沙特阿拉伯(以下简称沙特)位于中东地区，北纬 16°22'和 32°14'、东经 34°29'和 55°40'之间，属于热带和亚热带沙漠地区，夏季炎热干燥，冬季异常寒冷。沙特的总面积约为 200 万 m2，年人口增长率将近3． 4%。在过去的 40 a 里，人口从 700 万左右增加至 2 700 万左右。随着人口增长，城市化越来越严重。1970 年，城市人口占总人口的 50% 左右;2000 年，增加至 80% 左右。根据世界银行的资料，20 世纪 70 年代至今，沙特的各行各业发生了翻天覆地的变化，居民生活水平也有了很大提高。
这种快速发展模式导致沙特农业用水、生活用水和工业用水空前增加，这样使预测未来 20 a 内水资源可持续产量和总的用水需求量之间的差距具有重要意义。因此分别在乐观、适中和悲观 3 种情景下对沙特的水资源、用水需求和用于水务部门发展的政府策略进行回顾，这 3 种情景可以反映沙特水务部门的发展潜力。通过研究结果可以洞察沙特未来水资源情况，为水资源可持续发展提供支持。
1 水资源状况
沙特处于极端沙漠环境，本身没有任何的天然地表水资源，例如江河或湖泊。2005 年，年人均用水量为 282 m3。根据联合国教科文组织规定的相对缺水指数，该国水资源极度匮乏。目前，其正在利用两种常规水资源和两种非常规水资源来满足日益增长的生活、工业和农业用水需求。常规水资源包括地下水和地表水，非常规水资源包括经过处理的废水和淡化的海水。
地下水是沙特唯一的可靠水源。根据世界银行的资料，地下水含水层系统至少包括 6 个不可再生的含水层，该系统从北部边界向南一直延伸到阿拉伯半岛上的沙漠———空白之地，并向东从中心区延伸到阿拉伯海湾。含水层的水一般是半咸水，总溶解固体量可达 300/百万，甚至超过 10 000/百万。
同位素分析表明，含水层中的不可再生地下水拥有10 000 － 32 000 a 的历史。还有一种可再生的地下水系统，主要包括位于该国西部和西南部地区的浅层潜水冲积含水层。根据世界银行的资料可知，这些含水层通过海岸山脉年度地形降雨的渗透获得补给。海岸山脉大峡谷中存在浅层潜水含水层，位于可再生含水层的水适于饮用，可以作为生活和农业用水。地下水含水层系统的存储量约为 39 580 亿m3，该系统的平均年补给量约为 38． 5亿 m3。年补给量对水资源规划和管理有着深刻的影响，尤其是对一些水资源短缺的国家来说，它代表含水层系统每年可再生、可持续的地下水资源产量。
沙特全国平均年降水量不足 100 mm，只在西南部地区偶尔出现过一次最大年降水量(550 mm)。
平均蒸发率因地区而异，大体上，在东部和西部海岸地区 2 500 mm /a 到该国中心地区 4 500 mm /a 的范围内变化。沙特唯一的地表水体是间歇性的山洪，在每年 11 月到次年 4 月间在西部山区和西南部地区爆发。地表径流量和持续时间由当地降雨模式和地形决定，降雨量在 2 百万 ～2 400 百万 m3/ a 范围内变化。地表水调节大坝的数量从 2004 年 210个增加至 2009 年 302 个，同一阶段大坝总的蓄水能力从 8 亿 m3增加至 13 亿 m3。
根据经济和计划部文件，污水收集和处理系统目前大约覆盖了沙特市区的 42%，计划到 2014 年将其覆盖范围扩充至 60% 左右。对于没有污水处理系统的地区，拟采用化粪池和污水池对废水进行处理。目前，沙特每年产生15 亿 m3左右的废水，而污水处理能力只有 7． 3 亿 m3左右。政府鼓励对处理过的废水进行回用，沙特的许多城市已经开始将处理后的废水广泛应用于市区园林绿化和城市公园灌溉。目前，每年经过处理后的废水中，大约有 2． 4亿 m3用于全国范围内的景观和作物灌溉。
根据阿拉伯淡化水保护局提供的信息，沙特是世界上最大的淡化水生产国。在阿拉伯湾和红海沿岸，淡化水保护局运营了 30 个海水淡化厂。这些海水淡化厂的产量目前已得到显着提高，已经从 1980年的2 亿 m3/ a 左右增加至 2010 年的10． 5 亿 m3/ a。
2010 年，海水淡化的生产成本为 0． 80 美元 / m3。
