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水資源管理研究進(jìn)展

2019-01-04 20:05:19李加林田鵬史小麗龔虹波王麗佳劉瑞清邵姝遙
關(guān)鍵詞:黑河流域水資源

李加林,田鵬,史小麗,龔虹波,王麗佳,劉瑞清,邵姝遙

(1.寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系,浙江寧波315211;2.寧波大學(xué)東海研究院,浙江寧波315211;3.寧波大學(xué)學(xué)報編輯部,浙江寧波315211;4.寧波大學(xué)法學(xué)院,浙江寧波315211)

水資源是人類賴以生存和發(fā)展最重要的物質(zhì)資源之一,其對維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性,保證人類生產(chǎn)生活正常運(yùn)行,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展有重要意義[1]。 當(dāng)前我國水資源正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[2-4],主要表現(xiàn)在:一是經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,工業(yè)化、城市化對水資源的污染加劇,導(dǎo)致水質(zhì)型缺水;二是地區(qū)人口數(shù)量上升,人類生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源的需求增大,引起了資源性缺水;三是大量水利工程建設(shè),對水資源生態(tài)環(huán)境的破壞,雖然大型調(diào)水工程在一定程度上緩解了輸入?yún)^(qū)水資源的窘境,但也帶來了輸出區(qū)相應(yīng)的負(fù)面效應(yīng),更易導(dǎo)致工程性缺水;四是未來氣候變化引起極端天氣現(xiàn)象發(fā)生的概率增加,如持續(xù)干旱、洪澇等自然災(zāi)害,容易引起土地荒漠化、水土流失等問題,對水資源產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅。所以當(dāng)前水資源需求大幅上升和水資源日益短缺兩者間的矛盾,令水資源問題成為世界各國共同面臨的難題。

當(dāng)前世界各國對水資源的開發(fā)利用已趨于成熟,為了應(yīng)對水資源供需失衡、水危機(jī)爆發(fā)等問題,各國將目光轉(zhuǎn)移到水資源管理上,試圖通過科學(xué)、高效的管理來解決當(dāng)前水資源矛盾。國外對水資源管理研究較廣[5-6],國內(nèi)相關(guān)研究正在興起[7-8]。 本文主要對國內(nèi)外水資源管理模式與制度、研究模型、研究重點(diǎn)領(lǐng)域和研究前沿進(jìn)行綜述,探討國內(nèi)外水資源管理的相關(guān)內(nèi)容,分析黑河流域水資源管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),并為我國水資源管理提出相應(yīng)的建議。

1 水資源管理模式與制度

國家間由于歷史、傳統(tǒng)、地理位置、氣候水文條件、政治制度、體制、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平等存在差異,各國水資源管理模式與制度差異較大[9]。總結(jié)與概括國內(nèi)外的水資源管理模式與制度,有助于更清楚地了解各模式與制度的優(yōu)缺點(diǎn),探索符合我國國情的水資源管理模式與制度。

1.1 水資源管理模式

世界各國的水資源管理模式不盡相同,對其歸納如下[9-11]:以英國、法國等歐洲國家和美國為代表的流域綜合管理模式,對完整的河流、湖泊等自然流域進(jìn)行統(tǒng)一管理和分級管理,保證流域管理的完整性,對流域水資源進(jìn)行綜合開發(fā)、利用與保護(hù)。以新加坡為代表的統(tǒng)一管理模式,整合國內(nèi)全部水資源管理行政部門,對水資源進(jìn)行統(tǒng)一管理,適合面積較小的國家,能更有效地制定水資源管理政策,保證水資源管理政策的有效實(shí)施。以日本為代表的分部門行政和集中協(xié)調(diào)水資源管理模式,中央政府制定全國性的水資源政策,分部門管理實(shí)施,并建立協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)促進(jìn)各部門合作,監(jiān)督各部門水資源的管理運(yùn)營。以中國、美國為代表的行政區(qū)域水資源管理模式,中央政府制定水資源管理的綱領(lǐng)性政策和方針,由各省、州、市、縣等分級實(shí)施,層次分明,在中央水資源管理政策的引領(lǐng)下,也能發(fā)揮各省、州、市、縣等的積極性和創(chuàng)造性。但隨著分級層次的增加,水資源管理政策的實(shí)施難度也相應(yīng)增大。

