面向2035年的海河流域水安全保障戰略研究

朱婷婷，侯立安,2，童銀棟，3，劉軼文，李寧，趙迎新，陳冠益,4

（1.天津大學環境科學與工程學院，天津 300072；2.北京高新技術研究所，北京 100085；3.西藏大學理學院，拉薩 850000；4.天津商業大學，天津 300134）

一、前言

水安全保障是我國生態文明建設的關鍵內容，也是2035年基本實現“美麗中國”目標、確保生態環境質量根本性好轉的重要支撐。海河流域作為我國七大水系之一，在國家經濟社會發展全局中占據重要地位[1]。“十三五”時期，海河流域在南水北調、水污染防治、地下水超采整治、濕地保護等方面取得了一定成效，流域水環境改善明顯。①海河流域內的南水北調中線、引灤雙水源供水工程體系進一步完善，建立了引灤入津上下游橫向生態補償機制；非常規水成為有效的補充水源，再生水、淡化海水利用率穩步提高。②城鎮污水處理水質和水量雙提升，區域內主要城市基本實現城鎮污水處理設施全覆蓋，污水處理廠出水的水質指標達到地表水Ⅳ類標準，污泥無害化處置率達到95%。③水生態環境質量顯著改善，實行入海河流“一河一策”污染治理，入海河流基本消除劣V類水體。④防洪排澇能力持續增強，大中型病險水閘除險加固工程基本完成。

面向“十四五”時期治水目標（“有河有水、有魚有草、人水和諧”）[2]，繼續開展“山水林田湖草”系統治理，堅持精準、科學、依法治污，以水生態保護為核心，統籌水資源、水生態、水環境等流域要素，為2035年基本實現“美麗中國”建設目標[3]提供關鍵支撐。亟需從水資源保障、水污染治理、水生態修復、水災害防御四方面著手，加強科技支撐研究，提升海河流域水安全保障能力，以此實現海河流域水安全“十四五”規劃發展目標。

現階段有關海河流域水安全研究，主要從水循環演變、水污染控制、產業結構調整等方面[1]梳理了海河70年治理取得的成就，從南水北調、地下水超采等問題出發研判了京津冀地區水安全挑戰并提出應對策略[4]；相對而言，從宏觀角度著眼、面向2035年發展目標開展的水安全保障等前瞻性研究仍待深化。針對于此，本文分析海河流域水安全保障需求，梳理水資源、水環境、水生態、水災害方面的現狀及面臨的關鍵問題；預測2035年流域水安全變化趨勢，提出水安全保障總體構思及發展建議，以期為海河流域水安全保障的研究與管理提供基礎參考。

二、海河流域水安全保障面臨的挑戰

（一）水資源供需矛盾依然突出

1.海河流域水資源短缺嚴重

海河流域橫跨北京市、天津市、河北省、山西省等8個省份，流域總面積為3.2×105km2，占全國陸地總面積的3.3%；承載著全國8%的耕地、10%以上的人口與經濟總量，對京津冀地區協同發展起著關鍵作用。然而，海河流域水資源短缺現象嚴峻，水資源總量約為7.348×1010m3，僅占全國總量的2.5%；其中，地表水資源總量為4.732×1010m3，相比1956—2016年的平均值有明顯升高，但近年來的水資源總量波動較大[5]。隨著流域內經濟社會的發展，用水總量常年超出水資源的承載能力，表現為供需嚴重不平衡[6]；水資源開發利用程度的提高進一步加劇了水資源的供需失衡[7]。

2.區域調水缺乏風險應對策略，南水北調中線工程配套供水網線待完善

2020年，海河流域的供水總量約為3.72×1010m3，其中的地下水、外調水、地表水、其他水源供水量占比分別為39.7%、29.5%、22.3%、8.5%[8]，可見地下水和外調水是主要構成。在地表水源供水方面，跨流域調水對海河流域水資源的補給起到十分重要的作用，蓄水、引水、提水工程，跨流域調水的供水量所占比例分別為12.1%、19.7%、11.3%、56.9%。在地下水源供水方面，淺層水和深層水的占比分別為87.7%、11.9%，而微咸水的占比為0.4%[7,8]。可見，外調水及跨流域調水在支撐海河流域經濟社會發展方面作用突出。

