王浩：取水之利，興我中華

文/王春曉

水是生存之本、文明之源。作為中國的“千里水脈”，南水北調(diào)工程深刻地改善了人水關系，守護著國家水安全和調(diào)水生命線。本文的主人公正是有著“南水北調(diào)院士”之稱的中國工程院院士——王浩。王浩從1977年考入清華大學水利系那一天起，就一直在和水打交道，一干就是40多年，足跡幾乎遍布中國各大江河湖泊。直到今天，他仍然奮斗在水利科技一線和最前沿。

小學沒畢業(yè)，中學沒上夠，卻考上清華大學

1953年，王浩出生于北京市一個普通知識分子家庭，父親是一名科學工作者。“小時候，父親給我買了一本名為《用不同的眼睛看》的外國譯著。這本書講森林一年四季的變化，其中的植物、動物、微生物怎么相互作用。如何從不同視角、不同環(huán)節(jié)、不同側(cè)面觀察森林?！蓖鹾苹貞浀溃@本書對自己影響很大，在年幼的心中種下了一顆科學的種子。

1969年初中畢業(yè)后王浩去了黑龍江生產(chǎn)建設兵團一師三團勞動，成為一名農(nóng)業(yè)工人，住“木頭加泥巴”的房子，一個月的口糧只有18斤面粉和18斤碎黃豆。冬天伐木，炸山運石頭修公路；夏天種地，收麥子，修水利，挖渠道，做灌溉。盡管生活艱苦，但王浩知道讀書是有用的，便找來幾套初中教材，自發(fā)學習文化知識。1976年，返城回京后的他被分配到北京大學無線電系的工廠做模具鉗工。

王浩說：“我是小學沒畢業(yè)，中學沒上夠，初中高中加起來正常教學時間只有1年7個月23天的一半（半天學習、半天勞動），還好當鉗工的8年里，一直沒有放棄學習知識，所以1977年國家恢復高考，我就順利參加了高考，還很幸運地被清華大學錄取?！蓖鹾剖潜本?9屆”的一員，“69屆”指1969年上山下鄉(xiāng)的“初中”畢業(yè)的學生?！?9屆”是特殊的一屆，他們在中學的讀書時間總共只有一年多，而在進入中學之前都未能從小學正常畢業(yè)。往前6屆是“老三屆”，上過文化課；往后6屆是“新三屆”，讀過高中。1977年恢復高考后，當年全國報名高考的考生有570萬人，而在被清華大學錄取的1053人中，只有兩人是“69屆”，王浩便是其中之一。

“本來報考的無線電系，想著自己有些基礎，但學?？紤]到我年齡偏大，又在黑龍江生產(chǎn)建設兵團有農(nóng)林工作的經(jīng)歷，便把我調(diào)配到水利系農(nóng)田水利專業(yè)?！毙南胫案梢恍校瑦垡恍小钡耐鹾朴X得，好不容易逮到上學機會了，要格外珍惜。就這樣，他便開始了“水”的研究。

在流域水循環(huán)方面，我們的二元水循環(huán)處于全面領跑

20世紀90年代，在主持國家“九五”攻關西北地區(qū)水資源合理配置和承載能力研究項目中，王浩提出水循環(huán)已逐步從單一的自然水循環(huán)演變?yōu)椤白匀弧斯ぁ倍h(huán)；1999年，在國家重點基礎發(fā)展計劃“973”項目“黃河流域水資源演變規(guī)律與二元演化模型”文本中，他首次提出了“自然—社會”二元水循環(huán)模式；2006年，在主持海河“973”項目“海河流域水循環(huán)演變機理與水資源高效利用”中，系統(tǒng)形成了流域“自然—社會”二元水循環(huán)理論。2013年，國際水文科學協(xié)會（IAHS）2013年啟動的第二個十年科學計劃Panta Rhei將“處于變化中的水文科學與社會系統(tǒng)”確定為未來十年國際水文界的研究主題。十年磨一劍，歷經(jīng)20多年不懈的攻關求索，流域“自然—社會”二元水循環(huán)理論不僅在國家水安全保障中發(fā)揮了重要科技支撐作用，而且成為國際研究熱點，使中國的水資源基礎理論引領世界。

