國家水網規劃建設體系及關鍵問題探討

摘 要：加快構建國家水網，是國家“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要做出的重要部署。在系統分析我國水資源安全形勢的基礎上，提出了國家水網的內涵和水網工程體系，探討了國家水網規劃建設中存在的主要問題和重大水網工程建設面臨的關鍵挑戰，并提出了完善國家水網的有關建議。

關鍵詞：國家水網；水資源安全；工程建造；智能施工

中圖分類號：TV213.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 研究背景

加快構建國家水網，建設現代化高質量水利基礎設施網絡，統籌解決水資源、水生態、水環境、水災害問題，是以習近平同志為核心的黨中央作出的重大戰略部署。由于我國水問題的復雜性和治水的艱巨性，與構建現代化高質量基礎設施體系要求相比，水利工程體系還存在系統性不強、標準不夠高、智能化水平有待提升等問題，國家水網總體格局尚未完全形成。迫切需要實施國家水網重大工程，充分發揮超大規模水利工程體系的優勢和綜合效益，從根本上解決水資源時空分布不均問題，實現水資源與經濟社會均衡配置，應對極端氣候水旱災害風險，解決生態環境累積欠賬問題，在更高水平上保障國家水安全，促進經濟社會高質量發展。

1.1 水土資源時空分布不均

我國水資源總量豐富，多年平均水資源總量為2.8萬億m3，列世界第五；但由于人口、耕地眾多，人均水資源量約2 000 m3，僅為世界平均水平的1/4左右，畝均水資源量約1 500 m3，僅為世界平均水平的2/3左右。

受地理因素和季風等因素影響，我國水資源時空分布極不均衡，南豐北缺，夏汛冬枯；水資源條件與經濟社會發展格局不匹配。北方地區以全國19%的水資源量支撐了46%的人口、63%的耕地和45%的經濟總量；全國70%以上的重要城市群、90%以上的國家能源基地、65%以上的糧食主產區分布在水資源超載或臨界超載地區。

新形勢下我國水安全形勢依舊嚴峻。一是國土空間開發格局發生新變化，城市群快速擴展、城鎮面積持續擴大，城市群供水安全風險日益凸顯。二是糧食生產重心逐漸向北方缺水地區轉移，東北平原、黃淮海平原、汾渭平原、河套灌區等糧食主產區，耕地畝均占有水資源量不足300 m3，糧食生產用水安全面臨挑戰。

1.2 水資源演變的不確定性增加

歷史數據統計表明，我國水資源演變呈現著顯著的空間異質性。2001—2016年系列與1956—2000年系列相比，我國西北與東南沿海地區地表水資源量呈增加趨勢，部分地區增加超過15%；呈減少趨勢的地區自東北至西南貫穿全國。海河區、遼河區、松花江區、黃河區地表水資源量分別減少35.6%、12.8%、11.4%、11.1%。此外，極端水文事件趨多趨強，近些年發生了鄭州“7·20”特大暴雨、2022年長江流域罕見汛期反枯、海河流域“23·7”特大洪水等極端事件，對水安全保障帶來巨大挑戰[1]。

1.3 水生態環境損害嚴重

經濟社會長期擠占生態環境用水，水生態環境損害嚴重，河湖修復保護歷史欠賬多。一些地區水土資源開發利用過度，導致河道斷流、水域岸線被侵占、湖泊面積萎縮、地下水超采等突出問題[2]，地下水超采又將導致地面沉降、海水入侵等一系列生態環境問題[3]。

根據第三次水資源調查評價，1980—2017年京津冀地區河流主要河段年均干涸（斷流）217天，70%的河段干涸（斷流）天數超過300天[4]。京津冀地區地下水超采面積和超采量約占全國的37%，京津冀平原區地下水累計超采超過1.5×1011 m3，其中河北平原幾乎全域超采。

2 國家水網的內涵與體系

2.1 國家水網的概念內涵

加快構建國家水網，是提升國家水安全保障能力的根本措施。國家水網是以自然河湖為基礎、引調排水工程為通道、調蓄工程為結點、智慧調控為手段，集水資源優化配置、流域防洪減災、水生態系統保護等功能于一體的綜合體系。