南水北調工程明顯改善了海河流域供水緊張的局面，但相關的風險防控應對措施依然缺失，遠距離輸水的經濟性也待優化；中線工程配套供水管線的供水規模不足，配套工程的供水能力不滿足區域內高質量發展需求。此外，現有規劃水庫的調蓄庫容較小，供水設施分布不均衡，安全供水保障能力不足[1]。以天津市為例，南水北調、引灤入津雙線供水的上游水資源利用率逐漸提高，導致分配給天津市的水量明顯減少，也就引發了水資源供需矛盾。

3.區域水資源開發強度較高，非常規水綜合利用技術需加強

海河流域水資源的開發利用強度較高，20世紀80年代到21世紀初期地下水超采問題不斷加劇，年均開采量從2.118×1010m3增長到2.499×1010m3。地下水超采引起了一系列環境地質問題，如地面下沉、地裂、塌陷等，制約了流域經濟社會的可持續發展[8]。隨著南水北調工程、引黃工程等外調水工程的實施，海河流域的地下水供水量逐步回升，然而在地下水位回升到合理狀態之前仍需持續性關注地下水開采活動。2020年，海河流域平原區共有48個地下水超采區，總面積達1.062×105km2，其中深層超采區占比為37.5%；26個超采區的中心地下水位有一定程度回升[7,8]，但仍有15個超采區的中心地下水水位下降（河北省唐山市中型孔隙深層承壓水降幅為10.41 m，其余均小于8 m）。

海河流域非常規水資源的開發工作仍需加強，亟待發展微咸水與海水等非常規水的收集、處理與綜合利用技術。2020年海河流域非常規水資源總量為3.199×109m3，僅占流域總供水量的8.6%；其中，污水處理回用、微咸水、海水淡化水資源量分別為2.976×109m3、1.49×108m3、7.4×107m3[7,8]。海河流域平原區的微咸水資源十分豐富，為非常規水資源的開發利用提供了條件。開發微咸水技術可以加大對非常規水資源的有效再利用，減少過度開采深層地下水，有助于回升地下水位并減少環境地質問題；加強降雨/跨流域調水對地下水的補給力度，改善淺層地下水水質。城市廢污水經過凈化處理后回用于市政、河湖景觀、工業、農業等，從而提高中水回收效率。海河流域的天津段和山東段，因其特殊的地理位置而需更加重視海水淡化技術研發。

（二）水環境治理水平亟待提高

1.海河流域地表水質達標率形勢嚴峻

海河流域地表水質達標率尚未達到國家平均水平，富營養化現象仍然存在。2021年，流域地表水水質優良（I～Ⅲ類）斷面比例僅為68.4%，而劣V類水體仍有0.4%[9]；雖然滿足了劣V類水體基本消除（0.6%）的要求，但與全國地表水水質優良（I～Ⅲ類）斷面比例提升到83.4%的平均水平相比差距較大。隨著“十四五”時期考核要求的進一步提高（如監測斷面數量提高47%[3]），海河流域地表水質達標率不容樂觀。

截至2022年7月，海河流域呈現富營養化的湖庫點位仍有27個[10]。其中，北大港水庫屬于中度富營養狀態，東昌湖、于橋水庫、衡水湖、采蒲臺等8個湖庫等屬于輕度富營養狀態，懷柔水庫、棗林莊等16個湖庫屬于中營養狀態，其余湖庫為貧營養狀態[9]。海河流域輕度富營養狀態湖庫的比例高于全國平均水平，可見控制流域的富營養化依然任重道遠。受引灤來水、周邊匯水的影響，于橋水庫的超標項目以總氮、總磷為主，土臭素、二甲基異莰醇等指標時有突升，對城市供水安全構成不利影響；特別是引灤入津水質存在土臭素超標、藻類爆發的風險，直接影響天津市的供水安全[11]。

