多維調(diào)控模式下的水資源高效利用概念解析

游進軍， 王浩， 牛存穩(wěn)， 仇亞琴

(中國水利水電科學研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038)

多維調(diào)控模式下的水資源高效利用概念解析

游進軍， 王浩， 牛存穩(wěn)， 仇亞琴

(中國水利水電科學研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038)

人類活動下的水循環(huán)呈現(xiàn)“自然-社會”二元結(jié)構(gòu)特征，水資源在原有的自然屬性基礎上增加了經(jīng)濟、社會等屬性，水資源開發(fā)利用必須協(xié)調(diào)多維屬性的均衡。從分析多維屬性下的水資源高效利用調(diào)控需求和綜合高效用水的概念入手，并從評判標準、評價尺度和評價范圍等方面對比了傳統(tǒng)節(jié)水與多維調(diào)控下的高效用水的區(qū)別，指出了水循環(huán)多維調(diào)控下的高效性需要對水循環(huán)的社會、經(jīng)濟、生態(tài)、環(huán)境的效應進行綜合評判，促使水資源利用從低效端向高效端轉(zhuǎn)變。在評價手段上，需要通過分析機理、構(gòu)建流域水循環(huán)及伴生過程的綜合模擬模型來量化分析不同屬性的效率高低；在實施層面上，需要通過社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境等不同類型的調(diào)控要求，在點、線、面和流域整體等不同空間層次上提出調(diào)控措施。

水資源；二元水循環(huán)；多維調(diào)控；高效利用；節(jié)水

人類活動下的水循環(huán)演變及水資源高效利用是當前的研究熱點。受水文氣象條件變化和經(jīng)濟社會發(fā)展的影響，近半個世紀來我國呈現(xiàn)水資源總量衰減和用水量增加的趨勢，不同行業(yè)用水競爭激烈，水資源短缺、水環(huán)境污染和水生態(tài)退化問題日趨明顯，我國已經(jīng)成為世界上水循環(huán)演變最劇烈、受水問題困擾最嚴重的國家之一，北方地區(qū)尤為嚴重。不同區(qū)域水問題體現(xiàn)出不同的特征，水資源短缺與水污染、生態(tài)退化呈現(xiàn)復合發(fā)展趨勢，水資源的高效利用不僅僅體現(xiàn)在經(jīng)濟用水效率的提高上，同時也體現(xiàn)在用水對水循環(huán)及其伴生生態(tài)環(huán)境過程的影響上，即從流域水循環(huán)健康的角度來衡量水資源開發(fā)利用的效率上。因此，強人類活動下的水資源高效利用標準已經(jīng)不能以傳統(tǒng)節(jié)水水平的高低來衡量，亟須在水的多重屬性基礎上將用水的經(jīng)濟價值與生態(tài)環(huán)境綜合效應量化分析，以便為流域的綜合治理措施制定提供科學依據(jù)?，F(xiàn)有的“自然-社會”二元水循環(huán)理論及模型為解析流域水資源、水生態(tài)與水環(huán)境演變規(guī)律提供了分析工具，有關水的環(huán)境效應、水生態(tài)價值等研究成果為拓展新理念下的高效用水提供了分析基礎。本文嘗試將新理念與實際需求結(jié)合，在揭示水資源的多維屬性基礎上分析水問題的不同治理需求，界定科學評價水資源利用效率的識別方式，提出綜合高效利用要求下的流域水循環(huán)整體調(diào)控手段。

1 水循環(huán)演變與水資源多維屬性特征

水循環(huán)是自然進化的結(jié)果，是氣候系統(tǒng)和生物圈長期相互作用的產(chǎn)物。由于人類活動的增強，原有的自然水循環(huán)已演變成自然-社會二元水循環(huán)。自然變化和人類活動雙重影響下的水循環(huán)及其伴生的生態(tài)環(huán)境過程的變化，是當前全球性的前沿基礎科學問題[1-2]。高強度人類活動從多個方面影響和改變了自然驅(qū)動力下的水循環(huán)模式[3]，包括水循環(huán)驅(qū)動力、結(jié)構(gòu)參數(shù)和狀態(tài)的演變，在陸面水文過程中表現(xiàn)尤為明顯。在循環(huán)動力上，從以地形主導的勢能為主增加了人工機械能；在循環(huán)結(jié)構(gòu)上，在“大氣-坡面-地下-河道”自然循環(huán)基礎上增加了“取水-輸水-用水-排水”的社會側(cè)支循環(huán)，分析水循環(huán)模式可知，自然水循環(huán)以水量匯集為主；在循環(huán)模式上，自然水循環(huán)過程通過流域產(chǎn)匯流過程以匯集為主，分散的水分逐漸匯集入河、入?；蛘哌M入內(nèi)陸河尾閭，而社會側(cè)支循環(huán)則以耗散過程為主，從自然水循環(huán)過程中取水后逐步分散供給各類用戶。