對水資源管理模式的發(fā)展、管理方法和管理手段進(jìn)行分析,以了解更合理、高效的水資源管理模式。 水資源供給管理模式與需求管理模式[11?13]:水資源供給管理模式適合水資源充足的地區(qū),通過“開源”來滿足城市生產(chǎn)生活的用水需求。水利工程建設(shè)只是暫時滿足了水資源供應(yīng),同時也帶來了水污染、人們節(jié)水意識淡薄、植被破壞、土地荒漠化等問題。需求管理模式,則認(rèn)為水資源是稀缺資源,既要保證供給,也要實(shí)現(xiàn)“節(jié)流”,提倡節(jié)約用水,提高水資源的利用效率。減少需求也就減輕了水資源的供給壓力。因此,需求管理模式是一種集約式管理,既適合缺水地區(qū),也適合水資源豐富的地區(qū)。水資源行政區(qū)域和流域管理模式[14?15]:行政區(qū)域管理模式是在相應(yīng)的行政區(qū)域范圍內(nèi),在經(jīng)濟(jì)、社會等總體發(fā)展規(guī)劃下,對水資源進(jìn)行開發(fā)利用。但以行政區(qū)域?yàn)閱挝贿M(jìn)行水資源管理,必然會對流域、城鄉(xiāng)區(qū)域、部門產(chǎn)生分割,各水資源管理部門權(quán)力交叉、職能重疊,導(dǎo)致水資源管理效率低下。流域管理模式,以完整的流域?yàn)楣芾韱卧瑥陌l(fā)源地到入??趯?shí)行全流域統(tǒng)一規(guī)劃、保護(hù)和管理,如我國長江、黃河等流域水資源保護(hù)局。水資源資源化管理和資產(chǎn)化管理模式[11]:資源化管理模式,是我國計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時期,政府實(shí)行計(jì)劃調(diào)配,只注重水資源的使用價值,而忽略水資源的資產(chǎn)和勞動價值,水資源的所有權(quán)、使用權(quán)、收益權(quán)等界定模糊,不利于水資源的高效利用。資產(chǎn)化管理模式,將水資源作為一種資產(chǎn),參與市場經(jīng)濟(jì),水資源由“公共產(chǎn)品”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖?jīng)濟(jì)資產(chǎn)”,從而優(yōu)化配置和高效利用水資源。

我國水資源豐富,但時空分布不均,工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展,使水資源需求巨大、污染嚴(yán)重,因此,需將供給性管理和需求性管理模式相結(jié)合,使開源與節(jié)流共同發(fā)展。我國河流眾多,流域面積廣、水系長、支流復(fù)雜,以流域管理模式為主可對全流域水資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。針對水資源短缺及浪費(fèi)問題,需采用資產(chǎn)化管理模式,如提高水價、增強(qiáng)節(jié)水意識、處理水污染、出臺相應(yīng)法律法規(guī)等。

1.2 水資源管理制度

水資源管理主要分為供給管理、技術(shù)性節(jié)水、結(jié)構(gòu)性節(jié)水和社會化管理4個階段[16]。初期,水資源開發(fā)利用主要以修建水利工程,增加水源供給為主。隨著水資源需求的上升,供需矛盾日益突出,科技的快速發(fā)展,使得水資源管理轉(zhuǎn)向技術(shù)性節(jié)水那提高水的利用效率成為可能。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的不斷增長,對水資源的需求劇增,技術(shù)性節(jié)水也無法解決水資源的供需缺口,此時,結(jié)構(gòu)性節(jié)水得以發(fā)展,通過調(diào)整用水結(jié)構(gòu),以協(xié)調(diào)城市生產(chǎn)、生活和工農(nóng)業(yè)用水比例。然而,經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長帶來的嚴(yán)重水污染和巨大用水需求,依靠水資源內(nèi)部管理已無法解決其短缺問題,于是便轉(zhuǎn)向水資源外部的人類社會,進(jìn)入社會化管理階段,強(qiáng)調(diào)公眾參與,通過調(diào)節(jié)水價等經(jīng)濟(jì)手段控制用水。

由于我國各時期水資源面臨的主要矛盾不同,水資源管理制度呈相應(yīng)的時代特征[17],1949―1977年,水資源管理分散,制度缺失,以工程管理為主,主要滿足城市生產(chǎn)生活的需求,水利工程建設(shè)興起,中央政府明確水資源公有制,國家負(fù)責(zé)調(diào)配,并制定了水價政策,但由于政治原因,落實(shí)難度較大。1978―1987年,隨著用水需求的增加,部分地區(qū)出現(xiàn)缺水狀況,以行政命令為主的水資源管理制度萌芽。如黃河水量分配方案,便是實(shí)行水使用權(quán)定量分配制度的標(biāo)志,水資源較少的山西省,最早開始水資源管理制度探索。隨著全國水資源綜合管理部門的成立,水價政策逐漸恢復(fù),開始征收城市水費(fèi),進(jìn)行排污收費(fèi)試點(diǎn)。1988―2001年,隨著《中華人民共和國水法》及相關(guān)法律的頒布,我國進(jìn)入了有法可依和取水許可管理階段,由工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變,積極探索我國水權(quán)與水市場的水資源管理制度并進(jìn)行水權(quán)交易的試點(diǎn)。2002年,新水法頒布,確立了水資源論證制度。2011年,中央提出了按“三條紅線”(用水總量控制、定額管理、環(huán)境容量控制)實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度[17?18],即要建立用水總量控制制度、用水效率控制制度、水功能區(qū)限制納污制度和水資源管理責(zé)任和考核制度。水價政策上,明確水資源使用權(quán)交易;水資源管理體制上,實(shí)現(xiàn)流域與行政區(qū)統(tǒng)一管理。我國水資源管理制度處于不斷發(fā)展和完善的過程,從工程管理、非正式管理、分散管理到資源管理、正式管理、綜合管理,基本建立了行政區(qū)域與流域管理相結(jié)合的水資源綜合管理制度,確立了以水量分配、取水許可、水資源論證為主的水權(quán)管理制度,和以全成本核算為原則的水價管理制度[18]。

