水资源配置

1. 水资源配置

水资源配置在水利工作中具有重要地位。在水利规划中，它既是宏观决策和方案比选的工具，也是分析水资源承载能力确定以水定发展、完成水权初始分配和制定分水方案等重要决策工作的核心工作。水资源配置不仅包括区域行业间的水量分配，同时还包括水资源需求分析、水资源保护方面的内容，也蕴含了水利工程的运行调度，需要在水资源评价等基础工作上由不同专业人员协作完成。

国内水资源配置的发展历程

“就水论水配置”阶段。这一阶段虽然形成了流域范围配置的概念，但仍然以水资源本身对确定性的用户分配为主，对于影响配置的社会经济因素缺乏互动性的分析。

“宏观经济配置”阶段。重点研究了水与国民经济的关系，提出了基于宏观经济的水资源合理配置方法。这一阶段的水资源配置目标主要是经济效益最大化，从社会经济整体出发将水资源作为资源条件，扩大了配置分析的范围，形成了水与经济的双向反馈机制，从而建立供需动态适应的水资源配置模式。通过这一阶段的积累，逐步形成了考虑经济发展需求的流域整体水资源配置概念，为推进全国范围水资源配置工作奠定了基础，但这一阶段的研究和实际配置工作尚缺乏生态因素需求和影响的分析。

“面向生态配置”阶段。针对水生态问题最为严峻的西北内陆河流域提出面向生态的水资源配置方法。随着生态需水分析方法逐渐成熟，生态水量配置出现多类研究方法。在实际应用中，面向生态的配置不仅需要考虑河道内生态需求，也需要考虑改善区域生态环境的河道外生态用水，从减少生态负面影响和增加生态效益两方面衡量，从而增加了决策复杂性，因此用于解决复杂决策问题的博弈论也逐步引入并应用到流域水资源配置中。不同类型的生态水量配置方法都需要比较生态效益和经济效益，而目前仍然存在水的生态服务功能或者效益难以评价的问题，成了面向生态水资源配置的难点。由于生态需水与自然状态、降水过程密切相关，还有待进一步深化基于机理的生态需水研究以支撑配置工作。

“广义水资源配置”阶段。提出了广义水资源配置，将大气有效降水、土壤水和再生水纳入水源范围，同时重视污水处理、中水回用等再生性水资源利用，并在宁夏地区开展应用。广义水资源配置理念较为超前，由于目前的水量配置工作一般基于现有的水资源评价口径开展，对于在现有评价体系之外的大气降水、土壤水等非常规水源缺乏相应的基础数据积累，因此在实际使用中存在较大困难，基于耗水的配置也存在类似问题，因此尚有待在实际工作中逐步推进相关基础性工作。

“跨流域大系统配置”阶段。南水北调工程是跨流域大系统配置研究的重要推动因素，由于南水北调涉及到长江、淮河、黄河、海河四大流域，水量分配存在多水源、多用户、多阶段、多目标、多决策主体，水资源合理配置是确定工程规模的基础。考虑跨流域工程运行受需求、工程和水价成本、本地水与外调水关系等多个因素影响，系统仿真理论、供应链管理理论以及“水银行”等分析方法被引入到跨流域调水的配置和调度分析中，并在南水北调受水区得到广泛应用。大系统水资源配置技术既要考虑调水工程的优化调度效应，也需要从水量配置效益角度分析水源区、受水区、营运方等不同利益主体间的协调关系。而目前跨流域调水的规划论证分析和建成后的运行需求存在一定偏差，因此对于已建调水工程配置一般还是在预定分水方案和配置优先序基础上与本地水实现优化配置，尚不能完全反映复杂大系统特点。

“量质一体化配置”阶段。量质一体化配置源于实际需求，由于不同用户对水质的要求不同，从而推动了结合水质条件的水量配置。相关研究经历了水利工程水量水质联合调度、分质供水、联合模拟配置等不同阶段，目前仍是水资源配置领域的研究重点之一。从现有研究成果看，水量水质联合配置存在多个研究方向，由于水环境因素存在多类指标、水污染存在多种类型，治理模式也处于快速发展过程中，因此难以采用某一方法或模型适用不同需求。

配置原则和平衡关系

水资源配置的核心理念是实现资源、环境和生态的综合承载能力与经济社会发展相协调，通过合理配置保持区域经济发展与环境保护的平衡。以下几类平衡关系是水资源配置的重点。

水资源量的供需平衡。水量供需平衡是水资源配置中最基本的关系，是在满足水源用户之间的配置关系和优先序基础上寻求供水效益最大化。影响需求的主要因素是经济总量、经济结构和用水效率。影响供给的主要因素为供水工程能力，包括地表水、地下水、跨流域调水、再生水等不同类型的水源工程及其运行方式。

污染排放和自净处理之间的平衡。水污染和治理之间也存在动态平衡关系是实现各类污染物质排放总量与削减总量之间的平衡，主要影响因素是河流水体自净能力、污水排放量和处理能力。

水资源开发与生态保护的平衡。由按照生态经济学的观点，水资源开发利用导致的水循环天然生态服务功能要尽可能少的下降，相应的人工生态服务功能要尽可能多的上升，同时还要有相应增加的经济服务功能。

水投资来源与分配的平衡。水投资来源于经济积累，水投资增加，水问题得到缓解，可以增加社会净福利，但也会导致其他部门的发展速度下降和社会净福利减少。这种反馈机制决定了存在一个水投资与其他投资比例的合理区间，在区间内流域或区域的社会净福利会保持在较高水平。此外，水投资也有不同类型，包括水源开发、水环境保护治理、节水等。水投资平衡即水投资在社会总投资中应占据合理的比例并保持各类建设治理措施的均衡。

