中美均面臨水、能源、糧食三者沖突

詹貽琛 吳嵐

日漸稀缺的淡水資源、變化不定的糧食供給和日益旺盛的能源需求，這三者的相互沖突正擾亂著世界經(jīng)濟格局、政府運作以及環(huán)境健康。

水資源、糧食、能源三者之間的關系非常復雜。與食物和能源不同，我們無法輕而易舉地創(chuàng)造淡水資源。同時，糧食生產需要水和能源，水和能源又日漸相互依賴。這是因為，幾乎任何一種形式的能源生產都需要水，其中煤炭是需水最多的——從供應鏈上游的煤炭開采和洗滌，到下游的發(fā)電廠冷卻和煤灰控制。如果控制不好，煤炭發(fā)電廠的排放物不僅會污染空氣、導致酸雨，還會破壞水生態(tài)系統(tǒng)。相反，水資源利用的每個步驟都需要能源，為抽水、運水、水處理和水循環(huán)設備提供動力。

雖然能源與水資源之間關系密切，但是大多數(shù)國家都無法協(xié)調兩種資源的政策管理以及數(shù)據(jù)采集。結果，水資源和能源的發(fā)展瓶頸頻現(xiàn)。

美國伍德羅威爾遜國際學者中心的中國環(huán)境論壇和密歇根州的藍圈組織合作，力圖理解中美兩國各自土地上水資源和能源密不可分、錯綜復雜的關系。中美是世界上最大的能源生產國和消費國，而且，兩國的“資源足跡”和“能源足跡”都在不斷增長。

水在能源生產中的價值

在水資源-能源-糧食三者的關系鏈條中，最核心的是水資源。

中國的淡水資源儲量位列世界第五，但人均淡水資源只有世界平均水平的四分之一。中國的農業(yè)用水、能源用水、城市和工業(yè)用水都在急劇增加，加上干旱氣候的影響，中國的水資源儲量正不斷下降。中國水利部2013年3月發(fā)布的報告顯示，過去60年間，全國有23000條河流已經(jīng)干涸。

中國的能源生產和糧食生產高度依賴水資源。但是，中國大部分水資源分布在多雨的南方地區(qū)，而煤炭和谷物生產地集中在干旱的北方。例如，內蒙古占全國煤炭產量的26%，水資源只占全國的1.6%。這種地理空間上的錯配，是中國水資源短缺的核心問題之一。中國20%的水資源用于煤炭發(fā)電，另外65%用于農業(yè)。

在美國，核電站和燃煤電廠的取水量超過全美40%的淡水資源。2007年，在喬治亞州、阿拉巴馬州、佛羅里達州的嚴重干旱，幾乎導致20座核電站和煤電站停止運營。

中國城市的霧霾日益加重，天然氣、頁巖氣和合成天然氣的開發(fā)日漸緊迫。2013年9月，中國政府發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》，呼吁增加煤制合成天然氣的使用。合成天然氣可能會減少空氣污染，但是其生產過程卻要消耗大量的水資源。

為減少中國對煤炭的嚴重依賴，頁巖氣被寄予厚望。中國擁有全球可開采頁巖氣儲量的19%。但是，四川盆地和新疆塔里木盆地的頁巖氣開發(fā)卻可能嚴重破壞當?shù)氐乃Y源。對于頁巖氣水壓致裂法的整體趨勢，桑迪亞國家實驗室的文森特·蒂德韋爾表示，打一口頁巖氣井大概需要2百萬至5百萬加侖水，而每一區(qū)塊里大概都會有上千口井。在美國，頁巖氣開發(fā)導致的水污染引人擔憂。例如，在特拉華州的河谷盆地，當?shù)鼐用駥︼嬘盟踩屯恋赝嘶膿鷳n直接導致當?shù)氐捻搸r氣開發(fā)項目擱置。美國聯(lián)邦和州政府已經(jīng)開始立法監(jiān)管頁巖氣開發(fā)對水資源的破壞問題。同樣，中國在大規(guī)模開發(fā)頁巖氣之前，也亟需制定類似的法律法規(guī)。

水資源利用中的能源投入

中國對水生產過程中的能源利用研究較少，而中央近幾年落實的南水北調工程以及海水淡化工程卻恰恰是以電取水的最好例證。

據(jù)我們了解，中國并未公布南水北調工程中有關抽水、水處理和運輸水等能源消耗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。但是，僅僅承擔該工程東線的水處理負荷就需要建造426個污水處理廠，占東線工程50億美元投資額的44%。這突出說明了污水處理過程中的能源消耗問題。污水處理的電費開支也成為中國地方政府財政支出的重要方面。