從定義上看，國家水網由天然河湖水系和多工程組成。從物理特性來看，水網是人類對自然河流的一種重大干預形式，一方面直接調整水資源的時空分布形態，另一方面也將對水源區、受水區及工程沿線區域的水生態、水能量、水運輸等以河流徑流為載體的物性和功能進行重構。因此，國家水網是既是水資源網，也是水生態網、水能量網、水運網，是一種綜合水網。它具有顯著的時空尺度效應，是一個功效復合、結構復雜、調度困難的網絡系統。

2.2 國家水網工程體系

基于我國新時期新階段新格局下的國情與水情，國家水網需構建與經濟社會發展相適應的水資源配置格局，保障國家經濟安全、糧食安全、能源安全、生態安全、城市供水安全等，支撐經濟社會高質量發展，為全面建設社會主義現代化國家提供有力的水安全保障。

根據2023年5月中共中央、國務院印發的《國家水網規劃建設綱要》，國家水網按行政區劃，分為國家骨干網、省級水網、市級水網、縣級水網4個層級。筆者認為，按水網的功能作用，水網工程體系可劃分為國家骨干水網工程和區域水網工程2個層級。其中，國家骨干水網工程主要解決國家水資源宏觀調配和流域防洪減災問題，重點指南水北調工程；區域水網工程主要解決區域性水安全保障問題，如長三角西水東調工程、大灣區珠三角水資源配置工程、環鄱陽湖水資源配置工程等。

3 國家水網規劃建設存在的主要問題

3.1 總體構建理論尚不成熟

國家水網是是一個功效復合、結構復雜、調度困難的網絡系統。目前，我國已建成了世界上規模最大、范圍最廣、受益人口最多的水利基礎設施體系。但在國家水網總體構建上還存在不少理論問題亟待攻克。

國家水網工程與單個水利工程概念及內涵有顯著差異，并且不是多工程的簡單集合，是要在全國層面系統統籌解決水安全問題。目前行業內尚缺少水資源空間均衡評價理論和國家水網構建的基礎理論，難以有效支撐“系統完備”的國家水網建設。我國人均水資源量低，水資源時空分布不均，且與耕地、能源、社會經濟發展格局不適配；同時，全國水文氣象、地形地貌、生態環境和經濟社會要素分布差異顯著，不同區域國民經濟和社會高質量發展、生態環境功能維持對水資源需求差異顯著，水資源、生態環境和經濟社會均衡狀態的水平衡臨界閾值各有不同，亟需研究不同區域對水資源需求的定量化表達方法與標準、水平衡臨界閾值、以及空間均衡格局的評價方法和指標體系，為建立空間均衡的水網體系提供理論依據。

雖然國家水網建設的總體要求日漸清晰，但是有效指導國家水網構建和功效評價的關鍵技術方法研究尚未突破；對于國家水網主骨架和大動脈結構、方案與規模論證方面還缺乏系統全面的方法和指標體系；水網系統供水、防洪、生態、航運等多功能之間存在復雜的相互影響和互饋關系，多功能協同的水網水資源配置理論有待發展；水網對生境物質循環影響機理有待識別，跨流域調水等水網工程的水生態環境風險控制理論與方法仍是空白；極端干旱等水文事件下，水綜合效益最大化的水網系統調控規則、理論方法有待研究。

3.2 總體布局和規模有待優化

國家水網工程作為支撐經濟社會發展和生態環境保護的關鍵基礎設施，其戰略布局關系到國家經濟社會總體布局和生態環境保護與修復。國家水網戰略布局首先要研究揭示不同層次、不同區域水平衡關系；然后基于水資源長期供需關系，綜合我國國情、水情和不同地區發展特點，統籌國家戰略水源布局，提出國家骨干水網布局及科學合理的工程規模。總體來看，我國水網總體布局及規模在以下方面還有待進一步優化。

（1）空間布局尚不完備。一方面，受水區范圍及需求有待進一步擴展延伸。西北內流河具有耕地戰略儲備，部分沙漠化土地在歷史上是肥沃的農田，由于氣候變化與人類活動影響，河湖逐漸干涸、綠洲逐漸沙化。隨著現在沙漠改造技術逐漸成熟，西北內陸地區廣闊的土地資源將變成我國戰略糧倉，只缺水源。初步匡算，可改造沙漠1億畝以上，灌溉需水量巨大。另一方面，水源區需盡快加強XNZH的戰略水源地開發。該區水資源總量豐沛且開發利用率低，水質總體優良且保持穩中向好趨勢，地勢高亢可為水資源外送提供優越的條件，結合已有的河流開發可為水資源儲備利用提供良好的基礎。該區河流開發潛力無限，目前的開發格局有待進一步提升。

