我國京津冀地區(qū)良性水資源調(diào)控思路及應對策略

周 斌,桑學鋒,秦天玲,劉姍姍,嚴登華

(1.中國21世紀議程管理中心,北京 100038;2.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)

我國京津冀地區(qū)多處于干旱半干旱地區(qū),降水量較少,且降水量多集中于汛期,蒸發(fā)量較大,水資源較為貧乏。近年來,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,生產(chǎn)用水嚴重擠占生態(tài)用水,部分河流斷流、湖泊濕地退化、地下水超采、水污染等問題并存。此外,由于本地水資源量有限,多數(shù)地區(qū)利用南水北調(diào)水、引黃水等客水,諸多城市對外調(diào)水依賴程度過高[1-7]。

十九大提出我國當前主要矛盾是人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾,強調(diào)遵循自然規(guī)律及生態(tài)文明體制改革;新時代社會發(fā)展要堅持人與自然和諧共生,樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的綠色發(fā)展理念,統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理。新時期相關(guān)治水思路提出為我國北方地區(qū)水資源調(diào)控提供了重要的歷史機遇。本文以水資源良性循環(huán)理論為基礎,提出我國京津冀地區(qū)水資源良性循環(huán)的調(diào)控思路及應對對策。

1 水資源良性循環(huán)理論基礎及調(diào)控思路

1.1 水資源良性循環(huán)理論基礎

隨著人類開發(fā)利用水資源強度的加大,流域水循環(huán)系統(tǒng)不再是由“降水-坡面-河道-地下”等基本路徑組成的自然水循環(huán)結(jié)構(gòu),而是形成了由自然主循環(huán)與區(qū)域“取水-給水-用水-排水-污水處理-再生利用”社會側(cè)支循環(huán)耦合而成的自然-社會二元水循環(huán)結(jié)構(gòu)[8-12],形成相互嵌套的復雜系統(tǒng)。處理水資源問題,應從水資源系統(tǒng)整體優(yōu)化和整體協(xié)調(diào)出發(fā),按照系統(tǒng)本身所特有的性質(zhì)與功能,研究系統(tǒng)與環(huán)境之間、系統(tǒng)與各子系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)與各要素之間、各要素之間的相互作用、相互依賴和相互協(xié)調(diào)的關(guān)系,應用系統(tǒng)工程理論解決水資源系統(tǒng)問題。

1.2 水資源良性循環(huán)特征

水資源良性循環(huán)應具備以下4大基本特征,即:

a. 天然性特征:天然性是水資源良性循環(huán)的資源特征,指水資源具有可再生性、資源性等特點,江河湖泊是水循環(huán)的基礎載體,也是水資源良性循環(huán)的主要通道。

b. 均衡性特征:均衡性是水資源良性循環(huán)的社會特征,均衡化是水資源開發(fā)利用、服務人類的具體體現(xiàn),這要求開展水體連通實現(xiàn)水循環(huán)馴化必須是有條件的和適度的,在人工與自然之間,一定要有個平衡,實現(xiàn)人水和諧。

c. 系統(tǒng)性特征:系統(tǒng)性是水資源良性循環(huán)的屬性特征,指水資源具有系統(tǒng)、全局、整體特點,流域是自然水循環(huán)的基本單元,行政單元多為社會水循環(huán)的基本單元,從水的產(chǎn)匯流到開發(fā)利用,則是這兩方面的結(jié)合,必須從流域和區(qū)域統(tǒng)籌的角度進行水資源系統(tǒng)建設和開發(fā)利用,方能實現(xiàn)水資源上下游、左右岸協(xié)同發(fā)展。

d. 安全性特征:安全性是水資源良性循環(huán)的目標特征,指良性水循環(huán)系統(tǒng)具備生活安全、生產(chǎn)安全、生態(tài)安全。

1.3 京津冀地區(qū)水資源特點與問題

a. 工程性控制能力強,水資源循環(huán)過程阻斷。根據(jù)普查結(jié)果,京津冀地區(qū)共建成各類水庫1 193座,總庫容為272.04億m3,修建加固各類提防28 425.57 km,建成各類水閘11 013座、各類泵站6 703座、地下水取水井919.6萬眼。在水利工程漸具規(guī)模,點、線連接日趨完善的情況下,京津冀地區(qū)水問題并沒有得到根本解決。城市內(nèi)澇頻發(fā),河北省地下水漏斗面積為全國之最,河湖水庫水質(zhì)日益惡化,河道斷流、湖泊萎縮、濕地退化。以工程控制水為主要手段的治水模式,無法滿足京津冀地區(qū)未來生態(tài)文明發(fā)展的要求。