水資源的概念與水循環(huán)演變過程密切相關[4]。在沒有人類的時候，存在于天然水循環(huán)過程中的水只有自然屬性，即水的物理化學屬性，以及因其作為生物組成物質(zhì)和生存所需而具有的生態(tài)屬性。人類活動影響下的水循環(huán)具有“自然-社會”二元特征，人類社會對水的需求使得水成為一種資源和商品，因水資源對經(jīng)濟社會具有服務價值而產(chǎn)生了資源價值，在原有的自然屬性基礎上呈現(xiàn)了社會屬性和經(jīng)濟屬性[5]，形成了更為復雜的多維屬性，由此逐步形成了針對水資源的多維屬性的調(diào)控研究[6-9]。

結(jié)合水的自然屬性和社會需求，可以將水資源的多維屬性描述如下[8]：資源屬性是指水資源的時空分布、量、質(zhì)特征及可再生能力；社會屬性是指水資源通過社會水循環(huán)的供、用、耗、排融入到社會發(fā)展過程，與土地、能源等其他資源一樣成為調(diào)控社會發(fā)展的一種關鍵資源要素；經(jīng)濟屬性是指水資源作為經(jīng)濟生產(chǎn)要素在其利用過程中體現(xiàn)的商品和市場效應；生態(tài)屬性是指天然條件下水資源的生態(tài)服務功能；環(huán)境屬性是由于水的化學特性對相關的環(huán)境系統(tǒng)形成的影響和響應。

2 多維屬性特征下的調(diào)控需求

2.1 水問題及其應對措施的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的水問題主要是水多、水少、水渾，解決的措施主要以工程手段為主，通過建設防洪、供水、水保等工程體系應對，如圖1所示。隨著社會經(jīng)濟用水對水循環(huán)的擾動越來越強烈，二元水循環(huán)模式下的水問題除了水多、水少外，水環(huán)境、水生態(tài)問題也越來越突出。隨著已有工程開發(fā)利用能力的逐漸飽和，水資源開發(fā)潛力逐漸達到上限，傳統(tǒng)的工程建設等外延開發(fā)模式已經(jīng)不能滿足快速增加的水資源需求，同時也無法應對日益嚴峻的水環(huán)境、水生態(tài)問題。從已有的水治理經(jīng)驗和治水需求變化趨勢來看，由于水資源決策的多目標特性和復雜性日趨增加，單一的應對方式只能是“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，難以標本兼治。因此，水問題的解決措施從工程建設手段轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨芾碚{(diào)控手段為主，從規(guī)劃決策層面實現(xiàn)源頭控制，從應對問題轉(zhuǎn)變?yōu)轭A防為主，并提出針對性方案措施。

從水資源的多維屬性特征分析，受高強度人類活動影響，二元水循環(huán)下的水資源呈現(xiàn)資源屬性削弱、社會屬性變異、經(jīng)濟屬性增強、生態(tài)屬性退化、環(huán)境屬性下降的特點，水循環(huán)的協(xié)調(diào)性遭到一定程度的破壞。水循環(huán)多維調(diào)控是針對各類屬性的不利轉(zhuǎn)化提出的應對措施，并形成總體效用提高的優(yōu)化組合。