“通常來說，咱們的科技在歐美發(fā)達國家面前，的確是經(jīng)常處于‘跟跑’，較好的處于‘并跑’，只有極少數(shù)處于‘領跑’。但在二元水循環(huán)方面，可以自豪地說，我們處于全面領跑。我?guī)ьI團隊創(chuàng)建的‘自然—社會’二元水循環(huán)理論，引領中國理論走向世界?！蓖鹾迫缡钦f。

2008年9月，王浩帶隊參加英國第十屆水文年會，為大會作了關于二元水循環(huán)的主題報告，會場座無虛席，氣氛熱烈，得到了英國水文學會主席Frank Farquharson等知名專家的盛贊，為英國的水文研究帶去全新氣象。

推進“南水北調(diào)”高質(zhì)量發(fā)展，應把握的四個方面

1995年，南水北調(diào)工程開始全面論證，王浩作為南水北調(diào)事業(yè)的直接參與者、骨干專家參加了這項工作。此后，又擔任了南水北調(diào)工程進入總體方案規(guī)劃階段的課題組長，“既要負責總體規(guī)劃課題研究，又需要進行大量的實地調(diào)研”。

1952年10月，毛澤東在聽取有關引江濟黃的設想?yún)R報時說：“南方水多，北方水少，如有可能，借點水來也是可以的?！边@一宏偉設想提出以來，南水北調(diào)論證歷經(jīng)50年，多個部委參與組織論證，大量科研、規(guī)劃設計單位獻計獻策，對50多種南水北調(diào)規(guī)劃方案進行比選。“現(xiàn)在回想起來，可以說南水北調(diào)論證過程，就是一個典型又復雜的大系統(tǒng)、多層次、多目標群決策問題的體現(xiàn)。”王浩說，當時從各種角度出發(fā)，支持的、反對的、激進的、保守的意見都得到了反映，比如針對調(diào)水影響長江流域的水量平衡特別是長江口咸潮入侵上溯問題，國家成立了專門的研究課題組，從多個方面深入研究論證，內(nèi)容包括經(jīng)濟合理性、工程技術方案合理性、宏觀經(jīng)濟合理性，以及生態(tài)、環(huán)境、地質(zhì)、移民等多個方面。經(jīng)過多年的反復論證，認為工程建設的利遠大于弊，并且這些潛在的風險、弊端可通過其他方式彌補。“正是因為有廣泛的意見參與，不同群體利弊效應的分析，各種百花齊放、百家爭鳴的討論，才確保南水北調(diào)總體規(guī)劃中能逐步清晰地反映各方訴求，得出客觀科學的論證結論?！蓖鹾普f。最終的《南水北調(diào)工程總體規(guī)劃》提出東、中、西三條線路，分別從長江流域上、中、下游調(diào)水。2002年12月27日，南水北調(diào)工程正式開工。

在解決南水北調(diào)等重大水資源配置工程、城市水系、灌區(qū)渠系等復雜水系統(tǒng)的實時決策問題時，王浩及其團隊也面臨很多難題，其中最大的難題是水系統(tǒng)的不確定性和耦合性。一方面針對水系統(tǒng)預報來說，全鏈條降低不確定性最為關鍵。他們通過模型機理改進、降水預報精度提升、集合預報、數(shù)據(jù)同化等方法，對模型結構、模型參數(shù)、模型邊界等各方面的誤差進行度量和控制，從而實現(xiàn)各類不確定性的降低，提高預報精度。另一方面對水系統(tǒng)進行調(diào)控關鍵要解決時空解耦與長短嵌套。他們根據(jù)不同時間尺度上空間各個子系統(tǒng)之間的水力耦聯(lián)強弱，把復雜系統(tǒng)多時段全局決策問題進行空間和時間的解耦，將原始問題轉(zhuǎn)化為多個可求解的小問題，從而實現(xiàn)原始問題的優(yōu)化。此外，通過年調(diào)度、月調(diào)度等不同尺度的長短嵌套實現(xiàn)了調(diào)度計劃的落地和修正反饋。