綜上,國內(nèi)外對水資源管理模式與制度的探索都取得了一定的成果,各國均建立了適合本國國情的水資源管理模式與制度。受社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和認(rèn)知水平、自然災(zāi)害等[2-3]因素的限制,水資源管理模式與制度的研究具有時代性和階段性。未來,對水資源管理模式與制度的研究,應(yīng)更趨向于將理論與實(shí)踐相結(jié)合,探索新理論,應(yīng)用實(shí)踐來檢驗(yàn)之。

2 水資源管理研究模型

人類對水資源的開發(fā)利用十分廣泛,其對水資源的影響逐漸加深,水的利用與水文系統(tǒng)以復(fù)雜而有規(guī)律的方式相互作用,多方面反饋水資源的變化。所以,在處理人類活動對所有相關(guān)尺度水資源的影響時,在水文模型中實(shí)現(xiàn)這種耦合必不可少。國外對水資源模型的研究較多[19],國內(nèi)也有相關(guān)研究和應(yīng)用。各模型各有優(yōu)缺點(diǎn),均能為水資源管理提供一定的決策支持。本文選取水資源管理模型評價、模擬、綜合3個主要類型進(jìn)行說明。

2.1 水資源管理評價模型

當(dāng)前水資源管理的制度和政策是否有效?水資源管理的方法和措施是否合理?要回答這些問題,需對區(qū)域水資源管理的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行評價,以檢驗(yàn)水資源管理政策的合理性和科學(xué)性。BELLIN等[20]介紹了耦合自然和人類系統(tǒng)的分布式連續(xù)模型,該模型允許在同一框架內(nèi)對自然的改變和水資源可用性的限制,并應(yīng)用于實(shí)踐。 SAFAVI等[21]提出了一種規(guī)劃模型,對伊朗Zayandehrud河流域的水資源管理進(jìn)行評價。該模型是一種具有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊推理系統(tǒng)的專家知識和數(shù)據(jù)模型,將模糊推理系統(tǒng)模型的輸出與歷史場景結(jié)果進(jìn)行比較。潘護(hù)林等[22]、任珩等[23]、楊陽等[24]、吳丹等[25]通過構(gòu)建水資源管理評價指標(biāo)體系,采用不同的模型,分別對區(qū)域水資源管理的績效、政策、管理水平等進(jìn)行科學(xué)評價,為制定區(qū)域水資源管理政策提供了一定的參考。水資源管理評價模型中的指標(biāo)對評價內(nèi)容和結(jié)果尤為重要,應(yīng)基于研究區(qū)的實(shí)際情況選取。

2.2 水資源管理模擬模型

水資源管理模擬模型主要是模擬未來不確定情景下的水資源系統(tǒng),是對未來社會建設(shè)方向、未來人口、社會發(fā)展及水資源管理模式的預(yù)測,并為其提供科學(xué)、有效的對策建議?;谙到y(tǒng)動力學(xué)模型的應(yīng)用[26-28],構(gòu)建水資源管理模型,模擬未來水資源管理的有效模式。 孫棟元等[29]基于MIKE BASIN模型,根據(jù)研究區(qū)降水、蒸發(fā)和用水等資料,建立了流域水資源管理模型,模擬了流域徑流量、水庫和灌區(qū)需用水量的變化特征。姚雪等[30]選取供水量、需水量和缺水量3個變量,運(yùn)用Logistc回歸模型預(yù)測得到水資源供需風(fēng)險率及其對區(qū)域的影響程度。SWAT模型[31-34]是研究較早,技術(shù)較成熟的水文模型,主要用于模擬預(yù)測各種管理措施及氣候變化對水資源供給的影響,評價流域非點(diǎn)源污染流域水文循環(huán)的模擬預(yù)測。目前,研究者廣泛采用SWAT模型對流域水資源、氣候變化和土地利用變化的水資源進(jìn)行研究[33-36]。

2.3 水資源管理綜合模型

水資源管理綜合模型,對涉及水資源管理的不同領(lǐng)域、不同方向等進(jìn)行綜合考慮,較為系統(tǒng)全面地評價、討論和探索水資源管理的優(yōu)缺點(diǎn),并尋求解決方法。綜合建模是研究不同學(xué)科領(lǐng)域知識和模型的一種新方法[37]。集團(tuán)模型是構(gòu)建用于讓利益相關(guān)者參與開發(fā)描述環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的模型,以創(chuàng)建和測試政策的備選方案[38]。LETCHER等[39]介紹了一種用于高原集水區(qū)的集成建模工具箱。此工具箱包含了作物生長、侵蝕和降雨徑流的模型,以及家庭決策和社會經(jīng)濟(jì)影響模型。 YUE等[40]利用具有最優(yōu)分配算法的大型水文模型的動態(tài)耦合方法,開發(fā)了水資源連接管理模型,應(yīng)用耦合模型計(jì)算了河套灌區(qū)2020年和2030年的地表水和地下水的最佳供水量,并提出了水資源可持續(xù)利用方案。

綜上,水資源管理模型主要分為水資源評價、模擬和綜合模型,在分析水文系統(tǒng)與人類活動耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上,更須結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況來構(gòu)建不同的水資源管理模型。當(dāng)前對水資源管理模型的研究欠深入和完善,選取的模型構(gòu)建指標(biāo)有限,技術(shù)水平有待提高。在構(gòu)建水文模型時,若能綜合考慮水資源系統(tǒng)內(nèi)部變化、人類活動外部干擾和自然環(huán)境變化等因素,其研究結(jié)果將更具科學(xué)性和應(yīng)用性。