发展方向

多维调控决策机制下的配置。需要建立：以耗水控制为中心的水平衡决策机制；以水循环系统健康为中心的生态决策机制；以公平为核心的社会决策机制；以边际成本和社会净福利为中心的经济决策机制；以水量水质联合配置为中心的环境决策机制。追求流域区域的生态—经济服务价值最大。

基于效率的水资源配置。综合各类平衡关系和决策机制，对水资源配置的目标界定可以认为是实现综合效率最高的水资源调控，使得低效端的水向高效端的水转化。水资源配置的发展方向就是要遵循各类决策机制实现综合用水效率最高。基于效率的水资源配置就是通过多维临界整体调控，减少经济社会系统中的低效蒸发，增加高效蒸发，促进经济、社会和环境综合效益提高；通过经济端的高效用水，将节约下来的水分还给生态系统，促进经济社会系统和生态系统良性互动。

低碳模式的水资源配置。水资源配置的另一个重要发展方向是面向低碳的水资源配置，实现真实的节水和“节能减排”。低碳模式的水资源配置就是基于“自然—社会”水循环与碳循环机理，辨识区域碳水耦合作用机制，构建碳水耦合概念系统，绘制碳水耦合系统网络图，结合碳水耦合模型和野外原型观测技术定量化识别碳水耦合机制，其核心是增加生态用水以增加碳捕获能力，同时在社会水循环中促进节水以减少碳排放。

2. 流域水资源系统

4. 1. 1 水资源系统的划分
4. 1. 1. 1 地表水流系统
黑河流域各河流汇水面积大于 100km2的有 19 条，年径流量超过 100×104m3的有 38 条; 流域内水系除个别小河流发源于流域东部的大黄山外，其他河流均发源于南部的祁连山区，其代表性的河流主要有黑河、梨园河、洪水坝河、北大河等。
黑河流域从整体上为一独立的地表水流系统，依据系统内地表水与地下水的水力联系及其归属，可分为东、中、西三个地表水流子系统 ( A、B、C) ———子水系 ( 图 1. 1) 。
东部子水系 ( A) : 由黑河干流和梨园河及其左右 20 条小河组成，除梨园河供山前灌溉引水后尚有余水注入黑河外，其余各河出山后或被引灌或渗失于山前冲洪积扇均未注入黑河; 黑河干流从莺落峡出山后流经张掖、临泽、高台于正义峡穿越北山，过鼎新、东风场区、额济纳最终注入东、西居延海，全长约 800km。
中部子水系 ( B) : 为酒泉马营河—丰乐河诸小河流水系，为浅山短流，归宿于肃南裕固族自治县明花区—高台盐池盆地。
西部子水系 ( C) : 为酒泉洪水河—北大河等水系，亦为浅沟短流，只有洪水河和北大河可贯穿酒泉盆地，北大河经鸳鸯池水库进入北部金塔盆地，最后由盆地东北角的 “营盘”注入黑河干流，从而把西部子水系与干流水系联在一起; 但自 20 世纪 50 年代以来，营盘北大河断流，不再有地表水注入黑河，东、西部水系再无地表水力联系，故金塔盆地成了西部子水系的最后归宿。
4. 1. 1. 2 地下水流系统与含水层系统
黑河流域从整体上也为一独立的区域地下水流系统，依据系统内地质构造、地下水的循环条件、水力性质、水化学与环境同位素和地下水位动态以及含水层结构 ( 图 1. 6～图 1. 32、图 4. 1)等方面的差异，可分为上游山丘 ( 与沙漠) 区、中游南盆地和下游北盆地三个地下水流子系统( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) 和 16 个地下水流亚系统及单层与多层两个含水层系统 ( 表 4. 1) 。
上游山丘区 ( Ⅰ) : 主要为南部的祁连山山区，包括中部的龙首山—合黎山、北山山体，以及北部的马鬃山山丘区，分布有基岩裂隙和碎屑岩类裂隙孔隙潜水含水层。地下水多以沟域为单元自成补径排系统，就地接受降水和冰雪融水的补给，顺沟势径流，最终排泄于沟谷之中参与河川径流。
中游南盆地 ( Ⅱ) : 包括大马营、张掖、盐池、酒泉东、酒泉西等五个盆地，盆地从山前向中部由单一的砾卵石孔隙潜水含水层渐变为多层的砂、砂砾石孔隙潜水－承压水含水层。盆地承接来至祁连山区降水、冰雪融水和地下水形成的河川径流，并形成山前河水大量下渗补给地下水、盆地中部地形低洼地地下水大片溢出成泉补给河水的水资源相互转换关系。
下游北盆地 ( Ⅲ) : 包括鼎新谷地、额济纳盆地和金塔盆地，水文地质特征与中游盆地基本类同，但在补给水源与含水层渗透性等方面较中游盆地明显变差。下游盆地主要接受中游盆地出境地表水的补给，由于中游盆地耗水量大，其流入下游盆地的地表水量大幅度减少，造成地下水补给量的不足，下游盆地的地下水主要耗散于蒸发蒸腾。

图 4. 1 盐池盆地 ( 明海凹陷) 含水层基底与地下水位等值线图

表 4. 1 黑河流域地下水流系统与含水层系统划分表


4. 1. 1. 3 水资源系统
根据地表水流系统与地下水流系统的特征及其组合关系，黑河流域可表示为 3 个地表水流子系统 ( A、B、C) 与 3 个地下水流子系统 ( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，及其 16 个亚系统) 的水资源系统 ( 图4. 2、表 4. 2) 。

