn)hm2，2008年減少到12173萬(wàn)hm2，這期間1999—2003年受退耕還林和城鎮(zhèn)擴(kuò)張占用耕地的影響，為耕地面積迅速減少期［15］。但是2009年國(guó)土資源普查的結(jié)果是中國(guó)擁有耕地面積13 540萬(wàn)hm2，明顯多于國(guó)土資源部2008年統(tǒng)計(jì)的12173萬(wàn)hm2，多了1 367萬(wàn)hm2；比1996年國(guó)土資源詳查數(shù)據(jù)13 007萬(wàn)hm2多了533萬(wàn)hm2。伴隨耕地面積增加的是2003年以來(lái)農(nóng)作物播種面積的波動(dòng)增加。為還原本次耕地面積增加的逐年數(shù)據(jù)，假設(shè)中國(guó)耕地面積在2003年之前與國(guó)土資源部1996年以來(lái)的歷年耕地統(tǒng)計(jì)值相同，2004年退耕還林基本完成后開(kāi)始逐年均勻增加到2009年的13540萬(wàn)hm2，2010年后隨著農(nóng)作物播種面積的增加而等面積增加到2014年的14253萬(wàn)hm2，于是可以得到1951—2014年完整的耕地面積變化序列（序列1），有別于國(guó)土資源部2003—2008年的歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（序列2）。這樣計(jì)算得出的中國(guó)農(nóng)田灌溉率的歷年變化情況類似于灌溉面積變化的趨勢(shì)，農(nóng)田灌溉率由1951年的17.1%上升到1966年的24.3%，以及1976年的33.4%，1977—1988年期間變化不大?；诟孛娣e序列1的數(shù)據(jù)計(jì)算得出的中國(guó)2014年的灌溉率為45.3%。

美國(guó)早在北美殖民地時(shí)期就開(kāi)始了向西部地區(qū)的移民墾荒活動(dòng)。1783年英國(guó)把阿巴拉契亞山以西至密西西比河這一大片印第安人所有的土地，開(kāi)放給了美國(guó)。美國(guó)于1785年通過(guò)的土地條例按低價(jià)出售公有土地，于1787年通過(guò)《西北準(zhǔn)州地區(qū)條例》，從而使“舊西北部”（包括今俄亥俄州、印第安納州、伊利諾伊州、密歇根州、威斯康星州）的土地得到迅速殖民開(kāi)發(fā)。1830年美國(guó)通過(guò)了《印第安人遷移法》，把印第安人遷到密西西比河以西，西進(jìn)殖民事業(yè)開(kāi)始迅速發(fā)展，“舊西北部”（包括今肯塔基州、田納西州、亞拉巴馬州、密蘇里州、密西西比州、阿肯色州、路易斯安那州）的土地得到種植園奴隸主的開(kāi)發(fā)，成為棉花的主要產(chǎn)地。美國(guó)南北戰(zhàn)爭(zhēng)期間林肯總統(tǒng)通過(guò)了《宅地法》，接近于無(wú)償分配美國(guó)西部國(guó)有土地給廣大移民，大大促進(jìn)了西進(jìn)墾荒運(yùn)動(dòng)。受西進(jìn)墾荒運(yùn)動(dòng)的影響，美國(guó)耕地面積由1820年的780萬(wàn)hm2增加到1870年的4147萬(wàn)hm2，和1929年的峰值14540萬(wàn)hm2。1930年之后，受1929年經(jīng)濟(jì)大蕭條和20世紀(jì)30年代沙塵暴影響，耕地面積于1934年一度下降到11960萬(wàn)hm2，之后美國(guó)的耕地面積在波動(dòng)中恢復(fù)到2012年的12 747萬(wàn)hm2。1929年之前，美國(guó)西部的移民把精力集中于開(kāi)墾荒地，農(nóng)田灌溉未受到重視，1910年灌溉面積僅為453萬(wàn)hm2，灌溉率僅為4.34%；20世紀(jì)30年代沙塵暴以來(lái)，美國(guó)開(kāi)始重視在西部干旱半干旱區(qū)發(fā)展農(nóng)田灌溉，1949年灌溉面積達(dá)到1047萬(wàn)hm2，灌溉率達(dá)到7.48%；之后又經(jīng)歷了二戰(zhàn)后20年的灌溉面積快速增長(zhǎng)期，到1969年灌溉面積達(dá)到1580萬(wàn)hm2，灌溉率達(dá)到14.33%。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，由于水資源過(guò)度開(kāi)發(fā)，出現(xiàn)了奧加拉拉地下含水層（Ogallala Aquifer）水位快速下降，地下水資源枯竭現(xiàn)象，灌溉面積增加速度變緩，然而由于采取了一系列的水資源管理措施，如加強(qiáng)取水許可審批和水權(quán)管理，采取嚴(yán)格措施加強(qiáng)地下水管理，加強(qiáng)生態(tài)水權(quán)保護(hù)，積極開(kāi)展地下水回灌等，實(shí)現(xiàn)了水資源的可持續(xù)合理利用，2007年灌溉面積達(dá)到峰值2293萬(wàn)hm2，灌溉率達(dá)到18.28%。2012年美國(guó)的灌溉面積為2260萬(wàn)hm2，灌溉率為17.72%［16］。

