1.4　主要研究成果

1.4.1　主要结论

针对“如何科学认知水资源需求的机理与发展规律？如何实现水资源需求的合理预测？如何维护合理的水资源需求？”这三个科学问题，本书分别从水资源需求演化规律、层次化需水理论与计算方法、水资源层次化合理配置三个方面进行了研究，三方面研究互相关联、层层深入：在揭示需求演化规律的同时，认识到需求是分层次的，需要分层次进行预测计算，进而在水资源配置时需要分层配置；最后将上述理论、方法和模型应用到三江平原典型区域水资源需求预测和合理配置实践中，取得了良好的效果。主要研究结论如下所述。

1.4.1.1　水资源需求受内生动力和外界环境的双重影响，呈现阶段性演化特征

水资源需求实质上是不同需水主体对水资源数量、质量、时间和空间等多个方面的需求，其需求总量受内生动力和外界环境的双重影响。内生动力方面，人类在生活生产过程中对水的内在需求，会促使需水呈现J形增长；而同时受外界驱动与制约因子的影响，促使最终需水表现出S形的演化趋势。随着需水主体层次结构的不断演变，区域水资源需求呈现出阶段性演化特征，通过构建的水资源需求演化方程求解分析发现，在经历初始阶段、低水平发展阶段、高水平发展阶段和趋于稳定四个阶段后，水资源需求基本实现零增长，并最终进入稳定循环阶段。

1.4.1.2　需水具有层次性，不同主体、不同层次的需水机理和计算方法不同

借鉴马斯洛需求层次理论，结合微观层面对个体需水行为的解析，认为人类对水资源需求是分层次的，不同的需求行为对应不同层次的需水；不同层次的需水特征、驱动机制和演化规律不同，进而构建了水资源需求层级理论，将水资源需求分为刚性需求、弹性需求和奢侈需求三个层次，并构成了基本需水、合理需水、表象需水三个级别；针对不同用水户不同层次的需水特点，从微观（个体）和宏观（区域）两个层面，分别构建了不同层次的需水计算方法。

1.4.1.3　层次化的需水计算方法可实现区域合理的需水预测

三江平原是我国重要的商品粮基地。根据相关规划，其低平原区域未来水田种植面积还将新增1500万亩左右。本地地表径流不足，局部地下水已经超采，因此需要流域外调水，建设引黑、引松调水工程。但前期编制的规划报告，没有通过审查，核心问题是“适宜的调水规模”尚未解决。针对这一核心问题，应用构建的层次化需水计算方法，结合研究区实际，进行了区域水资源需求预测实践。预测结果显示，2030规划水平年研究区包括湿地补水后总需水量93.34亿m3；供水区内包括保护区后的总需水量为73.30亿m3，其中刚性需水量44.62亿m3，弹性需水量24.58亿m3，奢侈需水量4.10亿m3。与原规划报告预测成果相比，整个研究区总需水量偏少8.59亿m3，偏小8.4%；其中供水区总需水量（不含湿地需补水量）偏少3.32亿m3，偏小4.6%，供水区农田需水量偏少3.03亿m3，偏小4.4%。预测结果较为合理，符合研究区实际，有利于削减调水规模，减少工程投资。

1.4.1.4　层次化的合理配置可维护合理的水资源需求

以层次化需求逐层配置为核心，以二元水循环模拟与局部优化为手段，构建了水资源层次化合理配置理论、方法和模型，力求实现通过多种水源的合理配置，维护合理的水资源需求。在三江平原典型区域的水资源配置实践中，按照充分保障刚性需求、动态调控弹性需求、逐步压缩奢侈需求的配置规则，实现了水资源的合理配置，维护了研究区合理的水资源需求。整个研究区多年平均总需水量为93.3亿m3，共配置水量89.05亿m3，缺水量为4.25亿m3，缺水率仅为4.6%；供水区内各灌区水田实际供水保证率均达到75%以上，部分灌区供水保证率达到了85%以上；湿地自然保护区缺水得到了满足，多年平均补水量达4.5亿m3。

