国家水网规划建设体系及关键问题探讨

摘 要：加快构建国家水网，是国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要做出的重要部署。在系统分析我国水资源安全形势的基础上，提出了国家水网的内涵和水网工程体系，探讨了国家水网规划建设中存在的主要问题和重大水网工程建设面临的关键挑战，并提出了完善国家水网的有关建议。

关键词：国家水网；水资源安全；工程建造；智能施工

中图分类号：TV213.4                                              文献标志码：A

1 研究背景

加快构建国家水网，建设现代化高质量水利基础设施网络，统筹解决水资源、水生态、水环境、水灾害问题，是以习近平同志为核心的党中央作出的重大战略部署。由于我国水问题的复杂性和治水的艰巨性，与构建现代化高质量基础设施体系要求相比，水利工程体系还存在系统性不强、标准不够高、智能化水平有待提升等问题，国家水网总体格局尚未完全形成。迫切需要实施国家水网重大工程，充分发挥超大规模水利工程体系的优势和综合效益，从根本上解决水资源时空分布不均问题，实现水资源与经济社会均衡配置，应对极端气候水旱灾害风险，解决生态环境累积欠账问题，在更高水平上保障国家水安全，促进经济社会高质量发展。

1.1 水土资源时空分布不均

我国水资源总量丰富，多年平均水资源总量为2.8万亿m3，列世界第五；但由于人口、耕地众多，人均水资源量约2 000 m3，仅为世界平均水平的1/4左右，亩均水资源量约1 500 m3，仅为世界平均水平的2/3左右。

受地理因素和季风等因素影响，我国水资源时空分布极不均衡，南丰北缺，夏汛冬枯；水资源条件与经济社会发展格局不匹配。北方地区以全国19%的水资源量支撑了46%的人口、63%的耕地和45%的经济总量；全国70%以上的重要城市群、90%以上的国家能源基地、65%以上的粮食主产区分布在水资源超载或临界超载地区。

新形势下我国水安全形势依旧严峻。一是国土空间开发格局发生新变化，城市群快速扩展、城镇面积持续扩大，城市群供水安全风险日益凸显。二是粮食生产重心逐渐向北方缺水地区转移，东北平原、黄淮海平原、汾渭平原、河套灌区等粮食主产区，耕地亩均占有水资源量不足300 m3，粮食生产用水安全面临挑战。

1.2 水资源演变的不确定性增加

历史数据统计表明，我国水资源演变呈现着显著的空间异质性。2001—2016年系列与1956—2000年系列相比，我国西北与东南沿海地区地表水资源量呈增加趋势，部分地区增加超过15%；呈减少趋势的地区自东北至西南贯穿全国。海河区、辽河区、松花江区、黄河区地表水资源量分别减少35.6%、12.8%、11.4%、11.1%。此外，极端水文事件趋多趋强，近些年发生了郑州“7·20”特大暴雨、2022年长江流域罕见汛期反枯、海河流域“23·7”特大洪水等极端事件，对水安全保障带来巨大挑战[1]。

1.3 水生态环境损害严重

经济社会长期挤占生态环境用水，水生态环境损害严重，河湖修复保护历史欠账多。一些地区水土资源开发利用过度，导致河道断流、水域岸线被侵占、湖泊面积萎缩、地下水超采等突出问题[2]，地下水超采又将导致地面沉降、海水入侵等一系列生态环境问题[3]。

根据第三次水资源调查评价，1980—2017年京津冀地区河流主要河段年均干涸（断流）217天，70%的河段干涸（断流）天数超过300天[4]。京津冀地区地下水超采面积和超采量约占全国的37%，京津冀平原区地下水累计超采超过1.5×1011 m3，其中河北平原几乎全域超采。

2 国家水网的内涵与体系

2.1 国家水网的概念内涵

加快构建国家水网，是提升国家水安全保障能力的根本措施。国家水网是以自然河湖为基础、引调排水工程为通道、调蓄工程为结点、智慧调控为手段，集水资源优化配置、流域防洪减灾、水生态系统保护等功能于一体的综合体系。

从定义上看，国家水网由天然河湖水系和多工程组成。从物理特性来看，水网是人类对自然河流的一种重大干预形式，一方面直接调整水资源的时空分布形态，另一方面也将对水源区、受水区及工程沿线区域的水生态、水能量、水运输等以河流径流为载体的物性和功能进行重构。因此，国家水网是既是水资源网，也是水生态网、水能量网、水运网，是一种综合水网。它具有显著的时空尺度效应，是一个功效复合、结构复杂、调度困难的网络系统。