（2）地下水壓采回補力度不足。據統計，華北地區地下水累計虧空量達1 800億m3左右，超采區面積達18萬km2，其中約40%為淺層超采區；約2/3超采區面積存在深層承壓水超采問題，形成多個地下水位降落漏斗。近年來，隨著南水北調東中線一期工程逐步發揮效益，以及華北平原地下水壓采工作大力推進，地下水位下降速率減緩，并在一些年份和部分地區實現止跌回升。但從宏觀尺度和多年視角看，華北平原地下水采補平衡尚未實現，地下水位整體下降趨勢沒有得到根本扭轉。

（3）農業農村需求未能充分保障。近年來我國大力推進城鄉供水一體化取得成效，但距離完全覆蓋尚有距離。如開封現狀市區用水量的30%和周邊縣城用水量的全部以地下水為水源，而淺層地下水超過六成的監測井氟化物超標，只能超采深層地下水。農業方面，為實現地下水壓采目標，受水區在較大程度上壓制了灌溉用水。此類政策作為短期的權宜之計可以理解，長遠來看有損糧食安全保障。在水網布局規模中合理考慮華北平原農業灌溉需求，可以破解保障糧食生產與地下水超采治理的兩難問題。

3.3 重點區域水網構建不完備

隨著京津冀協同發展、長江經濟帶、黃河流域生態保護和高質量發展、長江三角洲區域一體化發展、粵港澳大灣區發展、成渝地區雙城經濟圈建設等區域發展戰略相繼推出，人口和產業將進一步向重點區域城市群集聚，生活和工業用水需求剛性增長[5]，對供水保障程度和供水水質要求更高，現有的區域水資源配置工程將難以保障未來經濟社會快速發展的需求，需要進一步完善重點區域水網工程，提高區域水資源安全保障能力，保障國家重大戰略實施。

以長三角區域為例，環太湖城市群長江河口地區，主要水源中約3/4來自長江，其余來自太湖及河網水網。發展至今，當地不斷挖掘潛力，提升供水系統的保障程度，但受本地水資源本底條件制約，供水系統抗風險能力、提供更優水質的能力不足。需要對照新發展階段高質量發展要求，堅持底線思維、極限思維，緊密結合當地居民生活、產業發展的供水保障要求，對比國內外城市群在同等發展時期水源保障能力，并考慮極端氣候影響、人民生活水平提高對高品質水的需求，全面分析供水需求，科學論證西水東調工程，將水資源豐富但經濟發展相對滯后的皖南山區水資源調配至經濟發達但水資源承載能力相對不足的環太湖區域。

4 重大水網工程建設的關鍵挑戰

4.1 復雜地質條件下的工程安全建造

南水北調東中線、引漢濟渭、滇中引水、鄂北引水等跨流域調水工程的建設和推進，為重大水網工程建造提供了寶貴的建設經驗。然而，目前在建和擬建的長距離調水工程大多需要穿越地質構造復雜的高山峽谷地區或河網水系與市政管網道路交錯縱橫的平原丘陵地區，面臨著嚴峻的技術挑戰。

高山峽谷地區地震烈度高、峽谷深切、地形復雜，受制于勘察深度和精度，不良地質體難于預測與規避。工程建造面臨著涌水突泥、軟巖大變形、高地應力巖爆、高外水壓力、高地溫、有毒有害氣體、活動斷裂蠕滑錯動等一系列重大工程技術難題（見圖1），屢屢造成人員傷亡、財產損失以及工期延誤等嚴重不良后果。

平原丘陵地區的建設環境則存在著管網密集、交叉建筑物繁多、涉水涉交通涉環境敏感區域廣泛等問題。此外，隧洞地質條件復雜多變，軟土、砂礫石、巖溶發育、軟硬不均巖層等不利地質環境問題均給平原丘陵地區隧洞的建設帶來重大技術挑戰，工程建設面臨著施工風險高、運行管理難度大等特點與難點。