圖1 水問題和解決措施的轉(zhuǎn)化方向

為更好地分析水資源利用的綜合效用，按照“自然-社會”二元水循環(huán)的概念，可以將水資源及其所服務的對象整體劃分為水循環(huán)本身以及社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境3個子系統(tǒng)。水循環(huán)系統(tǒng)是河流、湖泊等水文過程主體，水資源開發(fā)利用效用的關注點為水循環(huán)的穩(wěn)定健康，高效性體現(xiàn)為水資源的再生能力；社會經(jīng)濟系統(tǒng)包括社會水循環(huán)所承載的社會、經(jīng)濟實體，其效用體現(xiàn)為公平和效率；生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的效用體現(xiàn)為水作為自然系統(tǒng)的組成部分，承擔必要的生態(tài)服務功能和環(huán)境維持功能。按照二元水循環(huán)的概念，在自然-社會二元驅(qū)動力作用下，3個系統(tǒng)之間存在著有機聯(lián)系，相互間的效益也存在一定的此消彼長關系，不同的水資源開發(fā)利用和保護措施可以導致三者之間互動連鎖反應。因此，不同的調(diào)控方式產(chǎn)生出不同的收益和代價，而不同評價指標和評價方法對效益分析也不盡相同。

2.2 多維屬性特征下的調(diào)控需求

已有的關于水循環(huán)、水環(huán)境與水生態(tài)的研究是相對獨立的，對彼此之間的效益轉(zhuǎn)換缺少量化分析手段，因而難以進行綜合評判分析。水循環(huán)多維調(diào)控是綜合社會經(jīng)濟、生態(tài)和環(huán)境等多重因素分析從不同屬性角度考慮的調(diào)控需求，進而綜合評判水資源利用的綜合高效性，實現(xiàn)水資源利用的低效到高效轉(zhuǎn)換。按照不同屬性特征，多維屬性下的調(diào)控需求可以簡單歸納為以下幾方面：

1)資源屬性。強調(diào)水循環(huán)規(guī)律，調(diào)控需求是水循環(huán)的穩(wěn)定性和可再生性。天然水循環(huán)是承載經(jīng)濟活動和環(huán)境容量的基礎，通過合理的調(diào)控保障水資源滿足社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境兩個子系統(tǒng)的均衡，保證流域內(nèi)部的經(jīng)濟用水和生態(tài)用水的總體合理配置格局。

2)社會屬性。強調(diào)公平性，調(diào)控需求是水資源分配利用的公平性，包括區(qū)域間水量配置公平性、行業(yè)間水量配置公平性、代際間水量配置公平性。通過社會屬性調(diào)控實現(xiàn)水權分配的公平，滿足社會的均衡發(fā)展和資源的可持續(xù)開發(fā)利用。

3)經(jīng)濟屬性。強調(diào)用水效率和效益，調(diào)控需求是均衡水供求關系，實現(xiàn)最大化的經(jīng)濟收益。水供求關系包括控制需求和增加供給。經(jīng)濟社會發(fā)展水平?jīng)Q定了用水需求，水利工程建設水平?jīng)Q定了供給能力。在宏觀經(jīng)濟層次上，抑制水資源需求需要付出代價，增加水資源供給也要付出代價，二者間的平衡應以全社會總代價最小(社會凈福利最大)為準則。在微觀經(jīng)濟層次上，需要分析投入與產(chǎn)出效益之間的經(jīng)濟平衡關系，需求控制和增加供給的邊際成本均具有動態(tài)變化特征，二者的平衡應以邊際成本相等或大體相當為準則。

4)生態(tài)屬性。強調(diào)水的生態(tài)服務功能，保障水作為自然系統(tǒng)的基本服務價值。調(diào)控需求主要是在水利工程建設和水資源系統(tǒng)運行調(diào)度中盡量考慮對生態(tài)保護目標水量需求的滿足，減少對生態(tài)的負面影響。

5)環(huán)境屬性。強調(diào)用水安全、人群用水健康及其效應，調(diào)控需求關注的是水環(huán)境質(zhì)量對社會的綜合效益。水體質(zhì)量對于其功能效應具有重要影響，因此對水質(zhì)的控制和對水量的調(diào)控同等重要，調(diào)控的目標是使水環(huán)境質(zhì)量滿足要求。

水資源多維屬性下的調(diào)控是按照自然規(guī)律和經(jīng)濟規(guī)律對流域水循環(huán)及其影響的自然、社會、經(jīng)濟和生態(tài)諸因素進行整體分析，從經(jīng)濟用水與生態(tài)用水的效益均衡、行業(yè)用水公平與效益均衡、用水排水控制與水污染控制治理均衡等多方面的效用評價入手，遵循水平衡原則、經(jīng)濟決策機制和生態(tài)效益評價機制，提出水資源開發(fā)利用與保護的合理模式和措施，實現(xiàn)綜合社會福利最大化。

