關鍵詞：水資源配置；“八七”分水方案；多層級水網(wǎng)；韌性調(diào)配；黃河流域

中圖分類號：ＴＶ２１３．２；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０９．００３

引用格式：王煜，鄭小康，彭少明，等．黃河流域水資源配置研究與展望［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（９）：１８－２４．

０引言

水資源作為不可替代的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源，其重要性不僅體現(xiàn)在直接維持人類生存和經(jīng)濟活動的基礎作用上，而且體現(xiàn)在其對生態(tài)環(huán)境的控制性影響。如何合理使用水資源是一個涉及多因素的經(jīng)濟問題，解決這一問題需要綜合考慮水資源的稀缺性及不均衡分布、區(qū)域經(jīng)濟特性、水資源管理政策，以及開發(fā)利用技術創(chuàng)新等［１－５］ 。水資源分配要考慮社會公平性，尤其在缺水的地區(qū)更要突出公平性。另外，水資源具有流動性、可循環(huán)再生性、公共屬性等，因此與一般經(jīng)濟財產(chǎn)相比，其產(chǎn)權配置更加復雜［６－９］ 。長期以來，水資源短缺是困擾人類生存發(fā)展的一大難題，要協(xié)調(diào)好上下游、左右岸和各個地區(qū)、部門的用水權益，須科學合理配置水資源，做到合理開發(fā)和有序用水，協(xié)調(diào)區(qū)域利益關系，保障河流生態(tài)安全，促進經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展。國際上很多缺水河流開展了分水機制和理論研究，一些河流在實踐中進行了流域水量分配的探索，如墨累－ 達令河［１０－１１］ 、尼羅河［１２－１３］ 、科羅拉多河［１４－１５］ 等。

黃河流域在我國開創(chuàng)了大型流域分水的先河，１９８７ 年黃河水量分配方案頒布實施，在流域?qū)用嬉肓苏降姆峙湟?guī)則，標志著黃河流域水資源管理走上制度化的軌道。目前，圍繞黃河流域水資源配置開展了大量研究， 如水資源演變［１６－１７］ 、經(jīng)濟社會需水［１８－１９］ 、生態(tài)環(huán)境需水［２０－２１］ 、水資源調(diào)控［２１－２２］ 、水資源優(yōu)化配置與協(xié)同調(diào)度［２３－２４］ 、水權制度［２５－２９］ 、干旱應對與風險管理［３０－３２］ 、分水方案適應性評價與提升策略［３３－３４］ 等，已取得了豐富的成果，支撐了黃河流域水資源分配和管理不斷完善，但是在變化環(huán)境下流域水循環(huán)和水資源演變、流域健康水平衡、多層級水網(wǎng)構建和水資源韌性提升等方面仍需要持續(xù)研究。

２０１９年９月黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略，２０２３年４ 月《中華人民共和國黃河保護法》施行，黃河保護治理進入新的歷史時期。為了進一步推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略的實施，面對流域環(huán)境變化與人類活動錯綜復雜的疊加影響，在加快構建國家多層級水網(wǎng)大背景下，本文總結回顧黃河流域水資源分配３０ 多ａ 研究歷程，提出未來黃河流域水資源研究方向，以期為黃河流域水資源優(yōu)化配置和集約節(jié)約利用提供技術支撐。

１ 黃河流域水資源及其開發(fā)利用情況

黃河流域水資源天然稟賦較差，屬極度缺水地區(qū)，河川徑流量具有年內(nèi)年際變化大、連續(xù)枯水段長、來水與用水時空分布不一致等特點。受氣候變化與人類活動的復雜交織影響，流域水循環(huán)和水資源狀況發(fā)生了顯著變化，水資源供需矛盾日益尖銳。

