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中国水利水电科学研究院实施最严格水资源红线要求约束煤炭开发利用执行摘要中国煤控项目2014/12中国煤炭消费总量控制方案和政策研究 实施最严格水资源红线要求 约束煤炭开发利用 执行摘要 （本报告属于课题组学术研究， 不代表所在单位观点 ） 中国水利水电科学研究院 2014 年 12 月 煤炭总量控制的水资源协同效应研究 1 煤炭总量控制的水资源协同效应研究 一 、 研究背景 中国的经济发展取得了举世瞩目的成就， 2012 年中国已经成为世界第二大经济体。中国的能源开发和利用，尤其是以煤炭为主的能源供应，支撑了经济的高速发展 ， 与此同时，中国也面临着严峻的资源及环境挑战 。 能源开发利用结构转型是 使中国经济步入高效率、低污染、高产出的可持续发展之路的重要途径，而煤炭是能源转型的关键 因素。实施煤炭消费总量控制是煤炭产业可持续发 展的重要 问题 ， 必须建立和实施综合的、全方位的、纵深的煤炭消费总量控制的解决方案和实施手段。 煤炭 消费全 过程与水资源紧密相关，水资源 不仅受到煤炭消费全过程的显著影响，同时也 是煤炭消费总量控制的重要制约因素。 因此，研究 中国煤炭消费对水资源的影响机理 及影响程度， 以及区域煤炭消费总量规模在水资源强约束下的反馈响应 ，可以为制定国家及区域煤炭消费总量控制方案并评估其在水资源层面的成本和效益提供科学依据和技术支撑 ， 具有十分重要的意义 。 本 课题 基于全国及部分重点煤炭 基地 ，从煤炭消费的开采、运输、转化、利用等全过程出发，通过对取水、用 水、排水等各个环节的研究，结合最严格水资源管理制度的要求， 分析煤炭消费全过程对水资源的影响以及水资源对全国及区域煤炭开发利用的约束，同时对煤炭消费总量控制方案下的水资源协同效应给出定性描述与定量分析 。 二 、 研究 区域 在综合开采地质条件、主体采煤技术、实际灾害状况、市场供给能力和行政区划等因素考虑下，将全国煤炭生产及消费区域划分成晋陕宁蒙甘区、华东区、东北区、华南区和新青藏区等五大区域 ，如图 1。其中 ,晋陕蒙宁甘区包含山西、陕西、内蒙古、宁夏和甘肃五省区；华东区包含河北、山东、安徽、江苏、江西、福建和河南等 七个 产煤省，以及北京、天津、上海和浙江等 四个 非产煤省市；东北区包含辽宁、吉林、黑龙江三 个 省；华南区包含湖北、湖南、广西、云南、贵煤炭总量控制的水资源协同效应研究 2 州、四川和重庆等 七个 产煤省市，以及广东和海南等 两个 非产煤省；新青藏区包括新疆、青海和西藏 三个省区 。 根据煤炭工业发展“十二五”规划，“十二五”期间重点建设 14 个大型煤炭基地，包括晋东、晋中、晋北、陕北、黄陇、宁东、神东、蒙东、新疆、冀中、鲁西、河南、两淮和云贵， 涉及 65 个 地市 ，在我国煤炭开发利用中占有重要地位，如图 2。 课题主要基于全国五大煤炭生产及消费区域以及大型煤炭基地进行研究 和分析。 图 1 全国五大 煤炭生产及消费 区域划分 图 2 全国大型煤炭基地分布 煤炭总量控制的水资源协同效应研究 3 三 、 煤炭消费全过程对水资源的影响 1.煤炭资源与水资源分布特点 中国 煤炭资源和水资源呈逆向分布特点 。 煤炭资源储量西多东少、北丰南贫 ，大型煤炭基地主要集中在北部和西南地区，如图 2。 水资源分布 则是 南多北少 ，如图 3。 北方地区水资源开发利用程度远高于南方 ，如图 4。 图 3 全国 降水量分布 情况 图 4 全国 水资源开发利用情况 煤炭总量控制的水资源协同效应研究 4 大部分重点煤炭基地处于水资源供需矛盾较为突出的地区，水资源已经对煤炭基地的 生产 建设产生了严重制约 ，如图 5。 