国家水网建设几个方面问题的讨论

我国特殊的地理和气候条件，决定了降水和水资源时间和空间分布十分不均匀，水资源空间分布与经济社会发展极不匹配（见图1），全球气候变化背景下我国降水和水资源空间分布不均匀性更加显著（见表1）。水资源不均匀性及其与经济社会发展的不匹配性，导致北方地区缺水严重，制约了经济社会的发展；同时，生态用水被挤占，生态环境问题越来越突出。根据水利部2022年公布的数据显示，全国地下水超采区总面积达28.7万km²，年均超采量158亿m?，地下水超采导致地下水水位下降、含水层疏干、水源枯竭，引发地面沉降、河湖萎缩、海水入侵、生态退化等问题。

另外，我国北方大部分河流水资源开发利用率超过全国平均水平（21.3%），部分河流（如海河、黄河、淮河、辽河等）水资源开发利用率超过警戒线水平（40%），其中海河流域水资源开发利用率更是高达113.2%（见图2）。全国湖泊湿地总体明显萎缩，其中淡水湖萎缩程度最高，总面积相对减少19.8%，需水量相对减少11.7%（见表2）。河川之危、水源之危是生存环境之危、民族存续之危。水已经成为我国严重短缺的资源，成为制约环境质量的主要因素，成为经济社会发展面临的严重安全问题。在这种背景下，加快构建国家水网，是解决水资源时空分布不均、更大范围实现空间均衡的必然要求。

目前，全国仍有3%国控断面地表水水质为V类、劣V类，全国地下水超采区面积达28.7万km²，年均超采量158亿m³，河湖水域空间保护、生态流量水量保障、水质维护改善、生物多样性保护等面临严峻挑战。我国北方主要河流地表水均存在不同程度地挤占现象，其中黄河干流、淮河干流、塔里木河、海河南系等河流的地表水挤占量均超过10亿m?，西辽河、天山北麓、沂沭泗河等河流的地表水挤占量超过5亿m?。为解决解决生态环境累积欠账，实现经济社会绿色发展，亟需加快国家水网建设。

我国约2/3的国土面积受到洪涝灾害的威胁，是世界上洪涝灾害最为频繁和严重的国家之一，洪涝灾害导致的直接经济损失居各类自然灾害损失之首，洪水风险依然是流域的最大威胁。极端暴雨产生中小河流洪水、山洪地质灾害、城市洪涝所造成的人员伤亡和财产损失大，是现阶段防御的重点。加强水网建设，提升河湖连通，增强河湖的排水及调蓄能力，是防洪减灾的重要途径。

总而言之，加快构建国家水网，建设现代化高质量水利基础设施网络，是统筹解决水资源、水生态、水环境、水灾害问题的重要保障。实现中华民族的伟大复兴，全面建设社会主义现代化国家，需要坚实的水安全支撑和保障。国家水网是充分发挥水利工程体系的优势和综合效益，保障国家水安全、支撑高质量发展的国家重大战略性工程。

我国的用水量是否已经达峰，北方地区还是否缺水，是国家水网规划和建设需要关注的最根本问题。依据《中国水资源公报》统计，中国用水过程经历三个阶段，分别为用水快速增长期(1980年之前)、稳定增长期(1980—2013年)、缓慢下降期(2013年之后，中国统计用水总量于2013年达到峰值6183亿m³)。从统计数据观察，2013年左右我国用水出现了高峰（拐点），随后出现了缓慢的下降，其主要原因可归纳为四点。

第一，需求侧管理导致用水量的减少。现状用水发展变化规律是多种因素作用的结果，其中需求侧管理起到了积极作用。2000年，我国开始节水型社会建设；2013年，实施了最严格水资源管理；2016年，开展水效领跑者引领行动。需求侧严格管控有效提升了我国的用水效率，降低了用水需求。

第二，最严格用水量红线考核制度下个别地区统计用水量存在缩水，统计数据和实际情况存在一定的差距。在最严格水资源考核管理下，实际用水可能会存在非技术性干预。

第三，供给侧“无水可用”是导致许多北方地区没有出现“统计增长”的现实因素。我国黄河、辽河、海河等流域地表水资源开发利用率均超过70%，淮河流域超过50%，多数内陆河地表水开发利用率超过80%，超过了正常开发利用极限。近年来，北方地区水资源量显著衰减，进一步加剧了供给侧约束。“无水可用”、分水指标一再下调，是导致很多北方地区没有出现“统计增长”的现实因素。换句话说，“吃不饱并不是不饿”。