王浩，中國工程院院士，水文及水資源學專家，正高級工程師，博士生導師?，F(xiàn)任流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室主任，中國水利水電科學研究院水資源所名譽所長，兼任中國可持續(xù)發(fā)展研究會理事長、中國水資源戰(zhàn)略研究會常務副理事長、全球水伙伴（中國）副主席。獲國家科學技術進步獎一等獎1項，國家科學技術進步獎二等獎7項，聯(lián)合國“全球人居環(huán)境獎”1項，以及全國創(chuàng)新爭先獎狀、何梁何利基金科學與技術進步獎、全國優(yōu)秀科技工作者、全國先進工作者、全國勞動模范、全國杰出專業(yè)技術人才、中央國家機關五一勞動獎章、南水北調(diào)工程規(guī)劃設計先進個人等榮譽。

最終，王浩帶領團隊研發(fā)的預測預報、計劃調(diào)度和水力控制等模型在南水北調(diào)中線、東線實現(xiàn)了業(yè)務化運行，支撐工程的常規(guī)和應急調(diào)度管理工作。南水北調(diào)東線與中線通水后，其生態(tài)價值與民生價值已開始顯現(xiàn)。

南水北調(diào)工程構建了我國“四橫三縱，南北調(diào)配，東西互濟”的水資源配置格局，對沿線地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展起到了巨大的推動作用。對于南水北調(diào)后續(xù)工程如何堅持系統(tǒng)觀念、科學統(tǒng)籌推進規(guī)劃建設，推進高質(zhì)量發(fā)展，王浩認為應該把握好四個方面。一是生態(tài)調(diào)水：把生態(tài)目標納入調(diào)水工程的供水目標，實現(xiàn)從保供水到保生態(tài)的轉(zhuǎn)化；二是水價機制：建立區(qū)域綜合水價機制，最大限度發(fā)揮調(diào)水工程的效益；三是智慧化：建立智慧調(diào)度和智能控制模型、軟件和應急體系，以及相應的工程管理制度；四是理順工程建設體制和運營管理體制，構建風險防控機制。堅持先建機制、再建工程，研究論證骨干水網(wǎng)、重要節(jié)點工程建設管理體制；處理好中央和地方關系，充分調(diào)動各方積極性，發(fā)揮南水北調(diào)集團作用；充分借鑒吸收已有工程經(jīng)驗教訓，創(chuàng)新設計、建設、運營和管理方式。

加強水資源配置均衡，促進南北經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展

近些年來我國南北方經(jīng)濟發(fā)展差距拉大、發(fā)展不平衡雖然并不完全是水資源問題導致的，也不是“南水北調(diào)”能夠完全解決的。但是“南水北調(diào)”作為緩解我國北方水資源短缺局面的重大戰(zhàn)略性工程，對于加強南北方水資源配置均衡、水土資源匹配，促進我國南北經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展可以發(fā)揮重要作用。王浩從四個方面闡釋了它的重要作用。

首先，通過“南水北調(diào)”特別是已經(jīng)建成的東、中線一期工程，可以為北方地區(qū)補上水資源短板、提高水資源保障程度、促進北方地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護，有力帶動沿線地區(qū)的高質(zhì)量發(fā)展。北京、天津、石家莊等北方大中城市基本擺脫缺水制約，500多萬人告別了長期飲用高氟水、苦咸水的歷史。在北京，城區(qū)居民家庭用水中75%是來自南水北調(diào)中線水，中心城區(qū)供水安全系數(shù)由1提升至1.2；河北邯鄲、石家莊、滄州等市90多個縣區(qū)受益；在山東，南水北調(diào)干線及配套工程體系構建起了“T”形輸水大動脈和全省骨干水網(wǎng)體系，形成了南北相通、東西互濟的現(xiàn)代水網(wǎng)工程體系，有效緩解了山東長期過度依賴黃河水和地下水的困境，為城市供水、沿線生態(tài)等各方面用水提供了保障。另外，中線工程向沿線開展生態(tài)補水超過54億立方米；北京的地下水位自2016年以來累計回升超過3米；2020年華北地區(qū)淺層地下水水位較上年總體回升0.23米，持續(xù)多年下降后首次實現(xiàn)止跌回升；可以說南水北調(diào)為北方的綠色發(fā)展提供了源頭活水。