針對高山峽谷地區的調水工程，亟待研究解決深埋長輸水隧洞工程地質災害（如涌水突泥、大變形、巖爆、高地溫、活動斷裂蠕滑、有毒有害氣體等）的孕災機制與防控，高寒區輸水隧洞水體-圍巖熱交換影響機制及圍巖-結構安全控制等問題。對于平原丘陵地區的調水工程，應考慮到城市整體規劃布局的限制，合理規劃隧洞線路，以避開重要管線、高層建筑物、地鐵、高架橋、道路、江河湖泊等，確保施工進度順利推進；同時，需加強對城市特殊地質條件的把控，掌握軟土、砂礫石、巖溶發育、軟硬不均巖層等不利地質環境問題的特點，以便采取相應的技術措施和手段。

4.2 綠色智能施工技術及裝備

隨著越來越多復雜地質、惡劣環境、超大埋深、超長距離的深埋長輸水隧洞工程大量涌現，工程建設中往往面臨著涌水突泥、軟巖大變形、高地應力巖爆、有毒有害氣體設備降效等諸多施工技術難題，對工程進展、環境影響、施工人員健康和施工機械工效降低的影響不容忽視。當前深埋長隧洞工程的施工建設中應將地質災害預警防治與信息技術緊密結合，集中朝向高精度、智能化和數字化等方向發展，主要體現在超前地質預報工作中物探、定向鉆探等預報方法、超前地質預報信息管理及地質災害風險評價與預警等，大埋深輸水隧洞地質災害（巖爆、軟巖大變形、涌水突泥）災變演化過程和災害的力學模型和臨界判據、災害綜合防控體系和控制標準、災后高效應急處置技術的研究等。相較于傳統的鉆爆法施工，全斷面巖石隧道掘進機（以下簡稱TBM）以其突出的機械化施工優勢，越來越多地應用于輸水隧洞工程，但也存在機體設備龐大、地質變化適應性低、施工調整不如鉆爆法靈活等不足，因此亟需開展TBM應對不良地質體應的關鍵配置搭載技術和智能掘進技術研究，形成一套復雜地質條件下TBM應對不良地質體重大裝備創新和關鍵功能配置技術，保證深埋長隧洞的“巖-機”結構安全及施工作業安全，進一步有效控制和縮短TBM施工直線工期，同時降低工程投資。需要研究TBM設備掘進過程中綜合TBM掘進參數、渣片信息和掌子面的巖體信息，研究三者間的映射和互饋分析機制，構建基于掘進參數-支護類型的大數據庫、為TBM最終智能化掘進提供支持，通過巖體信息數據分析技術，建立基于掘進參數的支護等級智能決策方法，實現隧洞掘進參數、支護體系智能調整。

輸水隧洞線路長，需跨越多地域氣候多變的復雜環境、復雜地質，質量安全管理難度大，需加大智能建造在工程建設各環節應用，提升工程質量安全水平。但基于數字孿生技術的建造質量安全管理技術仍處于初步階段，多數僅停留在BIM技術應用、可視化視頻監控、圖像識別等方面，缺乏工地物聯網布局體系，尚未形成質量安全管控的成套智能化方法和模式。亟需針對水網工程數字化、智能化建造需求，提升智能化施工和重大裝備對復雜環境下的施工適應性，推進該領域的施工技術、施工管理和重大裝備的創新，攻克高精度及實時性施工優化及仿真關鍵技術、基于數字孿生的施工全過程智能管控等關鍵技術。

新時期雙碳目標背景下，針對重大水網工程建設尚缺乏系統全面的綠色施工評價體系及定量性評估方法。需考慮環境保護、節能、節地等要素，以不同類型水網工程建筑物的施工過程為研究對象，研究建立水網工程的綠色施工評價體系，探索TBM及鉆爆法機械設備節能降耗和隧洞開挖料、淤泥淤砂等廢物廢料資源化再利用技術。

4.3 生態環境影響評估與保護

水資源調入和調出勢必會對沿線水環境和生態環境造成復雜且不確定的影響。水源區建設攔河建筑物可能導致水源區生態系統和區域氣候改變，生物多樣性降低；工程施工可能引發重要生態功能區環境污染、水土流失等問題，進而引發水源區生態環境問題。另一方面，遠距離、大規模的調水可能影響水生生物活動，導致水生植物、底棲生物及浮游生物的生物量減少，對當地生態平衡產生較大影響。