第四，大规模虚拟水进口且不断增加也是导致我国用水减少的重要因素。目前，我国是全球最大的虚拟水进口国，2018年虚拟水进口量达到470亿m³(蓝水)，占全球虚拟水贸易量的1/4；我国粮食进口量约占产量的1/4，如果这些粮食全部靠自己生产，还要耗费几百亿方水去生产粮食。虚拟水长期大规模进口是导致我国用水格局变化的重要因素。

用水和需水是两个概念。需水是经济社会可持续发展和生态环境健康稳定所需要的理想水量规模；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、贸易结构等因素密切相关。规划中进行的需水预测，其实预测的并不是需水规模，而是基于人口、灌溉面积、GDP等预测未来的用水规模。

区域用水变化包括三元驱动力：一是经济社会规模。城镇化率增长，伴随着粮食及其他生活消费需求的增加，经济生产规模相应扩大，进而促进生活和生产用水的增长。二是生产水平。生产水平的提升，伴随着产业结构优化和生产效率提高，会提高生产过程中的用水效率，降低等量经济规模下的用水需求。三是水资源供给约束。受水资源本底条件、政府调控策略与能力，以及对外贸易格局特征等影响。

需水规模、用水条件、缺水程度对水达峰均有直接作用。无水资源约束地区，经济自然发展决定其用水峰值；弱水资源约束地区，由经济发展、资源条件和工程能力联合作用决定用水峰值；强水资源约束地区，由水资源承载资源上限(包括外调水)决定其用水峰值。有学者分析，无水资源约束的自然增长型，出现峰值最早；水资源弱约束的资源约束型，出现峰值次之；水资源强约束的严重胁迫型，出现峰值最晚。

通过对主要发达国家用水达峰时的经济产业特征进行分析，影响用水达峰的因素主要包括以下几方面：一是产业占比。用水峰值出现时，发达国家的第一产业比重普遍小于5%，第二产业比重为30%~40%，第三产业比重全部在60%以上。2022年，我国三产占比分别为7.3%、39.9%和52.8%。二是人均GDP。从人均GDP（2020年不变价）看，发达国家水达峰时的人均GDP全部超过2万美元，大部分国家处于2.5~3.5万美元之间。2022年中国人均GDP为85698元（按照7.35的汇率，折合11660美元)。三是城镇化率。从城镇化率看，除葡萄牙达峰时城镇化率较低外（51%），其他国家达峰时的城镇化率普遍在70%以上。2022年中国城镇化率为65%。由此可以发现，我国的产业占比、人均GDP、城镇化率均与发达国家存在一定差距，经济社会条件所对应的用水不是峰值。

一是基于水资源承载能力分析和节水优先原则的区域水平衡评价理论与方法仍有待进一步完善和优化。对于缺水区域，需要明确具体哪里缺水、缺多少水、有无节水潜力等问题；对于丰水区域，应当厘清哪里有水、可从哪里调水、调多少水合适等问题；涉及多水源优化配置时，则应做好当地水-调入水、地表水-地下水、非常规水的优化配置与调度。例如，在南水北调工程的后续工作中，黄河上中游六省区仍有一定的节水能力，但仅靠节水难以解决资源性缺水问题，难以支撑黄河流域的高质量发展，需要充分研究节水的边缘效应，研究分析调水的必要性与节水的可行性。

二是应充分梳理调水可能产生的影响、揭示影响机理，提出调控措施。比如，如果通过水网实施调水，调水对调出区和受水区的生态、环境、社会将产生怎样的影响？这种影响是否可以接受？如何减少和调控调水的影响？另外，在水网规划设计中，还应开展水源区水资源-水生态经济社会协同演变及预测、水源区生态环境需水评估方法与动态调配技术研究、变化环境下水源区水资源禀赋与可调水量分析，西线工程调水生物入侵风险分析、系统视角下西线工程调水影响综合评估及方案优化等等。

