中国主要水问题综合应对及关键科学问题.docx
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中国主要水问题综合应对及关键科学问题
中国主要水问题综合应对及关键科学问题
一变化环境下中国水问题综合应对策略
(一)实施以流域为基本单元的管理方式,统筹协调发展
流域水资源的管理需要多主体的利益相关方、多目标的环境介质、多决策的优化方案作为支撑,按照流域的自然属性进行水资源管理是科学有效的流域管理方式。
而我国的水资源管理实质上仍以区域管理为主,虽然大江大河成立了流域管理机构,但仍存在“多龙治水”的局面,流域上下游、左右岸、干支流的利益关系得不到根本协调。
我国地广人多的大背景更加决定了我国水问题的复杂性,其解决需以“自然—人工”二元水循环为基础,利用经济、资源、生态等多领域的知识,实施地表—地下—生态的一体化管理,开展政府—行业—公众不同利益相关方之间的公平对话与合作,综合考虑社会—经济—生态环境系统的可持续发展,在管理的不同水平、不同层级上开展工作,同时也需统筹不同区域之间的自然社会经济条件差异,实现流域的可持续发展。
实施城乡水务一体化是实现我国统一的可持续水管理的重要举措,其将流域管理与行政区管理相结合,更好地发挥社会主义制度的优越性,并适当引入经济杠杆进行调节,资源价格、供水成本价格、生态环境价格是水资源价格的三个组成部分,在水价制定中不能忽略生态环境和资源机制,且资源水价应按“同质同价”的原则来确定,下游给予上游水土保持地区一定的经济补偿,上游还下游一个良好的水生态环境。
(二)合理配置水资源,落实最严格的水资源管理,加大总量控制力度
由于不同区域之间的自然条件和社会经济竞争能力存在差异,需水、用水、耗水、排水的量和质也各不相同,从而引起社会负外部性转移的问题。
我国的国情和水情决定了建立水权制度的必要性和紧迫性,水权初始分配应遵循公平、以现状为基础协商调整、效率性、供水优先序、总量控制、保护弱势群体、权利和义务统一等原则。
在初始水权分配的基础上,加强面向生态的区域水质水量的二次优化配置,统筹安排生态、生产、生活用水,消除社会用水不公平问题。
在水资源配置过程中,需尽量减少水资源的无效、低效蒸发,建立节水型可持续发展社会。
我国已进行水资源管理很多年,但仍存在很多问题。
我国水环境问题产生的根源在于经济增长方式粗放,且我国水资源分布与人口、土地、社会经济格局不匹配,将我国主要耗水指标与发达国家对比表明,我国产业结构决定整体上耗水量大,工业用水重复利用率不高,用水效益不高。
部分区域盲目开发水资源,经济的发展规模与水资源承载力不匹配,产业布局与水资源条件不相符,这在一定程度上严重制约了经济发展的质量和水资源的安全。
水资源管理没有考虑资源和环境的承载能力是我国水资源管理出现问题的根本原因。
因此我国水资源问题的根治必须从调整产业结构入手,落实最严格的水资源管理,立足于源头减排和需求控制,采取清洁生产、节约用水等综合措施,减少单个项目的环境污染;并以承载能力为基础,实施八大总量控制,优化空间布局,充分利用区域环境容量,实现经济、社会、生态效益最大化。
(三)优先保障生态和生活用水,应对生态系统退化
我国水生态退化严重,但致灾因子南北方有所差异。
北方地区主要是由于天然降雨量不足和国民经济取耗水量大,从而侵占了维持生态系统健康的基本生态用水,引起生态缺水、水生态系统退化;南方地区,主要是由于非理性的人为活动扰动天然来水、输水、排水过程,侵占生态空间,造成生境斑块的破碎化,破坏生态系统的完整性。
对于北方地区,需从调整产业结构入手,逐步禁止和取缔高水耗高能耗产业的发展,向低水耗低能耗产业结构转型,同时鼓励和发展节水灌溉、节水工业、节水生活,提高用水效率,减少工农业生产需水,逐步提高生态供水量;对于南方地区,需改变非理性的人类作业方式,还河流、湖泊以活动空间。
这两者都需要以基本生态用水的保障措施作为辅助手段,将实施水土保持作为长期方略,在遏制退化的基础上逐步恢复良好的生态环境。