3 水資源管理研究重點(diǎn)領(lǐng)域

當(dāng)今世界,對水資源的需求越來越大,各國對水資源管理也愈發(fā)重視。世界各國對水資源管理的研究方法不斷創(chuàng)新,研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,了解國內(nèi)外水資源管理研究的重點(diǎn)領(lǐng)域,以為豐富我國水資源管理的模式與制度、提升水資源管理技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

3.1 水資源集成管理

全球水伙伴(global water partnership,GWP)提出集成水資源管理(IWRM),水資源管理模式從傳統(tǒng)的以水為中心的命令控制型管理轉(zhuǎn)向公眾參與協(xié)調(diào)的新水資源管理模式,使水資源管理從傳統(tǒng)的自上而下命令控制型轉(zhuǎn)向注重參與的自下而上協(xié)作型[41]。 CHIDAMMODZI等[42]認(rèn)為集成水資源管理是有效并可持續(xù)解決水問題的一種方法,從各方面評估了研究區(qū)的水資源綜合管理,以促進(jìn)湖泊的管理和可持續(xù)利用。YODER等[43]認(rèn)為,集成水資源管理需要全面考慮水系統(tǒng)、用水和利益相關(guān)者的關(guān)系。除此之外,水資源集成管理更需要加強(qiáng)與民眾的聯(lián)系,提高集成水資源管理的內(nèi)涵,協(xié)調(diào)相關(guān)利益關(guān)系[44]。

3.2 水資源水權(quán)制度管理

水資源管理要明確水權(quán)的定義,清晰劃分水資源的所有權(quán)、使用權(quán)、占有權(quán)、處置權(quán)、收益權(quán)等,有助于促進(jìn)水資源水權(quán)制度的有效運(yùn)行,提高水資源管理的效率。建立最嚴(yán)格水資源管理體系的現(xiàn)代水權(quán)制度(WRS)[45-46],是當(dāng)前解決我國水資源問題的一項(xiàng)重要改革舉措。水權(quán)分配和水權(quán)交易是水權(quán)的2個核心組成部分,目前仍存在一些亟待解決的問題。所以,研究最嚴(yán)格水資源管理制度(SWRM)的核心是“三條紅線”,分析現(xiàn)代水權(quán)制度與最嚴(yán)格水資源管理制度之間的關(guān)系,在“三條紅線”的指導(dǎo)下,使現(xiàn)代水權(quán)制度更符合最嚴(yán)格水資源管理制度。在我國水資源管理的探索和實(shí)踐中,現(xiàn)代水權(quán)制度是一種能有效解決我國當(dāng)前水資源問題的水資源管理制度,現(xiàn)代水權(quán)制度建設(shè)取得了巨大成功,大大促進(jìn)了我國社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[47-48]。

3.3 水資源管理方法與技術(shù)

在當(dāng)前對水資源需求越來越大的背景下,出現(xiàn)了新的水資源管理技術(shù)和方法,新方法提高了水資源管理的效率,保證了水資源管理的科學(xué)性和實(shí)用性。國外對水資源管理方法研究較為成熟,多用定量模型來探索高效的水資源管理方法,國內(nèi)發(fā)展也很迅速。 FAYE等[49]基于模糊邏輯的最小化準(zhǔn)則加權(quán)參數(shù)滑動視界方法,采用線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃方法來解決長期水資源管理的供需問題。MYSIAK等[50]研究了水資源管理決策支持系統(tǒng)(MDSS),分別介紹了韓國大邱市和歐洲研究項(xiàng)目的決策支持系統(tǒng),促進(jìn)了城市不同區(qū)域水資源的高效配置。KOCH等[51]比較了2種用于水資源管理模擬的建模系統(tǒng):WRAP和WBalMo。在水資源管理中,模型的使用不可避免,因?yàn)榫C合水資源管理需要對大區(qū)域進(jìn)行調(diào)查,并將水循環(huán)和水利用過程的不同功能納入其中。 WANG等[52]認(rèn)為,水管理系統(tǒng)中固有的不確定性及其潛在的相互作用,對水資源管理人員在復(fù)雜和不確定環(huán)境中確定最佳水分配方案提出了重大挑戰(zhàn);提出將最優(yōu)化技術(shù)和統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)納入總體框架,以系統(tǒng)的方式解決不確定性和風(fēng)險及其相互關(guān)系問題。應(yīng)用于水資源管理的有群體決策模型、兩級線性分水管理模型、非精確多階段模糊隨機(jī)規(guī)劃模型等[53-55],方法不斷創(chuàng)新,新方法均需軟件實(shí)現(xiàn),促使水資源管理的相關(guān)技術(shù)和軟件也快速更新。如:在氣候變化的干旱時期,可將SimBaT軟件作為水資源分配和管理的決策支持系統(tǒng)[56];在ArcGIS軟件幫助下,可進(jìn)行綜合水資源管理的定性規(guī)劃和決策,評估集水區(qū)水資源的污染風(fēng)險,確定高強(qiáng)度的熱點(diǎn)地區(qū)[57];綜合性水資源數(shù)學(xué)模型MIKE BASIN軟件在水資源管理中應(yīng)用廣泛[58-61];地理研究中常用的Google Earth、ArcView、ArcGIS、MapWindow、MAPGIS、遙感(ENVI)、GPS軟件也被國內(nèi)外學(xué)者廣泛使用;其他如Visual Basic、SAS軟件和Linux系統(tǒng)共享軟件用于水資源管理的交互[59]。

