錨定國家需求 以水資源優(yōu)化配置助力高質(zhì)量發(fā)展

王 浩，游進(jìn)軍

水資源配置是均衡水與發(fā)展的關(guān)鍵措施。統(tǒng)籌水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)系，以“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路為指引，研究適應(yīng)區(qū)域特征和國家戰(zhàn)略需求的水資源配置理論方法，對我國具有格外重要的意義，也是引領(lǐng)近十年水利改革發(fā)展、創(chuàng)新突破并取得實(shí)際成效的主線。

一、新形勢下國家戰(zhàn)略對水資源安全提出更高要求

近十年國內(nèi)國際形勢發(fā)生巨大變化，我國進(jìn)入新發(fā)展階段。一是城市群規(guī)模擴(kuò)大，城鎮(zhèn)化率從2010年的49.7%提高到2020年的63.9%，對資源能源保障和生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求提高；二是經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，從規(guī)模擴(kuò)張轉(zhuǎn)向質(zhì)量提升，更重視資源節(jié)約集約利用和節(jié)能減排；三是經(jīng)濟(jì)全球化受阻，貿(mào)易壁壘加劇，內(nèi)需成為發(fā)展主動(dòng)力，需要更多立足自身保障糧食、能源等國家安全。應(yīng)對復(fù)雜形勢變化，國家提出了“一帶一路”倡議，深入推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)施京津冀協(xié)同發(fā)展、長江經(jīng)濟(jì)帶、黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展等國家重大戰(zhàn)略，明確區(qū)域發(fā)展重點(diǎn)目標(biāo)，引領(lǐng)區(qū)域發(fā)展發(fā)生歷史性變化。

新形勢下的國家戰(zhàn)略對水資源安全保障提出了更高要求，具體表現(xiàn)在：①突出節(jié)約集約利用，處理好水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不能超出當(dāng)?shù)厮临Y源承載能力；②增強(qiáng)供水安全，應(yīng)對城鎮(zhèn)化水平和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型帶來的用水集中度提高、供水保障水平提高和應(yīng)急能力提升等的多重要求；③保障重點(diǎn)，合理布局，滿足糧食安全、能源安全、生態(tài)安全和區(qū)域戰(zhàn)略發(fā)展需求；④創(chuàng)新配置模式，更好認(rèn)識(shí)水的多重效應(yīng)，發(fā)揮市場機(jī)制配置資源的作用，調(diào)控水資源產(chǎn)生綜合的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

面向新的要求，近十年的水資源配置研究和實(shí)踐,正是以“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路為指引，探索有助于高質(zhì)量發(fā)展的路徑。

二、區(qū)域水情特征

我國人均水資源不足世界平均水平的1/3，受氣候、地形地貌影響，降水徑流時(shí)空分布差異相對世界其他區(qū)域更為顯著，呈現(xiàn)南多北少、雨熱同期的特點(diǎn)。南方地區(qū)人均水資源量接近3000m3，北方地區(qū)不足1000m3,其中黃淮海流域不足500m3，海河流域不足250m3，低于嚴(yán)重缺水標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)濟(jì)水平提升則缺水損失增加，有限的水資源條件導(dǎo)致供需矛盾更加突出,區(qū)域、用戶用水競爭加劇，不同區(qū)域表現(xiàn)出不同的問題，水資源成為發(fā)展的制約性因素。

1.西北內(nèi)陸區(qū)：資源約束緊張

西北內(nèi)陸區(qū)面積占全國1/3以上，土地資源豐富,能源富集,光熱充足,是國家糧食安全的戰(zhàn)略后備區(qū)，但水資源短板明顯。區(qū)域平均徑流深不足40mm，干旱少雨、生態(tài)脆弱，水資源供需矛盾突出，水資源配置是平衡生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的核心。西北地區(qū)的后發(fā)優(yōu)勢帶來持續(xù)增長空間，需要利用好能源、資源優(yōu)勢，在生態(tài)安全的前提下推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展。要從根本上解決該區(qū)域嚴(yán)重缺水問題，支撐國家戰(zhàn)略，迫切需要完善水資源配置格局，以水資源剛性約束控制發(fā)展規(guī)模、提高發(fā)展質(zhì)量，優(yōu)化供給結(jié)構(gòu)，提升水資源利用效率，增強(qiáng)水資源承載能力。

