我國京津冀地區良性水資源調控思路及應對策略

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模擬與調控國家重點實驗室,北京 100038)

我國京津冀地區多處于干旱半干旱地區,降水量較少,且降水量多集中于汛期,蒸發量較大,水資源較為貧乏。近年來,隨著社會經濟的發展,生產用水嚴重擠占生態用水,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,多數地區利用南水北調水、引黃水等客水,諸多城市對外調水依賴程度過高[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展之間的矛盾,強調遵循自然規律及生態文明體制改革;新時代社會發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展理念,統籌山水林田湖草系統治理。新時期相關治水思路提出為我國北方地區水資源調控提供了重要的歷史機遇。本文以水資源良性循環理論為基礎,提出我國京津冀地區水資源良性循環的調控思路及應對對策。

1 水資源良性循環理論基礎及調控思路

1.1 水資源良性循環理論基礎

隨著人類開發利用水資源強度的加大,流域水循環系統不再是由“降水-坡面-河道-地下”等基本路徑組成的自然水循環結構,而是形成了由自然主循環與區域“取水-給水-用水-排水-污水處理-再生利用”社會側支循環耦合而成的自然-社會二元水循環結構[8-12],形成相互嵌套的復雜系統。處理水資源問題,應從水資源系統整體優化和整體協調出發,按照系統本身所特有的性質與功能,研究系統與環境之間、系統與各子系統之間、子系統與子系統之間、子系統與各要素之間、各要素之間的相互作用、相互依賴和相互協調的關系,應用系統工程理論解決水資源系統問題。

1.2 水資源良性循環特征

水資源良性循環應具備以下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,江河湖泊是水循環的基礎載體,也是水資源良性循環的主要通道。

b. 均衡性特征:均衡性是水資源良性循環的社會特征,均衡化是水資源開發利用、服務人類的具體體現,這要求開展水體連通實現水循環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,實現人水和諧。

c. 系統性特征:系統性是水資源良性循環的屬性特征,指水資源具有系統、全局、整體特點,流域是自然水循環的基本單元,行政單元多為社會水循環的基本單元,從水的產匯流到開發利用,則是這兩方面的結合,必須從流域和區域統籌的角度進行水資源系統建設和開發利用,方能實現水資源上下游、左右岸協同發展。

d. 安全性特征:安全性是水資源良性循環的目標特征,指良性水循環系統具備生活安全、生產安全、生態安全。

1.3 京津冀地區水資源特點與問題

a. 工程性控制能力強,水資源循環過程阻斷。根據普查結果,京津冀地區共建成各類水庫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。在水利工程漸具規模,點、線連接日趨完善的情況下,京津冀地區水問題并沒有得到根本解決。城市內澇頻發,河北省地下水漏斗面積為全國之最,河湖水庫水質日益惡化,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未來生態文明發展的要求。

b. 地下水超采嚴重,水資源循環由水平向垂直方向轉變。據統計,京津區地下水超采區面積為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利用,河道斷流時間不斷延長,使流經漏斗區的河流來水量減少,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,加劇了超采區的擴大。從而導致區域內的水資源循環逐漸由水平向垂直方向轉換。

c. 用水總量不斷增大,河湖斷流及生態退化嚴重。近年來,隨著社會經濟的發展,京津冀地區供水量已達或接近紅線值,社會經濟用水不斷擠占生態環境用水;再加上氣候變化的影響,京津冀地區地表和地下水資源量均呈現減少趨勢,河道斷流趨勢明顯。2016年的衛星影像顯示,京津冀地區333條河流中有227河流汛期斷流。河北省境內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,隨著工業和農業的快速發展以及城鎮人口的快速增長,帶來了石油類污染、紡織印染污染、城市垃圾等，加上生產生活污水的不合理處置以及農藥、化肥的大量使用,造成河流污染不斷加劇。京津冀地區主要位于海河流域,據統計,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 水資源良性循環調控思路

以自然-社會二元水循環和系統工程理論為基礎,從水資源良性循環4大特征出發,解析我國京津冀地區目前面臨的水資源問題,以循環通暢、協同均衡為水資源良性循環與持續發展的調控思路,貫徹落實總書記提出的節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力以及堅持人與自然和諧共生等治水新方略,符合京津冀協同發展戰略下的水資源要求。據此制定實現水資源良性循環和持續利用調控對策如圖1所示。

圖1 水資源良性循環和可持續利用調控思路

水資源具有自然、經濟、社會、生態、環境5大屬性,其中生態環境受自然與經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的中樞,也是人與自然和諧的關鍵,具體包括兩個方面的措施:

a. 自然水資源循環的循環通暢,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蓄、污水水質提標與減排等措施。富自然調蓄的核心是恢復水的自然屬性，結合節水型社會建設和最嚴格水資源管理的深入，減少對天然水循環的擾動；通過基礎設施的優化布局，實現水循環多過程間、坡面-河道過程間、地表-土壤-地下過程間、常態過程與極端過程間的協調，充分發揮自然要素對水循環多過程的調節作用,同時通過再生水出水水質達標排放并提高回用,減少排水對生態環境的影響。

b. 社會水資源循環協同均衡,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配均衡,具體可包括水資源統一調控管理、消耗水管控、水市場協同發力等措施。通過統一調控管理措施實現水資源上下游、左右岸協同供用水;通過消耗水管理實現經濟社會真實節水并控制對生態環境用水的過度擠占;通過水市場協同發力實現水資源利用效率和效益的提高。

