现代化水网理论体系研究

---------------《水资源研究》第24卷第3期(总第88期)2003年9月---------------
现代化水网理论体系研究
王维平1,3范明元1赵红兵2黄继文1张志新 1
(1.山东省水利科学研究院，山东济南 250013； 2.山东省水利厅水保处，山东济南
250013； 3.武汉大学水利水电学院，湖北武汉 430072）
摘要：以我国水利发展的背景为基础，在给出现代化水网的内涵之后，分别就其构成要素以
及各要素之间的关系、特点、功能和建设过程中面临的关键问题进行了系统的探讨，最终形成了
一套完整的理论体系。

关键词：现代化水网；理论体系；水网系统特点；水网系统功能
自上世纪中叶以来，由于社会经济的发展，需水量的增加，我国先后进行了诸如江水北调、引滦入津、引滦人唐、引黄济青、引碧入大等大型跨流域调水工程，而随着南水北调工程的开工建设，我国水资源工程骨干网络逐渐形成。

由于水资源自身属性的复杂性，水网较其它的网络形态更赋有社会特性，因此，传统的相对封闭的流域管理理论和孤立的水资源优化配置理论在水网的建设、运行及管理面前显得力不从心。

所以，一套完整的赋有我国特色
1 现代化水网的内涵
现代化水网，就是采用现代工程技术、现代信息技术和现代管理技术，以联成网状的水利工程为基础、以水资源优化配置方案为指导、以法制法规为保障，建立起来的现代化系统工程体系。

它可以实现水资源在时间、空间以及部门间的重新分配，进而按照社会发展的需
2 现代化水网构成要素
现代化水网构成的外在要素包括水源、工程、水传输系统、用户等，内在要素包括水资源优化配置方案、相关法制法规等，前者即传统的水资源系统，而后者又称现代管理系统。

2.1 水源
现代化水网中水源包括当地地表水、地下水、外调水、污水处理回用水、非常规水等。

而各类水源都包含水量和水质两个重要属性，其中水质是前提，水量是基础，两者相辅相承，缺一不可。

水质方面，作为某行业的供水水源必须达到其相应的供水水质标准；水量方面，各类水源量的总和必须能够分别满足各部门及其行业一定程度的需水要求，水量严重不足，
2.1.1 地下水资源
地下水资源可分为浅层地下水和深层地下水两种，而在现代化水网中通常所说的地下水
（1）深层地下水。

深层地下水，通常视为一种静态资源，补给十分缓慢，开采以后在很长时间内难于回充补给，容易造成地下水环境问题，所以不宜作为长期稳定的供水水源。

目前，有些地区由于水资源严重不足，为使区域经济保持应有的发展水平，被迫大量提取深层地下水，引起了不少的水环境问题。

随着水资源条件的改善，深层地下水应当逐渐限制开采，直至停止开采。

（2）浅层地下水。

浅层地下水是一种可再生资源，它有多种补给来源，其中降雨入渗补给占主要部分。

由于浅层地下水可动态再生，具有强大的调蓄作用，故而在水资源系统中具有较大的运用前景。

2.1.2 地表水资源
地表水资源可分为当地可利用地表径流、有库或无库调节的山区径流、用水区河网调
（1）当地可利用地表径流。

当地可利用地表径流主要指所在的用水区中，各类大、中、小型水利工程及湖泊洼淀等可提供的，能被直接利用的地表径流。

这类水源量的多少决定于
（2）山区径流。

山区径流指的是流经所在地域的河流在上游入口处的河川径流。

这部分径流是平原地区地表水资源的主体部分，需要重点研究其利用方式。

当山区径流的无水库控制部分所占比重不宜忽略时，则必须整理概化出其入流系列，参与供需平衡的长系列计
（3）河网水量。

河网水量是指分区内众多河流渠道和田间存储的水资源量，主要包括以下2类：①河网调蓄库容，由于平原地区河网调蓄作用不容忽视，它可以对上游的余水（包括可再生利用的污水）和跨流域引水起到一定的调蓄作用，以减轻系统调蓄能力的不足，由于河网调蓄在面上是散布的，故规定它只满足农业需求且调蓄水量仅用于下一阶段；②田间蓄水，它用于存蓄跨流域调水工程在冬天非灌溉季节的引水，满足在汛前的灌溉季节的需水。

