增长的规律：中国用水极值预测

赵 勇，李海红，刘寒青，王丽珍，何国华，王 浩

（中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

1 研究背景

国家和区域用水发展趋势与极值预测，是长期水资源供需关系与需水管理研究的重要组成部分，关系国家宏观经济与重大水利工程规划布局。我国中长期需水预测和极值研究起步较晚，但自1980年代以来，随着经济社会快速发展，水资源供需矛盾日益突出，有关部门和学者相继开展了一系列研究，取得了颇为丰富的研究成果。

21世纪以前，我国需水预测形成了十几项有影响的成果，大部分研究认为我国用水将持续长期增长[1-4]，其中有3份最具权威的官方预测成果，1986年水利电力部水利水电规划总院《中国水资源利用》报告，预测全国2000年需水总量为7096亿m3；1994年发布的《中国21世纪人口、环境与发展白皮书》，预测2000年需水总量为6000亿m3，2010年需水总量为7200亿m3；1998年水利部计划司编制《全国水中长期供求计划》，预测2000年需水总量为6000亿m3，2010年需水总量为7200亿m3；其他预测成果也大体介于官方预测范围内[5-6]。但实际上，2000年、2010年全国用水总量分别为5498亿m3、6022亿m3，远低于预测值。进入21世纪后，随着我国用水增长态势放缓，关于用水发展趋势的判断与需水预测的方法开展了新的探讨，认为中国用水正向零增长过渡，需水预测方法也由单一定额法更加多元化。21世纪初，刘昌明等[7]采用“定额法”预测我国21世纪中叶需水总量将达到8323亿m3，之后需水量将趋于稳定；沈福新等[8]同样采用“定额法”对我国水资源长期需求进行展望，预测21世纪初到21世纪中叶我国需水呈现波动式增长，在2050年前有望出现用水零增长，并预测极值需水量为7863亿m3；柯礼丹[9-10]认为由于中长期国民经济发展与科学技术发展的不确定性，“定额法”预测误差容易较大，而一定时期内的人均综合用水量是相对稳定的数值，提出了“人均综合用水量法”，并依据人口规划，预测我国用水量将在2020年以后趋于稳定或少有回落，用水极值为6000亿～7000亿m3；彭岳津等[11]同样采用“人均综合用水量法”预测我国未来用水总量，并采用回归模型法构建人口与用水总量的相关关系来对预测结果进行佐证，结果显示我国用水总量会在2030年前后随着人口峰值的出现而达到6500亿m3的极值；何希吾等[12]通过分析国外经济发达国家用水发展规律及其与产业结构的关系，采用“产业结构分析法”探讨我国用水极值问题，预测我国可能在2026—2030年左右出现用水零增长，用水极值为6300亿m3左右；陈建鹏等[13]对文献用水量预测值进行整理，并结合各行业用水分析，提出我国出现用水极值的时间区间为2025—2030年，极值区间为6500亿～7000亿m3。

用水总量预测是否合理关键取决于对驱动机制的解析和认识，我国开展了很多相关研究。杨中文等[14-15]将用水量的变化归因分解为节水技术水平、经济系统效率、人口规模、消费水平和最终需求结构5个驱动因子的影响，并基于一种时间路径函数构建相应的动态结构分解分析（SDA）模型，定量分析了这5个因子对用水变化的贡献。刘晨跃等[16]研究认为人口效应和经济水平效应对水资源消耗的变化皆表现为促进效应，经济水平效应的强度远大于人口效应，是中国水资源消耗量上涨的主要驱动因素；用水效率效应表现为较强的负向抑制效应，是抑制中国用水量过快上涨的主要因素。周丰等[17]通过归因模型证实了中国用水呈现广泛的“增速变缓”趋势，认为节水灌溉和工业循环用水技术推广是最关键的原因。一些学者通过对区域水足迹进行分解，来揭示不同因素对用水增长的贡献[18-21]，认为虚拟水贸易可有效调节本地实体水资源的利用。也有部分学者通过借鉴国外经济增长与环境污染[22]、能源消费[23]、农业生产贸易[24]、物质资源消耗[25]、交通量[26]等问题的脱钩理论应用，研究经济发展与水资源利用“脱钩”问题。贾绍凤等[27-28]、柯礼丹[9]、何希吾等[12]、刘昌明等[29]、吴丹[30]等先后总结了发达国家水资源利用“脱钩”时的经济特点。