1.4.1.5　合理的水资源配置可保障区域经济社会健康发展和生态安全

通过三江平原典型区域的水资源需求预测与配置实践，水资源层次化需求理论与方法、合理配置模型得到有效应用；通过合理调控，控制了用水需求，预测成果较原报告偏小8.4%；采用地表水地下水联合优化利用的方式，引黑、引松调水规模分别减小了5%和13%，最终实现了区域水资源合理配置，可以支撑该区域多发展1370多万亩的水田灌溉面积，保障区域经济社会可持续发展；调水工程对黑龙江、松花江影响不大，调水配置对地下水位的抬升效果明显，大量的地表补水有利于湿地自然保护区萎缩的面积和生态环境的恢复，保障区域生态安全。

1.4.2　主要创新点

本书在以下四个方面取得了一定的创新。

1.4.2.1　从用水主体需水机理出发，综合考虑需水内生动力与外界影响，构建了水资源需求演化方程，探索了区域水资源需求演化规律

针对当前需水预测结果普通偏高的事实情况，从用水主体的角度和需水机理出发，分析了不同主体水资源需求的内生动力与外界影响，探讨了需水的内涵与机理；协调水资源需求的动力机制、驱动机制和制约机制，借鉴S形曲线的Logistic数学模型，构建了水资源需求演化方程，将需水演化过程分为初始、低水平发展、高水平发展和趋于稳定四个阶段，分析了各个阶段的演化速度、加速度与极值，阐述了各阶段的演化规律；根据我国用水总量实际情况，指出当前我国水资源需求正处于高水平发展阶段，即将趋于稳定、达到需水峰值，下一演化过程将进入稳定循环阶段。

1.4.2.2　揭示了不同用水主体层次化需水特征与演化规律，构建了水资源层次化需求理论与计算方法

针对生活、生产、生态不同用水主体层次化需水特征，将马斯洛需求层次理论引入到水资源需求领域，分析了不同用水户水资源需求机理和特点，对应建立了水资源层次化需求理论，将用水需求从低到高分为刚性需求、弹性需求、奢侈需求三个层次，并将各层次需水组合为基本需水、合理需水、表象需水三级；针对各用水主体需水的不同特点，研究提出了不同用水主体不同层次需水的计算方法，为水资源需求的“合理”预测与计算奠定了理论与方法基础，丰富了需水预测理论与方法。

1.4.2.3　以用水需求逐层配置为核心，以流域水循环精细化模拟为手段，构建了水资源层次化合理配置理论、方法与模型

在需水主体层次化、需水计算层次化、供水水源层次化、水源运行层次化、配置框架层次化和配置过程层次化以及需水预测合理、资源承载合理、供水规划合理、空间配置合理、时间配置合理、质量标准合理内涵分析的基础上，以用水需求逐层配置为核心，以流域水循环精细化模拟为手段，构建了水资源层次化合理配置理论、方法与模型。与传统的水资源配置将需水仅看作刚性需求进行整体配置不同，本研究的核心是将需水分为三个层次，逐层多次配置；配置时充分保障刚性需求，动态调控弹性需求，逐步压缩奢侈需求；最终实现合理需求合理配置。

1.4.2.4　联合地表水地下水优化配置，提出了基于动态试算反馈的调水工程规模双向耦合论证技术

结合三江平原典型区域工程实际，根据适宜的灌区发展规模，在现有水源联合配置的情况下，采用地下水“削峰利用”的优化方式，逆序逐断面论证调水工程规模。首先进行调水工程最后一个分水口灌区的规模确定，在本地地表水、地下水优化配置以后，根据灌区缺水过程，假定初始调水规模，统计供水保证率，动态试算，直至按此规模供水可满足供水保证率要求为止；根据此初定规模确定调水过程，假定灌溉退水补给地下水量，重新核算地下水可开采量，重新进行地下水优化配置，重新动态试算调水规模，直至前后两个初定的调水规模相差足够小为止。将最后一个分水口的调水过程与倒数第二个分水口需水总过程相加，在本地地表水、地下水优化利用后（时段利用量不大于倒数第二个分水口的时段需水量），同样动态试算反馈确定规模，直至渠首。最终确定的调水规模与常规方式相比较小，真正调水时，过程平稳、渠道利用率较高；可节约工程投资、便于工程调度与管理。