１．１天然徑流量變化情況

２０世紀８０年代初以來，相繼開展了三次黃河流域水資源調(diào)查評價工作， 分別對１９１９—１９７５ 年、１９５６—２０００年和１９５６—２０１６年系列水資源狀況進行了調(diào)查評價（見表１）。受人類活動影響，流域下墊面變化顯著，黃河天然徑流量呈顯著減少態(tài)勢。相較于１９１９—１９７５年系列（ 反映１９５６—１９７９年下墊面條件），１９５６—２０１６ 年系列（反映２００１—２０１６年下墊面條件）黃河的天然徑流量減少了９０ 億ｍ^３，降幅高達１６％。從天然徑流量的空間分布來看，黃河上游衰減占比９．９％，中游衰減占比７５． ８％， 下游衰減占比１４．３％。其中，河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間是天然徑流量衰減最為明顯地區(qū)，減少４０．９ 億ｍ^３。從１９５６—２０１６ 年天然徑流量逐年變化來看，出現(xiàn)了１９６９—１９７４ 年連續(xù)枯水段（平均天然徑流量４２２．５億ｍ^３）、１９９０—２００２ 年連續(xù)枯水段（平均天然徑流量３９５．３ 億ｍ^３）和１９６１—１９６８年連續(xù)豐水段（平均天然徑流量６１３．３ 億ｍ^３），多年平均天然徑流量呈減小趨勢，豐水年份、連豐年份和枯水年份、連枯年份交替出現(xiàn)。

１．２ 水資源開發(fā)利用情況

１９５６—２０１６年，黃河流域人均水資源量為５８７ｍ^３，僅為全國人均量的２９％。多年平均年水資源總量為７０３ 億ｍ^３，以占全國２％ 的水資源量，支撐全國１２．２％的人口（包括流域內(nèi)及流域外的引黃地區(qū)，下同）生活用水，全國９．７％的國內(nèi)生產(chǎn)總值、１１．５％的工業(yè)增加值、１２．７％的糧食產(chǎn)量［３５］ 。

２０ 世紀８０ 年代以來，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，黃河流域供水和用水總量呈增大趨勢。黃河供水區(qū)總供水量從１９８０ 年的４４６．３０ 億ｍ^３ 增大至２０２２ 年的４９２．２３ 億ｍ^３，其中流域內(nèi)供水量由３４３．００ 億ｍ３ 增加到４０９．４０ 億ｍ^３。流域內(nèi)用水結構發(fā)生了明顯轉(zhuǎn)變，農(nóng)業(yè)用水占比從１９８０ 年的８７．０％減少到２０２２ 年的６４．７％，工業(yè)用水占比從７．９％增長到１０．４％，生活用水占比從４．９％上升到１３．７％，生態(tài)用水的比例從０．２％增長到１１．２％。同時，１９８０—２０２２年黃河流域各?。▍^(qū)）的用水結構變化較大，其中農(nóng)業(yè)用水占比大幅下降，特別是陜西用水比例下降最為顯著；各?。▍^(qū)）的工業(yè)用水占比呈現(xiàn)上升態(tài)勢，其中山東的工業(yè)用水占比增長最為顯著；在生活用水占比方面，陜西增長最為顯著。

現(xiàn)狀黃河流域水資源開發(fā)利用超過承載能力，缺水問題十分突出，表現(xiàn)為：中下游２ ０００ ｋｍ 河段地表水水資源開發(fā)利用率超過６０％，其中下游河段達到８０％；６２ 個縣域地下水超采，超采量超１３ 億ｍ^３，部分地區(qū)地下水位下降影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境；河湖生態(tài)用水被擠占，導致河流生態(tài)用水不足；在農(nóng)業(yè)灌溉方面，供水保障水平相對較低，目前引黃灌區(qū)大約有１ ０００ 萬畝（１ ｈｍ^２＝ １５ 畝） 的有效灌溉區(qū)域無法得到有效灌溉，同時超過４０００ 萬畝的農(nóng)田無充足灌溉水源；工業(yè)項目落實受到制約，城鄉(xiāng)用水定額處于全國最低水平，供水安全保障不足等。黃河流域缺水問題已嚴重威脅國家生態(tài)安全、能源安全、糧食安全和社會穩(wěn)定，須從用水側管理方面深入推進流域節(jié)水控水，加快推進國家多層級水網(wǎng)建設，加快南水北調(diào)西線工程前期工作和一期工程立項建設，加強流域骨干水庫建設以增強徑流豐枯調(diào)節(jié)能力。