2.2 国家水网工程体系

基于我国新时期新阶段新格局下的国情与水情，国家水网需构建与经济社会发展相适应的水资源配置格局，保障国家经济安全、粮食安全、能源安全、生态安全、城市供水安全等，支撑经济社会高质量发展，为全面建设社会主义现代化国家提供有力的水安全保障。

根据2023年5月中共中央、国务院印发的《国家水网规划建设纲要》，国家水网按行政区划，分为国家骨干网、省级水网、市级水网、县级水网4个层级。笔者认为，按水网的功能作用，水网工程体系可划分为国家骨干水网工程和区域水网工程2个层级。其中，国家骨干水网工程主要解决国家水资源宏观调配和流域防洪减灾问题，重点指南水北调工程；区域水网工程主要解决区域性水安全保障问题，如长三角西水东调工程、大湾区珠三角水资源配置工程、环鄱阳湖水资源配置工程等。

3 国家水网规划建设存在的主要问题

3.1 总体构建理论尚不成熟

国家水网是是一个功效复合、结构复杂、调度困难的网络系统。目前，我国已建成了世界上规模最大、范围最广、受益人口最多的水利基础设施体系。但在國家水网总体构建上还存在不少理论问题亟待攻克。

国家水网工程与单个水利工程概念及内涵有显著差异，并且不是多工程的简单集合，是要在全国层面系统统筹解决水安全问题。目前行业内尚缺少水资源空间均衡评价理论和国家水网构建的基础理论，难以有效支撑“系统完备”的国家水网建设。我国人均水资源量低，水资源时空分布不均，且与耕地、能源、社会经济发展格局不适配；同时，全国水文气象、地形地貌、生态环境和经济社会要素分布差异显著，不同区域国民经济和社会高质量发展、生态环境功能维持对水资源需求差异显著，水资源、生态环境和经济社会均衡状态的水平衡临界阈值各有不同，亟需研究不同区域对水资源需求的定量化表达方法与标准、水平衡临界阈值、以及空间均衡格局的评价方法和指标体系，为建立空间均衡的水网体系提供理论依据。

虽然国家水网建设的总体要求日渐清晰，但是有效指导国家水网构建和功效评价的关键技术方法研究尚未突破；对于国家水网主骨架和大动脉结构、方案与规模论证方面还缺乏系统全面的方法和指标体系；水网系统供水、防洪、生态、航运等多功能之间存在复杂的相互影响和互馈关系，多功能协同的水网水资源配置理论有待发展；水网对生境物质循环影响机理有待识别，跨流域调水等水网工程的水生态环境风险控制理论与方法仍是空白；极端干旱等水文事件下，水综合效益最大化的水网系统调控规则、理论方法有待研究。

3.2 总体布局和规模有待优化

国家水网工程作为支撑经济社会发展和生态环境保护的关键基础设施，其战略布局关系到国家经济社会总体布局和生态环境保护与修复。国家水网战略布局首先要研究揭示不同层次、不同区域水平衡关系；然后基于水资源长期供需关系，综合我国国情、水情和不同地区发展特点，统筹国家战略水源布局，提出国家骨干水网布局及科学合理的工程规模。总体来看，我国水网总体布局及规模在以下方面还有待进一步优化。

（1）空间布局尚不完备。一方面，受水区范围及需求有待进一步扩展延伸。西北内流河具有耕地战略储备，部分沙漠化土地在历史上是肥沃的农田，由于气候变化与人类活动影响，河湖逐渐干涸、绿洲逐渐沙化。随着現在沙漠改造技术逐渐成熟，西北内陆地区广阔的土地资源将变成我国战略粮仓，只缺水源。初步匡算，可改造沙漠1亿亩以上，灌溉需水量巨大。另一方面，水源区需尽快加强XNZH的战略水源地开发。该区水资源总量丰沛且开发利用率低，水质总体优良且保持稳中向好趋势，地势高亢可为水资源外送提供优越的条件，结合已有的河流开发可为水资源储备利用提供良好的基础。该区河流开发潜力无限，目前的开发格局有待进一步提升。