全国 14 个大型煤炭基地，除云贵基地、两准基地、蒙东基地水资源相对丰富外，其余基地都存在不同程度的缺水。其中，晋陕蒙宁 甘 等地区水资源供需矛盾十分突出， 原煤 产量 超过 全国 总 产量的 60%，而水资源占有量 仅占 全国总量的 4.8%；部分地区煤炭开采洗选用水量超过了区域工业用水总量的 50%，这 对缺水地区水资源供需形势产生了较大的影响。 煤炭 转化利用相关的火电及煤化工等高耗水行业持续发展，其 对水资源的需求难以满足， 往往 只能挤占生态环境用水， 相应的 取用排水过程 也 对区域水资源和水环境形势带来了严重挑战。 图 5 全国各区域原煤产量与水资源状况对比 2.煤炭开采洗选及转化利用对水资源的影响 煤炭开采 过程直接破坏 了地下水含水层结构 ，改变了地下水含水层的补给、径流、排泄方式 ，影响了地下 水含水层 的水循环 条件；同时， 煤炭开采过程中在采空区上覆岩层及其周边区域形成了垮落带、断裂带和弯曲带，引起土地塌陷和土壤沙化，改变了区域下垫面条件，影响了地表水入渗 、 产流过程 以及地表水与地下水的交换条件，从而对区域的水循环条件产生了重大影响。 此外，不间断、大规模采煤引起的地面塌陷、地下水漏斗以及水污染等，对区域水资源造成极大的破坏 。 煤炭运输过程中，由于运输条件限制，煤炭飞扬造成周围环境的污染，同时也带来了地表水以及地下水环境的污染； 煤炭开采 及转化利用 过程中的 矿坑水以及 废污水排放对区域水环境产生了严重影响，造成局部地区 地表水与地下水煤炭总量控制的水资源协同效应研究 5 环境恶化。 据测算， 2010 年全国矿坑涌水总量达到 61 亿 m3，虽然只占全国地下水资源量的 0.7%，但是在局部地区，矿坑涌水量高达地下水利用量的 77.6%，影响了地下水 的良性循环；另一方面， 全国 矿井水利用率尚不足 60%，矿井水利用量 约为 36 亿 m3， 造成了地下水资源的流失和浪费， 矿井水利用量和利用率最大的均为华北地区 ，如图 6。 图 6 2010 年全国及各地区 矿井涌水 总量及利用量 在煤炭转化利用方面， 煤炭消费下游产业链的不合理布局造成 用水竞争加剧，使得缺水地区的水资源供需矛盾更加突出。煤炭消费下游产业链十分丰富，其规划布局和发展与水资源关系紧密。一方面，煤炭下游产业的发展需要水资源的支撑保障；另一方面，局部地区煤炭相关产业的快速发展超出了区域水资源承载能力，加剧了缺水地区的水资源供需矛盾。从全国来看，在煤炭生产和消费结构中占较大比例的相关行业，其在水消费以及工业废污水排放中也 占有重要地位，煤炭消费相关产业链对区域水资源和水环境的影响巨大，特别是 电力、热力的生产和供应业，石油加工、炼焦及核燃料加工业 ， 黑色金属冶炼及压延加工业 ， 煤炭开采和洗选业 ， 非金属矿物制品业 ， 化学原料及化学制品制造业等 ，如图 7。 煤炭总量控制的水资源协同效应研究 6 图 7 全国各行业煤炭消费量、水消费量及工业废水排放量占比 在煤炭储量丰富、产量较大的地区，煤炭生产和消费相关行业被视为区域支柱产业而加以大力扶持，煤炭消费下游产业链的发展规划容易忽视区域水资源承载能力的约束。而煤炭消费相关行业往往属于高耗水、高污染和高排放产业，在经济利益的驱使下 ，只能通过挤占生态环境需水满足其发展需求。这对当地的水资源和水环境状况无疑是雪上加霜，引起了水资源及生态环境恶化的连锁反应。 四 、 水资源对煤炭开发利用的约束 1.当前水资源 相关 政策及整体形势 随着工业化、城镇化深入发展和全球气候变化影响，我国水资源、水生态、水环境面临更加严峻的形势。为此， 2011 年，中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定（中发 20111 号）做出了在我国“实行最严格的水资源管理制度”的决定，要确立水资源开发利用控制、用水效率控制和水功能区限制纳污“三条红线”。 