总结我国需水预测的经验，中长期需水预测结果偏大、峰值预测结果大不相同的原因主要有三个方面：一是对需水规律认识不足，更多地考虑经济规模因素，经济结构优化与技术水平提高对水资源需求影响考虑不够；二是对供给约束认识不足，区域水资源条件及相应承载能力对用水约束考虑不够；三是对宏观调控认识不足，政府调控措施对需水影响考虑不够。本文在前期研究的基础上，解析用水驱动机制和增长规律，开展全国用水极值预测。本文关注的不是需水预测，因为需水存在极大的弹性空间，甚至包括不合理的和无法满足的需求，这也是需水预测普遍偏大的主要原因之一，而实际用水是用户需求、水资源条件、工程保障能力和管理制度等共同作用的结果。

2 用水驱动机制与增长规律

2.1 用水驱动机制区域用水量受经济发展的驱动和水资源供给条件的制约，其中经济发展驱动包括经济规模增长正向驱动和生产效率水平提升逆向驱动，水资源供给条件包括水资源丰沛程度和政府调控策略与能力。规模增长正向驱动、效率提升逆向驱动、资源约束机制是影响区域用水量的三元驱动力（图1）。

图1 区域用水总量驱动因素

（1）经济社会规模。在一定生产水平下，人口增长和经济生产规模的扩大，必然促进生活用水和生产用水的增长。如果不考虑技术进步带来的生产用水效率提升以及消费结构变化等对用水总量的影响，人口数量和经济规模与用水总量之间几乎呈现线性相关关系。

（2）生产水平。当区域经济处于较低水平时，增速相对较快，用水量随着经济规模的快速增长而增加；伴随着产业结构的优化和生产效率的提高，用水效率也相应提高，就会降低等量经济规模下的用水需求。经济社会规模正向驱动在生产水平较低阶段表现明显，随着生产水平的提升，用水正向驱动力逐渐减弱，当规模增加带来的需水增量小于效率提高带来的需水减量时，就会出现区域用水极值点，然后用水量将呈现稳定或减少的趋势。

（3）水资源供给能力。水资源供给条件取决于两方面因素，一是水资源丰沛程度，二是政府调控策略与能力。当水资源相对丰沛、用水总量较少时，政府调控以保障供水为主。当区域用水总量接近或超过水资源承载力，资源和环境将成为影响用水总量增加的制约因素，政府将不得不采取调控措施，管控区域用水总量进一步增加，或挤占生态用水扩大供给，或从区域外调水提高当地水资源承载能力，但无论如何都会对用水需求形成一定的抑制作用。

2.2 用水增长曲线基于用水驱动机制解析，发现区域用水发展是一种受制于资源约束的适应性增长曲线（Adaptive Increase Curve Yielding to the Resource-Constrained，简称AIR曲线），如图2所示，并不存在无限扩张的用水需求过程AID′C，根据水资源约束程度的不同，用水增长曲线可分为3种类型：自然增长型、发展约束型和严重胁迫型。

（1）自然增长型（曲线AIDEH）。当区域水资源足够丰沛，经济社会用水完全不受水资源承载能力（W1）限制，则其用水量处于自然增长状态，仅与经济社会发展特性相关，用水量发展过程曲线近似于库兹涅茨倒U 字型，如图2 曲线AIDEH所示，E点为用水量自然峰值WE。美国总体属于自然驱动型，人均水资源量1.38万m3，1980年达到用水峰值6164亿m3，同期人均年用水量2680 m3，是现状中国人均用水量的6.2倍，尽管峰值以后人口和经济规模持续增长，但用水总量却呈现明显的负增长。

