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導語：在南水北調西線工程受水區研究的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
黃河流域黃河流域是我國缺水問題最嚴重的流域之一［1－4］，人均水資源量僅489m3(根據1956—2016年平均水資源總量、2021年人口計算)，屬于極度缺水地區［5］。黃河流域地表水開發利用率已達80%，河道內外、省(區)之間用水競爭激烈，生態水量不足等問題長期存在，沿黃省(區)大量新的用水項目受水資源限制無法實施，缺水已成為黃河流域生態保護和高質量發展中亟待解決的難題［6－9］。挖掘節水潛力是解決缺水問題的重要途徑［10－11］，近年來黃河流域從推廣高效節水技術、種植結構與灌溉制度優化、渠系節水改造、開展水權轉讓試點等方面持續深入推進節水工作［12－14］，用水效率顯著提升。截至2019年，黃河流域高效節水灌溉面積已達到有效灌溉面積的39%［15］;全流域灌溉水利用系數達到0．56.與全國平均水平基本持平。黃河上中游地區已將節水作為工業項目立項的主要評判指標之一，原煤生產、煤制烯烴、煤制油等行業節水技術處于國內領先水平。雖然黃河流域節水工作取得了突出成效，但與世界最高水平相比仍有差距［16］。在經濟社會發展和氣候變化的雙重影響下，黃河水資源量呈衰減趨勢，缺水問題日趨嚴重，未來仍需要進一步挖掘節水潛力［17－20］。水網工程能夠優化水土資源配置、帶動經濟社會均衡發展［21］，國家“十四五”規劃綱要做出了推進國家水網工程建設的重要部署。南水北調工程是國家水網的主骨架，當前東線、中線一期工程均已生效，西線工程仍在規劃中［22］。南水北調西線工程從長江上游調水到黃河源頭區，可改變全河水資源配置格局，對解決黃河流域及西北地區缺水問題至關重要。論證西線工程調水規模前，需要明確西線工程受水區節水潛力，保障工程設計的科學性。筆者通過量化黃河流域西線工程受水區節水潛力，分析節水實踐中面臨的突出問題，評估節水措施在解決黃河流域缺水問題上發揮的作用。
1黃河流域現狀節水水平
以2019年為現狀年，分析規劃水平年2035年的節水潛力。黃河流域大部分位于干旱半干旱缺水地區，受水資源緊缺困擾和最嚴格水資源管理制度的約束，流域內各省(區)通過工程、技術、經濟、管理等措施進行節水型社會建設已見成效，多個行業節水水平高于全國平均水平，但與國內最高水平相比仍有差距，見表1。2019年黃河流域人均用水量和萬元GDP用水量分別是全國平均水平的76．6%和91．1%，在10個水資源一級區(下文簡稱“一級區”)中排名分別為第3和第4，分別比一級區最高水平高33．6%和64．4%。在城鎮生活節水上，黃河流域人均城鎮生活用水量僅低于海河區，是全國平均水平的72．0%;在工業節水上，黃河流域萬元工業增加值用水量是全國平均水平的56．3%，但比最高水平的海河區高27．1%;在農業節水上，黃河流域耕地實灌用水量是全國平均水平的87．7%，比最高水平的海河區高70．6%。黃河流域節水水平空間差異較大。上游青海、甘肅、寧夏、內蒙古等省(區)經濟發展相對落后，且自然環境較惡劣，降水稀少、蒸發強烈、生態環境脆弱，人均用水量、萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量和耕地實灌用水量均高于中下游地區。中游山西、陜西能源豐富，煤電、煤化工等產業較發達，節水水平較高，萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量處于流域內最高水平。下游河南、山東引黃灌區氣候條件相對較好、節水灌溉配套設施相對完善，耕地實灌用水量小于上中游地區。
2研究方法
2．1研究區域和數據來源
