发布于：2023-08-09 11:37:09
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▲ 南水北调工程总干渠流经河南新乡市辉县的农田 摄 / 韩自豪
国家水网规划建设面临一系列迫切需要回答的关键科学问题。通过集中总结梳理近年研究成果，对用水需求是否达峰、如何确定和保障合理用水需求、如何协调水资源与其他资源配置格局、极限节水潜力、水资源衰减对重大水网工程布局的影响、大规模西部调水是否会显著改变地带性水文气象格局等问题进行阐释；提出国家尺度“双T”型水网经济格局、西部调水工程方案、黄河“几字弯”水网建设、南水北调东中线后续工程规划布局优化等一系列构想，以期为推动国家水网高质量规划建设提供参考借鉴。
这一问题事关未来一个时期水利发展方向和重大水网工程规划建设布局。研究认为，我国尚未达到用水需求峰值的经济社会条件，2013年后全国用水总量统计值缓慢下降到稳定状态的原因是多方面的，其中实际供给能力约束是重要因素，重大水资源配置工程建设依然是保障合理用水需求的重要措施。
根据中国水资源公报统计，1949年以来全国用水总量经历了从快速增长到缓慢下降的过程。2013年全国用水量为6183亿 m3 ，达到近年的最大值。2013年以后，除了全国用水总量以外，工业、农业用水量也都略有下降，出现拐点，仅生活用水量呈现缓慢增加的趋势。
用水不同于需水！
需水是在正常发展情况下用户的水资源需求量，而实际用水量受多重因素影响，不仅和用户需求有关，还和区域水资源条件、工程保障能力等密切相关。基于用水总量发展驱动机制解析，结合大量实践案例，研究提出受制于资源约束的用水总量适应性增长曲线。受水资源约束程度的不同，用水总量适应性增长曲线又可以分为三种类型：自然增长型、发展约束型和严重胁迫型。 而我国北方水资源短缺地区多数的用水属于发展约束型，甚至是严重胁迫型，并不是经济社会用水没有需求，而是受到供给侧水资源短缺的严重约束，体现出“不增长”的假象。
已经出现用水拐点的世界主要经济体的发展历程显示， 达到用水峰值有三个明显的特征性指标： 一是人均GDP折现到2020年基本都达到2万美元以上；二是城镇化率普遍超过70%；三是第三产业比重达到60%以上。此外，从发展趋势来看，用水峰值发生时间越趋后，达峰时的经济社会指标值相应就越高；水资源禀赋越差的地区，用水达峰的驱动力越强，经济社会指标值就越低。这些规律可以为我国用水峰值提供参考借鉴。2022年，我国人均GDP为8.57万元，城镇化率为65.2%，第三产业占比为52.8%，三项指标均说明 我国还不具备达到用水拐点的经济社会条件。 进一步与31个省市区进行比较，发现北京和上海基本达到用水峰值条件，江苏、浙江、广东和福建接近达到，其他省份仍有较大差距。
现状用水变化规律是多种因素作用的结果，需求侧管理起到了积极的作用，但2011年水利普查结果统计修正因素、2013年开始的最严格水资源管理制度考核以及供给侧严重约束，导致用水统计量趋势性缩减。比如海河和黄河流域水资源开发利用率都超过70%，远超过合理开发利用的上限，还存在大规模地下水超采问题，即使如此，才维持了稍有下降的用水量。 所以， 用水并不是没有需求，而是供给不足，甚至受到严重约束。 供给侧“天花板”现象带来了用水总量增长的拐点假象，造成两方面影响：一是 约束型缺水问题突出， 正常的发展用水无法得到很好的满足，难以支撑经济社会合理发展需求； 二是形成一定程度的转嫁型缺水， 将缺水转嫁给农业和生态，维持经济社会发展的用水需求。
2022年我国人口总量出现61年来首次负增长， 人口达峰是否预示着用水达峰？ 人是所有产品和服务的最终使用者，人口有总量和结构两方面变化，虽然我国人口总量已经达到峰值，但是年龄结构、城乡结构、消费结构还在持续发展。 用水总量峰值是人口总量和结构叠加影响的结果， 比如城市居民具有更高的收入水平和社会保障，而这些商品和服务也会在需水端体现出来，影响用水总量峰值和发生时点。
实现水资源需求达峰有两种路径：
一是 “自然”达峰 ，是发达国家走过的。随着这些国家经济结构转变，高耗水行业减少，以及科学技术进步带来的用水效率提高，用水效率增长快于经济社会发展速度，实现“自然”达峰； 二是 “约束”达峰 ，是我国正在走的，采取自我约束方式或者是自觉式达峰，以更加主动的方式，实现提前达峰。