２ 黃河流域水資源配置研究歷程和主要成果

隨著黃河流域水資源開發(fā)利用程度的不斷提高和對沿黃經(jīng)濟社會發(fā)展支撐作用的不斷增強，黃河流域水資源供需矛盾問題得到了國家和社會各方面的高度重視，相繼開展了水資源供需分析、配置、調(diào)度和調(diào)控方面的大量規(guī)劃和生產(chǎn)性研究工作。１９８２—１９８７年開展的“黃河水資源利用研究”提出了《黃河可供水量分配方案》（簡稱黃河“八七”分水方案），標志著我國大江大河首個分水方案就此產(chǎn)生。１９９０—１９９２年開展的“黃河流域水資源經(jīng)濟模型研究”是水利部較早研究的流域模型之一，標志著黃河流域水資源利用規(guī)劃進入數(shù)學模型時代，模型自開發(fā)完成后在流域水資源規(guī)劃領域得到了廣泛的應用和不斷完善。１９９２—１９９６年開展的“八五”國家重點科技攻關專題“黃河流域水資源合理配置和調(diào)度研究”，以黃河流域水資源模擬模型為基礎，研究了不同水平年的黃河水資源合理配置問題。１９９８—２００３年開展的“九五”國家重點科技攻關子專題“黃河水資源實時水量分配”，針對黃河水資源利用及調(diào)度管理現(xiàn)狀，研究了黃河非汛期徑流預報技術，提出了黃河供水計劃的編制原則和方法，結合用水的監(jiān)測和實時結算，提出了黃河干流水量實時分配的方法和方案。２００２—２００８年水利部開展黃河流域水資源綜合規(guī)劃，提出了黃河流域２０２０年和２０３０年的水資源分配格局，奠定了黃河流域最嚴格水資源管理的基礎。

此外，國家圍繞黃河流域水資源演變、合理分配和科學調(diào)度，還立項開展了多項基礎性和前瞻性的重大科學研究項目，包括國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目（９７３ 項目）“黃河流域水資源演化規(guī)律和可再生性維持機理”、“十一五”國家科技支撐計劃項目“黃河健康修復關鍵技術研究”、“十二五”國家科技支撐計劃項目“黃河流域旱情監(jiān)測與水資源調(diào)配技術研究與應用”、“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目“黃河流域水量分配方案優(yōu)化及綜合調(diào)度關鍵技術”、“十四五”國家重點研發(fā)計劃項目“變化環(huán)境下長江黃河豐枯遭遇及極端枯水年水資源調(diào)配”等。

上述規(guī)劃和研究成果支撐了黃河流域及其區(qū)域規(guī)劃編制、流域取用水管理、最嚴格水資源管理、干支流水庫群聯(lián)合調(diào)度、水量分配優(yōu)化等工作，提升了黃河流域水資源優(yōu)化調(diào)控和節(jié)約集約利用水平，發(fā)揮了水資源綜合效益。下面重點回顧黃河“八七”分水方案制定、水量統(tǒng)一調(diào)度、水量分配優(yōu)化、支流水量分配等方面的研究概況。