3.4 水資源管理區(qū)域合作

由于水資源管理涉及區(qū)域廣、部門多,水資源管理區(qū)域合作逐漸興起,通過區(qū)域、部門的聯(lián)合協(xié)作,加強(qiáng)彼此之間經(jīng)濟(jì)、社會、文化的聯(lián)系。HOWARD等[60]研究了中亞水資源管理不善的歷史,考慮中亞氣候變化和自然人口增長對該地區(qū)水資源的預(yù)期影響,水資源管理區(qū)域合作是更好的選擇。新“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”給沿線各國帶來了巨大的機(jī)遇,這些項(xiàng)目能確保該地區(qū)水資源的合理管理和可持續(xù)發(fā)展,通過科學(xué)規(guī)劃和協(xié)作,加強(qiáng)水資源管理區(qū)域合作深度。ZHAO等[61]研究了我國大型引水工程—南水北調(diào)工程,對其管理法規(guī)、控制措施和共同問題進(jìn)行了研究。南水北調(diào)對我國意義重大,而實(shí)施南水北調(diào)工程不僅需要工程措施,更需要通過區(qū)域之間的協(xié)調(diào)合作來保障水資源的高效利用。通過水資源管理的區(qū)域合作,可以大幅提高其利用效率。

綜上可知,水資源管理研究領(lǐng)域?qū)拸V,本文從四方面分析和總結(jié)了前人的研究。水資源重點(diǎn)領(lǐng)域研究多傾向于民眾參與,充分考慮民眾利益,但在實(shí)踐中讓民眾真正參與還存在一定難度,需進(jìn)一步探索;此外,技術(shù)和方法也有待創(chuàng)新。

4 水資源管理研究熱點(diǎn)

全球氣候變化復(fù)雜,未來采取怎樣的水資源管理方法才能適應(yīng)日益嚴(yán)峻的水資源需求形勢值得深思,為此,國內(nèi)外專家對水資源管理的適應(yīng)性、安全性、可持續(xù)性和生態(tài)系統(tǒng)管理進(jìn)行了探索。

4.1 水資源適應(yīng)性管理

水資源適應(yīng)性管理,是指在全球氣候復(fù)雜變化的背景下,通過調(diào)整水資源管理的措施、手段和方法,來應(yīng)對氣候變化引起的水資源短缺、洪水災(zāi)害等問題。世界上許多國家開始重視氣候變化條件下的水資源管理研究,以美國、英國為代表的西方國家在水資源規(guī)劃設(shè)計(jì)上更多考慮了未來的氣候變化,增強(qiáng)了水資源管理系統(tǒng)的靈活性。國內(nèi)應(yīng)對氣候變化水資源管理的研究也取得了較大進(jìn)展,劉昌明[62]、張威等[63]、夏軍等[64]提出了在未來氣候變化情景下水資源適應(yīng)性管理的相應(yīng)對策,并對水資源的脆弱性和敏感性進(jìn)行評估。

水資源適應(yīng)性管理,分析未來氣候變化對水資源的影響程度、極端天氣(如持續(xù)干旱和洪水)的發(fā)生、水循環(huán)的變化等[65]。氣候變化下水資源管理模型的研究正在興起,如氣候變化下水文要素的演變規(guī)律、水資源的響應(yīng)、未來水資源演變動態(tài)模擬等模型。 MOMBLANCH等[66]提出采用水會計(jì)方法提高水資源管理的透明度和效率。TZABIRAS等[67]估計(jì)了當(dāng)前和未來氣候條件下月降雨量和溫度的時間序列,利用模型系統(tǒng)模擬了當(dāng)前和未來氣候時期的地表水和地下水。在模型研究方面,我國尚處于起步階段,對水資源適應(yīng)性管理對策研究較多,主要有層次分析法、多目標(biāo)決策等[68]。

水資源適應(yīng)性管理要有重點(diǎn)、有層次地調(diào)整方向和方法,把握氣候變化條件下水資源管理的重點(diǎn)領(lǐng)域。加強(qiáng)水資源的綜合管理,夏軍等[64]提出推動流域水資源管理綜合體系的構(gòu)建,有助于應(yīng)對未來氣候和經(jīng)濟(jì)社會的變化。在水資源適應(yīng)性管理中,建立科學(xué)、合理的管理機(jī)制有助于協(xié)調(diào)社會各方的利益,保證水資源適應(yīng)性管理的有效實(shí)施。應(yīng)對氣候變化,促進(jìn)水資源的適應(yīng)性管理,也可從生態(tài)保護(hù)角度出發(fā),采取相應(yīng)的氣候變化減緩措施,如植樹造林、綠化荒山、減少溫室氣體排放等。提高人民群眾參與水資源管理的積極性,加快水資源適應(yīng)性管理政策的推行。

