白鵬　劉昌明

摘要：用水結(jié)構(gòu)的分析和預(yù)測是水資源管理和規(guī)劃的前提和基礎(chǔ)。以北京市為例，分析了1988-2016年北京市用水結(jié)構(gòu)的演變特征，揭示了導(dǎo)致用水結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動(dòng)因素，討論了未來北京市用水結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的變化及其對水資源供給的影響。結(jié)果表明，近30年來北京市總用水量先升后降，而后緩慢增加，農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水持續(xù)減少，而生活用水和環(huán)境用水則持續(xù)增加。農(nóng)作物播種面積的減少和工業(yè)節(jié)水分別是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水減少的主要原因，生活用水的增加主要是由于人口的增長和人們用水方式的變化，而環(huán)境用水的增加和園林綠化面積的增長關(guān)系密切。預(yù)計(jì)未來北京的農(nóng)業(yè)用水仍將持續(xù)減少，而工業(yè)用水的變化取決于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的力度。生活用水仍將緩慢增長，這將是未來北京市水資源安全供給面臨的最大壓力。

關(guān)鍵詞：北京市；水資源；供水；用水結(jié)構(gòu)；歸因分析

中圖分類號：TV213文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

16721683（2018）04000106

Evolution law and attribution analysis of water utilization structure in Beijing

BAI Peng，LIU Changming

（

Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Process，Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China）

Abstract：

Analyzing and forecasting the water utilization structure is essential to water resources planning and management.Taking Beijing as a case study，this study analyzed the change of water utilization structure in Beijing from 1988 to 2016，revealed the main driving factors that caused the change in water utilization structure，and discussed the possible changes in future water utilization structure in Beijing and theirs influence on water supply.Results showed that the total water use in Beijing first rose and then declined，then slowly rose again during 19882016.Agricultural and industrial water use continued to decrease，while domestic water use and environmental water use increased continuously.The reduction in agricultural and industrial water use was primarily attributed to the reduction in crop acreage and the practice of water conservation.The increase in domestic water use was mainly caused by the increase in population and the change of waterrelated lifestyle.The increase in environmental water use can be explained by the increase of garden and green area in Beijing.It is expected that the agricultural water use in Beijing will continue to decrease in the near future，whereas the change in industrial water use will depend on the degree of industrial structure adjustment.In the near future，the biggest challenge to water resource security in Beijing comes from the increase in domestic water use.

Key words：

Beijing；water resources；water supply；water utilization structure；attribution analysis

北京市地處水資源匱乏的海河流域，多年平均降雨量567 mm，年人均水資源量161 m3，約為全國平均值的1/12。同時(shí)，北京也是我國的政治、文化、國際交往和科技創(chuàng)新中心，是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最高、人口密度最大的地區(qū)之一。水資源短缺一直是制約北京市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素[1]。解決北京市水資源供需矛盾的手段包括水資源的供給管理和需求管理。水資源供給管理是指通過各種工程措施擴(kuò)大水資源的供給量，從而滿足用戶對水資源的需求。這是北京市一直以來偏重的水資源管理方式。水資源需求管理是指通過法律、行政、經(jīng)濟(jì)和科技等手段，控制用水總量，優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)，提供水資源利用效率，抑制水資源需求，最終實(shí)現(xiàn)水資源供需平衡[25]。目前，北京的各種調(diào)水、供水工程已相對完善，水資源的開發(fā)利用率已經(jīng)超過100%[67]，很難再通過供給管理來擴(kuò)大供水量，必須轉(zhuǎn)向水資源需求管理來減少水資源的需求。用水結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確分析和預(yù)測是制定水資源需求管理措施的基本前提和基礎(chǔ)[910]。用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化息息相關(guān)[1113]。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化勢必會(huì)引起用水結(jié)構(gòu)的改變，而用水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也會(huì)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整[1417]。自改革開放以來，北京市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了由第二產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)向第三產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)的過渡，同時(shí)，第一產(chǎn)業(yè)占GDP總量的比例持續(xù)降低。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變對北京市的用水結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。本文將分析北京市1988-2016年用水結(jié)構(gòu)的演變特征及其與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系，試圖揭示引起用水結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)理，并探討未來用水結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢及其對未來水資源供需形勢的影響，旨在為協(xié)調(diào)水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系、制定合理的水資源需求管理措施提供依據(jù)。

1北京市用水結(jié)構(gòu)演變特征

根據(jù)用水特征分類，我國用水結(jié)構(gòu)分為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水。近30年以來，北京市用水結(jié)構(gòu)的演變特征主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。[JP]

