长江经济带供水安全保障战略研究

陈 进，王永强，张晓琦

（1. 长江水利委员会 长江科学院 水资源与生态环境湖北省重点实验室，湖北 武汉 430010；2. 武汉大学 水利水电学院，湖北 武汉 430072；3. 长江水利委员会 长江经济带保护与发展战略研究中心，湖北 武汉 430010）

1 研究背景

长江经济带降水丰富、水系发达，水资源相对丰富［1］，水安全保障一般都集中在防洪安全。实际上，长江经济带历史上干旱造成的损失并不比洪灾小，只不过前者是“急性病”，关注的多；后者是“慢性病”，关注的少。对于长江经济带水安全保障，供水安全不可忽视。

长江经济带是典型的季风气候，天然来水70%以上集中在汛期、年内分布不均，且扣除洪水、河道内用水（如航运等）和生态环境用水后，人均水资源可利用量并不丰富［2］。此外，长江经济带山丘区面积占比70%以上，蓄水条件差，区域性和季节性缺水问题始终存在，流域水资源供给保障能力有待提高［3-4］。过去40 多年，随着长江经济带高速发展，大量三高企业布局在长江两岸、化工企业聚集，近10 多万船舶航行在长江水系、航运发达，导致废污水排放总量大幅增加、突发水污染风险变高；伴随农业面源污染日益严重，水质性缺水问题成为制约长江经济带可持续发展的瓶颈问题［5-6］。更为突出的用水问题是，长江流域沿线民众用水方式比较粗放、节水意识淡薄［7］，中水回用极少，城镇供水管网漏损率较大；与发达国家和北方地区相比，用水指标和节水水平明显落后［8-11］。

随着南水北调中东线工程一期工程建成运行及新时期供需格局变化，规划到2030年调出长江的水量将达到453 亿m3，占全国跨水资源一级区调出水量的78%，长江已成为我国最重要的水源地。而调水工程对水源区所在河段的水资源及生态环境将造成一定影响，若遇干旱年，流域内外存在竞争性取用水问题，长江水资源量可持续利用存在一定隐患［12］。此外，由于长江经济带社会经济发展较快，废污水排放总量大，导致部分河流水质不稳定、湖泊和中小水库水污染或富营养化程度加剧［13-14］，长江中下游地区和城市不同程度地存在水质性缺水问题［15-17］（如2018年评价的544个水源地中，只有464 个水质合格率达到80%以上，占比85.3%；其中全年水质均合格的水源地仅391 个，占评价水源地的71.9%），饮用水水源地保护面临严峻挑战。

本文根据长江经济带11 个省市近10年来的用水总量、用水结构、用水指标和水功能区达标等方面数据，分析长江经济带总体用水变化特征，并以长江流域上、中、下游3 个典型省份（四川、湖北和江苏）为例，对比分析流域内各区域的用水差异性。然后，分别从城市群和农业及农村用水等方面深入分析供水现状，并选择成都、重庆、武汉、杭州和上海等大城市，分析城市群供水安全存在的问题；通过灌区和引调水工程建设讨论区域干旱缺水、农业及农村用水问题。最后，根据历史上典型干旱年情况，结合长江经济带供用水特征分析，讨论干旱年区域水资源可能存在的供需矛盾，并针对存在的问题，提出对策建议，为长江大保护及长江经济带高质量发展提供支撑。

2 长江经济带用水现状及特征分析

2.1 用水总量过去20年，长江天然来水的水资源量没有发生显著性变化，但区域间存在差异，其中上游略有减少，中下游略有增加［16］；长江经济带11 省市处在长江干流及以南地区，天然来水变化规律与长江流域类似。

