新時期水資源調配的關鍵問題與實施路徑
Key issues of analysis and implementation paths for water resources allocation and regulation in the new era
王浩,游進軍,王婷,蔣云鐘,李君宇
(1.中國水利水電科學研究院流域水循環與水安全全國重點實驗室,100038,北京;2.水利部調水管理司,100053,北京)
摘要:水資源調配是實現水資源空間均衡、發揮水網整體效能、促進高質量發展的關鍵措施。當前,水資源剛性約束制度和國家水網建設作為重大戰略正在同步推進實施,“四水四定”“適水發展”理念正逐步成為社會共識并落實到行業管理中,水資源調配要求和條件發生了根本性變革,新時期技術方法的進步也帶來了新的機遇。傳統“以水論水”“以需定供”模式的水資源調配已經不能適應新形勢、新要求,需要提高認識、把準問題并抓住機遇,提出有效解決方案。在分析新時期水資源調配面臨的機遇和挑戰基礎上,提出了當前在調配范圍和決策方向、調配路徑分析、供需形勢判斷、調配措施制定等方面面臨的關鍵問題,按照切實遵循水資源剛性約束、堅持“空間均衡”、落實“以水定需”調配原則,分析了解決的方案和應對措施。針對存在問題,從政策導向、技術突破、工具研發、標準制定等方面,提出了推動水資源調配管理現代化的實施路徑,相關成果可為區域行業發展規劃、水利工程優化布局、涉水管理政策制定等提供借鑒參考。
關鍵詞:水資源調配;水資源剛性約束;供需分析;空間均衡;四水四定;國家水網
作者簡介:王浩,中國工程院院士,主要從事水文水資源研究。
基金項目:國家自然科學基金(52209042、52079143)。
DOI:10.3969/j.issn.1000-1123.2025.13.002
夏汛冬枯、北缺南豐、水資源時空分布不均是我國基本水情,水資源分布與生產力布局不相匹配是當前我國經濟社會高質量發展的最大制約。水資源調配既是落實水資源剛性約束制度的基礎,也是系統治水促進高質量發展的基礎,不僅需要調節管控水資源,也需要引導行業發展,相關技術和管理正面臨新形勢、新要求、新條件下的重大變革。系統梳理新時期水資源調配分析和決策中的關鍵問題與實施路徑,將“水資源剛性約束”“適水發展”等新理念融入水資源調配技術和管理工作中,對推動實現水資源空間均衡意義重大。
新時期水資源調配面臨的機遇與挑戰
水資源調配是水利行業最基礎和關鍵的工作,核心是通過調控水分配和水需求合理解決水供求關系,涉及水源開發、需求控制、效率提升、生態保護、工程調度等一系列過程。半個多世紀以來,我國水利工程建設經歷了從防洪到灌溉再到城鎮供水、從大流域整治到中小河流治理、從骨干工程建設到配套續建挖潛、從水源開發到生態環境保護等具有不同重點和特色的階段,目前進入全面提升的國家水網構建階段。與之對應,水資源調配工作重點也從開源為主轉向節水優先、從粗放式開發轉向精細化管控、從建設為主轉向建管并重。傳統水資源調配側重“就水論水”,重點是通過各類工程與非工程措施解決水資源時空分布不均衡問題,核心關注點和發力點在水本身。近年來,水資源剛性約束和“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產”(以下簡稱“四水四定”)正逐步形成社會共識。同時,隨著國家水網建設的全面推進,水資源調配條件發生巨大變化,此外大數據、人工智能、數字孿生等信息技術加速升級并廣泛應用,水資源與社會各行業管理的復雜關聯度急劇增加,水資源調配面臨重大挑戰,亟須突破“就水論水”模式。
1.新形勢新理念對調配管理提出更高要求
習近平總書記提出“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路,為推動新階段水利高質量發展指明了方向。水資源剛性約束、“四水四定”、河流倫理等新治水理念相繼提出,要求以水資源條件為基礎確定經濟社會發展布局、結構和規模,推進河湖生態復蘇,促進高質量發展,水資源管控與行業發展更加緊密。發展改革、自然資源、農業農村、工業和信息化、生態環境、住房城鄉建設、能源等領域的適水發展需求日益增強,各行業發展規模布局決定了水需求的總量和分布,其決策成為水資源調配工作的重要組成,需要更加規范地納入到水資源調配管理范圍內。
然而,傳統水資源調配以解決水量供需平衡為主要目的,未能充分反映新時期涉水管理深入各行業的實際需求,難以科學處理水與“城、地、人、產、綠”等發展要素的均衡關系。遵循新治水理念開展水資源調配分析,是落實習近平總書記治水思路的關鍵舉措,有利于推進與水資源條件相適應的經濟社會高質量發展,引導行業發展和重大水利工程合理布局。
2.水網構建運行有待于調配決策能力提升
