基于广义的水资源与水环境综合规划研究理论

年月水利学报第卷第期收稿日期基金项目国家重点基础研究发展计划计划课题国家自然科学基金创新研究群体基金项目世界银行全球环境基金资助项目作者简介周祖吴男湖北武汉人博士高级工程师主要从事流域水循环模拟水质模拟水资源评价及水资源规划研究文章编号基于广义的水资源与水环境综合规划研究理论周祖昊王浩秦大庸桑学锋中国水利水电科学研究院水资源研究所北京摘要在分析国内外水资源规划的发展历程的基础上基于广义耗水控制理念探讨了区域水资源水环境综合规划的理论内涵及其规划理念分析了其调控机制规划原则以及规划目标确定以目标制定方案设置情景模拟方案评价方案推荐个步骤为基于的水资源规划的决策思路进而提出了七大总量控制规划指标建立了规划框架为综合解决全球气候变化和人类活动影响下日益严重的水资源和水环境问题提供了探索途径关键词广义耗水控制水资源水环境综合规划中图分类号文献标识码研究背景水资源问题已成为世纪全球关注的热点随着人口的不断增长和经济的快速发展以水资源匮乏和生态环境污染为特征的水危机已成为区域社会经济持续发展的重要制约因素流域或区域的水资源规划管理也逐渐成为国内外研究的重点国内外水资源规划发展历程虽然不尽相同但大体可分为种模式就水论水的水资源规划这个模式属于起步阶段水资源规划考虑的关系相对简单主要以水为核心和约束条件以追求经济效益昀大化或者缺水昀少为目的探索水资源如何满足经济发展需要基于宏观经济的水资源规划由于水资源开发与区域经济特点和发展模式非常密切等将水资源管理与社会经济的发展综合考虑许新宜等重点研究了水资源与宏观国民经济之间相互影响相互制约的关系提出了基于宏观经济的水资源合理配置理论方法力图实现宏观经济和水资源合理利用的协调发展面向生态的水资源规划随着世界性人口爆炸和社会经济快速发展水资源开发强度越来越大水资源的过度开发带来了各种生态恶化问题比如河道断流湿地萎缩地下水出现漏斗等等随着人类生态保护意识的提高生态系统和社会经济系统同等重要地纳入到水资源规划中广义水资源规划世纪年代以来水资源危机逐渐成为世界性难题在水资源缺乏地区提高降水的利用效率日益得到重视因此蓝水资源或称狭义水资源即地表水和地下水资源和绿水资源或称广义水资源即能被生态系统和经济系统直接利用的降水的概念被提了出来在此理论基础之上有学者提出了狭义水资源和广义水资源统一配置的水资源配置体系基于耗水的水资源规划以往的水资源配置主要将多种可利用水源在区域间和部门间进行调配缺乏对水资源消耗量以下简称广义的控制等首次提出节水中的可回收水和不可回收水概念等提出了真实节水系列概念强调从整个水循环不可回收的水量中进行节水而不仅限于用水过程中的节水引发了人们对水资源高效利用的新思考这一思想起先用于农业灌溉用水管理中后被在世界银行海河项目中用于流域或区域水资源规划和管理实践水资源与水环境综合规划水资源的数量和质量都是其重要属性两大属性密不可分只有将水资源的数量和质量管理结合起来才能实现水资源的科学管理如果要实现水资源的良性循环和可持续利用须将供水用水排水和污染防治等与水有关的各个方面有机结合起来目前国内外学者主要在分质供水保证环境流量基于水资源配置模型的水质水量双总量控制等方面进行了一些研究研究对象和研究方式进行了大量简化目前基于广义的水资源与水环境综合规划才刚刚起步传统的水资源管理注重取水控制基于真实节水对广义总量进行控制的理论方法及技术措施体系尚在研究之中水资源与水环境综合规划主要从水资源配置过程中考虑环境问题的角度出发开展了一些工作没有真正体现水资源和水环境综合的理念只有从水循环过程及伴随水循环的污染物迁移转化过程内在作用关系的基础出发将水资源合理配置与污染治理紧密联系起来才能真正实现水资源量和质的科学管理本文以基于广义的水资源规划和水资源与水环境综合规划的理念为指导初步构建基于广义的水资源与水环境综合规划体系包括规划理念调控机制规划原则规划目标及决策思路基于广义的水资源与水环境综合规划理论内涵基于广义的水资源与水环境综合