笔者曾以地级行政区为单元，预测用水峰值及其出现时点，集合形成全国用水需求峰值。 研究显示，在国家现有的工程规划体系下，我国经济社会用水需求峰值时点大概率出现在2035—2040年之间， 峰值要接近6500亿 m3 ，发生用水总量峰值时，我国第三产业比重要达到64%左右，而城镇化率将超过73%。各省份和地市的峰值发生时间存在明显的差异化特征。因此， 保障经济社会发展水资源安全，提升供水“天花板”高度，仍将是未来15~20年水利发展的重要任务 。
建设国家水网重大工程的目的是在充分节水的基础上，保障合理的用水需求。研究提出用水需求层次化调控理论与方法，其核心思想是保障刚性需求、压缩弹性需求、抑制奢侈需求，可为合理确定国家水网重大水资源配置工程保障对象和目标提供支撑。
无论是生活、工业还是农业，用水需求都是可以分层次的，笔者在“十三五”国家重点研发计划项目“京津冀水资源安全保障技术研发集成与示范应用”中，首次明确提出了 需水层次化理论 ，并根据需求必要性、紧迫程度以及不同行业需水机理和特点， 将经济社会需水分为刚性、弹性和奢侈需水三个层次， 提出了生活、工业、农业层次化需水的核算方法。其中刚性需水指满足文明生活和良性生产的基本用水；弹性需水指不影响服务功能情况下，通过节水技术进步和科学调控可节约的用水；奢侈需水指不产生服务功能或超出承载能力的用水。
刚性需水
是维持居民饮用、烹饪、洗漱、清洁、洗衣、洗澡、冲厕等基本的生理及卫生需求的用水； 弹性需水 是不影响服务功能，通过节水器具的普及、用水效率的提高、水价的调整等措施可调控的用水； 奢侈需水 指用水行为不当以及输配水过程中因漏损而未产生服务功能的用水。在京津冀案例研究中，调研了12个城市2100个家庭，定量解析了饮用、烹饪、洗漱、环境清洁、洗澡、洗衣、冲厕等7种用水行为的规律和比例，发现京津冀地区居民家庭生活刚性用水占比79%，弹性用水占比为21%。
考虑工业结构特征和产业门类繁多特点，主要以用水效率来界定层次化需求。工业用水效率达到国内先进水平界定为 刚性需水 ，效率优于国内平均水平但低于国内先进水平界定为 弹性需水 ，效率低于国内平均水平为 奢侈需水 。在京津冀案例研究中，调研评价了钢铁、火电、石油和化学4个高用水行业，结果显示弹性与奢侈用水之和占比分别为7.5%、15.3%、26.9%和26.8%。
刚性用水
界定为低于水资源安全承载量和食物安全需水量的用水量， 弹性用水 为介于水资源承载范围内与保障食物安全之间的用水量， 奢侈用水 为超出水资源承载能力且高于保障食物需要的用水量。其中，水资源安全承载量是支撑区域农业灌溉的最大可供水量，食物安全需水量是在一定自给率条件下食物生产所需的灌溉水量。在京津冀案例研究中，以172个县域为单位，进行层次化用水评价，发现农业刚性、弹性和奢侈用水分别占54.4%、21.4%和24.2%；灌溉用水超过承载力区县有117个，占68%；存在奢侈用水的区县有96个，占56%。
基于层次化需水理论，提出 缺水胁迫区需水层次化调控模式，即保障刚性需求、压缩弹性需求、抑制奢侈需求， 实现发展和保护兼顾，为确定合理的用水需求和确定重大水网工程适宜规模提供了新方法。在不影响生活质量的前提下，生活用水需通过采用节水器具、改变用水习惯等压缩弹性和抑制奢侈用水需求；工业用水需通过调整产业结构、发展低耗水产业、更新生产设备、提高生产工艺、增加行业用水率等减少弹性和抑制奢侈用水需求；农业生产需要通过适度控制灌溉规模、适水种植、推广高效节水灌溉技术和优化灌溉模式等提高水分生产效率，压缩弹性和抑制奢侈用水需求。
由于自然资源分布与经济区域结构不匹配，我国形成了北粮南运、西电东送、西气东输、西煤东运、北煤南运等重大资源空间配置格局。在这一过程中，水资源以虚拟水的形式从缺水地区向丰水地区转移，加剧了水资源的空间失衡。而通过南水北调等重大水网工程将实体水从丰水地区向缺水地区输送，可看作对我国整体资源配置格局的再平衡。