與一些中東國家類似，海水淡化是中國走出水資源困境的另一個關鍵戰(zhàn)略。最近，中國在海水淡化方面也投入了大量資金，并計劃在2015年前將海水淡化能力提升三倍。但中國是否有足夠的電力支持海水淡化將是一個巨大的問號。

在美國，13%的能源消耗是用于水的轉移、處理和淡化。加利福尼亞州的水系統(tǒng)用電最多，消耗了加州19%的電力，其中的用電大戶是加利福尼亞州水利工程。這一綿延200公里的調水工程每年將74億立方米的水從北方運輸至南方，以供應洛杉磯的城市用水，并且在雨量很少時保證農業(yè)用水。這是世界上規(guī)模最大的運水工程，消耗了整個州2%-3%的電力資源。有意思的是，在加州，海水淡化可能比調水更便宜。

太平洋研究所的海瑟·庫利認為，雖然大量能源被利用在水資源運輸上，但在家庭、工業(yè)和商業(yè)中，80%-90%的能源是用在對水的加熱、抽取和處理上。她解釋，打開一個水龍頭五分鐘消耗的能源，相當于一個60瓦燈泡亮14個小時。所以，需求側管理可以讓美國各州在減少水資源的能源投入中事半功倍。以成本效益分析來對比水資源節(jié)約以及調水、海水淡化的基礎建設投資可以成為中美兩國學者未來合作的重要方向。

糧食生產過程中的能源和水資源投入

中國需要在2030年前增加30%的糧食產量，才能保證全國人民的溫飽。為此，中國需要使用更多的能源抽取地下水或地表水，以滿足農業(yè)灌溉。目前，中國是世界上灌溉用水第二大消費國，位列印度之后、美國之前。農業(yè)用水占全國總用水量的62%。

由于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，中國農業(yè)的用水比例由1949年的87%下降到2009年的62%。農民依靠地下水維持農業(yè)灌溉，1950年以來，中國地下水資源開采激增。從1978年到2003年，中國地下水井數(shù)量翻倍。在河北中部和南部平原地區(qū)的地下水不合理開采已導致地下水位平均下降7.4米。隨著地下水資源日益匱乏，農民需要消耗更多的能源，才能從更深的含水層中取水。

理順水資源、能源、糧食的關系

將水資源、能源、糧食三者統(tǒng)籌結合，似乎給中國未來的發(fā)展蒙上一層陰影。但只要提高水資源利用效率，大力提倡節(jié)約能源，這種聯(lián)系也意味著發(fā)展機會。我們建議，有兩個問題需要優(yōu)先解決：

加強對水資源和能源的需求側管理。在水資源和能源的供應端，中國投入了大量的資金和技術。但加強資源需求側的管理，強調節(jié)約，減少消費，將會事半功倍。大力宣傳能源節(jié)約理念，提高公眾在這方面的認知度，將是非常有效的管理方式。中國政府應制定相應的節(jié)約標準和行動準則，激勵節(jié)水節(jié)能。

在美國，加利福尼亞州對住宅、工業(yè)和商業(yè)等領域的洗浴噴頭、馬桶和其他電器等規(guī)定了最大水流量；用滾筒洗衣機替代波輪洗衣機，也能節(jié)約大量生活用水。

實施水資源與能源的綜合管理。從2006年開始，美國能源部的圣地亞國家實驗室建立了一個研究聯(lián)盟，以研究并起草全國性的水資源—能源路線圖。能源部提出，未來能源領域的政策、規(guī)定和投資都需考慮水資源因素。德克薩斯電力持續(xù)委員會（ERCOT）管理著2300萬德州人的供電，他們把負責能源生產和水資源管理的有關部門和企業(yè)召集起來，通過統(tǒng)籌該州西部地區(qū)1200個分水嶺，共同研究決定在何處建設新的發(fā)電站。中國政策制定者也應考慮類似的跨部門合作。

隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市人口相應增加，對水、能源和糧食的需求與日俱增。實施正確的政策，為城市基礎設施和水資源—能源的綜合管理打下牢固基礎將至關重要。雖然挑戰(zhàn)巨大，但是中國政府可以借鑒美國在水資源—能源綜合發(fā)展中的經(jīng)驗和教訓，要勇于承擔風險，進行技術革新，制定新政策，以適應迅速變化的國情。

（詹貽琛是美國華盛頓伍德羅威爾遜國際學者中心中國環(huán)境論壇助理，吳嵐 是該論壇主任。《中國經(jīng)濟報告》編輯王藝璇譯）