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”，南水北調工程深刻地改善了人水關系，守護著國家水安全和調水生命線。本文的主人公正是有著“南水北調院士”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，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、不同環節、不同側面觀察森林。”王浩回憶道，這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年初中畢業后王浩去了黑龍江生產建設兵團一師三團勞動，成為一名農業工人，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，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。”王浩是北京“69屆”的一員，“69屆”指1969年上山下鄉的“初中”畢業的學生。“69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。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，但學校考慮到我年齡偏大，又在黑龍江生產建設兵團有農林工作的經歷，便把我調配到水利系農田水利專業。”心想著“干一行，愛一行”的王浩覺得，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。

在流域水循環方面，我們的二元水循環處于全面領跑

20世紀90年代，在主持國家“九五”攻關西北地區水資源合理配置和承載能力研究項目中，王浩提出水循環已逐步從單一的自然水循環演變為“自然—人工”二元水循環；1999年，在國家重點基礎發展計劃“973”項目“黃河流域水資源演變規律與二元演化模型”文本中，他首次提出了“自然—社會”二元水循環模式；2006年，在主持海河“973”項目“海河流域水循環演變機理與水資源高效利用”中，系統形成了流域“自然—社會”二元水循環理論。2013年，國際水文科學協會（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”確定為未來十年國際水文界的研究主題。十年磨一劍，歷經20多年不懈的攻關求索，流域“自然—社會”二元水循環理論不僅在國家水安全保障中發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達國家面前，的確是經常處于‘跟跑’，較好的處于‘并跑’，只有極少數處于‘領跑’。但在二元水循環方面，可以自豪地說，我們處于全面領跑。我帶領團隊創建的‘自然—社會’二元水循環理論，引領中國理論走向世界。”王浩如是說。

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”高質量發展，應把握的四個方面

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

1952年10月，毛澤東在聽取有關引江濟黃的設想匯報時說：“南方水多，北方水少，如有可能，借點水來也是可以的。”這一宏偉設想提出以來，南水北調論證歷經50年，多個部委參與組織論證，大量科研、規劃設計單位獻計獻策，對50多種南水北調規劃方案進行比選。“現在回想起來，可以說南水北調論證過程，就是一個典型又復雜的大系統、多層次、多目標群決策問題的體現。”王浩說，當時從各種角度出發，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，內容包括經濟合理性、工程技術方案合理性、宏觀經濟合理性，以及生態、環境、地質、移民等多個方面。經過多年的反復論證，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，才確保南水北調總體規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。”王浩說。最終的《南水北調工程總體規劃》提出東、中、西三條線路，分別從長江流域上、中、下游調水。2002年12月27日，南水北調工程正式開工。

在解決南水北調等重大水資源配置工程、城市水系、灌區渠系等復雜水系統的實時決策問題時，王浩及其團隊也面臨很多難題，其中最大的難題是水系統的不確定性和耦合性。一方面針對水系統預報來說，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、數據同化等方法，對模型結構、模型參數、模型邊界等各方面的誤差進行度量和控制，從而實現各類不確定性的降低，提高預報精度。另一方面對水系統進行調控關鍵要解決時空解耦與長短嵌套。他們根據不同時間尺度上空間各個子系統之間的水力耦聯強弱，把復雜系統多時段全局決策問題進行空間和時間的解耦，將原始問題轉化為多個可求解的小問題，從而實現原始問題的優化。此外，通過年調度、月調度等不同尺度的長短嵌套實現了調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。現任流域水循環模擬與調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，兼任中國可持續發展研究會理事長、中國水資源戰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，聯合國“全球人居環境獎”1項，以及全國創新爭先獎狀、何梁何利基金科學與技術進步獎、全國優秀科技工作者、全國先進工作者、全國勞動模范、全國杰出專業技術人才、中央國家機關五一勞動獎章、南水北調工程規劃設計先進個人等榮譽。

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

南水北調工程構建了我國“四橫三縱，南北調配，東西互濟”的水資源配置格局，對沿線地區經濟社會發展起到了巨大的推動作用。對于南水北調后續工程如何堅持系統觀念、科學統籌推進規劃建設，推進高質量發展，王浩認為應該把握好四個方面。一是生態調水：把生態目標納入調水工程的供水目標，實現從保供水到保生態的轉化；二是水價機制：建立區域綜合水價機制，最大限度發揮調水工程的效益；三是智慧化：建立智慧調度和智能控制模型、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、重要節點工程建設管理體制；處理好中央和地方關系，充分調動各方積極性，發揮南水北調集團作用；充分借鑒吸收已有工程經驗教訓，創新設計、建設、運營和管理方式。