图2 受制于资源约束的适应性增长曲线（AIR）

（2）发展约束型（曲线AIDFG）。当用水总量自然发展峰值（WE）与水资源承载能力（W2）较为接近时，即使用水量未达到自然发展峰值WE，为了维持生态系统健康，不得不采取用水适应性调控措施，通过优化生产、提升效率降低用水需求。此时，用水总量将会受到一定程度的约束，偏离自然发展路径，在靠近政府调控目标线（W2）的区域发展，即曲线AIDFG，F点为实际发展峰值WF。日本是这种类型的代表，年降水量约1700 mm，但由于人口众多，人均水资源量不足世界平均水平的1/2。1960年代城市用水急剧增长，生态保护压力逐渐增大，开始大力推行节约用水和再生水利用，用水效率大幅提升，1992年用水总量达到峰值，峰值人均用水量为720 m3左右，接近美国峰值时的四分之一。

（3）严重胁迫型（曲线AIJK）。当区域水资源极其短缺，用水总量自然发展峰值（WE）远高于水资源承载能力（W3），尽管经济社会仍处于较低发展阶段，其用水也会受到严重胁迫，不得不进行严格调控，用水量将严重偏离自然发展轨迹。在这种情景下，不仅要优化生产、提升效率，可能还要放弃发展规模，控制人口和产业总量。在实际发展过程中，为了更大限度的支撑经济社会发展，这些区域往往通过挤占河湖生态用水、超量开采地下水，或通过区域外调水的方式提高水资源承载能力，来维持一定程度上的发展用水需求。在这些综合因素影响下，区域用水量发展如图2中曲线AIJK所示，呈现缓慢增长甚至是波动发展。曲线与水资源承载控制线的距离，取决于政府的调控策略及其实施强度，但长远必须回归到区域水资源承载能力以下。北京是这种类型的代表，人均水资源不足200 m3，由于经济社会的快速发展和人口规模的迅速扩大，用水量急剧增加，1992年用水总量达到46.4亿m3，远超过区域水资源承载能力，开始压缩农业种植面积、搬迁高耗水工业企业、提高用水效率，实现了连续10年的用水量下降，2002年降到34.6亿m3。但随着城市人口进一步增加，又开始出现了持续稳定的刚性增长过程，不得不依靠外调水提升区域承载能力，支撑经济社会发展。

2.3 用水峰值特征用水自然发展峰值和水资源承载能力是影响区域用水总量的关键因素，直接决定用水极值出现的时间和大小，其中自然发展峰值主要由经济社会发展因素决定，包括经济社会规模、产业结构和社会结构；水资源承载能力主要由水资源条件决定，用水总量控制红线是中国目前最直接的约束指标。

图3 主要发达国家用水总量拐点时间及其对应的经济社会指标

（1）产业和经济结构特征。分析已经出现用水峰值的主要发达国家用水总量和经济社会发展历程，发现1970—1990年代是发达国家用水总量达到峰值的集中时期，到达用水峰值时这些国家的产业结构也基本趋同，第一产业的比重在5%左右，第二产业的比重为30%～40%，第三产业的比重均达到60%以上。从总体趋势上看，用水量峰值发生时间越趋后，到达峰值时第三产业的占比就越高。这些国家基本都是实现城市化以后才出现用水总量峰值的现象，主要经济体城镇化率都超过70%，峰值期人均GDP基本都在1万美元以上（图3）。

（2）水资源承载力特征。国际上认为，当一个国家水资源开发利用率超过30%时[31]，人类的和谐度将遭受破坏，并普遍以40%作为水资源开发利用的警戒线[32]，中国工程院研究成果认为西北内陆干旱区经济耗水及生态环境耗水各占50%为宜[33]，可见由于水资源条件和自然地理因素不同，各地区水资源可开发利用率差异巨大，尚没有统一的标准。然而为了维持较为良好的生产生活条件，区域水资源开发利用总是要权衡利弊，平衡经济社会与生态系统用水。中国实施最严格的水资源管理制度，确定了分区域用水总量控制指标，就是在权衡区域水资源承载能力、生态系统特点与服务功能、经济社会发展需求、工程保障能力等多种因素下确定的，可作为水资源承载约束的重要判断指标。

（3）极值及其时点特征。无水资源约束地区，经济自然发展决定其用水总量极值；强水资源约束地区，由水资源承载上限决定其用水量极值（包括外调水提升作用）；而弱水资源约束地区，则是由经济发展、资源条件和工程能力联合作用决定其用水总量的极值。极值发生的时间点与经济发展水平以及水资源约束的强弱密切相关，经济发展水平越高的地区用水峰值出现越早。而对于经济水平相近的区域来讲，经济社会受水资源承载能力约束越强，则用水量增长相对越缓，同时由于节水潜力的前期释放，用水量峰值出现时间将相对滞后，且极值规模维持时间也要更长。

