產業(yè)經濟增長與水資源高效利用的協(xié)調發(fā)展研究

方旭，胡星辰，沈韻蘭，范蓉蓉

一、研究背景

水資源問題是當今中國關注的焦點問題之一。隨著我國經濟的高速增長和工業(yè)化的不斷深入，由粗放型經濟增長方式引發(fā)水資源的過度消耗、不合理利用以及水體惡化等問題使我國水資源緊張的局面日益凸顯。[1]水資源利用效率低下、產業(yè)分布不均、地下水開采過度等問題逐漸成為我國產業(yè)經濟發(fā)展中所必須面對的重大難題與挑戰(zhàn)。為了改善水資源利用現(xiàn)狀，2011年中央水利工作會議明確提出到“2030年全國用水總量控制在7000億立方米以內”以及“2030年用水效率達到或接近世界先進水平，萬元工業(yè)增加值用水量降低到40立方米以下，農田灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.6以上”等目標。[2]

本文基于2012-2016年度中國水資源公報數(shù)據，對我國水資源利用現(xiàn)狀及存在的問題進行分析，構建模型深入探究實現(xiàn)2030年實現(xiàn)產業(yè)經濟增長與水資源高效利用的協(xié)調發(fā)展的方法，并提出相關建議。

二、水資源利用現(xiàn)狀

（一）綜合用水量

我國人均綜合用水量處于逐年減少的趨勢，2012年到2016年間人均綜合用水量從454立方米減少到438立方米，下降幅度為3.65%，居民用水效率逐漸提高。但我國的水資源仍較為短缺，存在人多水少的問題，且水源來源渠道較少，主要來源于地表水，而地下水和其他水資源開采技術較為落后，不能充分有效開發(fā)利用。水資源存在著南北分布不均勻的狀況，北方6區(qū)的供水比率明顯低于南方6區(qū)的供水比率，呈現(xiàn)出南多北少的特點。

表1 供水量南北分布

（二）用水效率

我國目前工業(yè)和農業(yè)用水占比較大，2016年分別占比21.6%和62.4%，遠超生活與生態(tài)用水的占比13.6%和2.4%，雖然水資源的利用效率穩(wěn)步上升，萬元工業(yè)增加值用水量不斷下降，農田灌溉水有效利用系數(shù)也處于不斷上漲的趨勢，但距離所要達到的目標仍然具有一定的差距。

三、產業(yè)經濟增長與水資源高效利用分析

（一）模型假設

為了便于研究，本文作出以下假設：（1）假設沒有較大的人口遷移影響水資源的使用。（2）假設土地面積，工業(yè)產值變化幅度較小，可以忽略不計。（3）假設官網收集的數(shù)據真實有效，且每年的數(shù)據處理方法的差異忽略不計。（4）假設其他外界因素對水資源的影響忽略不計。

（二）研究方法

1.萬元工業(yè)增加值用水量變化模型

根據邊際效用遞減規(guī)律，在其他條件不變的情況下，工業(yè)用水量越多，工業(yè)用水效率越低，則萬元工業(yè)增加值用水量也越多。萬元工業(yè)增加值用水量wi可表示為工業(yè)用水量WI的函數(shù)wi=f（WI）。

根據中國2011-2016年中國水資源公報得到2011年-2016年中國萬元工業(yè)增加值用水量和全國總用水量以及工業(yè)用水比例的數(shù)據，結合公式：WI=W×i（i為工業(yè)用水比例），可求得各年工業(yè)用水量，如表2所示：

表2 工業(yè)用水各指標

運用EVIEWS軟件畫出萬元工業(yè)增加值用水量和工業(yè)用水量的散點圖，得知萬元工業(yè)增加值用水量和工業(yè)用水量的關系大致呈線性，因此，建立wi和WI的線性關系如下利用EVIEWS軟件求解，輸出結果如表3：

表3 EVIEWS輸出結果

因此，求得wi和WI的線性關系模型為：

2.農田灌溉水有效利用系數(shù)變化模型

根據中國2011-2016年中國水資源公報得到2011年-2016年農田灌溉水有效利用系數(shù)和全國總用水量以及農業(yè)用水比例的數(shù)據，再根據公式：WA=W×a（其中，a為工業(yè)用水比例）可求得各年的農業(yè)用水量，最終得到如表4數(shù)據。