（1）總用水量先升后降，而后緩慢增加?？傆盟吭?988-1994年總體呈增加趨勢，1994年達(dá)到最大，為459億m3，隨后波動(dòng)下降，最低值出現(xiàn)在2006年，為353億m3，而后開始緩慢增加，平均增加水量為035億m3/a（圖1（a））。（2）農(nóng)業(yè)用水量持續(xù)減少，占總用水量的比重不斷降低。1988-1994年間，農(nóng)業(yè)用水量都在20億m3以上，占總用水量的比重超過50%，且2005年之前一直是北京市最大是用水部門。但農(nóng)業(yè)用水量總體呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢，用水量由1988年的222億m3減少到2016年的60億m3，平均減少量為056億m3/a，且占總用水的比重不斷減少，2016年僅為156%（圖1（b））。（3）與農(nóng)業(yè)用水相似，工業(yè)用水量也持續(xù)減少，比重不斷降低。1996年之前，工業(yè)部門是北京市用水第二大部門，工業(yè)用水占總用水量的比重在30%左右。但工業(yè)用水量總體呈顯著的下降趨勢，平均減少量為036億m3/a，所占比重亦不斷減少，2016年僅為99%（圖1（b））。（4）生活用水增長迅速，比重不斷增加。與農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水變化情況相反，1988-2016年間，北京市的生活用水持續(xù)增加，用水量由1988年的65億m3增加到2016年的178億m3，平均增長量為039億m3/a。生活用水占總用水的比重也持續(xù)增加，由1988年的154%增加到2016年的459%，并在2006年成為最大的用水項(xiàng)。（5）環(huán)境用水在2000年之前未被納入水資源統(tǒng)計(jì)中，但從現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，環(huán)境用水量呈快速增加的趨勢，且變化幅度超過其他的用水項(xiàng)，成為不可忽視的用水項(xiàng)。環(huán)境用水量由2001年的03億m3增加到[JP]2016年的111億m3，平均增加量為068億m3/a，[JP]所占比重在2001-2016年間增加了37倍（從077%到286%），成為第二大用水項(xiàng)。

2用水結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)因素分析

2.1農(nóng)業(yè)用水

灌溉用水是北京市農(nóng)業(yè)用水的主要用途，占到了農(nóng)業(yè)用水量的90%以上，而灌溉用水量主要取決于灌溉面積、農(nóng)作物結(jié)構(gòu)和灌溉方式[8，10]。1988-2016年，北京市耕地及其灌溉面積顯著減少，主要原因是建設(shè)用地的增加。近30年來北京市建設(shè)用地面積增加了22倍[18]，導(dǎo)致農(nóng)作物播種面積由595萬hm2減少到151萬hm2，所占城市總面積的比例也由362%下降到92%（圖2（a））。農(nóng)作物播種面積的減少是導(dǎo)致北京市農(nóng)業(yè)用水減少的主要原因，二者確定性系數(shù)R2=093（圖2（b））。農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)變化和灌溉方式也會(huì)對農(nóng)業(yè)用水造成一定的影響，但不是主要原因。分析農(nóng)作物結(jié)構(gòu)變化發(fā)現(xiàn)，蔬菜瓜果和其它作物（包括油料、飼料等）播種面積在近30年間呈先增加后減少的趨勢，但減少部分主要轉(zhuǎn)為糧食作物，而農(nóng)作物總面積變化不大。農(nóng)業(yè)灌溉方式的變化也會(huì)對農(nóng)業(yè)用水的減少產(chǎn)生一定影響。近年來，北京市大力發(fā)展與推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，基本消除了大水漫灌的灌溉方式，噴灌和

滴灌面積占有效灌溉面積的比重逐年攀升[8，10]。

2.2工業(yè)用水

工業(yè)用水量主要受工業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及工業(yè)用水重復(fù)利用率幾個(gè)方面的影響[1920]。1988-2016年，北京市工業(yè)產(chǎn)值一直呈增長趨勢，而工業(yè)用水卻在持續(xù)減少，單位產(chǎn)值GDP用水量逐年下降（圖3（a）），這主要得益于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和科技進(jìn)步[21]。近30年來，北京市的工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化。20世紀(jì)90年代初期，北京市工業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為化學(xué)工業(yè)、金屬冶煉及壓延加工業(yè)和機(jī)械工業(yè)，這三個(gè)部門占工業(yè)總產(chǎn)值的386%[22]。2016年末，北京市工業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)變?yōu)槠囍圃鞓I(yè)、電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)以及醫(yī)藥行業(yè)，一些高耗水、低效益的行業(yè)（如造紙、紡織、印染等）退出了北京的主要工業(yè)領(lǐng)域。除產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整外，北京市還對一些單位高耗水行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，提高工業(yè)用水重復(fù)利用率和生產(chǎn)廢水再利用率。通過節(jié)水技術(shù)改造，工業(yè)用水利用率已由20世紀(jì)80年代末的80%左右上升到2004年的94%[22]。郭磊和張士峰[21]分析了北京1990-2000年間由產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和科技進(jìn)步引起的工業(yè)用水節(jié)水量，結(jié)果表明，由科技進(jìn)步引起的節(jié)水量占總節(jié)水量的比例較高，而由產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的節(jié)水量占總節(jié)水量的比例卻在逐年上升。圖3（b）也印證了這一結(jié)論，它展示了北京市工業(yè)用水中傳統(tǒng)的四大用水行業(yè)（熱電、冶金、石化和煤炭開采）產(chǎn)量的變化。這四大行業(yè)的用水量占工業(yè)用水量的比例在2000年之前都在60%以上。1988-2008年，除煤炭開采外，其它產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量均呈現(xiàn)增加的趨勢，而同期的工業(yè)用水量卻在顯著下降。這表明由科技進(jìn)步引起的節(jié)水是這一時(shí)期工業(yè)用水量下降的主要原因。2009-2016年間，除熱電行業(yè)外，其它行業(yè)產(chǎn)量均顯著減少，工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的節(jié)水是這一時(shí)期工業(yè)用水量繼續(xù)減少的主要原因。目前，北京市工業(yè)用水重復(fù)利用率已經(jīng)接近發(fā)達(dá)國家水平，通過科技節(jié)水的潛力已十分有限，未來工業(yè)節(jié)水的重心應(yīng)放在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整上。[HJ1.95mm]

