南水北调中线受水区2001-2023年

水资源量及用水量变化分析

刘万新 刘洋 王瑶

南水北调东、中线工程自2014年底建成通水后，持续为北京市、天津市、河北省、山东省、河南省等省市城市供水，截至2024年5月，已累计供水720亿m3，直接受益人口超过1.76亿人，在经济社会发展和生态修复保护方面发挥了重要作用[1]。自2002年国务院批复《南水北调工程总体规划》以来，我国经济总量、产业结构、城镇化水平显著提升[2-4]，京津冀协同发展等区域重大战略相继实施，南水北调后续工程建设与水资源配置面临新形势和新要求[5-8]。为推进南水北调后续工程高质量发展，提高水资源集约节约利用水平，更好地贯彻“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，亟须开展南水北调受水区用水趋势变化相关研究。

京津冀在我国经济社会发展中占据重要地位，也是南水北调中线工程的主要受水区，其多年平均受水量占中线工程总调水量的60%以上。本文以京津冀地区为研究对象，采用Mann-Kendall（M-K）趋势检验方法和Spearman秩次检验方法分析京津冀及海河流域2001-2023年的水资源量及用水量变化趋势及影响用水量变化的主要社会经济因子，并探究用水量变化的主要原因，以期为南水北调后续工程科学决策以及京津冀协同高质量发展提供参考。

一、研究方法

（一）数据来源及分析方法

本文基于海河流域及京津冀三省市2001-2023年的水资源量、用水量数据开展趋势分析，结合气象、经济、社会资料探究用水量变化主要原因。研究数据来源于中国水资源公报、海河流域水资源公报和京津冀三省市水资源公报与统计年鉴。本文采用M-K趋势检验方法[9-12]分析水资源量及用水量的变化趋势，采用Spearman秩次检验方法[13-16]分析用水量变化与主要社会经济因子的相关性，M-K趋势检验的显著性水平定为0.05。

（二）用水量相关性分析影响因子选取

分别从农业、工业和生活用水三方面选取理论上与用水量有关联且易于从统计年鉴获取的气象、社会、经济指标，同时参考相关文献的分析结果作为补充[17-19]，最终确定用于相关性分析的影响因子如表1所示。本文未对生态环境用水展开相关性分析，因研究区生态环境用水大部分用于河湖生态补水，较难与生产、社会、经济等指标建立联系。以北京市为例，2023年北京市生态环境用水为16.36亿m3，而其中94.3%即15.42亿m3直接用于河湖生态补水。  

表1 相关性分析的影响因子

注:本文工业企业均指规模以上工业企业。

二、结果与分析

（一）水资源量变化

海河流域2001-2023年水资源总量与地表水资源量均波动上升，且上升趋势显著(图1)。海河流域2022-2023年年均水资源总量为410.29亿m3，年均地表水资源量为223.87亿m3，水资源总量与地表水资源量相比2001-2004年的平均水平分别增长了67.8%和112.4%。2021年海河流域发生了罕见的夏秋连汛[20]，水资源总量达到734.77亿m3。海河流域2001-2023年地下水资源量虽也表现出一定上升趋势，但趋势不显著，未通过M-K检验。

与海河流域结果类似，京津冀三省市的水资源总量和地表水资源量均表现出显著上升趋势。在地下水资源量方面，河北省2001-2023年无显著变化趋势，这一结果与海河流域一致。但是，北京和天津地下水资源量均有显著上升趋势，M-K检验统计量Z值分别达到3.33和3.05。

（二）用水量变化分析

海河流域的总用水量在2001-2023年趋于下降（图2），2023年海河流域的总用水量相比2001年减少了5%。但是，海河流域总用水量的下降趋势不显著，未通过M-K检验。在用水结构方面，海河流域的农业和工业用水均有显著下降趋势。海河流域2001年至2023年农业用水减少了33.5%，工业用水减少了36.8%。相反，海河流域的生态环境和生活用水均有上升趋势，且上升趋势显著。与2001年相比，2023年海河流域的生活用水增加了37.5%；海河流域2003-2023年生态环境用水由1.9亿m3增长为77.0亿m3。

与海河流域相反，北京市和天津市2001-2023年总用水量有显著增加趋势，且总用水量的增长主要源于生态环境用水的增长。北京市的2001-2023年总用水量由38.93亿m3增长至40.69亿m3，其中生态环境用水增长了16.16亿m3；天津市的总用水量由19.14亿m3增长至32.72亿m3，其中生态环境用水增长约11.16亿m3；到2023年北京市和天津市的生态环境用水均超过生活用水。北京市2001-2023年的农业用水、工业用水基本单调递减，减少趋势显著，而生活用水则基本单调递增，且增加趋势显著。天津市在2001-2023年农业用水呈现先增加、后减少的变化特征，但整体趋势仍显著减少。天津市2001-2005年农业用水由9.97亿m3快速增长至13.78亿m3，至2023年又缓慢减少至9.40亿m3。天津市工业用水在近年的变化较小，无显著趋势。天津市2001-2023年的生活用水也基本单调递增，增加趋势显著。