面臨“高品質生態環境支撐高質量發展、加快推進人與自然和諧共生的現代化”的發展需求，跨流域、跨區域水網工程的建設對生態環境長期影響尚不明確，需要樹立重大調水工程的生態文明思想，建立水網工程區域內的整體長效環境保護措施；同時，亟需結合流域生態環境特征，形成針對不同流域生態體系環境影響的評價方法，揭示水網工程建設對生態環境的影響機制，并建立規劃論證-設計施工-運行管理的全過程環境保護措施及對策體系，最大程度地減緩水網工程建設對生態環境的影響，確保穩步推進國家水網工程的高質量發展。

4.4 良性運營管理體制機制

水網工程是一項復雜、長期、高投入的系統工程，具有跨流域、跨區域、跨行業等特點。目前我國已建水網工程多以政府為絕對主體，集組織、投資、建設、管理、監督等各項職責與權力于一體，市場調節及反饋作用不足，在管理效率、經濟效益、良性運行等方面還有較大提升空間。此外，由于建設周期長、成本高，水網工程水價較高，若無其他明顯優勢，受水區往往難以充分消納外調水量，制約了工程達效。應充分發揮政府與市場各自的作用與優勢，創新政府主導、市場參與的水網工程運營管理模式，針對需求旺盛、經濟效益好、見效快的省、市水網工程，充分吸納社會資本，簡化前期工程論證程序，下放審批權限，推動市場和政府更好結合；針對公益性突出但經濟效益不高的跨區域引調水工程，通過政府補貼、轉移支付、多渠道融資等方式統籌政府投資與社會資本，加快推進工程建設與落地達效。從水量監控、水質保護、水權交易、水價制定、補償措施等方面，深化水網工程運管標準體系研究，制定不同層級水網工程的管理權限標準、運維標準以及功效評價標準，建立健全水網工程運行管理體制機制，支撐水網工程可持續性運行。

5 有關建議

（1）進一步明確國家水網工程建設服務的國家短中長期發展戰略，細化國家水網工程建設目標及建設需求，發展國家水網構建理論。

（2）加快推進南水北調后續工程。推進西線工程可行性研究工作，按照代價小、效益大、影響可控、先通后大的原則安排先期工程。進一步完善中線、東線工程布局，在引江補漢基礎上，論證進一步擴大中線調水規模的方案，研究三峽等后續水源方案，提升中線水源保障能力；加快推進東線二期工程前期工作，增加東線向黃河以北供水的水量和時間。

（3）加快實施支撐國家重大戰略的重點區域水網工程。實施長三角地區西水東調工程，以高品質供水支撐長三角區域社會經濟高質量發展；推進環鄱陽湖水資源配置工程，提高城鄉供水韌性與品質，支撐大南昌都市圈經濟社會發展。實施“三峽水運新通道”工程，破解三峽船閘通過能力不足的難題；實施“荊漢運河”工程，解決長江中游航運“梗阻”難題，實現重慶至長江口萬噸級船舶全線貫通，推動產業結構優化升級；實施“江海運河”工程，緩解長江口地區通航與生態環境壓力，全面提升長江口地區通航容量。

（4）加快西南諸河戰略水源方案研究。西南諸河水資源豐富、水質優良、地勢高亢，流域內經濟社會用水需求小，水資源開發利用率低，具備向我國腹地調水的天然條件。圍繞將西南諸河作為后備水源接續南水北調西線、向長江流域及我國腹地水資源短缺地區跨區域調水等定位，盡快開展相關研究和前期工作，為西南水網早日整體融入國家水網、保障我國未來水安全奠定堅實有力基礎。

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Insights on Planning and Construction of the National Water Network

NIU Xinqiang1，2

（1.? Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research Corporation，Wuhan 430010，China；2. Key Laboratory of Water Grid Project and Regulation of Ministry of Water Resources，Wuhan 430010，China）

Abstract：Accelerating the construction of the national water network is a crucial objective outlined in the 14th Five-Year Plan. On the basis of a systematic analysis of Chinas water resource security situation，this article expounds the connotation of the national water network and the water network engineering system，explores the main problems in the planning and construction of the national water network as well as the key challenges faced by the construction of major water network projects，and finally presents suggestions for improving the national water network.

Key words： national water network；water resource security；engineering construction；intelligent construction

收稿日期：2023-09-20

作者簡介：鈕新強，男，中國工程院院士，正高級工程師，主要從事水利水電工程設計與研究工作。E-mail：nxq@cjwsjy.com.cn