长江流域三水协同调控关键技术应用展望_张万顺.pdf

第 卷 第 期 年 月人 民 长 江 ，收稿日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）作者简介：张万顺，男，二级教授，博士，博士生导师，主要从事环境管理学、流域环境数值模拟等研究。：文章编号：（）引用本文：张万顺，王浩，周奉 长江流域三水协同调控关键技术应用展望 人民长江，（）：，“水生态文明建设”专题 特邀作者简介张万顺，男，年生，二级教授，博士生导师，博士，现任武汉大学中国发展战略与规划研究院副院长，研究领域涉及环境数学模拟仿真、水资源配置、流域生态环境管理、生态环境大数据和智能管理平台开发、资源环境承载能力评估、主体功能区战略研究等。曾获“中国大坝工程学会科技进步特等奖”“四川省科技进步奖三等奖”“浙江省水利科技创新奖一等奖”“国家环保局科技进步二等奖”项省部级奖励。主持完成国家重大科技专项水专项项目与课题、国家重点基础研究发展计划（）等国家重大科技专项课题 项和横向课题百余项；指导培养博士和硕士研究生 多人次；发表学术论文 余篇，出版专著 部，取得专利 项，软件著作权 项；担任 ，地理学报环境科学研究资源科学等期刊审稿人。长江流域三水协同调控关键技术应用展望张 万 顺，王浩，周奉，（武汉大学 中国发展战略与规划研究院，湖北 武汉；武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉；武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉；中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京）摘要：长江流域三水统筹协同共治是支撑长江经济带高质量发展的关键抓手。当前长江流域干流水生态环境质量全面转好，但是仍存在支流和局部区域水资源调控复杂、水环境污染频发、水生态风险突出等多重问题。在长江生态文明建设背景下，亟需从水资源、水环境、水生态统筹视角出发，破解三水融合协同共治与精准调控难题。深入分析了长江流域三水存在的问题及协同调控面临的挑战，提出了三水协同调控作用机制剖析、调控手段策略以及智慧化建设等三水协同调控关键技术体系的创新和应用。以期支撑流域三水量、质、效同步提升，推动实现长江流域“高颜值”生态环境和“高质量”经济协同发展的新格局。关 键 词：生态文明建设；长江流域；三水协同共治；靶向精准调控；高质量发展中图法分类号：文献标志码：第 期 张万顺，等：长江流域三水协同调控关键技术应用展望 引 言长江经济带是具有全球影响力的内河经济带、东中西互动合作的协调发展带、沿海沿江沿边全面推进的对内对外开放带，是中国人口与经济重心所在，被誉为中国经济的“金腰带”、中国经济的脊梁。打造“生态文明建设的先行示范带”是长江经济带国家发展战略的四大定位之一。长江流域多年平均水资源量约占全国，是国家和全球战略型生态宝库。以长江黄金水道为依托，保护好长江流域生态环境，是推动长江经济带高质量发展的前提。当前长江流域干流水生态环境质量全面转好，但仍面临着水资源调控复杂、水环境污染频发、水生态风险突出等三水难题。坚持生态优先、绿色发展，以水循环为纽带，统筹推进长江流域水资源、水环境、水生态协同治理，是十四五时期实现高质量发展的重要路径。流域自然与社会水循环在循环通量上此消彼长，在循环过程上深度耦合，在循环功能上竞争融合，但水多、水少、水脏、水浑依然是阻碍长江流域绿色高质量发展的瓶颈。其根本原因是将水循环、水生态、水化学和水沙过程进行分离式管理，未能充分融合多过程间的多向反馈作用机制，也忽略了水循环是主循环和主驱动的客观事实。过去水生态环境保护以污染治理为主，主要为水资源、水环境、水生态单一要素与“水资源 水环境”双要素耦合，治理策略上存在机理分析不足的短板。针对长江流域生态文明建设战略需求，新时期应从流域生态系统的整体性、系统性及问题靶向性出发，向“水资源 水环境 水生态”流域多要素统筹推进、协同治理、精准调控转变，在新形势下亟需构建“优化水资源调控 改善水环境质量 修复水生态系统”的三水协同调控技术体系，数字赋能提升水生态环境精准管控水平，是实现长江流域水生态环境由量变到质变的转变与协调推进长江流域高质量发展的关键抓手。