2023年5月,中共中央、國務院印發《國家水網建設規劃綱要》,我國水利建設邁上新臺階。國家水網是一個復雜巨系統,包含“綱”“目”“結”三類要素,融合不同水源和各類用戶,形成國家骨干網、省級水網、市級水網、縣級水網等多層級水網體系,面廣點多結構復雜,水流、物質流、能量流縱橫其間。水資源調配技術是促進多層級水網構建與協調運行,更好發揮國家水網保供水、優生態、防洪澇綜合效益的關鍵。水網運行面臨眾多的調度對象、動態的決策方向、海量的方案組合等特點。面對復雜度呈指數增長的多層次水網體系,如何高效合理適應發展和保護需求,實現水資源調配科學決策是亟待解決的科學問題。
3.新技術新方法為調配技術進步帶來機遇
傳統水資源調配技術圍繞水利行業自身需求構建,相應的分析目標、技術方法、數據口徑等帶有行業屬性。分析目標側重供水保障,“以需定供”為主導,對水資源剛性約束響應不足且存在滯后性;技術上依賴模型計算,過程繁瑣耗時,主觀性強;數據口徑與現行用水統計、經濟社會管理口徑存在不一致,數據來源以水資源公報、年鑒等為主,范圍有限,時效性與代表性均有所欠缺。
水資源調配本質是綜合決策,數據、經驗和推演能力是提升決策分析水平的基礎。近年,人工智能和大數據、數字孿生和大模型等新分析技術興起,“天空地水工”一體化監測感知體系、水利遙感衛星應用等新數據獲取手段日新月異,正對傳統技術形成強勁沖擊,為水資源調配技術的系統性升級重構提供了前所未有的戰略契機,既是挑戰也是機遇。
推進新時期水資源科學調配的關鍵問題
1.變革理念——切實遵循剛性約束,強化供需雙向調控
水資源時空分布服從自然規律,需水時空分布服從發展規律。水資源調配是以不同手段調節二者時空分布滿足發展和保護要求的綜合決策,目標是合理解決水供求關系,取得更大綜合效益。水資源調配在手段上,既包括水源開發配給,也包括用水需求控制;時間上,既包括中長期的預判適應,也包括短期調整控制;空間上,既包括跨區水量分配傳輸,也包括用戶終端管理。
傳統水資源調配注重改變水的時空分布適應發展需求,以水源工程開發增加供給滿足需求增長為主。事實證明,這種“以需定供”模式會導致水資源過度開發,帶來生態環境負效應,增加區域行業間用水矛盾。此外,受主觀因素影響,用水需求預測通常偏大,導致供水工程不能發揮預期效益,造成浪費。因此,必須轉變思路,把控兩個要點,從“以需定供”邁向“以水定需”。首先是明確水資源約束,強化開發邊界和監管手段,預防和糾正過度開發;其次是從水的調節延伸到調人、調地、調經濟、調結構,協調優化需求端時空分布,引導“適水發展”,建立供需兩端共同發力、協同控制的水資源調配新模式。
2.創新引領——分類匹配,分層解析,建立均衡調配路徑
根據生態文明建設理念,“空間均衡”核心是人口經濟與資源環境相匹配。水資源空間均衡就是要根據水資源條件和生態保護要求,統籌人口分布、國土開發、經濟規模結構和供水布局,使水供求關系在空間上平衡、過程上匹配,實現社會凈福利最大化。因此,空間均衡是落實“以水定需”的科學指引,通過系統完整的指標和量化評價方法,全面表征水的需求-供給關系和問題癥結,提供決策方向和定量依據。
水資源空間均衡存在兩個層次的分析判斷,一是水的開發利用與發展、保護的整體均衡,二是這種關系在區域間的均衡。第一個層次中,首先需要劃定水資源合理開發邊界,確定“以水定需”中有多少水可用,協調水與保護的均衡;其次是確定水資源約束下“城、地、人、產、綠”的合理規模和布局,解決水與發展的均衡;再次,滿足不同河流水系、地下含水層的生態保護要求,確定不同水源開發規模適度和利用方式合理,解決開發與保護在時空分布過程上的均衡。第二個層次是在滿足發展與保護整體均衡基礎上,促使水與發展、水與保護、水源開發在不同區域大致均衡。
3.兼容并包——多源分析,厘清短板,客觀核實保障能力
供水保障能力是水資源調配的基礎,由水資源條件、生態保護要求、工程能力等3方面要素確定。水資源條件和生態保護要求反映水資源剛性約束邊界,確定“以水定需”中可用水的上限,工程能力反映將這部分水轉化為有效支撐發展的供水保障手段和能力,是確保“定需”能落實的硬件條件。需要結合以上三方面要素,明晰不同情景下各類水利工程的供水效果,才能有效判斷提升供水保障能力的方向。
供水保障能力涉及不同表達方式和分析方法,如水資源可利用量、供水能力、可供水量等常用概念以及目前正在推行的可用水量概念,均從不同角度反映了這種能力,其量化分析是一項復雜的技術工作。水源類型、工程類型、供水范圍、用戶類型、區域工程組合方式、調度原則、需水總量、生態流量過程等因素都會影響計算結果,不同計算準則和方法會產生不同結果,實際分析中需要設定情景得出對應結果。例如,全國水利工程的供水能力已經超過9000億m3,較大幅度超過總的用水需求,但受來水限制和區域分布影響,實際供水并不能達到工程設計值。此外,實際工作中,受管理因素影響,供水保障能力并非完全依靠分析計算得出,已制定和頒發的水量分配方案、用水總量控制指標、取水許可證等,包括已批復的規劃或工程方案中的可供水量,一定意義上都代表了供水保障能力。