3 中国用水极限预测

在用水驱动机制和发展规律研究基础上，本文选择2017年为基准年，以全国358个地级行政区为基本单元，基于各单元用水需求自然增长规律，结合规划水利工程措施，预测区域用水极值及其可能出现的时点，进而集合汇总得到全国用水极值。基础数据主要来自中国统计年鉴、中国水资源公报、各地市水资源公报和用水总量控制红线等。

3.1 需求增长分区

3.1.1 分区标准 根据用水总量发展规律，对不同区域未来用水总量发展趋势进行分类，可以将全国358个地级行政区分为六类区域，如图4所示。为便于叙述，设区域用水总量为W，区域用水总量控制指标为Wtr，用水总量与控制指标的比值为P，区域第三产占比为S。

图4 用水总量增长分区

A区：持续增长区。用水指标相对富余（P＜0.9），水源相对充足；经济发展处于较低水平（S＜50%）区域，用水需求强烈，未来用水总量将有较大增长空间。

B区：小幅增长区。用水一定程度上受到总量控制约束（0.9＜P＜0.95），未来增长空间相对较小；经济发展到一定水平（50%＜S＜55%），经济驱动力减缓。

C区：临界拐点区。用水已经受到总量控制指标约束（0.95＜P＜1），未来用水增长空间有限；经济发展到较高水平（55%＜S＜60%），经济驱动力进一步减缓。

D区：胁迫调控区。用水已经超过总量控制指标（P＞1），或水源无法保障，受到生态保护和宏观政策调控影响，即使经济社会用水需求十分强烈，也必须调整回归到可持续发展水平。

E区：自然拐点区。经济发展到高水平（S＞60%），水资源胁迫相对较小，用水总量受到经济社会发展的自然驱动，将逐步出现用水增长的拐点。

F区：稳定调整区。用水已经超过总量控制指标（P＞1），并且经济发展到高水平（S＞60%）的区域，用水总量已经出现极值，在水源胁迫下，将会逐步减少用水总量。

3.1.2 全国分区结果 根据各区域第三产业占比（图5）以及现状用水总量与2030年总量控制指标的比值（图6），进行用水增长分区。从现状年数据来看，358个地级行政区中，有94%的行政区第三产业占比在60%以下，表明绝大多数地区仍未达到用水总量拐点的经济条件。而20%的行政区已经受到用水总量指标约束（用水总量与控制指标比值大于0.9），经济发展及其用水需求与水资源条件存在严重不匹配性。

图5 全国358个地级行政区2017年第三产业占比数值分布情况

图6 全国358个地级行政区2017年用水总量与2030年控制指标比值分布情况

根据用水总量、三产占比以及2030年总量控制指标，对全国358个地级行政区的用水总量发展趋势进行研判，结果显示：A区有214个，B区有67个，C区有30个，D区有26个，E区有21个，空间分布情况如图7所示。结果显示，大部分地区还处于用水需求自发增长阶段。

3.2 极值判断依据

3.2.1 增长时间 根据2010和2017年中国第三产业统计年鉴，考察各地区第三产业占比演进情况，全国358个地级行政区中有37个绝对数值增加20%及以上，73个绝对数值增加15%左右，134个第三产业占比的绝对数值增加了10%左右，76个绝对数值增加5%左右，38个绝对数值微弱增加甚至负增长，呈现较好的正态分布特征（图8）。进一步分析不同区域第三产业占比基准值（即2010年的第三产业占比）对未来增幅的影响，第三产业占比基准值较高的地区，2017年较2010年的第三产业占比绝对数值增幅较低，反之亦然。以此作为依据，预判不同水平年各地级行政区第三产业占比的演进变化。

