第1章　绪论

1.1　研究背景与意义

水资源需求分析是水资源规划、配置和管理的基础和核心内容之一。目前以及未来一段时期，随着新型城镇化、工业化和国家能源与粮食安全战略的实施，我国仍将面临强劲的用水需求增长压力，这对水资源规划、管理和合理配置提出了更高要求。分析水资源需求与经济社会发展之间的关系，识别水资源需求机理与演化规律，揭示经济社会发展内生动力与外部环境变化对水资源需求的影响机理，科学预测未来水资源需求的发展态势，对强化需水管理和水资源合理配置，实现水资源支撑经济社会可持续和保障生态安全，具有重要的理论和现实意义。

随着时间的推移，过去我国不同时期进行的水资源需求预测成果逐渐得到印证。事实证明，部分预测成果比对应时期的实际用水量普遍偏高（钱正英，2006；钱正英等，2006），如《中国水资源利用》中预测2000年全国总需水量约为7000亿m3，实际上用水量仅为5498亿m3；山西省在“七五”时期因缺水现象严重，因此预测1990年需水量约为72亿～76亿m3，2000年将达到90亿～100亿m3，而实际上1990年和2000年用水量分别为54亿m3和56.4亿m3；北京市曾预测2000年和2010年需水量将分别达到45.5亿m3和40.4亿m3，而实际上用水量分别为40.4亿m3和35.2亿m3。需水成果预测偏高的原因主要是由于存在一些认识上的误区（钱正英等，2009），如误认为随着经济社会的发展，用水量必然会不断增加；误认为发展工业必然大量增加用水；误认为城市化必然要大量增加城市用水等。实质是对经济社会发展需水的规律认识不够，未厘清水资源需求机理和规律，未从用水户的角度出发去探讨其真实需水情况；同时也未认识到需求是分层次的，不同的环境条件和发展阶段，用水户的水资源的主要需求是处于不同层次的，不同层次的需水量也是不同的。

需水预测存在较大偏差与采用的预测方法有关。以上需水成果预测的方法多为“定额法”，即以“产值”和“用水定额”这两项参数来预测需水量，而这两项参数的不确定性很大。实际上由于国民经济发展的变量繁多，经济运行异常复杂，即使用先进的计算模型也较难预测十几年乃至几十年后的经济环境和工业产值；用水定额是在一定时期内的技术条件下经济活动中统计出来的，随着科学技术的迅速发展，经济结构的不断调整以及生产力的提高，各行各业用水定额的变幅很大（柯礼丹，2004），需要洞悉经济社会发展规律，时刻跟踪不同时期的用水定额。同样，采用指数预测法、趋势预测法、综合指标预测法等方法，也存在一定的局限性，预测效果不甚理想。

我国人均水资源严重不足，水资源时空分布与生产力布局极不匹配，因此许多地区的经济社会发展受制于水资源的供给能力。新中国成立后，水源地建设成为改变水资源时空分布不均，保障经济社会稳定发展的重要手段；久而久之，形成了“以需定供”的配置模式。这种模式也带来了一系列的问题，如水资源浪费严重和效率低下，缺水问题也随之而来，水资源逐渐从成为制约经济社会发展的重要因素。认识到“以需定供”配置模式的问题后，以需水管理为主的“以供定需”配置模式近年来逐渐被人们所重视（王丽珍，2012）。国内外学者开展了大量研究与探讨（水科学进展编辑部，2009），但几个核心问题尚未解决，即应该对什么样的需水进行管理？要将需水管理到什么程度才算“合理”？经济社会发展的“合理”需水如何维护？

近年来，气候变化对水资源需求的影响研究越来越受到关注（Maher F.Abu-Taleb，2000；K.B.Khatri，2009；张建云等，2009），大量研究表明，气候变化将显著影响农业灌溉需水和生活需水过程（Bates B C，2008）；（王建生等，1996；罗玉峰等，2009；蔡超等，2014；冯婧，2014）。然而，气候变化等变化环境对水资源需求的动态调控机理与实践研究尚不够深入（王小军，2011）。变化环境如何对水资源需求进行调控？调控的是真实用水需求还是不合理的需求？用水户如何适应变化环境的影响？这些问题亟须研究解决。

社会水循环是人类在开发利用水资源实践活动中提出的，既是变化环境下认识水循环结构、通量和特性的科学总结，也是在自然驱动力与人类活动驱动力的双重驱动下的水分在流域地表介质中循环转化的一种认知模式；社会水循环及其调控的科学问题是国内外水领域的基础前沿，入选国际水文科学学会（IAHS）新十年计划（2013—2022年）的唯一主题（变化中的“自然—社会”水循环），是未来一个时期水资源研究的方向和重点（王建华等，2014）。水资源需求是影响社会水循环的重要参量（王浩等，2011），进行水资源需求预测和调控配置是社会水循环研究的基本内容（龙爱华等，2011），开展水资源需求机理分析与合理配置是今后社会水循环研究的重点、热点和难点。因此，开展本研究具有十分重要的理论和科学意义。