其次，必須認識到北方農(nóng)業(yè)對我國糧食安全的巨大作用，我國北方平原土地和光熱資源豐富，唯獨水資源短缺，“南水北調(diào)”也是對沖“北糧南運”的重大措施。從20世紀90年代以來，我國南北方糧食生產(chǎn)格局發(fā)生了重大變化，南方糧食生產(chǎn)急劇減少，北方糧食生產(chǎn)穩(wěn)步提高，出現(xiàn)了“北糧南運”的現(xiàn)象，并且強度越來越大。糧食生產(chǎn)是高耗水產(chǎn)業(yè)，很多地區(qū)是以透支水資源潛力維持糧食生產(chǎn)能力，導致嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。這個問題除了努力調(diào)整農(nóng)業(yè)布局，鼓勵南方糧食生產(chǎn)之外，適度進行“南水北調(diào)”也是緩解生態(tài)危機、確保糧食安全的重要舉措。

再次，對于保障國家能源安全也具有重要的作用。我國五大國家綜合能源基地中，山西、鄂爾多斯盆地、內(nèi)蒙古東部和新疆能源基地均位于北方缺水地區(qū)，未來需要優(yōu)化調(diào)整能源產(chǎn)業(yè)結構，嚴格控制發(fā)展規(guī)模；限制發(fā)展煤制油、煤制天然氣、煤制甲醇等高耗水的煤化工產(chǎn)業(yè)；鼓勵采用最先進的節(jié)水工藝和設備。除此之外，優(yōu)化水資源配置、實施必要的開源工程仍然是促進區(qū)域均衡發(fā)展的必要之舉。

最后，王浩強調(diào)：有效的水資源配置具有引導經(jīng)濟發(fā)展布局的重大作用。比如，我們近年來研究提出的西部調(diào)水工程方案，設計有改變經(jīng)濟發(fā)展格局的重大構想，如果未來大量調(diào)水至黃河上中游和河西走廊，甚至打通和田、喀什一線，借助西部地區(qū)大尺度水資源配置，提升西北地區(qū)的區(qū)位條件，則可從頂層設計的高度，有計劃、有體系地打造西北地區(qū)的生態(tài)帶和經(jīng)濟帶，并與“一帶一路”的相關經(jīng)濟廊道契合，極大促進西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，并使之成為我國向西開放的樞紐，進而達到促進東西部、南北方經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。

風光水儲多能互補開發(fā)模式，助力“雙碳”目標實現(xiàn)

2020年9月21日，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國一般性辯論上提出中國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。王浩談到水資源和水利發(fā)展與“雙碳”目標之間的關系時表示：“我們要從水循環(huán)系統(tǒng)的全過程來看碳達峰、碳中和的問題。從源端看來，要充分發(fā)揮水電能源的啟停快、運行靈活和能源可存儲等特性，通過水電與風、光電的互補開發(fā)利用，提高清潔能源在整個能源結構中的比例，以減少化石能源發(fā)電的碳排放。從耗端來看，要從節(jié)水、節(jié)能方面提高水資源的利用效率，降低水資源利用的碳排放。具體來說包括：引調(diào)水工程低碳運行、輸配水工程低碳運行、雨洪資源化利用、水資源節(jié)約集約利用和風光水儲多能互補開發(fā)幾方面內(nèi)容?！?/p>

其中，王浩重點提到了風光水儲多能互補開發(fā)模式。風電、光伏發(fā)電具有隨機性、間歇性和不可儲存性等特征，直接接入電網(wǎng)對電網(wǎng)安全穩(wěn)定造成影響，而水電能源具有調(diào)節(jié)速度快、能源可存儲的優(yōu)點。風電、光伏發(fā)電接入梯級水電站打捆送至電網(wǎng)，有利于平抑風光出力波動性和電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，以實現(xiàn)大規(guī)模清潔能源的開發(fā)利用。

對于如何實現(xiàn)風光水儲多能互補開發(fā)利用，王浩做了詳細解釋：“一要突破風光水儲互補容量優(yōu)化配置的技術瓶頸，增大風、光能的開發(fā)利用規(guī)模。二要突破風光水儲互補優(yōu)化調(diào)度運行的技術瓶頸，保障系統(tǒng)運行安全、提高運行效率。三要構建風光水儲互補系統(tǒng)智慧管控平臺，實現(xiàn)互補系統(tǒng)的智慧化運營管理。四要突破儲能技術大規(guī)模應用的瓶頸，增強互補系統(tǒng)的韌性。”