夏汛冬枯、北缺南丰、与其他资源时空分布不匹配是我国水资源的基本特征，我国平原土地和矿产资源的分布也极不均衡，由此形成了南水北调与北粮南运、西电东送、西气东输、西煤东运、北煤南运、东数西算等重大资源空间配置格局。资源和产品大范围输出有利于我国北方和西部地区将资源优势转化为产业优势和经济优势，支撑南北方和东西部地区高质量发展，但是 水与其他资源的错位分布以及贸易产品跨区流动通量的增大，导致我国北方和西部地区水资源短缺问题愈发严重， 现有资源开发利用布局对区域水资源有效供给提出严峻挑战。
我国粮食生产的集聚效应和北移趋势日趋明显，北方成为粮食增长中心，西部实现粮食基本自给，而南方粮食供需失衡日益严重，黄淮海平原依然是商品粮小麦的主产地，东北地区成为水稻、玉米等商品粮供应地。从1990年代开始，我国粮食贸易格局从“南粮北运”开始向“北粮南运”转变，发展至今，我国北粮南运规模约5000万t/a，约占北方地区粮食产量的1/4，黑龙江、吉林、内蒙古、河南、山东、安徽、江西、新疆成为主要粮食输出省（自治区）。 随着北粮南运规模的不断扩大，北方向南方转移的灌溉虚拟水量（即蓝水水量）也不断增加， 从20世纪90年代的162亿 m3 增加到目前的436亿 m3 ， 已远超南水北调实际调水量。
西部地区是我国主要的能源生产基地，受水资源短缺制约， 西部地区能源行业用水需求必须通过存量节约或水权转化才能获取。 比如神东、宁东、陕北、黄陇大型煤炭基地是能源化工“金三角”，能源蕴藏量占全国35%以上，调出量占全国1/2以上，但是水资源供需矛盾十分突出，宁夏、内蒙古、陕西、甘肃已接近或达到用水上限。以西电东送为例，2018年西北七省向东部地区供电4470亿kWh，是2008年外送电量的3.2倍，输出虚拟水5.9亿 m3 ，约占能源生产用水量的20%，且未来西北地区外送电量仍呈增长趋势。 能源产业是西部地区经济社会发展的支柱产业和区域高质量发展的关键因子，资源约束性缺水限制西北地区能源发展。
▲ 2008—2018年中国西北地区外送电量及电力虚拟水输出量
水资源是唯一可以大规模流动的自然资源，且与其他资源开发利用存在紧密联系
。
面向新时期国家高质量发展需求，以水资源为纽带进行国土资源协同开发，构建国家水网，实现水资源与重大资源配置格局的匹配协调，促进水资源的空间配置与城镇空间布局、农业空间布局、生态空间布局相匹配，支撑国土空间开发保护、生产力布局和国家重大战略实施，已成为破解资源困境的必然选择。
黄河流域极限节水潜力是多少？实现极限节水潜力后黄河流域还缺不缺水？
这两个问题关系南水北调西线工程调水规模。研究认为，黄河流域有一定的节水潜力，但技术性资源节水潜力已经十分有限，同时还需要付出一定的经济代价和生态风险。
受水资源短缺压力约束倒逼，黄河流域是我国最早最全面开展节水型社会试点建设的区域，黄河也是世界上最早实施全流域水量统一调度的大江大河，通过取用水总量的严格控制，促使全流域主动贯彻落实“节水优先”的治水思路和“三先三后”的调水原则。 近20年，全流域各省（自治区）各行业用水效率得到大幅度提升，人均用水量、万元GDP用水量、万元工业增加值用水量、亩均灌溉用水量等经济社会用水指标持续下降，水资源利用效率提升速度明显超过全国平均水平。 2021年，黄河流域万元工业增加值用水量为13.4 m3 ，不足当年全国平均值的1/2；黄河流域亩均灌溉用水量为282 m3 ，远低于全国平均值，如果综合考虑降雨条件和灌溉水源类型等因素，亩均水综合利用量仅高于京津冀地区。从生活用水来看，黄河流域城镇与农村人均生活用水量远低于全国平均值，分别为124L/d和89L/d，仅占当年全国平均值的70%和72%，水公共服务水平偏低。
极限节水潜力指在维持生活良好、生产稳定和生态健康的前提下，基于可预知的技术水平，通过采取最大可能的工程和非工程节水措施产生的节水效果。以2018年为现状水平年，在不考虑压缩经济社会发展规模的前提下， 在农业方面 ，最大程度实施渠系衬砌和高效节水灌溉，节灌率由现状水平年62%增长到100%，高效节灌率则由29%增长到41%，农业节水潜力约为14.3亿 m3 ； 在工业方面 ，评估各省（自治区）工业用水重复利用率可达到的极限水平介于92%~98%之间，供水管网漏损率极限值介于8.0%~9.5%之间，据此评价工业资源节水潜力为2.2亿 m3 ； 在城镇生活方面 ，评估各省（自治区）供水管网漏损率极限值介于8.5%~10.0%之间，城镇生活资源节水潜力为0.63亿 m3 。综上，评价认为黄河流域取用节水31.7亿 m3 ，占现状取用水总量的7.7%；资源节水17.1亿 m3 ，占流域可耗用水量的7.7%； 仍有一定的节水潜力，但节水量有限，同时节水需要经济投入、社会成本和生态影响的代价。