4.2 水資源安全性管理

水資源的安全性問題是各國社會、經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié),然而由于人口大幅增加和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,水資源需求越來越大,加上氣候的異常變化,更加劇了水資源管理的壓力,所以國內(nèi)外對水資源安全性的研究逐漸增多。水資源安全性研究主要是基于系統(tǒng)動力學(xué)(SD),建立水資源模擬SD模型,允許評估水資源管理系統(tǒng)范圍的長期影響,將結(jié)果傳達(dá)給決策者,對地區(qū)未來水資源的安全性進(jìn)行評估,提出了保障水資源安全的有效策略[69]。YANG等[70]提出了一種模擬水資源管理的綜合模型,將該模型劃分為7個主要模塊:人口、經(jīng)濟(jì)、土地變化、用水需求、供水、廢水和水質(zhì),模塊間基于系統(tǒng)動力學(xué)動態(tài)運(yùn)行,并在中國嶗山地區(qū)成功模擬了水的使用。結(jié)果表明,綜合治理對提高用水效率和優(yōu)化水資源利用組合是最有效的解決方案,開發(fā)的集成模型有助于決策者模擬和分析水資源管理人員的場景。黨麗娟等[71]基于城市人口適度發(fā)展規(guī)模模型,預(yù)測了榆林市2020年人口規(guī)模及承載狀態(tài),給榆林市未來水資源管理提供了一定的理論指導(dǎo)。水資源安全對國家、社會、經(jīng)濟(jì)等影響深遠(yuǎn),水資源安全性評價和預(yù)測,是對區(qū)域水資源安全管理的警示,亦是對區(qū)域水資源安全管理的理論指引。

4.3 水資源可持續(xù)性管理

受人類活動的強(qiáng)烈干擾,水資源系統(tǒng)的自我凈化能力和水循環(huán)速率正在下降,更需要以高效、可持續(xù)的方式管理水資源,減少人類活動對水資源系統(tǒng)的影響,促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用。ZHOU等[72]提出了適合復(fù)雜水資源系統(tǒng)的綜合優(yōu)化配置模型(IOAM),為管理水資源復(fù)雜系統(tǒng)的自動分配、動態(tài)分配和多目標(biāo)優(yōu)化提供了理論框架。該模型綜合權(quán)衡了社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等可持續(xù)發(fā)展的需求與供給,可最大限度提高水資源管理的綜合效益。LI等[73]通過設(shè)置不同的社會發(fā)展和城市化場景,分析了濱海新區(qū)未來的水環(huán)境,采用水資源評價與規(guī)劃建模系統(tǒng)對濱海新區(qū)水資源管理策略的可持續(xù)性進(jìn)行了評估。水資源的可持續(xù)利用對當(dāng)前水資源利用技術(shù)提出了新的要求,迫切需要廣泛推廣水污染處理和凈化技術(shù);對當(dāng)前水資源利用配置方式提出了新的舉措,要科學(xué)地優(yōu)化水資源配置;對當(dāng)前水資源利用上存在的問題提出了符合客觀實(shí)際的改進(jìn)措施。

4.4 水資源生態(tài)系統(tǒng)管理

自工業(yè)革命以來,以環(huán)境退化為代價實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和社會的高速發(fā)展,但也損害了經(jīng)濟(jì)、社會、自然環(huán)境的平衡發(fā)展和綜合效益。生態(tài)環(huán)境的惡化是各國非常重視和關(guān)注的問題,特別是新興工業(yè)化國家,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中往往忽略對環(huán)境的保護(hù),導(dǎo)致后期需要花大量的人力、物力、財力來修復(fù)生態(tài)環(huán)境。水資源易受外界影響,其生態(tài)系統(tǒng)也更為脆弱,所以,必須加強(qiáng)對水資源生態(tài)系統(tǒng)的管理,從水資源自身出發(fā),在城市規(guī)劃和城市可持續(xù)發(fā)展的背景下,采取保護(hù)水資源生態(tài)系統(tǒng)的預(yù)防措施。CHEN等[74]提出了以服務(wù)為基礎(chǔ)的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展評估方法,集中應(yīng)用于1950―2014年日本比瓦地區(qū)的重要城市群。 GRIZZETTI等[75]認(rèn)為,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供了一種有價值的連接人類和自然、保護(hù)和恢復(fù)自然生態(tài)系統(tǒng)的方法。水資源生態(tài)系統(tǒng)管理提倡采用可持續(xù)性指標(biāo),將服務(wù)能力和流動信息相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對水資源生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)評價和空間尺度分析,采用全流域和整體視角管理水資源,保持生態(tài)系統(tǒng)的整體性和綜合性。

綜上,把握水資源管理研究熱點(diǎn),緊隨世界研究前沿,能有效應(yīng)對未來不確定條件下的水資源問題,保障水資源管理的正常運(yùn)行。目前,水資源管理的相關(guān)研究尚處于理論探索階段,有待進(jìn)一步通過實(shí)踐檢驗(yàn),這是對未來水資源變化所做的有益探索,今后在水資源管理研究上需要更多的投入。