2.黃淮海、松遼流域：用水競爭強(qiáng)烈

黃淮海流域面積占全國15%，人口占全國的1/3，經(jīng)濟(jì)總量、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、耕地和灌溉面積均占全國30%以上，但水資源量僅占全國7%。其中京津冀地區(qū)是我國乃至世界范圍內(nèi)人類活動(dòng)對水循環(huán)擾動(dòng)強(qiáng)度最大的區(qū)域，以占全國0.7%的水資源承載著全國5%的耕地、8%的人口、9%的經(jīng)濟(jì)總量。為了支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，長期過度開發(fā)水資源，不同區(qū)域和行業(yè)用水競爭強(qiáng)烈，形成城市擠占農(nóng)村、農(nóng)村擠占生態(tài)的用水模式，河道斷流、湖泊濕地萎縮、地下水水位持續(xù)下降，付出了巨大的生態(tài)環(huán)境代價(jià)。松遼流域也存在有限水資源條件下的多用戶強(qiáng)烈競爭用水問題。因此，水資源配置必須以國家戰(zhàn)略為導(dǎo)向，從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)、環(huán)境多角度評價(jià)綜合效應(yīng)，建立科學(xué)決策機(jī)制和有序供用水格局，促使從低效用水向高效用水轉(zhuǎn)變。

3.南方地區(qū)：綜合調(diào)控不足

南方地區(qū)總體水量充沛，雖然局部區(qū)域存在水資源短缺、競爭性用水矛盾，但具備流域內(nèi)部調(diào)控解決的條件。因此，水資源配置應(yīng)側(cè)重水的綜合調(diào)控利用，協(xié)調(diào)不同用水目標(biāo)，解決焦點(diǎn)問題，優(yōu)先保障重點(diǎn)需求，兼顧一般需求，一水多用、循環(huán)利用，減少環(huán)境負(fù)效應(yīng)，提高綜合效益。

三、近十年水資源配置理論技術(shù)創(chuàng)新

圍繞主要水問題和發(fā)展需求，近十年我國在深化水循環(huán)機(jī)理研究基礎(chǔ)上，結(jié)合信息技術(shù)的發(fā)展突破，在多維調(diào)控決策、以水定需配置模式、非常規(guī)水源配置、智能調(diào)配等多方面開展了研究，取得了水資源配置理論技術(shù)的創(chuàng)新突破。

1.深化機(jī)理強(qiáng)基礎(chǔ)

伴隨監(jiān)測能力提升，從自然和社會(huì)兩方面強(qiáng)化了水循環(huán)機(jī)理過程基礎(chǔ)研究。在自然水循環(huán)方面，揭示了寒區(qū)、旱區(qū)、高原等原有水文模擬分析薄弱區(qū)域的水循環(huán)演變機(jī)理，建立了基于“水分-能量-物質(zhì)”全過程模擬的流域水循環(huán)模擬方法，以及不同水文過程的生態(tài)效應(yīng)模擬、水量水質(zhì)聯(lián)合評價(jià)模擬，初步構(gòu)建了水資源動(dòng)態(tài)評價(jià)的概念框架與技術(shù)體系。在社會(huì)水循環(huán)方面，通過建立農(nóng)田、城市、工程等不同類型經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)對水循環(huán)過程作用的參數(shù)化和函數(shù)化表達(dá)，科學(xué)描述了人類活動(dòng)對水循環(huán)分項(xiàng)過程的作用機(jī)理，揭示了自然和社會(huì)水循環(huán)過程相互作用規(guī)律，構(gòu)建了“實(shí)測－分離－耦合－建模－調(diào)控”的二元水循環(huán)科學(xué)范式，為水資源調(diào)控的綜合效應(yīng)分析評價(jià)提供了基礎(chǔ)。

2.多維調(diào)控提韌性

針對流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)矛盾突出的特點(diǎn)，剖析與水循環(huán)密切相關(guān)的資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)和環(huán)境五維屬性及其相互關(guān)系和臨界特征，提出人類活動(dòng)影響下的水循環(huán)多維臨界調(diào)控理論框架、調(diào)控準(zhǔn)則、決策機(jī)制和調(diào)控方法，建立多維整體調(diào)控方法體系。通過水資源多維調(diào)控提供符合水循環(huán)特征的高效用水調(diào)控模式和應(yīng)對措施，可為解決競爭性用水矛盾提供決策支持。通過識(shí)別各個(gè)目標(biāo)的臨界閾值，提供不同維度的保障底線，避免極端事件和不合理水量調(diào)配導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入不可逆狀態(tài)，建立極限狀態(tài)和應(yīng)急狀態(tài)調(diào)控原則，增強(qiáng)系統(tǒng)韌性。

