內(nèi)陸干旱區(qū)最嚴(yán)格水資源管理關(guān)鍵技術(shù)體系研究

姚俊強(qiáng) ，劉志輝 ，鄭江華 ，商思臣 ，劉 杰

（1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，830046，烏魯木齊；2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，830011，烏魯木齊；3.新疆大學(xué)干旱生態(tài)環(huán)境研究所，830046，烏魯木齊；4.新疆維吾爾自治區(qū)水文水資源局，830001，烏魯木齊；5.新疆維吾爾自治區(qū)呼圖壁縣水利局，831200，呼圖壁）

一、內(nèi)陸干旱區(qū)水資源地位及影響因素分析

1.水資源是制約內(nèi)陸干旱區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全的關(guān)鍵因素

我國內(nèi)陸干旱區(qū)是西北干旱區(qū)內(nèi)陸河區(qū)，占整個(gè)西北干旱區(qū)的73%，年均降水量250 mm左右，蒸發(fā)能力為降水量的8～10倍，水資源總量約占全國的5%，人均和地均水資源占有量分別約為全國人均水平的68%和27%。該地區(qū)水資源的主要特點(diǎn)是時(shí)空分布不均勻、產(chǎn)業(yè)分配嚴(yán)重不平衡，有限的水資源支撐著平原綠洲植被和灌溉農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)用水占水資源總量的94%以上，擠占了大量的生態(tài)用水，水資源開發(fā)過程中的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的問題日益尖銳。相關(guān)研究表明，未來氣候變化將會(huì)使干旱區(qū)水資源與生產(chǎn)力分布空間不匹配的特性進(jìn)一步突出，將進(jìn)一步加劇西北干旱區(qū)生態(tài)用水和經(jīng)濟(jì)用水的競爭。

2.氣候變化和人類活動(dòng)加劇了內(nèi)陸干旱區(qū)水資源的不確定性

內(nèi)陸干旱區(qū)有著典型的山盆結(jié)構(gòu)，山區(qū)是水資源的形成區(qū)，平原區(qū)的綠洲和荒漠是水資源的耗散區(qū)，少水年和枯水季主要依靠地下水補(bǔ)給。綠洲農(nóng)田與荒漠生態(tài)是最主要的兩大生態(tài)系統(tǒng)，綠洲規(guī)模和荒漠的穩(wěn)定均受制于山區(qū)的冰雪融水和降水。而這部分水資源對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)十分敏感，存在較大的不確定性。氣候變化對(duì)山區(qū)水循環(huán)要素的改變加劇了水系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，人類活動(dòng)在強(qiáng)烈改變著流域的自然水循環(huán)過程。

3.發(fā)展和構(gòu)建適合于內(nèi)陸干旱區(qū)的水資源管理制度和關(guān)鍵技術(shù)

內(nèi)陸干旱區(qū)水資源時(shí)空分布不均勻，而農(nóng)業(yè)過度開發(fā)大量擠占生態(tài)用水，導(dǎo)致水資源供需和配置失衡。地下水開采和利用更加混亂，在荒漠綠洲過渡帶有大片的新開墾的土地抽取地下水灌溉，而周圍的荒漠植被因地下水埋深變化而退化嚴(yán)重。因此，水資源管理混亂，濫采濫用嚴(yán)重，制約了發(fā)展。所以，必須重視內(nèi)陸干旱區(qū)水資源的監(jiān)測、模擬、優(yōu)化配置和科學(xué)評(píng)價(jià)等技術(shù)，急需發(fā)展和構(gòu)建適合于內(nèi)陸干旱區(qū)的水資源管理關(guān)鍵技術(shù)。

二、內(nèi)陸干旱區(qū)最嚴(yán)格水資源管理關(guān)鍵技術(shù)支撐框架

為了實(shí)現(xiàn)水資源的最嚴(yán)格管理，必須加強(qiáng)水資源領(lǐng)域的科技創(chuàng)新和成果示范推廣，搭建適合內(nèi)陸干旱區(qū)最嚴(yán)格水資源管理制度的科技支撐框架（見圖 1）。

1.“自然—社會(huì)”水循環(huán)模式和水資源綜合模擬技術(shù)

最嚴(yán)格水資源管理的主體是以“取水—用水—排水”三個(gè)基本環(huán)節(jié)構(gòu)成的水資源運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化過程，即社會(huì)水循環(huán)的過程。而內(nèi)陸干旱區(qū)水資源來自山區(qū)降水和冰雪融水，山區(qū)產(chǎn)流模型和融（冰）雪徑流模型構(gòu)成了自然水循環(huán)過程，兩者共同形成內(nèi)陸干旱區(qū)“自然—社會(huì)”水循環(huán)模式。實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，以數(shù)值模型科學(xué)準(zhǔn)確地模擬山區(qū)來水過程，結(jié)合概念模型并進(jìn)行耦合，加強(qiáng)對(duì)社會(huì)水循環(huán)過程的管理。地下水模型與其他模型耦合，模擬地表水與地下水、社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水的轉(zhuǎn)化關(guān)系，更加全面地對(duì)區(qū)域水資源進(jìn)行管理。因此，“自然—社會(huì)”水循環(huán)綜合模擬技術(shù)是實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理的重要支撐。