2.1.3 外调水量
外调水量是指由研究区域以外的流域或区域利用一定的调水工程可能调入的水资源量。

由于水资源网络的级别不同，对外调水量的定义也会有所区别，但均是相对于一个完整的系统而言的，这个系统可以按
2.1.4 污水处理回用水
污水处理回用水量是指来自工业和生活的污水经处理后重新利用的水资源量，它的多少涉及产污率、处理率和回用率3个参数，所以在不同的水平年其量值并不一样。

随着生活水平的提高，对污水处理回用的需求和水质要求也越来越高，所以，对其应用的研究具有广阔
2.1.5 非常规水
非常规水是指局限于一定的区域或时段，可部分替代上述水源的水资源量，包括海水、矿坑水、微咸水等等。

随着现代水处理技术的发展，这部分水资源量呈上升趋势，己占据了
2.2 工程
包括蓄水工程（水库、塘坝、拦河闸堰、湖泊、洼淀、河道、沟渠等）、引水工程（引黄、引江、引河、引湖工程）、提水工程（泵站、机井、大口井），污水处理工程、供水工程、
2.3 水传输系统
水传输系统在实际中是相当复杂的，为有效地描述系统中不同水量的传输行为，大致将水传输系统中的河渠管道划分为4类，即：地表水传输系统、外调水传输系统、地下水库
(1) 地表水传输系统。

地表水传输系统以当地地表水源为主，包括地表河网调蓄水量
(2) 外调水传输系统。

由于外调水工程的重要性，其传输系统虽与当地地表水的传输
(3) 地下水库间的侧渗补给和排泄系统。

为描述地下水库之间的补给与排泄关系，将
(4) 弃水及污水传输系统。

在现代化水网中未经处理的污水和多余的弃水均被弃走，
2.4 用户
在现代化水网中，不同部门即用户需水要求不同。

按照原有习惯及需水要求的重要性等方面出发，一般将用水部门分为3大类，即：城镇生活、城市工业和农村，但在具体操作过
2.5 水资源优化配置方案
当现代化水网硬件设施建成后，必须对水资源的调度原则加以规定，而这些原则与水网中相应的水利工程结合运行时并成为当时水平下的水资源优化配置方案。

水资源优化配置方案的基础是用水区供需平衡分析，计算机则是其实现的手段。

由于当代计算机技术的高速发展，人们已可以根据不同的调度原则和供水目标建立方案集和相应的调度运行模拟模型，对方案集中各方案模拟计算结果加以分析比较，最终选择出最佳的水网运行方式，并将调度方
2.6 法制法规
水网建设和运行过程中，社会各方利益的冲突最终只能由相关的法制法规加以协调，如水量调度与水权密切相关，水质保护与污水达标排放和污染物总量控制紧密相连，供水优先顺序与各部门的经济利益直接挂钩等等。

可以说，法制法规将成为水网建设运行的可靠保证。

3 现代化水网各要素之间的关系
水网系统由传统的水资源系统和现代管理系统两大部分组成。

水资源系统中的各要素之间相互联系、依存，即各种水源通过蓄水、输水、用水而建立起相互依存、相互转化关系；现代管理系统中优化配置方案对水资源系统中水资源量的调蓄、传输、利用发生直接作用，从而使水资源各因素的转化关系更符合人类社会发展的需要，而法制法规又对水资源系统中的水源保护、污废水达标排放、污染物总量控制以及水资源优化配置方案的具体操作加以保
障，进而使水网建设运行的可持续发展成为可能。

现代化水网系统要素构成关系详见图1。

（略）
4 现代化水网系统的特点
现代水网系统较之传统区域性相对封闭的水资源系统呈现出多水源、多用户、多目标等
(1) 多水源。

现代化水网中的水源呈现出多样性的特点，当地地表水、当地地下水、外调水、处理回用水及海咸水等将联合优化供水。

特别是由于外调水的加入，各类水源间的联系和互相转化关系更趋复杂，总体来说，供水的随机性和自然性减弱，人为引导的作用则
(2) 多用户。

现代化水网因水源丰富，用户也随之丰富起来，大致可分为河道外用户和河道内用户。

河道外用户包括生活用水（又分居民生活和公共生活用水、农村人畜用水、菜田用水等）、工业用水（包括各主要非农业部门）、农业灌溉用水（包括林果业）等；河道
(3) 多目标。