２．１黃河“八七”分水方案與水量統(tǒng)一調(diào)度管理

２０世紀７０ 年代以后，黃河流域經(jīng)濟社會得到迅速發(fā)展，地表水年用水量從２０ 世紀５０ 年代的６０ 億～８０ 億ｍ３上升到８０ 年代的２５０ 億～２８０ 億ｍ３。１９７２年始黃河下游頻繁斷流，１９７２—１９８６ 年有１０ ａ 斷流，累計斷流１４５ ｄ，平均斷流長度為２６０ ｋｍ。黃河斷流影響了下游地區(qū)生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等方面的用水，嚴重制約區(qū)域經(jīng)濟社會快速發(fā)展；黃河斷流產(chǎn)生河道淤積、水質(zhì)污染、河槽萎縮等不利情況，對下游的生態(tài)環(huán)境造成嚴重損害。１９８４ 年基于充分調(diào)查和研究，并與沿黃各省（區(qū)）深入?yún)f(xié)調(diào)，全面考慮了其未來的用水需求和黃河可能的最大供水量，遵循“確?；居盟焙汀耙怨┒ㄐ琛钡脑瓌t，黃委制定了《黃河可供水量分配方案》。《黃河可供水量分配方案》基于１９１９—１９７５ 年黃河多年平均天然徑流量５８０ 億ｍ^３，以１９８０ 年實際用水量為基準并考慮２０００ 年水平用水預測，考慮保留河道內(nèi)輸沙和其他生態(tài)用水量２１０ 億ｍ^３，將南水北調(diào)工程生效前的３７０ 億ｍ^３總可供水量分配給流域內(nèi)的九?。▍^(qū)）和河北省、天津市。１９８７年，國務院辦公廳依據(jù)這一研究成果下發(fā)《關于黃河可供水量分配方案報告的通知》，要求沿黃各?。▍^(qū)）嚴格執(zhí)行，自此我國大江大河的首個分水方案開始施行。黃河“八七”分水方案有效地控制了引黃用水量的迅速增加，促進了水資源節(jié)約集約利用，支撐了流域經(jīng)濟社會發(fā)展。同時，在黃河流域水資源供需矛盾尖銳的背景下，為河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境分配了２１０ 億ｍ^３用水量，對于確保黃河健康生命和國家生態(tài)文明建設具有深遠的前瞻意義［６］ 。

為貫徹落實黃河“八七”分水方案并加強流域水資源統(tǒng)一管理，緩解黃河流域水資源供需矛盾和下游持續(xù)斷流態(tài)勢，１９９８年１２月原國家計委和水利部共同頒布實施了《黃河可供水量年度分配及干流水量調(diào)度方案》和《黃河水量調(diào)度管理辦法》。依據(jù)“同比例豐增枯減、多年調(diào)節(jié)水庫蓄豐補枯”的原則，制定年度各?。▍^(qū)、市） 可供耗水量分配方案，進行黃河水量調(diào)度。

為強化各?。▍^(qū)）分水總量控制和精細化管理與調(diào)度，黃委于２００８年發(fā)布了《關于加強黃河取水許可總量控制細化工作的通知》，按照“總量控制、可持續(xù)利用”等要求，將各?。▍^(qū)）分水指標細分到地級行政區(qū)和干支流，構建“流域－?。▍^(qū)） －地市”三級分水指標體系。

２．２新徑流條件下水資源配置方案和用水總量控制

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，黃河流域面臨著水資源格局的重大調(diào)整，表現(xiàn)為總量減小與季節(jié)性及地理分布的不穩(wěn)定性增強，水資源消耗模式和需求結構經(jīng)歷顯著變革，需要考慮新徑流條件下對黃河水資源重新配置和調(diào)整，２００８ 年開始開展了《黃河流域水資源綜合規(guī)劃》和《黃河流域綜合規(guī)劃》編制工作。在第二次黃河流域水資源及其開發(fā)利用調(diào)查評價基礎上，提出黃河河川徑流量呈持續(xù)減少趨勢，預計到２０２０ 年比現(xiàn)狀減少１５ 億ｍ^３，到２０３０年比現(xiàn)狀減少２０ 億ｍ^３；將節(jié)水和需水相統(tǒng)一，分析比較了多種節(jié)水模式的需水量預測成果，經(jīng)多次供需平衡分析和綜合比較，提出了強化節(jié)水模式下不同水平年需水量；根據(jù)黃河水沙條件變化情況，采用多種方法綜合分析提出了黃河汛期輸沙水量和非汛期生態(tài)環(huán)境需水量；采用最小費用最大流網(wǎng)絡法、模擬算法、分解推理法、基于實碼加速遺傳算法的投影尋蹤分類等，構建了黃河流域水資源調(diào)配決策支持系統(tǒng)，分３個階段擬定了黃河流域水資源配置方案。