缺水是一个相对的状态，是指一定经济技术条件下，区域可供水资源在量和质上不能满足经济社会和生态环境等系统水资源需求时的状态。从表现上来看，可以分为转嫁性缺水、约束性缺水和破坏性缺水三种类型。1999年以来黄河不断流并不表明不缺水了，只是通过实施严格的黄河统一调度管理，解决了断流的显性缺水问题， 但缺水矛盾并未真正缓解，只不过由显性向隐性转化， 由黄河干流转移到各支流、由河道内转移到河道外、由地表水转移到地下水、由集中性破坏性转移到均匀性破坏，而本地水资源的衰减，进一步加剧了用水矛盾，引发新的缺水危机。
近年来黄河流域用水总量出现零增长甚至是负增长，主要是因为黄河流域水资源供给遇到了“天花板”。黄河上中下游地区城镇化发展不均衡，总体低于全国平均水平，近年通过发展壮大城市群和都市圈，推动城市群一体化发展，新的增长极正在形成。 未来一个时期内，随着城镇人口增加和生活水平提升，经济社会发展用水需求增长动力仍将保持。 在保障河湖基本生态需水、退还超采地下水的基础上，设定现状实灌面积和规划灌溉面积两种需水方案，开展了黄河水资源供需分析，提出2035年和2050年刚性和弹性缺水量。 建议近期南水北调西线工程黄河流域适宜调水规模为66~84亿 m3 ， 主要解决刚性缺水问题，保障流域经济社会高质量发展； 远期为保障国家粮食安全和高标准提升黄河流域生态环境质量，西线工程调水规模可提升至150~158亿 m3 ， 支撑建设健康、美丽、和谐、富裕的黄河流域。
研究认为，过去25年，海河和黄河等流域用水没有增长甚至有所减少，但水资源供需情势日益严峻，流域水资源衰减是主要原因之一。从这个角度看，南水北调工程不仅解决因经济社会水资源需求大幅度增加产生的迫切用水需求，还补偿了流域水资源衰减的水量。
近几十年，受到气候变化和人类活动的影响， 以黄河和海河为代表的我国北方流域水资源量急剧衰减，加剧了水资源短缺形势，已经深刻影响到流域水安全， 影响黄河流域生态保护和高质量发展、京津冀协同发展、雄安新区建设等重大国家战略实施，以及重大水网工程规划布局和规模。
如黄河流域。
1919—1979年第一次评价期地表水资源量为580亿 m3 ，1919—2000年第二次评价期减少为535亿 m3 ，1919—2016年第三次评价期进一步减少到490亿 m3 。黄河流域天然径流集合预估研究认为，未来大概率将进一步衰减稳定到460亿 m3 左右，也就是说，累计衰减量可能会由90亿 m3 进一步增加到120亿 m3 ，明显大于南水北调西线一期工程项目建议书阶段提出的调水80亿 m3 规模。
海河流域水资源衰减更为严重。
1956—1979年第一次评价期地表水资源量为288亿 m3 ，1956—2000年第二次评价期减少为216亿 m3 ，1956—2016年第三次评价期进一步减少到171亿 m3 。地表水资源减少了117亿 m3 ，超过南水北调中线一期工程规划调水量的2倍，接近京津冀用水总量50%，是引发地下水超采、河湖断流和水资源短缺等水问题的重要原因。“十三五”重点研发计划项目“京津冀水资源安全保障技术研发集成与示范应用”系统解析了水资源衰减归因，预测了未来变化，认为海河流域山丘区地表水资源大概率仍将衰减10亿～16亿 m3 。
为了应对水资源衰减的持续影响， 笔者曾在2021年提出《关于高度重视和科学应对海河流域水资源衰减问题的建议》，具体包括三点： 一是要优化海河流域山丘区治理模式， 保护极为有限的径流性水资源，控制持续性衰减趋势； 二是加强海河流域山丘区农业节水， 实现山丘区与平原区统筹兼顾，维持合理的进入下游平原地区的径流性水资源量； 三是在南水北调东、中线后续工程规划论证中，需要充分考虑海河流域水资源进一步衰减的影响，确定适宜调水规模， 因为现状重大水网工程供需预测中，都是用现在的资源量去平衡未来的需求，未考虑未来衰减的影响。