南水进京，北京市的水环境得到极大改善（摄影：李婕）

河北省用水量变化趋势与海河流域基本一致。河北省2001-2023年总用水量由221.24亿m3减少至186.25亿m3，减少了15.7%，减少趋势显著。河北省总用水量的减少主要源于农业用水量的减少，河北省2001-2023年农业用水量由161.23亿m3减少至100.69亿m3，减少了60.54亿m3。在其他用水组成上，河北省2001-2023年工业用水有显著减少趋势，而生态环境用水则显著增加。

图2 海河流域及京津冀2001-2023年用水量变化

（三）用水变化原因分析

1.北京市

北京市农业用水与第一产业GDP占比、农作物播种面积、肉类产量3个影响因子均呈现极强的正相关关系，Spearman秩相关系数均达到0.9以上（图3（a））。北京市农业用水与水产品产量也呈现较强的正相关关系，Spearman秩相关系数达到0.804，而与造林面积、禽蛋及奶类产量、气象条件的相关性较弱。此外，第一产业GDP占比与农作物播种面积、肉类产量、水产品产量也存在较强的正相关性。

北京市工业用水与第二产业GDP占比、第二产业能源消费总量（以万吨标准煤计算，下同）两个影响因子呈现极强的正相关性，Spearman秩相关系数达到0.9以上（图3（b））。北京市工业用水与工业企业数量也存在较强的正相关关系，Spearman秩相关系数为0.808。同时，第二产业GDP占比、第二产业能源消费总量、工业企业数量这3个影响因子存在较强的自相关性。

北京市生活用水与第三产业GDP占比、常住人口、城镇居民人均可支配收入、建筑业总产值4个影响因子均呈现极强的正相关性，Spearman秩相关系数均达到0.9以上（图3（c））。此外，这4个影响因子彼此之间也表现出极强的正相关性。

图3 北京市2001-2023年农业、工业和生活用水Spearman分析结果

以上分析结果表明，产业结构调整可能是导致北京市2001-2023年用水结构发生变化的主要原因。北京市2001-2023年第一产业和第二产业有明显调整，农作物播种面积、肉类产量、水产品产量、第二产业能源消耗总量、工业企业数量等工农业生产相关指标持续降低，导致农业用水与工业用水减少。例如，与2001年相比，2023年北京市农作物面积减少了67.6%，肉类产量减少了91.5%，第一产业GDP占比也随之由2.4%降低为0.3%（图4（a））。类似地，北京市2001-2023年第二产业能源消耗总量减少了31.1%，第二产业GDP占比也随之由31.2%降低至15.9%（图4（b））。与此同时，北京市常住人口、城市居民人均可支配收入、建筑业及第三产业相互促进、共同增长，导致生活用水量显著增加。相比2001年，2023年北京市常住人口增加了60.2%，建筑业总产值增加了约6倍，GDP第三产业占比由66.4%增加为83.9%（图4（c））。

图4 北京市2001-2022年农业、工业和生活用水及主要社会经济指标变化

2.天津市

天津市农业用水与工业用水的Spearman秩次分析均没有识别出相关性较强的影响因子（图5（a））。天津市农业用水与奶类产量相关性最强，但Spearman秩相关系数仅为0.5980，其次为水产品产量、第一产业GDP占比，Spearman秩相关系数分别为0.4478、0.4421（图5（b））。天津市工业用水仅与第二产业能源消耗总量呈现一定的正相关性，Spearman秩相关系数为0.5356。但是，天津市生活用水与第三产业GDP占比、建筑业企业数量、城市居民人均可支配收入均呈现出较强的正相关性，秩相关系数分别达到0.9108、0.8354、0.8408（图5（c））。

南水北调天津市内配套工程曹庄泵站（摄影：王延）

天津市农业用水、工业用水与各影响因子相关性不强，这可能是农业用水及工业用水变化幅度较小导致的：天津市2001-2023年工业用水无显著变化趋势，农业用水虽有显著减少趋势，但最小年（2019年9.24亿m3）与最大年（2007年14.06亿m3）仅相差34.3%，远小于北京市的农业用水变化（85.6%）。