2 水資源循環調控策略

2.1 工程控制與富自然調蓄相結合

以點(水庫、閘壩)、線(河道、渠系)連接為核心的傳統工程控水模式,手段單一,且存在次生的環境影響;以能量攻擊能量,未能統籌考慮植被-土壤對減緩水問題的功能,不能充分發揮流域對水循環的天然調蓄作用。因此現階段水問題治理的重點是,遵循水循環自然規律,充分發揮自然要素對水循環多過程的調節作用。通過系統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,結合已有水利工程建設等灰色基礎設施,實現水循環多過程間,坡面-河道、地表-土壤-地下、常態與極值過程間的協調,由工程控水為主向富自然調蓄水轉變。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,又要防止過度生態建設;棕色基礎設施建設,關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,由于河湖水環境納污能力偏小,若采用國標處理污水,河流水質仍會惡化;此外,大多數區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,嚴格實施雨污分流措施,條件適合地區可以建設地下管廊;對于老城區,先封堵污水直排口,加大污水大戶就地處理排放;在城區污染方面,按照城市規劃和城中村改建規劃,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。由過去集中統一的污水處理模式轉化為分散式的處理模式,加入現代污水處理思路,例如地下污水處理廠的建設等。同時優化污水處理工藝,將污水處理標準提高一個等級,排放水質達到地表水環境質量標準的Ⅳ類水標準。③污水回用方面,消納存量,消減增量。完善污水回用調配、輸送及循環利用工程及配套管網,制定污水回用優惠政策,加強城鎮污水處理回用,促進工業、環衛、綠化、景觀等領域優先使用中水。扎實推進工業再生水循環利用工程建設,引導高耗水企業使用再生水。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 加強水資源統一調控管理

增強骨干供水工程及區域供水工程建設,在完善供水管網系統的基礎上,要從區域全局角度出發,構建區域水資源調控的智能監控體系、智慧應用體系和支撐保障體系,對區域的水資源進行統一的調控。

a. 以行政單元為主體,完善水利信息現代化體系。加強基礎設施改造,擴展水利信息傳輸網絡,提高水利信息系統安全防御水平和基礎承載能力;依托物聯網技術,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測體系。

b. 區域水資源時空均衡優化統一調控。隨著經濟社會的不斷發展和取排水量的不斷增加,水資源總量、水環境容量和水生態空間約束日益顯現,部分地區水資源開發利用程度已接近甚至超過了承載力,引發水源短缺、河湖生態退化及地面沉降等嚴重問題。當前我國北方許多地區水資源安全保障的主要矛盾已逐步從供給不足轉向為負荷過大。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/區域水資源配置格局和流域/區域配置方案。提高水資源與其他經濟社會要素的適配性,將水壓力負荷控制在水資源系統可承載范圍之內,是落實國家空間均衡治水方針的具體體現[19-20]。

2.4 加強消耗水管理

2016年10月,水利部與國家發展和改革委員會聯合頒布《“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,因此應從流域和區域相結合的角度,按照生態功能區劃和生態文明建設的要求,研究行業用水耗水關系曲線,實行以消耗水總量為核心的取用水管理,實現真實節水、良性循環的科學管控。在傳統行業節水模式基礎上,從水的用耗機理入手,加入區域水資源耗水控制總量和行業用水消耗強度指標,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,進而倒逼區域行業節水效率和產業結構調整,實現水資源良性循環[21]。

2.5 部門管理與水市場協同發力相結合

水權水市場是落實中央決策部署的重大舉措,是落實“兩手發力”、充分發揮市場優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一到中央的決策部署上來,采取有力措施,加快水權改革工作進度。盡快完成最后一公里的確權,確權到基本農戶,并對一些水利工程進行確權[22-23]。

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

在行政單元范圍內逐步實行統一水價,實行統一水價是大勢所趨[24-26],可更好地實現水資源的優化配置和統一調度。推行區域綜合水價必須考慮到各地發展不均衡以及城鄉差別帶來的不同水價的承受能力,綜合考慮以市或縣為區域單位,實行多水源配置下的綜合水價,結合智利、美國、澳大利亞等國家的經驗,在統一水權的基礎上,盡快開展基于多水源綜合調配的全成本綜合水價研究、制定相關價格形成機制,提出與配置方案相配套的統一水價核算方法。

3 結 語

基于自然-社會二元水循環理論,按照循環通暢、協調均衡的技術思路,遵循水資源循環的自然規律特點,根據水資源良性循環的4大特征,貫徹落實總書記提出的節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發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的調控思路及應對策略,旨在為新時期治水思路下水資源良性循環提供技術支撐,有效促進我國北方地區經濟和社會發展。