三江平原地处黑龙江省东北部，包括黑龙江、松花江与乌苏里江汇流的三角地带以及倭肯河与兴凯湖平原。总面积10.57万km2，耕地面积约7500万亩，2014年总人口836万人，GDP 2790亿元，灌溉面积3739万亩。为了充分发挥黑龙江省区位优势，2008年黑龙江省委、省政府就从省情出发，提出了“八大经济区”“十大工程”的经济社会发展战略布局。在八大经济区中，三江平原涉及三江平原农业综合开发试验区和东部煤电化基地两大经济区。两大经济区的发展对区域水利发展提出了较高的要求，尤其是水资源的开发利用，直接影响着经济的可持续发展。

由于三江平原历史上为低地易涝地区，种植以雨养旱作为主。20世纪80年代三江平原开始推广“以稻治涝”“打井种稻”的治水模式，水田面积从80年代7万hm2增长到2000年的95.3万hm2，2010年水稻种植面积跃至182.3万hm2，占总播种面积的49.4%。由于本地区地表水水资源承载能力不足，水稻灌溉水源主要依赖地下水。随着水稻种植面积显著增加，地下水开采量急剧上升。1985年该区地下水开采量为2.2亿m3，如今已达到91.43亿m3，增加了41倍多。根据《三江平原水利综合规划》的调查与评价，当前三江平原地下水平均开采利用率高达134%，地下水埋深大面积下降趋势明显，部分地区下降幅度达4.5～8.0m。农业开发也导致湿地生态大幅萎缩，生物多样性遭到破坏。1949年三江平原沼泽和沼泽化草甸湿地总面积为443万hm2，1980年减少至220万hm2，2010年则继续萎缩为91万hm2。按照《全国主体功能区规划》（国发〔2010〕46号文）三江平原为我国重要的粮食主产区，是全国主体功能区中七区二十三带的水稻、玉米和大豆的主产带，也是我国粳稻的生产区；同时还是我国重要的湿地生态功能区。在国务院刚刚批复的《东北振兴“十三五”规划》中提出继续支持三江平原发展优质粳稻，有序建设新型煤化工产业基地，加强湿地保护，全面禁止湿地开垦，逐步恢复湿地生态系统功能等。目前《黑龙江省三江平原“两江一湖”干流沿岸灌区规划》中确定的14个灌区已陆续开工建设，部分灌区已经发挥了一定的效益。可见，未来三江平原地区水田种植面积将进一步增加。若仍采用地下水灌溉，则该地区地下水超采、湿地生态环境恶化等问题可能将进一步加重。

“有土无水”是限制三江平原当前发展的核心问题，同时也是当前资源环境问题的根源。紧邻本区的黑龙江干流，年过境水量达2700亿m3，水量丰沛，如能调入本区加以利用将是本区解决水资源问题的有效出路。因此，在贯彻“节水优先”的前提下，从黑龙江适量调水，补给松花江与乌苏里江部分支流水量的不足，建设三江平原新建灌区及供水工程，可以充分利用黑龙江水资源，实现跨流域、跨区域水资源优化配置，提高三江平原的水资源承载能力，满足社会经济发展需求，改善生态环境状况，意义重大。

灌区供水工程的建设，引入温度相对较高的地表水置换温度相对较低的地下水，同时灌溉退水还可补给部分河流和地下水，不仅可以增加水稻产量、改善大米质量，还可显著解决上述问题。此外，供水工程建设是黑龙江省水资源开发利用的重大战略举措之一，通过工程范围内多利用外调水来解决受水区水资源短缺和地下水超采问题，同时可以置换出一部分水资源供松花江佳木斯以上地区开发利用（在总量控制指标的约束下），实现黑龙江全省水资源优化配置。

目前，“三江平原灌区及供水工程”已列入国家172项重大节水供水水利工程名单。工程的建设不仅是贯彻落实国家提出的“抓好水资源配置工程建设，促进水资源合理流动和战略调配，建设一批跨流域、跨区域的调水工程，让水利工程更好地服务发展、造福百姓”思想的重要体现，而且还是保障东北地区供水安全，维护粮食生产稳定和生态环境保护的必然选择。有鉴于此，黑龙江省水利水电勘测设计研究院为工程的全面落实已经初步完成了规划报告编制并进行了技术讨论。尽管前期已经开展了初步研究，但是目前仍需要对工程范围内的用水大户——水田灌溉面积的发展规模，目前区域发展的节水潜力，水田需水适应性管理，调水规模的论证，以及调水后各类水资源的合理配置等进一步深入论证。为此，本书选择该工程为例，以原规划前期相关论证为基础，采用相关研究成果，复核工程范围内灌溉发展规模，开发灌区供水工程的水资源配置模型，重点开展工程受水区水资源需求预测和水资源合理配置研究，解决工程规划面临的关键技术问题，具有十分重要的科学价值和现实意义。