2.3生活用水

生活用水包括城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)村生活用水，其中，城鎮(zhèn)生活用水中又包括居民家庭用水和公共用水；農(nóng)村生活用水包括農(nóng)民家庭用水和家養(yǎng)牲畜用水[8，10]。北京市生活用水的增加與人口數(shù)量的快速增長以及人們用水方式的改變密切相關(guān)。1988-2016年，由于城市化水平的快速推進(jìn)以及外來人口的增加，北京市常住人口數(shù)量由1 061萬人增加到2 1729萬人，增加1 1119萬人。其中，農(nóng)村人口減少1177萬人，城鎮(zhèn)人口增加1 2296萬人，城鎮(zhèn)人口的增長是北京市總?cè)丝谠黾拥闹饕颍▓D4（a））。人口的快速增長是導(dǎo)致北京市生活用水增加的主要原因。此外，隨著人們生活水平的提高、用水電器（如洗衣機(jī)）以及家庭洗浴設(shè)備的逐漸普及、住宿餐飲業(yè)的快速發(fā)展、水價(jià)調(diào)整以及節(jié)水設(shè)施安裝等多種因素的影響，人們的用水方式產(chǎn)生了根本性的變化。北京市年人均用水量呈現(xiàn)先增加后下降，最低值出現(xiàn)在1988年，為616 m3，最高值出現(xiàn)在1999年，達(dá)到1019 m3，2010年以后呈緩慢增加的趨勢。人均用水量的變化使得北京常住人口與生活用水量之間更符合雙曲線函數(shù)關(guān)系而不是線性關(guān)系（圖4（b））。

2.4環(huán)境用水

北京市環(huán)境用水量近十幾年來呈快速增加的趨[JP2]勢，目前是用水結(jié)構(gòu)中的第二大項(xiàng)。北京市環(huán)境用水量的快速增長與園林綠化面積的增加有直接關(guān)系，確定性系數(shù)R2=093（圖5（b））。1988-2016年間，[JP]北京市園林綠地面積由4 074 hm2增加到30 069 hm2，增加了74倍。人均綠地面積也由1988年的[JP2]384 m2增加到2016年的1384 m2（圖5（b））。增加的園林綠地面積需要消耗大量的水資源，但對水質(zhì)的要求相比飲用水要低。目前，北京市的環(huán)境用水主要由再生水（中水）提供。中水具有來源穩(wěn)定、保證率高、不受氣候條件影響的特點(diǎn)。2016年，北京市中水利用量達(dá)到了10億m3，約占全市總用水量的26%，是不可或缺的水資源。北京市中水利用量的增加得益于北京市污水處理能力的增長。1988-2016年間，北京市污水處理能力由264萬m3/d增加到612萬m3/d（圖5（a）），污水處理率也由74%上升到90%。

[BT2-*2]3未來用水結(jié)構(gòu)趨勢及影響

3.1未來的用水結(jié)構(gòu)變化分析

北京市未來用水結(jié)構(gòu)主要取決于各用水部門驅(qū)動(dòng)力的變化。根據(jù)《北京市土地利用總體規(guī)劃（2006-[JP]2020）》，2020年北京市耕地保有量保持在215

萬hm2（2015年為219萬hm2）。因此，未來幾年內(nèi)北京市耕地面積不會(huì)出現(xiàn)大幅度的減少。但目前北京市的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與北京市建設(shè)國際一流和諧宜居之都的戰(zhàn)略目標(biāo)不相適應(yīng)，從發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)來看，未來北京市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將會(huì)進(jìn)一步的調(diào)整，