图 4. 2 黑河流域水资源系统

表 4. 2 黑河流域水资源系统划分表


注: 编号组合 A－Ⅱ2———表示东部子水系－南盆地－张掖盆地水资源系统。
黑河流域水资源系统是由地表水流系统与地下水流系统叠置的二元结构水资源系统。中游盐池盆地内的明海凹陷与北部盐湖区的存在，以及地表水和地下水向盐湖径流排泄的水流特征 ( 图4. 1) ，是中部子系统独立于东部子系统和西部子系统的重要标志; 下游金塔盆地的地表水自 20 世纪 50 年代以来不再注入黑河干流，以及鼎新谷地基底下陷而显著低于西侧金塔盆地基底的水文地质结构特征 ( 图 1. 12) ，是分离东部子水系和西部子水系的重要佐证。各子系统内的地质构造( 图 1. 6，如永固隆起、嘉峪关大断裂、哨马营基底隆起等) ，则是进一步划分亚系统的重要依据。
4. 1. 2 水资源系统的结构与功能
黑河流域是一个闭合的流域，水资源主要通过大气圈层与域外发生水汽交换，从年或多年的时间尺度平衡，这种域内、外水汽交换的净输入量或净输出量相对于域内的水资源总量是很小的。所以，黑河流域水资源系统可以视为一个 “封闭系统”，系统内的地表水和地下水是其组成部分，亦即水资源系统是由地表水流系统与地下水流系统组成的水资源流动系统。
水资源系统内部具有自组织、自协调、自修复等功能，表现为系统内水资源形成—运移—耗散的有序组织和协作功能，以及系统内水资源受到外部干扰后自我修复与调整的功能。因此，系统内水资源的形成与耗散，河水与地下水的相互转化，以及水资源开发利用引起的水资源时空再分配等，都具有明显的地域性和一定的宏观规律性。
4. 1. 3 系统内水资源的形成、耗散与循环
系统内的水资源主要形成于南部的祁连山区，主要耗散于南、北盆地; 水资源总体上由南向北运移，最终以北部的东西居延海为其归属地。因此，南部的祁连山区是系统内水资源的形成径流区，南、北盆地则为系统内水资源的径流耗散区。
祁连山区的冰川、地下水、河水的总补给源是大气降水，降水及泄入沟谷的地下水和冰川融水组成了河川的地表径流。山区的地表水径流和地下水径流进入平原后，约有 60%～70%水以蒸发蒸腾等形式耗散于中游盆地，剩余不足 40%的水流入下游盆地并耗散进入大气; 中游盆地水资源受到人为因素 ( 渠道引灌河水、井采地下水) 的强烈干扰，是其加速蒸发蒸腾耗散过程的重要原因之一。大气圈的水汽不断输往山区，并在山区以降水回落地面产生新的径流，从而形成了水资源系统内部的水循环过程。
4. 1. 4 系统内河水与地下水的相互转化关系
河水与地下水之间相互转化完全受地质构造、地形地貌条件的限制，系统内的水资源按照自然规律由南向北完成其水循环的过程中，河水与地下水也经历了多次相互转化 ( 图 4. 3) ，其总特征如下。

图 4. 3 黑河流域河水与地下水相互转化关系分带示意图

在祁连山区，受山麓丘陵阻滞地下水径流的控制及中高山地密集、深切的水文网影响，绝大部分地下水在中高山区排泄于河谷而转化为河水，地下水泄出量12. 58×108m3/ a，约占出山河水总径流量 ( 37. 69×108m3/ a) 的 33%。
在南盆地，山前洪积扇群带河流水位一般高出地下水水位 10～20m，河水流经洪积扇群带大量渗漏转化为地下水，河水总入渗量 7. 72×108m3/ a，约占河水总径流量的 20%; 盆地中部洪积扇缘和北部细土平原，由于地形坡度变缓，含水层导水性减弱，地下水径流受阻使地下水位抬升而高于河流水位，地下水在低洼地带溢出地表汇集成泉及河水; 盆地最北端的走廊北山阻隔了地下水的径流，地下水在盆地北部除耗散于蒸发蒸腾 ( 6. 96×108m3/ a) 外几乎全部溢出转化为河水，地下水总溢出量 12. 04×108m3/ a，约占河水总径流量的 32%。
在北盆地，天然条件下河水与地下水之间的关系基本上是一个随河川径流河水逐渐渗入转化为地下水的过程，在河流量大的时期将有少量河水流入居延海，河流量小的时候则全部渗失于径流途中，河水总入渗量 6. 49×108m3/ a; 盆地内地下水没有溢出，地下水的排泄几乎完全依赖于盆地北部大面积的蒸发蒸腾，地下水总蒸发量 11. 42×108m3/ a。
河水与地下水之间的水力关系，以及河水与地下水之间在运动循环过程中反复、大量的转化现象，反映了系统内河水与地下水在成因上不可分割的联系，可以认为南北盆地的水资源主要是祁连山区水资源的重复。
4. 1. 5 系统内水资源时空再分配
系统内的水资源流经南北盆地，不仅表现为河水与地下水之间的相互转化关系，而且还受到渠道引灌河水、机井开采地下水等人为因素的强烈干扰，迫使盆地内的水资源在空间和时间上重新分配。
祁连山区进入盆地的河流及盆地内的地下水，由渠系、机井等引提水工程将河水和地下水引入灌区，渠系水与灌溉水于农灌期在灌区内大量渗漏补给地下水，渠田水总渗漏补给量达 10. 47×108m3/ a，占到盆地地下水总补给量 ( 32. 64×108m3/ a) 的 32%，其南、北盆地的比例分别为 39%和 14%。

