（环境科学与工程专业论文）湖南省用水现状及其影响因素研究.pdf

湖南省用水现状及其影响冈素研究 i i a b s t r a c t w a t e rr e s o u r c e sh a sb e e nt r e a t e dn o to n l ya ni m p o r t a n tn a t u r a lr e s o u r c e ，b u ta l s o as t r a t e g i cr e s o u r c en o w a d a y , a ss a m ei m p o r t a n ta se n e r g yr e s o u r c e s a tp r e s e n t ， c h i n ai sf a c i n gas e r i o u so fw a t e rr e s o u r c e sp r o b l e m s ，m a i n l yi nt h r e ea s p e c t s f i r s t ， w i t ht h ed e v e l o p m e n to fd e m o g r a p h i c ，e c o n o m i ca n ds o c i a l ，t h ed e m a n do fw a t e r r e s o u r c e sh a si n c r e a s i n gr a p i d l y s e c o n d ，t h el a c ko fw a t e rr e s o u r c e s ，r e s u l t i n gf r o m w a t e rp o l l u t i o n ，i sa l s oi n c r e a s i n g l yc o m m o n p h e n o m e n o n t h i r d ，t h ef a c tt h a tc l i m a t e c h a n g ei sb e c o m i n ga nu n a v o i d a b l ec h o i c e av a r i e t yo fu n c e r t a i nf a c t o r sf r o mt h e u n e v e n n e s so f w a t e rr e s o u r c e sw i l lb r i n gm o r ea n dm o r es e r i o u sc h a l l e n g e sf o rw a t e r r e s o u r c e sm a n a g e m e n t t h u s ，i nt h en e x tl o n gp e r i o do ft i m e ，w a s t e rr e s o u r c e sw i l l h a v eb e e nt h em a i nl i m i t i n gf a c t o rf o re c o n o m i cd e v e l o p m e n t b a s e do nt h ec o m m o n a l i t i e so fw a t e rr e s o u r c e sa n de n e r g yr e s o u r c e s ，as e r i e so f t h e o r i e s ，s u c ha se n v i r o m n e n t a lk u z n e t zc u r v e ，i p a tm o d e l ，k a y am o d e la n dl m d i d e c o m p o s i t i o na n a l y s i sm e t h o d ，h a v eb e e na n a l y z e d t h e s et h e o r i e sh a v eb e e nu s e d w i d e l yu n d e re n e r g ya n dc a r b o ne m i s s i o nr e s e a r c h u n d c r i n gl i t e r a t u r er e v i e wa n d a n a l y s i st h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h em o d e la n du s a g ei nw a t e rr e s o u r c er e s e a r c ho f m e n t i o n e dt h e r o i e sh a v eb e n ne s t a b l i s h e d ac a s es t u d y , t h ew a t e rr e s o u r c e su t i l i z a t i o ni nh u n a np r o v i n c e ，h a sb e e n a n a l y z e d t h e r ea s p e c t sh a v eb e e nf o c u s e