習近平總書記指出：“推進中國式現(xiàn)代化，要把水資源問題考慮進去，以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)，發(fā)展節(jié)水產(chǎn)業(yè)。”水資源是推進我國生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵要素。實現(xiàn)水資源科學利用治理，促進流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展，是中國式現(xiàn)代化的應(yīng)有之義。
水是生存之本、文明之源
人們常說，水是生命之源。從科學角度來看，山水林田湖草沙生命共同體，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，水資源是其中的重要組成和紐帶。水資源科學利用治理的目標，可概括為三個“為了”：為了經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、為了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)健康平衡、為了應(yīng)對全球氣候變化挑戰(zhàn)。
水資源科學開發(fā)利用可以有力支撐經(jīng)濟社會建設(shè)，推動國家發(fā)展。“治水安邦、興水利民”是我國古人的經(jīng)驗總結(jié)。都江堰的修建，取得防洪、灌溉、水運等綜合效益，使成都平原成為天府之國；鄭國渠的修建，改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面貌，使雨量稀少、土地貧瘠的關(guān)中地區(qū)變得富庶。新中國成立后，南水北調(diào)工程歷經(jīng)長期論證和艱辛建設(shè)，通水后保障了黃淮海流域和京津冀地區(qū)水資源供給，促進地下水超采治理和河湖復(fù)蘇。這些人們熟悉的水利工程，在不同歷史時期為中華民族的發(fā)展進步提供了重要保障。
生態(tài)環(huán)境保護離不開水資源。隨著城市化、工業(yè)化進程加快，人類活動對水資源影響愈發(fā)明顯。對水資源過度的、不科學的開發(fā)利用，會引起水域面積萎縮、河流水質(zhì)惡化等生態(tài)環(huán)境問題。通過水資源生態(tài)化治理，能夠減輕水資源利用對生態(tài)環(huán)境的負面影響，保障生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)健康平衡，保護好綠水青山。例如，杭州西湖是典型的城市景觀湖泊，曾有一段時間因人口增長、城市擴張，西湖生態(tài)系統(tǒng)退化，面臨“水質(zhì)危機”。杭州市除了采取引水、截污等工程措施，還采取生態(tài)化治理措施，從水生植物種植入手，利用沉水植被恢復(fù)技術(shù)，改善水生態(tài)環(huán)境。由此，西湖水體透明度和水質(zhì)明顯提升，河道生物多樣性也有所增加，生態(tài)效應(yīng)顯著。
保護好、利用好水資源，能夠幫助我們應(yīng)對全球氣候變化挑戰(zhàn)。我國的季風氣候特征加之全球氣候變化，使水旱災(zāi)害呈現(xiàn)出極端、頻發(fā)和時空不確定等特點?？茖W調(diào)度水資源、采用自然手段坦化極值過程，可以提升流域和城市應(yīng)對洪澇、干旱等自然災(zāi)害的韌性。
節(jié)水優(yōu)先、統(tǒng)籌配置，科技創(chuàng)新作用日益突出
我國人多水少、人多地少，水資源時空分布不均衡，總體水情復(fù)雜。要保護好、利用好水資源，首先需要科學的治水思路。
我國水資源的基本特征，決定了必須走節(jié)水優(yōu)先的路子，把節(jié)水作為水資源開發(fā)、利用、保護、治理和管理的前提。早在南水北調(diào)工程規(guī)劃初期，國家就明確了“先節(jié)水，后調(diào)水”的基本原則。2019年，我國實施國家節(jié)水行動，其中包括“科技創(chuàng)新引領(lǐng)”重點行動，一批新技術(shù)在實踐中發(fā)揮重要作用。比如智慧水資源管理技術(shù)，提升水資源管理效率和科學化水平；水肥一體化技術(shù)，在節(jié)水的同時減少施肥量、提升肥效；水資源循環(huán)梯級利用技術(shù)，促進一水多用和循環(huán)利用。
基于水資源時空分布不均、水土資源不匹配的現(xiàn)實情況，推進水資源空間均衡。比如西北、華北、東北等區(qū)域土地資源豐富，但水資源相對缺乏，所以要在尊重自然規(guī)律基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌優(yōu)化全國水資源配置，促進空間均衡。南水北調(diào)工程的初衷就是如此。其中，新興技術(shù)的應(yīng)用保障了這個巨大工程的運行維護。巡查維護實時監(jiān)管系統(tǒng)，促進監(jiān)管方式從人工到智能化轉(zhuǎn)變；長隧洞中的水下機器人，實現(xiàn)360度全方位環(huán)視、定區(qū)定點全自動觀測；冰期監(jiān)測和運行調(diào)度服務(wù)平臺，可以預(yù)測未來15天內(nèi)的冰情并提供調(diào)度方案。自動化調(diào)度系統(tǒng)、視頻智能識別模型、水質(zhì)預(yù)警預(yù)報業(yè)務(wù)化管理平臺等的研發(fā)應(yīng)用，則進一步保障了供水和水質(zhì)安全。比如針對水質(zhì)監(jiān)測難題，中線工程運用浮游藻類人工智能識別技術(shù)，不需要人工值守，便可自主開展采樣控制、顯微掃描和識別監(jiān)測，誤差比人工監(jiān)測小，還能對藻類進行種類、密度、比例等指標分析。