长江流域用水情况是［16］：从1949—1980年，用水总量从314 亿m3增加到1325 亿m3，年均增长率为4.75%，属于用水总量高速增长期；从1980—2000年，用水总量年增长率仅1.3%，用水总量增长率明显减缓；从2007—2016年，用水总量从1925 亿m3到2039 亿m3，年均增长仅0.64%，用水总量趋于稳定。其中，长江经济带2010—2019年用水总量（中国水资源公报2010—2019）变化见图1，变化幅度在200 亿m3以内，即占用水总量的10%以内，总量整体趋于稳定。按年际分析，呈先降低后略微增加趋势，其中2010—2016年用水总量由2613 亿m3降低至2454 亿m3左右，用水总量相对于2010年降低了5%左右，2017—2019年用水总量略微上升至2494 亿m3，相对于2017年增长了0.5%左右。从区域来看，2010—2019年东部地区用水总量最大，在1000 m3至1100 亿m3之间，呈逐渐降低趋势；中部地区用水总量次之，呈逐渐增加趋势；西部用水总量最小，变化较为平稳。长江经济带2020 和2030年用水总量控制指标分别为2922.19 亿m3和3001.09 亿m3，当前用水总量没有超过控制指标，且随着产业结构的调整和节水管理的加强，长江经济带用水总量有望控制在国家要求的目标范围内。

图1 2010—2019年长江经济带用水总量变化趋势

从各行政区用水量变化幅度分析可知（见图2）：江苏、浙江、上海、重庆用水总量呈显著下降趋势，其中江苏下降幅度较大；四川、云南、贵州、湖南呈增加趋势，其中四川增幅最大；湖北、江西、安徽用水总量呈小幅度波动。

图2 2010—2019年长江经济带11 省市用水总量和万元GDP 用水量变化趋势

从万元GDP 用水量角度分析：各省市均呈显著下降趋势。其中，江苏虽然用水总量最大，占11省市用水总量20%左右，但由于其GDP 在11 省市中的贡献度最大，占比约22%，故万元GDP 用水量并不是最大，而且其工业用水量中有近80%是直流式火电用水，因此，实际上江苏省用水效率在各行政省中最高；重庆和上海的用水总量最低，其次是贵州，且由于贵州省GDP 位于11 省市之末，故其万元GDP 用水量相对较大；中部3 省（湖北、湖南、江西）用水总量分布集中，万元GDP 用水量指标均较大，说明中部区域经济和用水量同步增长，产业结构有待进一步调整，节水潜力较大。

2.2 用水结构据《中国统计年鉴》近5年数据，长江经济带耕地面积在过去5年中没有增加，农业用水总量基本没有变化，而工业和生活用水增加，特别是工业用水占比增加明显。图3 为长江经济带2019年用水结构，总用水量2645.1 亿m3，其中农业用水量1400.2 亿m3，占52.94%；生活用水量419.8 亿m3，占15.87%；一般工业用水量383.57 亿m3，占14.5%；火电用水量403.33 亿m3，占15.25%；生态用水量38.2 亿m3，占1.44%。

图3 长江经济带2019年用水结构分布

选择四川省、湖北省和江苏省作为上、中、下游代表区域（见图4），分析三地用水结构变化特点为：（1）四川省2016—2019年总用水量呈递减趋势，其中生活用水量稍有增加，农业用水量基本稳定，工业用水量（包括一般工业用水量和火电用水量）呈逐年减少的趋势，占总用水量比例的降幅为5.85%，是该省用水总量递减的主要原因。与长江经济带用水结构对比而言，四川省农业、生活、生态用水的比重更大，工业用水比重相对较小。（2）湖北省2015—2019年用水总量呈小幅度波动，生活用水量占比逐步下降、生态用水量占比逐步增加，用水结构与长江经济带用水结构基本一致。（3）江苏省用水总量呈下降趋势，其中农业用水量下降幅度明显，而生态用水量增幅显著，与长江经济带用水结构对比，其生态用水量占比更大、生活用水量占比更小。

图4 长江经济带典型省市用水结构变化

2.3 用水指标以2019年用水指标为例，分析长江经济带11 省市用水指标情况见表1 和图5，各区域生活用水、工业用水和农业用水效率均低于全国平均水平，存在较大的节水潜力。从区域来看，下游各省市综合用水效率普遍高于上中游各省市。