南水北調西線工程受水區包括位于黃河流域上中游地區的青海、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西和山西6個省(區)在黃河流域內的部分，簡稱上中游六省(區)。供用水數據主要來自歷年《中國水資源公報》《黃河水資源公報》和相關省(區)水資源公報，人口、經濟、灌溉面積等數據主要來自《中國統計年鑒》《中國水利統計年鑒》和相關省(區)統計年鑒，并結合省(區)調研情況對數據系列進行補充完善。由于四川省在黃河流域內的面積、用水、人口等均較少，因此不對該省進行單獨分析。
2．2節水潛力概念和內涵
節水潛力可分為毛節水潛力和凈節水潛力。毛節水潛力是在未來可預知條件下，通過采取一系列工程和非工程節水措施，與現狀年用水量相比，相同的用水戶在未來可減少的年用水量。毛節水潛力是未來可預知條件下，單從節水措施的角度考慮可以實現的節水潛力，未考慮其中因節水而減少的可重復利用的灌溉回歸水量和地下水補給量，因此毛節水潛力也稱為理論節水潛力。凈節水潛力是指在可預知的技術條件下，通過采取節水技術措施，相同的用水戶未來預期年耗水量與現狀年耗水量的差值。凈節水潛力是從區域水資源系統整體出發，考慮水資源在系統中的消耗規律，通過采取各種節水措施所減少的耗水量，體現了區域真實的節水潛力。對于黃河流域，凈節水潛力與黃河“八七”分水方案所指水量以及流域外調入水量相對應，具有等同的分析和比較基礎，可采用耗水系數轉換法計算凈節水潛力。
2．3城鎮生活節水潛力分析方法
城鎮生活毛節水潛力和凈節水潛力計算公式:ΔUG(i，j)=U1(i，j)［L1(i，j)－L2(i，j)］(1)ΔUN(i，j)=CU(i，j)ΔUG(i，j)(2)式中:i為省(區)編號;j為省(區)內分區編號，各省(區)分區數量不同;ΔUG(i，j)、ΔUN(i，j)分別為城鎮生活毛節水潛力和凈節水潛力，億m3;U1(i，j)為現狀城鎮生活用水量，億m3;L1(i，j)、L2(i，j)分別為現狀、2035年城鎮供水管網漏損率;CU(i，j)為城鎮生活用水綜合耗水系數。2．4工業節水潛力分析方法工業毛節水潛力和凈節水潛力計算公式:ΔIG(i，j)=V1(i，j)Q2(i，j)［η2(i，j)－η1(i，j)］+I1(i，j)［P1(i，j)－P2(i，j)］(3)ΔIN(i，j)=CI(i，j)ΔIG(i，j)(4)式中:ΔIG(i，j)、ΔIN(i，j)分別為工業毛節水潛力和凈節水潛力，億m3;V1(i，j)為現狀工業增加值，億元;Q2(i，j)為2035年工業增加值用水定額，m3/元;η1(i，j)、η2(i，j)分別為現狀、2035年工業用水重復利用率;I1(i，j)為現狀工業用水量，億m3;P1(i，j)、P2(i，j)分別為現狀、2035年工業供水管網漏損率;CI(i，j)為工業用水綜合耗水系數。2．5農業節水潛力分析方法假設2035年研究區的實灌面積、作物種植結構和灌溉定額與現狀相同，農業毛節水潛力和凈節水潛力計算公式為ΔAG(i，j)=∑kB1(i，j，k)S1(i，j，k)［1/F1(i，j，k)－1/F2(i，j，k)］(5)ΔAN(i，j)=CA(i，j)ΔAG(i，j)(6)式中:ΔAG(i，j)、ΔAN(i，j)分別為農業毛節水潛力、凈節水潛力，億m3;k為作物類型編號;B1(i，j，k)為第k種作物的現狀實灌面積，億hm2;S1(i，j，k)為第k種作物的現狀實際凈灌溉定額，m3/hm2;F1(i，j，k)、F2(i，j，k)分別為現狀、2035年第k種作物的灌溉水利用系數;CA(i，j)為農業用水綜合耗水系數。農業節轉潛力代表了農業可通過節水轉讓給其他行業的最大水量。結合各分區降水蒸發條件，分析黃河流域各分區現狀種植結構各主要作物單位產出消耗水分最少時的灌溉定額，即經濟灌溉凈定額。當現狀實際凈灌溉定額高于經濟灌溉凈定額時，農業節水量可以轉讓給其他行業，否則認為灌溉水存在虧缺，農業節水量可以減少總供水量，但不可轉讓給其他行業。農業節轉潛力計算公式:ΔAT(i，j)=∑kΔAN(i，j，k)［S1(i，j，k)≥SE(i，j，k)］(7)式中:ΔAT(i，j)為農業節轉潛力，億m3;ΔAN(i，j，k)為第k種作物的農業毛節水潛力，億m3;SE(i，j，k)為第k種作物的經濟灌溉凈定額，m3/hm2。