根据经济和计划部文件，政府已经构建了一个非常有前景的水资源开发计划，作为 2010 ～2014 年间全国第 9 个发展计划的一部分，即计划增加总的地表水水库容量，以期到 2014 年地表水水库容量可以达到 25 亿 m3。这就意味着地表径流的 100% 将予以规范，获取的地表水将用于灌溉。第 9 个发展计划结束后，私人水电生产商将会新建海水淡化厂以增加 10． 2 亿 m3/ a 的额外产量。根据经济和计划部文件精神，计划到 2014 年，使处理过的废水利用量可以增加到 4 亿 m3/ a。
基于沙特的第 9 个发展规划，总结了 2010 年和规划年 2014 年常规水资源和非常规水资源总的可持续产量。其中，2010 年和 2014 年地下水可持续产量均为 38． 5亿 m3/ a，地表水可持续产量分别为13 亿 m3/ a 和 24 亿 m3/ a，常规水资源可持续总产量分别为 51． 5 亿 m3/ a 和 62． 5 亿 m3/ a，处理废水的可持续产量分别为 2． 4 亿 m3/ a 和 4 亿 m3/ a，淡化水可持续产量分别为10． 5 亿 m3/ a 和 20． 7 亿m3/ a，非常规水资源可持续总产量分别为12． 9亿m3/ a 和 24． 7亿 m3/ a，总的水资源可持续产量分别为 64． 4 亿 m3/ a 和 87． 2 亿 m3/ a。根据经济和计划部文件，为了实现这一乐观的目标，沙特计划在2010 ～ 2014 年间投资大约 430 亿美元，用于发展国家水务和水资源。
2 需水情况
在过去的 40 a 里，沙特的各行各业都有了很大发展，人们的生活水平也有了很大提高，但是因此也造成生活、工业和农业用水需求的迅速增长。生活需水从 1970 年 2 亿 m3/ a 增加至 2010 年的 20． 63亿 m3/ a，年增长率为 6% 。2010 年，人均生活用水量为 205 L/d(LCD)。根据世界银行以及经济和计划部资料，往年的平均水平更高，在 260 ～300 LCD之间。沙特的工业部门由需水密集型产业组成，例如石油化工、化肥、矿业、水泥、钢铁以及食品和饮料生产，这些产业在过去的 20 a 里有了突飞猛进的增长。因此，工业需水从 1990 年的 1． 9 亿 m3/ a 增加至 2010 年的 8 亿 m3/ a，年增长率为 7． 5% 。
1974 ～ 2006 年，政府对农业部门加强了补贴力度，以改善农村社区生活水平。政府补贴导致耕地面积大幅度增加，主要用于密集型灌溉作物的种植，例如小麦;灌区面积从 1971 年不足 40 万 hm2增加至 1992 年 162 万 hm2左右。过高的农业用水需求以及由此诱发的地下水资源枯竭问题，使政府部门作出重大决策，决定重新调整农业部门。例如，决定逐步淘汰对小麦等需水密集型作物的种植，因而使总耕地面积从 1992 年的峰值 163 万 hm2下滑至2009 年的 85 万 hm2;总灌溉需水量从 1990 年的峰值 185 亿 m3/ a 下降至 2010 年的 150 亿 m3/ a，下降率为 1． 05%。
根据经济和计划部文件，在 2010 ～2014 年的第9 个发展计划中，政府预测生活需水量的年增长率为 2． 1%。由于政府大力支持将工业作为国家未来经济发展的动力，因此 2010 ～ 2014 年间，工业需水量的年增长率保持在 5． 5%。此外，政府在这个阶段以每年 3． 7% 的速率进一步减少农业需水量。
2010 年，生活、工业和农业用水的需水量分别为20． 63 亿、8 亿、150 亿 m3/ a，需水总量为178． 63亿m3/ a;1990 ～ 2010 年，生活、工业和农业需水量以及需水 总 量 的 平 均 年 增 长 率 分 别 为 6%、7． 5%、－ 1． 05% 和 0． 14% ;2010 ～ 2014 年，生活、工业和农业需水量以及需水总量的计划年增长率分别为2． 1% 、5． 5% 、－ 3． 7% 和 － 2． 6% 。可以看出，在过去 20 a 里，需水总量略有上升。在 2010 ～ 2014 年间，需水总量以每年 2． 6%的速率减少，造成减少的原因，主要是由于乐观地计划以每年 3． 7% 的速率降低农业用水需求。
3 未来情景模拟
2010 年，需水总量大约为178． 63 亿 m3，而全年水资源可持续产量约为 64． 4亿 m3。因此，水资源可持续产量和需水总量之间的差距大约为 115 亿m3。为了预测未来 20 a 内需水总量和水资源可持续产量之间的差距，基于乐观、适中和悲观 3 种假设，开发了 3 种需水方案;同时也预测了未来水资源可持续产量，并对需水方案和可持续水资源产量开发标准进行了详细阐述。
