适应高质量发展的南水北调工程水资源配置思路与对策建议

许继军, 曾子悦

(1.长江科学院 水资源综合利用研究所，武汉 430010； 2.流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室，武汉 430010)

1 研究背景

华北地区是我国重要的经济社会中心，是首都北京及直辖市天津所在地，但同时也是我国水资源最为短缺的连片地区。按照《南水北调工程总体规划》(2002)[1]，南水北调工程旨在通过从长江引水至黄淮海地区，改变受水区水资源严重短缺的局面，保障地区经济社会可持续发展。经过半个多世纪的勘测规划和论证研究，在分析比较50多种方案的基础上，形成了东、中、西线三条调水线路[2]。如图1所示，通过三条调水线路，将长江与淮河、黄河、海河相互联接，构成我国中部地区水资源“四横三纵、南北调配、东西互济”的总体格局[1]。本着“三先三后”、适度从紧、需要与可能相结合的原则，在2002年编制完成的南水北调工程总体规划中，确定调水总规模为448亿m3，其中东线148亿m3，中线130亿m3，西线170亿m3，建设时间约需40～50 a[3]。

图1 南水北调工程线路示意图[4]Fig.1 Overall layout of the South-to-North WaterDiversion Project[4]

南水北调东、中线一期工程分别于2013年和2014年建成通水，其中:中线已建一期工程调水规模为95亿m3，东线已建一期工程调水规模89亿m3。截至2020年底，南水北调工程已累计向北方提供优质水源400多亿m3，超过1.3 亿人直接受益[5]，发挥了巨大的社会和经济效益，已成为北京、天津、石家庄和郑州等城市的重要饮用水源，一定程度上改善了受水区的水资源严重短缺形势，显著提高了沿线城镇生活用水保障水平和饮用水品质。此外，南水北调工程还对沿线部分河湖进行了生态补水，增加了河湖水量和水域面积，遏制了受水区地下水超采趋势，产生了较好的生态环境效益[6]。

而今，国家新发展理念、京津冀一体化等重大发展战略、生态文明建设和新时期治水思路以及受水区水资源供需关系和结构变化、生态环境改善用水需求增加等，都对南水北调工程给予更高期望，以期通过后续工程在规模上扩大供水量，提高受水区供水保障，满足经济社会高质量发展，也希望通过更多引调水用于实施生态补水，以修复受水区河湖生态和地下水环境[7-9]。2021年5月14日，习近平总书记在推进南水北调后续工程高质量发展座谈会上强调，要深入分析南水北调工程面临的新形势新任务，科学推进工程规划建设提高水资源集约节约利用水平[10]。因此，本研究在总结已建工程成效和不足的基础上，按照当前新形势和未来新要求，探讨新时期南水北调工程建设及水资源配置思路，以服务于国家发展战略和经济社会高质量发展及生态文明建设。

2 已建南水北调工程主要成效及面临的挑战

2.1 已建工程主要成效

南水北调已建东、中线一期工程顺利实现了预期目标，工程运行安全平稳有序，产生的经济社会效益超出预期，不仅较大程度上改变了受水区供水格局，成为受水区城镇和工业供水的重要水源，甚至成为一些城市生活用水的主力水源。同时显著改善了城市饮用水水质，人民群众获得感幸福感增强。工程一定程度缓解了受水区城镇生活和工业与农业、生态用水矛盾，初步遏制了华北地区地下水超采趋势，水源区水源地保护、受水区河湖生态环境也在不同程度上得到修复。

南水北调已建一期工程取得的主要成效归纳为：

(1)促进了我国水资源分布“空间均衡”，初步打通长江流域向黄淮海地区调水的南北通道，阶段性构建了依托南水北调工程的国家水资源配置骨干水网。

(2)提升了受水区水资源容量，例如东线一期有效缓解了苏北、胶东半岛和鲁北地区城市缺水问题。

(3)有效缓解了受水区水资源供需矛盾，改变了广大北方地区、黄淮海平原的供水格局，使水资源配置得到优化。

(4)显著提升了居民饮水安全和用水品质，中线一期工程通水5 a来，丹江口水库和中线干线供水水质稳定在Ⅱ类标准及以上，中线干线输水的过程中80%以上水质断面为Ⅰ类水。

