中国水足迹研究

第1章 绪论 1.1 研究背景与研究意义 水是人类赖以生存和发展的不可替代的自然资源，是地球生物生存及人类发展的物质基础，是维系地球生态平衡、决定环境质量状况较积极、较活跃的自然要素之一，同时也是支撑经济发展、工农业生产及社会可持续发展的战略性资源。随着时代进步和科学技术的发展，水资源的内涵也在不断丰富和发展。《中国大百科全书》将其定义为：地球表层可供人类利用的水，包括水量、水域和水能资源，一般指每年可更新的水量资源。随着人口增长、经济发展和城市化进程的不断加快，水资源消耗量急剧增加，水资源匮乏已成为全球普遍关注的问题，世界正面临着严重的水危机。 近年来，城市化进程加快、人口增长、生活质量提高、工农业生产发展等导致需水量不断增加，但供水量的增长有限，进而加剧了水资源的短缺问题。随着全球经济的一体化，以及区域经济和社会的发展，水资源问题成为全世界人民面临的亟待解决的重要问题，缺水、水污染及水环境恶化等一系列水资源问题变得越来越严峻，成为制约经济社会可持续发展、阻碍环境系统良性循环的巨大障碍，且水资源问题不再局限于某一地区或某一时段，而成为全球性、跨世纪的焦点，因而有效地开发和利用水资源是保证社会经济可持续发展及人与自然和谐共处的重要因素。同时，伴随着国际贸易经济迅速发展及世界范围内城市化进程的不断加快，人类活动范围日益扩大，对水环境的影响也逐渐增强，水环境恶化问题日益凸显。 水资源是人类赖以生存的生命线。中国淡水资源总量约为2.87X 104亿m3（据2017年统计），占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，但作为衡量国家可利用水资源程度的重要指标之一，中国人均水资源量只有2074.5m3（据2017年统计），仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源较贫乏的国家之一，然而中国又是世界上用水量较多的国家之一，由《国际水资源利用效率追踪与比较》的研究数据可知，2009年中国用水总量仅次于印度，万美元GDP用水量达到1197m3，而德国万美元GDP用水量仅为97m3，仅约为中国的8%。可见，中国水资源的开发利用严重不足，高浪费率与低利用率是中国水资源可持续发展的瓶颈。2017年中国用水总量达到6043.4亿m3，占当年水资源总量的21.8%。据相关资料统计，2017年中国有10个省（区、市）（北京、天津、河北、山西、辽宁、上海、江苏、山东、河南、宁夏）的人均水资源量低于500m3的极端缺水临界线。此外，全国600多个城市中，有400多个城市存在供水问题，其中110个城市缺水比较严重。而且中国水资源的时空分布严重不均，中国水资源主要来源于大气降水，降水多集中于夏季，长江以北地区夏季的降水量占全年降水量的80%，年际变化较大，导致水资源利用难度加大。北方淮河流域、黄河流域、海河流域、松辽流域的人均水资源量更低，海河流域只有300m3，仅为全国平均水平的1/7，且随着工业化进程的不断加快，水资源短缺形势将更加严峻。 目前，中国是一个水资源利用的大国，但还不是水资源利用的强国。虽然近几年中国水资源开发、利用、配置、节约、保护和管理工作取得了显著成绩，但人多水少、水资源时空分布不均仍是中国的基本国情和水情，水资源短缺、水污染严重、水生态恶化等问题十分严峻，水资源供需矛盾突出。根据水利部南京水文水资源研究所等的《21世纪中国水供求》资料分析，到2030年中国将缺水400～500亿m3，水资源供求关系日益紧张。此外，水资源利用方式较为粗放，农田灌溉用水有效利用系数仅为0.5左右，与世界先进水平0.7～0.8仍有较大的差距，水体污染严重，水功能区水质达标率仅为46%。不少地方水资源开发过度，如黄河流域开发利用程度已经达到76%，淮河流域达到53%，海河流域更是超过100%，已经超过承载能力，引发一系列生态环境问题。2000～2014年人均污水排放量增幅达到59.8%，2014年全国污水排放量已经提升至716.2亿m3，水功能区水质达标率仅为46%。