水田比例高和北方平原和谷地的冬小麥、夏玉米兩熟制是中國(guó)農(nóng)田灌溉率高于美國(guó)的主要原因；美國(guó)耕地多分布于降水量豐富的東部地區(qū)，中國(guó)西部綠洲耕地面積較大也是中國(guó)灌溉面積大于美國(guó)的原因之一。而根本原因在于中國(guó)人均耕地資源貧乏，需要發(fā)展多熟制和農(nóng)田灌溉提高糧食單產(chǎn)來(lái)滿足對(duì)糧食的巨大需求。從人均農(nóng)業(yè)用水量國(guó)際比較來(lái)看，中國(guó)的人均灌溉用水量（288 m3，2013年）遠(yuǎn)低于美國(guó)（649 m3，2005年）、巴基斯坦（1 015 m3，2009年）和印度（596 m3，2009年）［17］，有待進(jìn)一步提高。

4　用水結(jié)構(gòu)演化比較

2013年中國(guó)總用水量為6183億m3，其中農(nóng)業(yè)用水量為3922億m3，工業(yè)用水量為1406億m3，生活用水量為750億m3，生態(tài)用水量為105億m3［18］。2005年美國(guó)總用水量為5 671億m3，其中農(nóng)業(yè)用水量為1921億m3，工業(yè)用水量為3086億m3，生活用水量為664億m3，生態(tài)用水量無(wú)全國(guó)數(shù)據(jù)［19］（圖3）。比較中美兩國(guó)用水量變化，可以發(fā)現(xiàn)具有如下特征：①總用水量中美兩國(guó)相當(dāng)，但是美國(guó)已由1980年的峰值6133億m3下降并穩(wěn)定下來(lái)，中國(guó)仍在逐年增加，2013年已經(jīng)超過(guò)了美國(guó)的總用水量的峰值。②中國(guó)的農(nóng)業(yè)用水量高于工業(yè)，農(nóng)業(yè)用水呈逐年增加趨勢(shì)，工業(yè)用水處于峰值階段，而美國(guó)的工業(yè)用水量高于農(nóng)業(yè)，工農(nóng)業(yè)用水量均由1980年的峰值下降并穩(wěn)定下來(lái)。③中美兩國(guó)的生活用水量相當(dāng)，且都在緩慢增長(zhǎng)，美國(guó)每年增加8億m3，中國(guó)每年增加14億m3。④中美均有生態(tài)用水，中國(guó)自2003年以來(lái)有生態(tài)用水量統(tǒng)計(jì)值，筆者目前還找不到美國(guó)全國(guó)的生態(tài)用水統(tǒng)計(jì)值，但據(jù)筆者對(duì)加利福尼亞州水資源利用研究，美國(guó)生態(tài)用水量較大，但多可被下游的社區(qū)重復(fù)利用，統(tǒng)計(jì)口徑較難統(tǒng)一，故缺乏全國(guó)數(shù)據(jù)。⑤美國(guó)工業(yè)用水量偏高，筆者核實(shí)美國(guó)的工業(yè)用水統(tǒng)計(jì)口徑同中國(guó)一致，均包括熱力發(fā)電耗用的淡水，不包括工業(yè)使用的海水量，美國(guó)偏高可能是由于其熱力發(fā)電耗用淡水的循環(huán)利用率較低，而中國(guó)的循環(huán)利用率較高，多被再利用于洗浴用水，冬季居民區(qū)取暖，溫室加熱，或冷卻后循環(huán)使用。