表1 2019年长江经济带11 省市用水指标情况

由图5（a）（b）可知，长江经济带的城镇生活日均用水量略低于全国平均水平、农村生活日均用水量略高于全国平均水平；而各省份的生活用水指标差别较大，浙江省的农村生活日均用水量是贵州省2 倍。从区域分布来看，湖南、湖北、江西等长江中游省份的城镇生活用水指标普遍较高，安徽、浙江、江苏和上海等长江下游省市的农村生活用水指标普遍较高。由图5（c）（d）可知，长江经济带工业用水效率略低于全国平均值；11 省市中有8 个省市的万元工业增加值耗水量和6 个省市的万元工业增加值用水量分别高于全国平均水平。此外，各省份之间的工业用水指标差别较大，万元工业增加值耗水量最大差值为19 m3（最高的是江西省，最低的是江苏省），万元工业增加值用水量最大差值为67 m3（最大的是安徽省，最小的是浙江省）。从区域分布来看，除安徽省外，长江下游四省市的工业用水效率普遍高于长江上中游的其他省份。

图5 长江经济带11 省市用水指标情况对比

由图5（e）（g）可知，长江经济带农业用水效率明显低于全国平均水平，其灌溉水有效利用系数、节水灌溉面积占有效灌溉面积比例分别比全国平均值低0.013 和6.3%，农田灌溉亩均用水量比全国平均值高32 m3。11 省市中有8 个省市的灌溉水有效利用系数和7 个省市的节水灌溉面积占有效灌溉面积比例均低于全国平均值，6 个省市的农田灌溉亩均用水量高于全国平均值。此外，虽然各省市灌溉水有效利用系数差别较小，但是节水灌溉面积占有效灌溉面积比例和农田灌溉亩均用水量差别较大，节水灌溉面积占有效灌溉面积比例最大的是浙江省（76.2%），最小的是湖南省（10.9%）；农田灌溉亩均用水量最大的是江西省（747 m3）（2019年江西省遭遇严重干旱［18］），最小的是贵州省（280 m3）。

2.4 水功能区达标情况图6 为各行政区水功能区达标情况，由图可见：各行政区水功能区达标率均逐年提高，至2018年，大部分省市水功能区达标率已经上升至80%，但湖北省2018年水功能区达标率不到70%，仍有较大提升空间。依据《全国水资源保护规划（2016—2030年）》，2030年长江经济带重要江河湖泊水功能区污染物限排总量COD 为319.57 万t/a、氨氮为31.35 万t/a；较现状排放量分别减少175.01 万t/a 和35.15 万t/a，下降幅度分别为35%和53%；从分省（直辖市）来看，长江经济带11 省市的入河污染减排任重道远，参照2030年的目标排放量，江苏省COD 和氨氮削减量最大，如表2 所示。

图6 长江经济带11 省市水功能区达标率变化

表2 长江经济带分区域入河污染减排目标

3 主要城市供水现状及问题

长江经济带有上游成渝城市群、中游城市群和长三角城市群，本文以成都、重庆，武汉，上海和杭州等城市为例（见表3），探究城市群供水安全问题。从2019年的用水效率看，上海、杭州和武汉相对较高，但各城市存在的共性问题是：城市95% ~ 99%以上的水源都是地表水，且绝大部分用的是“客水”（从上游流进或者引进，以下简称“客水”）。长江经济带城市群主要使用客水的原因是：（1）城市都建在干流和主要支流边，取水方便而经济；（2）大多数城市内河、湖泊和地下水污染严重，附近的中小水库也面临水污染或者富营养化问题，本地水源水质不达标；（3）由于大气污染和地面污染，大部分城市初期雨水污染严重，城市及附近湖泊和水系需要蓄洪排洪，截留的雨水和水网中的水质差。

