實行最嚴格水資源管理制度關鍵技術支撐探析

中國工程院院士 王 浩

實行最嚴格水資源管理制度是回良玉副總理在2009年全國水利工作會議上首次明確提出的，陳雷部長在2009年全國水資源管理工作會議上對最嚴格水資源管理制度作了進一步的闡述和部署，2011年中央一號文件 《關于加快水利改革發展的決定》（以下簡稱一號文件）進一步系統地界定了最嚴格水資源管理制度的體系構成及其基本內容。與傳統的水資源管理相比較，嚴格化、精細化和系統化是最嚴格水資源管理的三大基本特征，為實現水資源的精細化管理，必須建立起相應的技術支撐體系。

一、最嚴格水資源管理制度的基本構架

一號文件確定了最嚴格水資源管理制度的基本構架，即以“三條紅線”為核心的四項制度，即用水總量控制制度、用水效率控制制度、水功能區限制納污制度以及水資源管理的責任與考核制度。“三條紅線”的設置體現了水資源管理的基本要求和特征，首先，“三條紅線”針對的是我國當前突出的三大水資源問題，其中水資源開發總量控制紅線界定了基于水資源承載能力的經濟社會系統取耗水的外部邊界，針對的是水資源過度開發的問題；水資源利用效率紅線界定了約束供給條件下的水資源利用的內部邊界，針對的是水資源低效利用和浪費的問題；水功能區限制納污紅線界定的是特定水功能區目標下的向水體排放污染物的外部邊界，針對的是超量排污和水體污染的問題。其次，“三條紅線”涵蓋了水資源開發利用過程的三大基本環節，其中開發總量控制紅線是對取水環節的控制，利用效率控制紅線是對用水環節的控制，排污總量控制紅線是對排水環節的控制，整體構成了對社會水循環系統的全過程管理與調控。其三，“三條紅線”還體現了水資源管理三大中心工作和任務要求，其中開發總量控制紅線體現了水資源配置管理要求，用水效率紅線體現了水資源節約管理要求，排污總量控制紅線體現了水資源保護管理要求。可以看出，以“三條紅線”為核心內容的最嚴格水資源管理制度的提出，既是基于我國國情和水情的重大理論創新，也是符合水資源開發利用社會管理過程的系統制度設置，為我國現代水資源綜合管理的實踐指明了方向并確立了重點。

二、最嚴格水資源管理制度的技術支撐體系框架

實行最嚴格水資源管理制度，建立“三條紅線”管理體制，牽涉到每條紅線的制定和管理，都需要科學的制定和管理技術加以支撐。具體來說，水資源開發利用控制紅線的制定需要進行水資源現狀評價、社會經濟和生態環境需水計算等工作，對于開發利用控制紅線的管理則涉及水資源合理配置和高效調度等工作；而用水效率控制紅線的制定則包含用水過程分析和用水效率評價等工作，其有效管理包含用水需求管理和用水過程管理等；水功能區限制納污紅線的制定則包含納污能力計算和減排系統分析等，其高效管理需要綜合陸域減排管理和水域調度管理等。

最嚴格水資源管理的技術支撐體系可歸并為四大領域，即二元水循環與用水原理、水循環及伴生過程系統模擬、水資源系統綜合調配和節水減排技術與調節機制。在二元水循環與用水原理方面，經濟社會和生態環境需水的計算離不開二元水循環通量的科學界定，用水需求和用水過程的分析、管理離不開對社會水循環各行業用水原理的探析；在水循環及伴生過程系統模擬方面，通過流域水循環歷史仿真和方案評價模擬能有力支撐水資源的準確評價、合理配置和高效調度，通過對用水過程蒸散發的模擬能建立起有效的用水效率評價體系、用水需求和過程管理體制，通過對水循環伴生水化學過程的模擬能提供科學的水域納污能力計算方法等；而水資源系統綜合調配技術體系將能有效支撐水資源的合理配置、有序調度，以及用水過程管理和水域調度管理等；通過節水減排技術與調節機制的建立和發展，一方面能界定高效、合理的區域經濟社會用水需求，支撐需水管理和過程控制工作的開展，另一方面能有效降低污染物排放量，支撐減排系統分析和陸域減排管理。