3. 区域水资源优化配置方法

当今全球性水资源短缺危机严重威胁人类的生存安全，特别是区域性的水资源紧张越来越严重地制约着社会的进步、经济发展和人们生存环境的改善。对于缺水区域而言，水资源是有限的，具有稀缺性，其中部分地区的水资源开发具有竞争性。由此决定了区域水资源必须优化配置，以使其发挥最大的经济、社会、环境效益，保证区域经济社会的可持续发展。徐振辞对区域水资源优化配置方法进行了如下阐述[5]：
第一，确定优化目标、可行决策方案和约束条件。有时，优化目标只有一个，如可确定水的经济效益最大或供水量最大，也可确定几个目标值，如分别选经济、环境、社会等方面的代表性目标。确定可行决策方案是指水资源系统中所有的可行决策方案，如供用水工程的确定或调配计划可行性等。在分析系统的优化时，也应将所有的约束条件确定，如果约束条件遗漏或设计不正确，优化方案可能是不正确的或不是最优的。
第二，建立数学模型，即用数学模型来模拟描述系统内各影响因素的特征以及相互影响关系和影响力度。在实际规划中，有些决策变量难以用数字表达，应采用特定的技术解决非结构化问题。
第三，数学模型求解，按照选择的数学模型确定模型的计算参数，选择适当的分析计算方法，得出优化解。最后还要进行灵敏度分析，分析模型中所含参数变化范围及其对最优解的影响作用。
第四，计算结果的验证，最好的率定方法是，选取可靠的实际系统记录与模型性能及输出结果进行比较，然后通过调整率定参数，保证模型输出结果准确可靠。
此外，丘林等结合实例，提出了区域水资源优化配置大系统分解协调模型、作物非充分灌溉制度的多目标优化模型和作物间水量优化分配及作物种植结构模型，并进行了区域间水量的优化配置研究[6]。
参考文献
[1]水利部.我国水资源合理配置任务[J].中国人口.资源与环境，2003,（2）:124
[2]甘泓，李令跃，尹明万.水资源合理配置浅析[J].中国水利，2000,（4）:20～23
[3]李晓明.浅析水资源优化配置[J].水利发展研究，2003,（12）:25～27
[4]王浩，王建华，秦在庸.流域水资源合理配置的研究进展与发展方向[J].水科学进展，2004,（1）:123～128
[5]徐振辞.区域水资源优化配置理论与方法[J].河北水利，2003,（6）:22～26
[6]丘林，徐建新，陈南祥等.区域水资源可持续利用管理理论与应用[M].河南：黄河水利出版社，2003,79～98
[7]左其亭，陈曦.面向可持续发展的水资源规划与管理[M].北京：中国水利水电出版社，2003,142～143
[8]林洪孝主编.水资源管理理论与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2003,288～291