表3 长江经济带主要城市用水情况（以2019年（平水年）为例）

不同城市面临的取用水工程情况也有不同。成都市虽然享受都江堰引水的千年福利，但水源单一，供水水源中引水、蓄水和提水比较分别为86%、8%和6%，主要靠引用岷江上游的客水。重庆市山丘区面积占到90%以上，主城区供水主要依赖长江干流和嘉陵江的水，其引水、蓄水、提水分别占8.7%、42%、46%，其中水库蓄水容易受来水不确定性影响和水库调节能力的限制，提水成本相对较高，渝西地区仍然缺水。

中游城市群中，武汉市主要水源靠长江和汉江，从两江提水比例占到83%。长沙主要依靠湘江，南昌主要依靠赣江，合肥主要依靠来自大别山水库引进董铺水库、大房郢水库和巢湖供水，其中巢湖水质不好。

上海市自来水厂原先多沿黄浦江而建，就近取水，到1980年代，黄浦江受到城市生活和工业污染影响，水质日益变差。为了改善原水水质，1987、1998年先后进行了黄浦江引水一期和二期工程，各水厂由就近取水改为集中从黄浦江上游引水。1990年，上海经济开始快速发展，用水需求不断加大，仅靠黄浦江水源已经不能满足城市发展需求。1992年在长江口建成第一个沿岸水库——陈行水库，结束了上海以黄浦江作为唯一饮用水源的历史；2010年，在长兴岛北侧又建设了青草沙水库，库容量4.3 亿m3， 供水能力达到719 万m3/d，从此，长江成为上海的主要水源地。2012年在长江口崇明岛西南部又建成东风西沙水库，有效库容为890 万m3，改善了崇明岛等地供水水质。自青草沙水库建成后，上海原水70%来自于长江。2015年在黄浦江上游建成金泽水库，为上海西南五区水厂提供原水，从此上海所有水厂的原水均由四大水库供应，不再直接从江河中取水。上海市和杭州市主要依赖从河口提水，不仅严重依赖客水，而且两市皆易受天文大潮和风暴潮影响，存在咸水倒灌的问题。

4 农业和农村用水

农业灌溉和农村居民用水关系密切，虽然传统的农村用水主要依靠当地的山塘和地下水，但近20年随着国家和地方大力推行农村自来水普及率和城乡供水一体化的举措，目前几乎所有引调水工程及灌溉工程都兼顾向城镇和农村的供水任务。

4.1 农业灌溉长江上、中、下游因气候及地形地貌不同，农业灌溉发展方式和途径也不同。上游地区多高山、深谷，地形复杂，除四川盆地外，兴建灌溉设施多为小型、成本高，工程难度大，而且水源不稳定，灌溉保证率相对较低。中下游降雨量大、水系发达，水稻、水产养殖较多，且引水提水方便，但农业节水意识不强，农业面源污染严重。

长江流域已建成灌区15.6 万处，有效灌溉面积22 573 万亩，有效灌溉率49%，其中万亩以上灌区面积占48%。目前，100 万亩以上的灌区有17 处，主要分布在上游的成都平原、中游的唐白河地区及中下游平原区，具体按区域分布如下：四川的升钟水库灌区，武引灌区；重庆的龙溪河灌区；湖北的漳河水库灌区，泽口灌区，引丹灌区，引汉灌区，东风渠灌区，兴隆灌区，徐家河灌区；湖南的韶山灌区；河南的鸭河口水库灌区，引丹灌区；江西的赣抚平原灌区；安徽的淠史杭灌区，驷马山灌区，花凉亭灌区等。目前长江上游农田灌溉率为31%；中游地区平原、丘陵分布多，适于兴建大中型蓄、引、提工程，农业灌溉率达到59%；下游地区多平原、浅丘，且地处平原湖区和水网，水源较充足，引水和提水工程较普遍，农业灌溉率达到75%。