正在開展的國家水網(wǎng)建設(shè)中，科技創(chuàng)新作用日益凸顯。水資源具有流動、轉(zhuǎn)化、循環(huán)特征，需要系統(tǒng)治理。國家水網(wǎng)基于江河湖泊水系特點，聯(lián)網(wǎng)、補網(wǎng)、強鏈，優(yōu)化水利基礎(chǔ)設(shè)施布局、結(jié)構(gòu)、功能，逐步形成“一張網(wǎng)”，可促進水資源與人口經(jīng)濟布局均衡發(fā)展。建設(shè)過程中，采用空天地一體化監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)水資源基礎(chǔ)要素采集，給國家水網(wǎng)裝上“眼睛”；運用智能化調(diào)度技術(shù)，實現(xiàn)科學調(diào)控，賦予國家水網(wǎng)智慧“大腦”；通過遠程自動操控技術(shù)，控制閘、壩、泵等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，讓國家水網(wǎng)擁有運用自如的“雙手”。
構(gòu)建智慧水利體系，精打細算用好水資源
隨著我國科技水平不斷提升，工程實踐日益豐富，水資源利用治理有了更多得力的技術(shù)工具。矚目未來，創(chuàng)新發(fā)展數(shù)字孿生技術(shù)、水資源管理與調(diào)配“四預(yù)”技術(shù)、現(xiàn)代水資源動態(tài)評價與閾值管控技術(shù)等，能夠幫助我們從嚴從細管好水資源，精打細算用好水資源。
數(shù)字孿生技術(shù)帶來水資源利用治理方式的變革。目前正在推進的數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)和數(shù)字孿生工程，可以對物理流域、物理水網(wǎng)、水利工程全要素和建設(shè)運行全過程進行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演，實現(xiàn)實時監(jiān)控、聯(lián)合調(diào)度、風險防范。其中，數(shù)字孿生流域可以在數(shù)字場景中實現(xiàn)與真實流域同步仿真運行，提升了水情測報和智能調(diào)度能力，可以對流域水循環(huán)及其伴生的水環(huán)境、水生態(tài)、水沙等進行科學調(diào)控，支撐流域統(tǒng)籌、山水林田湖草沙系統(tǒng)治理。
“四預(yù)”即預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案。國家“十四五”規(guī)劃綱要提出構(gòu)建智慧水利體系，以流域為單元提升水情測報和智能調(diào)度能力。“四預(yù)”技術(shù)是智慧水利建設(shè)的重要組成。這項技術(shù)以流域和區(qū)域為單元，對生態(tài)流量、地下水位等信息進行預(yù)報，對用水限額、地下水超采等紅線指標進行預(yù)警，對水資源調(diào)配進行智慧化模擬預(yù)演，最后制定預(yù)案，提前規(guī)避風險，為水資源集約安全利用和水網(wǎng)管理運行調(diào)度提供智能化支持。
水資源總量有限，但需求逐步增長，現(xiàn)代水資源動態(tài)評價與閾值管控技術(shù)就是為了解決這一矛盾。為統(tǒng)籌自然生態(tài)用水和社會經(jīng)濟用水，水資源開發(fā)利用需要根據(jù)水資源承載能力合理“定量”，也就是閾值約束?，F(xiàn)代水資源動態(tài)評價與閾值管控技術(shù)可以對各類涉水要素進行全面監(jiān)測感知，按照年、月、旬、候、日尺度對水資源進行動態(tài)評價。在此基礎(chǔ)上，建立全國分流域、分區(qū)域的水量、水質(zhì)、水生態(tài)流量等時空閾值體系，幫助守住水資源開發(fā)利用上限、江河基本生態(tài)流量底線和區(qū)域用水總量控制紅線，實現(xiàn)水資源精準管控，讓每一滴水物盡其用。
上善若水，是中華民族傳承至今的古老智慧。在生態(tài)文明建設(shè)不斷取得新成果的今天，科技創(chuàng)新和工程實踐繼承發(fā)揚了這一智慧，幫助我們在節(jié)約用水的同時，提高水資源利用水平。相信在新技術(shù)賦能下，我們會向世界提供更多人與水和諧共生的中國故事和中國智慧。
（作者為中國工程院院士、中國水利水電科學研究院水資源研究所名譽所長）
版式設(shè)計：沈亦伶
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《流域綜合治理理論、技術(shù)與應(yīng)用》：王浩、周祖昊、王建華等著；科學出版社出版。
《智慧水利大數(shù)據(jù)理論與方法》：冶運濤、蔣云鐘、梁犁麗等著；科學出版社出版。