下图为海河和黄河流域1997—2021年用水变化，25年来海河和黄河流域用水总量并没有增加，甚至有小幅度下降的过程。海河流域用水总量由1997年的432.8亿 m3 降至2021年的365.8亿 m3 ，黄河流域用水总量由1997年的402.6亿 m3 降至2021年的389.3亿 m3 。分行业来看，生活和生态用水在增加，工业和农业用水在减少。
可以看出， 海河和黄河流域过去25年用水总量并没有增加，甚至有所减少，而地表水资源衰减量远远超过南水北调规划补水量， 在“量水而行”“以水定需”治水理念下，引发一系列思考：到底应该怎么落实“以水定需”？以什么“水”来定“需”？是衰减前还是衰减后的“水”？气候变化和人类影响导致“水”继续减少如何应对？这种变化对南水北调有什么意义？是不是可以认为没有衰减就不需要南水北调西线调水补充了？
所以，笔者认为： 在用水没有增长甚至缩减背景下，南水北调工程不是经济社会水资源需求增加的结果，而是对流域水资源衰减的水量补偿。
以“江河战略”为依托，可通过构建西部调水工程等水网基础设施，增强黄河沿线生态经济带发展动力，打造西南西北水网联通经济带，构建水网经济新格局，促进国家高效、强劲、持续、稳定发展。
依托天然河湖水系与人工水利基础设施形成的水网系统，可以形成
不同于一般的区域板块式经济圈的水网经济带， 通过打破行政区划体系，形成一种伴随水流的带状结构，并以水网为依托辐射和带动周边区域发展，维系沿线地区生态环境，孕育水域文明。
新中国成立以来，我国水网经济格局经历了三次大的变化。
20世纪80年代以来 ，我国扩大走向世界的通道，发展形成了由北到南连成一线的中国对外开放的前沿地带，确立了沿海经济带。 20世纪90年代以后 ，我国对外开放的步伐由沿海向沿江延伸，由此形成了以纵贯南北的东部沿海带和横贯东西的长江经济带为主轴的“江—海”T字型水网经济格局。
进入21世纪，
随着西部大开发、中部崛起等重大战略推动实施，特别是黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略提出，黄河流域生态经济带建设快速推进，我国经济发展格局正逐步转向“江—河—海”π字型水网经济发展格局。但是也有人不同意这一看法，主要原因是认为黄河没有航运之利，一体化的城市组合体尚没有形成整体规模；此外黄河流域水问题突出，经济社会受水资源强烈约束，黄河沿岸城市发展滞后于长江经济带。随着高速铁路的出现，陆上丝绸之路的开通，作为大陆型的国家，中国陆路运输正迎来重大突破。建设国家水网是党中央、国务院作出的重大决策部署，为突破黄河流域水资源制约提供了有利契机。
基于我国现状经济发展格局研判，考虑黄河沿线经济带不突出和西部发展不均衡的问题，提出“双T”型水网经济格局构想。
通过建设西部调水工程等水网基础设施，增强黄河沿线生态经济带，打造西南西北水网联通经济带，构建“沿海—沿江—沿黄—沿西部调水”的“双T”发展格局，形成以水网为支撑的经济社会发展新格局，促进国家高效、强劲、持续、均衡发展。
构建基于“双T”型水网经济带的国土空间新格局具有重大战略意义。
一是 我国北方15省份GDP份额占比已经从1983年46.4%下降到2021年35.3%，通过“双T”型水网经济带建设，完善提升黄河流域生态经济带发展空间，促进我国南北方均衡发展； 二是 几乎所有西部地区都受到水资源的严重制约，新增产业用水只能依靠存量节水和水权转化才能得到一定程度的保障，通过完善水网格局，建设“双T”水网经济带，能够优化完善我国经济地理格局，挖掘“胡焕庸线”以西的土地潜力，促进我国东西部协调发展； 三是 以水资源为纽带进行国土资源协同开发，能够带动经济社会协同发展，创造全新经济增长点和发展空间； 四是 通过“双T”型水网经济带建设，提升西部地区生产生活水平，在物质上和文化上形成促进民族团结、共同发展的纽带作用。
西部调水线路海拔高、覆盖范围广，具有南水北调中东线难以比拟的布局优势，需要明确战略目标、加强顶层设计、优化布局方案、分期分段实施。