三是开展基于生态环境影响较小和经济指标较优的工程方案的科学论证。例如，2014年3月，水利部针对南水北调西线工程开展了六个重要专题补充研究，包括南水北调工程规划设计中，黄河上中游地区节水潜力研究、新形势下黄河流域水资源供需分析、西线调入水量配置方案细化研究、调水对水力发电影响研究、调水对生态环境影响研究、调水对水资源开发利用影响分析。

四是应以“先建体制、后建工程”为原则开展工程管理体制研究。再以南水北调工程为例，在规划设计阶段，西线工程业主单位应是谁？西线工程供水范围多大为宜？河西走廊供水与新疆供水应怎样管理？东线工程一期与江水北调工程的关系是怎样的？应该建立怎样的管理机制和方式？如何进行工程能力消纳和工程效益发挥？应建设怎样的水价形成机制、如何开展水费收缴？东线工程供水范围如何确定？供水对象具体为谁？应建立怎样的水网工程生态服务价值理论与计算方法？如何进行怎样的生态补偿机制建设？这些管理体制方面的问题均需开展深入研究。

水网工程建设中，以下技术应进行重点研究：

一是应开展高坝大库水源工程建设技术；二是应开展长距离输水工程技术研究，特别是复杂地质条件下大型引调水工程安全建造技术研究，包括高压富水破碎层涌水突泥监测、预警、诊断与应对技术，高应地力场软岩大变形问题力学机制、分析理论与处理技术，长大隧道掘进施工新装备、新技术；三是数字孪生水网技术。这里重点说下数字孪生水网技术。

数字孪生水利包括数字孪生流域和数字孪生工程。数字孪生水网是数字孪生工程的重要组成。数字孪生水网是通过3S空间信息技术，物联网技术，人工智能技术，地形模型、分布式水文模型、洪涝演进模型、水资源仿真模型、智慧调度决策模型、人工智能模型等多种模型技术构建起来的虚拟智慧数字水网，以实现虚拟水网与实际物理水网实时双向映射和仿真，对物理水网全要素进行实时监测、模拟仿真、预测分析、智慧决策、科学调度，保障水网的高效、绿色、安全、智慧的运行。数字孪生水网技术主要包括建立空天地一体化的信息感知监测体系、工程建设BIM技术、数字孪生水网信息映射与仿真技术、应用业务系统集成技术、情景推演及决策支持技术等。

数字孪生水网是建设国家水网的重要内容，也是推动新阶段水利高质量发展的重要标志之一。数字孪生的主要建设内容和建设目标是：（1）聚焦水网跨流域跨区域等特点，以及联合调度等业务需求开展建设。（2）通过对物理水网全要素和建设运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演。（3）与物理水网同步仿真运行、虚实交互、迭代优化。（4）实现对物理水网的实时监控、联合调度、风险防范。（5）进而提高国家水网智能化管理调控能力和安全保障能力。4.3运行管理方面工程运行安全管理是国家水网高质量发展的重要环节，需要完善高坝病变灾变过程预测理论方法和病隐患判别准则，明确梯级水库群灾变触发机制和灾害链生效应，开展高坝深埋深水病害无损探测诊断和修复技术装备配套。国家水网高质量发展，数据信息是国家水网安全、绿色、智慧建设和管理的基础，知识平台是国家水网精准、高效、智慧调度和运行的关键，数字孪生是国家水网智慧发展的重要内容和抓手，实现数字赋能、智慧高效。

国家水网运行管理中，应建立天空地一体化监测体系，通过天基遥感（包括降水、水位、流量、雪盖、水储量变化等要素）、空基遥感（包括水位、流量、水质等要素）、地基遥感（包括降水、水位、流量、土壤水、蒸发、水质等要素）构建天空地嵌套式监测体系。天空地一体化监测体系的重点监测项目包括卫星降雨监测、卫星土壤含水量监测、卫星地表蒸散发监测、雷达降水监测、大范围水域及岸线监测、视频水位与流速智能识别监测等（见表3），需开展多元数据的融合应用、数字水网模型库建设、知识平台（业务规则知识库）建设。

工程建设方面