4. 水资源流域管理

10.2.1　现状与思考
流域水资源是不依行政区划而改变其自然属性的一个系统、一个整体。我国以流域为单元进行水资源统一管理具有悠久的历史，并取得了丰富的经验。2002年通过的新的《水法》又进一步明确了“流域管理与行政区域管理相结合”的管理体制。但目前的流域管理机构仍存在水资源管理权威性不强的情况，其中主要原因是：①一个流域常被多个行政区域所分割，行政区域对水资源的开发、利用、管理等诸方面的决策表现为以己为中心的自利性，这对行政区域本身来说无法指责，但对整个流域势必造成按行政区域分散管理的状态，破坏水资源统一性、整体性规律和以流域为单元管理水资源的普遍适宜原则；②流域管理机构应是流域管理主体，具有国家水资源公共权力机关授予的管理权力，但是，由于缺乏代表地方政府和用水利益的代表参与管理，使涉及多个行政区域和用水户的水资源信息不畅通，决策交流不够，失去流域水资源管理对象（流域内各区域政府、用水户、人）的自觉服从，因而，难以建立起基于行政区域和用水户利益整体效益最佳的流域管理权威；③这些跨行政区域的流域管理机构只是水利部的派出机构，虽然拥有一定行政职能，但仍然是一个事业单位，并非一个真正的管理机构，很难直接介入地方水资源开发、利用与保护问题，目前仅在流域防洪事务中发挥着较为明显的指挥协调作用；④从流域管理的内力机构设置来说，仍仅是一个以流域规划设计和研究型的事业机构，难以承担流域管理的重任[2]。
笔者认为，加强水资源流域管理，首先必须增强流域管理机构的权威性，这种权威性又要从机构设置和人员配备着手。要在水利部下设的7个派出机构基础上再分层设立县级以上流域管理机构，即凡是跨县的流域均设立流域管理委员会，形成一完整的流域管理体系。如珠江（跨省）水利委员会（一级）下设韩江（跨市）水利委员会派出机构（二级），韩江下面又分别设立梅江（跨县）、石窟河委员会等三级机构，机构人员要由省、市、县三级政府官员、水利部门及有关专家三方面组成，要赋予其行政决策职能以实现县域之间、省域之间的用水协调。其次，必须加强流域管理机构的水资源管理能力建设，以适应新时期的治水理念、水资源管理业务和处理利益复杂的水资源案件和水事纠纷的需要。再者，可构建流域管理委员会，这种委员会与前述的流域管理机构的含义不同，后者只是一个协会式的松散机构。由用户利益共同体中筛选代表与政府、水管理部门的代表组成，主要参与流域管理决策。在这方面日本有成功的经验[5]，文献[9]和文献[10]也论述了公众参与在水资源管理中的应用。第四，加强涉水部门管理职能的协调。
10.2.2　几个有待解决的问题
10.2.2.1　流域管理能否作为经济和社会管理的基础
流域管理的最基本出发点是，流域是自然的水文单元，按照水资源的演变规律，水资源开发利用和管理应以流域为单元进行。但流域不是政治和行政的管理单元，而且水政策也经常受到流域以外因素的影响。更进一步的问题是，在流域层次实施什么样的管理是高效的？是否诸如经济和社会发展规划与活动等问题也应以流域为基础来进行，还是流域管理应仅仅局限于流域的水问题。从目前国际经验来看，将水管理作为经济和社会管理的基础是不恰当的[1]。也即是，流域管理只应管理流域内水的分配和利用，而不是决定与水利用有关的社会和经济活动。尽管世界上有几百个流域管理机构，但仍有许多国家由于各种原因没有设立流域管理机构，即使在设置流域管理机构的国家，也并不是在其所有流域都设置。
10.2.2.2　不同社会经济发展水平和环境下如何设置流域管理模式
不同的社会文化背景、政治体制和经济发展水平，以及不同的水资源开发利用水平和所面临的不同水资源问题的国家，在流域管理体制选择和设置上是不同的。如前所述，流域管理的形式可以是正式的流域管理机构，或是松散的协调组织，但从制度经济学角度，有效的机构应是解决问题的最简单机制。从这点出发，世界上就不会有一个通用的模型，但在选择合适的机构时，一般或多或少会考虑流域内的3个问题：①当水资源管理和共享的政策成为问题时；②当跨界流域需要协调和调解冲突时；③当流域内存在效率和有效性问题时。若这些问题越严重，则流域管理局的机构形式可能越合适；如果这些问题都不严重，可能只需要成立协调委员会或理事会。当然，流域管理应随着所面对问题的变化而演变。
10.2.2.3　如何解决我国水资源管理所面临的流域间差异性
我国幅员辽阔，按照目前流域管理机构设置的管辖范围，长江流域面积达180万km2多，长江水利委员会同时负责西南诸国际河流的管理；即使最小的太湖流域，面积也为36895km2，而太湖流域管理局同时还管理东南沿海诸河流域。如此辽阔的流域面积，以及流域间的地域差异和水文及水资源条件的差异，导致了不同流域的水资源开发利用程度的差异，及所面对的水资源问题的不同。如以水资源开发利用程度为例，海河流域的水资源利用率已经超过90%，黄河流域接近50%，而长江和珠江流域都不足15%。目前我国北方的流域所面临的主要问题是水资源短缺以及所导致的生态环境问题，而我国南方流域则主要是水污染问题。另外，流域之间的国民经济和社会发展水平也存在显著的差异。在我国这样的统一体制的国家中，这些差异性的存在，使得流域管理机构设置在结合流域的自然社会经济情况上，存在一定的挑战。
10.2.3　如何实现流域水资源的统一管理
近年来，关于水资源流域管理的研究文章层出不穷。雷玉桃等[3]阐述了我国水资源流域管理必要性，并探索了水资源流域管理创新对策，强调加强对流域水资源质与量的统一管理以及加强流域水权交易的准市场制度建设；佟春生等[4]从管理的主体、客体、任务、模式和特征5个方面论述了流域水资源管理的内涵，并阐明了管理与保护、开发和利用的关系，以及实现保护、开发和利用的管理体制、管理运行和管理机制的关系。陈菁[5]从水管理形态与水利用形态的相互组合角度构建了流域水资源管理体制，认为我国的流域水管理体制均为统制——独自型，在这种体制中决策者与用水者之间缺乏监督和评价机制。王文生[6]对推进水资源流域管理与行政区域管理相结合提出了6方面意见；郝火凡等[7]从水循环角度对流域水资源作了苦干思考；杨志峰等[8]则提出了关于流域水资源冲突管理的新思路，认为部门之间、流域上下游之间以及水资源的利用现状与可持续发展利用之间的冲突已成为危及地区和平与安定，制约地区经济发展的重要因素。这些冲突是传统流域水资源管理所无法解决的，缓解决这些冲突已成为流域水资源管理的重要研究领域。解决水资源冲突的程序和方法主要有法律手段、制度建设、ADR技术和武力解决等方法。
随着2002年《水法》的实施，我国的流域管理将逐步建立和完善，参照国际上流域管理机构的经验和教训，文献[1]提出了我国流域管理建设的如下建议：
10.2.3.1　清晰与区域管理的关系
随着我国的水资源管理体制由“分级、分部门管理相结合的制度”向“流域管理与行政区域管理相结合的管理体制”过渡，可以预见，随着部门间冲突的渐渐消除，水资源管理的冲突将由部门间转向部门内，也即流域管理和区域管理之间的冲突将可能逐步增多。在我国已经建立了较为完善的区域管理体制下，如何建立与之相协调的流域管理体制及职能是一个需要尽快解决的问题。在2002年《水法》中，尽管确立了流域管理机构的职责，但在区域管理和流域管理的关系上不清晰，存在许多交叉的内容，需要在具体的实施中清晰化。
10.2.3.2　鼓励参与
国际上任何一个成功的流域管理，其成功的关键是积极地参与。流域管理的建立本身就是为了协调由于水的流域特性造成的跨行政区域的管理问题，其特点就需要流域各利害相关者群体的参与和支持。同时，有效地参与能建立一种交流机制，促进问题的解决。但目前，按照2002年的《水法》和我国目前的流域管理模式，尽管在规划和管理中存在一些水行政管理部门之间的参与，但还没有从体制上保证这些参与以及更广泛人员和团体的参与。
10.2.3.3　建立协调机制，加强流域内自然资源的统一管理
客观上，我国目前的流域管理仅仅是水的流域管理，而且还注重于水量的管理。在我国目前行政体制下，建立流域内自然资源统一管理的机制在近期内不可能实现。在这种情况下，流域管理工作有必要建立有效的协调机制。这种协调机制包括水行业内和水行业外，以及与其他自然资源管理特别是土地资源管理部门的协调机制。
10.2.3.4　改革机构
根据2002年《水法》，流域管理机构将成为流域水管理机构。但我国现有的流域机构是国家为了对主要江河实施大规模治理而设置的。从其设立之初便带有浓厚的搞基本建设色彩，形成了一支集工程规划、勘测、设计、施工及工程管理等各种专业为一体的庞大的技术队伍，客观上形成了现有的流域机构重视技术管理、工程管理、忽视水域、水资源和水行政的管理，难以承担起流域水管理部门的职责。而且流域管理机构内部政事企职责不分，人员结构不合理，机构臃肿，人员的流域管理与执法能力不足。在实施2002年《水法》和单位的机构改革中，应以流域管理机构内部政事企分离为重点，分类改革，稳步推进，逐步建立符合我国国情、权利和责任统一、高效的流域管理。