國務院于２０１３ 年３ 月正式批復《黃河流域綜合規(guī)劃（２０１２—２０３０ 年）》。根據(jù)黃河流域水資源量演變和跨流域調(diào)水工程建設情況，提出了３ 個階段黃河流域水資源配置方案，３ 個階段即南水北調(diào)東線和中線生效前（現(xiàn)狀）、南水北調(diào)東線和中線生效至西線一期工程生效前（２０２０ 水平年）和南水北調(diào)西線一期工程生效后（２０３０ 水平年）。依據(jù)１９５６—２０００ 年徑流系列黃河多年平均天然徑流量５３４．７９ 億ｍ^３，綜合考慮河道內(nèi)外用水需求，基于黃河“八七”分水方案，２０００ 年、２０２０ 年和２０３０ 年水平河道外經(jīng)濟社會配置水量（耗水量）分別為３４１．１６ 億、３３２．７９ 億、４０１．０５ 億ｍ^３。自２０１７ 年７ 月起，以南水北調(diào)東線和中線至西線一期工程生效前河道外耗水量３３２．７９億ｍ^３為年度分水方案編制的基礎。

在《黃河流域水資源綜合規(guī)劃》和《黃河流域綜合規(guī)劃（２０１２—２０３０ 年）》成果基礎上，開展了“黃河流域用水總量控制指標制定”研究，根據(jù)國家用水總量控制方案和指標測算方法，提出２０２０ 年、２０３０ 年黃河流域用水控制總量為４５０．８ 億、５１２．７ 億ｍ^３，實現(xiàn)流域用水與耗水雙控制，為實行最嚴格的水資源管理制度提供依據(jù)。

２．３重要支流水量分配

為細化水資源剛性約束要求，結合主要支流水資源特點、區(qū)域間用水關系及發(fā)展需求，基于對黃河“八七”分水方案、水資源綜合規(guī)劃各?。▍^(qū)）配置策略的深入分析，結合黃河取水總量控制指標細化等成果，在保證各省級行政區(qū)地下水可持續(xù)開采和維持河流生態(tài)系統(tǒng)基本用水要求的前提下，以地表水可利用量限定流域內(nèi)地表水資源耗水量，對可分配地表水量進行配置。２０１９—２０２３年，洮河、渭河、伊洛河、無定河、北洛河、涇河、窟野河等７ 條跨省域支流水量分配方案研究完成并獲水利部批復。

２０３０ 水平年，洮河、渭河、伊洛河、北洛河、無定河、涇河、窟野河等７ 條支流的河道外地表水多年平均分配耗水量分別為５．９４ 億、１７．８５ 億、１５．５０ 億、３．１０億、３．３０ 億、９．５６ 億、０．６１ 億ｍ^３。除完成這７ 條跨省域支流水量分配方案之外，大通河、沁河的水量分配工作也基本完成。支流水量分配可協(xié)調(diào)相關?。▍^(qū)）用水關系，保障支流基本生態(tài)流量和入黃水量，支撐黃河流域生態(tài)保護和經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展。

２．４變化環(huán)境下黃河分水方案優(yōu)化研究

科技部立項開展的“十三五”國家重點研發(fā)項目“黃河流域水量分配方案優(yōu)化及綜合調(diào)度關鍵技術”，針對黃河“八七”分水方案實施３０ ａ來流域環(huán)境新變化、經(jīng)濟社會發(fā)展不平衡新問題、流域用水結構新特征、流域重大工程建設等情況，創(chuàng)新提出公平為主兼顧效率的流域水資源均衡調(diào)控理論方法和技術，建立黃河流域水資源均衡調(diào)控模型，開展了多場景大量方案研究和優(yōu)化比選。