3.“四水四定”優(yōu)用水

將水資源作為最大剛性約束，從“以需定供”轉(zhuǎn)向“以水定需”，提出“四水四定”水資源配置理念。通過解析水與“城地人產(chǎn)”內(nèi)在關(guān)系，分析相應(yīng)的控制指標(biāo)，提出“四水四定”協(xié)調(diào)優(yōu)化準(zhǔn)則，優(yōu)化行業(yè)用水分配，形成系統(tǒng)分析方法和模型工具，統(tǒng)籌“城地人產(chǎn)”規(guī)?？刂坪退繀f(xié)調(diào)分配。通過“四水四定”以水資源條件優(yōu)化確定區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展邊界，引導(dǎo)“適水發(fā)展”，改變水資源供需理念，有助于構(gòu)建與水資源承載力相適應(yīng)的發(fā)展布局，促進(jìn)水資源與人口經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)，落實(shí)水資源剛性約束的管控措施。

4.“水-能-糧”協(xié)同調(diào)控

水是糧食生產(chǎn)和能源產(chǎn)業(yè)的支撐體，水與糧食、能源具有復(fù)雜的協(xié)同競爭關(guān)系，其協(xié)同調(diào)控是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵途徑，對保障國家安全具有戰(zhàn)略意義。近期研究突破包括：構(gòu)建社會(huì)水循環(huán)全過程能量消耗模擬方法與參數(shù)體系，提出以能量耗用為統(tǒng)一度量標(biāo)準(zhǔn)的自然-社會(huì)水循環(huán)強(qiáng)度評價(jià)方法，建立不同尺度水循環(huán)能流圖；基于糧食流動(dòng)過程提出全口徑虛擬水量化表達(dá)方法，實(shí)現(xiàn)虛擬水流動(dòng)路徑解析和通量核算；開發(fā)了水-能源-糧食量化均衡模型工具箱，揭示了能源開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)鏈。通過系列創(chuàng)新突破，提出基于“水-能-糧”紐帶關(guān)系的協(xié)同安全保障戰(zhàn)略，為新時(shí)期同步實(shí)現(xiàn)我國水安全、能源安全、糧食安全提供了理論支撐。

5.“低碳”配置促減排

“雙碳”戰(zhàn)略對水利行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，近十年相關(guān)研究以革新傳統(tǒng)水資源配置模式為突破口，探索面向低碳目標(biāo)的水資源合理配置理論與關(guān)鍵技術(shù)，在已有的“供水低能耗”的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)基礎(chǔ)上，逐步向“以流域?qū)用娼y(tǒng)籌、區(qū)域?qū)用鎱f(xié)調(diào)、工程層面兼顧”的低碳配置理論發(fā)展，設(shè)定“區(qū)域碳源-碳匯平衡”“供水全鏈條碳排最低”優(yōu)化目標(biāo)，分析配置全過程的碳排放效應(yīng)，將碳減排作為用水綜合效益的重要組成部分，引導(dǎo)水在行業(yè)間的分配和流轉(zhuǎn)。

6.智慧調(diào)配助決策

隨著保障要求提升，水資源配置決策精細(xì)程度不斷提升，同時(shí)大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)革新對決策方式帶來深刻變化。智能技術(shù)的應(yīng)用提升了水資源配置的精細(xì)過程處理分析能力，配置與調(diào)度多維協(xié)同得到進(jìn)一步拓展。通過大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)應(yīng)用，推動(dòng)了配置技術(shù)由剛性配置向柔性配置、從靜態(tài)配置向動(dòng)態(tài)配置提升，從宏觀水量配置向?qū)崟r(shí)調(diào)度決策轉(zhuǎn)型，建立融合預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演和預(yù)案的輔助決策支撐體系，實(shí)現(xiàn)從水量配置到實(shí)時(shí)水量調(diào)配、城市給排水調(diào)配，使水資源配置和調(diào)度的銜接更渾然一體。