由于湿地具有“大自然之肾”的独特作用,在面向生态的水资源配置中,需对湿地进行生态优先保护。
(四)制定应急用水预案,实施“风险管理”与“常态管理”相结合
随着全球气候变化和人类非理性活动的影响,极端事件发生的频率及其不确定性、危害性增大,这不断考验我国的应急管理能力。
旱涝灾害、突发性污染事故等具有明显的突发性和灾害性,对区域用水安全造成冲击。
对极端事件的应对需建立在快速准确掌握雨情、水情、灾情的信息之上,这需要流域一体化监测网络、可靠的预警预报技术以及信息共享的合作机制的完善;同时需要事前必备的应急预案,以协调利益相关方之间的职责,为及时解决突发事件做好准备;还需要不断创新机制、完善法制、改革体制,使保障措施到位。
在应急管理能力建设中,最重要的是要树立风险管理的意识,从“危机管理”向“风险管理”与“常态管理”转变,并构建物理机制统一的水资源模拟平台和旱涝风险评价指标体系,建立以防洪减灾、抗旱减灾、应突减灾为基础的区域安全战略。
(五)加强国际交流与合作,共同应对变化环境中的水问题
国际上有很多流域管理方面的成功案例,以欧洲的水资源管理模式最为先进,且取得了良好的效果。
欧洲的水资源管理以《欧盟水框架指令》为基本法律依据,以流域为基本管理单元,实施统一的流域规划,政府之间以及政府与公众之间交流、互补和合作。
其水环境管理遵循预防为主的原则,采取多种措施解决污染问题,水质保护程度较高,在水资源管理方面创新了防洪理念,制定了洪水管理行动计划,进行旱洪的风险管理。
其中,作为跨国性河流管理最成功的典型代表,莱茵河管理的成功源于以下措施的共同效果:
以流域为基本单元的管理思想是其治理的核心,正确的防洪理念是关键,利益相关方之间的互补与合作是重要保障,全面综合的管理措施是管理的重要组成部分,快速有效统一的监测网络是补充。
二干旱综合应对若干关键科学问题
基于我国干旱综合应对中“长—中—短”不同时间尺度的干旱应对体系,和“长—中—短”不同历时相结合的管理模式,下文对我国干旱管理提出了以下三个方面的技术需求。
其一,风险管理能力——居安思危与源头风险规避。
需要科学核算区域水资源承载能力,据此优化产业结构,全面建设节水型社会;加强水资源保护,实行最严格的水资源管理;识别干旱成因,划定干旱类型;结合区域供需水及其变化特征,绘制并及时修订干旱风险图;结合干旱风险等级和各业用水需求,优化产业布局和水利工程布局。
其二,干旱监测评估及预警预报能力。
加强天地一体化监测与多源数据的快速同化能力、旱情及其影响客观表征与快速评估能力、又准又快的旱情预警预报能力;实现长—中—短期相结合的干旱预报,提高预见期。
其三,工程措施和调度技术相结合的应急调度管理能力。
加强基础设施建设,提高抗旱的硬件支撑能力;编制应急预案,加强应急水源建设;加强多水源的联合应急调度能力;完善应急保障机制。
为支撑我国的干旱综合应对体系,需从规划层、监测层、评价层、预警预报层、管理层和评估层出发,完善对应层次的关键支撑技术,包括基于风险管理模式的抗旱规划技术、基于水循环过程及“天地一体化”模式的干旱监测技术、基于水资源供需态势的干旱评价技术、基于遥感和气—陆耦合模式的干旱预警预报技术、面向干旱的多水源综合应急调度管理技术、面向区域协调发展的干旱影响实时与综合评估技术(见图6-1)。
图6-1我国干旱综合应对的总体技术框架
1.基于风险管理模式的抗旱规划技术
在美国,将风险管理理论融入抗旱规划与管理中,在干旱风险评价的基础上,提出干旱综合管理对策及风险预案。
这一规划模式逐渐被推广和应用。
其中,干旱风险图绘制、面向极值过程的水资源配置等是其关键支撑技术。
从演变规律、表征技术、管理系统、应对方案等四个方面建立干旱风险评价及风险分区的理论与技术体系具有重要的社会和经济效益,如优化区域产业结构、优化区域水利工程布局、提高人畜饮水安全水平、减少局部地区社会经济用水对生态与环境用水的需求、合理配置水资源等。
其中,干旱风险图是干旱风险评价及风险分区的直观表现形式之一。