三分之二河长已被明显污染（达不到II类标准），三分之一河长已被严重污染（达不到III类标准）。《2017中国生态环境状况公报》数据显示，全国112个重要湖泊（水库）中，I类水质的湖泊（水库）仅占5.36%， II 类占24.11%， III类占33.04%， IV类占19.64%，V类占7.14%，劣V类占10.71%。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。在109个监测营养状态的湖泊（水库）中，贫营养的有9个，中营养的有67个，轻度富营养的有29个，中度富营养的有4个。全国近岸海域水质总体稳定，水质级别一般，主要超标指标为无机氮和活性磷酸盐。东海近海水域水质*差，劣于IV类海水比例超过40%。 此外，地下水污染问题也日益突出，《2017中国生态环境状况公报》公布的数据显示：2017年全国223个地市级行政区的5100个地下水监测点（其中国家*监测点1000个）中，水质为较差级别和极差级别的监测点分别占54.8%和14.8%，主要超标指标为总硬度、锰、铁、溶解固体总量、“三氮”（亚硝酸盐氮、氨氮和硝酸盐氮）、硫酸盐、氟化物、氯化物等，个别监测点存在砷六价铬、铅、汞等重（类）金属超标现象。2145个测站地下水质量综合评价结果显示：水质良好及以上的测站比例仅为24.4%，较差的测站及极差的测站比例为75.6%。主要污染指标除总硬度、溶解固体总量、锰、铁和氟化物可能由于水文地质化学背景值偏高外，“三氮”污染情况较重，部分地区存在一定程度的重金属和有毒有机物污染。目前，中国地下水环境总体质量为：南方优于北方，山区优于平原，深层优于浅层，但地下水环境污染具有加重的趋势，具有由点状、条状向面状扩散，由浅层向深层渗透，由城市向周围蔓延的趋势。从发展趋势来看，尽管近些年化学需氧量排放量、氨氮排放量已呈下降趋势，地表水质趋于稳定，但污水排放量还在继续增加，普遍水域的水质污染还没有明显好转，地下水污染面积还在持续扩大。 针对中国人多水少、水资源时空分布不均的基本国情水情，自20世纪80年代以来，中国政府为缓解水资源短缺、遏制水环境污染制定了一系列政策法规：《中华人民共和国水污染防治法》（1984年）、《中华人民共和国水法》（1988年）、《中华人民共和国水土保持法》（1991年）。并且随着社会经济发展，相关政策法规又经过数次修订，为新时代背景下中国水资源高效利用提供了重要的法律保障。为实现水资源的可持续利用，2010年12月31日中共中央、国务院发布《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》，指出水是生命之源、生产之要、生态之基，实行*严格的水资源管理制度：①建立用水总量控制制度。确立水资源开发利用控制红线，抓紧制定主要江河水量分配方案，建立取用水总量控制指标体系。②建立用水效率控制制度。确立用水效率控制红线，坚决遏制用水浪费，把节水工作贯穿于经济社会发展和群众生产生活全过程。③建立水功能区限制纳污制度。确立水功能区限制纳污红线，从严核定水域纳污容量，严格控制入河湖排污总量。④建立水资源管理责任和考核制度。县级以上地方政府主要负责人对本行政区域水资源管理和保护工作负总责。2011年3月16日，国家发展和改革委员会发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，提出实行*严格的水资源管理制度，加强用水总量控制与定额管理，严格水资源保护，加快制定江河流域水量分配方案，加强水权制度建设，建设节水型社会。面对我国水资源短缺、粗放利用、水污染严重和水生态恶化等问题，2012年2月16日国务院发布《国务院关于实行*严格水资源管理制度的意见》，提出：确立水资源开发利用控制红线，到2030年全国用水总量控制在7000亿m3以内；确立用水效率控制红线，到2030年用水效率达到或接近世界先进水平，万元工业增加值用水量（以2000年不变价计，下同）降低到40m3以下，农田灌溉水有效利用系数提高到0.6以上；确立水功能区限制纳污红线，到2030年主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内，水功能区水质达标率提高到95%以上。