7.多水源配置提保障

強(qiáng)化了外調(diào)水與本地水、非常規(guī)水與常規(guī)水的聯(lián)合配置。對于外調(diào)水，主要是從與本地水的聯(lián)合配置模式、水價(jià)體制、調(diào)水生態(tài)修復(fù)效應(yīng)等角度開展研究，提出優(yōu)化外調(diào)水利用的可行模式，在南水北調(diào)東中線一期等工程中進(jìn)行應(yīng)用探索。對于非常規(guī)水源，主要從開發(fā)利用技術(shù)和協(xié)同配置模式兩方面開展了研究。圍繞不同類型非常規(guī)水源特性，探索了再生水高效低碳處理、海水淡化膜處理、城鄉(xiāng)雨洪補(bǔ)源與高效利用、苦咸水脫鹽凈化等技術(shù)。通過不同水源、用戶及開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)約束之間的協(xié)同關(guān)系,研究常規(guī)和非常規(guī)水源的協(xié)同配置方法和綜合利用模式，提出了污水資源化利用實(shí)施方案，明確了非常規(guī)水源納入統(tǒng)一配置體系的具體對策措施。

四、優(yōu)化配置增強(qiáng)水資源保障能力

在理論技術(shù)研究基礎(chǔ)上，開展了一系列重大實(shí)踐工作，從供需兩側(cè)開源節(jié)流，優(yōu)化配置格局，為國家戰(zhàn)略的實(shí)施推進(jìn)提供了安全高效的水資源保障。

1.高效用水見真章

通過優(yōu)化配置推動(dòng)實(shí)現(xiàn)水資源高效利用，不僅保障了重點(diǎn)行業(yè)的供水安全，同時(shí)促進(jìn)了水資源的高效流轉(zhuǎn)，倒逼產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級。2021年我國萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量較2012年分別下降45%和55%，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)從2012年的0.516提高到2021年的0.568。2019年4月《國家節(jié)水行動(dòng)方案》印發(fā)實(shí)施以來，全國31個(gè)省級行政區(qū)都建立了部門協(xié)調(diào)機(jī)制或者節(jié)水聯(lián)席會(huì)議制度，出臺(tái)了省級節(jié)水實(shí)施方案。非常規(guī)水源納入了水資源統(tǒng)一配置，全國非常規(guī)水利用量從2012年的44.6億m3增加到2021年的138.3億m3，缺水城市再生水利用率從2012年的不足10%提高到2021年的20%左右。

2.生態(tài)保障漸落地

生態(tài)流量一直是研究熱點(diǎn)，早期僅在生態(tài)問題突出河流開展了實(shí)踐探索。近十年，隨著生態(tài)文明理念深入人心，生態(tài)水量保障得到社會(huì)關(guān)注和認(rèn)可，水利部明確提出將生態(tài)用水納入水資源統(tǒng)一配置，生態(tài)流量管理實(shí)踐全面鋪開。2020年起，水利部制定出臺(tái)了河湖生態(tài)流量管理政策措施，分四批印發(fā)了171條跨省重點(diǎn)河湖的生態(tài)流量保障目標(biāo)，地方制定了省內(nèi)重點(diǎn)河湖生態(tài)流量保障目標(biāo)并納入最嚴(yán)格水資源管理制度考核，基本建立了保障河湖生態(tài)流量（水位）的管理體系，切實(shí)保障了河湖基本生態(tài)用水。地下水生態(tài)保護(hù)也落到實(shí)際行動(dòng)，2014年以來，通過“節(jié)、控、換、補(bǔ)、管”等措施實(shí)施華北地下水超采綜合治理，截至2021年年底，治理區(qū)淺層地下水、深層承壓水較2018年平均回升1.89m、4.65m，成效明顯。2022年啟動(dòng)母親河復(fù)蘇行動(dòng)，華北地區(qū)的永定河、潮白河、滹沱河等一批斷流多年的河流恢復(fù)全線通水，白洋淀重現(xiàn)生機(jī)，斷流干涸近百年的京杭大運(yùn)河黃河以北段全線過流貫通，實(shí)現(xiàn)了與永定河的百年交匯。

3.水網(wǎng)動(dòng)脈顯成效

2013年和2014年南水北調(diào)東中線一期工程先后通水，“四橫三縱”的國家水網(wǎng)初見輪廓。通水以來北調(diào)水量逐步增加，累計(jì)調(diào)水超過565億m3，直接受益人口達(dá)1.5億，改善了40多座大中型城市的供水條件，向50多條河流生態(tài)補(bǔ)水近90億m3，解決了北方地區(qū)缺水的燃眉之急。通過東中線一期工程串聯(lián)本地水源，形成黃淮海平原多源互濟(jì)的配置格局，有效支撐了受水區(qū)經(jīng)濟(jì)增長，拓展了區(qū)域發(fā)展空間。