d ：( 1 ) t h es t a g eo fw a t e rr e s o u r c e su t i l i z a t i o n a s s o c i a t e dw i t he c o n o m i c a ld e v e l o p m e n t ；( 2 ) t h ee f f e c to fp o p u l a t i o n ，e c o n o m ya n d t e c h o n o l yf a c t o r sf o rw a t e rr e s o u r c eu s a g e ；( 3 ) b a s e do nl m d im e t h o d ，q u a n t i t a t i v e e x a m i n a t i o no fw a t e ri n t e n s i t y , e c o n o m i cs t r u c t u r e ，e c o n o m i cl e v e l ，p o p u l a t i o nh a v e b e e nc a l c u l a t e d f r o mt h ec a s es t u d y ，t h eu s a b i l i t yo ft h i sm o d e la n dm e t h o dh a v e b e e np r o v e d ，a n dt h er e s u l tf r o ma n a l y s i sc a nb eau s e f u lg u i d a n c ef o rw a t e rr e s o u r c e u t i l i z a t i o na n de c o n o m i cd e v e l o p m e n ti nh u n a np r o v i n c e k e yw o r d s ：h u n a np r o v i n c es e n v i r o n m e n t a lk u z n e t zc u r v e = i p a tm o d e ls k a y am o d e l = l m d id e c o m p o s i t i o na n a l y s i s 工程硕士学位论文 插图索引 图3 1湖南省地区生产总值及其发展2 8 图3 2 湖南省用水总量变化曲线( 2 0 0 3 2 0 1 0 年) 3 0 图3 3湖南省单位产值用水强度变化曲线( 2 0 0 3 2 0 1 0 年) 3 0 图3 - 4 湖南省人均用水强度变化曲线( 2 0 0 3 。2 0 1 0 年) 3 1 图3 5 水资源用量因素分解贡献3 5 图3 - 6 驱动因素效应逐年变化3 6 图3 7 分产业逐年用水强度因素w e f t 变化3 7 图3 8分产业逐年产业结构因素& 矿变化3 8 图3 - 9 分产业逐年经济水平因素g , g 变化3 8 图3 1 0 分产业逐年人1 ：3 规模因素r 矿变化3 9 v i 湖南省用水现状及其影响因素研究 附表索引 表2 1水资源利用库兹涅茨曲线假说指标变化情况1 4 表3 1湖南省社会经济发展指标：2 7 表3 2 湖南省水资源概况表( 单位：亿m 3 ) 。2 8 表3 3湖南省2 0 0 3 2 0 1 0 年分产业用水量及其占比2 9 表3 - 4 湖南省水资源用量的影响贡献3 2 表3 5 驱动因素总效应分解表( 单位：亿m 3 ) 。3 4 表3 6 逐年驱动因素总效应分解表( 单位：亿m 3 ) 3 4 表3 7 分产业逐年用水强度因素w e f t 贡献表( 单位：亿m 3 ) 3 4 表3 8 分产业逐年产业结构因素& 矿贡献表( 单位：亿m 3 ) 3 4 表3 - 9 分产业逐年经济水平因素倪矿贡献表( 单位：亿m 3 ) 。3 5 表3 1 0 分产业逐年人1 ：3 规模因素只矿贡献表( 单位：亿1 3 1 3 ) 3 5 v 工程硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 水资源是人类社会生存和发展的一种重要资源，是生命体和人类社会经济生 产、生活不可或缺的，同时也是生态与环境系统中性质最活跃、影响最广泛的要 素之一，是生态环境的控制性因素。随着全球人口、社会、经济的快速和持续发 展，人们认识到水资源不仅仅是重要的基础性自然资源，它也越来越成为与土地 资源、能源资源同样重要的影响社会经济发展的一种战略性资源。p - a 】 地球上水的储量很大，但淡水资源量仅占2 5 ，而且淡水中大部分属于南北 极的冰盖水、土壤含水及深层地下水。易于人类开采和利用的淡水不足全球淡水 量的1 ，这些江河、湖泊、水库的地表水以及埋深较浅易于开采的地下水，在 自然水循环的条件下得到补充与更新，使得人们有持续的水资源可以使用【4 1 。 淡水资源虽然有限，但相对于早期的人口与社会生产力水平来说还是绰绰有 余p 1 ；但随着人口的持续增长和经济规模的不断扩张，水问题将严重制约2 l 世纪 全球经济与社会发展这一观点已经成为全球的共识【4 1 。 