长江流域传统的缺水地区主要在四川盆地、滇中地区、黔中地区、湖南衡邵丘陵区、江西赣南地区、汉江唐白河地区、湖北鄂北岗地等。针对区域缺水问题，国家及地方政府在“十二五”和“十三五”期间实施了一批大型引调水工程和灌区，已建、再建和规划的主要有：南水北调中线、四川的亭子口（以嘉陵江为水源）、向家坝灌区（以金沙江为水源），都江堰扩灌、武都引水、长征渠引水工程（以青衣江为水源）；贵州的黔中水利工程；云南的滇中调水、引漾入洱工程；湖北的鄂北调水工程；下游安徽的引江济淮工程等。若规划水平年内上述工程建成与运行，除衡邵和赣南两地外，基本解决了长江流域传统的干旱地区缺水问题。

4.2 农村饮水“十三五”时期以来，长江经济带农村饮水安全工作取得了重大进展，截止2020年底，除重庆市和四川省外，各省市农村集中供水率和自来水普及率均大于90%，高于全国平均水平的83%；从地区分布看，上海、江苏和浙江等东部地区省（市）农村集中供水率和自来水普及率显著高于中西部地区（如表4）。

表4 长江经济带各省（市）农村集中供水率和自来水普及率（2020年）

5 讨论与建议

本文从长江经济带总体用水情况分析切入，以主要城市和农业农村两大方面阐述供水现状及存在的问题。本小节立足于前述长江经济带“用水”与“供水”的多要素多层次分析，结合历史上典型干旱年情景，明确水资源供需矛盾产生的关键因素，从气候干旱、跨流域调水、灌溉配套工程等方面剖析长江经济带供水保障存在的安全隐患，并提出相应的对策建议。

5.1 问题讨论近10年（2010—2019年）长江经济带绝大多数地区处于平水年，其用水情况属于正常年份，如遇干旱年，用水量会增加。由于农业用水仍是最大的用水户，故干旱越严重，农业等河道外用水量会越大；若遇严重干旱年，相当多地区的水资源供需矛盾将会十分突出。以1949年以来的三个典型干旱年为例具体分析：1959年，长江中下游和四川东部发生严重干旱，成灾农田面积近亿亩［19-20］，其中江苏67%山塘和小水库干涸；湖北7月下旬塘堰80%干涸，8月中旬后小河几乎全部干涸；湖南衡邵和湘西地区塘堰半数以上干涸；长江中游沿江121 个闸和161 个明口，能放水的只有50个闸，13 个明口。1978年，长江中下游及淮河流域发生严重干旱，当年汉口站无雨日167 d，连续无雨日47 d；长江中下游1—10月水量为有水文记录以来最低值，中下游大部分塘堰干涸，河溪断流，许多大中型水库水位低于死水位；大通站来水量比常年同期少40%，实测最小流量6759 m3/s，为历史上最小值。2006年，长江流域又发生严重干旱，其中重庆、四川两省市最为严重［21］，重庆市旱灾天数超过70 d，巫山长达111 d，四川省大部分地区伏旱长达40 d；当年汛期时段内，长江流域上游的寸滩站、嘉陵江的北碚站都出现有记录以来历史同期最低水位， 8月22日，宜昌站汛期出现最低水位40.46 m，比1877年有记录以来同期最低水位还低0.94 m，中游沙市站最低水位33.06 m，比1903年有记录以来同期最低水位低1.37 m，长江中游沿江涵闸引水困难。

由此可见，遇严重干旱年，区域大范围内的塘堰会干涸，中小水库蓄水量低、甚至可能低于死库容，但农业灌溉用水又会大幅增加，导致部分农村地区出现人畜饮水困难、部分城市出现提水和引水困难的不利情况。虽然目前水利工程体系日益完善，但若出现少水、无水情景，大多数中小水利工程将无法正常发挥作用，必须启动应急用水管理等措施。此外，若遇严重干旱年，南水北调等跨流域调水工程取水保证率也会下降，北方受水区也需要配合做好节水和需求管理工作。