（2）地下水压采回补力度不足。据统计，华北地区地下水累计亏空量达1 800亿m3左右，超采区面积达18万km2，其中约40%为浅层超采区；约2/3超采区面积存在深层承压水超采问题，形成多个地下水位降落漏斗。近年来，随着南水北调东中线一期工程逐步发挥效益，以及华北平原地下水压采工作大力推进，地下水位下降速率减缓，并在一些年份和部分地区实现止跌回升。但从宏观尺度和多年视角看，华北平原地下水采补平衡尚未实现，地下水位整体下降趋势没有得到根本扭转。

（3）农业农村需求未能充分保障。近年来我国大力推进城乡供水一体化取得成效，但距离完全覆盖尚有距离。如开封现状市区用水量的30%和周边县城用水量的全部以地下水为水源，而浅层地下水超过六成的监测井氟化物超标，只能超采深层地下水。农业方面，为实现地下水压采目标，受水区在较大程度上压制了灌溉用水。此类政策作为短期的权宜之计可以理解，长远来看有损粮食安全保障。在水网布局规模中合理考虑华北平原农业灌溉需求，可以破解保障粮食生产与地下水超采治理的两难问题。

3.3 重点区域水网构建不完备

随着京津冀协同发展、长江经济带、黄河流域生态保护和高质量发展、长江三角洲区域一体化发展、粤港澳大湾区发展、成渝地区双城经济圈建设等区域发展战略相继推出，人口和产业将进一步向重点区域城市群集聚，生活和工业用水需求刚性增长[5]，对供水保障程度和供水水质要求更高，现有的区域水资源配置工程将难以保障未来经济社会快速发展的需求，需要进一步完善重点区域水网工程，提高区域水资源安全保障能力，保障国家重大战略实施。

以长三角区域为例，环太湖城市群长江河口地区，主要水源中约3/4来自长江，其余来自太湖及河网水网。发展至今，当地不断挖掘潜力，提升供水系统的保障程度，但受本地水资源本底条件制约，供水系统抗风险能力、提供更优水质的能力不足。需要对照新发展阶段高质量发展要求，坚持底线思维、极限思维，紧密结合当地居民生活、产业发展的供水保障要求，对比国内外城市群在同等发展时期水源保障能力，并考虑极端气候影响、人民生活水平提高对高品质水的需求，全面分析供水需求，科学论证西水东调工程，将水资源丰富但经济发展相对滞后的皖南山区水资源调配至经济发达但水资源承载能力相对不足的环太湖区域。

4 重大水网工程建设的关键挑战

4.1 复杂地质条件下的工程安全建造

南水北调东中线、引汉济渭、滇中引水、鄂北引水等跨流域调水工程的建设和推进，为重大水网工程建造提供了宝贵的建设经验。然而，目前在建和拟建的长距离调水工程大多需要穿越地质构造复杂的高山峡谷地区或河网水系与市政管网道路交错纵横的平原丘陵地区，面临着严峻的技术挑战。

高山峡谷地区地震烈度高、峡谷深切、地形复杂，受制于勘察深度和精度，不良地质体难于预测与规避。工程建造面临着涌水突泥、软岩大变形、高地应力岩爆、高外水压力、高地温、有毒有害气体、活动断裂蠕滑错动等一系列重大工程技术难题（见图1），屡屡造成人员伤亡、财产损失以及工期延误等严重不良后果。

平原丘陵地区的建设环境则存在着管网密集、交叉建筑物繁多、涉水涉交通涉环境敏感区域广泛等问题。此外，隧洞地质条件复杂多变，软土、砂砾石、岩溶发育、软硬不均岩层等不利地质环境问题均给平原丘陵地区隧洞的建设带来重大技术挑战，工程建设面临着施工风险高、运行管理难度大等特点与难点。

针对高山峡谷地区的调水工程，亟待研究解决深埋长输水隧洞工程地质灾害（如涌水突泥、大变形、岩爆、高地温、活动断裂蠕滑、有毒有害气体等）的孕灾机制与防控，高寒区输水隧洞水体-围岩热交换影响机制及围岩-结构安全控制等问题。对于平原丘陵地区的调水工程，应考虑到城市整体规划布局的限制，合理规划隧洞线路，以避开重要管线、高层建筑物、地铁、高架桥、道路、江河湖泊等，确保施工进度顺利推进；同时，需加强对城市特殊地质条件的把控，掌握软土、砂砾石、岩溶发育、软硬不均岩层等不利地质环境问题的特点，以便采取相应的技术措施和手段。