图5 天津市2001-2023年农业、工业、生活用水Spearman分析结果

以上分析结果表明，天津市2001-2023年奶类及水产品产量变化可能是导致农业用水变化的主要原因。天津市2001-2023年农业用水、奶类产量以及水产品产量都呈现出先增加、后减少的变化特征。天津市2001-2005年奶类产量由24.06万t迅速提升为63.41万t，至2022年又逐渐降低至51.13万t；天津市2001-2014年水产品产量由26.46万t逐渐上升至40.80万t，至2022年又降低至28.12万t（图6（a））。天津市工业用水与几个工业生产相关指标均未表现出明显的相关关系，这可能是因为天津市工业用水在2001-2023年较为稳定，无明显变化趋势，从长期过程来看，天津市工业用水接近于一个常量，故而较难识别天津市工业用水的主要影响因素。天津市生活用水增长的主要原因可能是城镇居民人均可支配收入、建筑业及第三产业的同步增长。天津市2001-2022年城市居民人均可支配收入增加了5倍，建筑业企业数量由420个增长为2719个，第三产业GDP占比由46.6%增加为61.3%（图6（c））。

图6 天津市2001-2022年农业、工业、生活用水及主要社会经济指标变化

3.河北省

河北省农业用水与第一产业GDP占比、农作物播种面积存在较强的正相关关系，Spearman秩相关系数分别为0.9458和0.7335，同时，这两个影响因子之间也存在较强的相关性，Spearman秩相关系数为0.7165（图7（a））。河北省工业用水与第二产业GDP占比、工业企业平均用工人数存在一定的正相关关系，Spearman秩相关系数分别为0.6544和0.5604，而与第二产业能源消费总量相关性不大（图7（b））。河北省生活用水与总人口、城镇居民人均可支配收入、建筑业总产值、第三产业GDP占比均有较强的正相关性，Spearman秩相关系数达到0.80以上（图7（c））。

图7 河北省2001-2023年（a）农业用水、（b）工业用水、（c）生活用水Spearman分析结果

以上分析结果表明，农作物播种面积的减少是河北省近2001-2023年农业用水量显著减少的可能原因之一。2001年河北省农作物播种面积为899.08万hm2，至2022年减少至811.40万hm2，减少约9.75%（图8（a））。河北省2001-2023年工业用水和第二产业GDP占比均有降低趋势，但第二产业GDP占比又与工业能源消费总量、工业企业数量表现出较强的负相关性，即2001-2023年第二产业GDP占比虽然降低，但工业生产相关指标却增长，表明第二产业GDP占比的降低主要源于第三产业的增长，而非工业生产的缩减。这进一步说明，河北省工业用水的显著减少可能主要源于工业企业用水效率的提升[21-22]。与北京市、天津市类似，河北省总人口、城镇居民人均可支配收入、建筑业及第三产业的共同增长应是导致其生活用水显著增加的主要原因（图8（c））。

图8 河北省2001-2022年农业用水、工业用水、生活用水及主要社会经济指标变化

三、结论

一是海河流域及京津冀三省市2001-2023年水资源总量在均有显著上升趋势。

二是海河流域2001-2023年总用水量在有一定减少趋势，但趋势不显著。在用水结构上，海河流域农业用水及工业用水有显著减少趋势，生活用水及生态环境用水有显著增加趋势。

三是北京市2001-2023年总用水量有显著增加趋势，且主要源于生态环境用水量的增加。北京市农业用水及工业用水均显著减少，生活用水显著增加。相关性分析结果表明，北京市用水结构的变化应是产业结构调整造成的。北京市2001-2023年多个工农业生产指标均显著降低,而第三产业、建筑业、人口相关指标同步增长。

四是天津市2001-2023年总用水量在有显著增加趋势，且主要源于生态环境用水量的增加。天津市2001-2023年农业用水在先增加、后减少，整体有显著减少趋势；天津市工业用水无明显变化趋势，生活用水有显著上升趋势。相关性分析结果表明，天津市2001-2023年农业用水的变化可能主要受奶类产量及水产品产量的影响；天津市生活用水的增加主要源于城镇居民收入、建筑业、第三产业的同步增长。

南水北调中线干渠穿越河北省定州市（图源：南水北调中线建管局河北分局）

五是河北省2001-2023年总用水量在有显著减少趋势。在用水结构上，河北省农业和工业用水均显著减少，生活用水及生态环境用水均显著增加。相关性分析结果表明，河北省农业用水量的减少可能主要是农作物播种面积减少导致的；河北省2001-2023年工业生产相关指标没有明显的降低趋势，意味着工业用水的减少可能主要源于工业企业用水效率的提升；河北省生活用水的增加应主要源于人口、城镇居民收入、建筑业和第三产业的同步增长。

注：原文载自《河海大学学报》（双月刊）2025年第5期。