2.海河流域黑臭水體問題并未消除

近年來，海河流域的城市黑臭水體整治工作成效明顯，消除比例超過80%；但在流域內的部分農村地區，黑臭水體治理工作進展緩慢，部分省份的進度不足40%[12]。此外，部分城市的局部地面高程低于河道水位，雨洪水需經泵站排出；因部分排水設施陳舊、管道淤積，導致強降雨積水嚴重，雨后河道水質迅速惡化，引發城市黑臭水體污染。可見，海河流域的黑臭水體治理將是長期任務。

3.污水處理能力需提升

海河流域是我國北方主要的糧食生產基地，農業用水比重常年超過60%[1]；相應地，農村地區污水處理問題較為嚴峻。2020年海河流域污水處理比例僅為36%，與“十四五”規劃中農村生活污水處理率大于60%的目標差距較大[3]。區域內一些城市的污水處理廠全年平均運行負荷率超過90%，需要實施擴建提升；部分水廠處理工藝落后，凈水設備陳舊，近年來只能依靠降低生產負荷、增加藥劑消耗來保障出水水質，導致產能利用率只能維持在70%左右，需要開展深度改造[11]。此外，在城鎮污水收集方面存在管網短板，污水管網建設水平、管理能力整體偏低。例如，天津市中心城區仍有雨污合流制地區約1.53 km2、混接串接點1919處，雨后排水入河影響流域水質[11]，溢流污染控制、“雨污分流”“清污分流”問題亟待解決。

（三）水生態環境保護仍需加強

1.水生態功能和生物多樣性明顯退化

隨著經濟社會發展用水需求的逐步增加，海河流域的水資源開發利用率已超過合理的承受范圍，加劇了水環境污染并破壞了水生態系統。過度的水資源開發利用也導致生態功能退化嚴重、濕地面積急劇減少、生物多樣性遭受影響。在海河流域，超過一半數量的河流存在生境質量處于中等偏低水平的情況，難以成為生物種群或生物群落的生存/繁衍棲息地；超過30%的河流生境質量為極差，造成水生生物物種貧化、底棲動物群落多樣性水平較低[7]。例如，海河流域的魚類群落Shannon-Wiener多樣性指數的平均值僅為1.53，反映了魚類種類數下降、大中型魚類資源衰退、優勢種群單一化與小型化，也說明流域的生物多樣性水平偏低；在魚類的群落結構方面，敏感物種減少，耐污性種類（如達里湖高原鰍、鯰魚）增多[13]。

2.水系連通不暢現象突出

目前，海河流域水環境承載能力偏弱，城市內的河湖連通設施不完善，部分水循環連通體系未能較好發揮作用，導致河道斷流干涸、濕地明顯萎縮等現象嚴重；流域內生態流量缺乏保障，多數河流的上游和源頭區為中風險斷流。中心城區海河至南部北大港濕地、北部七里海濕地兩大水循環連通體系尚未完全發揮作用；北水南調東、中、西三線工程雖已全面實施，但僅西縱北運河—衛河—南運河建成通水，東縱薊運河—中心橋北干渠—馬廠減河的中心橋北干渠、中縱引灤—海河—洪泥河的穿獨流減河倒虹吸尚未建成通水[11]。以單一防洪功能為目標的自然河道渠化、硬化較為普遍，亟需全面恢復海河流域的生態系統功能。