5. 跨流域跨区域配置水资源的骨干工程

华北水利水电大学水利学院“思源南水北调，关注生态民生”社会实践队南水北调工程是我国跨流域跨区域配置水资源的骨干工程，是世界最大的调水工程，也是一项对我国战略全局、长远发展和民生福祉有重大影响的战略性工程。1952年，毛泽东在视察黄河时，首次提出了南水北调的伟大设想。他说；“南方水多，北方水少,如有可能，借点水来也是可以的。”经过近半个世纪的规划论证，最终从50多种方案中选出东、中、西三条调水线路。2012年12月，世界上最大的水利工程——南水北调工程正式开工。南水北调工程的实施具有重要的战略意义及其价值。南水北调工程促进了发展格局优化协调。南水北调提升了华北地区水资源承载力，促进了北方地区劳动力、资本、科技等要素的集聚，显著推进了北方经济可持续发展和南北经济的协调发展。沿线省市紧紧抓住南水北调工程建成通水的机遇，有计划地整体实施农村生活水源置换，推动了乡村产业发展，实现了城乡供水一体化，缩小了城乡收入差距。在有力促进物质文明发展同时，中国南水北调博物馆等一批精神文明工程也相继开工，弘扬了南水北调精神。南水北调工程激活了受水区绿色发展。一方面，南水北调工程提升了华北地区地下水水位、扩大了受水区水域面积、基本恢复了受水区河湖等水体的自然生态。另一方面，南水北调工程遵循“先节水后调水、先治污后通水、先环保后用水”的要求，倒逼沿线地区产业绿色转型，走上了产业生态化发展道路，产生了更好的经济效益。例如，南水北调工程山东沿线高污染草浆造纸企业减少65%，取而代之的是更加环保的新技术企业，但纸产量却是之前的3.5倍，利税是原来的4倍。南水北调工程实现了内外联动。

6. 流域水资源需求分析

结合流域经济发展水平，对规划水平年(2015年)南四湖流域四个水资源计算分区，按照生活、农业、工业及生态环境用水等四项需水量采用定额法进行预测计算。
2.2.1.1 宏观经济发展趋势
(1)人口发展预测
将南四湖流域人口划分为城镇人口和农村人口两部分。规划水平年(2015年)人口预测，根据近期人口增长率进行趋势外推计算。依据山东省和江苏省城市建设规划成果，并结合南四湖经济发展水平，人口增长率按6‰、城镇化率按35%计算。
南四湖流域现状年(2006年)总人口为2210万人，人口自然增长率为6‰。以2006年为总人口预测基数，按如下公式
Pn=P0(1+r)n (2.1)
式中:P0为现状年总人口的数量，万人;Pn为预测年末总人口的数量，万人;r和n分别为人口综合增长率和预测年限。
经式(2.1)计算，得出南四湖流域规划水平年(2015年)各计算分区人口预测结果，见表2.1。在此基础上，再根据各分区的城镇人口所占比重推出各计算分区城镇人口，见表2.2。

表2.1 南四湖流域2015年各计算分区人口预测表　单位:万人


表2.2 南四湖流域2015年各计算分区城镇人口预测表　单位:万人

(2)牲畜发展预测
根据山东省和江苏省2002～2006年统计年鉴，并考虑畜牧业发展规划以及对畜牧业产品需求量，预测南四湖流域规划水平年(2015年)大小牲畜的总数，年增长率采用3%计算，具体情况见表2.3。

表2.3 南四湖流域2015年各计算分区牲畜发展预测表　单位:万头

(3)工业产值预测
根据南四湖流域2003～2006年工业总产值变化情况，结合流域目前经济发展的实际状况及经济发展中期发展计划，在预测工业总产值时，取工业总产值的年增长率为7.0%，以2006年为现状年，到规划水平年(2015年)工业总产值为2775.09亿元。南四湖流域规划水平年(2015年)各计算分区预测的工业产值见表2.4。

表2.4 南四湖流域2015年各计算分区工业产值预测表　单位:亿元

(4)农业生产预测
由于南四湖流域属于水资源较为短缺地区，而且南四湖流域地区有效灌溉面积已达耕地面积的80%左右，考虑到资源约束和经济结构的调整，认为规划水平年(2015年)的有效灌溉面积维持在当前水平不再增加，即规划水平年(2015年)的有效灌溉面积取现状年(2006年)的有效灌溉面积。
据此，南四湖流域各计算分区规划水平年(2015年)预测的有效灌溉面积分别为:济宁及湖区498.5万亩，湖东枣庄区92.6万亩，湖西菏泽区353.6万亩，湖西徐州区150.9万亩，总有效灌溉面积为1095.5万亩;然后通过水田与耕地面积的比例，将有效灌溉面积分为水田和旱地，见表2.5。