除了提升常態(tài)供水能力，東中線一期工程還發(fā)揮了應(yīng)急保障作用，通過中線工程向密云水庫反向輸水、地下水水源地補(bǔ)水提高了北京市的水源儲(chǔ)備應(yīng)急能力，通過東線調(diào)水在2015—2017年的膠東大旱中確保了青島、煙臺(tái)、濰坊、威海等城市供水。骨干調(diào)水工程在極端情況可以提供可靠的應(yīng)急備用能力，對保安全、穩(wěn)民心起到不可替代的作用。南水北調(diào)東中線一期工程在保障供水安全、恢復(fù)生態(tài)、改善環(huán)境等多個(gè)方面發(fā)揮了巨大的綜合效益，有力保障了京津冀協(xié)同發(fā)展、雄安新區(qū)建設(shè)、黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展等國家戰(zhàn)略實(shí)施，證明了國家水網(wǎng)在促進(jìn)水資源優(yōu)化配置、保障國家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)中具有基礎(chǔ)性作用。

4.水網(wǎng)建設(shè)成規(guī)模

近十年開展了各級水網(wǎng)建設(shè)，發(fā)揮了較好的規(guī)模效益。東北地區(qū)建成引綽濟(jì)遼、大伙房水庫輸水等工程，初步形成連通松遼的水網(wǎng)；中部地區(qū)實(shí)施引江濟(jì)淮、鄂北地區(qū)水資源配置，與南水北調(diào)主動(dòng)脈銜接，增強(qiáng)了區(qū)域整體水量調(diào)配能力；西部地區(qū)開展了引漢濟(jì)渭、滇中引水一期、重慶渝西水資源配置、向家壩灌區(qū)一期、引洮供水二期等工程，形成省級水網(wǎng)骨干；東南沿海地區(qū)建成珠江三角洲水資源配置工程、福建平潭及閩江口水資源配置工程、韓江榕江練江水系連通等工程，改變了沿海地區(qū)供水連通性弱、保障程度低的問題；福州、廣州等城市建立以監(jiān)測預(yù)警（“眼”）、調(diào)度決策（“腦”）、指揮與自動(dòng)化控制（“手”）相結(jié)合的以城區(qū)為主體的聯(lián)排聯(lián)調(diào)，推進(jìn)了城市水網(wǎng)的綜合調(diào)配控制。隨著省級水網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)建設(shè)的推進(jìn)，區(qū)域水網(wǎng)逐步融合，為構(gòu)建三縱四橫為骨干的國家水網(wǎng)布局夯實(shí)了基礎(chǔ)。

總結(jié)近十年的成效，我國水資源配置研究和實(shí)踐始終堅(jiān)持以問題導(dǎo)向、目標(biāo)導(dǎo)向?yàn)楹诵?，以科學(xué)認(rèn)知為基礎(chǔ)，錨定國家發(fā)展戰(zhàn)略和社會(huì)需求，通過水資源優(yōu)化配置促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源、環(huán)境相協(xié)調(diào)，以水資源“空間均衡”助力經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。在此過程中，水資源配置理論技術(shù)不斷深化并得到實(shí)踐檢驗(yàn)，取得了長足發(fā)展，處于國際領(lǐng)先水平，有力支撐了水資源安全保障。

展望未來，我國的水資源配置將適應(yīng)水情、工情、國情變化的需求，全面提升理論方法與實(shí)踐能力。理論方面，需要深入解析自然-社會(huì)交互作用和協(xié)調(diào)演化機(jī)制，拓展多維均衡協(xié)同的水資源配置內(nèi)涵和范圍；技術(shù)層面，需要加強(qiáng)水資源評價(jià)、配置、調(diào)度、管理的有機(jī)結(jié)合，形成水資源全過程綜合動(dòng)態(tài)決策，依托信息技術(shù)的革新推動(dòng)水資源配置向精細(xì)化、動(dòng)態(tài)化、智能化方向發(fā)展；實(shí)踐層面，將進(jìn)一步促進(jìn)國家骨干水網(wǎng)與地方水網(wǎng)的融合，支撐國家水網(wǎng)科學(xué)構(gòu)建和水資源智能調(diào)控，推動(dòng)水土資源多要素協(xié)同配置，探索經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展布局的適應(yīng)性調(diào)整應(yīng)對策略，持續(xù)助力新階段高質(zhì)量發(fā)展。