中国水资源问题及其科学应对

1中国水资源问题及其科学应对报告人：王浩中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室中国科学技术协会2011年会•天津2内容提要一、中国水资源状况评价二、中国水资源问题及其科学背景三、中国水资源问题应对策略四、水资源应对关键科技支撑3一、中国水资源状况评价中国水资源总体格局主要受所处的地理位置及季风气候区、特殊的三大阶地地形等因素控制。4全国多年平均降水量649mm，南多北少，东多西少。5400mm雨量线是湿润半湿润与干旱半干旱区分界线。627%47%18%16%18%32%41%18%全国北方南方冬夏秋春8%4%9%62%我国降水具有明显雨热同期的特征，夏季降水占全年的47%，其中北方地区占到62%。7全国多年平均水资源总量28405亿m3，其中河川径流量27328亿m3，地下水资源量8226亿m3，二者重复量7149亿m3。8考虑洪水和基本生态用水，中国河道外最大可消耗的地表水量为7524亿m3。Month9中国河川径流年际变化大，北方地区年最大最小径流极值比为4-7倍，一些支流可达10倍，不利于水资源的开发利用。中国CV值空间分布图10国土耕地人口GDP水资源空间分布与人口、耕地、矿藏资源等社会经济要素的空间分布不相匹配。11-60.0-50.0-40.0-30.0-20.0-10.00.010.020.0全国北方地区南方地区松花江区辽河区海河区黄河区淮河区长江区东南诸河区珠江区西南诸河区西北诸河区%地表水资源量水资源总量近50年来，受自然因素和人类活动影响，我国水资源发生了深刻演变，尤其是21世纪以来，全国水资源量减少较明显。2001-2009年与1956年-2000年比较，全国降水减少2.8%，地表水资源和水资源总量分别减少5.2%和3.6%，南北方均有所减少，其中海河区减少最为显著，降水减少9%，地表水减少49%，水资源总量减少31%。12中国水资源自然条件评价优势因素劣势因素水资源总量丰富单位国土面积、人均、亩均水资源量少雨热同期，利于农业生产年内年际分布很不均匀山区产水量大，利于水资源调蓄南北方、东西部分布不均匀大江大河多，利于整体调配与耕地、矿藏等经济要素分布不匹配北方平原地区地下水赋存条件较好西南、黄河等地区水资源开发难度大13我国单位国土面积水资源量为全球平均水平的83%，人均水资源量约2100m3，不足世界人均水平的1/3。在联合国2006年对192个国家和地区评价中，位居第127位。不同国家水资源总量对比世界与中国人均水资源量对比世界中国中国水资源条件国际比较14全国供水量从建国初期的1031亿m3增加到2009年的5965亿m3，增加了近5倍，年均增率1.4%。0100020003000400050006000700005000010000015000020000025000030000035000040000045000019451950195519601965197019751980198519901995200020052010供水量(亿m3)GDP(亿元，当年价)年份GDP供水量1949-2009年全国供水量变化状况水资源开发利用现状评价15居民生活用水8.5%生态环境补水1.7%第一产业64.0%第二产业23.9%第三产业1.9%生产用水89.8%地表水81.1%地下水18.4%其他0.5%全国总供水量5965.2亿m32009年全国供水结构2009年全国用水结构2009年全国总供水量5965.2亿m3，其中地表水源供水量占81.1%，地下水源供水量占18.4%；生活用水占12.6%；工业用水占23.3%；农业用水占62.4%；生态环境补水占1.7%。16二、中国水资源问题及其科学背景1、面临的主要水资源问题•水资源供需矛盾突出•水环境污染严重•水生态系统退化•极端和突发事件频繁17水资源短缺：全国正常年份缺水约500亿方，海河、黄河、辽河、西北和东部沿海城市等地缺水严重，缺水范围在蔓延。