b. 地下水超采嚴重,水資源循環(huán)由水平向垂直方向轉(zhuǎn)變。據(jù)統(tǒng)計,京津區(qū)地下水超采區(qū)面積為8.3萬km2,超采量為53.88億m3,20世紀80年代以來,隨著水資源的大量開發(fā)利用,河道斷流時間不斷延長,使流經(jīng)漏斗區(qū)的河流來水量減少,河流對地下水的補給相應減少。由于超采漏斗區(qū)地下水位埋深過大,包氣帶厚度增加,使降水入滲過多地消耗于包氣帶,減少了地下水補給量,加劇了超采區(qū)的擴大。從而導致區(qū)域內(nèi)的水資源循環(huán)逐漸由水平向垂直方向轉(zhuǎn)換。

c. 用水總量不斷增大,河湖斷流及生態(tài)退化嚴重。近年來,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,京津冀地區(qū)供水量已達或接近紅線值,社會經(jīng)濟用水不斷擠占生態(tài)環(huán)境用水;再加上氣候變化的影響,京津冀地區(qū)地表和地下水資源量均呈現(xiàn)減少趨勢,河道斷流趨勢明顯。2016年的衛(wèi)星影像顯示,京津冀地區(qū)333條河流中有227河流汛期斷流。河北省境內(nèi)的白洋淀濕地面積從1998年前的25 008 hm2下降到當前的21 573 hm2。

d. 經(jīng)濟社會污染排放強度高,河湖污染不斷加劇。近年來,隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)人口的快速增長,帶來了石油類污染、紡織印染污染、城市垃圾等，加上生產(chǎn)生活污水的不合理處置以及農(nóng)藥、化肥的大量使用,造成河流污染不斷加劇。京津冀地區(qū)主要位于海河流域,據(jù)統(tǒng)計,2000年海河流域化學需氧量、氨氮入河量分別為133萬t和11萬t,是水體納污能力的3.5倍和6.9倍。目前海河流域是全國污染程度最高的流域。

1.4 水資源良性循環(huán)調(diào)控思路

以自然-社會二元水循環(huán)和系統(tǒng)工程理論為基礎,從水資源良性循環(huán)4大特征出發(fā),解析我國京津冀地區(qū)目前面臨的水資源問題,以循環(huán)通暢、協(xié)同均衡為水資源良性循環(huán)與持續(xù)發(fā)展的調(diào)控思路,貫徹落實總書記提出的節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力以及堅持人與自然和諧共生等治水新方略,符合京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略下的水資源要求。據(jù)此制定實現(xiàn)水資源良性循環(huán)和持續(xù)利用調(diào)控對策如圖1所示。

圖1 水資源良性循環(huán)和可持續(xù)利用調(diào)控思路

水資源具有自然、經(jīng)濟、社會、生態(tài)、環(huán)境5大屬性,其中生態(tài)環(huán)境受自然與經(jīng)濟社會相互反饋的影響,二者反饋作用平衡是水資源良性循環(huán)的中樞,也是人與自然和諧的關(guān)鍵,具體包括兩個方面的措施:

a. 自然水資源循環(huán)的循環(huán)通暢,其目標是通過一定措施降低水文極值過程、加強資源匹配過程,具體措施可包括富自然調(diào)蓄、污水水質(zhì)提標與減排等措施。富自然調(diào)蓄的核心是恢復水的自然屬性，結(jié)合節(jié)水型社會建設和最嚴格水資源管理的深入，減少對天然水循環(huán)的擾動；通過基礎設施的優(yōu)化布局，實現(xiàn)水循環(huán)多過程間、坡面-河道過程間、地表-土壤-地下過程間、常態(tài)過程與極端過程間的協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮自然要素對水循環(huán)多過程的調(diào)節(jié)作用,同時通過再生水出水水質(zhì)達標排放并提高回用,減少排水對生態(tài)環(huán)境的影響。

b. 社會水資源循環(huán)協(xié)同均衡,其目標是通過一定措施提高水資源利用效率與水資源的調(diào)配均衡,具體可包括水資源統(tǒng)一調(diào)控管理、消耗水管控、水市場協(xié)同發(fā)力等措施。通過統(tǒng)一調(diào)控管理措施實現(xiàn)水資源上下游、左右岸協(xié)同供用水;通過消耗水管理實現(xiàn)經(jīng)濟社會真實節(jié)水并控制對生態(tài)環(huán)境用水的過度擠占;通過水市場協(xié)同發(fā)力實現(xiàn)水資源利用效率和效益的提高。