2.水資源優(yōu)化配置方法和分配體系

基于區(qū)域水資源評(píng)價(jià)總量，以滿足各行政區(qū)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境用水兩方面要求的均衡實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，在已建耦合模型基礎(chǔ)上研究各典型流域在不同來水頻率、用水結(jié)構(gòu)及水利工程布局條件下的對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)環(huán)境用水的優(yōu)化分配方法，結(jié)合各行政區(qū)劃產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)研究不同來水頻率下的流域內(nèi)各行政區(qū)之間的水資源優(yōu)化配置方法，構(gòu)建區(qū)域水資源分配體系。

3.地面監(jiān)測優(yōu)化結(jié)合3 S的“天地一體化”監(jiān)測技術(shù)

以衛(wèi)星遙感、全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化量測技術(shù)和數(shù)據(jù)管理手段，快速有效獲取并存儲(chǔ)流域水資源基礎(chǔ)信息。結(jié)合各項(xiàng)地面監(jiān)測手段，研究典型流域地表水及地下水監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)、農(nóng)業(yè)用水量監(jiān)測方法、天然生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測方法與監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，結(jié)合地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，集成各種監(jiān)測方法，建立區(qū)域水資源“天地一體化”監(jiān)測體系和面向各級(jí)水利部門的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)山區(qū)來水、供水水源地、規(guī)模以上取用水口、出入境水資源和地下水超采區(qū)的監(jiān)測、計(jì)量和管理。在此基礎(chǔ)上，將在線監(jiān)測、部門統(tǒng)計(jì)、遙感反演數(shù)據(jù)和水資源調(diào)配模型等緊密耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的科學(xué)調(diào)配和精細(xì)管理，為實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度提供技術(shù)手段和支撐工具。

4.水資源綜合評(píng)價(jià)模型和利用考核評(píng)價(jià)體系

在綜合分析各項(xiàng)用水指標(biāo)，如用水總量、萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量、農(nóng)業(yè)灌溉用水定額、灌溉水利用系數(shù)等，在綜合研究各指標(biāo)的關(guān)鍵性、代表性、地域通用性以及可操作性的基礎(chǔ)上，篩選合適的考核指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；以落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度為目標(biāo)，同時(shí)考慮流域水資源管理現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，研究各項(xiàng)考核指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)模型，構(gòu)建最嚴(yán)格水資源管理制度下的水資源利用考核評(píng)價(jià)體系。

三、結(jié)論

水資源管理模式是提高水資源動(dòng)態(tài)管理的有效方式，為水資源高效配置和合理利用提供技術(shù)支撐。在內(nèi)陸干旱區(qū)，水資源是制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全的關(guān)鍵因素，而氣候變化和人類活動(dòng)加劇了水資源的不確定性。因此，發(fā)展和構(gòu)建適合于內(nèi)陸干旱區(qū)的水資源管理制度和模式是一個(gè)迫在眉睫、亟待解決的問題。最嚴(yán)格水資源管理制度是一項(xiàng)全新的水資源管理理念，“三條紅線”是其核心內(nèi)容，而在內(nèi)陸干旱區(qū)，“三條紅線”要有所側(cè)重，總量控制紅線應(yīng)該放在最突出的位置，這與水資源總量短缺、不確定性增強(qiáng)有關(guān)。

流域是內(nèi)陸干旱區(qū)水資源的基本尺度，流域水資源最嚴(yán)格管理會(huì)遇到一些新的問題，在水資源供需平衡和優(yōu)化配置下，本文構(gòu)建了實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理的關(guān)鍵技術(shù)框架，包括“自然—社會(huì)”水循環(huán)模式和水資源綜合模擬技術(shù)、水資源優(yōu)化配置方法和分配體系、地面監(jiān)測優(yōu)化結(jié)合3S的“天地一體化”監(jiān)測技術(shù)及水資源綜合評(píng)價(jià)模型和利用考核評(píng)價(jià)體系等關(guān)鍵技術(shù)。

最嚴(yán)格水資源管理制度為內(nèi)陸干旱區(qū)合理利用水資源及可持續(xù)發(fā)展提供了有力支撐，但就目前而言，這還只是一個(gè)宏觀層面的理念，基本理論體系還不完善，相應(yīng)的制度框架還未形成，缺乏相關(guān)的機(jī)制研究，需要研究有效的初始水權(quán)分配機(jī)制、有效的補(bǔ)償與激勵(lì)機(jī)制以及廣泛的社會(huì)參與機(jī)制等水資源配置及管理機(jī)制；同時(shí)，實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度也需要對(duì)水資源模擬技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、考核和評(píng)價(jià)等體系和對(duì)策措施進(jìn)行更加深入研究。

圖1 最嚴(yán)格水資源管理關(guān)鍵技術(shù)體系

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