由于多重屬性的調(diào)控需求，使得水資源利用的高效性需要綜合不同屬性調(diào)控的效果進行綜合評判，有必要在原有的以經(jīng)濟效益最大化為準則的高效用水概念的基礎上，進一步界定多維調(diào)控綜合效應下的高效用水概念。

3 水資源綜合高效概念的識別

3.1 綜合高效的含義界定

水資源利用效率的評價源于人類的水需求滿足狀況。傳統(tǒng)意義上，對人類社會具有效益的水必須同時具有有效性和可控性。有效性是指對人類生存和發(fā)展具有效用；可控性是指必須能為人類所控制并能帶來效益。滿足上述兩條特征的水才是有效的水資源。從多維調(diào)控的角度分析，水循環(huán)及其伴生的生態(tài)環(huán)境過程本身也具有調(diào)控需求，水資源的利用效率評價范圍也隨之擴大。因此，水資源利用的效率評價應從單一的為人類服務效益評價，轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑S屬性角度下包括水循環(huán)本身和所服務的經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)整體的綜合效應評價。

從綜合高效性評價的范圍來看，應包括社會經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效應。按照二元水循環(huán)概念，依據(jù)水分在水循環(huán)中發(fā)揮的功能可以將其劃分為生產(chǎn)性用水和非生產(chǎn)性用水。對于生產(chǎn)性用水，具有經(jīng)濟、社會、生態(tài)和環(huán)境屬性，其主要功能是被經(jīng)濟社會利用，產(chǎn)生經(jīng)濟、社會效益，同時在此過程中，水分也可能隨著水循環(huán)及其伴生過程產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境效用。而對于非生產(chǎn)性用水，則僅具有生態(tài)、環(huán)境屬性，提供生態(tài)服務和環(huán)境支撐。對于生產(chǎn)性用水的經(jīng)濟功能，可以采用傳統(tǒng)的用水效率界定其利用效率的高低。生產(chǎn)性用水產(chǎn)生社會經(jīng)濟價值的同時，也能發(fā)揮更高的環(huán)境或生態(tài)效用，則屬于相對的高效利用。

從綜合高效性評價的表現(xiàn)方式來看，單位蒸散發(fā)水分的效應可以作為評價依據(jù)。陸地水文過程中的水量消耗都是蒸發(fā)。因此，數(shù)量層面水分效率的高低可以采用水分的蒸散發(fā)量來度量。對于生產(chǎn)性用水，包括服務于生活和生產(chǎn)的用水。同等的蒸發(fā)量可以提供更大的經(jīng)濟價值或者更多的滿足生活的需求用水，則屬于水分相對高效利用，反之則為水分相對低效利用。對于非生產(chǎn)性用水，同等的蒸發(fā)帶來更好的生態(tài)均衡效應，提供更多的生物多樣性和干物質(zhì)量，則水分相對屬于高效利用，反之水分屬于相對的低效利用。如同一區(qū)域裸地蒸發(fā)相對于坡面徑流蒸發(fā)，產(chǎn)生的生態(tài)效應更低，效用也更低。需要指出的是，由于生態(tài)效用具有多重影響因素，單位蒸散發(fā)的價值評估并非唯一準則，有關水的生態(tài)服務效應和服務價值已經(jīng)具有大量的研究成果[10]，云理論等新技術也被引入到流域整體生態(tài)效應的評價中[11]，但尚未形成統(tǒng)一的標準，未來仍需確定水資源利用綜合高效性的研究重點。

從評價的范圍分析，水資源利用效率高低也包括水體的可服務范圍，即可以滿足更大范圍用戶需求的水分具有更高的效益。水質(zhì)優(yōu)劣會影響水的用途，如果水質(zhì)達不到生產(chǎn)性用水的要求，可能產(chǎn)生較低的效用。因此，當水資源利用產(chǎn)生對水質(zhì)的負面影響時，對水環(huán)境質(zhì)量的影響應計入其負面效應。即用水的高效性不僅在于其直接的產(chǎn)出，還需要評估其對水體服務范圍和服務功能產(chǎn)生的負面影響。由于水循環(huán)過程中水量過程和水質(zhì)狀況密切相關，同樣的廢污水排放狀況下，水資源數(shù)量的豐枯變化會引起水質(zhì)的變化。因此，針對水文隨機性過程和用水不確定過程下的水環(huán)境狀況分析也是用水高效性綜合評價的一大難點。