3節水潛力計算結果分析
3．1節水控制指標
南水北調西線工程受水區節水潛力主要包括城鎮生活節水潛力、工業節水潛力和農業節水潛力。根據行業用水特點選擇節水控制指標，城鎮生活節水控制指標為城鎮供水管網漏損率，工業節水控制指標為工業用水重復利用率和工業供水管網漏損率，農業節水控制指標為灌溉水利用系數。綜合考慮國家規程規范、國內外先進用水指標、沿黃省(區)現狀用水及節水技術推廣情況等，制定2035年黃河流域及流域內各省(區)節水控制指標目標值，見表2。采用完成度量化現狀節水控制指標與目標值的差距:Ｒ(m)={1－T2(m)－T1(m)/max［T1(m)，T2(m)］}×100%(8)式中:m為指標編號;Ｒ(m)為第m個指標的完成度;T1(m)、T2(m)分別為第m個指標的現狀值和目標值。
3．2現狀節水水平與目標值的差距
黃河流域及流域內各省(區)現狀節水控制指標完成度見表3。黃河流域現狀城鎮供水管網漏損率為12．9%，節水控制指標完成度為75．2%;工業供水管網漏損率為12．7%，節水控制指標完成度為73．2%。現狀河南、內蒙古和青海3個省(區)供水管網漏損問題較嚴重，城鎮供水管網漏損率均超過15%，工業供水管網漏損率均超過14%，未來城鎮生活和工業節水任務較重。甘肅省現狀城鎮生活供水管網漏損率為8．6%、工業供水管網漏損率為8．2%，是流域內最高水平，已經基本實現2035年節水目標。黃河流域現狀工業用水重復利用率為91．2%，節水控制指標完成度為95．4%。近年來黃河流域特別是上中游地區通過高耗水行業結構調整和布局優化，空冷、閉式水循環等節水技術大力推廣等，使工業節水水平不斷提高，流域萬元工業增加值用水量由2000年的75．0m3降至2019年的21．6m3，工業節水已達到國內較高水平，其中煤電和煤化工項目節水處于國際較高水平。現狀只有經濟發展相對滯后的青海省工業用水重復利用率較低(58．4%)，節水控制指標完成度為68．7%，其他7個省(區)工業用水重復利用率在87．6%以上，節水控制指標完成度超過95．0%。黃河流域現狀灌溉水利用系數為0．56，節水控制指標完成度為91．8%。流域內不同省(區)灌溉水利用系數目標值存在差異。農業節水目標的設置需要考慮自然氣候條件、生態環境約束、超大型灌區特點等寧蒙地區多年平均降水量僅180mm，蒸發強烈，生態環境脆弱，農業灌溉水量發揮著補給地下水的生態作用［11］。該地區分布有超大型灌區河套灌區，輸配水系統包括總干渠以及干渠、分干渠、支渠、斗渠、農渠、毛渠7級渠道，斗渠以上渠道長度達到0．7萬km，農渠、毛渠總長度約4．4萬km，渠系越長水量損失越大，灌溉水利用系數提高越困難，需要根據實際情況適當調低農業節水目標。
3．3節水潛力分析
按照設定的2035年節水控制指標目標值，計算得到黃河流域毛節水潛力約為25億m3，城鎮生活、工業、農業分別占5%、11%、84%;凈節水潛力約為19億m3，城鎮生活、工業、農業分別占5%、10%、85%。其中，被列為西線工程受水區的上中游六省(區)是流域節水的重點區域，毛節水潛力約為21億m3，凈節水潛力約為16億m3。
3．4農業用水節轉潛力及轉讓可行性
經分析，50%降雨頻率下，黃河流域現狀種植結構滿足作物生長需求的平均經濟灌溉凈定額為2850m3/hm2。青海、甘肅、寧夏、山東4個省(區)現狀實際凈灌溉定額大于作物經濟灌溉凈定額，在減少凈灌溉定額方面尚有潛力;內蒙古、陜西、山西、河南4個省(區)現狀實際凈灌溉定額均小于作物經濟灌溉凈定額，均為灌溉水虧缺。黃河流域農業節轉潛力約為10億m3，其中上中游六省(區)農業節轉潛力約為9億m3。農業節轉潛力是農業節約下來的水量中能轉讓給其他行業的部分，需要結合水權轉讓來實現［12］。黃河“八七”分水方案限定了沿黃省(區)用水指標［8］，但分配水量難以滿足各省(區)經濟社會發展需求，近20a來經常出現超指標耗水問題，見圖1。無法獲得足夠的引黃用水指標，因此多個省(區)新的引黃用水項目無法落地實施。農田灌溉用水量占全河總用水量的63．