3.對環境有毒新污染物缺乏應用關注

長期以來，水污染治理集中在耗氧有機物污染控制，氮、磷污染治理，而對有毒有機物、新污染物缺少關注。相關的評估監測水平有待提高，風險防范措施等研究相對薄弱。2018年海河流域各省份的水源地水體藥物及個人護理品（PPCPs）平均含量，山東省最高（78.3 ng/L），北京市最低（30.0 ng/L），天津市（45.6 ng/L）、河北省（50.6 ng/L）居中；其中，磺胺類抗生素在北京市、天津市、山東省的地表水源地中有檢出，四環素類抗生素在天津市、河北省、山東省的水源地中有檢出，大環內酯類抗生素僅在山東省的水源地中有部分檢出，喹諾酮類抗生素僅在河北省的水源地水體中有部分檢出[14]。這說明，海河流域的水源地中新污染物的污染水平不容忽視。然而，目前對有毒新污染物的關注依然缺乏，沒有形成新污染物的評估、監測、排放標準；現有管理、去除技術水平不高[15]，影響了海河流域的飲用水安全。

（四）防洪減災新老問題并存

國家一直重視海河流域內的大中型水庫、15條主要骨干河道以及中小河流等水利薄弱環節的治理，但骨干河道防洪標準現階段達標率不足50%，特別是小型病險水庫（閘）除險加固、蓄滯洪區建設進展遲緩[7]。流域內河系復雜、水文變化趨勢較大、水庫調度難度大、堤防老化失修、河道淤障擁塞等新舊問題疊加，進一步惡化了本就較差的泄洪能力。此外，流域內城市排水設施存在明顯短板，部分城市的排水設施陳舊；城市排澇能力不足影響了城市發展水平、居民生活質量及安全出行，嚴重的城市內澇甚至危及居民生命健康安全。

三、2035年海河流域水安全趨勢預測

（一）近20年海河流域水量和水質變化特征

海河流域主要省份（北京市、天津市、河北省）用水總量具有波動性特征，從2003年的2.553×1010m3下降到2020年的2.5×1010m3，而2006—2007年升高至2.61×1010m3左右[16]；人均用水量呈現逐步下降趨勢，在2005年達到峰值（275 m3/a），2010年下降至251 m3/a，2016年下降至248 m3/a，隨后在248～252 m3/a范圍內波動。這些數據表明，海河流域水資源短缺嚴重現象并未消除。

海河流域內的用水組成顯著區別于全國。①從用水需求看，海河流域現階段供水以地下水為主、跨流域調水為輔，后者在支撐流域經濟發展方面發揮了重要作用。②從用水組成看，海河流域以農業用水為主（占比為53.6%），生活用水和人工生態環境用水、人工生態環境補水次之（占比分別為17.7%、17.6%），工業用水最低（占比為11.1%）[8]。

在水質方面，海河流域水質改善顯著。根據河湖斷面監測數據，Ⅲ類及以上水體的占比從2006年的22%增加至2021年的68.4%，劣V類水體占比則從2006年的57%下降到2021年的0.4%。

（二）2035年海河流域水量和水質預測

采用2003—2020年環境統計數據，建立了國內生產總值（GDP）總量與年人均用水量之間的二次多項式回歸方程、環境污染治理投資與Ⅲ類及以上水體比例的對數回歸方程；參考5種共享社會經濟（SSP）的路徑情景[17]并以中間路徑（SSP2）為主開展預測。預計到2035年，海河流域主要省份（北京市、天津市、河北省）的總人口數約為11 427萬人，相比于2020年增長1.4%。

采用GDP總量與人均用水量之間關系方程，設定了3種情景（以2020年流域人均用水量保持不變為情景，以2003—2020年之間最高年人均用水量為情景，人均用水量按現有幅度繼續下降），預測2035年各情景下的用水總量分別為4.708×1010m3、5.211×1010m3、2.42×1010m3。

利用環境污染治理投資與III類及以上水體比例的擬合關系，設定了3種未來模擬情景（環境保護投入的GDP占比分別為1.0%、1.5%、2%），預測2035年各情景下的Ⅲ類及以上水體斷面的比例為86.15%～94.7%。這一數據相比于2000—2020年繼續提升，但增幅有所下降。