3.2 綜合高效用水與傳統(tǒng)節(jié)水的區(qū)別

節(jié)水作為提高水資源利用效率的傳統(tǒng)手段，與多維調(diào)控下的綜合高效用水存在一定差別。節(jié)水主要包括減少輸水環(huán)節(jié)的水量損失和生產(chǎn)過程的用水量，都屬于提高水資源的經(jīng)濟效用。傳統(tǒng)的節(jié)水措施包括提高渠系水利用系數(shù)、降低管網(wǎng)損失率、降低生產(chǎn)用水定額等[12]，從而使得單位水分取得更高的經(jīng)濟產(chǎn)出。與傳統(tǒng)節(jié)水相比，多維調(diào)控下的綜合高效用水的不同之處主要表現(xiàn)在：

1)標準不同。多維調(diào)控下的高效利用強調(diào)量、質(zhì)、效全面衡量，是從單一的水量利用效率評價轉(zhuǎn)換到水資源利用對社會、經(jīng)濟、生態(tài)、環(huán)境多因素的綜合影響效果評估。相對于傳統(tǒng)節(jié)水以單位產(chǎn)值用水量為評價標準，綜合高效用水是將生態(tài)效應、水質(zhì)狀況均納入評價標準，從量、質(zhì)、效等方面來綜合評價用水效率。

2)尺度不同。與原來的以產(chǎn)品終端和輸水過程節(jié)水為主相比，多維調(diào)控下水資源利用的低效向高效轉(zhuǎn)化是從流域水循環(huán)尺度考慮的，通過減少水循環(huán)各個環(huán)節(jié)的蒸散發(fā)消耗實現(xiàn)節(jié)水，效率評價的尺度需要擴展至水循環(huán)全過程，體現(xiàn)整體的用水高效性，將耗水控制設定為水量配置的目標[13]。

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3)范圍不同。傳統(tǒng)節(jié)水主要側(cè)重于降低單位產(chǎn)值的用水量，而多維調(diào)控下的高效用水則是對多重措施效應的全面評價，包括對開源、節(jié)流、治污、挖潛等不同類別治水措施的效用進行分析，來評價多維調(diào)控的效果。

4 綜合高效的評價和實施

4.1 綜合高效的評價

從水資源綜合高效利用概念方面的探討結(jié)果可知，評價多維調(diào)控下的水資源利用高效性，需要將多個研究方向的知識體系綜合在一起[14]，形成集成的評價分析工具。

從水循環(huán)本身來看，需要細化蒸發(fā)的演變機理，把水循環(huán)各個環(huán)節(jié)區(qū)分開來，建立對各個環(huán)節(jié)蒸發(fā)過程及其驅(qū)動力影響的響應機制，根據(jù)不同的評價標準在每一個環(huán)節(jié)分析生產(chǎn)性用水和非生產(chǎn)性用水的效率，并建立不同調(diào)控模式下高效和低效蒸散發(fā)的轉(zhuǎn)化機制，為構(gòu)建模擬工具及調(diào)控措施分析提供支撐。

從生產(chǎn)性用水的效用評價角度來看，需要構(gòu)建流域水循環(huán)及伴生過程的綜合模擬模型，對自然水循環(huán)和社會水循環(huán)的各個過程進行全面模擬，并分析不同調(diào)控模式下水生態(tài)環(huán)境過程的響應狀況，支撐生產(chǎn)性用水在各個環(huán)節(jié)的生態(tài)效用和經(jīng)濟效用的評價。

從水量水質(zhì)關系方面分析，需要對污染物排放、入河、河道內(nèi)運動三大水環(huán)境過程進行全面模擬，評價不同開發(fā)利用措施對水質(zhì)變化的影響。

從生態(tài)效應評價方面分析，需要對流域水生態(tài)過程的“水循環(huán)-碳循環(huán)-氮循環(huán)”三大過程進行模擬，分析水分生態(tài)效用的形成、轉(zhuǎn)化以及水分調(diào)控對生態(tài)效用的影響。