18主要原因：经济社会需水量快速增长是缺水的主因，同时也存在污染型缺水和工程型缺水问题，北方地区水资源量衰减加剧了缺水情势。0200400600800100012001400160018002000松花江区辽河区海河区黄河区淮河区西北诸河区亿立方米1950s1960s1970s1980s1990s2001-2009归因分析北方流域水资源演变情况北方地区用水量增长情况19水环境污染：2009年全国废污水排放量747亿立方米，全国地表水水功能区达标率为47.4%,562眼监测井中，水质在Ⅳ～Ⅴ类监测井占72.1%。4.631.123.214.47.419.3全国Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类劣Ⅴ类0.48.527.428.017.718.0松花江5.228.78.710.69.837.0辽河4.220.910.210.42.851.5海河1.013.224.724.112.224.8淮河6.332.125.314.86.614.9长江3.337.627.612.02.716.8东南诸河0.035.332.514.16.811.3珠江2.565.627.21.90.22.6西南诸河5.421.617.013.910.331.8黄河22.361.111.31.50.33.5西北诸河20主要原因：排污量增加与水体纳污能力降低综合作用，其中入河排污量超过水体自净能力是主因，由于水量减少和水动力学条件变化导致的水体自净能力下降也是其中因素。归因分析3.77.926.07.39.23.232.92.73.10.10.905101520253035松花江辽河海河黄河淮河长江太湖东南诸河珠江西南诸河西北诸河污径比%全国各流域现状排污-径流比例21水生态退化：淡水生态系统功能整体呈现“局部改善、整体退化”态势，北方平原区地下水严重超采，形成160余个地下水超采区。22主要原因：经济社会用水挤占基本生态用水是主因，另外河流水域侵占、湿地开发等也是南方水生态退化的重要原因。归因分析全国2009年水资源收支平衡表23极端和突发事件发生频率加大：近年来，我国北方地区旱灾高发，南方多雨地区季节性干旱也日趋严重，同时突发性水污染事件发生频率加大。24主要原因：气候变化与人类活动双重影响。归因分析25统一的客观基础：流域水循环2、水资源问题的科学背景26统一的科学背景：二元驱动下的流域水循环及其伴生过程演变2、水资源问题的科学背景•缺水问题：自然水循环-社会水循环演变失衡•水污染：与水循环伴生的水化学过程演变失衡•生态退化：与水循环伴生的生态过程演变失衡•水土流失：与水循环伴生的水沙过程演变失衡•极端事件：气候变化下的自然水循环过程演变27统一的科学基础：“自然-社会”二元水循环及其伴生过程演变的机理揭示、规律认知与过程模拟2、水资源问题的科学背景28统一的科学路径：目标导向下的“自然-社会”二元水循环系统的多维均衡综合调控2、水资源问题的科学背景29三、中国水资源问题应对策略国家始终高度重视水资源问题应对和安全保障体系的建设，全国现状供水能力超过7000亿立方米，实现了以占全球7%左右的水资源量，支撑着全球22%的人口和超过10%的经济发展速度。年初发布了《中共中央国务院关于加快水利改革与发展的决定》，7月8日召开了中央水利工作会议，确定了水资源问题应对策略。30三、中国水资源问题应对策略国家水资源安全保障战略框架31一号文件明确提出要实行最严格的水资源管理制度，将其定位为“加快转变经济发展方式的战略举措”。32最严格水资源管理制度体系构架33基本建成防洪抗旱减灾体系，抗旱能力显著增强1基本建成水资源合理配置和高效利用体系，全国年用水总量力争控制在6700亿立方米以内，城乡供水保证率显著提高，城乡居民饮水安全得到全面保障，万元国内生产总值和万元工业增加值用水量明显降低，农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上2基本建成水资源保护和河湖健康保障体系，主要江河湖泊水功能区水质明显改善，城镇供水水源地水质全面达标，地下水超采基本遏制3基本建成有利于水利科学发展的制度体系，最严格的水资源管理制度基本建立，水利投入稳定增长机制进一步完善，有利于水资源节约和合理配置的水价形成机制基本建立。