5 水資源管理先進(jìn)案例分析

人類社會對水資源的需求巨幅上升,而在水資源總量有限且水污染日益嚴(yán)重的情況下,我國水資源管理正面臨著巨大壓力。從水源上尋找解決水資源危機(jī)難度較大,而在水資源利用技術(shù)和方法上有巨大的上升空間,所以國內(nèi)外掀起了針對水資源管理的研究熱潮[5?7]。 我國學(xué)者也正努力探索一條適合我國國情的水資源管理道路,提出了一些新的理論、方法與技術(shù),來改善我國水資源管理制度和模式,提高水資源的利用效率,嘗試破解當(dāng)前及未來不確定因素下的水危機(jī)問題,保障我國水資源安全。目前,針對流域水資源管理,出現(xiàn)了一些新的理論和方法。文獻(xiàn)[62-63]以西北地區(qū)的黑河流域?yàn)槔?,分析了先進(jìn)的水資源管理方法對提高水資源利用效率和應(yīng)對水資源危機(jī)的重要作用。

黑河流域是我國西北地區(qū)第二大內(nèi)陸河流域,是河西走廊綠洲的支柱、北部沙漠的命脈,是西北地區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)開發(fā)最早的流域之一,具有良好的代表性,受到了政府和學(xué)者的廣泛關(guān)注[76]。在內(nèi)陸干旱地區(qū),黑河水資源補(bǔ)充方式較少,水資源總量有限,隨著人口的大幅增長、城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,水資源需求不斷增大,資源型缺水時常發(fā)生。而城市化、工業(yè)化、農(nóng)業(yè)灌溉排放等導(dǎo)致的水污染,加劇了區(qū)域水質(zhì)型缺水。黑河中游集中了全流域90%以上的耕地和人口,是甘肅省最重要的商品糧和瓜果蔬菜基地,對水資源的需求占全流域的60%以上,流域水資源供需矛盾十分突出。此外,各級各部門水資源管理權(quán)限相互重疊,“多龍治水”現(xiàn)象導(dǎo)致黑河流域水資源治理效率低下。各種原因交叉導(dǎo)致黑河流域水生態(tài)環(huán)境急劇惡化,顯著影響了區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,20世紀(jì)90年代末,政府開始采取了相關(guān)措施遏制黑河流域水資源的惡化,我國專家學(xué)者也對黑河流域水資源管理展開了多方面的研究,黑河流域已成為中亞內(nèi)陸干旱區(qū)形成演變和西北水土資源開發(fā)利用具有代表性的流域[77]。

1997年,國務(wù)院審批通過了《黑河干流水量分配方案》(簡稱“九七分水方案”),嘗試解決黑河流域水資源分配不合理的問題。1999年,黑河流域管理局成立,組織編報流域水資源開發(fā)利用規(guī)劃并實(shí)施,負(fù)責(zé)組織流域內(nèi)重要水利工程的建設(shè)、運(yùn)行調(diào)度和管理,同時協(xié)調(diào)處理流域內(nèi)各省(區(qū))之間的水事糾紛,從此有了統(tǒng)一管理黑河流域水資源的部門??紤]到區(qū)域水權(quán)管理與流域水權(quán)管理相互重疊導(dǎo)致水資源管理效率低下的現(xiàn)實(shí),黑河流域“多龍治水”現(xiàn)狀開始逐漸轉(zhuǎn)向“一龍治水”為主,即以黑河流域管理局為主,其他相關(guān)部門為輔。2000年7月,經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn),黑河流域跨省區(qū)分水方案開始實(shí)施,從全流域角度出發(fā)合理調(diào)度和分配水資源。 從過去的“以供定需”逐漸轉(zhuǎn)向“以需定供”,既把水資源高效分配到迫切需求的行業(yè),也大幅提高了水資源的利用效率。從2001年開始,黑河流域的甘肅省張掖市實(shí)施水權(quán)制度建設(shè),開始實(shí)行水權(quán)轉(zhuǎn)換交易,在現(xiàn)有取水許可的基礎(chǔ)上初具水權(quán)管理的基本特征,通過發(fā)揮水市場的宏觀調(diào)節(jié)作用,促進(jìn)水資源的公平合理配置和高效可持續(xù)利用[78]。 2012年1月,國務(wù)院頒布了《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》,黑河流域管理局積極貫徹執(zhí)行最嚴(yán)格水資源管理制度,確立水資源開發(fā)利用控制紅線、用水效率控制紅線、水功能區(qū)限制納污紅線。 2012年11月,黨的十八大提出了“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策,黑河全流域進(jìn)行生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和治理,建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制,對各種破壞生態(tài)環(huán)境的行為實(shí)行生態(tài)補(bǔ)償。2017年,國務(wù)院頒布了《關(guān)于全面推行河長制的意見》,而后,甘肅省、市、縣、鄉(xiāng)4 000多名河長走馬上任,陸續(xù)認(rèn)河、巡河、治河、護(hù)河,標(biāo)志著甘肅各水系都有河長管護(hù),省、市、縣、鄉(xiāng)四級河長體系的建立,一定程度降低了黑河流域水資源污染,提高了水資源的利用效率。