綜合高效用水的評價需要研究自然和社會兩大驅(qū)動力共同作用下水循環(huán)和環(huán)境、生態(tài)伴生過程的演變規(guī)律，通過對水循環(huán)的量、質(zhì)、效的綜合評估，提出水資源利用從低效向高效轉(zhuǎn)化為核心的理念、標準和技術方法，建立模擬分析平臺，評價各類措施的綜合效果，實現(xiàn)整體性的高效用水模式。

4.2 綜合高效調(diào)控的手段

從上述分析可以看出，實現(xiàn)多維調(diào)控下的水資源綜合高效利用，是一項系統(tǒng)工程，需要將原有的水資源開發(fā)、利用、保護和管理手段綜合到一起。一方面需要合理開發(fā)，水資源開發(fā)是實現(xiàn)水資源持續(xù)利用的必要手段，但必須保證無害和低影響，才能取得更多的生態(tài)環(huán)境效用。另一方面，生態(tài)保護需求和環(huán)境容量對開發(fā)水資源的限制需要充分體現(xiàn)在調(diào)控過程中，如最小的河道生態(tài)流量可以維持河道基本功能，以及考慮到不同水生生物的需求提供的適宜生態(tài)流量。若區(qū)域水資源開發(fā)能維持在環(huán)境允許的范圍之內(nèi)，則水資源持續(xù)利用也就具備了環(huán)境保障條件；否則，水資源將受到污染，其可利用量將減少，進而影響到整個社會的持續(xù)發(fā)展。

此外，系統(tǒng)調(diào)度和管理措施也是增強綜合高效調(diào)控的重要手段。系統(tǒng)調(diào)度運行和管理決策者調(diào)節(jié)控制水資源-生態(tài)環(huán)境-經(jīng)濟社會復合系統(tǒng)的總體能力，通過三者的均衡謀求自然與社會的協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展，使決策符合可持續(xù)發(fā)展的要求，以便構(gòu)建最優(yōu)的經(jīng)濟、社會、生態(tài)和環(huán)境整體結(jié)構(gòu)。而在確定的水資源和工程條件下，要達到這一目標的重要途徑就是要建立滿足水資源持續(xù)利用需求的系統(tǒng)調(diào)度運行策略和其他相關管理機制，加強和提高科學調(diào)控能力。

4.3 綜合高效調(diào)控的實施途徑

結(jié)合現(xiàn)有的水資源調(diào)控手段，要實現(xiàn)綜合調(diào)控下的水資源高效利用，需要以控制“自然-社會”二元驅(qū)動力為方向，在類型上可以針對社會、經(jīng)濟、生態(tài)和環(huán)境多個屬性制定措施，在空間層面上通過點、線、面的措施實現(xiàn)水資源利用從低效到高效的轉(zhuǎn)化。

4.3.1 調(diào)控方向

水資源綜合高效調(diào)控的核心是基于二元水循環(huán)模式提高水的效率，實現(xiàn)單方水的經(jīng)濟和生態(tài)邊際效益最大化。從調(diào)控方向來說，包括兩個方向：一個是提高自然水循環(huán)的水分利用效率；另一個是提高社會水循環(huán)的效率。

對于自然水循環(huán)的效率提升，重點是協(xié)調(diào)水資源、經(jīng)濟社會和水生態(tài)之間的關系，防止經(jīng)濟社會用水擠占生態(tài)環(huán)境用水，最大限度發(fā)揮水分的自然效用，實現(xiàn)流域/區(qū)域尺度的水資源可持續(xù)發(fā)展。調(diào)控方向是通過限制經(jīng)濟效用的短期最大化來保障自然效用的穩(wěn)定性，進而達到經(jīng)濟效用的可持續(xù)性。實現(xiàn)這一調(diào)控方向的方式宏觀上是以水定發(fā)展，從水循環(huán)及其水環(huán)境和水生態(tài)伴生過程角度確定的開發(fā)利用閾值，例如以規(guī)劃水資源論證等方式從流域區(qū)域整體角度分析取用水的合理范疇。