三、實行最嚴格水資源管理制度的八大關鍵技術

1.“自然—社會”水循環模式與社會水循環原理

最嚴格水資源管理的主要對象是經濟社會用水過程，即社會水循環的過程，即以“取水—用水—排水”三個基本環節構成的水資源運動和轉化過程。作為側枝循環的社會水循環與自然水循環過程共同形成了“自然—社會”水循環模式。實行最嚴格的水資源管理制度，正是在水循環二元屬性逐漸突顯的情況下，加強對社會水循環的管理，促進社會水循環高效和自然水循環的良性互動所采取的有力措施。科學認知自然水循環與社會水循環的相互作用和關系，以及社會水循環自身的演化的機理與規律，是實行以“三條紅線”為核心的最嚴格的水資源管理制度重要的實踐基礎。

2.全口徑水資源層次化評價方法

水資源評價是水資源管理的基礎性工作。隨著變化環境和經濟社會發展實踐需求的不斷發展，傳統水資源評價以代表地下徑流性水資源為對象，“還原”為基本手段的傳統評價方法已不能適應水資源精細化管理的實踐需求，特別是在北方人類活動深度影響的缺水地區，需創新形成新一代的水資源全口徑層次化動態評價方法。所謂水資源全口徑動態評價方法，其中“全口徑”是指以流域水循環全口徑輸入通量作為水資源評價的客觀基礎；所謂“層次化”，是從流域水資源評價的目標需求出發，提出了水資源評價的有效性、可控性和可持續性三大準則，由此界定出流域廣義水資源量、狹義水資源量和國民經濟可利用量；所謂“動態”通過將不同時期實際下墊面和取用水影響作為水資源評價模型的基本參變量，分別評價出流域水資源的“還原”量、“還現”量和“還未來”量。

3.二元水循環及其伴生過程綜合模擬技術

用水總量控制紅線和水功能區限制納污紅線是水資源和水環境承載力的體現，用水效率紅線則是社會水循環支撐經濟社會發展的定量標準，三條紅線的制定均離不開“自然—社會”二元水循環過程的模擬，因此二元水循環及其伴生過程綜合模擬技術是最嚴格水資源管理的重要支撐。因此，在實行最嚴格的水資源管理制度實踐中，有必要以系統的思維和方法，充分考慮水循環、水環境和生態三大系統之間物質（含水分）與能量的交換關系，耦合氣候模式、流域二元水循環模型、流域水質模型及流域生態模型，構建流域水循環及其伴生過程綜合模擬系統，為相關管理和調控措施的出臺提供有力的支撐工具。

4.水資源大系統多維分析技術

在現代二元“自然—社會”水循環的模式下，水資源具有資源、環境、生態、經濟、社會五種基本屬性，最嚴格水資源管理制度目的就是為了上述五大屬性功能與目標的均衡實現，其中在資源維，要水循環系統本身的穩定健康；在經濟維，就是要不斷提高水資源的利用效率和效益；在社會維，就是要維系社會發展在地區之間、不同階層之間、行業之間的公平；在生態維，核心是要保護水資源自然生態服務功能；在環境維，調控的方向是維持水體功能。水資源與生態環境、經濟社會系統構成了一個相互作用、相互依存的巨系統，復雜大系統多維度分析技術也就成為了最嚴格水資源管理的重要支撐技術之一。