4.2 绿色智能施工技术及装备

随着越来越多复杂地质、恶劣环境、超大埋深、超长距离的深埋长输水隧洞工程大量涌现，工程建设中往往面临着涌水突泥、软岩大变形、高地应力岩爆、有毒有害气体设备降效等诸多施工技术难题，对工程进展、环境影响、施工人员健康和施工机械工效降低的影响不容忽视。当前深埋长隧洞工程的施工建设中应将地质灾害预警防治与信息技术紧密结合，集中朝向高精度、智能化和数字化等方向发展，主要体现在超前地質预报工作中物探、定向钻探等预报方法、超前地质预报信息管理及地质灾害风险评价与预警等，大埋深输水隧洞地质灾害（岩爆、软岩大变形、涌水突泥）灾变演化过程和灾害的力学模型和临界判据、灾害综合防控体系和控制标准、灾后高效应急处置技术的研究等。相较于传统的钻爆法施工，全断面岩石隧道掘进机（以下简称TBM）以其突出的机械化施工优势，越来越多地应用于输水隧洞工程，但也存在机体设备庞大、地质变化适应性低、施工调整不如钻爆法灵活等不足，因此亟需开展TBM应对不良地质体应的关键配置搭载技术和智能掘进技术研究，形成一套复杂地质条件下TBM应对不良地质体重大装备创新和关键功能配置技术，保证深埋长隧洞的“岩-机”结构安全及施工作业安全，进一步有效控制和缩短TBM施工直线工期，同时降低工程投资。需要研究TBM设备掘进过程中综合TBM掘进参数、渣片信息和掌子面的岩体信息，研究三者间的映射和互馈分析机制，构建基于掘进参数-支护类型的大数据库、为TBM最终智能化掘进提供支持，通过岩体信息数据分析技术，建立基于掘进参数的支护等级智能决策方法，实现隧洞掘进参数、支护体系智能调整。

输水隧洞线路长，需跨越多地域气候多变的复杂环境、复杂地质，质量安全管理难度大，需加大智能建造在工程建设各环节应用，提升工程质量安全水平。但基于数字孪生技术的建造质量安全管理技术仍处于初步阶段，多数仅停留在BIM技术应用、可视化视频监控、图像识别等方面，缺乏工地物联网布局体系，尚未形成质量安全管控的成套智能化方法和模式。亟需针对水网工程数字化、智能化建造需求，提升智能化施工和重大装备对复杂环境下的施工适应性，推进该领域的施工技术、施工管理和重大装备的创新，攻克高精度及实时性施工优化及仿真关键技术、基于数字孪生的施工全过程智能管控等关键技术。

新时期双碳目标背景下，针对重大水网工程建设尚缺乏系统全面的绿色施工评价体系及定量性评估方法。需考虑环境保护、节能、节地等要素，以不同类型水网工程建筑物的施工过程为研究对象，研究建立水网工程的绿色施工评价体系，探索TBM及钻爆法机械设备节能降耗和隧洞开挖料、淤泥淤砂等废物废料资源化再利用技术。

4.3 生态环境影响评估与保护

水资源调入和调出势必会对沿线水环境和生态环境造成复杂且不确定的影响。水源区建设拦河建筑物可能导致水源区生态系统和区域气候改变，生物多样性降低；工程施工可能引发重要生态功能区环境污染、水土流失等问题，进而引发水源区生态环境问题。另一方面，远距离、大规模的调水可能影响水生生物活动，导致水生植物、底栖生物及浮游生物的生物量减少，对当地生态平衡产生较大影响。

面临“高品质生态环境支撑高质量发展、加快推进人与自然和谐共生的现代化”的发展需求，跨流域、跨区域水网工程的建设对生态环境长期影响尚不明确，需要树立重大调水工程的生态文明思想，建立水网工程区域内的整体长效环境保护措施；同时，亟需结合流域生态环境特征，形成针对不同流域生态体系环境影响的评价方法，揭示水网工程建设对生态环境的影响机制，并建立规划论证-设计施工-运行管理的全过程环境保护措施及对策体系，最大程度地减缓水网工程建设对生态环境的影响，确保稳步推进国家水网工程的高质量发展。