规划理论内涵包括两个部分基于广义的水资源规划理论内涵传统的是蒸发和蒸腾的合写词昀早用于农业用水管理表示农业用水通过一切形式由液态转化成气态的过程本文广义指的是区域内所有的耗水量其组成包括通常传统意义下的即植被的蒸腾土壤及水面的蒸发人类生产生活过程中产生的蒸发工农业生产时固化在产品中且被运出本区域的水运出区域外的产品水对于本区域来说相当于消耗以下文中所用到的亦指广义上的在世行海河项目中真实节水的概念进一步推广到全流域提出基于广义管理理念的水资源规划真实节水的含义为减少项目区广义消耗量只有减少水分的蒸发蒸腾才是区域水资源量的真正节约这与传统的水资源规划是有区别的传统的水资源管理注重取水管理节水的效果主要由取水量的减少来衡量取水的减少量等同于节约的水量因此在进行水资源规划时主要在区域间和部门间分配各种可利用的水源缺乏对广义总量的分配和控制其结果是发达地区或者强势部门通过提高水的重复利用率和消耗率在不突破许可取水量的限制的条件下将消耗更多的水量增加在区域?流域水资源总量区域?流域总的可消耗基本不变的情况下这就意味着欠发达地区或者弱势部门如农业生态等部门可使用的水资源将被挤占越是在水资源紧缺的地区这种矛盾越是突出因此按照传统水资源规划理念水资源利用的公平性并不能真正得到保证生态系统的安全也并不能真正得到保障所以只有对广义进行控制才能真正实现流域?区域水资源的可持续利用对广义进行控制不仅需要从流域?区域整体对广义进行控制还需要对局部区域的广义进行分别控制否则即使整个流域?区域广义得到控制由于局部的广义控制没有实现可能会造成局部的水资源问题与传统取水控制一样对广义的控制并不意味着社会发展停滞不前在不突破流域?区域广义总量的前提下通过调整在时空上和部门间的分配通过提高各部门利用的效率减少低效和无效增加高效仍然能够促进经济发展和社会进步因此基于广义的水资源规划理念包括两层含义总量控制从流域?区域整体控制住总的量确保流域?区域总不超过可消耗实现水资源的可持续利用效率提高从流域?区域整体提高水分生产水平促进社会经济持续发展基于水资源规划首先要根据水资源本底条件确定流域?区域可消耗量然后从广义水资源角度出发在综合考虑自然水循环的地表地下土壤植被四水转化过程中产生的和社会水循环的供水用水耗水排水过程中产生的的基础上进行各区域各部门的分配确保区域总自然和社会不超过可消耗的要求水资源与水环境综合规划理念水量水质联合配置的研究在近年得到了重视从配酌模拟计算的角度分析水量水质联合配置存在个层次第个层次是基于分质供水的水量配置第个层次是在水循环基础上添加污染排放和控制等要素实现在水量过程模拟基础上的水质过程分析进而进行水量配置第个层次就是在动态联合水量和水质实现时段内紧密耦合的动态模拟目前的研究主要还集中在第个层次对于第层次有所涉及但是还不够系统需要作更深层面的研究到第个层次才真正属于水资源与水环境综合规划的范畴水资源与水环境综合规划理念就是要在规划过程中同时考虑水资源配置与水环境保护相互影响的关系包括两层含义满足用水户的水量和水质要求从供水角度来说不光要满足用水户的水量要求还要按照不同用户对水质的要求不同实现分质供水优水优供而要达到水体水质要求污染排放应该按照水体水质要求进行严格控制确保水质安全满足水环境功能区划的水质要求从污染控制角度来说一方面需要根据水环境功能区划的要求按照环境容量进行削减实现总量控制基础上的达标排放另一方面在水资源配置过程中要留足环境容量以使得污染削减的代价切实可行这两方面须综合考虑确定昀佳平衡点实现水资源与水环境综合规划要牢牢抓住两点水资源与水环境综合规划要基于统一的水环境功能区划水资源配置按照水环境功能区划实施分质供水并给每个功能区留足环境水量污染排放按照水环境功能区划的要求削减污染排放总量只有采用统一的水环境功能区划水资源和水环境规划才有共同的基础水资源规划与水环境规划要基于水循环与污染迁移转化基础水循环和伴随水循环的污染物迁移转化过程密不可分这是水资源具有量和质两方面属性的基础也是水资源与水