2016年3月17日，国家发展和改革委员会发布《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》，提出强化水安全保障，加快完善水利基础设施网络，推进水资源科学开发、合理调配、节约使用、高效利用，全面提升水安全保障能力。2019年1月15日全国水利工作会议指出，积极践行“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的十六字治水方针，加快转变治水思路和方式，将工作重心转到水利工程补短板、水利行业强监管上来。 上述有关政策、制度和法规的颁布与实施，对缓解中国水资源短缺压力，改善水生态环境，防治水污染、水环境恶化起到了至关重要的作用，但这些政策、制度的制定均是基于实体水视角，而面对当前中国水资源依然呈现日益紧张的趋势，寻求更多的解决之道显得尤为重要。鉴于此，本书将基于虚拟水视角，对中国水足迹开展相关研究，其意义主要体现在以下几个方面。 （1）水足迹作为表征维持人类产品和服务消费所需的真实水资源数量的指标，它从消费的视角测度了人类对水资源系统的直接占用，并且建立了水资源利用与人类消费模式之间的联系。同时，水足迹概念的提出是对传统水资源消费统计指标的补充，将水资源问题的解决思路由单纯的自然资源领域拓展到社会经济领域，因此，水足迹已经成为当前测度人类活动对水资源系统环境影响的有效指标之一，为经济-社会-资源的协调耦合研究提供了新的思路。 （2）本书在对中国水足迹强度核算的基础上，探讨了“四化”建设对水足迹强度的影响机制，同时分析了其时空差异变化，进而揭示了中国经济增长与水足迹强度之间的收敛关系。研究成果拓展了水足迹强度的研究思路和研究内容，对于在当前资源、生态约束背景下，研究中国社会经济发展对水资源的影响机制，平衡经济-社会-水资源之间的关系，制定科学合理的水资源管理政策具有重要的参考意义。 （3）灰水足迹能够以“稀释水”的形式量化水体污染程度，也能以定量的视角描述水环境的真实损失。本书一方面对中国灰水足迹区域和结构均衡性进行分析，并通过对人均灰水足迹的研究消除人口数量差异，进而客观对比各地区水污染状况，在此基础上，探讨了中国31个省（区、市）与各地区人均灰水足迹及其差异的驱动效应；另一方面对中国各区域载荷系数进行测度、分析。相关研究结果有助于为提升中国及各地区整体水环境质量探寻有效方式，可为促进中国水污染的减少和水环境公平性的提升提供依据，同时也丰富了区域水污染压力的研究方法。 （4）基于生态足迹视角对中国水生态足迹的广度、深度进行评价及空间格局分析，同时将相关概念引入灰水生态足迹进行测度分析，通过与多指标评价方法相结合，探讨了中国省际水安全状况，为水生态足迹的相关研究提供了新的研究方法，拓展了生态足迹方法的使用领域，同时也为区域水资源可持续利用提供理论依据。 （5）采用自上而下法的多区域投入产出（multi-regionalinput-output，MRIO） 法不仅可以估量经济贸易活动中生产产品或提供服务所需要的直接与间接投入，还能够得出经济系统中产业之间生产活动的直接与间接联系，以及系统地展现各区域之间水足迹的流动转移情况。研究结果可为判定和衡量国民经济生产体系用水特征、建立节水高效型社会提供参考依据，也可为加强节水工作的针对性及合理界定各区域水资源利用提供科学参考。 1.2 国内外研究进展概述 1.2.1 虚拟水研究进展 虚拟水（virtualwater）又被称为“外生水”“嵌入水”“看不见的水”等（徐中民等，2003）。其思想起源于以色列经济学家Fishelson，其概念于20世纪90年代初期由英国学者Tony Allan在伦敦大学亚非学院（School of Oriental and African Studies， SOAS）的一次研讨会上提出（王红瑞等，2007），用以描述生产产品或服务过程中消耗的