2002年《南水北调工程总体规划》，明确南水北调西线工程分三期实施，形成了从海拔3500m左右的通天河、雅砻江、大渡河干支流调水自流引水170亿 m3 的总体工程布局。在2005年项目建议书阶段，提出将一、二期工程水源合并为一期工程，调水80亿 m3 方案。但由于水源区各河流调水比例大、对已建水电站发电影响大、对水源河流生态环境影响大以及与水源区经济社会高质量发展用水需求竞争等问题，南水北调西线工程尚未实施。当前，国家正在开展南水北调后续工程高质量发展规划论证， 为了推进西线工程前期工作，提出以下几点建议， 希望能够有助于完善西线工程规划论证工作。
西部调水具有南水北调中线和东线工程难以比拟的高位优势，而受水区域又与西部大开发、“一带一路”、生态安全、粮食安全、能源安全、“双碳”等国家战略高度重叠，仅依靠本地水资源难以满足经济社会高质量发展需求，缺水成为重大战略实施的主要瓶颈，因此加快推进西线工程十分必要和紧迫。同时需要以构建国家水网经济格局为战略目标，实施主动的水资源空间布局，为改善自然、经济和人文发展空间提供基础支撑。
西部调水不能以损害水源区河流健康为代价，核心是控制水源河流的调水比例，避免对枯水年、枯水期和枯水段的生态影响，尤其是要叠加考虑水源区开发利用工程的影响。金沙江上中游、金沙江下游及长江上游、雅砻江、大渡河等四大水电基地已经基本建成，调水要充分考虑对已建水电效益的影响以及“西电东送”和四川电网的能源保障，避免造成投资浪费。西部调水要充分考虑水源区经济社会发展需要，为未来发展预留充足用水空间。
原西线工程调水断面调水比例高达67%，为了避免调水比例过高的问题，降低调水高程，经洮河入黄河刘家峡水库是可行的调整方向。刘家峡水库正常水位1735m，在水源端，可以控制长江上游和西南河流绝大部分径流；在受水端，可自流覆盖绝大部分平原地区，除可以补给黄河干流外，还能够向黄土高原区、河西走廊等区域直接补水，破解西部水资源制约，支撑“一带一路”建设。
长江上游水源区可调水量有限，在叠加本地用耗水和其他引调水工程后，基于长江上游整体水平衡影响和水力发电损失，难以支撑总体规划确定的调水规模。我国西南三条出境河流水资源量达到3105亿 m3 ，占全国总量的11%，水资源开发利用率不到2%。因此，长远来看，西部调水应统筹考虑西南主要河流开发利用现状，实现增量发展。
西部调水与南水北调中线和东线工程一起形成国家水网主骨架和大动脉。应谋划从雅鲁藏布江、澜沧江、怒江等西南国际河流与长江上游河流连通，实现西南片区水网与国家水网主骨架和大动脉连接融合，增强供水能力和气候变化适应能力。还应与水源区重大工程相衔接，比如可将引大济岷工程纳入国家水网骨干工程，将成都平原作为南水北调西线第一个受水区，进行一体化规划、设计和实施，支撑新时期天府之国建设。综合考虑水网工程多样化服务功能，实现供水航运、交通、发电、旅游和文化等功能的协同发展。
西线工程是国家重大基础工程和战略工程，需要充分吸收南水北调东中线一期工程规划建设经验教训，做好顶层设计，“全局谋划、规划先行”，具体建设过程“分期分段、先通后畅”。在整体布局基础上，实施过程需要近中远期结合，为长远发展留有余地，关键是做好一期工程与后续工程的衔接，防止出现区域与整体、短期与长远利益的矛盾。优先连通长江和黄河，保障黄河流域、成都平原等发展需求迫切的区域，远期逐步向水源端和受水端验收，完善工程体系。
黄河“几字弯”区是南水北调西线的主要受水区，但现有规划主要是调水入黄河，再从黄河干流取水利用，由于水低、地高、人高，取用水困难、提水成本高、难以持续利用，为了高效利用西线水，提出了黄河“几字弯”水网构想格局。
“几字弯”区是黄河经由甘、宁、内蒙古、陕4省（自治区）所形成的“几”字形区域，面积和人口分别占黄河流域46%和44%，拥有全国66%的煤炭资源、12%的原油储量、90%的煤层气储量、70%的钠盐保有量以及1/2以上的铝、钼、铀、稀土、铌等矿产资源储量，分布有国家生态安全战略格局“两屏三带”中的黄土高原生态屏障，具有区域经济核心区、能源矿产富集区、生态屏障区、革命老区、少数民族聚集区、民族文化主要发祥区“六区合一”的特殊战略地位。但水资源却十分短缺，人均水资源量340 m3 ，仅为全国平均值的17%，长期受水资源供给“天花板”的严重制约，经济社会发展和生态保护修复受到严重影响。