4——2020年国家水资源安全保障目标34四、水资源应对关键科技支撑①基础认知：“自然-社会”二元水循环基础理论②摸清家底：变化环境下的水资源评价方法③合理分配：生态需水计算与水资源配置技术④高效利用：社会水循环模拟与ET控制技术⑤有效保护：水化学过程模拟与调控技术⑥生态修复：水生态过程模拟与修复技术⑦科学管理：复杂水资源系统综合调度技术⑧综合平台：流域水循环及其伴生过程模型系统35——基础认知：“自然-社会”二元水循环基础理论“自然-社会”二元水循环基础理论构架二元水循环基础理论“自然-社会”二元循环模式社会会水循环系统与演化机理“自然-社会”二元水循环作用机理变化环境下的自然水循环演化机理36——摸清家底：变化环境下的水资源评价方法全口径：基于全口径的降水评价地表水/土壤水/地下水；层次化：有效性→广义水资源可控性→狭义水资源可再生性→最小生态需水量、国民经济可利用量动态评价：通过变下垫面参数评价变化环境下的水资源黄河水资源全口径解析37——摸清家底：变化环境下的水资源评价方法1181.7不透水面上的蒸发24.6总蒸发量1719.2地表截流蒸发512.9地下水开采量223.9总入渗量1441.9入渗补给地下水水量269.8河川基流量78.1壤中流5.4农业取水94.2城市取水27.7海河流域现状下垫面及用水条件下的水收支平衡图（1956-2005年）38——合理分配：生态需水计算与水资源配置技术分区域生态需水计算方法39——合理分配：生态需水计算与水资源配置技术基于七大总量控制的水资源量质联合配置技术40——高效利用：社会水循环模拟与ET控制技术社会水循环系统结构借鉴自然水文过程分布式模拟模型构建方法，构建基于用水单元斑块识别的社会水循环模拟模型，描述社会水循环通量及循环过程。41——高效利用：社会水循环模拟与ET控制技术目标ET及其控制技术42——有效保护：水化学过程模拟与调控技术水体营养主要化学过程43——有效保护：水化学过程模拟与调控技术圣维南（St.Venant）方程组水动力控制方程：AQqts22()()0zQQQvggstAAsACRxxLBKCACUACEAASSAStxx水质动力控制方程：连续方程动量守恒一二三四五123456简单河网示意图44——生态修复：水生态过程模拟与修复技术45——生态修复：水生态过程模拟与修复技术46——科学管理：复杂水资源系统综合调度技术防洪调度供水调度发电调度生态调度Min下游流量超标率Min水库最高调洪水位Max多年平均枯季供水量Min多年平均汛后蓄水期流量减少Max多年平均发电量Max发电保证率Max最小生态流量保证率Max适宜生态流量保证率泥沙调度航运调度Max航运流量/水深保证率Max水库排沙效率环境调度Max水质达标率Min富营养化率社会经济生态环境五大属性七大调控内容具体指标资源水防洪安全供水安全生态安全环境安全粮食安全能源安全航运安全七大调度目标47——科学管理：复杂水资源系统综合调度技术南水北调中线水资源调度48——科学管理：复杂水资源系统综合调度技术49——综合平台：流域水循环及其伴生过程模型系统二元水循环过程模拟：分布式自然水循环模拟模型-集总式（→半分布式→分布式）社会水循环模拟模型水循环伴生过程模拟：流域水化学模拟模型、流域水生态模拟模型、流域水沙模型；50小结我国水资源自然禀赋不好，人均占有量少，时空分布不均，暴雨洪水和干旱缺水并存，气候变化可能会使这种态势进一步加剧，水资源问题已成为国家安全战略的基础性问题；我国当前正处于经济社会快速发展时期，水资源短缺、水环境污染、水生态退化以及极端突发水事件问题突出，粮食安全、工业化、城镇化的水资源安全保障任务艰巨；为保障科学发展进程中的水资