当前，作为发展中国家的中国，面临着极其严峻的水资源问题，主要包括三 个方面。首先，随着我国人口的不断增长，经济的不断发展，以及工业化和城市 化进程的推进，对水资源的需求越来越大，水资源在发展中的地位和作用越来越 重要，水资源缺乏所带来的制约也越来越明显。其次，随着人类活动的加剧，人 们生活和工业生产产生的废水及水污染物的排放量也越来越大，水环境污染问题 加重，由此带来的水质性缺水现象也越来越普遍，成为水资源问题的又一重要方 面。第三，面对气候变暖这一事实将成为不可回避的选择，而气候变化带来的极 端气候事件的频率和强度都呈显著的上升趋势【6 】，这更加剧了水资源在时间和地 域上的不均衡分布，由气候变化所带来的各种不确定性问题，给水资源管理带来 了更严峻的挑战。因此，在当前以及今后相当长的时期内，水资源将成为制约我 国经济社会发展的关键性因素，成为名副其实的战略性资源。 在此背景下，水资源问题已经不仅仅是一个工程问题、管理问题，它还是一 个环境问题、资源问题。水资源的研究已经成为了一个涵盖社会发展、经济发展 和技术进步等方面的综合性的课题。在当前我国开展节能减排、建设“环境有好 型和资源节约型社会一、建设节水型社会的背景下，将水资源提高到与土地资源、 能源同样重要的战略性资源的高度，是有重要的现实意义的。因此，从宏观的社 会、经济系统角度来研究水资源利用现状，分析水资源利用的影响因素，为经济 发展与水资源管理提供决策依据，是面向可持续发展的水资源利用战略研究的重 湖南省用水现状及其影响因素研究 要内容。 1 2 水资源与水资源利用 1 2 1 水资源的定义 “水资源刀这一名称最早出现于正式机构，是在1 8 9 4 年美国地质调查局 ( u s g s ) 设立的水资源处( w r d ) ，并一直延续至今【| 。从这一名词首次出现至 今已经过去一百多年了，但是对于水资源的定义和内涵却仍然见仁见智，缺乏一 个统一的界定。而对水资源的概念进行明晰的定义，是进行水资源研究的前提， 也是进行水资源评价、管理以及水资源开发利用和保护的基础。 美国地质调查局水资源处的主要工作是对地表湖川径流和地下水进行观测， 并对相关资料进行整编和分析，因此其最初定义的水资源是对陆地地表水和地下 水的总称。 ：英国大百科全书对于“水资源”一词的表述为“自然界一切形态( 液 态、固态、汽态) 的水”，这一定义过于宽泛。1 9 6 3 年英国水资源法中对水 资源的定义是“具有足够数量的可用的水，这一定义较前者更为严格，但缺乏科 学基础和可操作性。1 9 8 8 年联合国教科文组织( u n e s c o ) 和世界气象组织( w m o ) 定义水资源是“作为资源的水应当是可供利用或可能被利用，具有足够数量和可 用质量，并且可适合特定地区的水资源需求而能长期供应的水源一，在可操作性上 又进了一步。 7 - 9 】 我国国内对水资源的理解也不尽相同。 ：中华人民共和国水法指出：“水资 源包括地表水和地下水一。 中国大百科全书水利卷中将其定义为搿自然界各种 形态( 汽态、液态或固态) 的天然水 ，并把可供人类利用的水作为“供评价的水 资源 ； 中国资源科学百科全书中，把水资源定义为“可供人类直接利用、能 不断更新的天然淡水，主要指陆地上的地表水和地下水 。【7 l o 】 “水资源 一词虽被广泛使用，但其定义仍尚无公认的定论，究其根本原因 在于水资源储量有限而用途广泛并有不可替代性，具有多种赋存环境和复杂转化 机制，而从各个侧面给出的水资源定义及其评价口径缺乏内在的一致性和层次性 【7 1 ，具体表现在：( 1 ) 水的出现形式多样，如地表水、地下水、降水、土壤水等， 且具有相互转化的特性；( 2 ) 水资源具有鲜明的地域特性和不可替代性，不同地 区的水的物理化学性质不同；( 3 ) 水的用途具有广泛性，利用方式呈多样性；( 4 ) 不同部门、不同行业、不同地区对水资源的理解不同；( 5 ) 水资源的开发利用， 受自然因素、社会因素、经济因素和环境因素等多种因素的限制，水资源利用受 上述多种因素的影响不断发生变化等【8 j 。 基于人们对水资源的不同认识，水资源的概念又有广义和狭义之分【8 】： 1 ) 狭义的水资源是指人类可以直接利用的水体，即以江河湖泊中的地表水和 地下水为主的淡水资源，这就是传统意义的水资源概念。在社会经济不发达的初 2 工程硕士学位论文 期，这些水源远远超过需求量。因此，被人们错误地认为“水是取之不尽，用之 不竭的资源 。但是科技水平和社会经济的不断发展，用水量的激增，在人类无节 制地超量开发利用水资源的情况下，已使这种不可耗竭的再生资源转变为可耗竭 性资源。 2 ) 广义水资源相对传统水资源来说是一种具有更广泛涵义的水资源。它既包 括传统的地表与地下水淡水，又包含了土壤水及雨水的汇集，以及地下成水、海 水、污水处理的再生水等水量。 1 2 2 水资源的内涵与特征 水资源同时具有自然和社会属性，同时，在当前社会发展的条件下水资源的 生态属性和经济属性也被广泛认识。因此“水资源 这一貌似简单的概念却蕴涵 着丰富的内涵，并由此导致了水资源定义上的差别。虽然在水资源上的定义众多， 但仍能看出水资源的明显特征，即：( 1 ) 水资源是可更新的资源；( 2 ) 水资源是 直接或间接人类利用的水体；( 3 ) 水资源应包括水质与水量两部分；( 4 ) 水资源 与其他自然资源一样具有地域性与时限性。