进入新时代以来，黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略及“一带一路”倡议、东数西算、西电东送等在黄河“几字弯”地区相继布局实施，关中平原城市群、山西中部、呼包鄂榆、兰州—西宁、宁夏沿黄城市群等城市群逐步成为区域经济高质量发展的重要动力源和增长极。2023年6月6日，习近平总书记在内蒙古巴彦淖尔考察并强调要全力打好黄河“几字弯”攻坚战。而 完善水网基础设施是支撑区域生态保护和高质量发展的重要举措， 可以系统破解水资源短缺制约，实现水资源供给与城市发展、乡村振兴、能源开发、生态保护与修复等目标任务协调匹配；可以充分激发经济活力，释放能源和矿产潜力，提升生态保护修复能力，促进农牧业和农村现代化发展；可以成为黄河重大国家战略的新引擎，带动国家腹地经济持续发展，对于保障国家能源安全、生态安全和粮食安全也将发挥巨大作用。
近年，为减轻对江河源区生态环境影响，减小调水比例，降低调水高程，经洮河入黄河刘家峡水库的南水北调西线工程方案已经纳入规划论证。 黄河“几字弯”水网 就是基于西线调水入洮河方案，充分利用洮河与“几字弯”区高程差，以隧洞形式穿越六盘山区，沿分水岭全程自流引入到“几字弯”中部白于山高地，形成“几字弯”的“水脊”，并以此为轴线，自流辐射南部关中城市群提升带、东部沿黄能源经济带和北部高原特色农牧业带， 形成“一轴、三带、十片”的水网总体格局。 考虑需求紧迫程度和经济承受能力，“几字弯”水网近期可主要考虑生活、工业和部分生态用水需求，近期调水规模25亿 m3 ，远期可进一步拓展。水网干线采用隧洞结合管道方案，全长545km，干线工程估算总投资约650亿元。2022年，笔者提出《关于优化南水北调西线方案 建设黄河“几字弯”水网的建议》，方案主体内容已经纳入相关规划研究论证。
“几字弯”区是南水北调西线工程的重要受水区，黄河“几字弯”水网可以大幅度提升西线工程受水区水资源利用效率和效益。
一是可以实现“高水高用”， 解决取用水困难、提水成本高、难以持续利用等问题； 二是可以实现“专线专用”， 用户明确，权限明晰，可避免取用、计量、水权、水价、监管等运行管理难题； 三是可以打通“渭河通道”， 保障渭河流域经济社会用水，支撑以国家中心城市西安为核心的关中平原城市群高质量发展； 四是可以形成黄河、渭河和“几字弯”水网“三线配水”格局， 高低处、上下线布局，实现连通互补互剂，高效利用西线工程水资源。 五是可通过引汉济渭与南水北调中线“丰枯互济”， 大幅度提高中线工程受水区和“几字弯”区供水安全保障程度。 六是可与西线入黄河方案整体衔接， 协同保障黄河流域水安全。
南水北调中线和东线工程是国家水网的主骨架和大动脉，笔者在京津冀水问题研究的基础上，提出了优化南水北调东线工程黄河以北线路、南水北调工程效益拓展至滦河流域，以及京津冀地区后续调水需求规模的研究建议。
笔者曾于2014年撰写了“关于争取南水北调东线等新水源进京的建议”
，明确提出需要将北京市纳入东线后续工程的受水区以及经白洋淀进京的线路构想；2020年进一步向国家提出“关于优化南水北调东线二期工程进京线路的建议”，比较了东线规划多条线路北延的特点和优势，强调为扩大京津冀地区供水量，缓解地下水超采问题，在原有线路基础上，尽可能西移补水。
主要基于以下几方面思考：①原规划南水北调东线后续工程受水区的供水格局发生了大幅度变化，生活和工业等高水价承受能力的用户基本
被中线工程全覆盖；②海河平原地下水超采区主要集中在中西部，西移输水有利于超采治理；③与原方案相比，东线西移京津冀地区自流覆盖范围可扩大78%，有利于串联主要河湖湿地，向平原河网水系自然补水，还能够带动区域水生态环境系统治理；④能够增强与南水北调中线、引黄入冀补淀等工程互补联动作用，构建京津冀一体化水资源保障网；⑤经白洋淀调蓄输水可更深入华北平原的腹地，为雄安新区供水安全、生态宜居的城市建设提供重要保障；⑥东线西移有利于避开浅层地下水咸水区，既可以避免盐渍化的风险，又可以充分利用渗漏水量，提高工程综合效益。
