京津冀水資源安全保障技術(shù)研發(fā)集成與示范應(yīng)用

趙勇*，翟家齊

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038）

京津冀水資源安全保障技術(shù)研發(fā)集成與示范應(yīng)用

趙勇*，翟家齊

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038）

“京津冀水資源安全保障技術(shù)研發(fā)集成與示范應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：2016YFC0401400）是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水資源高效開(kāi)發(fā)利用”專(zhuān)項(xiàng)首批啟動(dòng)項(xiàng)目，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)4000萬(wàn)元，項(xiàng)目期限2016年7月至2020年12月。本項(xiàng)目由中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水資源所趙勇教高主持，集合了中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心、水利部南水北調(diào)規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局、北京市水科學(xué)技術(shù)研究院、天津市水利科學(xué)技術(shù)研究院、河北省水利科學(xué)技術(shù)研究院、清華大學(xué)、天津大學(xué)、西安理工大學(xué)、華北電力大學(xué)等18家在京津冀地區(qū)水資源基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和規(guī)劃管理等方面技術(shù)力量雄厚的高校及地方科研院所。

京津冀地區(qū)是我國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)、文化與科技中心，但也是我國(guó)乃至全世界人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水循環(huán)擾動(dòng)強(qiáng)度最大、水資源承載壓力最大、水資源安全保障難度最大的地區(qū)。京津冀地區(qū)國(guó)土面積占全國(guó)2.2%，人口占全國(guó)8.0%，地區(qū)生產(chǎn)總值占全國(guó)11.0%，但多年平均水資源量不足全國(guó)1%，人均水資源量?jī)H為全國(guó)平均值的1/9，水資源條件與經(jīng)濟(jì)社會(huì)布局極不相稱(chēng)。更為嚴(yán)峻的是，隨著氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響，京津冀地區(qū)可利用水資源呈現(xiàn)顯著衰減的趨勢(shì)，年均水資源總量由1956—1979年291億m3減 少 到 1980—2000年219億m3，2001—2010年進(jìn)一步減少到166億m3；入境水量由20世紀(jì)50年代100億m3減少到2000—2014年24億m3。為了支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，京津冀地區(qū)付出了巨大的水生態(tài)環(huán)境代價(jià)，區(qū)域重要河流主要河段年均斷流260多天，濕地面積較20世紀(jì)50年代減少了75%，1980年以來(lái)海河南系幾乎無(wú)水入海或僅有少量的污水入海，地下水累計(jì)超采量超過(guò)1550億m3，形成了3.3萬(wàn)km2淺層地下水和4.8萬(wàn)km2深層地下水超采區(qū)，已經(jīng)發(fā)展成為“全球最大的地下水漏斗”。隨著京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的大力實(shí)施、國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新常態(tài)的持續(xù)推進(jìn)和南水北調(diào)東中線工程的相繼通水，京津冀地區(qū)水資源形勢(shì)正在發(fā)生顯著變化，水資源安全保障也面臨著新的挑戰(zhàn)和要求。亟需將京津冀三地作為一個(gè)有機(jī)整體，統(tǒng)籌開(kāi)展水資源問(wèn)題剖析，集成研發(fā)水資源安全保障技術(shù)，協(xié)同制定水資源安全保障方案，整體解決區(qū)域水資源安全問(wèn)題。