【8 】 上世纪9 0 年代水科学进展编辑部专门组织了一次专家调查，国内众多相 关专家经过讨论之后，在水资源的基本特征上取得三个方面的共识：一是来源于 降水；二是可供经济社会利用；三是补给源稳定且可更新。这些特征的共识即反 映了水资源具有有效性、可控性和可再生性这三个特性。其中，有效性是指，只 有对人类生存和发展具有效用的水分才可以看作是水资源；可控性是指，在对人 类具有效用的水分中，有必要进一步区分通过工程可开发利用的那一部分水分； 可再生性是指，水资源在流域水循环过程中形成和转化，其作为可再生性资源的 充分必要条件是保持流域水循环过程的相对稳定。f 7 ，l o 】 由此可见，水资源概念的论述基本上是围绕着水资源承载的主客体范畴进行 的，水是水资源的主体，降水是地表所有水分的总体来源。目前最宽泛的概念认 为所有的降水都可以当作水资源，最狭窄的定义认为只有河川径流才算是水资源。 经济社会系统和生态环境系统是水资源承载的双重客体，传统对于水资源的定义 多从经济社会系统出发，认为能够为人直接取用的水才算是水资源，而随着可持 续发展理念的不断普及，一些学者认为生态系统利用的有效水分也应当纳人水资 源的范畴【1 0 j 。 1 2 3 水资源利用 水资源利用从概念上分为狭义水资源利用与广义水资源利用。狭义水资源利 用主要为是人类生产和生活对水资源的需求，一般使用需水量指标来体现。广义 的水资源利用则在狭义水资源利用的基础上，增加了水利发电、生态与环境用水 等指标。由于广义水资源以及广义水资源利用的概念还有待进一步的研究，另一 3 湖南省用水现状及其影响因素研究 方面我国当前水资源利用的统计以社会经济的用水量、耗水量作为统计口径，因 此本研究采用狭义水资源利用的概念。 水资源利用主要包括农业用水、工业用水和生活用水三大类。 农业林牧渔业用水主要包括农田灌溉用水、林牧渔业用水。农田灌溉用水主 要指水田和水浇地的灌溉用水，包括粮食作物和其他经济作物，农田灌溉用水一 般占农业用水总量的9 0 左右，是农业用水的主体。林业用水主要包括各种人工 林地( 如防护林、用材林、特种林、薪炭林等) 和果园的灌溉用水，林业灌溉用 水约占农业用水总量的6 。牧业用水主要包括各种人工灌溉草场、饲草饲料基 地的灌溉用水和牲畜用水，牧业用水约占农业用水总量的3 。渔业用水指人工 淡水养殖池塘的换水和补水量，在农业用水中所占的比例较小，不足1 。 1 1 l 工业用水可以划分为制造业、电力行业和建筑业用水。制造业用水部门又可 分为高用水工业和一般用水工业，高用水工业指用( 耗) 水量相对较大的工业部 门，主要包括纺织业、造纸业、石油化工业和冶金业等，一般工业包括采掘、木 材、食品、建材、机械、电子、其他等七类。电力工业主要指火力发电厂( 燃煤、 燃油、燃气电厂) 、核电站和蒸汽、热水生产与供应业，不包括水电站用水；工业 的用水指标一般采用万元工业增加值用水量，电力行业供水指标一般采用单位发 电量用水量或单位装机容量用水量。建筑业指工业与民用建筑和其他建筑物的施 工、装修业，建筑业的用水指标一般采用万元工业增加值用水量或单位建筑面积 用水量。在工业生产中，需要一定数量和质量的水作为直接或间接利用的介质和 原料，不同的工业部门、不同的工艺流程有不同的用水方式，但一般可以归纳为 以下几类，即产品原料、传热介质、工作动力、工艺用水、锅炉用水。 生活用水一般划分为城镇生活用水和农村生活用水。城镇生活用水包括居民 生活用水、公共用水和生态环境用水三大类，其中居民生活用水是城镇生活用水 的主体，一般占城镇生活用水总量的5 0 7 0 ，主要包括饮用水和卫生清洁用水。 公共用水主要指机关团体、科教、文卫等行政事业单位和体育场馆、展览馆、博 物馆等公共设旌用水和消防用水等。服务行业用水，以及交通、邮电业用水等属 于第三产业用水。生态环境用水主要包括城市绿化用水、环卫用水、河湖水系补 水等。农村生活用水主要包括饮用水、卫生清洁等生活用水、家畜饮用水、家庭 副业用水等。生活用水对水资源水质要求高，对供水保证率的要求高，用水量相 对集中。 随着环境和生态问题的日渐突显，以及可持续发展理念的日益重视，水资源 承载力研究的深入，生态用水的概念也在文献中越来越常见。生态需水指特定的 生态系统为维持其原有状态、原有功能和良性循环对水量和水质的基本要求。如 果生态用水的基本需求得不到满足，生态系统的原有状态就会发生劣变，原有生 态功能就会衰减，良性循环就会受到破坏。生态需水又称生态与环境需水，即生 4 工程硕士学位论文 态需水可分为两部分：一是为维持生物系统的生存、生长所需要的水，包括动物 饮用、植被光合作用过程中的蒸腾、蒸发等，国外也有人将这一部分生态需水称 为“绿色水 ；二是为补充湖泊、湿地的渗漏和水面蒸发的水量，以及维持河流、 湖泊的水盐平衡、水沙平衡、水化学平衡和维持地下含水层正常循环所需的水量， 国外也有人称其为“蓝色水 或环境需水。广义的生态用水指特定生态系统在一 定时期内实际利用的水量，其来源主要有四个方面：一是天然降水；二是地表径 流；三是地下水( 包括由降水、地表水和浅层地下水补给的土壤水) ；四是人类专 门为生态环境提供的地表水、地下水、再生水或生活、生产用水的回归水。