近20年，由于水资源衰减、过度开发利用等原因，滦河入海水量急剧减少，河流生态严重受损，下游地区地下水超采问题日趋严峻。建议利用20世纪80年代初建设的引滦入津工程，建立起南水北调受水区与滦河流域的工程联系，增加南水北调向天津的供水量，适当减少天津市引用滦河水量，即可将南水北调工程的战略效益拓展到滦河流域，受益人口将超过1000万人。需要强调的是，引滦水量分配调整不能损害天津市供水安全保障程度，另外由于南水北调水源和滦河水源的价格存在明显差距，也不能额外增加天津市经济负担，按照“谁受益谁付费”原则，滦河下游要承担由于滦河水回头导致天津增加的南水北调成本。
在考虑南水北调中线一期工程和引黄水量、实施高强度节水、保障经济社会合理用水等条件下，测算了京津冀地区2035水平年正常年份缺水量。情景一是保障最小生态用水和地下水采补平衡，则京津冀地区缺水量为29亿 m3 ；情景二是保障适宜生态用水和地下水采补平衡，京津冀地区缺水量为36亿 m3 ；情景三是保障适宜生态用水和地下水50年恢复，京津冀地区缺水量为50亿 m3 。以上情景都没有考虑未来海河流域水资源衰减的影响，如果考虑山丘区地表水资源量大概率仍将衰减10亿 m3 以上，则京津冀地区水资源缺口至少还应再加上10亿 m3 。这是在充分挖掘内部节水潜力基础上的缺水量，也是需要外调水保障的需水量。综合以上分析，京津冀地区南水北调中东线后续工程适宜调水规模为46亿~60亿 m3 。
模拟研究表明，大规模西部调水有一定的增雨降温等作用，但增量变化远改变不了地带格局，而对生态系统的长期累积性影响仍需进一步深入研究。
我国西北地区干燥少雨，大规模区域外水资源调入，必然会打破原有的水热平衡，改变陆气间水分和能量交换过程与通量。大规模西部调水对受水区气候有什么影响？持续性气候效应会不会显著改变干旱区水文气象格局？这是西部调水规划必须要回答的问题。
为探究西部调水的气候效应，预估未来的可能影响，研究将水资源开发利用方案与区域气候模式RegCM4相耦合，修改陆面模式CLM3.5方案中净雨计算方式，建立了考虑大规模调水影响的区域气候模式。研究以2021—2050年为未来试验组，1970—2000年为历史参照组，并选用RCP4.5和RCP8.5两种未来气候变化情景。研究模拟范围为整个东亚地区，主要验证分析区为西北干旱区，采用年最大调水量600亿 m3 作为调水方案，并且根据灌溉过程进行水量年内分配。
模拟发现，调水灌溉对降水的影响主要发生在夏季，外调水灌溉蒸发增加了研究区的水汽通量，低空环流异常变化和对流上升运动增强都为局地降水的形成提供了额外的动力条件。
在空间分布上，降水增加的影响范围要大于灌溉区，夏季降水祁连山平均增加达到0.75~1.00mm/d，天山和昆仑山增加0.5~0.75mm/d，河西走廊平原地区、腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠地区降水增加0.25~0.75mm/d，地势较低的准噶尔、塔里木、柴达木盆地降水没有明显变化。
▲ 西北地区调水灌溉后夏季降水年际变化（单位：mm/a）
研究发现了调水对区域气温的影响，夏季主要是降温效应，
这是由于调水带来水量蒸发消耗能量，进而导致地表净辐射通量减少，地表温度降低。 空间上主要集中在灌溉范围内， 平均降温幅度约1.5℃，同时也影响着垂直高空的温度，降温效应在600~925hPa高度较为明显。 冬季增温效应主要集中在灌溉区以南的大部分地区， 增温幅度达到0.25~0.5℃。此外，调水灌溉影响陆气之间的水汽和能量交换过程，从而改变大气温度和湿度，出现异常环流并在一定程度上影响西风环流，这也是影响西部地区气候变化的因素之一。
研究表明，
西部调水灌溉会显著增加地表潜热，夏季降温效应显著，同时增加天山、祁连山等山区的对流性降水，可在一定程度上缓解干旱少雨状态，但远远改变不了西部地区基本水文气象格局 。
赵勇，何凡，何国华，等.国家水网规划建设十点认识与思考[J].中国水利，2023（14）:24-33.
作者 |
赵勇 （ 中国水利水电科学研究院 水资源研究所副所长，正高级工程师 ）， 何 凡，何国华，李海红
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