表4 農業(yè)用水各指標

2012 0.516 6131.2 0.636 3899.442013 0.523 6183.4 0.634 3920.282014 0.53 6095.0 0.635 3870.332015 0.536 6103.2 0.631 3851.122016 0.542 6040.2 0.624 3769.08

運用MATLAB擬合WA和η的關系，得出WA和η大致呈二次函數(shù)關系，因此，建立WA和η的二次函數(shù)模型如下：

用MATLAB擬合函數(shù)，輸出結果為：

其中，可決系數(shù)R2=0.9518接近1，這說明模型對數(shù)據的擬合效果較好，模型具有較好的代表性。[3]

3.水資源開發(fā)利用量不超過控制紅線約束

5.目標條件約束

根據農田灌溉水有效利用系數(shù)約束即η≥0.6，解得

（三）研究結果

在確保水資源開發(fā)利用量和用水效率不超過控制紅線的前提下，要保證萬元工業(yè)增加值用水量呈下降趨勢以及農田灌溉水有效利用系數(shù)提高到0.6以上的目標[4]，就必須使得在產量不變的條件下，工業(yè)用水量不超過409.98億立方米，且需要逐年降低，生產不低于原來農業(yè)產出的農業(yè)用水量不超過3472億立方米，且各產業(yè)總的用水量不超過7000億立方米。因此，要達到2030年目標，在保持產出不變的條件下，各產業(yè)用水比例應為：

四、結論和建議

根據以上分析研究，本文提出以下建議：

1. 增加水資源供給渠道，提高居民用水效率。

我國是一個人多水少的國家，人均用水量相對較少，來源渠道單一，水資源的開發(fā)利用以地表水來源渠道為主，占據百分之八十多，但地下水源和其它水源供水量僅僅占據百分之十幾，單一的用水來源遠遠不能滿足人們的用水需求。因此，國家積極研發(fā)多種水資源開發(fā)技術，降低地下水以及其他水資源開采成本，以滿足各地區(qū)的用水需求；同時，也應加強人們的節(jié)水意識的培養(yǎng)，提高日常用水的效率。

2. 合理分配各產業(yè)用水結構。

根據邊際效用遞減規(guī)律，在各個產業(yè)用水量達到最優(yōu)規(guī)模后，隨著用水量的增加，各產業(yè)的用水效率逐漸降低，而我國的用水現(xiàn)狀表明，我國各產業(yè)的用水效率仍然處于較低的狀態(tài)。因此，我國應在一定程度上限制各產業(yè)的用水量和用水比例，比如，為達到2030年的目標，工、農業(yè)的用水比例應分別控制在5.86%，49.6%以內。

3. 提高農田灌溉水有效利用系數(shù)，從而提高農業(yè)用水效率。

農田灌溉有效利用系數(shù)的提高對于農業(yè)用水效率的提到有著重要的作用。農田灌溉水有效利用系數(shù)等于在一次灌水期間被農作物利用的凈水量與水源渠首處總引進水量的比值。[5]要想提高該系數(shù)，關鍵就需要在引進水量一定的條件下，提高一次灌水期間被農作物利用的凈水量。因此，可以興建農業(yè)水利工程，增加對農業(yè)引水設施的投入，改善引水設施，減少引水過程中農業(yè)用水的損失；同時，擴大全國井灌區(qū)、小型灌區(qū)的面積占比，并結合噴灌、滴灌等方式，使灌溉更加精細化，從而提高農業(yè)用水效率。

4. 降低萬元工業(yè)增加值用水量，提高工業(yè)用水效率。

工業(yè)上的節(jié)水主要在于工業(yè)用水的重復利用，因此，在工業(yè)生產中，國家水利部門應加大對工業(yè)用水量的管控，從而促進工業(yè)用水的重復利用，提高工業(yè)用水效率。

5.加大對污水排放的管理，提高污水排放標準，提高水功能區(qū)水質達標率。

雖然我國的污水排放量存在逐年下降的趨勢，水功能區(qū)水質達標率也在不斷上升，但距離2030年的目標仍然具有較大差距。水污染嚴重影響了我國居民以及各產業(yè)的用水需求，對各行各業(yè)都有著不同程度的影響。因此，需要提高對水污染的管控標準，減少污水排放量，提高水功能區(qū)水質達標率。