以水生态环境高水平保护促进长江经济带经济社会高质量发展，推动实现长江流域“五江共建”的生态文明建设新格局。在此背景下，本文深入分析了长江流域三水存在的问题及协同调控面临的挑战，提出了三水协同调控作用机制剖析、调控手段策略以及智慧化建设等三水协同调控关键技术体系的创新和应用。长江大保护三水调控举措及成效长江大保护实施以来，自 年起陆续发布了长江经济带发展规划纲要长江经济带沿江取水口、排污口和应急水源布局规划长江保护修复攻坚战行动计划等，随着水资源方面的“饮用水源和应急水源安全保障、水资源配置优化”，水生态环境保护治理方面的“化工污染治理、排污口排查整治、三磷污染治理 工程、农业面源污染治理和十年禁渔”等关键措施的践行，长江流域水资源利用效率得到有效提升、干流水质全面转好、水生态修复得到明显改善。（）水资源管控成效显著。长江流域实施最严格水资源管理制度以来，通过水资源消耗总量和强度控制“以水而定”，促进流域经济社会“量水而行”，长江流域水资源开发、利用、治理、配置、节约、保护管控成效显著。长江流域 年万元 用水量、万元工业增加值用水量、农田灌溉亩均用水量、城镇人均生活用水量分别达 ，和 ，万元 用水量和万元工业增加值用水量相较 年分别下降了 和 ，工业用水效率提升明显，农田灌溉和城镇居民生活用水效率也逐见成效。（）水生态环境明显改善。通过建立长江流域水生态考核机制，实施生态保护红线、严治化工围江、控制污染物排放许可制、长江十年禁渔计划等多项生态环境保护举措。长江流域水环境保护在对污染浓度进行限制的基础上进一步明确了长江环境保护的总体目标和区域污染的总量控制，用约束性目标管理来倒逼经济转型，由污染防治的末端治理方式向污染过程控制和源头控制转变。入河排污口溯源完成率达 以上，完成了污水直排乱排的排污口 多个、存在问题的“三磷”企业 家和尾矿库 座的整治工作；年长江流域监测的国控断面中 类水质断面占 ，长江保护修复攻坚战行动计划明确的劣类国控断面于 年底全部消除，干流和主要支流水质均为优；地级及以上城市建成区黑臭水体基本消除；实现了重点跨省河湖生态流量保障体系全覆盖。长江流域水生态环境质量改善明显，鱼类资源呈恢复迹象。长江流域存在的三水问题与挑战长江流域梯级枢纽的建成运用等人类活动的短期影响和气候变化的长期影响对水资源、生态生境等水生态环境累积影响深远，长江流域水资源利用开发、水环境保护、水生态安全和水旱灾害防治等目标下的三水协同治理与精准调控面临着新挑战。三水问题（）水资源节约集约利用存在短板。长江流域水资源时空分配不均，地区季节性、水质性缺水问题严重。受工程影响范围、流域地质条件、操作技术难度等 人 民 长 江 年因素的影响，长江流域水工程调节能力存在短板，干支流水库群防洪 水资源 水环境 水生态等多目标联合优化调度体系尚需完善。部分地区枯水期降雨量不足全年，枯水年和枯水期部分支流区域间、生活生产与生态用水、流域内用水与跨流域调水还需要统筹协调。流域用水总量控制指标未完全分解落实到河流水系等空间单元上，生产、生活、生态空间布局需要进一步优化，各行政区水量分配份额、水资源控制红线需要明确等。当前长江流域城市供水管网漏失率约，灌溉水有效利用系数约 ，节水技术有待提升完善，先进的节水经验、模式和行为规范有待推广，水资源利用效率仍有较大的提升空间。（）水生态水环境问题依然突出。长江流域水生态水环境总体情况有所改观，生态质量总体优良，生态安全屏障基本建成。但多地环境基础设施欠账较多，整改成效不确定、生态问题存在反复。干流城市江段以及部分支流水域仍受不同程度的污染，流域内部分水源水质出现有机污染，多地区水源地水质不达标；长江干流局部江段及其支流乌江、岷江、沱江磷超标问题突出；平原河网地区河道流动不畅，浅层地下水水质总体较差；城市水体黑臭现象未完全消除。流域内多数湖泊为轻、中度富营养化，滇池、洞庭湖、鄱阳湖、巢湖等重点湖库营养化水平仍处在较高水平，三峡库区部分支流库湾水体处于轻度富营养化。