(5)发挥了显著的社会效益，有力促进了产业结构不断优化升级，并为工农业产业转型升级提供了机遇。

同时工程开始产生了一些好的生态环境效应。比如东线一期工程先后对两湖(南四湖、东平湖)进行生态补水2.95亿m3，小清河生态补水2.45亿m3，有效提高了河湖水位，南四湖湖滨自然岸线长度较2010年增加了53.42%，湖区鱼类、底栖动物、浮游植物物种比2010年分别增加20.9%、48.6%、43.5%。中线一期工程近3 a已6次通过沿线退水闸向沿线30余条河道开展生态补水，总补水量已达25.44亿m3。工程沿线城市河湖、湿地以及白洋淀水面面积明显扩大，河湖水质明显改善。例如：密云水库水面面积增加近60 km2；河北省12条河流近600 km河道结束干涸，瀑河水库新增水面370万m2，向白洋淀补水达到2.5亿m3。

此外通过水源置换，缓解了受水区地下水超采局面，地下水位有所回升，北京市应急水源地地下水位最大升幅达18.2 m，平原地区地下水水位平均上升近0.8 m；河北省9条河道沿线5 km范围内浅层地下水位上升0.49 m；河南省受水区地下水位平均回升0.95 m。中线水源区及工程沿线建设了一批生态公园，丰富了地方滨水生态景观，如十堰市国家级南水北调主题公园(面积2.2 km2)、郑州南水北调生态文化公园(面积2.93 km2)等。

2.2 面临的挑战

南水北调东、中线一期工程运行以来，发挥了巨大的跨流域水资源配置功能。通过实地调研和综合评估认为，在切实落实调水“三先三后”原则、受水区坚决贯彻“节水优先”要求的前提下，面对新时期高质量发展要求，南水北调已建工程还存在一些不足：

(1)受水区经济社会发展尤其是城镇生活用水增加，以及河湖生态环境修复和地下水保护等要求，对南水北调的供水需求增加迫切，但是目前已建的东、中一期工程供水量有限，尤其是中线工程汉江上游水源相对不足，难以满足受水区的需求。

(2)运行管理体制机制有待进一步完善，现有运行管理机制不利于水资源统筹调度，工程公益性没有充分体现，市场作用也没有充分发挥，水价定价机制及水费使用亟需调整，以保障工程的良性运行和高质量发展。

(3)生态补水长效机制和生态补偿制度尚未建立，一方面受水区对河湖生态补水的迫切需求日益增加，另一方面水源区，特别是汉江中下游地区，出现部分江段“水华”、生物多样性下降、湿地生态功能下降等生态环境问题，经济发展也受到影响，需要生态补偿给予回报。

(4)东线一期工程供水能力没有得到充分利用，通水运行6 a来，虽然调水量逐年提升，但一直未达工程规划调水量预期目标，且工程水质安全有隐患，工程沿程水系复杂，大多为开敞式“平交”，且航运和调水在时间、空间、水质保障等方面的矛盾难协调。

(5)中线工程供水水源不足且存在风险，最主要短板是水源区丹江口水库上游水源有限且来水存在不确定性，工程沿线缺乏调蓄能力，难以支撑受水区新增的城乡一体化生活供水需求。

3 适应高质量发展的南水北调工程水资源配置思路

经济社会的高质量发展，需要南水北调工程的高标准建设，及其水资源的优化配置和高高效利用。未来15～30 a，我国将步入经济社会高质量发展阶段，是实现第二个百年奋斗目标的关键时期。南水北调工程作为国之大事，肩负着重要使命。

南水北调工程建设的主要目标和任务：①开展后续工程建设，打造东、中、西三线互连互通的供水网络，形成“四横三纵，南北调配，东西互济”的大中华水网骨干脉络；②通过完善运行管理体制和补偿机制，充分发挥工程综合功能效益，实现水资源高效节约利用，全面保障水源区和受水区人民群众生活生产及生态安全；③将南水北调工程文化融入京杭大运河修复和沿线生态复合廊道建设，打造“幸福运河”，为南北文化融合提供水文化动力；④建成人与自然和谐共生的现代化生态文明国家工程，为中华民族伟大复兴和永续发展提供支撑[11]。

在水资源配置思路上， 南水北调工程近期应优先考虑增加城市生活供水量， 远期应逐步满足持续增加的生态环境用水需求。 一方面， 应加快东、 中线后续工程和东、 中线互济连通工程的建设， 通过打造互连互通水网， 统筹协调多水源配置关系， 提升水资源调配能力， 构建起东中互济与多水源统筹的水资源配置体系， 改善受水区居民生活和生产用水， 形成节约高效、 连通调度、 多源互济、 南北协同、 多措并举的水资源配置格局[11]; 另一方面， 应严格遵照“节水优先、 空间均衡、 系统治理、 两手发力”的治水思路， 充分考虑京津冀协同发展、 黄河生态保护与高质量发展、 长江经济带等国家战略部署， 按照“以水定城、 以水定地、 以水定人、 以水定产”的原则， 加强精准调水和严格用水管理， 认真贯彻落实《国家节水行动方案》[12]， 全面建设节水减污型社会， 着力提升水资源利用效率， 充分发挥工程综合效益。