對于社會水循環(huán)，調(diào)控方向是實現(xiàn)單方水經(jīng)濟效益最大化，提高宏觀尺度的用水效率。對于農(nóng)業(yè)用水，從植物和生物生長的水分利用微觀機理出發(fā)，提出生態(tài)系統(tǒng)水分高效利用的途徑和方法，減少經(jīng)濟社會系統(tǒng)中的低效蒸發(fā)。對于產(chǎn)業(yè)用水，主要是通過改進工藝以提高單方水量消耗，促進經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益的提高。同時通過水資源高效利用，將節(jié)約下來的一部分水分還給生態(tài)系統(tǒng)，保持生態(tài)系統(tǒng)最基本的用水需求，促進經(jīng)濟社會系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)的良性互動。

4.3.2 調(diào)控類型

1)社會層面：通過保障糧食生產(chǎn)基本用水、城鄉(xiāng)一體化用水(縮小城市農(nóng)村用水水平和保障條件差距)、保障基本生態(tài)用水，實現(xiàn)社會公平準則下低效用水到高效用水的轉(zhuǎn)化。

2)經(jīng)濟層面：通過城市和農(nóng)業(yè)節(jié)水實現(xiàn)單個用戶用水經(jīng)濟層面的低效到高效轉(zhuǎn)化；通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整實現(xiàn)用戶間水資源利用從低效到高效的轉(zhuǎn)化；通過水庫、跨流域調(diào)水、水系連通等水利工程建設增強時空調(diào)配能力，從社會和經(jīng)濟屬性方面實現(xiàn)水資源的高效利用；通過非常規(guī)水源利用實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)水源的替代，從環(huán)境屬性實現(xiàn)水資源利用從低效到高效的轉(zhuǎn)化。

3)生態(tài)層面：通過保障河道生態(tài)流量、實施地下水控采壓采、實施重要濕地補水、保障入海水量等措施，實現(xiàn)生態(tài)用水的低效到高效轉(zhuǎn)化。

4)環(huán)境層面：通過減少污水排放、強化污水處理、提高再生水利用、保障環(huán)境用水、提高水功能區(qū)達標率等措施來改善水環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)環(huán)境效用層面水資源利用的低效到高效轉(zhuǎn)化。

4.3.3 調(diào)控的空間結(jié)構(gòu)

不同的空間體系對應不同的調(diào)控措施。

1)點：城市單元實現(xiàn)節(jié)水調(diào)控、環(huán)境治理、污水處理再利用；重點濕地實施生態(tài)補水與生態(tài)修復；農(nóng)業(yè)灌區(qū)強化節(jié)水與面源排放治理。

2)線：供水線路提高輸水效率，降低無效水量蒸發(fā)和損耗；天然河道強化保障河道生態(tài)流量；重點區(qū)域建設調(diào)水工程補給關鍵用水。

3)面：區(qū)域?qū)嵤┊a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，合理調(diào)節(jié)用水需求，適應水資源狀況；農(nóng)業(yè)灌區(qū)強化農(nóng)業(yè)節(jié)水與面源治理，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)調(diào)整。

4)流域整體：從入海(出境)等重點斷面實施水量、水質(zhì)控制，倒逼上游壓縮供用水、改善泄流過程等調(diào)控措施；缺水區(qū)域根據(jù)水的供求關系完善生產(chǎn)格局，豐富物流交換，實現(xiàn)虛擬水流動。

5 展望

目前，水資源利用的經(jīng)濟效益評價已經(jīng)比較清晰，水的生態(tài)服務功能雖然得到認可但標準尚不能統(tǒng)一，仍存在較大的研究空間。未來的研究方向應重點在以下方面突破：

1)強化水的生態(tài)服務功能和用水產(chǎn)生的環(huán)境負效應的量化分析研究，為生態(tài)屬性和環(huán)境屬性的調(diào)控提供基礎。

2)深化二元水循環(huán)機理以及水-經(jīng)濟-生態(tài)復合系統(tǒng)的效應轉(zhuǎn)化關系研究，解析二元水循環(huán)特征下水資源、水生態(tài)與水環(huán)境演變的客觀規(guī)律，分析不同屬性之間的效益轉(zhuǎn)換關系，為綜合評價流域水資源利用效率提供基礎。

3)建立調(diào)控措施與綜合效益評價的關系，將水循環(huán)、環(huán)境與生態(tài)等治理措施和效益等相對獨立的研究進行整合，圍繞綜合經(jīng)濟、生態(tài)和環(huán)境多重因素的高效用水理念，從技術標準和實際應用方面提出高效調(diào)控的合理模式和綜合措施。

[1]OKI T,KANAE S.Global hydrological cycles and world water resources[J].Science,2006,313:1068-1072.