四、面向2035年的海河流域水安全保障總體構思

著眼2035年海河流域水安全保障需求，立足區域經濟社會發展特征，論證形成流域水安全保障路徑，突出水資源系統調配與高效利用、水環境質量改善與綜合治理、流域生態治理與修復、水災害防控及應急等能力建設。把握流域水資源演化規律，科學構建監測監控體系及信息網，形成全面高效的反應措施與治理方案，支持實現“有河有水、有魚有草、人水和諧”的“十四五”規劃目標。

在水資源方面，基本建成節約高效、城鄉結合的供水安全保障體系。堅持節水優先、以水定城原則，強化水資源剛性約束，實行用水總量和強度的雙重控制，突出工業節水減排、農業節水增效、城鎮節水降損等重點節水方向。穩步提高海河流域水資源和水環境承載能力，將生態流量管理納入水資源管理范疇，確保流域具有健康的生態流量。到2035年，海河流域水資源利用效率達到國內領先水平，非常規水資源利用率達到50%；建成節水型流域，全面形成“三水共用、五庫聯調、多源互濟、城鄉統籌”的供水新格局[11]。

在水環境方面，顯著提升工業源和農村生活污水的治理水平，突破農業面源、城市面源的污染防治“瓶頸”。開展飲用水安全治理，強化飲用水水源地管理、飲用水安全保障能力，構建智慧高效的水治理保障體系。到2035年，海河流域的國控優良水體斷面數量穩中有升，實現地表水I～Ⅲ類水體比例達到95%，縣級及以上城市的集中式飲用水水源水質達到或優于Ⅲ類比例為100%，污水處理廠出水主要指標達標率超過98%。

在水生態方面，顯著提升海河流域自凈能力和生物多樣性，恢復水域水生植被并保護河湖緩沖帶植被，構建水生態安全保障體系。按照海河流域生態環境功能管控要求，實現湖泊營養物容量總量控制與氮、磷負荷削減，全面改善水生態環境狀況；注重“人水和諧”，反映居民對美麗河湖的向往，提高生態環境質量。到2035年，形成海河流域綠色河流生態廊道體系，完成南、北運河等鄰近河湖治理，恢復流域的生物多樣性；融合生態修復和文化建設，建設華北地區綠色流域。

在水災害防治方面，切實增強防災減災能力，全面消除防洪薄弱環節，基本實現美麗海河愿景。到2035年，實現海河流域一級行洪河道堤防達標率高于84%[11]，建成城市排水防澇工程體系，中心城區排水標準不足1年一遇區域和達到3年一遇排水標準區域的比例由20%提升至58%；突破并應用海河流域洪水預報、城鎮雨水收集排放等技術，基本建成蓄泄排統籌、旱澇潮同治的防汛安全保障體系。

五、海河流域水安全保障策略與建議

（一）提出水資源節約和高效利用新策略

以強化節水為前提，合理配置海河流域水資源。持續完善“量效雙控”水資源管理體系，加快構建“二縱六橫”水資源供給體系、“三水互補”水資源調配體系；“管、調、供”手段并舉，促進節約用水，提高流域內水資源自主保障、水資源承載能力，以此確保流域供水安全。

加強水資源高效循環利用，提升管網漏損運行控制的智能化水平，突破節水灌溉精準控制關鍵技術，研制節水灌溉、精準控制等裝備。嚴格取水、用水管理，完善從源頭到終端的供水全過程安全監管。高效率配置水資源，優水優用并合理分配外調水，發展跨流域水資源科學調度與精準調控技術；科學存蓄并充分利用地表水，加大生態農業中的再生水利用。加強海水等非常規水的收集、處理與利用，擴大海水淡化處理規模，形成海水補充飲用水源的新策略，推進非常規水資源的分配補給與綜合利用。