表2.5 南四湖流域2015年各计算分区有效灌溉面积预测表　单位:万亩

2.2.1.2 生活需水预测
(1)生活用水定额
根据山东省和江苏省统计资料分析，现状年(2006年)南四湖流域农村生活用水定额为80L/(人·d)，大牲畜用水定额为40L/(d·头)，小牲畜用水定额为15L/(d·头);城镇综合生活用水指标，湖东地区为120L/(人·d)，湖西地区为125L/(人·d)。据“淮河流域及山东半岛水资源开发利用调查评价报告”，考虑到生活水平的提高，人均生活用水增长以50%计算，则规划水平年(2015年)农村生活用水120L/(人·d)，大小牲畜用水定额保持不变;城镇综合生活用水指标，湖东地区为180L/(人·d)，湖西为187.5L/(人·d)。
(2)生活需水量预测
据得到的生活用水定额，并结合流域人口和牲畜数量的预测结果(表2.1～表2.3)，得南四湖流域规划水平年(2015年)各计算分区城乡生活需水量，见表2.6。

表2.6 南四湖流域2015年各计算分区城乡生活需水量预测表　单位:万m3

2.2.1.3 工业需水预测
工业需水量除了与国民经济发展计划及长远规划密切相关外，还受水资源条件、工业行业结构、工艺水平等多种因素的影响。具体来讲，就是与万元产值及用水定额有关，饮用水定额的大小主要取决于水资源的重复利用率。其计算公式如下:

变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究

式中:W工为某一水平年工业需水量，万m3;Xi为某一水平年工业产值，万元;Qi为某一水平年万元产值取水定额，m3/万;i和n分别为某一工业部门和工业部门总数。
(1)工业用水定额
以工业产值与万元产值用水量的相关关系，推求工业发展用水量。因南四湖流域用水方式、用水管理以及行业结构和产品结构的不断调整，近年来南四湖流域各计算分区的单位工业产值用水量持续降低。
工业用水定额根据万元工业产值用水量计算，参考《全国水资源综合规划》《山东省“十一五”水利发展规划》及《江苏省“十一五”水利发展规划》，确定规划水平年(2015年)火电工业用水定额为187m3/万元、一般工业用水定额为79m3/万元，乡镇工业用水定额为34m3/万元。
(2)工业需水量预测
根据式(2.2)，以及工业产值预测结果(表2.4)和工业用水定额预测结果，预测南四湖流域各计算分区规划水平年(2015年)工业需水量，见表2.7。

表2.7 南四湖流域2015年各计算分区工业需水量预测表　单位:万m3

2.2.1.4 农业需水预测
(1)农田灌溉需水量预测
农业灌溉需水量，是指在一定的自然条件和生产条件下，为满足农作物生育期正常生长需要补充的水量。灌溉用水与作物种植类型、种植面积、气候和降雨、灌溉方式、管理水平及工程设施等因素有关。其关系式为

变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究

式中:W灌为某一水平年总灌溉需水量;ωij为某一分区某一水平年某种作物的灌溉面积;mij为某一分区某一水平年某种作物的灌溉定额;λi为分区灌溉水利用系数。
1)农田灌溉定额。本节采用降雨长系列计算方法设计灌溉定额，据有关部门和研究单位大量的灌溉试验所取得的有关成果，分别提出降雨频率为50%、75%和95%典型年的灌溉定额。灌溉定额可分为充分灌溉和非充分灌溉两种类型，对于水资源比较丰富的地区，一般采用充分灌溉定额;而对于水资源比较紧缺的地区，一般可采用非充分灌溉定额[40]。
根据南四湖流域的具体情况，考虑到水资源的约束和节水灌溉的发展与推广，在分析灌溉效率调查研究成果的基础上，参考“全国水资源综合规划”相关研究成果，确定规划水平年(2015年)不同保证率下各计算分区的灌溉定额，见表2.8。
2)灌溉水利用系数。根据《山东省水利发展“十一五”规划》及《徐州市“十一五”水利发展规划》(2006年)，并综合考虑加强灌溉用水管理、推广节水灌溉技术，提高灌溉水利用系数等情况，确定南四湖流域各计算分区农业灌溉水利用系数。

表2.8 南四湖流域2015年各计算分区农业灌溉定额预测表　单位:m3/亩

其中，济宁及湖区是0.75，湖东枣庄区是0.65，湖西菏泽区是0.78，湖西徐州区是0.62。
3)农田灌溉需水。根据有效灌溉面积(表2.5)、灌溉定额预测结果(表2.8)和灌溉水利用系数，并依据式(2.3)，可以预测南四湖流域各计算分区规划水平年(2015年)不同保证率下农业灌溉需水量，见表2.9。

表2.9 南四湖流域2015年各计算分区不同保证率农田灌溉需水量预测表　单位:万m3

(2)林牧渔业需水量预测
林牧渔业需水量包括林果地灌溉、草场灌溉、鱼塘补水等3项。根据南四湖流域现有林果地、草场和鱼塘情况、行业发展规划以及市场需求情况，进行林果地、草场和鱼塘灌溉面积发展指标预测。南四湖流域规划水平年(2015年)林牧渔业灌溉面积预测成果见表2.10。

表2.10 南四湖流域2015年各计算分区林牧渔业灌溉面积预测表　单位:万亩

根据现状典型年调查成果，并依据山东省和江苏省节水灌溉规划，分别确定规划水平年(2015年)林果地灌溉、草场灌溉和鱼塘补水需水定额，山东省林牧草灌溉定额采用110m3/亩，鱼塘补水定额以433m3/亩计;江苏省林牧草灌溉定额采用120m3/亩，鱼塘补水定额以467m3/亩计。综合林牧渔业灌溉面积预测成果(表2.10)和相对应的灌溉定额，预测出南四湖流域规划水平年(2015年)林牧渔业需水量，见表2.11。