1997—2013年中國(guó)的農(nóng)業(yè)用水總量呈“V”形變化，經(jīng)歷了一個(gè)從下降到恢復(fù)的過(guò)程，農(nóng)業(yè)用水總量由1997年的3 920億m3下降為2003年的3 433億m3，又逐步上升為2013年的3922億m3，其間的大壩建設(shè)和庫(kù)容增加的目的由水力發(fā)電和非農(nóng)業(yè)用途為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樗Πl(fā)電、非農(nóng)業(yè)用途和農(nóng)業(yè)用途并重。但是，中國(guó)的食物（谷物和油料）自給率由1997—2002年的平均99.1%下降為2003年的97.4%和2014年的84.2%，表明2003—2013年期間農(nóng)業(yè)用水量的增加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足中國(guó)糧食油料生產(chǎn)對(duì)水資源的需求。

圖3　1950—2013年中美兩國(guó)用水量變化比較

圖4　1950—2005年美國(guó)人均用水量變化

中美兩國(guó)的人均用水量變化趨勢(shì)大致與各自的用水總量變化趨勢(shì)相同（圖4、圖5），從人均數(shù)量對(duì)比來(lái)看，美國(guó)的人均用水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中國(guó)。中國(guó)人口（13.61億）是美國(guó)（2.96億）的4.60倍，而美國(guó)人均用水總量是中國(guó)的4.22倍，人均工業(yè)用水量是中國(guó)的10.10倍，人均生活用水量是中國(guó)的4.07倍，人均農(nóng)業(yè)用水量也明顯高于中國(guó)，是中國(guó)的2.25倍（表1）。比較兩國(guó)的人均灌溉面積，美國(guó)是0.0723 hm2，中國(guó)（2013年）是0.046 7 hm2，可見(jiàn)美國(guó)人均糧食產(chǎn)量高于中國(guó)，除人均耕地面積因素外，人均灌溉面積也是關(guān)鍵因素。

圖5　1997—2013年中國(guó)人均用水量變化

表1　中美兩國(guó)人均用水量比較m3

中美用水量比較得出的共同結(jié)論是城鎮(zhèn)居民用水隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展穩(wěn)步增加，工業(yè)用水隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變從峰值緩慢下降；美國(guó)農(nóng)業(yè)用水由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)剩而趨于穩(wěn)定；然而中國(guó)的農(nóng)業(yè)用水將隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展、居民收入增加和糧食需求剛性增長(zhǎng)而持續(xù)增加至少20年。