狭义 的生态用水指广义生态用水中与人类开发利用水资源直接相关的部分，包括地表 水、地下水、再生水和国民经济退水。一般所讲的生态用水均指狭义的生态用水， 即直接与地表水和地下水资源相关的生态用水。这一部分生态用水可分为陆生生 物系统、水生生物系统和水环境三大类。【1 1 1 l - 2 4 水资源利用评价指标 目前国内在水资源利用相关的统计、分析和研究中，水资源利用的指标主要 包括四大类，即供水量指标、用水量指标、用水消耗量指标及水资源开发利用程 度指标。 供水量是指各种供水工程为用户提供的包括辅水损失在内的总水量，按供水 水源可区分为地表水供水量、地下水供水量和其他水源供水量( 包括污水处理再 利用、雨水集蓄利用和海水淡化) 。海水直接利用量另行统计，不计入供水量之中。 用水量是指供应给用户的包括输水损失在内的水量，按农业用水、工业用水、 生活用水三大类统计，我国的统计制度从2 0 0 3 年开始又增加了生态用水，共四大 类。其中生活用水分为城镇生活用水( 包括居民用水和公共用水) 和农村生活用 水( 包括农村居民用水和牲畜用水) ，农业用水包括农田灌溉用水和林、牧、渔用 水；工业用水为新鲜水取水量，指一定时限内从地表水或地下水水源取用的新水 量，不包括企业内部的循环利用水量和再生利用等内部重复利用的水量，重复利 用量包括串联用水量( 指前一个工艺流程使用过的水直接再用于下一个工艺流 程) 、循环用水量( 将使用过的水直接回收循环利用) 和废水处理后再生的重复利 用量：生态用水仅包括城市环境和部分河湖、湿地的人工补水量。 用水消耗量是指在输水、用水过程中通过蒸腾、蒸发、土壤吸收、产品带走、 居民和牲畜饮用等各种形式消耗掉而不能回归到地表水体或地下含水层的水量。 灌溉用水消耗量等于毛用水量减去回归到地表水体和地下含水层的水量；工业和 生活用水消耗量等于取水量减去废污水排放量和输水过程中回归到地表水体和地 下含水层的水量。用水指标主要有人均综合用水量、万元g d p 用水量、农田灌溉 亩均用水量、万元工业增加值用水量、人均生活用水量五类。 水资源开发利用程度是指现状年实际供水量与多年平均水资源总量的比值。 湖南省用水现状及其影响因素研究 1 3 水资源问题及节水型发展 1 3 1 水资源利用及水问题 我国的水资源和水资源利用目前有以下特点和问题【1 ，9 ，1 2 1 6 】： 从水资源可持续发展的角度来讲，对一个特定的流域，若水资源的平均年耗 用量不超过区域的多年平均资源量，持续不断的水循环和有限的大气降水补给， 决定了该区域水资源量的可恢复性和有限性。因此，水资源是可再生的，但是也 是稀缺资源。 传统社会的水问题主要是农业用水、洪涝灾害和干旱灾害等，类型比较单一。 但是，随着经济社会的不断发展，特别是快速工业化和城市化的影响，当代社会 的水问题已经由传统的单一性水问题转变为相互影响的现代综合性水问题，水资 源短缺、水环境污染、水灾害加剧、水生态退化都是普遍存在而且非常严重的水 问题。不仅如此，水问题的转变在很大程度上导致和决定了传统水管理体制的失 灵，使得水管理不善也变为一个突出的问题。多重水问题共存已对经济社会发展 形成了前所未有的压力。 水资源在时间和空间上分布是不均匀的，水资源的地区分布与人口、土地资 源的地区分布的巨大差异，使得世界范围内各地区在水资源开发利用条件上存在 巨大的差别，水资源分布不均造成世界各国消费和生产能力的差别，是造成贫富 差距的重要的原因之一。 我国是一个缺水严重的国家。淡水资源总量居世界第四位，仅次于巴西、俄 罗斯和加拿大。虽然我国年径流总量排名世界第四位，但由于人口众多，我国人 均占有水资源量在全世界排名在1 0 0 1 1 7 位之间。水资源分布不均，水旱灾害频 繁，这是我国水资源开发利用的最大弱点，也是我国国民经济发展的一个制约因 素。另一方面，经济发展带来的环境污染，使得水环境质量不容乐观，水质性缺 水问题变的越来越常见，并有不断蔓延的趋势。 另外，中国水资源利用效率较低下，用水浪费现象普遍存在。我国目前的用 水总量和美国在同一水平，但单位产值用水量则远远高于美国。在我国，农业用 水总量最大、比重高，但是农业灌溉系统不发达，水资源空间分配不合理，农业 灌溉水利用率仅为2 5 4 5 ，而发达国家则可达7 0 8 0 。我国的水资源生产 率仅为世界平均水平的1 5 左右；粮食作物单方水粮食增产量仅为世界水平的1 3 ： 工业万元产值用水量为发达国家的5 1 0 倍，工业用水的重复利用率仅为4 0 左 右，而发达国家则为7 5 一8 5 ，而且工业废水处理能力和水平还有待提高。而另 一方面，我国替代水资源开发力度不足，污水再生利用量和雨水积蓄利用量低， 水的循环利用水平还亟待提高。 6 工程硕士学位论文 1 3 2 节水型社会建设 综合节水是指综合运用法律、行政、经济、技术等手段，促进合理用水和高 效用水，减少水资源的损失和浪费，提高水资源的利用效率和效益。按不同的用 水类型，节水可分为生活节水、生产节水、生态节水。按不同的节水方式，节水 可分为减量型节水、减耗型节水、增效型节水、替代型节水、保护型节水等。 