編者按：《2021年聯(lián)合國世界水發(fā)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(jì)80年代以來以每年約1%的速度增加。預(yù)計至2050年全球用水量仍將以類似的速度繼續(xù)增長，且增長主要集中在中低收入國家，尤其是新興經(jīng)濟(jì)體[1]。

為進(jìn)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(tài)勢變化情況及水資源管理經(jīng)驗，以期為我國做好水資源需求研判以及科學(xué)指導(dǎo)水工程規(guī)劃建設(shè)提供參考。本公眾號將研究成果以系列文章的方式陸續(xù)刊發(fā)，本文為系列研究之一，供業(yè)界同仁參考。

美國用水變化態(tài)勢對我國的啟示

姜富華 邢智慧 紀(jì)興華

一、1950年以來美國用水量變化態(tài)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(tài)勢（見圖1）。以1980年為轉(zhuǎn)折點，1950-1980年間美國總用水量隨著人口和經(jīng)濟(jì)的增長持續(xù)增長，1980年美國總用水量約為1950年的2.4倍；1980年以后，受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進(jìn)步、用水效率提高等因素綜合影響，美國總用水量呈現(xiàn)了總體下降的態(tài)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(tài)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(shù)據(jù)來源：美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計。

注：①不同時段取水量統(tǒng)計口徑略有差異；②取水量等于毛用水量。

圖1 1950-2015年美國總?cè)∮盟考胺诸惾∮盟孔兓瘧B(tài)勢

數(shù)據(jù)來源：美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計。

圖2 1950-2015年美國淡水取用水量與人口變化態(tài)勢

有研究[3]繪制了以1950年為基準(zhǔn)，至2010年美國GDP與用水量間的關(guān)系變化情況圖（見圖3）。藍(lán)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(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化、不考慮技術(shù)改進(jìn)情況下的預(yù)測用水變化。藍(lán)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(lán)色線與灰色線、灰色線與橙色線的剪刀走向表明：導(dǎo)致脫鉤的重要因素是用水效率提升和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化。

數(shù)據(jù)來源：數(shù)據(jù)來自[3]；1950=1

圖3 1950-2010年美國總用水量與經(jīng)濟(jì)變化關(guān)系分析

（二）主要行業(yè)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(yè)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(yè)用水的變化情況。

數(shù)據(jù)來源：美國地質(zhì)調(diào)查局。

圖4 2015年美國分類取用水量統(tǒng)計

1.熱電用水變化態(tài)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(shù)據(jù)來源：美國地質(zhì)調(diào)查局。

圖5 1950-2015年美國熱電用水量變化態(tài)勢

2.灌溉用水變化態(tài)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(shù)據(jù)來源：美國地質(zhì)調(diào)查局。

圖6 1950-2015年美國灌溉用水量變化態(tài)勢

灌溉用水受水資源條件、灌溉面積、種植結(jié)構(gòu)、灌溉設(shè)施、灌溉效率等多種因素影響。據(jù)美國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)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(nóng)業(yè)種植模式調(diào)整、灌溉設(shè)施與技術(shù)采用和灌溉效率提高等綜合作用的結(jié)果。

數(shù)據(jù)來源：美國農(nóng)業(yè)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(tài)勢

美國灌溉用水結(jié)構(gòu)不斷變化，主要表現(xiàn)為玉米和大豆的灌溉面積顯著增加。1964年美國主要灌溉農(nóng)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(shù)據(jù)來源：美國農(nóng)業(yè)部。

圖8 1964-2017年美國主要農(nóng)作物灌溉面積變化態(tài)勢

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

數(shù)據(jù)來源：美國農(nóng)業(yè)部。

圖9 1984-2018年美國西部17州露天農(nóng)田灌溉模式變化態(tài)勢

3.公共用水量變化態(tài)勢

美國公共供水對象主要包括家庭、商業(yè)和工業(yè)，以及部分公共服務(wù)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(tài)勢一樣，但高峰用水出現(xiàn)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(shù)據(jù)來源：美國地質(zhì)調(diào)查局。