长江经济带城市群供水主要的问题是：本地水源水质差，严重依赖地表客水或者长距离引调水，缺乏优质的备用水源地，各城市都面临客水突发水污染事故的安全隐患。农村饮用水面临的主要问题是：水源地水质有待提升；大量分散式水源地，水源地保护难度大；供水工程规模小，供水成本相对较高，农村居民自来水使用率较低，水费收入不足以供水工程的运行和维持成本。

目前已建和在建的大规模引调水和灌溉配套工程，虽然可以显著地解决传统干旱区域缺水问题、提高部分地区供水保障率，但其在平水年和丰水年的工程利用效率偏低。此外，引调水和灌溉工程运行和维修成本高，需要靠财政补贴维持运行，不容易得到社会广泛认可，社会资金难以持续性参与。

若要解决干旱缺水问题，不能单靠工程措施提高水资源供给保障率，应当区别用水类型及对象，根据区域气候地理条件、可灌溉面积大小、农作物经济效益等因素，设定科学合理的用水保障率目标。例如，若将农业灌溉保障率设定的过高（超过80%），或者将山丘区灌溉保障率设定成与平原区一样，都是不科学的。此外，应侧重研究抗旱保险和灾后补偿等非工程措施，同步考虑成本与效益关系，减小严重干旱造成的损失。

5.2 对策建议本文通过近10年长江经济带及各区域用水数据，分析了一般水平年的供用水情况，发现：随着产业结构调整和绿色发展模式的推进，长江经济带用水总量增加幅度已经很小，目前主要增加区域集中在中游，东部地区产业结构调整较好、用水总量还略有下降，而西部地区发展相对较慢；用水指标仍然不先进，特别是上游和中游地区，需加强节水意识及举措，提高水资源利用效率。因此，为适应气候变化和人类活动影响，提高长江经济带供水安全保障，提出以下对策建议：

（1）保障城市供水安全。首先需要节水减污，建设和保护好城市附近的水源地。长江流域总体上不缺水量，缺的是好水，节水减排不仅可以改善水环境和水生态，而且可以为城市提供更清洁和更经济的水源。此外，为了提高城市群用水安全保证率，在治理长江水污染的同时，应加紧治理本地水污染问题，包括地下水污染。其次，应建立多水源地互联互通，多水源互为备用是提高供水保障率的重要途径，可显著提高应急供给调控的应变能力。

（2）应对区域性和季节性缺水。首先补齐引调水、灌溉等水利工程短板，完成区域水网建设，发挥各类水库及连通工程的综合作用，分类分用途设置供水保障率，建立科学调控系统，在保障人畜饮用水安全的基础上，提高水资源利用效率。其次，加强抗旱非工程措施的推进，主要可包括：加强气候水文预警预报；开展水工程群优化调度；在现有水利工程调控能力基础上，编制农业和区域抗旱风险图，并根据风险大小设定供水保障率及综合应对方案，制定需求管理和抗旱应急预案等。

（3）水源地保护。未来30~50年，长江城市群主要供水水源依然是客水和地表水，若要保持好客水水质安全，需要建立流域上下游之间的横向生态补偿机制，可让水源地保护与水质改善的受益者支付相应费用，给予上游水源涵养区的居民和水环境保护的投资者和保护者合理的回报；同时建设和保护好备用水源地，建立相应的应急调度预案，保证优质水源能够足额提供并可持续利用。

（4）健全法律法规，加强监测、评估和监督管理。目前抗旱、节水和需求管理方面的法律法规相对较少，为了使水利工程干旱调度、抗旱非工措施的实施有法可依，需要建立或完善旱灾监测和评价等技术标准体系，科学设立旱灾补偿标准。此外，应建立水质水量监测数据共享机制，实时监测是科学评价各行政区水资源利用和保护成效、识别存在问题的重要基础手段；应明确责任，实施有效的监督管理。