加強水資源配置均衡，促進南北經濟協調發展

近些年來我國南北方經濟發展差距拉大、發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”能夠完全解決的。但是“南水北調”作為緩解我國北方水資源短缺局面的重大戰略性工程，對于加強南北方水資源配置均衡、水土資源匹配，促進我國南北經濟協調發展可以發揮重要作用。王浩從四個方面闡釋了它的重要作用。

首先，通過“南水北調”特別是已經建成的東、中線一期工程，可以為北方地區補上水資源短板、提高水資源保障程度、促進北方地區生態環境保護，有力帶動沿線地區的高質量發展。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，城區居民家庭用水中75%是來自南水北調中線水，中心城區供水安全系數由1提升至1.2；河北邯鄲、石家莊、滄州等市90多個縣區受益；在山東，南水北調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體系，形成了南北相通、東西互濟的現代水網工程體系，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、沿線生態等各方面用水提供了保障。另外，中線工程向沿線開展生態補水超過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年華北地區淺層地下水水位較上年總體回升0.23米，持續多年下降后首次實現止跌回升；可以說南水北調為北方的綠色發展提供了源頭活水。

其次，必須認識到北方農業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”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格局發生了重大變化，南方糧食生產急劇減少，北方糧食生產穩步提高，出現了“北糧南運”的現象，并且強度越來越大。糧食生產是高耗水產業，很多地區是以透支水資源潛力維持糧食生產能力，導致嚴重的生態環境問題。這個問題除了努力調整農業布局，鼓勵南方糧食生產之外，適度進行“南水北調”也是緩解生態危機、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、內蒙古東部和新疆能源基地均位于北方缺水地區，未來需要優化調整能源產業結構，嚴格控制發展規模；限制發展煤制油、煤制天然氣、煤制甲醇等高耗水的煤化工產業；鼓勵采用最先進的節水工藝和設備。除此之外，優化水資源配置、實施必要的開源工程仍然是促進區域均衡發展的必要之舉。

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

風光水儲多能互補開發模式，助力“雙碳”目標實現

2020年9月21日，習近平主席在第七十五屆聯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年前實現碳中和”。王浩談到水資源和水利發展與“雙碳”目標之間的關系時表示：“我們要從水循環系統的全過程來看碳達峰、碳中和的問題。從源端看來，要充分發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，以減少化石能源發電的碳排放。從耗端來看，要從節水、節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、水資源節約集約利用和風光水儲多能互補開發幾方面內容。”

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

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

2020年，國家發改委和能源局下發了《關于開展“風光水火儲一體化”“源網荷儲一體化”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劃或推進風光水儲多能互補系統建設，“十四五”末新能源裝機預計將達到水電裝機規模，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型和發展貢獻的中國智慧和創新模式，也代表未來我國水電發展和能源系統轉型的重要方向。

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實時決策，三峽及長江上游水庫群和南水北調工程都是“國之重器”，都是他們研究復雜水系統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。“十一五”主要關注水資源調度，“十二五”開始關注水量水質聯合調度，“十三五”則開始考慮藻類等生態問題，“十四五”重點關注智慧化，力求通過調度模型和控制算法和設備的研發實現工程調度和運行控制降本增效。

實現水利工程實時調控面臨諸多難題，王浩認為解決這些難題貴在堅持。他說：“關于水利工程調度和控制模型的研發，經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，一開始我們的調控模型主要是解決水資源規劃調度的問題，后來逐步開展水量計劃調度模型的研究，再后來開始研究實時調控問題，最近我們已經突破了實時調度與實時控制這個難題，為水系統優化調度和工程實時智能控制打好了基礎，水利工程無人調度和控制的人工智能時代已經近在眼前了。”

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，‘善表達’即習慣用自己的語言來表達對一個事物的認識。”

作為一名水利專家，談起水利工程學科長遠發展的問題，王浩再次發揚“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現問題，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場。從根子上解決這個矛盾的關鍵在于優化大學老師的考核機制。”

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。