水資源調配決策重點是判斷資源條件、生態約束、工程能力等要素的短板,分析提升供水保障能力的方向和可行措施。因此,可從3個途徑開展可供水量分析,結合實際判斷制約因素,應用于決策:①技術分析,在區域水資源可利用量評估基礎上,結合現有和規劃工程條件,分析滿足生態約束的可供水量;②政策分析,以分水指標、地下水控采方案、非常規水利用指標等水源開發控制目標,以及批復規劃供水方案等作為依據分析可供水量;③數據分析,以實際供水系列最大值為基礎,結合不合理供水扣減、新建工程供水增量分析等手段,基于實際對比分析提出可供水量。
4.革故鼎新——明晰邊界,分級保障,科學研判分層需求
新時期加強生態文明建設、落實水資源剛性約束制度以及推進重點區域重大戰略,重塑了我國水資源需求格局。實踐表明,多數流域區域實際用水量、用水結構與規劃預期偏差過大,跨流域跨區域調水工程受水區尤為明顯。一般是需水總量偏大,不同行業有所不同,高估生產用水,低估生態用水,生活需水相對合理。究其根源,首先,技術層面上將經濟增長與用水進行外延式關聯,高估了經濟增速、規模增長,低估了發展模式轉變、用水效率提升,導致預測需水偏大;其次,管理層面上存在主觀傾向,需水預測通常服務區域發展規劃或工程立項等,容易夸大需求助力項目上馬。無論何種因素,本質上都是對用水規律認識不清。對需水預測的科學開展,應遵循水循環及其演變的自然規律,恪守經濟社會發展客觀規律,精準把握用水量和用水效率演變趨勢和特征,順應區域自然本底、資源稟賦、發展階段等因素影響下的用水變化規律。
從實際管理出發,不同用水對象需水的迫切性與缺水損失不同,因此其用水保障應體現一定的層次性。《河湖生態環境需水計算規范》(SL/T 712—2021)提出“基本生態流量”概念,將其定義為維持河流、湖泊、沼澤生態環境功能不喪失需要保留的基本水流,確定了生態保護中的重點要求。借鑒該定義,可將需水劃分為基本需水和一般需水兩個層次。將確保居民基本生存、社會穩定以及國家戰略發展目標的需求界定為基本需求,其合理用水效率下的需水定義為基本需水;符合區域發展定位及規劃要求但非基本需求的用水對象,其合理用水效率下的需水為一般需水。
不同用水對象需進一步細化需求層級。居民生活中符合區域標準的需水可作為基本需水,超過標準追求更高品質生活的需水(如家庭游泳池、草坪用水等)作為一般需水;工業用戶需區分存量與增量,已有企業符合存量節水要求的需水為基本需水,新增企業符合國家戰略要求、滿足增量節水要求的需水為基本需水,其他符合區域發展定位和節水要求的需水為一般需水;農業用戶應根據區域糧食生產目標和基本農田狀況,結合糧食輸入輸出情況,將保障糧食生產目標的需水作為基本需水,適度的特色產品用水需求也可作為基本需水;人工生態環境用戶以滿足城鎮公共綠地、環境衛生、城區綠地濕地維持(耗水)的需水為基本需水,具有特殊意義的重要生態用水需求(如重點濕地水平衡維持、嚴重超采區地下水回補、重點生態防護林等)也可作為基本需水。
5.與時俱進——動態適應變化形勢,有效制定調配措施
水資源調配分析是支撐水資源科學管理、經濟社會高質量發展的主要技術途徑。受發展階段影響,傳統水資源調配決策通常聚焦供給側,以是否新建水工程為導向。新時期“節水優先”推動需求側深度調控,節水成為水資源調配的重要措施,并形成城鎮節水降損、工業節水減排、農業節水增效三大技術路徑。上述兩類措施分別從供給側開源、需求側節流指引了水資源調配方向,但“開源節流”遠不止于此,新時期“空間均衡”“四水四定”賦予其更深層次意義。
首先,需要按照供需雙向調節理念分析措施并制定邊界。水資源調配不僅僅是供或需單側的調控,需要堅持節水優先、合理控制需求、有效保障供給,確保用水需求剛性合理、水資源供給規模適度。其次,應識別水資源供需失衡的制約因素,包括水源條件、工程條件、用水效率以及社會經濟規模等。最后,應適應區域功能定位和水資源約束,統籌發展規模控制、用水效率提升、供水潛力挖掘、水源工程建設以及調水等措施可行性和優先序,提出保障高質量發展的決策方向和方案。
構建水資源調配管理現代化實施路徑
針對新時期面臨的問題和機遇,需要抓好頂層設計,逐步完善管理體系。遵循新時期治水思路促進水資源科學調配的共識,按照政策先行、技術突破、工具提升、標準引導的實施路徑,循序漸進推進水資源調配管理現代化,適應新需求科學決策。
1.加強供需雙向調節的政策導向
現有的水資源調配手段總體以調節控制水為主,如開源、節水、挖潛、治污等,缺少針對發展的調節,對照水與發展協調布局的空間均衡管控要求仍有差距。需要完善相應的政策,加強雙向調節的水資源調配管理對策研究。①強化水資源剛性約束,堅持“四水四定”,健全監控體系,把握保護與發展的均衡關系和區域水供求趨勢,建立健全以水資源條件約束經濟社會發展規模結構和布局的管理制度,提出因地制宜、分類施策的意見,引導適水發展。②依托國家水網建設與調度,動態適應發展保護要求。布局上,適應供給側調控需求,明確水網建設任務,構建多層級水網,加強互聯互通,全面提升供水保障能力;管理上,加強水網統一調度,結合“預報、預警、預演、預案”要求提升智能調配水平,動態匹配供求關系,精準實施供用水調配。