綜合考慮南水北調(diào)工程東線、中線受水區(qū)和黃河下游引黃地區(qū)的空間重疊關系與水量置換可能性等可調(diào)整水量因素，上中游基本生活和工業(yè)剛性用水等需求因素，流域水資源開發(fā)利用程度和河流生態(tài)保護要求等控制性因素，設置了多個場景和多個方案。按照新增生活用水配置、整體動態(tài)均衡配置、供水增量動態(tài)均衡配置三類方法，開展了方案測算和對比分析。方案優(yōu)化結果顯示，近期優(yōu)化調(diào)整方向為上游增加、中游微增、下游減小，考慮南水北調(diào)東中線工程向黃河下游引黃地區(qū)供水，減小下游引黃指標，增加黃河上中游地區(qū)基本生活和工業(yè)用水量，河段之間的調(diào)整幅度為１０億～２０ 億ｍ^３，宜小幅度調(diào)整以盡量減輕對上游河段和流域生態(tài)環(huán)境的不利影響。分水指標調(diào)整可以緩解流域缺水問題，提高流域分水的公平性和效率，但是僅僅是緩解黃河流域缺水的權宜之計，不能解決黃河流域嚴峻的資源性缺水問題。未來，結合黃河古賢工程建成運用，可研究增加上中游經(jīng)濟社會用水指標的可能性及其對河流生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響等。南水北調(diào)西線工程生效后，考慮調(diào)入水量和黃河流域水資源統(tǒng)一調(diào)節(jié)利用，研究提出黃河流域水資源和跨流域調(diào)入水量統(tǒng)籌配置優(yōu)化方案。研究成果可為黃河“八七”分水方案優(yōu)化提供理論方法和技術支撐，也可為其他流域或區(qū)域的水資源均衡調(diào)控提供技術路徑［２４］ 。

３研究方向展望

３．１流域水循環(huán)和水資源演變

從百年尺度看，黃河水文循環(huán)發(fā)生了一些變化，表現(xiàn)為水沙變化十分劇烈，天然徑流量明顯衰減，來沙量大幅度減少。黃河流域水資源的動態(tài)演變及其對氣候變化和強人類活動等因素的敏感性，使得水循環(huán)過程變得異常復雜，水循環(huán)和水資源演變嚴重影響流域水資源供需狀況預測和未來重大水利工程的布局、建設。對黃河流域而言，氣候變化、流域下墊面變化、人類活動的影響十分復雜且相互交織，加之未來一批重大水利工程建設運行，使得流域水循環(huán)和水資源演變更加復雜。流域水資源演變表現(xiàn)出明顯的自然與人工二元驅(qū)動特點，有必要從供需雙側對自然與人工條件下流域水循環(huán)及水資源演變進行深入研究。在供水側，氣候變化與人類活動共同影響水循環(huán)過程，改變水資源的形成與轉(zhuǎn)化規(guī)律，應厘清自然與人工各影響因素在水循環(huán)中的影響程度和作用機制，明晰水循環(huán)變化的驅(qū)動機制，并預測其未來的發(fā)展趨勢。在需水側，水資源的需求是由社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、工程和管理等多個因素形成的，應識別水資源需求的關鍵驅(qū)動因子及主要脅迫要素，刻畫其內(nèi)在響應關系并闡明多因素耦合影響下的需水演變機制［２５］ 。

３．２用水規(guī)律和需水預測

目前關于用水和需求的研究，多以用水量影響因素分析、用水量預測和節(jié)水潛力計算為主，對用水量演變規(guī)律和驅(qū)動機制研究尚不深入，根據(jù)歷史用水情況預測未來需水量不確定性較大，不同需水量研究成果存在一定的差異，直接影響重大水資源配置工程的立項決策和工程規(guī)模。用水受個體特性、區(qū)域因素、社會因素、經(jīng)濟因素、政策因素等的影響，在多種因素耦合和交互作用時，人類生產(chǎn)和生活對水資源的需求將呈現(xiàn)復雜的變化情況。研究應以各行業(yè)用水的行為需求為重點，解析用水量演變規(guī)律、主要成因和發(fā)生重要轉(zhuǎn)變的內(nèi)部機制；基于對關鍵因素的作用效率和歷史變化分析，模擬未來因素可能發(fā)生的條件和用水需求演變趨勢，預測相關約束條件下用水量極值和出現(xiàn)時點。