8%(見圖2)，將農業節水量轉讓給其他行業是緩解黃河流域缺水問題的一種可能途徑。黃河流域管理機構按照“節水、壓超、轉讓、增效”“可計量、可考核、可控制”的原則，從供給側著手，鼓勵開展水權轉讓，培育水市場。結合黃河流域寧夏和內蒙古水權轉讓實踐，分析農業節轉水量轉讓實施的可行性。寧夏和內蒙古從2003年開始開展水權轉讓試點工作，由新增工業項目出資開展灌區節水工程改造，將灌區輸水損失水量節約下來有償轉讓給工業企業，轉讓期一般為25a，以實現在不增加引黃水量的前提下，滿足新增工業用水需求。寧夏水權轉讓試點采取企業出資“點對點”實施灌區節水改造，截至2019年共批復實施水權轉讓節水改造工程24項，集中在青銅峽灌區，累計轉讓黃河水量1．92億m3。內蒙古水權轉讓主要采取“政府推動、整片推進、企業出資”的方式，主要涉及鄂爾多斯南岸灌區、包頭鐙口灌區和巴彥淖爾河套灌區，截至2019年累計轉讓水量3．28億m3，支持了58個工業項目用水。雖然近20a來，上游用水量沒有明顯增加(受初始水權限制)，但GDP維持了較高增長速率，究其原因是挖掘了節水潛力。雖然水權轉讓項目推動了農業節水改造，并保障了部分新建工業項目的用水需求，促進了區域經濟發展，但是在實際操作中出現了諸多問題。首先，節水工程建設周期長、轉讓水量少且投資大，導致工業企業購買意愿不強烈;其次，田間高效節水使灌溉過程變得復雜，但沒有給農民帶來直接收益，導致農民出讓水權積極性不高;第三，部分節水工程建設期間節省下的水量被用于擴耕，導致可用于轉讓的水量減少［14，23］。因此，在缺少嚴格的監管機制和足夠的經濟效益的情況下，未來很難高效地將農業節水量轉讓給其他行業。
3．5節水對解決黃河流域缺水問題的作用
國務院批復實施的《黃河流域綜合規劃(2012—2030年)》預測了在南水北調西線一期工程未生效的情景下2030年黃河流域及各省(區)缺水情況［24］:正常來水年，預測黃河流域缺水量104．15億m3，其中上中游六省(區)缺水96．39億m3，占全流域缺水量的92．5%;中等枯水年，預測黃河流域缺水量153．10億m3;特枯水年，預測黃河流域缺水量220．29億m3。南水北調西線一期工程生效前正常來水年份，2030年西線工程受水區青海、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西缺水量分別為7．23億、19．06億、22．25億、18．08億、24．29億、5．48億m3，西線工程非受水區四川、河南、山東缺水量分別為0．01億、3．01億、4．74億m3。黃河流域節水潛力遠低于未來的缺水量，依靠節水難以解決黃河流域資源性缺水問題。推廣高效節水措施是進一步挖掘節水潛力的重要途徑。黃河含沙量大，利用黃河水進行噴灌、微灌時必須進行泥沙處理，目前主要采用沉淀池沉降，處理效率低、運行成本高，限制了滴灌、微灌等高效節水措施的大面積推廣，使黃河流域大部分地區農業節水以渠系防滲與配套工程措施為主。黃河流域河套灌區、汾渭平原等屬全國糧食主產區，農業以大田種植業為主，主要種植小麥、玉米等糧食作物，經濟價值較低，農民對高效節水措施的經濟承受能力弱，而國家糧食安全決定了短期內黃河流域種植結構不可能調整為以水果、蔬菜等經濟價值高、適合高效節水技術的作物為主，高效節水措施未來在黃河流域的發展受限。此外，黃河上中游地區生態環境脆弱，大力推行節水灌溉會導致地下水補給量減少，進而引起綠洲退化、沙漠擴張。黃河流域生態本底脆弱，同時又是重要的經濟地帶和糧食主產區，水資源供需矛盾嚴峻，沿黃各省(區)經濟社會高質量發展受限，生態水量不足問題長期存在。流域節水已經達到國內較高水平，考慮生態保護、灌區特征、糧食安全、能源安全等因素，未來節水潛力有限，難以通過節水解決缺水問題。隨著黃河流域生態保護和高質量發展、國家水網工程等戰略的實施，未來需要通過南水北調西線工程等跨流域調水工程增加黃河可供水量，從根本上解決黃河流域缺水問題。
4結論