2020年，國家發(fā)改委和能源局下發(fā)了《關于開展“風光水火儲一體化”“源網(wǎng)荷儲一體化”的指導意見》，云南、貴州、四川、青海等省份均在“十四五”規(guī)劃中提出加強風光水儲一體化多能互補基地建設。雅礱江、金沙江、瀾滄江、烏江等大型水電基地均已規(guī)劃或推進風光水儲多能互補系統(tǒng)建設，“十四五”末新能源裝機預計將達到水電裝機規(guī)模，形成多座千萬千瓦級多能互補清潔能源示范基地，這既是我國為世界能源轉(zhuǎn)型和發(fā)展貢獻的中國智慧和創(chuàng)新模式，也代表未來我國水電發(fā)展和能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重要方向。

用愛思考與善表達，共同迎接水利工程人工智能時代

這么多年來王浩及其團隊始終聚焦復雜水系統(tǒng)實時決策，三峽及長江上游水庫群和南水北調(diào)工程都是“國之重器”，都是他們研究復雜水系統(tǒng)實時決策問題的典型代表，王浩表示，對該問題的認識也是一個逐步深入的過程，不是一蹴而就的?！笆晃濉敝饕P注水資源調(diào)度，“十二五”開始關注水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度，“十三五”則開始考慮藻類等生態(tài)問題，“十四五”重點關注智慧化，力求通過調(diào)度模型和控制算法和設備的研發(fā)實現(xiàn)工程調(diào)度和運行控制降本增效。

實現(xiàn)水利工程實時調(diào)控面臨諸多難題，王浩認為解決這些難題貴在堅持。他說：“關于水利工程調(diào)度和控制模型的研發(fā)，經(jīng)歷了從宏觀管理到實時決策的一個漫長過程，大概有10多年的時間，一開始我們的調(diào)控模型主要是解決水資源規(guī)劃調(diào)度的問題，后來逐步開展水量計劃調(diào)度模型的研究，再后來開始研究實時調(diào)控問題，最近我們已經(jīng)突破了實時調(diào)度與實時控制這個難題，為水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度和工程實時智能控制打好了基礎，水利工程無人調(diào)度和控制的人工智能時代已經(jīng)近在眼前了?！?/p>

王浩在水利領域深耕40多年，取得了一系列令人矚目的研究成果，我想這離不開他的兩個特點：“愛思考”和“善表達”。用他的話來說，“‘愛思考’即喜歡弄清楚各種問題背后的本質(zhì)，‘善表達’即習慣用自己的語言來表達對一個事物的認識?！?/p>

作為一名水利專家，談起水利工程學科長遠發(fā)展的問題，王浩再次發(fā)揚“愛思考”和“善表達”精神，對此，他提到三點：“一是擺在我們面前的無論是水資源安全、生態(tài)安全、防洪安全方面都存在一系列技術和工程難題，每個工程難題背后都有科學問題，水利工程學科的研究要從工程中發(fā)現(xiàn)問題，并思考制約該工程問題的科學問題是什么，然后尋求能不能從科學上取得突破，盡可能運用多學科的交叉，采用工程的手段來解決這些工程難題。二是工程難題很多，缺人去解決，仰望星空的大學老師太多，我們不能眼看著很多難題擺在我們眼前，卻讓大批的大學老師只是仰望星空，而不面向國家治水的真正戰(zhàn)場。從根子上解決這個矛盾的關鍵在于優(yōu)化大學老師的考核機制?！?/p>

國家的未來在于青少年，水利的未來也在于青少年。王浩始終心系青少年的成長成才，他認為應該引導青少年從小樹立科學夢想，因此他給青少年推薦了四本書，分別是《中國科技之路》《中國科技之路·水利卷·水利民生》《大國重器》和《河流是部文明史》，希望能夠鼓勵更多青少年講科學、愛科學、學科學、用科學，傳承自立自強的科學精神、攻堅克難的責任擔當，將來更好地為建設科技強國貢獻力量。