3.2.2 增长幅度 研究收集了美国、日本、法国、加拿大、英国等发达国家，以及北京、天津、杭州、广州、上海等20余个第三产业占比较高的区域产业和用水同步变化信息，总结对应关系和关键参数。结果显示，三产占比从40%增长到45%时，其用水总量增加3%至15%，均值为9%；三产占比从45%增长到50%时，其用水总量增加5%至16%，均值为10%；三产占比从50%增长到55%时，其用水总量增加4%至12%，均值为8%；三产占比从55%增长到60%时，其用水总量增加5%至11%，均值为8%。考虑到节水技术提高和政策约束以及后发效应，本次研究设定各地区不同区间内三产占比增加所对应的用水量增加幅度略低于历史数据平均值。

图7 全国358个地行政区市用水总量增长趋势分区图

图8 358个地级行政区2017年较2010年第三产业占比增加幅度

3.2.3 总量规模影响 近年来我国省会城市、国家中心城市、大城市群等区域呈人口和产业的聚集性发展。2000—2017年，全国人口平均年增长率为0.2%，而31个省会城市（含直辖市）年均人口增长远高于全国平均值（拉萨市除外）。未来一段时期内，预计这些区域人口与经济规模仍将保持较高速度增长，刚性用水需求强烈，用水总量极值时间将随规模增加而延缓，出现用水峰值时第三产业占比将达到65%左右甚至更高水平。因此，本文进行省会城市、国家中心城市和大城市群用水极值预测时，考虑规模增长效应对用水峰值的影响。

3.2.4 供给支撑保障 水资源承载能力是影响用水量的重要因素，不仅受限于水资源本底条件，还需要供水能力保障，因此，用水量发展预测必须充分考虑新增供水能力的影响。近年来，国家确定了172项节水供水重大水利工程，规划增加供水能力达800亿m3左右，将对地区用水总量的发展产生重要影响。2020年，国家规划重大推进150项重大水利工程建设，供水增加420亿m3。截至目前，已经累计开工建设142项，包括正在实施的滇中引水工程（规划2040年多年平均引水量34.03亿m3）、引江济淮工程（规划2030年引江水利33.03亿m3，远期扩展到43亿m3）、珠江三角洲水资源配置工程（多年平均供水量17.08亿m3）等，还有处于规划阶段的南水北调中东线二期工程和南水北调西线工程等，以及再生水、海水淡化等非常规水源利用量的增加，都将提升供给侧保障能力。

3.3 用水总量极限根据上述参数体系，以2017年为基准年，预测未来各地级行政区经济发展，即第三产业占比绝对值的变化，在此基础上，结合前述所分析确定的经济发展与用水总量增长之间的对应关系，确定不同发展阶段各地级行政区用水总量的增长量，从而计算得到未来30年各地级行政区用水总量，并进一步集合汇总形成全国用水总量。结果显示，2025、2030、2035以及2040年全国用水总量分别为6278亿、6370亿、6451亿和6450亿m3，据此判断用水总量拐点出现在2035与2040年之间，全国用水总量极值时点大概率出现在2037年，极值为6480亿m3。将全国未来水平年用水总量预测结果与历史数据进行曲线拟合发现，预测结果总体保持了历史用水总量发展趋势（图9）。

图9 未来水平年全国用水总量预测结果

图10 358个地级行政区2037年较2017年用水总量增减情况

图11 省级行政区用水总量发生拐点时间与全国对比

从各地级行政区来看，由于用水规模、水资源约束程度以及经济发展水平不同，未来用水变化值存在较大差异（图10）。通过逐年用水量发展预测，模拟各省区用水总量极值发生时间（图11）。从分省区情况看，各地区用水总量发生极值时点也是不同步的，用水总量变化与各地区用水水平、经济发展水平以及水资源供给能力密切相关。如黑龙江、安徽、广西、陕西、甘肃、青海、宁夏等省区，现状用水更多的受到了水资源供给约束，供水工程对其用水总量发展起到至关重要的作用，因此这些省区用水总量峰值发生时间较晚。