針對(duì)京津冀地區(qū)水循環(huán)顯著變異、人水關(guān)系嚴(yán)重失衡和水資源安全保障技術(shù)短板，結(jié)合京津冀協(xié)同發(fā)展新形勢(shì)，項(xiàng)目研究擬解決兩大科學(xué)問(wèn)題，一是強(qiáng)人類(lèi)活動(dòng)區(qū)水循環(huán)演變機(jī)理與健康水循環(huán)模式，揭示京津冀地區(qū)水循環(huán)全過(guò)程演變機(jī)理、過(guò)程與規(guī)律，提出健康水循環(huán)模式與評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)；二是強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)條件下水資源多目標(biāo)協(xié)同配置，開(kāi)展京津冀地區(qū)多水源多目標(biāo)協(xié)同配置，推動(dòng)建立健康自然—社會(huì)水循環(huán)系統(tǒng)。突破四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，一是二元水循環(huán)全過(guò)程解析技術(shù)，研究自然—社會(huì)水循環(huán)系統(tǒng)耦合特征和關(guān)鍵過(guò)程的數(shù)學(xué)表達(dá)，研發(fā)適用于強(qiáng)人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)條件下的自然—社會(huì)二元水循環(huán)模型，提出京津冀地區(qū)水量和能量循環(huán)通量變化規(guī)律，揭示強(qiáng)人類(lèi)活動(dòng)區(qū)水循環(huán)演變機(jī)理，構(gòu)建京津冀地區(qū)水資源安全保障科學(xué)基礎(chǔ)體系；二是需水管理與耗水控制技術(shù)，基于京津冀地區(qū)以水定城、以水定人發(fā)展戰(zhàn)略，研究水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)適應(yīng)性評(píng)價(jià)、互饋、監(jiān)測(cè)與調(diào)控技術(shù)，研發(fā)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)水資源高效利用技術(shù)，建立適水經(jīng)濟(jì)社會(huì)與產(chǎn)業(yè)布局，提高用水效率，構(gòu)建京津冀地區(qū)水資源需求側(cè)控制技術(shù)體系；三是多水源安全高效利用技術(shù)，分類(lèi)研究京津冀地區(qū)地下水、非常規(guī)水和外調(diào)水安全高效利用技術(shù)，研發(fā)多水源利用風(fēng)險(xiǎn)管控與對(duì)沖機(jī)制，提升不同水源供給保障能力，實(shí)現(xiàn)多水源互補(bǔ)格局，整體形成京津冀地區(qū)多水源安全高效利用技術(shù)體系；四是復(fù)雜水資源系統(tǒng)精細(xì)化配置技術(shù)，研究供需雙側(cè)協(xié)同調(diào)控技術(shù)方法，建立全口徑多層次水資源平衡機(jī)制配置方法，創(chuàng)新水資源合理配置技術(shù)，支撐構(gòu)建京津冀地區(qū)水資源安全保障方案。

根據(jù)項(xiàng)目研究目標(biāo)，圍繞擬解決的二大科學(xué)問(wèn)題和四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，按照京津冀水資源安全保障需求管理、多源供給、協(xié)同調(diào)控三位一體實(shí)施的思路，重點(diǎn)開(kāi)展以下九項(xiàng)研究任務(wù)：

任務(wù)一：京津冀水循環(huán)系統(tǒng)解析與水資源安全診斷。

任務(wù)二：京津冀水資源需求管理與適水發(fā)展布局。

任務(wù)三：京津冀耗水管理與資源節(jié)水技術(shù)研發(fā)示范。

任務(wù)四：京津冀地下水壓采修復(fù)與合理利用技術(shù)研發(fā)示范。

任務(wù)五：京津冀非常規(guī)水安全利用技術(shù)研發(fā)示范。

任務(wù)六：京津冀外調(diào)水高效利用措施與擴(kuò)大利用潛力研究。

任務(wù)七：京津冀多水源多目標(biāo)協(xié)同調(diào)配與安全保障方案。

任務(wù)八：京津冀水資源協(xié)同管理機(jī)制創(chuàng)新與制度設(shè)計(jì)。

圖1 項(xiàng)目研究技術(shù)路線圖

任務(wù)九：基于數(shù)字水網(wǎng)的京津冀水資源綜合調(diào)控平臺(tái)。

預(yù)期通過(guò)本項(xiàng)目研究：①夯實(shí)3項(xiàng)基礎(chǔ)：定量解析京津冀水循環(huán)變異規(guī)律，提出水資源利用效率頻譜和水資源安全診斷空間圖譜。②提出7套方案：適水發(fā)展方案、耗水管理方案、地下水保護(hù)利用方案、非常規(guī)水安全利用方案、外調(diào)水高效利用方案、一體化水網(wǎng)布局方案、京津冀水資源安全保障整體方案。③建設(shè)1個(gè)平臺(tái)：基于數(shù)字水網(wǎng)的京津冀水資源綜合調(diào)控平臺(tái)。全面支撐保障：水資源利用效率提升20%，地下水超采壓采率超過(guò)80%，再生水利用量提高到20億m3以上，緩解京津冀水資源短缺壓力，推動(dòng)建立健康的自然—社會(huì)水循環(huán)系統(tǒng)，保障京津冀地區(qū)水資源安全。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.04.113*責(zé)任作者： 趙勇（1977—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事分布式水循環(huán)模擬、水資源合理配置與高效利用等方面的研究工作，E-mail：zhaoyong@iwhr.com。