2.突破水資源調配分析技術瓶頸
現有的水資源空間均衡研究大多集中于概念、表征指標以及評價方法等,缺少對調控機制的深入探究。有別于雙向的平衡關系,空間均衡需統籌水與不同維度發展保護的復雜關系,以水量平衡為基礎,通過底線約束與經濟性考慮兼顧公平與效率,相關研究亟須向深度綜合調控轉變。
因此,以空間均衡為指引的水資源調配分析技術必須具有綜合性、整體性,滿足水資源剛性約束下的三重均衡分析。①發展與保護的均衡。使有限的水在城、地、人、產、綠等多要素間的配置盡量均衡,既保障基本需求,也追尋更高效益。②水源開發供給均衡。促進不同水源、不同水系開發強度盡量均衡,既保障供水安全、提高供給效率,也兼顧不同工程供水效益。③區域發展均衡。通過水的高效流動提升總體發展水平,縮小區域發展差距,推動高質量發展。實現這一系列均衡分析具有高度復雜性,須找準要點難點,深度耦合決策經驗與技術創新,精準突破復雜系統瓶頸,重構新時期水資源調配技術路徑。
3.構建水資源調配決策分析成熟工具
“四水四定”既是水資源調配的重要目標,也是決策準則,亟待構建與之適配的決策分析工具。目前“四水四定”還處于探索研究階段,集中于概念框架要素指標(城、地、人、產及其與水的關系)解析,分析方法局限于綜合評價,缺乏支撐空間均衡目標下水與發展雙向協同分析的成熟工具。國家水網規劃建設背景下水已緊密融合到城、地、人、產等多要素發展博弈中,區域發展目標及優先序、可用水量邊界、節水潛力、效益評估、風險分析等均需要納入“四水四定”管控決策范圍,作為水資源調配分析考量因素。
“四水四定”既是一項復雜的技術工作,又需要與當前的管理政策、技術要求緊密關聯,考慮其目標下的水資源調配分析離不開數學模型工具。破解相應技術瓶頸,須攻克三大關鍵問題:①建立水資源剛性約束有效落地的多維控制機制,遵循規律建立公平高效的水與發展雙向調控準則,匹配區域特征實現合理管控用水效率、引導水量優化分配、確定發展規模布局的整體決策;②研發具備通用特性和個性化定制的分析技術和模型,靶向解決現有模型中基礎數據采集難、方法主觀性強、水網適應性弱、調配決策難等痛點;③融合區域水網特征,打通多層級水網的調配管理鏈路,強化信息化技術應用支撐“以水定需、適水發展”的整體決策分析。通過“規律—機制—準則—技術—模型—應用”的閉環研發改進,提升水資源調配的規范性、科學性。
4.推動水資源調配相關標準落地
現有水資源調配相關技術標準主要服務于水資源規劃等工作,存在“以需定供”現象,與新時期治水思路結合不夠密切,跨行業支撐明顯缺位。因此,亟待立足涉水論證全域化、跨行業協同新需求,加快編制統領區域行業發展論證與水工程規劃的水資源調配技術標準,規范相關工作。一方面,標準應堅持需求導向,突出結果指導性,量化區域水資源和發展匹配關系,提出水資源總量平衡意見建議。相關標準應具備技術和管理雙重指導作用,既可為技術人員提供分析路徑和技術方法,又可為決策人員宏觀判斷、決策方向識別提供依據。另一方面,標準應堅持創新引領,充分結合治水新理念新要求,強化時效性,需要充分吸收相關先進適用成果,確保前沿性。
結語
水資源調配是新時期水利高質量發展的重要抓手,肩負雙重使命,既需要科學指導水資源開發利用,更需要統籌引導國民經濟“適水發展”布局,從而有效落實水資源剛性約束制度、支撐國家水網建設。本文以此為切入點,在分析水資源調配面臨的機遇與更高要求基礎上,總結了當前面臨的關鍵問題,按照理念上雙向調控、路徑上分層均衡、供給側厘清短板、需求側分級保障、措施上動態統籌提出攻堅方向,從政策導向、技術突破、工具研發、標準制定等方面提出新時期水資源調配管理的實施路徑,通過管理與技術的雙輪驅動,實現水資源調配管理現代化躍升,全面賦能高質量發展。
Abstract: Water resources allocation and regulation is the essential measure to achieve spatial equilibrium of water resources, improve the overall efficiency of the water network, and promote regional high-quality development. Nowadays, the institution building of water resources constraints and national water network construction are being promoted as national strategies, and concepts of “water dominates development” and “water-adapted development” have