圖10 1950-2015年美國公共供水量變化態(tài)勢

美國家庭供水水源除了來自公共供水系統(tǒng)外，部分供水由自供設(shè)施解決。2015年美國通過公共供水設(shè)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(shè)施向4250萬人提供供水，供水量約為45億立方米，見圖11。

數(shù)據(jù)來源：美國地質(zhì)調(diào)查局。

圖11 1950-2015年美國家庭用水量變化態(tài)勢

4.自供工業(yè)用水量變化態(tài)勢

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

在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)生產(chǎn)效率提高、工業(yè)循環(huán)用水增加等綜合作用下，1985-2015年美國工業(yè)用水減少了43%左右，見圖12。

數(shù)據(jù)來源：美國地質(zhì)調(diào)查局。

注：不同時期自供工業(yè)水統(tǒng)計口徑存在差異。

圖12 1950-2015年美國自供工業(yè)用水量變化態(tài)勢

（三）美國用水管理情況

法律法規(guī)和政策對保持用水穩(wěn)定或下降態(tài)勢起著關(guān)鍵性作用。如，1972年美國對《聯(lián)邦水污染控制法》（1948）進(jìn)行了重大調(diào)整和延伸，并更名為《清潔水法》（Clean Water Act，CWA）。該法是規(guī)范水資源保護(hù)的聯(lián)邦法規(guī)，旨在預(yù)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(shù)及冷卻系統(tǒng)熱排放進(jìn)行了規(guī)定。此后，美國熱電廠更多地使用循環(huán)水或風(fēng)冷系統(tǒng)，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(jù)地區(qū)特點制定有關(guān)法規(guī)政策，如，2014年加利福尼亞州發(fā)布《可持續(xù)地下水管理法案》（SGMA），旨在防止過度抽取地下水，保護(hù)地下水資源?！犊沙掷m(xù)地下水管理法案》要求地方機構(gòu)為高等和中等優(yōu)先級地下水使用區(qū)域制定地下水利用可持續(xù)性計劃，2040年前實現(xiàn)地下水可持續(xù)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(guī)范用水行為有著不可替代的影響。受水源調(diào)整、供水系統(tǒng)建設(shè)及維護(hù)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(qū)供水系統(tǒng)排名前30的區(qū)域居民水費情況進(jìn)行了典型調(diào)查（見圖13），調(diào)查結(jié)果顯示：2010年至2018年間，調(diào)查區(qū)域家庭水費持續(xù)增長，但增幅有所減緩。不同地區(qū)、不同月份、不同水源結(jié)構(gòu)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(qū)域水價都表現(xiàn)為增長的趨勢。根據(jù)美國勞工部的數(shù)據(jù)，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(wù)費中位數(shù)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。

注：圖中數(shù)據(jù)不含雨水費或污水處理費。

圖13 2010-2018年美國典型區(qū)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(tài)勢對我國的啟示

（一）我國高效用水后發(fā)優(yōu)勢明顯

美國1980年用水達(dá)峰，當(dāng)年第一、二、三產(chǎn)業(yè)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(xiàn)最高，當(dāng)年第一、二、三產(chǎn)業(yè)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(chǎn)比重分別為7.3%、39.9%、52.8%[7]。

我們認(rèn)為，用水與經(jīng)濟(jì)、社會、自然條件及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展階段等各個方面緊密關(guān)聯(lián)，是多因素影響且動態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)。人是發(fā)展的核心要素，水是支撐發(fā)展的基礎(chǔ)要素，從美國1980-2022年和我國2013-2022年時段的發(fā)展看，美國的年均人口增速遠(yuǎn)高于我國。我國向來重視制造業(yè)發(fā)展，由于國情不同，美國的三產(chǎn)結(jié)構(gòu)比重不一定適用于我國。此外，我國發(fā)展過程中，在科技進(jìn)步、工藝提升以及社會文明程度等方面與經(jīng)濟(jì)規(guī)模相當(dāng)時期的美國不可同日而語。科技進(jìn)步等對節(jié)約用水有著較強的促進(jìn)作用，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的后發(fā)優(yōu)勢也會體現(xiàn)在用水效率上。如生活節(jié)水器具的普及，工業(yè)新材料、新工藝和新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，農(nóng)田節(jié)水綜合措施的鼓勵及推廣等。