分别计算了 3 种情景下的需水总量和水资源可持续产量之间的差距。在计算过程中，生活需水和工业需水可以通过淡化水和地下水得以满足，农业需水可以通过利用处理后的废水、地表水和地下水得到满足。2010 年被认为是实施方案的第一年，这一年的用水需求和资源产量这些信息可以直接从水电部门获取。
乐观情景是基于 2010 ～ 2014 年沙特发展计划中记录的政府对水务部门制定的发展计划。在该情景中，假设生活和工业需水量分别将以每年 2． 1%和 5． 5%的速率增加，农业需水量将以每年 3． 7%的速率减少。乐观情景之所以称为乐观，是因为它考虑到在过去的 20 a 里，生活、工业和农业需水量的平均增长率分别为 6%、7． 5%和 21． 05%。
适中情景是根据历年人口增长率、生活水平以及未来经济和社会需要制定的。在未来 20 a 里，年人口增长率预计将接近历史值的 3． 4%。目前需水量约为205 LCD，该情景假设人均需水量以每年1%的速率减少，这就需要强化需水管理措施，例如加强公众宣传以倡导节约用水、完善当前水资源关税制度以及增加水资源分配体系的职能。该方案假设工业需水量每年将以 5． 5% 的速率增加，农业需水量将以每年 2%(该速率是历史速率的两倍)的速率减少。
悲观情景是假设过去 20 a 的历年需水趋势将会持续下去，年人口增长率为 3． 4%，需水量为 205LCD。工业用水需求将以历史年增长率 7． 5% 继续增长，农业用水需求将以每年1． 05%的速率下降。
基本上，各部门的需水情况将遵循历史趋势。
结合 2013 年水资源可持续产量、2014 年计划水资源产量和未来发展潜力，包括加强中水回用、提高地表水利用率、扩大淡化水的生产等，对未来水资源产量进行了预测。可持续地下水产量为 38． 5亿m3/ a，而目前地表水产量仅为 13 亿 m3/ a。根据沙特第 9个发展计划，截止 2014 年，地表水产量将逐渐增加至一个极限，即 24 亿 m3/ a。沙特计划将海水淡化厂的生产量从当前的 10． 5亿 m3/ a 逐步提高至 2014年的 20． 7亿 m3/ a。2013 年处理的废水产量为 2 亿m3/ a，到 2014 年将逐步提高至 4 亿 m3/ a。研究假设在 2014 年以后，处理的废水产量的年增长率将为10% ，这一增长将通过对污水收集和处理系统的扩张以及回用产生。目前，占沙特市区 40% 的地区已经拥有污水收集和处理系统。
4 结果和分析
借用 Excel 表格建立和分析了 3 种情景下的不同情况。预测沙特2010，2015，2020，2025 年和2030年的人口分别为27． 6百万、32． 6百万、38． 5百万、45． 5百万和 53． 8百万。2030 年，人口将会增加一倍左右。
2010 年，地下水、地表水、淡化水和处理的废水的供水能力，以及总的供水能力分别为 38． 5亿、13亿、10． 5亿、2 亿 m3/ a 和 64 亿 m3/ a;2015 年，分别为 38． 5亿、24 亿、20． 7 亿、4． 4 亿 m3/ a 和 87． 6 亿m3/ a;2020 年，分别为 38． 5 亿、24 亿、20． 7 亿、7． 09亿 m3/ a 和 90． 29 亿 m3/ a;2025 年，分别为 38． 5亿、24 亿、20． 7 亿、11． 41亿 m3/ a 和 94． 61亿 m3/ a;2030年，分别为38． 5亿、24 亿、20． 7亿、18． 38亿 m3/ a 和101． 58 亿 m3/ a。总产量将从 2010 年 64 亿 m3/ a 增加至 2030 年101． 58亿 m3/ a，引起增长的原因除了地表水产量增加外，还有非常规水资源产量的增加。
乐观情景下，需水预测结果如图 1 所示。图中显示了截止 2030 年的生活、工业和农业需水量。结果表明，需水量呈明显减少的趋势，从 2010 年 180亿 m3/ a 减少至 2030 年 120 亿 m3/ a。造成减少的原因主要是由于每年以 3． 7% 的速率减少了农业需水量，生活需水和工业需水每年分别增加 10 亿 m3和 15 亿 m3。