水资源配置具体思路包括：①通过加强已建工程运管维护、科学调度和优化配置，保障工程运行安全、供水安全和水质安全；②东中互济，各有侧重，优水优用，中线重点保城乡生活和工业供水安全，东线可扩大生态补水、农业抗旱用水；③通过完善工程运行管理体制机制，理顺水价关系，完善水价形成机制，政府和用水户合理分担，居民和企业承担供水费用、政府承担生态和应急抗旱用水成本；④通过加快南水北调东、中线后续工程和沿线调蓄工程建设，进一步扩大调水规模和提高供水保证率；⑤通过东、中互济连通工程建设，打造南水北调连通水网，进一步提高水资源调配能力；⑥加强与当地水源的统筹协调，进一步改善受水区生态环境用水，促进受水区河湖生态恢复和地下水环境修复；⑦进一步加强水源区保护，减缓调水不利影响，并通过建立生态补偿机制等方式回报水源区，实现受水区和水源区双赢目标；⑧统筹协调综合确定调度方案，加强水资源在水源区与受水区的协同优化配置，打造智慧水网，实现科学精准调水。

中线工程可采用以下措施：

(1)通过理顺价格机制，实现优水优用分质供水，主要满足受水区城市生活和工业用水。

(2)加强引江水与受水区当地引用水源的统筹调控，提高受水区供水安全保障。

(3)通过水源区和受水区的区域间水权交易，实现调水量的优化配置和利益均衡。

(4)利用工程季节性富裕供水能力，基于优化配置，通过相机补水兼顾沿线的生态用水，以缓建城市和农业、生态用水之间的矛盾。

(5)通过水量置换，将城市原先挤占的部分农业、生态用水归还农业与生态。

(6)进一步加强水源区保护和丹江口水库优化调度，提高水源区水量和水质保障。

(7)加强水资源在水源区与受水区的协同优化配置。

(8)平衡水源区与受水区的生态环境用水，坚持节水优先，提高水源区汉江流域生态环境用水保障能力。

东线工程可采用以下措施：

(1)理顺水价机制，作为城市生活和工业供水水源，重点解决津浦铁路沿线和胶东地区的城市缺水以及苏北地区的缺水。

(2)补充鲁西南、鲁北和河北东南部的部分用水，综合协调置换部分山东省引黄用水。

(3)通过经济和管理措施，将引江水与受水区的当地水、黄河水及沿线河湖的统筹调控。

(4)在保障受水区城市生活和工业用水的基础上，利用工程富裕能力和闲置时机，加大对黄河以北及海河水系的河湖生态补水力度。

4 东中线工程进一步改善受水区生态环境用水的对策建议

参照受水区相关规划等资料，估算2035年东中线工程受水区河湖生态修复和地下水回补等生态环境需水量约100亿～120亿m3/a，其中地下水压采和回补需水40亿～50亿m3/a；河湖生态补水60亿～80亿m3/a。通过加大当地中水回用、雨洪资源等非常规水资源利用、水源置换和配置、节水和压采等措施，可就地保障新增45亿～55亿m3/a的生态环境用水，还存在55亿～65亿m3/a的生态环境用水缺口，迫切需要外调水源来满足。

未来需进一步加强受水区生态环境需水量分析研究，本文基于当前资料分析认为，在严格遵循调水“三先三后”原则的前提下，从长江流域水源区水源条件和南水北调工程供水能力来说，东线和中线工程可用于改善受水区生态环境用水途径如下。

4.1 东线工程可采用的对策

东线一期工程建成引水规模为89亿m3/a，取水口位于长江下游，水量充沛，水源不存在问题。一期工程自2013年建成通水以来，给山东等地年最大供水量只有10亿m3左右，供水能力没有得到充分发挥。这存在多种原因，包括工程配套措施不完善、管理协调机制不健全等因素，但其中也有受水区这几年对引江水需求不足的因素。以山东省为例，这几年降水较为正常，且黄河来水也不少，相对而言缺水不严重，对引江水的刚性需求不大。现阶段可以利用东线已建一期工程的供水能力，对受水区实施河湖生态补水和地下水回补。仅仅就目前东线已建一期工程及东线一期北延应急供水工程的能力，其可用于给山东省和黄河以北地区实施生态补水能力可达20亿～30亿m3/a。未来东线二期工程建设，到2035年预计还可向华北地区新增生态环境供水量40亿～60亿m3/a。