我國已經(jīng)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，質(zhì)量和效益將會替代規(guī)模和增速成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的首要問題，綠色生產(chǎn)生活方式將會成為發(fā)展的主基調(diào)。上述對比變化在研究我國用水規(guī)律時應(yīng)該重點關(guān)注。

（二）提高灌溉用水效率可支撐農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

全要素生產(chǎn)率（TFP）=總產(chǎn)出/總投入。美國農(nóng)業(yè)部經(jīng)濟(jì)研究局通過對10項產(chǎn)出和12項投入進(jìn)行測算，分析了幾十年來美國農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率變化情況。結(jié)果表明，1948-2017年美國農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率以年均1.47%的速度增長，其中總產(chǎn)出年均增速約為1.53%，總投入變化較小，見圖16。隨著美國農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新及其廣泛應(yīng)用，其農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量和總產(chǎn)值大幅增加，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對土地和勞動力等傳統(tǒng)要素投入的需求大大減少。1948-2017年美國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動力和土地投入分別下降了76%和28%。

數(shù)據(jù)來源：美國農(nóng)業(yè)部。

圖16 1948-2016年美國農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率變化態(tài)勢

有研究發(fā)現(xiàn)[5]，過去40年我國農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（扣除物價因素后）年平均增長5.4%。同期，化肥、農(nóng)藥、機械等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入年均增長2.4%，產(chǎn)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(chǎn)率的增長率。40年來我國農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率年均增長率達(dá)3%，對農(nóng)業(yè)增長起到極其重要的作用。

美國和我國的實踐證明，科學(xué)化、精細(xì)化的灌溉方式是農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)效率提升的成效之一，實現(xiàn)了農(nóng)作物產(chǎn)量增長，灌溉用水量減少。隨著我國人口老齡化進(jìn)程加速，未來我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營模式走規(guī)?；?、專業(yè)化之路是必然趨勢，綜合節(jié)能、節(jié)肥、節(jié)省人力、提升耕地質(zhì)量和提高糧食產(chǎn)量、保護(hù)環(huán)境等現(xiàn)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(jié)約用水的作用還會增強

美國通過制定水資源保護(hù)等法律法規(guī)以及水價等政策，運用行政和經(jīng)濟(jì)手段約束和引導(dǎo)水資源高效利用，對促進(jìn)全社會節(jié)約用水起到了關(guān)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(guān)法規(guī)政策，不斷健全水資源管理和節(jié)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(yán)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(jié)水行動計劃，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)等各領(lǐng)域，城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、社區(qū)、家庭等各層面，生產(chǎn)、生活、消費等各環(huán)節(jié)，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(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展；通過制定節(jié)水型社會建設(shè)五年規(guī)劃，明確目標(biāo)，運用多種政策工具保障目標(biāo)的實現(xiàn)等。但受多種因素影響，我國水價偏低，進(jìn)一步深化水權(quán)、水價等制度，發(fā)揮市場機制和價格杠桿在優(yōu)化水資源配置、節(jié)約保護(hù)水資源等方面作用的空間還很大。

進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，完整、準(zhǔn)確、全面貫徹新發(fā)展理念，持續(xù)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，必須堅持系統(tǒng)觀念，強化綠色發(fā)展，資源環(huán)境對節(jié)約用水的約束和要求還將進(jìn)一步提升，政策措施對節(jié)水的促進(jìn)作用還會進(jìn)一步增強。

注：本文中采用的數(shù)據(jù)由于資料來源不同，運用時會有些許差異，但不影響分析結(jié)果。

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