图 2 显示了适中情景下截止 2030 年的生活、农业和工业需水量。结果表明，需水总量有一定程度的减少，从 2010 年 180 亿 m3/ a 减少至 2030 年 156亿 m3/ a。造成减少的原因主要是由于假设农业需水量每年以 2% 的速率减少，生活和工业需水量在预测期内每年分别增加 12 亿 m3和 15 亿 m3。图 3 显示了悲观情景下截止 2030 年的生活、农业和工业需水量。结果表明，需水总量从 2010 年180 亿 m3/ a 增加至 2030 年 196 亿 m3/ a。引起增长的原因主要是由于生活和工业需水量的显着增加，两者在预测期内每年分别大约增加 20 亿 m3和 25亿 m3，加之农业需水每年以 1% 的速率缓慢下降。
悲观情景可以将历史和当前持续的水资源管理实践转化为未来的潜在结果。
3 种情景下需水总量预测结果如下:
(1) 悲观情景下，2010，2015，2020，2025 年和2030 年的需水总量分别为 178． 62 亿、178． 15 亿 、180． 27 亿、185． 76 亿 m3/ a 和 195． 69 亿 m3/ a;(2) 适中情景下，分别为178． 62亿、169． 23亿、162． 28 亿、157． 93 亿 m3/ a 和 156． 41亿 m3/ a;(3) 乐观情景下，分别为 178． 63 亿、157． 57亿、141． 95 亿、131． 25 亿 m3/ a 和 125． 17 亿 m3/ a。
3 种 情景 都是以 2010 年实际需水量 180 亿图 3 悲观情景下需水预测结果m3/ a为起点。可以看出，乐观情景下需水总量显着减少，这很难根据历史水资源实践模式来实现。适中情景下需水总量逐渐减少，这是比较真实的结果，可以通过在生活、工业和农业部门深入贯彻用水需求管理措施以及完善淘汰非经济作物的政策加以实现。如果悲观情景发生了，需水总量每年将增加 20亿 m3左右。如果将当前的水资源管理实践延续下去，这种情况一定会实现，并会引起地下水资源的过度消耗。
分别计算了 3 种情景下截止 2030 年需水总量与水资源可持续产量之间的差距。情景不同，差距大小也不相同。悲观情景下，2010，2015，2020，2025年和 2030 年需水总量与水资源可持续产量之间的差距分别为114． 62亿、90． 55亿、89． 99 亿、91． 15 亿m3/ a 和 94． 11 亿 m3/ a;适中情景下，分别为114． 62亿、81． 63 亿、72 亿、63． 32 亿 m3/ a 和 54． 83 亿m3/ a;乐观情景下，分别为 114． 63 亿、69． 97 亿、51． 66 亿、36． 63 亿 m3/ a 和 23． 59 亿 m3/ a。3 种情景下的差距变化主要是由于不同情景中农业需水减少幅度的差异引起的。目前，沙特农业部门需水量占需水总量的 85%，政府计划每年以 3． 7% 的速率来减少农业需水量，研究结果证明了这种方法的有效性。即使农业需水量仅仅减少一小部分，也会对需水总量产生重要的积极影响，并有助于缩小需水和供水之间的差距。
5 结论和建议
沙特正面临着长期的水资源短缺问题。用水需求远远超过常规水资源和非常规水资源的可持续产量。2010 年，水资源可持续产量和需水总量之间的差距大约为 115 亿 m3，这一差距可以通过消耗不可再生的地下水资源得到弥补。
(1) 通过设置乐观、适中和悲观 3 种情景，来预测未来 20 a 内可持续水资源产量和需水总量之间的差距，研究预测 2030 年的差距变化范围为 23． 59亿 ～94． 11亿 m3/ a，其中前者为乐观情景下的预测值，后者为悲观情景下的预测值。为此，可以做出这样合理的推断，沙特的天然水资源在未来 20 a 内将不能达到可持续的水平。乐观情景和悲观情景下的差距变化约为 70 亿 m3/ a，从这一差距可以看出，水务部门实施用水需求管理有着潜在的积极影响。
(2)3 种情景下差距持续减小，主要是由于农业需水量的减少。在过去的 20 a 里，农业需水量以平均每年 1． 05%的速率减少，这主要是由于政府决定淘汰小麦等需水密集型作物的种植所引起的。
(3) 实施更多的技术和经济措施来努力提高农业用水效率，不是作为一种选择，而应是当务之急。
(4)对于确定和评价适用于沙特的最有效的技术、经济和社会措施以降低农业用水需求，仍有待于开展进一步研究。