4 中国用水极值讨论

综合中国近20年来实际用水总量变化和未来用水极值预测，以下4点需要进一步讨论。

4.1 拐点的假象：用水总量变化现象根据全国水资源公报统计，1997年以来全国以及分行业用水总量变化如图12所示。可以看出，2013年全国用水量达到6183亿m3，为近年来最大值，之后略有下降，表现出拐点的现象。从分行业来看，生活用水呈持续增加的态势，工业用水和农业用水都表现出拐点的现象，分别于2011年出现最大值1462亿m3和2013年出现最大值3922亿m3。中国用水总量是否已经达到拐点，这是事关未来一个时期水利发展方向和重点工作的重大判断，本研究认为中国并没有达到用水总量拐点的经济条件，2013年以来的下降只是个假象，原因是多方面的，水资源约束作用、发展速度下降、发展方式调整、大力实施节水、提高用水效率等都发挥了重要作用，但统计因素影响不容忽视，甚至可能是拐点假象的主导因素。

图12 1949—2018年全国及分行业用水量变化

首先是水利普查统计修正因素。2010—2012年开展了第一次全国水利普查，普查得到的工业用水量为1203亿m3，比同期中国水资源公报统计用水量少259亿m3，如果没有一次性修正，就需要在后续时间里逐步调整，这一过程完全体现在近年来全国工业用水总量变化上，2011年达到最大值1462亿m3，然后逐步下降到2017年的1277亿m3；其次是用水总量考核导致趋势性缩减统计量。2012年，国家建立了最严格的水资源管理制度，确立水资源开发利用控制红线，规划到2030年全国用水总量控制在7000亿m3以内，并且把用水总量层层分解到各个地区，作为区域经济社会发展用水的刚性约束，并在执行过程中实行严格的考核问责。这样一个制度设计，一方面有效建立了水资源刚性约束机制，倒逼全行业节水，提升用水效率；另一方面也催生了趋势性缩小统计数据的动力，以使得用水总量不成为制约区域发展的因素，而用水监测计量不完善、用水统计口径不规范等都掩盖了这一问题。

4.2 供给“天花板”：受胁迫的用水需求从产业结构来看，2017年全国第三产业增加值比重为51.6%，明显低于主要发达国家出现用水拐点时大于60%的产业结构；从经济发展来看，2017年，全国人均GDP为0.88 万美元，远低于主要发达国家达到用水总量拐点时普遍超过2 万美元的经济条件；从城镇化进程来看，2017年58.5%的城市化率远低于主要发达国家达到拐点时超过70%的社会结构。三项指标均说明我国还没有达到用水拐点的经济社会条件，用水需求动力仍然十分强劲，但是一些区域用水总量却没有明显增加，需求侧管理起到了一定的作用，但供给的“天花板”现象也是一个不可回避的客观事实。

国际上通常将40%作为流域地表水合理开发利用率的警戒线，我国整体地表水资源开发利用率只有18%，但是淮河流域超过了50%，黄河流域超过了62%，辽河和海河流域超过70%，绝大多数内陆河地表水开发利用率超过84%～92%，这些区域水资源开发利用已经超过了正常开发利用的上限，甚至达到资源利用的极限，进一步增加供水的潜力极小，甚至需要退减袭夺生态的用水。

供给“天花板”现象带来两个方面影响：一是导致约束型缺水，经济社会虽然仍处于低水平发展阶段，但是由于无水可用或者供水的经济和生态成本太高，正常的发展用水无法得到满足。比如黄河流域上中游地区[34]，人均GDP仅为全国平均水平的83%，工业化进程远未完成，但由于缺水，很多地区规划的产业无法落地，或只有通过水权转换以高额水价获得增量用水。二是产生转嫁型缺水，依靠袭夺农业和生态用水，维持经济社会正常发展。海河流域最为典型，在工业发展用水受到严重抑制的同时，城市化和粮食安全用水长期以透支地表河湖水和地下水为代价，导致平原区主要河流常年大范围断流干涸，累积超采地下水达到1800亿m3，产生严重的生态环境问题。这也说明在保障生态安全的基础上，提高水资源承载能力，提升供水“天花板”高度，仍是未来一个时期的重要任务。

4.3 分行业研判：差异化需求分析前文根据区域经济社会发展趋势和水资源条件，预测了全国358个地市行政区和集合用水量极值时点和数量规律，有必要分行业讨论分析未来用水增长潜力。