一方面，随着人口的增长与经济的发展，在1 9 0 0 2 0 0 0 年的1 0 0 年间，全球 人口增加的2 8 倍，用水总量增加了9 5 倍，人均用水量增加了1 5 倍，人均水资 源量下降了7 5 左右。缺水型地区和缺水型人口不断增加，淡水资源短缺已经成 为一个全球性的危机。而我国也面临着同样的问题，因此节水在我国当前的发展 阶段具有重要的现实意义【1 1 】： 一方面，为了缓解缺水矛盾，我国多年来大力加强供水设施建设，努力增加 供水能力。但由于受水资源条件和建设资金的限制，供水能力增加缓慢，且边际 成本不断增加，边际效益逐步下降。特别是相当一部分供水设施已进入老化期， 年久失修，效益衰减，供水能力逐年衰减，从而抵消了相当一部分新增供水能力。 同时，水质型缺水现象越来越普遍，因此单靠扩大供给来解决缺水危机的办法已 经不可持续，只有节约用水，合理控制需水量的过快增长，才是缓解缺水危机的 根本出路。 另一方面，在水资源严重短缺的同时，用水方式粗放、用水效率低下，用水 浪费的现象又长期并存，虽然全国用水效率在不断提高，但与国际先进水平相比 还有很大的差距。另外，全国不同地区之间的用水效率相差悬殊，特别是在一些 缺水地区，往往是水资源短缺和用水浪费现象并存。所以，对于这些地区来说， 节水措施与扩大供水相比，投资少、见效快、效益好，是缓解缺水危机的有效手 段之一。 而随着人们对水资源及其在经济社会发展中作用的认识越来越深刻，结合可 持续发展的理论，建设节水型社会的概念被提出来。节水型社会早是在1 9 8 6 年我 国“农村水利工作座谈会 上提出的。2 0 0 0 年 中共中央关于制定国民经济和社 会发展第十个五年计划的建议中明确提出大力推行节约用水措施，发展节水型 农业、工业和服务业，建立节水型社会。2 0 0 2 年重新修订颁布的 水法明确规 定：“国家厉行节约用水，大力推行节水措施，发展节水型工业、农业和服务业， 建立节水型社会刀，这为节水型社会的全面建设提供了法律保障。十届人大四次会 议通过的 国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要提出，要建设资源节约 型和环境友好型社会。我国水资源综合规划技术细则的节约用水部分中指出，节 约用水是采取工程、技术、经济和管理等各项综合措施，以达到避免浪费、减少 排污、提高水资源利用效率的行为。节水主要体现在：提高水的重复利用率：减 少输供水过程中的漏损：减少废水的排放，改善水环境质量；增强节水意识。 7 湖南省用水现状及其影响因素研究 节水型社会和传统意义上的节水，既有联系又有区别。无论是传统的“节水 ， 还是节水型社会建设，都是为了提高水资源的利用效率和效益，这是它们的共同 点。但是传统意义的节水，偏重于节水的工程、设施、器具和技术等措施，偏重 于发展节水生产力，主要通过行政手段来推动。而节水型社会的节水，主要通过 制度建设，注重对生产关系的变革，形成以经济手段为主的节水机制。通过生产 关系的变革进一步推动经济增长方式的转变，推动整个社会走上资源节约和环境 友好的道路。在水量不变的情况下，要保证工农业生产用水、居民生活用水和良 好的水环境，必须建立节水型社会。其中包括合理开发利用水资源，在工农业用 水和城市生活用水的方方面面，大力提高水的利用率。【l 7 】 1 4 水资源及水资源利用评价研究 水资源基础与技术的研究进展主要体现在水文水资源监测和模拟技术的迅速 发展，以及气候变化对水资源和水循环影响等方面。在水资源监测领域，随着全 球定位系统( g p s ) 、遥感( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 、雷达、同位素示踪、定 点观测和现代通讯等高新技术的兴起而得到了长足的进步。在模拟方面，初期较 多的是集总式的“灰箱 模型，之后随着国际水文计划( i h p ) 、世界气候研究计 划( w c r p ) 、国际地圈生物圈计划( i g b p ) 等一系列国际水科学研究计划的开 展，变化环境下的水循环和伴生过程的模拟，以及相关联的水资源评价等技术得 到了空前的发展【l 】。这些基础性的研究将水资源的研究起到极其重要的作用。 水资源评价工作始于1 9 世纪的末期，在随后的一百多年内人口的膨胀，工农 业用水的增长和用水方式的改变给水资源带来了前所未有的压力，水资源缺乏已 经在许多国家不同程度的出现，成为全球经济发展的一大障碍，许多国家开始寻 找新的途径对水资源进行合理规划和管理，水资源评价作为水资源综合规划和管 理的基础性工作，逐渐受到世界各国的关注。早期的评价方法主要是基于水资源 统计方法。对各区域来说，统计的方法不同，对区域水资源量的计算观点也各有 不同。随后发展起来的评价方法是流域水量平衡法，这种方法概念清楚，计算简 便快捷，目前许多国家仍然在使用，这种方法的主要缺点是对降水量和蒸发量的 依赖性很大，计算精度低，尤其是对干旱半干旱地区的水量计算。我国是从二十 世纪八十年代开展全国性的水资源评价工作的，建立起一套比较成熟的水资源评 价方法，并于二十一世纪初进行了第二次全国水资源评价，全面评价了我国的水 资源的数量、分布与特征。【l8 】我国水资源总量是指评价区域内当地降水形成的地 表和地下产水总量，由地表水资源量与地表水和地下水的不重复量相加得到。 