干旱风险图是编制抗旱预案的一项重要内容,能直观反映不同干旱等级受旱范围、受旱面积、人口、旱情发展态势、干旱造成的损失以及抗旱工程分布等,能为抗旱决策提供必要的依据,是指导抗旱工作的一个重要手段。
根据现有的地图、工程图、规划图和遥感影像图,以及各类有关文件、调查报告、统计数据如经济数据、气象资料、水文数据和社会数据等,绘制干旱风险图,包括农田受旱面积分布图、人畜饮水困难分布图、水利工程抗旱能力分布图、干旱对生态的影响分布图和城市供水分布图等。
当前,干旱风险图主要根据历史时期干旱发生情况,通过概率分析后绘制而成。
然而区域水资源的供需状况及未来水文情势演变特征深刻影响区域干旱风险。
该项技术要结合历史时期干旱事件发生情况,充分考虑水利工程、未来水文情势及供需水态势的变化,在GIS技术的支持下完成(见图6-2)。
图6-2干旱风险图绘制过程
传统的水资源配置是指在流域或特定的区域范围内,遵循有效性、公平性和可持续性的原则,利用各种工程与非工程措施,按照市场经济的规律和资源配置准则,通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施,对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的配置。
而面向极值过程的水资源合理配置是把极端干旱和洪涝从应急管理层面纳入区域水资源配置规划中,进行未来可能极端干旱或极端洪涝情境下水资源的供给与需求分析,是充分考虑水文和气候变化的极端事件、适用区域极端干旱情境下的水资源承载能力、优化区域产业和工程布局、丰富水资源管理的内涵、完善常规的仅仅考虑常态水资源情景的配置思路。
2.基于水循环过程及“天地一体化”模式的干旱监测技术
本项技术基于客观性、整体性、共享性、信息化、经济性五大优化原则,以气象与水文监测发展规划,行业规划与标准,水文、气象及生态监测研究新成果为优化依据,在垂直方向上,对水循环的大气过程、地表过程、土壤过程、地下过程以及水资源的开发利用状况进行综合监测;在水平方向上,布设与区域大气水汽场相吻合的站点。
在充分考虑来水、需水和水资源配置的基础上,将遥感技术(包括卫星遥感、探空等)与地面监测技术相结合,进行干旱的“天地一体化”监测,为综合应对干旱提供支撑。
3.基于水资源供需态势的干旱评价技术
国内外根据干旱的成因及影响特征,将干旱划分为气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱。
气象干旱的表征因子主要有降水、温度、蒸发等,干旱指数有降水量和降水量距平百分率、连续无有效降水日数、降水量分位数、标准化降水指数SPI和Z指数、湿润度和干燥度指标、Palmer旱度指数、火险干旱指数KBDI、干旱综合指数CI等。
水文干旱的表征因子主要有地下水位、径流、水库蓄水量、土壤湿度、积雪量等,干旱指数有水文干旱指数、地表水供给指标、Palmer水文干旱强度指数等。
农业干旱的表征因子有土壤含水量、地区的农作物类型等,干旱指数有土壤水分指标、作物水分指数、Palmer水分距平指数、利用卫星监测反演要素场资料而制定的旱涝指数等。
社会经济干旱的表征因子有社会环境和经济环境、经济社会发展对水的需求等,干旱指标有干旱经济损失指数、农村干旱饮水困难百分率、城市干旱指数等。
作为干旱指数,应满足五个基本条件:
①合适的时间尺度;②可定量评估大范围、长时间持续的干旱情况;③应用性强;④具有可用的或可以计算的过去较长时间的准确的指数系列;⑤指数应当能够适用于近期的状况。
当前,需结合区域降水、供水、需水及水利工程特征,进行旱情的滚动评价。
4.基于遥感和气—陆耦合模式的干旱预警预报技术
在统一的物理模式下,将遥感技术、大气预测预报、水文预测预报、生态模拟与作物模拟等相关技术融入干旱的预警预报中,以延长干旱的预见期和提高预警预报精度。
此外,在预警预报中,还进一步加强了滚动修正与集合预报技术。
传统的气象气候学、水文学、农学和水文地质学的关注焦点分别是大气过程、地表过程、土
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