（1）城镇化用水仍将呈现较快增长态势。根据《国家人口发展规划（2016—2030年）》，尽管我国人口总规模增长惯性减弱，但总体仍处于增长趋势，预计2030年前后才达到峰值。另一方面，人口集聚将进一步增强，预计到2030年，农村将向城镇累计转移约2亿人，全国城镇化率将增加到70%。随着城镇化进程加快，居民生活水平提高，城镇生活用水量将显著增加。2000年以来，全国城市化率从36.2%增加到2017年的59.6%，同期城镇生活用水从284亿m3增加到655亿m3。根据我国城镇化率与城镇用水的相关关系，城镇化率每增加1%，城镇生活用水将增加16.7亿m3。有研究预测中国城镇化率峰值可能在75%左右，则到人口和城镇化率高峰期，我国城镇生活用水将增加250亿m3左右，预计总用水量将超过900亿m3。

（2）工业用水受三大作用影响，拐点隐约出现，预计未来不会有明显增长。随着工业结构的调整和用水效率的提升，近20年以来我国工业用水总体呈现稳中稍降的态势，其中松辽流域和东部沿海地区最为明显，与工业用水峰值相比，松辽流域减少109亿m3，东南诸河和珠江流域片区减少92亿m3。未来工业用水发展受到产业结构调整、区域发展差异和能源安全需求三重作用叠加影响。首先，我国已经总体进入工业化后期阶段，产业结构将由重化工主导转向以技术创新和结构升级为内涵的新阶段，用水需求总体动力将减弱；其次，为稳住我国经济增速下行压力，顺利进入高收入国家行列，未来仍需要延长一段时期工业化，考虑我国工业发展不平衡和经济梯度规律，中西部地区工业发展和用水需求动力依然强劲；另外，我国石油和天然气对外依存度分别高达70%和45%，能源安全已经成为国家安全突出的问题，但是我国拥有丰富的煤炭资源，在可预见的未来20年左右时间，煤炭开发、煤化工等能源产业发展用水需求仍然强烈。综合以上3个因素正负作用，宏观判断我国工业用水总体不会出现大幅增长态势，但区域差异将更加突出，国家政策制定要予以充分体现。

（3）农业用水受控于水源保障和灌溉面积，两方面因素均不支撑大规模增加。保障农业灌溉对我国粮食安全具有决定性影响，灌溉面积占全国耕地面积50%，但其生产全国75%的粮食、90%的经济作物[35]。另外，随着东南沿海地区城镇化、工业化进程推进，粮食播种面积不断下降，粮食产能逐渐向主产区集中，粮食生产与水资源分布严重背离的现象日益加剧，北方15省份粮食产量占全国的比重由1980年的40%提高至2017年的59%。受限于水资源条件，北方地区增加灌溉用水的潜力极为有限；而南方地区因为耕地面积的限制，农业用水也难以大幅度增加。2000年以来，我国农业用水总量平均约为3750亿m3，随着节水技术大范围推广应用，考虑农业用水向城市和工业转移的趋势难以改变，以及规划发展的灌溉面积、保障国家粮食安全需要等因素，预计未来一个时期农业用水将基本维持在3750亿m3左右。

（4）生态环境用水需求强烈，但计入统计范畴的仅为人工生态补水。现状全国正常年份挤占河湖生态环境用水超过100亿m3，北方地区地下水超采面积超过19万km2。美丽中国建设需要提供更多优质的生态产品，对水资源保障提出了更高的要求[36]，2003年以来，全国人工生态环境用水量持续快速增加，2017年达到162亿m3。预计未来一个时期仍将保持增长的态势，但纳入现状统计范畴的生态用水仅包括人为措施供给的城镇环境用水和部分河湖、湿地补水。随着生态文明建设，自然河湖生态环境逐步修复，人工补水需求将会减弱，同时在水资源短缺地区也不宜大规模发展人工河湖生态系统。因此，预判未来人工生态补水大概率将维持在300亿m3左右。

4.4 不确定性分析：未来用水极值预测未来中国用水量预测受多种因素影响，极值及其出现时点存在很大不确定性，主要表现在4个方面：

（1）技术进步的不确定性。当前，新一轮科技革命和产业革命正在重塑世界，人工智能、互联网、大数据带来无限的潜力和前所未有的不确定性，推动社会深度发展演变，未来经济社会发展方式及其规模难以准确判断，在这个过程中也将促进节水技术的进步，增加了用水预测的不确定性。同时用水涉及千家万户无数个环节，难以预期是否会产生某项革命性用水措施，并在未来一段时期大面积推广，大幅缩减经济社会用水量。