2 水資源循環(huán)調(diào)控策略

2.1 工程控制與富自然調(diào)蓄相結(jié)合

以點(水庫、閘壩)、線(河道、渠系)連接為核心的傳統(tǒng)工程控水模式,手段單一,且存在次生的環(huán)境影響;以能量攻擊能量,未能統(tǒng)籌考慮植被-土壤對減緩水問題的功能,不能充分發(fā)揮流域?qū)λh(huán)的天然調(diào)蓄作用。因此現(xiàn)階段水問題治理的重點是,遵循水循環(huán)自然規(guī)律,充分發(fā)揮自然要素對水循環(huán)多過程的調(diào)節(jié)作用。通過系統(tǒng)布置和建設人工林草等綠色基礎設施、土壤水庫等棕色基礎設施,結(jié)合已有水利工程建設等灰色基礎設施,實現(xiàn)水循環(huán)多過程間,坡面-河道、地表-土壤-地下、常態(tài)與極值過程間的協(xié)調(diào),由工程控水為主向富自然調(diào)蓄水轉(zhuǎn)變。讓水和沙去其應該去的地方,讓資源賦存在其應該賦存的區(qū)域。其中,綠色基礎設施的建設,要充分遵循土地的適宜性,既要改善生態(tài),又要防止過度生態(tài)建設;棕色基礎設施建設,關(guān)鍵是合理布局坡耕地和旱田壟溝及微地貌特征,提高降水的有效性[13-14]。

2.2 污水集中處理向集中處理與分散處理、利用相結(jié)合

目前我國北方很多城市還存在雨污合流,大量污染物隨雨水進入河湖;另一方面,由于河湖水環(huán)境納污能力偏小,若采用國標處理污水,河流水質(zhì)仍會惡化;此外,大多數(shù)區(qū)域都是集中收集處理,存在較大風險。因此我國北方京津冀地區(qū)需做以下幾方面改進:①在污水收集方面,全面實行雨污分流。對于新建城區(qū),嚴格實施雨污分流措施,條件適合地區(qū)可以建設地下管廊;對于老城區(qū),先封堵污水直排口,加大污水大戶就地處理排放;在城區(qū)污染方面,按照城市規(guī)劃和城中村改建規(guī)劃,逐步推進雨污分流措施。②在污水處理方面,提高標準,分散處理。由過去集中統(tǒng)一的污水處理模式轉(zhuǎn)化為分散式的處理模式,加入現(xiàn)代污水處理思路,例如地下污水處理廠的建設等。同時優(yōu)化污水處理工藝,將污水處理標準提高一個等級,排放水質(zhì)達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準的Ⅳ類水標準。③污水回用方面,消納存量,消減增量。完善污水回用調(diào)配、輸送及循環(huán)利用工程及配套管網(wǎng),制定污水回用優(yōu)惠政策,加強城鎮(zhèn)污水處理回用,促進工業(yè)、環(huán)衛(wèi)、綠化、景觀等領(lǐng)域優(yōu)先使用中水。扎實推進工業(yè)再生水循環(huán)利用工程建設,引導高耗水企業(yè)使用再生水。推進居民生活污水回用,缺水城市再生水利用率提高到25%[15-18]。

2.3 加強水資源統(tǒng)一調(diào)控管理

增強骨干供水工程及區(qū)域供水工程建設,在完善供水管網(wǎng)系統(tǒng)的基礎上,要從區(qū)域全局角度出發(fā),構(gòu)建區(qū)域水資源調(diào)控的智能監(jiān)控體系、智慧應用體系和支撐保障體系,對區(qū)域的水資源進行統(tǒng)一的調(diào)控。

a. 以行政單元為主體,完善水利信息現(xiàn)代化體系。加強基礎設施改造,擴展水利信息傳輸網(wǎng)絡,提高水利信息系統(tǒng)安全防御水平和基礎承載能力;依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),形成覆蓋主要河湖、水利工程、水源地和取用水戶的水利信息采集監(jiān)測體系。