３．３健康水平衡

由于氣候變化、土地利用模式改變和社會經(jīng)濟超額用水的綜合影響，因此缺水的流域水資源開發(fā)利用接近甚至超過河流承載極限時，流域生物多樣性將遭到破壞，水資源供需平衡關系將受到威脅。地球表層的水循環(huán)系統(tǒng)在動態(tài)變化過程中表現(xiàn)出一種遵循特定分布和響應關系的“平衡”狀態(tài)，該狀態(tài)是陸氣相互作用下水循環(huán)過程的宏觀規(guī)律重要體現(xiàn)，并對社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)的演變產(chǎn)生重大影響［３６］ 。關于“流域水平衡”“流域耗水平衡” “地下水平衡” “土壤水平衡”和“灌區(qū)水平衡”的研究已持續(xù)開展較長時間，而如何在變化環(huán)境下對我國水資源承載力進行優(yōu)化、實現(xiàn)健康水平衡狀態(tài)，被列為２０２０年中國科協(xié)公布的十大前沿科學議題之一。目前對健康水平衡的認識尚不完善，缺乏理論層面的嚴格定義，其影響因素、物理機制、驅(qū)動方式、分區(qū)閾值、判別標準等都有待深入研究。對于黃河流域而言，河道外經(jīng)濟社會用水和河道內(nèi)生態(tài)用水之間的健康水平衡關系、河道外用水不同區(qū)域和部門之間的健康水平衡關系，氣候變化、下墊面變化、經(jīng)濟社會動態(tài)發(fā)展、水資源管理政策優(yōu)化等情況下健康水平衡的變化和調(diào)控是需要深入研究的關鍵問題。

３．４流域地表水和地下水統(tǒng)一配置

黃河流域地表水和地下水存在著資源量之間的轉(zhuǎn)化關系和相互影響。黃河“八七”分水方案考慮了地下水實際利用和合理控制情況，對河川天然徑流量進行了配置。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，地下水利用量呈增加態(tài)勢，部分地區(qū)出現(xiàn)超采，黃河流域超采量約為１５ 億ｍ^３。流域水循環(huán)系統(tǒng)地表水和地下水具有相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的特點，單一化配置地表水資源將造成地下水超采、不合理使用，進而影響地下徑流及區(qū)域生態(tài)環(huán)境［３７］ 。因此，在地下水用水總量和水位雙控的基礎上，將流域地表水和地下水統(tǒng)一配置并納入黃河分水方案是提高流域水資源利用水平的重要途徑。在分析流域水文地質(zhì)條件，水循環(huán)要素演變特征和地表水－地下水轉(zhuǎn)化關系基礎上，可構建地表水－地下水聯(lián)合模擬模型，結合未來氣候情景，提出地下水－地表水聯(lián)合調(diào)控的流域水資源統(tǒng)一配置方案。

３．５面向國家水網(wǎng)構建的流域水資源優(yōu)化調(diào)控

以南水北調(diào)工程為主的跨流域調(diào)水工程為解決黃河流域缺水問題提供了可能，然而長江流域來水的豐枯變化給調(diào)水帶來一定不確定性。極端枯水下南水北調(diào)不同線路從長江調(diào)水的潛力、調(diào)水對生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟社會的影響等問題值得深入探究。此外，南水北調(diào)工程的調(diào)水區(qū)與受水區(qū)具有多水源供給、多線路互濟、多工程調(diào)控、多主體博弈等特征，研究利用天然河湖和人工庫渠水力聯(lián)系構建以黃河為紐帶的互濟調(diào)配水網(wǎng)，協(xié)調(diào)多種水源存量與增量、發(fā)揮多類工程時空調(diào)節(jié)能力，優(yōu)化多條線路調(diào)水互補關系并建立多線路調(diào)水機制方面等亟須創(chuàng)新和突破［３８］ 。