水资源及其利用相关的研究则主要包括水资源利用的现状分析、需水量预测， 水资源承载力等研究【3 ，1 6 , 1 9 之6 1 。相关的研究内容与技术方法有： 在水资源利用现状及相关影响要素的评价研究中，较多采用的技术方法是常 8 工程硕士学位论文 规的统计分析方法【2 l ，2 2 1 ，这种方法的特点是运算简便，显示直观，但若需进一步 分析相关因素的具体影响则显示出不足。随着系统科学领域的发展及不确定性理 论的研究，采用系统综合评价方法、模糊综合评价、灰色聚类分析方法来进行水 资源的现状及影响因素的研究也不断出现【2 7 2 9 1 。另一方面，随着水资源问题的显 现，水资源的经济价值不断增加，基于经济学的水资源研究不断涌现【3 仉3 2 】；在此 基础上，一些计量经济学的模型、方法被引入水资源评价的领域【33 】。 在需水量预测的研究中，较为传统、简单的分析方法是趋势预测法，这种方 法虽然简单、易操作，但在预测效果上较难考虑一些因素的影响；因此出现了系 统规划和优化理论如线性规划方法、多目标多层次的需水预测研究。另一方面， 工程及环境领域的新方法，如生命周期评价法、水足迹评价方法等也被用于地区 或产业需水量的研究【l9 。 水资源承载力是水资源与水资源利用领域评价的新的研究课题，它从社会、 经济、科学技术发展的综合角度，研究水资源最大可承载的工业、农业、城市规 模和人口的能力。水资源承载力系统分析的主要内容包括水量需求分析和水环境 分析。目前，主要的分析方法有成因分析法、数理统计法、模糊数学法、灰色系 统预测法、神经网络预测，支持向量机等。拶j 1 5 本研究的目的与意义 水资源不仅提供了维持人类生活生产活动的基础产品和社会经济发展的基础 资源，还起到维持环境生态系统结构、生态过程与区域生态环境的功能。而随着 人口、社会与经济的发展，资源对人类社会的发展的影响，已经从单一的能源限 制因素，发展到能源、水资源共同作用的阶段。 当前，水资源的基础性、重要性和战略性已经被广泛认识。我国还是发展中 国家，经济发展仍是第一要务，在当今环境、资源的双重重压下，可持续发展策 略势在必行，而实施节能减排、建设“资源节约型和环境有好型社会、建设节 水型社会，是实现社会、经济与环境可持续发展的必要举措 湖南省与我国其他地区相比，是经济增长速度较快的地区，也属于水资源量 相对丰富的地区，但水资源在时间、空间上的分布不均，水利用效率低是目前湖 南省经济发展与建设两型社会面临的一大制约性因素。 因此，正确的分析和评价当前湖南省水资源利用的情况，了解水资源需求量 的影响因素，分析各影响因素的贡献效应，对湖南省经济、社会发展策略，以水 资源的管理具有重要的意义。 9 湖南省用水现状及其影响因素研究 1 6 本文的研究思路和内容 本文在水资源与水资源利用基本理论综述、水资源问题及节水型社会分析， 以及水资源与水资源利用评价研究文献综述的基础上，建立水资源利用的评价模 型与方法。 由于水资源与能源一样，都是影响社会经济发展的基础性的、战略性的资源。 虽然两者各自的作用效应与影响因素有所不同，但是两者在现有的评价方法与思 路上仍有较多的共同点，如能源需求量对应水资源需求量、能源强度对应水资源 强度等。因此本研究将借鉴在能源与碳排放领域应用较广的理论、模型与方法， 即在对库兹涅茨曲线理论、i p a t 理论模型、k a y a 模型及l m d i 因素分解方法基 本的原理进行分析的基础上，通过文献分析与相关理论分析，建立其在水资源利 用现状评价及其影响因素分析上的理论、模型与方法。 在此基础上，本文通过选取相关统计数据与分析指标，对湖南省水资源利用 现状进行分析。着重研究湖南省水资源利用与经济发展阶段所处的阶段，湖南省 人口规模、经济及科学技术发展对水资源需求量的影响，在此基础上运用因素分 解方法，对湖南省水资源影响因素中用水强度因素、产业结构因素、经济水平因 素与人口规模因素的贡献与效应进行定量分析，并从水资源利用的角度提出相关 的政策建议。 1 0 工程硕士学位论文 第2 章水资源利用及其影响因素评价模型与方法 为了从宏观角度研究水资源利用与经济社会发展之间的关系，分析用水结构、 用水强度、用水效率等驱动因素对水资源利用量的影响，本研究将采用在能源与 碳排放领域应用较广的库兹涅茨曲线理论、i p a t 理论模型、k a y a 模型及l m d i 因素分解方法，将其应用到水资源利用的评价领域。 本研究拟采用的分析方法目前较为广泛的应用在能源领域、碳排放领域的研 究课题中，而在水资源利用领域这些模型方法的应用还不多。水资源作为二十一 世纪影响社会、经济发展的限制性因素，已经成为了与能源资源一样重要的战略 性资源。水资源与能源在社会经济发展中的作用、影响因素有诸多相似之处，因 此本节将对这些模型方法的理论及其在水资源利用分析中的方法进行论述与分 析，通过对这些模型与方法进行适当的调整与修改，使其适用于水资源利用的分 析。 2 1 水资源利用与库兹涅茨曲线假说 2 1 1 库兹涅茨曲线假说 库兹涅茨曲线假说最初由诺贝尔经济学奖获得者库兹涅茨1 9 5 5 年提出，以表 示经济增长与收入分配不平等之间的关系。