根据不同要求，水网系统具有供水、灌溉、防洪、排涝、航运、发电、养殖、生态环境、观光旅游等多目标。

这种多目标性一方面可增大综合效益；另一方面也为
(4) 风险性。

由于来水的随机性导致水利调度的困难，从而造成了水网系统的供水
(5) 竞争性。

正因为现代化水网社会性很强，人为作用明显，所在在供水的目的上存在较大的竞争性，在决策上属于多目标问题。

多样化的竞争用水使得现代化水网的开发利用
(6) 供水保证率高。

由于水网建设考虑了多水源、跨流域、多工程的特点，利用渠道或河道将不同水源连成一体，充分发挥现有的调蓄能力，实现时间、空间和部门间的调节，
(7) 整体性。

一定级别的现代化水网系统可以在大范围的区域上展布，但属于一个整体。

它可以是一个水资源系统单元或几个水资源单元的组合，只要存在供排关系，并可联
(8) 层次性。

一个水网内部还可进一步划分成若干子网，同时其本身也可是上一层水网的子网。

例如，山东省通过引江和引黄工程构成了骨干水网，而各市地本身又构成了市级
5 现代化水网系统的功能
现代化水网系统的功能就是通过工程和非工程措施对水资源进行再分配，具体来说包括
(1) 时间调度。

时间调度是指现代化水网系统利用现有的各类调蓄库容，实现水资源在年内和年际的调度。

年内，将水文年丰水时段（通常为6～9月）的水储存起来，到年末的枯
(2) 空间调配。

现代化水网采用远距离调水、区域换水等工程手段实现了水资源的地域调节。

远距离调水，如山东省现正运行的引黄济青工程，将黄河水直接调入缺水的青岛市，缓解当地的供需水矛盾；区域换水，则如菏泽、济宁地区在调入长江水后，其对黄河水资源的需求下降，从而允许下游其它引黄地区可多引黄河水。

需强调的是，这种空间调配不是盲目的，而是在一定分水原则下并充分考虑各地区既得利益之后进行的，最终要求总体效益最
(3) 部门调节。

水网系统的调度策略中除地区间有分水协议外，部门间的分水也有若干原则。

如可以按各地区国民经济总体效益和单项效益最大进行分水，也可按不同部门供水的重要性排序供水，或按照各地区出资的比例进行分水。

由于分水原则的不同，造成各部门、各行业间的水资源发生调节作用，如相对丰水地区的农业用水转而用于相对枯水地区的生活
6 现代化水网建设面临的关键问题
正如前文所说，水网具有较大的社会属性，因而在其建设过程中也必然会遇到一些社会问题，如水权、水质、水价及节水等。

这些问题的解决则应当联合全社会方方面面的力量来
(1) 现代化水网建设与水权。

现代化水网因其前所未有的开放性，直接改变了流域间、区域内水量的分配和水系分布的格局，而且涉及多个省、多个市，多个供用水单位，受益范围广，问题比较复杂。

因此，需要同时考虑受水区与供水区的利益，具体来说就是水权的确定。

然而，水权确定与水资源的优化调度又直接构成矛盾，给现代化水网的运行造成障碍。

(2) 现代化水网建设与水质。

确保水网的水质符合国家规定的标准，是水网建设的首要任务。

从污染较轻的河道调水，其水质较易符合要求，但必须严格控制沿河两岸污废水的排放；调水渠道通过多条已经污染严重的天然河道，则必须采取立体交叉方式，避免污染。

(3) 现代化水网建设与水价。

水价是调节用户用水的有效杠杆，它将引导用水户在水源类型方面作出选择。

但是，仅从供水成本的角度出发，当地水源显然在水价方面占有优势这样，当地水与外调水将不可避免的在水价上发生矛盾。

因此，对市场经济体制下的现
代化水网运行
(4) 现代化水网建设与节水。

水网建设，是解决城市水资源缺乏的重要措施，建设、运行和管理费用较高。

因此，应把挖潜和节水置于调水之前，特别是节水，必须使农业、工业和生活各方面用水的节水水平达到一定的指标。