農(nóng)作物播種面積仍將會(huì)繼續(xù)下降，因此，未來幾年北京市農(nóng)業(yè)用水仍將保持下降的趨勢。按照目前北京市的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況，未來第二產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍將繼續(xù)擴(kuò)大。此外，北京市工業(yè)用水重復(fù)利用率已經(jīng)接近發(fā)達(dá)國家水平，要進(jìn)一步提高非常困難。如果不實(shí)施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，未來工業(yè)用水減少的趨勢將會(huì)放緩甚至出現(xiàn)增長。因此，實(shí)施工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整是繼續(xù)保持工業(yè)用水負(fù)增長的唯一出路。根據(jù)《北京城市總體規(guī)劃（2016-2035年）》，確定北京市常住人口規(guī)模到2020年控制在2 300萬人以內(nèi)（2016年2 1729萬人），2020年以后長期穩(wěn)定在這一水平，因此，北京未來的常住人口還會(huì)繼續(xù)增長。此外，發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)表明，人均用水量通常隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高而增加[23]。因此，未來北京市生活用水量勢必進(jìn)一步增加，成為水資源安[JP2]全供給面臨的最大壓力。人口的增長以及北京建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)決定了北京市環(huán)境用水量仍將會(huì)進(jìn)一步增加。但是，北京市環(huán)境用水主要來源于中水回用，中水資源也會(huì)隨城市人口和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展相應(yīng)增加。因此，[JP]增加的環(huán)境用水對水資源安全供給產(chǎn)生的壓力較小。

[BT（3]3.2[ZK（]用水結(jié)構(gòu)變化對未來水資源供需形勢的影響[ZK）][BT）]

當(dāng)前，北京市的供水按來源可分為地表水、地下水、再生水、外調(diào)水（南水北調(diào)）和應(yīng)急供水五部分構(gòu)成。2016年，上述五種水源占總供水的比例分別為54%、425%，217%，258%和46%。其中，地表水和地下水資源量主要取決于降水量的及其時(shí)空分布格局（圖6），二者之和與降水量的線性相關(guān)系數(shù)為089。近年來，在氣候變化和人類活動(dòng)的影響下，北京市地表水資源量持續(xù)減少[2425]，且考慮到水質(zhì)的影響，目前地表水開發(fā)利用率已經(jīng)非常高，而地下水又常年處于“入不敷出”的超采狀態(tài)。農(nóng)業(yè)用水量和工業(yè)用水量的減少大大緩解了北京市水資源的供需矛盾，而環(huán)境用水量與中水之間基本保持“供需平衡”。因此，目前北京市供水安全面臨的最大壓力主要來自于持續(xù)增長的生活用水量。盡管近年來南水北調(diào)工程調(diào)水能力不斷提升，但當(dāng)降水量出現(xiàn)嚴(yán)重虧缺的年份（如1999年和2000年），北京市供水安全仍面臨巨大壓力。以2016年為例，如果當(dāng)年的降水量為1999年的2669 mm，保持其他供水結(jié)構(gòu)不變且不超采地下水的情景下，水資源供給面臨212億m3的缺口。因此，北京市相關(guān)部門有必要做好降水極端虧缺年份水資源供給預(yù)案，同時(shí)繼續(xù)加強(qiáng)水資源需求管理，調(diào)整農(nóng)業(yè)和工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加大節(jié)水設(shè)施的安裝，從而抑制水資源需求的增長。

4結(jié)論

本文分析了北京市近30年來用水結(jié)構(gòu)的變化，揭示了影響用水結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動(dòng)因素，討論了未來北京市用水結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的變化及其影響，主要研究結(jié)論如下。

（1）近30年來，北京市的用水結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻的變化：總用水量先升后降，而后緩慢增加。農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水持續(xù)減少，生活用水穩(wěn)步增加，環(huán)境用水量增長最快，目前是北京市用水結(jié)構(gòu)中第二大項(xiàng)。

（2）農(nóng)作物（特別是糧食作物）[JP2]播種面積的減少是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水量的減少的主要原因；工業(yè)用水量的減少得益于科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的工業(yè)節(jié)水；生活用水的增加主要是由于人口的持續(xù)增長以及人們用水方式的變化；園林綠化面積的增加和中水生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大是引起環(huán)境用水量增加的主要原因。[JP]

（3）未來幾年北京市的農(nóng)業(yè)用水量仍將繼續(xù)減少，而工業(yè)用水量的變化取決于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的力度。未來的生活用水量很可能隨著人口增長和經(jīng)濟(jì)水平的提高緩慢增加，這將是北京市水資源安全供給面臨的最大壓力。環(huán)境用水量將繼續(xù)保持增加態(tài)勢，但由于中水生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，對水資源安全供給產(chǎn)生的壓力很小。

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