环境综合规划的基础因此只有在充分分析水循环过程与污染物迁移转化过程的基础上才能保证水资源与水环境规划的科学性基于广义的区域水资源与水环境综合规划调控机制作为自然资源的水首先具有自然属性同时具备为所在生态系统中承担功能的生态属性在人类社会对水资源进行开发利用之后又增加了社会属性经济属性和环境属性因此在现代水循环结构中水资源具有自然社会经济生态和环境五维属性在水的资源生态社会经济环境五维属性之间充斥着矛盾与竞争基于广义的水资源与水环境综合规划应当以为核心针对不同维的需求建立相应的决策机制以广义为中心的水平衡机制流域水资源演化是诸多水问题产生的共同症结所在过多的耗水是造成水资源短缺水生态退化的关键因素因此基于广义的水资源与水环境综合规划首先要遵循广义耗水为中心的水平衡机制水平衡决策机制包括个层次第个层次是流域?区域整体的水量平衡机制是流域?区域总来水量包括降水量和从流域外流入本流域的水量广义量即区域耗水量排水量即排出流域之外的水量之间的水量平衡其目标是以水量平衡为条件界定满足流域?区域水循环稳定健康的经济和生态总可耗水量第个层次是资源量平衡机制包括径流性水资源量经济用水耗水量和排水量之间的平衡关系进行分析其目标是界定满足流域?区域水循环稳定健康的国民经济取用水量可消耗水量第个层次是社会水循环水量平衡分析计算各种水源对国民经济各部门之间不同时段的供用耗排水平衡其目标是界定满足流域?区域水循环稳定健康的国民经济各部门取用水量可消耗水量以可持续为中心的生态决策机制生态决策机制的核心是水资源利用的可持续性要求在实现经济用水高效和公平的同时需要考虑水循环系统本身健康和对相关水生态系统的支撑在水资源紧缺地区社会经济用水和生态环境用水竞争强烈必须在经济社会发展与生态环境保护之间确定合理的平衡点将水资源开发利用社会经济发展生态环境保护放在流域水资源演变和生态环境变化的统一背景下进行研究以流域为基础以经济建设和生态安全为出发点根据水分条件与生态系统结构的变化机理在竞争性用水的条件下通过比较和权衡确定合理的生态系统耗水量和国民经济耗水量既能使生态系统保持相对稳定和功能的协调又能使经济建设受到较小的影响以公平为核心的社会决策机制社会决策机制的核心是水量分配和污染治理的公平性包括区域间的公平性时间段上的公平性行业间的公平性代际间的公平性通过社会决策机制能体现水资源配置和污染治理对不同地区行业和群体利益的协调保障社会发展的均衡性以边际成本和社会净福利为中心的经济决策机制经济决策机制体现水资源和水环境调控的高效原则水资源合理配置与污染控制的经济决策机制是根据社会净福利昀大和边际成本替代两个准则确定合理的水资源配置指标和污染控制指标经济决策机制包括宏观和微观两个层面在宏观经济层次抑制水资源需求降低降低水资源消耗和减少污染产生需要付出代价增加水资源供给增加可消耗从外部调水增加海水利用和加大污染治理力度也要付出代价两者间的平衡应以更大范围内的全社会总代价昀小社会净福利昀大为准则在微观经济层次不同水平上抑制水资源需求降低和减少污染产生的边际成本在变化不同水平上增加水资源供给增加可消耗和加大污染治理力度的边际成本也在变化二者的平衡应以边际成本相等或大体相当为准则从用水耗水及治污产生的效益和社会福利基础上分析水资源和水环境调控的方向通过不同的水资源利用方式和污染控制方式实现在公平基础上对水资源更高效的利用和水污染的防治以水量水质联合配置为中心的环境决策机制环境决策机制的核心是关注水环境质量对社会的综合效益通过环境决策机制能在水量水质演化的基础上提出水环境承载能力下的行业昀大可排水量准则控制断面水环境要求以及水环境功能区划要求的水量利用和污水排放双重控制同时还需要在配置决策中量化水污染损失确定污染负荷排放以及污水处理再利用的阈值指标基于广义的水资源与水环境综合规划原则及规划目标规划原则基于广义的水资源与水环境综合规划以水资源的可持续性高效性公平性和系统性为原则进行科学综合规划可持续性原则表现在为实现水资源的可持续利用区域发展模式要适应