基于以上分析，建议当前可充分利用东线一期工程现有能力，加大生态补水力度；后续可通过调整黄河以北路线，向西并尽量靠近中线，做好与中线及海河水系的连通，加强多水源的统筹协调；同时还可考虑修复黄河以北的大运河，将大运河打造为生态补水通道，赋予大运河新的生命活力。东线可用于改善受水区生态环境用水途径如表1所示。

表1 东线可用于改善受水区生态环境用水途径Table 1 Approaches of improving eco-environmentalwater usage for water-receiving areas of the East Route

4.2 中线工程可采用的对策

通过加快完善配套工程，加强科学调度，在保障正常供水目标前提下，根据丹江口水库水源条件，可以适时为受水区河湖水系进行生态补水。在现有一期工程95亿m3/a供水规模下，通过优化丹江口调度方式，2020—2025年期间可以给受水区最多增加10亿m3/a的生态补水，但是随着受水区生活和工业供水配套措施完善，对引江水的消纳能力提高，中线一期工程直接用于生态补水的可能性会下降。毕竟丹江口水库的水资源有限，且从水资源配置角度而言，Ⅰ类和Ⅱ类优质水源应优先供给受水区城市生活和工业用水，而直接用于河湖生态补水和回补地下水，是比较可惜的，不符合水资源高效利用的原则。随着引江补汉工程的实施，来自长江干流的水源补给置换，将中线工程调水规模提升到130亿m3/a。如果再考虑沿线调蓄水库建设带来的调蓄能力增加，到2035年左右，中线工程可直接用于河湖生态补水和地下水回补的水量可以达到15亿m3/a。当然，这也只能是在丹江口水库洪水较多、受水区消纳能力不足、工程检修等特殊情况下实施补水。应注意的是，后期随着受水区供水配套设施完善、水库调蓄能力增加、水权交易和水市场建立等，从水资源优化配置和高效利用角度，是不可能将引自丹江口水库的优质水直接用于河湖生态补水和地下水回补。

综上所述，对于中线工程，就水源条件和工程供水能力而言，2035年前可直接用于受水区河湖生态补水和地下水回补的水量有限(最多能有10亿～15亿m3生态补水能力)，且只有在丹江口水库洪水资源较多、受水区引江水消纳能力不足、沿线调蓄水库能力有限、水市场不完善、工程检修等特殊情况下，才有可能适时实施生态补水。但是在正常情况下，从水资源高效利用和优水优用原则而言，不建议用丹江口水库的优质水直接给沿线河湖生态补水和地下水回补。中线工程可用于改善受水区生态环境用水途径如表2所示。

表2 中线工程可用于改善受水区生态环境用水途径Table 2 Approaches of improving eco-environmentalwater usage for water-receiving areas of the Middle Route

5 西线工程调水线路论证方案建议

西线工程是国务院批复的《南水北调工程总体规划》(2002)的重要组成部分，西线工程水源区当时考虑位于长江流域上游源头[1]。黄河流域严重缺水是不争的现实，从长江调水是支撑黄河流域生态保护和高质量发展的重要举措，意义重大且非常必要。鉴于西线工程的重要性、复杂性、争议性且投资大，从水资源配置角度，可根据新的形势、国家发展大局和需求变化，建议对以下调水方案进行充分研究论证。

方案1从国家西部开发大战略布局角度考虑，可以采取如下措施：

(1)2026—2035年期间，建设西线一期工程，从大渡河、雅砻江上游调水80亿～90亿m3入黄河上游。

(2)2036—2050年期间，建设西线二期工程，进一步将调水工程延伸到金沙江，将调水规模扩大到170亿m3。

(3)2050年以后，进一步考虑打通怒江至雅鲁藏布江的调水线路，实现从雅鲁藏布江调水300亿～500亿m3入黄河流域、塔里木和南疆地区，彻底解决我国西北及南疆地区水资源短缺问题。

在西线工程建设中，可考虑逐步将怒江、金沙江、雅砻江、大渡河、岷江上游之间打通，建议将四川省也纳入受水区范围内，以“引大济岷”工程为前期示范，打通这些江河源区的连通工程，实现这些河流水系上游之间的互连互通。不仅能提高西线工程水源保障，还可以进一步促进四川省内水资源及水能资源优化配置和调度管理。该方案具有重大的战略意义，能彻底解决我国西北及南疆地区水资源短缺问题。但该方案投入大，水源保障难度大，工程建设风险相应也大，对下游影响不容忽视，并涉及国际河流等问题。如果不考虑从怒江和雅鲁藏布江的后续调水，只考虑从长江上游金沙江、雅砻江和大渡河调水170亿m3调水到黄河上游，技术经济上是不合适的，且对长江上游及四川省造成的经济社会和生态环境影响巨大。