表2.11 南四湖流域2015年各计算分区林牧渔需水量预测表　单位:万m3

(3)农业需水量预测
综合全流域农田需水量(表2.9)和林牧渔业需水量(表2.11)的预测成果，可得到南四湖流域各计算分区规划水平年(2015年)农业需水预测成果见表2.12。

表2.12 南四湖流域2015年各计算分区农业需水预测表　单位:万m3

2.2.1.5 生态环境需水预测
(1)城镇生态环境需水量
城镇生态环境需水量指为保持城镇良好的生态环境所需要的水量，主要包括城镇河湖需水量、城镇绿地建设需水量和城镇环境卫生需水量。
1)城镇绿地环境需水量。据山东省城市发展规划及徐州市城市建设“十一五”发展规划，依据规划水平年(2015年)植被面积及灌溉定额，确定城镇绿地植被需水量，采用定额法计算:
WG=SGqG　　(2.4)
式中:WG为绿地生态需水量，m3;SG为绿地面积，亩;qG为绿地灌溉定额，m3/亩。
2)城镇河湖补水量。采用定额法进行城镇河湖补水量计算。即按照现状年(2006年)的水面面积和城镇河湖补水量估算单位水面的河湖补水量，根据对规划水平年(2015年)河湖面积的预测计算所需水量。
3)城镇环境卫生需水量。采用定额法计算:
Wch=SCqG (2.5)
式中:Wch为环境卫生需水量，m3;SC为城市市区面积，m2;qG为单位面积的环境卫生需水定额，m3/m2。
(2)农村生态环境需水量
1)林草植被建设需水量。林草植被建设需水是指为建设、修复和保护生态系统，对林草植被进行灌溉所需要的水量，林草植被主要包括防风固沙林草等。
林草植被生态需水量采用面积定额法计算

变环境条件下的水资源保护与可持续利用研究

式中:Wp为植被生态需水量，m3;Spi为第i种植被面积，亩;qpi为i种植被灌水定额，m3/亩，参照农作物灌水定额的计算方法。
2)湖泊生态环境补水量。湖泊生态环境补水量指为维持湖泊一定的水面面积或沼泽湿地面积所需人工补充的水量。
湖泊生态环境补水量根据水面蒸发量、渗漏量、入湖径流量等按水量平衡法估算
WL=10S(E-P)+F-RL (2.7)
式中:WL为湖泊生态环境补水量，m3;S为需要保持的湖泊水面面积，亩;P为降水量，mm;E为水面蒸发量，mm;F为渗漏量，m3;RL为进入湖泊径流量，m3。
3)沼泽湿地生态环境补水量。沼泽湿地生态环境补水量用水量平衡法进行估算
Ww=10S(Ew-P)+F-Rw (2.8)
式中:Ww为沼泽湿地生态环境需水量，m3;S为需要恢复或保持的沼泽湿地面积，亩;Ew为降水量，mm;F为沼泽湿地蒸发量，mm;F为渗漏量，m3，对于底层为冰冻或者泥炭层的沼泽湿地，可近似认为渗漏量为0;Rw为进入沼泽湿地的径流量，m3。
据山东省城市发展规划及徐州市城市建设“十一五”发展规划，确定规划水平年(2015年)植被面积及灌溉定额，计算规划水平年植被型需水量;而湿地、湖泊及城镇河湖补水量，考虑渗漏、蒸发及降雨等综合因素，计算规划水平年(2015年)水面型需水量。经分析计算，南四湖流域各水平年计算分区生态环境需水量见表2.13。

表2.13 南四湖流域各水平年生态环境需水预测成果表　单位:万m3

2.2.1.6 需水综合分析
综上所述，根据对南四湖流域农业、工业、生活、生态需水量的预测成果，可以得到南四湖流域现状水平年(2006年)和规划水平年(2015年)的总需水量预测成果，见表2.14。

表2.14 南四湖流域各水平年总需水量计算成果表　单位:万m3

7. 流域水资源供需平衡分析

在南四湖流域水资源供需平衡的分析中，采用了各计算分区的可供水量和需水量代表年同步这一典型组合，进行了规划水平年(2015年)供需平衡的分析，相关数据见表2.16。

表2.16 南四湖流域2015年水资源供需平衡计算表　单位:万m3

从表2.16可以看出，规划水平年(2015年)内，随着经济的发展，产业结构和种植布局的调整，南四湖流域需水量将会增加;同时供水工程资金投入的加大，致使供需矛盾有所缓解，但从长期来看，仍不能满足用水需求，绝大部分地区存在较大的用水缺口，以湖西徐州区和湖西菏泽区最为严重。
随着水资源开发利用程度的不断提高，南四湖流域都会出现严重缺水的现象，规划水平年(2015年)在保证率50%、75%、95%时，供需缺口分别为20.94亿m3、34.12亿m3、41.72亿m3。考虑2013年南水北调东线一期工程的开通，将给南四湖流域带来17.28亿m3的水量，50%保证率下，流域供需水量达到基本平衡;75%、95%保证率下，流域缺水仍然严重。因此，从目前情况来看，除了大力的开源节流外，实现水资源优化配置很有必要。

8. 水资源优化配置的详情

合理配置中的合理是反映在水资源分配中解决水资源供需矛盾、各类用水竞争、上下游左右岸协调、不同水利工程投资关系、经济与生态环境用水效益、当代社会与未来社会用水、各种水源相互转化等一系列复杂关系中相对公平的、可接受的水资源分配方案。合理配置是人们在对稀缺资源进行分配时的目标和愿望。一般而言，合理配置的结果对某一个体的效益或利益并不是最高最好的，但对整个资源分配体系来说，其总体效益或利益是最高最好的。而优化配置则是人们在寻找合理配置方案中所利用的方法和手段。