gradually become a social consensus and implemented in socio-economic management. The requirements and conditions for water resource allocation and regulation are changing fundamentally, and the dramatic progress of technological methods in the new era has also brought new opportunities. The traditional water resource allocation and regulation model of “determining water based on water itself” and “determining supply based on demand” can no longer fully adapt to the new situation and requirements. It is necessary to raise awareness, identify problems, seize opportunities, and propose effective solutions under new conditions. Major challenges and opportunities faced by water resources allocation and regulation and its involved key issues in the new era are put forward based on a systematic analysis, then the key issues faced in water allocation and regulation are summarized, including: understanding in ranges and ways of decision-making, analysis of allocation and regulation path, judgment on supply-demand situation, and measures designing on allocation and regulation. The solving direction and pertinent countermeasures are analyzed, following the principles of water resources constraints, “spatial equilibrium” and “water determining demand”. In response to the existing problems, the implementation paths for modernization of water resources allocation and regulation management are summarized, from the aspects of policy making, technological breakthroughs, models development, and standards design. The relevant contents could provide references for the decision-making on regional development and industry development, the optimal layout and operation of key hydraulic engineering, and policy-making on water-related management.
Keywordswater resources allocation and regulation;water resources constraints; supply and demand analysis; spatial equilibrium; water dominates development; national water network
本文引用格式:
王浩,游進軍,王婷,等.新時期水資源調配的關鍵問題與實施路徑[J].中國水利,2025(13):8-13.
封面供圖湖北省水利廳
責編劉磊寧
校對呂彩霞
審核王慧
監制軒瑋
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