（2）用水统计的不确定性。由于现状用水监测计量覆盖不足，用水统计估算因素较大，人为因素难以避免，未来随着监测计量体系逐步完善，统计数据将会越来越接近真实情况。另外，统计口径的变化也可能会产生重大影响，比如，现状全国直流火核电用水高达478亿m3，占工业用水的38%，以后统计方式是否会变化存在不确定性；全国海水直接利用高达1023亿m3，现状并没有纳入供水统计；人工生态环境补水统计范畴的界定也存在不确定性，类似引江济太、平原水网环境配水等是否纳入统计存在变数；预计未来一个时期污水资源化利用将有较大幅度增加[37]，但是废污水高标准处理后排放和利用如何细化界定，也将影响未来用水统计。

（3）食物安全保障的不确定性。粮食安全是我国长期以来一项基本战略，近年来粮食生产呈稳定发展的态势，2017年达到6.17亿t，但与此同时，我国粮食自给率却不断降低，截至目前已经降低到85%左右，大豆、豆油、玉米等其他非主粮对外依赖程度高。如果出现重大国际贸易问题，中国食物安全需要依赖国内生产，将不得不大规模增加农田灌溉面积，增加灌溉用水量，保障国家粮食安全。

（4）重大工程的不确定性。我国北方地区用水量主要受到供给侧水源条件和工程能力集合约束，而西南地区基础水利设施也是影响用水的主要因素，不排除未来一个时期大幅度优化水利基础设施网络，改善供给侧保障能力。比如2002年国家批复的《南水北调总体规划》，确定工程最终调水规模为448亿m3，其中东线148亿m3，中线130亿m3，西线170亿m3，而现状仅完成东线和中线一期工程，约为规划规模的30%。南水北调西线也存在不同规模调水的广泛讨论，不排除为了大幅改善中国北方水土资源匹配格局，未来实施大规模西部调水的可能性，甚至将调水规模提高到600亿m3左右，大幅提升北方缺水地区供水“天花板”，届时中国用水极值甚至可能接近7000亿m3。

5 结论

用水变化规律事关区域经济社会发展全局、生态环境保护布局和水利工程规划总体格局，文章解析了经济社会规模、生产水平和水资源供给对区域用水的三元驱动作用，构建了一种受制于资源约束的适应性增长曲线，提出区域用水自然增长、发展约束和严重胁迫3种增长类型，并以全国358个地市为基本单元，开展了用水极值及其时点预测，主要结论如下：（1）通过分析出现用水拐点的世界主要经济体发展历程，发现达到用水极值存在显著的经济社会特征，峰值期人均GDP 集中在1万美元以上，城镇化率都超过70%，第三产业比重均达到60%以上，从总体趋势上看，用水峰值发生时间越趋后，到达峰值时经济社会指标值就越高。（2）从全国水资源公报统计来看，近10年全国用水总量和部分行业用水量表现出拐点的现象，但本研究认为现状中国并没有达到出现用水拐点的经济社会条件，这一变化受经济发展速度下降、发展方式调整、大力实施节水、提高用水效率、水资源约束作用等影响，但外部统计因素不容忽视，甚至可能是拐点假象的主导因素。（3）本文以地级行政区为基本单元，预测了用水极值及其出现时点，进而集合得到全国用水极值信息。结果表明，在已经确定的工程规划体系下，中国用水总量极值时点大概率出现在2035—2040年之间，用水峰值接近6500亿m3，预计届时中国第三产业比重将达到64%，城镇化率超过73%，但各省区和地市极值时间存在明显的差异性。如果实施大规模西部调水，不排除中国用水极值接近7000亿m3的可能性。（4）保障经济社会发展水资源安全仍将是未来15～20年水利发展的重要任务，但水资源开发利用必须以生态环境保护和河湖生态健康为基础，加强水资源节约集约利用，推动用水方式转变。还应深入研发推广颠覆性用水技术，降低水资源耗用。需要加强再生水、淡化海水等非常规水利用，实现对常规地表和地下水的替代。