從黑河流域水資源管理的方法和技術(shù)上看,協(xié)調(diào)了水-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系,上游,植被破壞導(dǎo)致水土流失,生態(tài)環(huán)境不穩(wěn)定;中游,對水資源利用量大,水污染現(xiàn)象也較嚴(yán)重;下游,由于中游截取量較大導(dǎo)致水資源量較少,生態(tài)環(huán)境惡化。針對黑河流域現(xiàn)狀,立足于黑河流域?qū)嶋H,上游地區(qū),實(shí)行退耕還林還草,建立自然保護(hù)區(qū);中游地區(qū),發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、工業(yè),提高水資源利用效率,控制和凈化工業(yè)廢水等污染物及其排放;下游地區(qū),種植耐旱性植物,保護(hù)現(xiàn)存的胡楊林等植被,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保持穩(wěn)定。在水利工程方面,推進(jìn)黃藏寺水利樞紐項(xiàng)目的建設(shè),該項(xiàng)目可合理調(diào)配中下游生態(tài)和經(jīng)濟(jì)社會用水,提高黑河水資源的綜合管理能力。除此之外,還建立了基于模擬模型和水資源信息系統(tǒng)的黑河流域水資源管理模式,搜集和監(jiān)測流域水文、植被、氣候等數(shù)據(jù),建立流域水資源信息系統(tǒng),基于監(jiān)測信息預(yù)測未來氣候變化條件下黑河流域水資源的演變規(guī)律[78],為黑河流域水資源管理提供一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

在“生態(tài)文明建設(shè)”、最嚴(yán)格的水資源管理制度等指導(dǎo)下,綜合管理黑河流域水資源,創(chuàng)新水資源管理模式,提高水資源的利用效率,逐步探索適合黑河流域的發(fā)展道路,促進(jìn)流域生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

6 水資源管理研究展望

水資源管理是人類對水資源進(jìn)行的干預(yù),以滿足人類經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生產(chǎn)生活所需。然而,受各種因素的影響,水資源的自我循環(huán)和自我凈化能力正在減弱,水資源的數(shù)量與質(zhì)量與日益增長的水資源需求形成強(qiáng)烈的對比,對水資源進(jìn)行生態(tài)、高效管理顯得尤為重要。本文對水資源管理的模式與制度、水資源管理的模型、水資源管理的研究熱點(diǎn)、水資源管理的研究前沿進(jìn)行了綜述和分析,解讀國內(nèi)外水資源管理的相關(guān)內(nèi)容,并以黑河流域?yàn)槔?,說明先進(jìn)的水資源管理對提高水資源利用效率和應(yīng)對水資源危機(jī)的重要意義,并對我國當(dāng)前和未來的水資源管理提出相應(yīng)的建議和展望。

6.1 完善水資源管理的模式與制度

水資源管理模式與制度的好壞對于國家或地區(qū)能否有效管理水資源有重大意義,學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的水資源管理模式和制度,結(jié)合國家或區(qū)域的實(shí)際情況,探索科學(xué)、高效的水資源管理模式與制度。聯(lián)合供給管理模式與需求管理模式、行政區(qū)域管理和流域管理模式,對水資源進(jìn)行資產(chǎn)化管理,提高水資源管理的效率,促進(jìn)水資源管理制度走向資源管理、正式管理、綜合管理,逐漸完善水資源管理的模式與制度[18]。

6.2 科學(xué)運(yùn)用水資源管理模型

水資源管理模型為改善水資源系統(tǒng)調(diào)度和分配、水環(huán)境戰(zhàn)略保護(hù)提供了決策支持,可以預(yù)測不同水文情景下的水資源缺乏問題[79]。研究國外先進(jìn)的水資源管理模型,了解水資源管理模型的內(nèi)涵,并積極應(yīng)用到國內(nèi)水資源管理中,為我國當(dāng)前和未來水資源管理提供一定的對策和建議??茖W(xué)應(yīng)用水資源管理模型來評價我國水資源管理的現(xiàn)狀、模擬未來水資源管理的變化、提出有建設(shè)性的策略,這些均需要研究、探討和創(chuàng)新水資源管理模型。

6.3 掌握水資源管理的重點(diǎn)領(lǐng)域

水資源管理的研究熱點(diǎn)主要分布在水資源集成管理、水資源水權(quán)制度管理、水資源管理新的方法和技術(shù)、水資源區(qū)域合作管理等方面,將水資源管理的重點(diǎn)從政府全權(quán)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)到公眾參與再到管理,發(fā)揮公眾廣泛參與的作用;加強(qiáng)水資源水權(quán)制度的管理,合理分配水資源權(quán)利[45];學(xué)習(xí)和運(yùn)用新興的水資源管理技術(shù)和方法;區(qū)域間的水資源合作是調(diào)節(jié)水資源分布不均、水資源分配不合理的有效方法。把握水資源管理的研究重點(diǎn),發(fā)揮廣大民眾的智慧,促進(jìn)我國水資源管理向更好的方向發(fā)展。

6.4 把握水資源管理的研究熱點(diǎn)

在未來氣候變化趨向復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、工業(yè)化城市化加劇水污染以及世界人口增長對水資源需求增加等背景下,當(dāng)前水資源管理研究的熱點(diǎn)主要集中在水資源適應(yīng)性管理、未來水資源的安全性、水資源的可持續(xù)性、水資源的生態(tài)系統(tǒng)管理等方面。面對未來水資源管理嚴(yán)峻的形勢,緊跟水資源管理的研究前沿,確保我國水資源的安全性和可持續(xù)性,增強(qiáng)水資源管理的靈活性,積極創(chuàng)新水資源管理技術(shù)和方法,旨在走出一條科學(xué)、高效、適應(yīng)性強(qiáng)的水資源管理之路。

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