方案2从技术经济合理和水源保障可靠角度考虑，可以采取如下措施：

(1)近期(2021—2025年)可研究调整“八七”分水方案，并做好南水北调东、中线统筹协调。针对目前东线和中线一期已通水，且东、中线后续工程即将开工建设，今后黄河流域下游的河南、河北和山东等省受水区的水资源供需状态将得到较大的改善，可以考虑先对黄河流域“八七”分水方案进行调整，通过权衡西线调水规模和东、中线供水能力，将原来分配给黄河下游省市(河南、山东、河北、天津)的水量中的部分调整给黄河上游，而这4个省市的这一部分水量则改由南水北调东、中线供给。

(2)中期(2026—2035年)可考虑以三峡水库为调水水源地，在小江等处取水，并结合抽水蓄能电站建设，从三峡水库调水80亿～100亿m3入渭河，解决陕西省及黄河中下游缺水问题。

(3)若远期(2036年以后)还有需要，可研究在渭河上游合适地区设置供水中转站(规模30亿～40亿m3)，逐步通过管道向山西、宁夏、内蒙河套地区的缺水城市和能源基地实施精准供水。该方案由易到难逐步实现，水源充足风险小，工程和非工程措施相结合，工程建设与运行调度较为灵活，不存在技术障碍，且投资相对可控。

方案3是上述2个方案折中后的方案。相关研究表明，考虑到黄河流域未来供需水情况，未来缺水主要集中在城镇生活和工业，其中上中游地区在2035年、2050年的生活工业刚性缺水分别为63亿～76亿m3和69亿～96亿m3，约占整个流域刚性缺水的83%。另根据长江上游可调水量分析可知，随着调水断面下移，调水断面径流量、调节库容和调水流量规模的增加，调水断面可调水量随之增大，调水过程趋于平稳，对长江上游所产生的负面影响越小。为此建议，可考虑西线工程分为2个部分(也可称为上线和下线方案)，分别解决黄河上游和中下游的缺水问题。西线调水方案示意图如图2。

图2 西线调水方案示意图Fig.2 Map of water diversion scheme of the West Route

上线方案：先期建设目前正在规划研究的西线工程作为上线方案，从大渡河、雅砻江和金沙江上游调水80亿～90亿m3入黄河上游，主要解决黄河上游地区缺水的问题，其中配置约25亿m3作为河道内分配生态用水量，结合黑山峡河段一级开发高库大坝进行水量调节，可满足宁蒙黄河的冲沙需求。

下线方案：再考虑在三峡水库小江调水80亿～100亿m3经渭河入黄河作为下线方案，并结合三峡水库抽水蓄能电站建设，一方面可以解决黄河中下游地区缺水的问题，另一方面在调水线路中选取合适位置开口入汉江上游，补给丹江口水库，可提高中线水源保障，一举多得，既可以直接给渭河黄河中游补水，又可以给汉江及丹江口水库及南水北调中线补水。该方案水源有保障，对下游影响小，工程建设与运行调度灵活，投资相对最少。

6 结 语

南水北调工程是国家水网的战略骨干，不仅肩负着国家供水安全保障的重要使命，更要为国家生态文明建设提供重要支撑。

在研究层面， 未来亟需进一步加强基础科学研究， 科学评估南水北调工程调水的生态环境影响和效应； 加强工程建设和运管关键技术研究， 为后续工程建设和运行管理提供技术保障； 加强管理体制机制与政策法规研究， 修订完善《南水北调工程供用水管理条例》[13]， 为南水北调工程长效运行管理和综合集成效益发挥提供法律制度和政策保障。

在工程层面，为适应经济社会高质量发展的需要，在坚决遵循“三先三后”原则的前提下，南水北调工程一方面通过加强后续工程建设，进一步提高供水安全保障，加强水资源优化配置，满足受水区不断增加的生活用水需求；另一方面应注重节约保护并做好多水源的协调统筹，充分发挥工程的综合功能，促进受水区河湖生态修复和地下水环境改善，强化水源区生态环境保护。对于西线工程，还需要根据国家战略需求、水源条件变化和生态环境保护需要，按照国家水网建设总体布局，对调水线路和方案做进一步的科学论证。