2003—2013年期間中國(guó)農(nóng)業(yè)用水增加值占總用水量增加值的56.6%，這期間節(jié)水灌溉技術(shù)在干旱半干旱區(qū)快速推廣，農(nóng)業(yè)用水增加，灌溉面積迅速擴(kuò)大，有力支撐了中國(guó)糧食產(chǎn)量10年連續(xù)增長(zhǎng)。古代大禹靠治水平天下，秦國(guó)興修鄭國(guó)渠和都江堰而統(tǒng)一中國(guó)，漢唐盛世通過(guò)發(fā)展水利富民強(qiáng)國(guó)。元代農(nóng)學(xué)家王禎總結(jié)歷代農(nóng)本思想曾言“農(nóng)，天下之大本?！?934年毛澤東曾言“水利是農(nóng)業(yè)的命脈”。習(xí)近平總書(shū)記最近指出“解決13億人吃飯問(wèn)題，要堅(jiān)持立足國(guó)內(nèi)?！惫P者判斷，通過(guò)發(fā)展水利提高糧食自給率將是未來(lái)20年農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向，2011年中央一號(hào)文件提出“未來(lái)10年的水利投資將達(dá)到4萬(wàn)億元”就是很好的例證。建設(shè)大西線南水北調(diào)工程，可以保證未來(lái)20～30年中國(guó)灌溉用水穩(wěn)定增加，使西北地區(qū)豐富的宜農(nóng)荒地資源得到開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)食物基本自給，同時(shí)通過(guò)水資源合理配置實(shí)現(xiàn)區(qū)域均衡發(fā)展，大大增強(qiáng)我國(guó)的綜合國(guó)力。

5　結(jié)論與對(duì)策建議

美國(guó)原國(guó)務(wù)卿基辛格曾斷言“誰(shuí)控制了糧食，誰(shuí)就控制了人類”。當(dāng)代中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)，人民收入水平迅速提高，水資源供給瓶頸越來(lái)越突出，食物自給率以每年1個(gè)百分點(diǎn)的速度快速下降，水資源短缺和糧食供給不足成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的最大障礙。通過(guò)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和提高水的循環(huán)利用率可以降低工業(yè)用水總量；城鎮(zhèn)化人口增加造成的生活用水剛性需求也可以部分通過(guò)提高生活用水的循環(huán)利用率得到滿足；唯獨(dú)農(nóng)業(yè)用水的剛性需求越來(lái)越大，而節(jié)水灌溉的邊界效益呈遞減趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)用水量的增加將是我國(guó)未來(lái)水資源供給總量增加的主要推動(dòng)因素。目前人民對(duì)生態(tài)環(huán)境的關(guān)注度與時(shí)俱增，“三北”地區(qū)的生態(tài)環(huán)境改善也有賴于生態(tài)用水供給量的不斷增加。鑒于中國(guó)城鎮(zhèn)化快速發(fā)展態(tài)勢(shì)還將持續(xù)20年，中國(guó)的農(nóng)業(yè)用水量、生活用水量和生態(tài)用水量均將穩(wěn)定增加，雖然工業(yè)用水總量可能穩(wěn)定或略有下降，但總用水量將持續(xù)增加至少20年。

為滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)對(duì)水資源的需求，提出以下對(duì)策建議：①進(jìn)一步加強(qiáng)水資源開(kāi)發(fā)?！扒蓩D難為無(wú)米之炊”，水資源開(kāi)發(fā)是解決我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展資源瓶頸的關(guān)鍵；中國(guó)處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，對(duì)生活用水和農(nóng)業(yè)用水的剛性需求逐年增加，至少在20年內(nèi)中國(guó)用水總量將處于穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，水資源開(kāi)發(fā)具有迫切性和長(zhǎng)期性的特點(diǎn)。在提倡節(jié)約用水、提高水資源循環(huán)利用率的同時(shí)應(yīng)不斷加強(qiáng)水資源的開(kāi)發(fā)力度，增加水資源的供給總量，提高供給保障水平。②統(tǒng)籌規(guī)劃西南地區(qū)的水資源開(kāi)發(fā)和大西線南水北調(diào)。西南地區(qū)水資源豐富，利用率低，開(kāi)發(fā)前景廣闊；西北地區(qū)水資源缺乏，但土地資源豐富，礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)潛力巨大。在開(kāi)發(fā)西南地區(qū)水能資源的同時(shí)規(guī)劃將水資源通過(guò)引水隧洞自流引向西北地區(qū)，通過(guò)跨流域調(diào)水解決西北地區(qū)的缺水問(wèn)題，可以總體上增加水資源有效供給量。③提高西北地區(qū)的水資源利用效率，挖掘西北地區(qū)現(xiàn)有地表水和地下水資源潛力。西北地區(qū)當(dāng)前水資源利用效率很低，農(nóng)業(yè)用水中高效節(jié)水灌溉技術(shù)遠(yuǎn)未推廣普及，通過(guò)節(jié)水?dāng)U大灌溉面積的潛力很大，估計(jì)在灌溉用水總量不變的情況下，通過(guò)推廣普及膜下滴灌技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)水50%、灌溉面積翻一番的理想目標(biāo)。非農(nóng)業(yè)用水的循環(huán)利用率也有提高潛力。西北地區(qū)地表水利用強(qiáng)度大，但仍然有增加調(diào)節(jié)庫(kù)容，提高用水保障水平的潛力。內(nèi)蒙古和西北地區(qū)部分地域的地下水開(kāi)發(fā)潛力較大，可結(jié)合農(nóng)牧業(yè)開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)灌溉基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推廣高效節(jié)水灌溉，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用地下水資源。④東北、華北和西北“三北”地區(qū)因水資源缺乏，生態(tài)環(huán)境惡化，應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃生態(tài)用水、農(nóng)業(yè)用水和非農(nóng)業(yè)用水的配置，提高非農(nóng)業(yè)用水的循環(huán)利用率，合理分配農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水，并在農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水的各個(gè)環(huán)節(jié)推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)，減少無(wú)效滲漏和地面蒸發(fā)。⑤西南地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)同西北地區(qū)的土地資源開(kāi)發(fā)與扶貧相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多贏。以西南地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)中的水庫(kù)移民為契機(jī)，通過(guò)大西線南水北調(diào)開(kāi)發(fā)西北地區(qū)的土地資源，實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)、扶貧與生態(tài)保護(hù)的多贏，使西南地區(qū)的水力資源和西北的土地資源得到開(kāi)發(fā)，中國(guó)的糧食安全得到保障，西南山區(qū)的貧困人口的經(jīng)濟(jì)收入得到提高，西北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到改善，內(nèi)陸邊疆得到鞏固。

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Advances of China's water resources exploitation based on comparison between China and USA

LIANG Shumin1，LUND Jay2，HUI Rui2，YU Zhiyuan1
（1.Institute of Agricultural Economics and Development，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China；2.Department of Civil and Environmental Engineering，University of California at Davis，Davis 95616，USA）

In this paper，we compare the changes of reservoir storage capacity，the increase of irrigation area，and evolution of water utilization structure between China and the USA，and compare the data of water resources exploitation of China with those of several major countries.We conclude that China's total water utilization volume will continuously increase in the next 20 years，driven by the rigid growth of agricultural water utilization，household water utilization，and ecological water utilization.We also present the countermeasures and suggestions，which include strengthening the water resources exploitation，carrying out large-scale western route projects of the South-to-North Water Diversion Project，improving the utilization efficiency of water resources in the northwestern regions，and making overall plans for the ecological water utilization in the northwestern regions，in order to achieve multiple-win outcomes involving the land and water resources exploitation in western China，poverty alleviation，and the improvement of the ecological environment.

water resources exploitation；water resources assessment；reservoir storage capacity；water utilization structure；irrigation area；China；USA

TV213

A

10067647（2016）05001307

10.3880/j.issn.10067647.2016.05.003

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（ASTIP-IAED-2015-07）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（0052015004-1）

梁書(shū)民（1966—），男，研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與資源經(jīng)濟(jì)研究。E-mail：liangsm@caas.net.cn

（20151010 編輯：鄭孝宇）