[2]TIM P B,DAVID W P,HUGO G H,et al.Human-induced changes in the hydrology of the Western United States[J].Science,2008,319:1080-1083.

[3]WANG Hao,WANG Chengming,WANG Jianhua,et al.Theory of annual runoff evolution under natural-artificial dual mode and case study of Wuding river basin on the middle Yellow River[J].Science in China Ser.E Engineering & Material Sciences,2004,47(1)：1-16.

[4]陳家琦,王浩,楊小柳.水資源學[M].北京:中國水利水電出版社,2002.

[5]王浩,賈仰文,王建華,等.黃河流域水資源及其演變規(guī)律研究[M].北京:科學出版社,2010.

[6]陳效國，石春先，張會言，等.黃河流域水資源演變的多維臨界調(diào)控模式[M].鄭州：黃河水利出版社，2007.

[7]黃強，暢建霞.水資源系統(tǒng)多維臨界調(diào)控的理論與方法[M].北京：中國水利水電出版社,2007.

[8]曹寅白，甘泓，汪林，等.海河流域水循環(huán)多維臨界整體調(diào)控閾值與模式研究[M].北京：科學出版社,2012.

[9]游進軍，賈玲，汪林，等.基于水資源多維屬性的總量控制淺析[J].南水北調(diào)與水利科技，2012,10(3):52-56.

[10]楊朝暉,馬靜,陳根發(fā).淺析水資源生態(tài)服務價值[J].水利水電技術，2012,43(4):19-22.

[11]張澤中,齊青青,高蕓,等.基于云理論的河流生態(tài)影響綜合評價[J].華北水利水電大學學報(自然科學版),2014,35(2):30-34.

[12]沈振榮,汪林,于福亮，等.節(jié)水新概念——真實節(jié)水的研究與應用[M].北京:中國水利水電出版社,2002.

[13]蔣云鐘,趙紅莉,甘治國,等.基于蒸騰蒸發(fā)量指標的水資源合理配置方法[J].水利學報,2008,39(6):720-725.

[14]張運鳳,郭威,徐建新,等.基于最嚴格水資源管理制度的大功引黃灌區(qū)的水資源優(yōu)化配置[J].華北水利水電大學學報(自然科學版),2015,36(3):28-32.

(責任編輯：杜明俠)

Conception of High-efficiency Water Utilization under Multi-dimensional Regulation

YOU Jinjun, WANG Hao, NIU Cunwen, QIU Yaqin

(State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research， Beijing 100038, China)

The water cycle under human activities is characterized by ″nature-society″ dual structure. Based on the original nature of the property, water resources increase the economic, social and other attributes, thus the development and utilization of water resources must coordinate the equilibrium of multidimensional attributes. This paper analyzes the concepts of the demand of efficient utilization of water resources and integrated water use under multidimensional attributes are analyzed, and compares the difference between traditional water-saving and high-efficient water use under the multi-dimensional control from the aspects of evaluation criteria, evaluation scale and evaluation scope. It is pointed out that the high efficiency under the multi-dimensional regulation of the water cycle requires a comprehensive evaluation of the social, economic, ecological and environmental effects of the water cycle, so as to promote water use from low efficiency to high efficiency side. In the evaluation method, the high or low efficiency of different attributes can be quantified through the analysis mechanism and the establishment of basin water cycle and associated process simulation model. In the implementation level, based on the different types of regulatory requirements of the socio-economic and ecological environment, the control measures can be proposed from the point, line, surface and the whole basin and other different spatial levels.

water resources; dualistic water cycle; multi-dimensional regulation; high-efficiency water utilization; water saving

2016-09-10

國家自然科學基金項目(51279210)；國家水體污染控制與治理科技重大專項項目 (2012ZX07201-006)；國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目(2015CB452701)。

游進軍(1977—)，男，四川成都人，教授級高級工程師，博士，從事水文水資源方面的研究。E-mail:youjj@iwhr.com。

10.3969/j.issn.1002-5634.2016.06.001

TV213.9

A

1002-5634(2016)06-0001-06