b. 區(qū)域水資源時空均衡優(yōu)化統(tǒng)一調(diào)控。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和取排水量的不斷增加,水資源總量、水環(huán)境容量和水生態(tài)空間約束日益顯現(xiàn),部分地區(qū)水資源開發(fā)利用程度已接近甚至超過了承載力,引發(fā)水源短缺、河湖生態(tài)退化及地面沉降等嚴重問題。當前我國北方許多地區(qū)水資源安全保障的主要矛盾已逐步從供給不足轉(zhuǎn)向為負荷過大。以水資源荷載平衡為目標,通過水資源模擬與調(diào)控綜合模型的仿真與核驗,提出負荷均衡、空間均衡、代際均衡的流域/區(qū)域水資源配置格局和流域/區(qū)域配置方案。提高水資源與其他經(jīng)濟社會要素的適配性,將水壓力負荷控制在水資源系統(tǒng)可承載范圍之內(nèi),是落實國家空間均衡治水方針的具體體現(xiàn)[19-20]。

2.4 加強消耗水管理

2016年10月,水利部與國家發(fā)展和改革委員會聯(lián)合頒布《“十三五”水資源消耗總量和強度雙控行動方案》,說明耗水控制比取水控制更加重要,因此應從流域和區(qū)域相結(jié)合的角度,按照生態(tài)功能區(qū)劃和生態(tài)文明建設的要求,研究行業(yè)用水耗水關(guān)系曲線,實行以消耗水總量為核心的取用水管理,實現(xiàn)真實節(jié)水、良性循環(huán)的科學管控。在傳統(tǒng)行業(yè)節(jié)水模式基礎上,從水的用耗機理入手,加入?yún)^(qū)域水資源耗水控制總量和行業(yè)用水消耗強度指標,可以進一步強化最嚴格水資源管理3條紅線,形成最嚴格水資源管理4條紅線,進而倒逼區(qū)域行業(yè)節(jié)水效率和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,實現(xiàn)水資源良性循環(huán)[21]。

2.5 部門管理與水市場協(xié)同發(fā)力相結(jié)合

水權(quán)水市場是落實中央決策部署的重大舉措,是落實“兩手發(fā)力”、充分發(fā)揮市場優(yōu)化配置水資源作用的重要途徑,是新時期落實最嚴格水資源管理制度的重要任務。要切實把思想和行動統(tǒng)一到中央的決策部署上來,采取有力措施,加快水權(quán)改革工作進度。盡快完成最后一公里的確權(quán),確權(quán)到基本農(nóng)戶,并對一些水利工程進行確權(quán)[22-23]。

從“控制總量,盤活存量”的要求出發(fā),積極培育水市場。鼓勵通過區(qū)域水量交易解決區(qū)域間水資源的優(yōu)化配置問題,在具備條件的區(qū)域盡量不再通過行政手段調(diào)劑區(qū)域用水指標。充分發(fā)揮中國水權(quán)交易所的平臺作用,依托國家交易平臺進行水權(quán)交易,打造互聯(lián)網(wǎng)+水權(quán)。建設水權(quán)收儲平臺,對區(qū)域內(nèi)的節(jié)余水權(quán)進行回購、收儲,然后批量交易。

在行政單元范圍內(nèi)逐步實行統(tǒng)一水價,實行統(tǒng)一水價是大勢所趨[24-26],可更好地實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置和統(tǒng)一調(diào)度。推行區(qū)域綜合水價必須考慮到各地發(fā)展不均衡以及城鄉(xiāng)差別帶來的不同水價的承受能力,綜合考慮以市或縣為區(qū)域單位,實行多水源配置下的綜合水價,結(jié)合智利、美國、澳大利亞等國家的經(jīng)驗,在統(tǒng)一水權(quán)的基礎上,盡快開展基于多水源綜合調(diào)配的全成本綜合水價研究、制定相關(guān)價格形成機制,提出與配置方案相配套的統(tǒng)一水價核算方法。

3 結(jié) 語

基于自然-社會二元水循環(huán)理論,按照循環(huán)通暢、協(xié)調(diào)均衡的技術(shù)思路,遵循水資源循環(huán)的自然規(guī)律特點,根據(jù)水資源良性循環(huán)的4大特征,貫徹落實總書記提出的節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力以及堅持人與自然和諧共生等治水新方略,提出我國京津冀水資源良性循環(huán)的調(diào)控思路及應對策略,旨在為新時期治水思路下水資源良性循環(huán)提供技術(shù)支撐,有效促進我國北方地區(qū)經(jīng)濟和社會發(fā)展。