5.水資源量質聯合配置技術

包括水量與水質在內的水資源配置是“三條紅線”管理的基本途徑。在具體管理實踐中，為了保證用水總量控制、用水效率控制和入河排污限制目標的實現，需要分別制定更加具體的控制手段和子目標，統籌“三條紅線”的關系，可以將“三條紅線”進一步分解為地表水取水量、地下水取水量、非常規水利用量、生態環境用水量、入海（湖）水量、經濟社會耗水量、污染物排放量、污染物入河量八大分量，因此以八大總量為分環節控制核心的水資源量質聯合配置技術，將能為“三條紅線”的制定和管理提供有效的支撐。

6.復雜水資源系統多目標綜合調度技術

水資源調度是落實水資源配置方案、實現水資源管理紅線目標的基底途徑，因此復雜水資源系統多目標綜合調度技術是“三條紅線”實施的重要技術支撐。通過水資源量質耦合配置確立的水資源開發利用控制紅線、用水效率控制紅線和水功能區限制納污紅線，為復雜水資源系統多目標綜合調度提供了邊界條件，復雜水資源系統要在該控制參數下運行。反過來，復雜水資源系統多目標綜合調度技術則是“三條紅線”的實施與落實的重要手段。復雜水資源系統多目標綜合調度技術直接服務于水資源開發利用控制紅線的水資源配置與水資源調度、用水效率控制紅線的用水過程管理以及水功能區限制納污紅線的水域調度管理，具體由“模擬—預報—調度—評價”四大技術組成，其中難點在于中長期預報和多目標聯合調度。

7.水資源信息管理與數字流域技術

水資源管理信息與數字流域技術是借助航空和地面攝影測量、衛星遙感技術、全球導航定位系統、地理信息系統、傳感器、無線傳感網絡、高性能計算機等現代化量測技術和數據管理手段，快速有效獲取并存儲流域基礎信息。在此基礎上，建立流域水循環模擬與調控模型以及數據處理模式，將物理實驗、理論研究和實驗計算三種科學研究方法進行集成和統一，實現多源多維數據在虛擬環境支撐下的可視化動態仿真。充分利用水資源管理信息與數字流域技術，構建面向各級水資源管理部門應用的水資源管理系統，以自然水循環和社會水循環過程為主要監控對象，實現對供水水源地的在線監測，對規模以上取用水的準確計量，對出入境水資源的總量監測，對地下水超采區的監測和管理，對入河排污口的在線監測。在準確把握水資源情況的基礎上，將監測數據、統計數據、水循環模型、水資源調配模型等緊密耦合，實現對水資源的科學調配和精細管理，為實行最嚴格的水資源管理制度和“三條紅線”管理提供技術手段和支撐工具。

8.水資源管理經濟調節技術

為了保障最嚴格水資源管理制度的順利實施，必須建立起相應的經濟調節體制，主要包括合理水價制定、水權交易、生態補償以及水資源費的高效管理等。合理的水價制定需要從供給和需求兩方面達到平衡，在城市水價中逐步實現由資源成本、工程成本、環境成本、生態成本、機會成本和利潤稅收成本等組成的全成本水價。水權交易是水資源的使用權在不同主體間的有償轉換，體現了不同區域之間的平等，可以彌補水資源再分配的“政府失效”，從目前的發展來看，交易定價技術亟待突破。在生態補償機制建立過程中，生態補償標準的制定是其關鍵技術，關鍵點在于兩方面：一是人際補償標準，即發生補償的雙方之間的補償標準。合理的人際補償標準應使得補償雙方的整體利益達到帕累托最優。二是人地補償標準，即人類經濟社會對自然生態環境的補償標準。體現在水土保持、水源涵養、污染治理、生態修復等措施上。合理的人地補償標準應使得生態環境得到有效保護和修復。

實行最嚴格水資源管理制度是水資源管理理念和方式的深刻變革，不僅需要管理者的不斷探索和努力，同時也離不開面向實踐需求的科技創新的支持。廣大水資源科技工作者應切實增強責任感和使命感，加大理論和技術創新力度，創新建立中國特色水資源管理科學技術體系，支撐最嚴格水資源管理制度實踐的不斷深入。