３．６應對極端枯水的流域水資源韌性調(diào)控

黃河天然徑流具有豐枯變化大和連續(xù)枯水的特點，近期出現(xiàn)了１９６０年、１９９１年、１９９７年、２０００年、２００１年、２００２年等來水頻率超過９０％的極端枯水年，以及１９２２—１９３２年、１９６９—１９７４年和１９９０—２００２年等連續(xù)枯水時段，天然來水大幅度減少，導致水資源供需矛盾尖銳，危及流域供水安全、生態(tài)安全。極端枯水下流域水資源安全保障不僅要關注缺水量，還需要關注缺水破壞過程和破壞后的恢復過程，確保經(jīng)歷缺水后流域水資源系統(tǒng)可以恢復至正常狀態(tài)，即具備應對極端枯水的“韌性”［３８］ 。韌性指系統(tǒng)受到擾動后能夠恢復到擾動前的狀態(tài)［３９］ 。應對極端枯水的黃河流域水資源系統(tǒng)韌性調(diào)控，應從機理層面解析黃河流域各行業(yè)用水破壞底線，識別極端枯水影響下流域水資源系統(tǒng)“抵抗—恢復—適應”的演變過程，明晰流域供用水危機風險傳導過程中可阻斷的關鍵“鏈路”和恢復策略，提出極端枯水下用水分層—供水分級—風險阻斷的流域水資源韌性提升優(yōu)化調(diào)配技術，有效提升黃河流域水安全保障能力。

３．７基于數(shù)字孿生的流域水資源模擬分析和調(diào)控

構建數(shù)字孿生黃河是推動新階段黃河流域水利高質(zhì)量發(fā)展的顯著標志和重要路徑。數(shù)字孿生黃河由數(shù)據(jù)底板、模型平臺、知識平臺、業(yè)務應用以及水利信息化基礎設施等組成，運用數(shù)字孿生技術，可以顯著提升流域水資源模擬分析和調(diào)控決策能力。運用高精度的數(shù)據(jù)底板，可提高水資源分區(qū)管理的精細度，加強水資源信息和經(jīng)濟社會、生態(tài)系統(tǒng)的耦合集成。運用模型平臺，構建靈活、自主、可擴展的模型庫，強化氣候、經(jīng)濟社會、水資源、水生態(tài)、水環(huán)境等模型的關聯(lián)性，實現(xiàn)模型之間的“硬耦合”，建立全鏈條的水資源模擬分析流程和決策支持系統(tǒng)。運用知識平臺，研究氣象水文、經(jīng)濟社會、水資源等多源多尺度數(shù)據(jù)融合和知識圖譜構建方法，對流域水資源演變和利用過程進行數(shù)字化描述，研發(fā)多尺度相似度算法匹配技術，基于歷史來水、用水、水庫調(diào)度、干旱應對等場景推演產(chǎn)生水資源演變和調(diào)控知識庫。數(shù)字孿生黃河基于數(shù)據(jù)底板，驅(qū)動和運用知識圖譜、歷史場景模式、業(yè)務規(guī)則以及專家經(jīng)驗，組合調(diào)用水資源專業(yè)模型［４０］ ，可以顯著提升水資源模擬分析精度和調(diào)控方案決策支持功能，為提高水資源調(diào)控的預報、預警、預演、預案水平提供支持，還能為其他業(yè)務領域?qū)崿F(xiàn)智能管理和精準決策提供支撐。

４結束語

黃河流域水資源合理利用和優(yōu)化配置問題受到社會的廣泛關注，相繼開展了黃河“八七” 分水方案制定、全河水量統(tǒng)一調(diào)度、新徑流條件下分水方案調(diào)整、支流水量分配方案制定，以及變化環(huán)境下分水方案優(yōu)化等一系列持續(xù)性研究，不斷加強了流域水資源管理，有效控制了流域用水快速增長，提高了水資源利用效率，協(xié)調(diào)了各?。▍^(qū)）用水關系，支撐了流域經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境維持，實現(xiàn)了黃河干流２５ａ不斷流。

根據(jù)預測成果，未來黃河流域水資源需求仍將呈現(xiàn)一定的剛性增長，水資源供需矛盾日益凸顯，多種水問題相互交織，亟須研究流域水資源科學調(diào)控面臨的一系列新問題和新挑戰(zhàn)。面向黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略的推進，從流域水循環(huán)和水資源演變、用水規(guī)律與需水預測、健康水平衡、流域地表水－地下水統(tǒng)一配置、多層級水網(wǎng)構建下水資源優(yōu)化配置、應對極端枯水的水資源韌性調(diào)配以及數(shù)字孿生黃河等方面，提出了適應環(huán)境變化和國家多層級水網(wǎng)構建下的黃河流域水資源研究和突破的方向。