在长期围湖造田、挖沙采石、水电站建设等人类活动影响下，长江流域水生态功能退化依然严重，部分河道生态流量保障不足，湿地、湖泊面积萎缩，水生生物多样性持续减少。（）防洪抗旱减灾存在薄弱环节。随着三峡、南水北调东中线、干流堤防加固等流域骨干性工程陆续建成，长江流域已经基本形成现代化长江防洪减灾体系。长江重要支流、湖区重点圩垸堤防防洪能力偏低，防洪标准和工程生态化水平提升需求迫切，防洪抗旱减灾仍存在薄弱环节。受水文循环改变的影响，水资源时空分布不均现象愈发明显，长江流域多地区发生干旱灾害，长江流域发生极旱和重旱事件分别约为 一遇、一遇；年遭遇了 年以来最严重的气象干旱。防洪工程建设与运行阻隔水系横向、纵向连通，急需堤防生态化改造；蓄滞洪区围堤、进退洪设施建设滞后，难以实现“分得进、蓄得住、退得出”的要求；中小河流与病险水库治理、山洪灾害与风险防控仍需加强。现有工程管理信息化程度不高，监管压力大，防洪抗旱体系联合调度信息化支撑不足。三水协同调控面临的形势与挑战（）水沙形势和江湖关系变化带来的持续影响。长江流域内已建成水库 万座，总库容达 亿，极大缓解了防洪减灾、水资源综合利用等需要。受长江上游来沙大幅度减少及三峡水库拦沙的影响，长江上游进入中下游河道的泥沙大幅度减少、干流河道发生长距离大幅度冲刷，年三峡水库共淤积泥沙 亿，宜昌站多年平均输沙量较年前均值减少了，年宜昌至长江口徐六泾江段共冲刷泥沙约 亿；三峡水库建成以来长江与鄱阳湖水量交换出现明显差别，湖口 月出流明显增加。长江干流和主要支流的水沙过程已受到人类调控的强烈影响，长江中下游的水沙关系和江湖关系已发生显著变化并将持续变化。（）人类活动和全球气候变化带来的新挑战。长江流域经济发展过程中城市化、工业化、污染排放和水资源开发利用等强人类活动导致流域水环境水生态发生了深刻变异。受全球气候变化的影响，长江流域河流径流量表现出明显的上升趋势；在气候变暖背景下，水资源量在时空分布上的变化会改变地表水环境，导致湖泊富营养化加重。随着微 小 中 大多层次防洪工程、水环境污染控制工程、水生态修复工程等建设运用，长江、汉江等流域防洪抗旱减灾能力和水生态环境质量明显提升。但人类活动与全球气候变化影响下洪涝干旱及水生态环境风险发生可能性、机理过程复杂性、高时空变异性、驱动因子综合性等持续增大，对长江流域三水协同调控带来新挑战。（）高质量发展下水资源水环境水生态协同治理的新要求。长江经济带要走出一条绿色发展前提下的高质量发展之路，其重大原则是保护和发展协同推进，要严守以水量、水质、水生态要素为核心的流域生态保护红线，山水林田湖草系统综合治理，促进流域生活、生产和生态空间协调发展。在治江思路上强调人与自然的和谐相处，统筹陆域 水域、河流 湖库、干流 支流、上下游、左右岸，需严格保障生态的用水需求，落实水资源的刚性约束，强化流域生态系统修复和环境治理，优化水工程调度，推动共治、共管、共享。（）水利治理体系和治理能力现代化建设提出的新任务。国家“十四五”规划纲要明确提出，构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力；国家“十四五”新型基础设施建设规划明确提出，要推动大江大河大湖数字孪生、智慧化模拟和智能业务应用建设。数字流域和智慧水利是实现水利信息化、现代化的主要手段，长江流域需要进一步整合“智慧长江”概念，进一步落实智慧化、精准化环境治理重要指引，深化、物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术在三水协同调控中的应用力度，以智慧化手 第 期 张万顺，等：长江流域三水协同调控关键技术应用展望段赋能三水管理，实现对水利数据的采集、储存、传输、分析和管理，稳固推进长江流域三水调控现代化变革，创新现代化的高效能三水智慧化调控体系与体制机制。三水协同调控关键技术应用展望人类活动和气候变化对流域水循环及其伴生过程的影响逐渐增加，长江流域水生态环境时空差异性高、涉水对象多样、机理过程复杂。面对流域三水融合协同共治及其靶向精准治理的现实需求