2012 年，国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见（国发20123 号）又进一步对“三条红线”管理与保障措施提出了具体要求，正式确定了各规划水平年（ 2015、 2020、 2030）的全国用水总量、万元工业增加 值用水量、农田灌溉水有效利用系数和水功能区水质达标率等四项具体控制指标。 2012 年，中共第十八次代表大会报告中指出，建设生态文明，是关系人民福祉、关乎民族未来的长远大计。面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把煤炭总量控制的水资源协同效应研究 7 生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。 2014 年， 习近平总书记提出了关于“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，赋予了新时期治水 的新内涵、新要求、新任务 。水资源的合理开发、高效利用和节约保护被提升到了新的高度，以实现 经济社会和资源环境 的 可持续 发展 ，对当前水资源管理和保护具有重要意义。 全国 各省区不同水平年用水总量控制指标变化如图 8 所示。分析可知，甘肃、安徽、广东等省区的 2020 年用水总量控制指标较 2015 年将有所下降，相关省市区在未来一段时间内的用水节水压力较大 ；其余大部分省市区的用水总量控制指标增量也极为有限，“ 以水定城、以水定地、以水定人、以水定产 ”是未来经济社会发展的必然要求 。 需要说明的是，上述用水总量中不仅包括工业用水，还包括生活用水、农业用水以及生态环境补水。因此，用水总量控制指标的实现不仅与煤炭开采洗选及转化利用等工业用水节水有关，还在很大程度上受到农业节水、生活用水等的影响。 图 8 全国各省区用水总量余量及不同水平年控制指标变化 此外，在严峻的水资源形势下，基于水资源的合理产业规划受到越来越多的重视，特别是在水资源紧缺地区，为此水利部大力推进规划水资源论证。水利部 于 2013 年开展了宁东煤电基地科学开发规划，西咸新区、贵安新区总体规划水资源论证， 并 印发了关于做好大型煤 电基地开发规划水资源论证工作的意见，煤炭总量控制的水资源协同效应研究 8 明确 了 大型煤电基地规划水资源论证的相关管理要求和 技术政策。 2. 煤炭消费的水资源红线 煤炭消费相关行业的用水总量控制红线指标测算，首先以全国用水总量和用水效率的约束指标为依据，测算了工业用水总量控制红线指标 ； 然后基于现状统计数据以及工业用水总量控制红线 ，考虑不同行业节水潜力以及发展需求，在节水技术应用和行业合理布局的条件下，综合确定煤 炭开采洗选和转化利用各部门在各水平年的用水总量约束，结果如图 9（ 2010 年为实际用水量） 。 本课题主要考虑的煤炭消费重点行业包括煤炭开采洗选业、钢铁、水泥、建筑、电力、焦炭、现代煤化工以及 其他（主要是造纸和 纺织业 ） 等。 图 9 全国各水平年煤炭消费用水总量控制红线 可以看到，全国用水总量控制红线指标在 2015 年、 2020 年和 2030 年逐步升高，反映出经济社会发展对于水资源的需求在不断增加。煤炭消费各部门用水总量控制红线近期内呈现出逐步升高趋势，预计于 2020 年达到峰值 746.98 亿m3，较 2010 年现状用水量增加了 69.66 亿 m3，增长幅度为 10.3%，低于同期全国用水总量红线增幅 11.3%。 在 2020 年之后， 煤 炭消费各部门用水总量控制红线基本呈下降趋势，一方面是由于行业发展速度的减缓，另一方面是节水水平不断提高的 结果 。 3.水资源约束下的煤炭消费规模