通過研究南水北調西線工程受水區節水潛力，分析了節水對解決黃河流域缺水問題的作用，得到以下結論:黃河流域現狀用水效率總體高于全國平均水平，但與國內最高水平相比仍有一定差距;與2035年節水控制指標目標值相比，現狀城鎮供水管網漏損率目標的完成度為75．2%，工業供水管網漏損率目標的完成度為73．2%，工業用水重復利用率和灌溉水利用系數已接近目標值;黃河流域節水潛力集中于農業和上中游地區，黃河流域毛節水潛力約為25億m3，其中農業占84%、上中游六省(區)占84%，凈節水潛力約為19億m3，其中農業占85%、上中游六省(區)占84%;黃河流域節水潛力遠低于缺水量，且農業節水量轉讓給其他行業存在諸多困難，由于泥沙問題使得高效節水措施推廣受限，因此節水只是緩解局部缺水問題的措施，未來需要通過南水北調西線工程等跨流域調水工程解決黃河流域資源性缺水問題。
參考文獻:
［3］賈紹鳳，梁媛，張士鋒．黃河流域天然徑流量評價探討［J］．水資源保護，2022，38(4):33－38，55．
［4］張金良，曹智偉，金鑫，等．黃河流域發展質量綜合評估研究［J］．水利學報，2021，52(8):917－926．
［5］張建云，賀瑞敏，齊晶，等．關于中國北方水資源問題的再認識［J］．水科學進展，2013，24(3):303－310．
［6］尚文繡，彭少明，王煜，等．缺水流域用水競爭與協作關系:以黃河流域為例［J］．水科學進展，2020，31(6):897－907．
［7］王煜，尚文繡，彭少明．基于水庫群預報調度的黃河流域干旱應對系統［J］．水科學進展，2019，30(2):175－185．
［8］王煜，彭少明，鄭小康，等．黃河“八七”分水方案的適應性評價與提升策略［J］．水科學進展，2019，30(5):632－642．
［9］牛玉國，王煜，李永強，等．黃河流域生態保護和高質量發展水安全保障布局和措施研究［J］．人民黃河，2021，43(8):1－6．
［10］白濤，劉東，李江，等．基于節水優先和工程布局調整的塔里木河流域節水潛力［J］．水科學進展，2022，33(4):614－626．
［11］王釔霏，許朗．黃河流域農業節水與生態環境耦合協調特征［J］．人民黃河，2022，44(4):145－151，160．
［12］張成，殷會娟．黃河流域農業節水水權交易未來發展思路探討［J］．人民黃河，2016，38(11):62－64，79．
［13］李潔，修長百，邢霞．黃河流域農戶環境責任感對其節水技術采納行為的影響:基于有調節的中介效應分析［J］．干旱區資源與環境，2022，36(11):49－55．
［14］谷紅梅，張培雯，來和鑫，等．黃河流域農業節水綠色信用體系研究［J］．節水灌溉，2021(6):53－57，63．
［15］王軍濤，李根東，宋常吉，等．黃河灌區高效節水灌溉發展對策與建議［J］．灌溉排水學報，2021，40(增刊2):111－114．
［16］崔永正，劉濤．黃河流域農業用水效率測度及其節水潛力分析［J］．節水灌溉，2021(1):100－103．
［17］高向龍，石輝，黨小虎．基于投入產出模型的黃河“幾字彎”城市群用水特征與節水關鍵區域［J］．生態學報，2022，42(24):10150－10163．
［18］張建云，張成鳳，鮑振鑫，等．黃淮海流域植被覆蓋變化對徑流的影響［J］．水科學進展，2021，32(6):813－823．
［20］張建云，王國慶，金君良，等．1956—2018年中國江河徑流演變及其變化特征［J］．水科學進展，2020，31(2):153－161．
［21］趙勇，王浩，馬浩，等．中國“雙T”型水網經濟格局建設構想［J］．水利學報，2022，53(11):1271－1279，1290．
［23］陳杰，許朗，吳東立．華北平原節水技術、灌溉用水量反彈效應與地區異質性:基于Malmquist和LMDI指數分析［J］．自然資源學報，2022，37(8):2181－2194．
［24］水利部黃河水利委員會．黃河流域綜合規劃(2012—2030年)［M］．鄭州:黃河水利出版社，2013:114－115．
作者:楊立彬 崔長勇 賀麗媛 尚文繡 單位:黃河勘測規劃設計研究院有限公司 水利部黃河流域水治理與水安全重點實驗室 黃河實驗室