4.4 良性运营管理体制机制

水网工程是一项复杂、长期、高投入的系统工程，具有跨流域、跨区域、跨行业等特点。目前我国已建水网工程多以政府为绝对主体，集组织、投资、建设、管理、监督等各项职责与权力于一体，市场调节及反馈作用不足，在管理效率、经济效益、良性运行等方面还有较大提升空间。此外，由于建设周期长、成本高，水网工程水价较高，若无其他明显优势，受水区往往难以充分消纳外调水量，制约了工程达效。应充分发挥政府与市场各自的作用与优势，创新政府主导、市场参与的水网工程运营管理模式，针对需求旺盛、经济效益好、见效快的省、市水网工程，充分吸纳社会资本，简化前期工程论证程序，下放审批权限，推动市场和政府更好结合；针对公益性突出但经济效益不高的跨区域引调水工程，通过政府补贴、转移支付、多渠道融资等方式统筹政府投资与社会资本，加快推进工程建设与落地达效。从水量监控、水质保护、水权交易、水价制定、补偿措施等方面，深化水网工程运管标准体系研究，制定不同层级水网工程的管理权限标准、运维标准以及功效评价标准，建立健全水网工程运行管理体制机制，支撑水网工程可持续性运行。

5 有关建议

（1）进一步明确国家水网工程建设服务的国家短中长期发展战略，细化国家水网工程建设目标及建设需求，发展国家水网构建理论。

（2）加快推进南水北调后续工程。推进西线工程可行性研究工作，按照代价小、效益大、影响可控、先通后大的原则安排先期工程。进一步完善中线、东线工程布局，在引江补汉基础上，论证进一步扩大中线调水规模的方案，研究三峡等后续水源方案，提升中线水源保障能力；加快推进东线二期工程前期工作，增加东线向黄河以北供水的水量和时间。

（3）加快实施支撑国家重大战略的重点区域水网工程。实施长三角地区西水东调工程，以高品质供水支撑长三角区域社会经济高质量发展；推进环鄱阳湖水资源配置工程，提高城乡供水韧性与品质，支撑大南昌都市圈经济社会发展。实施“三峡水运新通道”工程，破解三峡船闸通过能力不足的难题；实施“荆汉运河”工程，解决长江中游航运“梗阻”难题，实现重庆至长江口万吨级船舶全线贯通，推动产业结构优化升级；实施“江海运河”工程，缓解长江口地区通航与生态环境压力，全面提升长江口地区通航容量。

（4）加快西南诸河战略水源方案研究。西南诸河水资源丰富、水质优良、地势高亢，流域内经济社会用水需求小，水资源开发利用率低，具备向我国腹地调水的天然条件。围绕将西南诸河作为后备水源接续南水北调西线、向长江流域及我国腹地水资源短缺地区跨区域調水等定位，尽快开展相关研究和前期工作，为西南水网早日整体融入国家水网、保障我国未来水安全奠定坚实有力基础。

参考文献：

[1] 夏军，陈进，佘敦先，等.变化环境下中国现代水网建设的机遇与挑战[J].地理学报，2023，78（7）：1608-1617.

[2] 刘冬顺.加快复苏河湖生态环境 全面提升淮河流域河湖生态保护治理能力[J].水利发展研究，2023，23（9）：29-33.

[3] 张建云，贺瑞敏，齐晶，等.关于中国北方水资源问题的再认识[J].水科学进展，2013，24（3）：303-310.

[4] 赵勇，王庆明，王浩，等.京津冀地区水安全挑战与应对战略研究[J].中国工程科学，2022，24（5）：8-18.

[5] 张金良.构建黄河流域水网的思考[J].水资源保护，2022，38（4）：1-5.

[6] 钮新强，张传健.复杂地质条件下跨流域调水超长深埋隧洞建设需研究的关键技术问题[J].隧道建设（中英文），2019，39（4）：523-536.

Insights on Planning and Construction of the National Water Network

NIU Xinqiang1，2

（1.  Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research Corporation，Wuhan 430010，China；2. Key Laboratory of Water Grid Project and Regulation of Ministry of Water Resources，Wuhan 430010，China）

Abstract：Accelerating the construction of the national water network is a crucial objective outlined in the 14th Five-Year Plan. On the basis of a systematic analysis of Chinas water resource security situation，this article expounds the connotation of the national water network and the water network engineering system，explores the main problems in the planning and construction of the national water network as well as the key challenges faced by the construction of major water network projects，and finally presents suggestions for improving the national water network.

Key words： national water network；water resource security；engineering construction；intelligent construction

收稿日期：2023-09-20

作者简介：钮新强，男，中国工程院院士，正高级工程师，主要从事水利水电工程设计与研究工作。E-mail：nxq@cjwsjy.com.cn