（二）保障飲用水安全并提升水治理能力

海河流域水環境維護主要分為兩個階段。①針對水體中常規與有毒有害物質復合污染問題，按照流域、重點水源、水資源綜合利用過程等層次，建立流域水質的基礎數據庫，探明重點水源的復合污染過程，發展污染控制的新原理和新方法，開發飲用水安全保障和污染水回用新技術。②針對水體污染對人體/生態系統的健康風險，研究流域水體的復合調控機制，構建水循環過程中水質安全保障的科學與技術體系。

重點圍繞飲用水安全保障、污水深度處理與回用、新污染物控制方面保障水質安全。全面推進海河流域新污染物清單調查，建立基于新污染物的生態與健康風險評價模式，完善飲用水水質標準對新污染物的水質指標，加快開發新污染物綠色凈水技術，構建新污染物標準制定與綜合管理信息系統，持續推動新污染物治理體系的長效建設。發展數字化、智慧化、學習型供水系統，開發精準、快速、可靠的飲用水風險綜合預警方法與在線監測關鍵技術；開發短流程、低碳的飲用水凈化工藝；提出突發事故的無縫應急措施和快速供水技術；加快研發機器人等智能化手段檢測給水管網腐蝕與漏損地段，針對腐蝕嚴重的管道進行補漏或更換，建立“從源頭到龍頭”的全方位、全流程水質安全風險管控機制，保障飲用水全過程輸送安全。采取“減碳增效、能源自給、資源循環”的城鎮污水深度處理與回用技術發展策略，開發減污降碳協同增效技術；研制新型多功能膜材料和膜裝備；提出污水梯級凈化-分段處理-梯級利用策略。

（三）構建“人水和諧”的水生態格局

采取全面保護、系統治理思路，高質量構建生態水網，加大海河流域“六河五湖”綜合治理力度；以水為核心要素，促進“人水和諧”。突出京津冀協同治理，推進跨省河流上/下游聯防聯治，加強入海河流域內/外源污染同治，落實河（湖）長制，嚴格水生態空間管控。攻克海河流域地下水多維調控與超采控制、水生態恢復長效保持等關鍵技術，發展水生態恢復多功能技術模式、流域生態修復效果后評估標準。

先期重點補源，利用南水北調東/中線的富余水量，向京津冀地區的重點河湖進行生態調水，同步實施華北地下水超采綜合治理；待南水北調東/中線與河系連通、南水北調中線和沿線大中型水庫聯合調配工程完成后，全面彌補淺層地下水和河道生態用水。長遠優先保障，待南水北調后續工程全部建成后，轉變水資源配置思路，退還并優先保障河道生態用水，自然修復深層地下水并恢復地下水儲備功能；通過流域水生態修復，實現河流水力功能、水質功能、生態功能、景觀功能、休憩功能的最大化。在此過程中，及時制定適應海河流域生態修復實際的評估技術及標準，推動水生態環境質量監測與健康評價工作，維護流域生態系統的健康度。

（四）建立水災害預測與應對機制

建設蓄泄排統籌、旱澇潮同治的防汛安全保障體系，全面提高海河流域防災減災能力，特別是災前的預警預報、應急處置等能力。防洪工程全面達標，提高海河流域對涉水環境地質災害的抵御能力；完善防汛責任制和組織保障能力，提高突發應急災害的響應能力與速度。

在科學研究方面，加強采集海河流域水文、水環境、氣象、土壤等環境介質基礎數據，建立更為系統的專業數據庫；系統開展氣候變化、人類活動等因素對海河流域水資源時空分布特征的影響評估，重點研究水資源分布時空特征與動態驅動機制、水資源優化配置與集約安全利用方法。在工程技術方面，開發跨流域水資源科學調度與調控技術，健全水災害預警、預測、應對機制；開發綠色雨洪控制設計與管理技術，結合流域內城市特點，加強基礎設施與原有河流、湖泊等生態本底的有效銜接；因地制宜開展先進海綿城市設計與建設，綜合采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”方式，提高雨水資源的收集與利用效率；建立城市面源污染評價與監測體系，深化研究降雨徑流面源污染防控技術，開發新型凈化材料及裝置。