他认为随着人均收入的增长，最初收 入分配的不均衡会加剧，但随后会出现一个转折点并开始下降，这种变动关系已 经被经验所证明。 3 5 - 3 7 】 2 1 2 环境库兹涅茨曲线 自2 0 世纪9 0 年代，美国学者【3 8 。4 0 1 将库兹涅茨曲线假说引入到环境领域，并 称之为环境库兹涅茨曲线( e n v i r o n m e n t a lk u z n e t zc u r v e ，e k c ) ，作为表达经济 增长与环境质量演化关系的计量模型，曲线横轴表示经济增长( g d p 、g n p 或其 人均量) ，纵轴表示污染指标( 如污染排放量) ，表达了环境质量随着经济增长或 人均收入的提高经历一个先逐步恶化再逐渐好转的倒u 型转变过程。这种倒u 型 曲线表达一般可以认为是在经济发展的最初阶段，由于人口的无序增长、工业技 术的落后，资源的无序开发，造成了环境污染的急剧加剧，随着经济的发展，以 科技进步为标志的产业发展对经济的贡献作用越来越突出，人们控制环境污染的 意识、能力和投入逐渐提高，污染物排放逐步趋缓【4 1 1 。因此，e k c 曲线常常用来 解释社会发展过程中“先污染，后治理，的现象【4 2 】。 由于e k c 曲线假设涉及到环境与社会经济发展的一般规律，所以引起了经济 湖南省用水现状及其影响因素研究 学、环境学、管理学研究者，甚至是政府组织的共同关注；另一方面，e k c 曲线 反映的倒u 型发展过程并非是不可避免的，发展中国家可以通过了解发达国家发 展的历史，调整和优化发展策略，使用新技术、新能源等手段来避免伴随着经济 发展而来的环境退化，这也成为对e k c 研究的重要原因之一【2 0 4 2 1 。 目前，e k c 曲线在环境与资源领域应用较多。一方面的研究是环境质量、污 染物排放与经济发展的研究，如甯江冰等【4 3 】选用化学需氧量、氨氮排放量、高锰 酸盐指数和氨氮浓度构建了水环境质量指数、水污染物排放指数，从实证的角度 分析水环境因子和经济发展二者之间的环境库兹涅茨曲线关系与特征。另一方面， e k c 曲线的研究应用集中在碳排放与经济发展的研究领域，如胡初枝等【4 4 】基于 e k c 曲线模型对中国碳排放的因素进行分解分析，并研究经济增长与碳排放之间 呈现的曲线关系。 2 1 3 水资源利用的库兹涅茨曲线研究 目前，环境库兹涅茨曲线的研究比较多，而针对水资源利用的库兹涅茨曲线 研究则较少。目前已有的研究主要有： ( 1 ) 贾绍风等【4 5 】使用世界经济合作和发展组织( o r g a n i z a t i o nf o re c o n o m i c c o o p e r a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，o e c d ) 国家工业用水与经济发展的统计数据进行 分析，发现几乎所有的o e c d 国家都经历了工业用水的下降过程。其中美国工业 用水量从1 9 5 0 1 9 8 1 年增长了3 倍，并于1 9 8 1 年达到了顶点，而后开始下降。 如果将工业用水量与人均g d p 联系起来，就会呈现出一个很明确的库兹涅茨曲线 式的关系。就是说，工业用水量最初随着人均g d p 的增加而增加，当越过某一个 阈值后，就开始随着人均g d p 的增长而降低。与美国缓慢下降的工业用水量相比， 日本的工业用水量下降要快得多。通过对工业用水量下降的阈值的研究，发现人 均g d p 不便于用来预测发展中国家工业用水下降的转折点。工业用水量下降与第 二产业占g d p 的比重的迅速下降和重工业部门的缩减在时间上相一致。工业用水 减少的直接原因是用水效率的提高，原因有两个方面：部门用水效率的提高和经 济结构的调整。工业用水效率提高的主要驱动力包括：产业升级的内在压力，更 严格的环保规章，降低费用以及一些类似石油危机和金融危机的突发事件。工业 用水库兹涅茨曲线的存在给了发展中国家一个很好的信号，工业用水量不会一直 持续增长，当人均g d p 和经济结构向一个更高的水平发展时，发展中国家工业用 水将会下降。 ( 2 ) 刘渝等【4 6 】对改革开放以来中国经济增长与农业用水的趋势进行直观分 析，发现自1 9 7 8 年以来人均农业用水量与人均g d p 曲线呈逐年下降趋势，8 0 年 代中期以前下降幅度比较平缓，8 0 年代中期至9 0 年代中期下降的速度加快，到 1 9 9 7 年以后下降速度减慢，2 0 0 2 2 0 0 5 年又有所波动；另一方面，随着人均农林 牧渔业增加值不断增长，人均农业用水量也是呈下降趋势；由经济增长水平与年 1 2 工程硕士学位论文 人均农业用水量的直观图形发现人均农业用水量在上世纪7 0 8 0 年代出现峰值， 而后持续下降，两者之间呈现出类似库兹涅茨曲线的特征。随后，作者采用 1 9 9 9 - 2 0 0 5 年中国3 1 个省市区的面板数据，建立农业用水与经济增长之间的计量 模型，对农业用水的变动趋势进行检验。结果表明，人均农业用水量的变动趋势 具有库兹涅茨曲线的特征，无论是从整个国民经济的角度出发，还是从农业产业 内部来看，人均农业用水量已经随着经济增长而处于下降阶段，这与中国实际情 况也是相吻合的。中国目前已处于农业用水库兹涅茨曲线的右半段，但农业用