水资源整体管控的内涵、技术框架与展望

庞 博，赵钟楠 ，李原园，黄火键，曹建廷

（1.北京师范大学，100875，北京；2.水利部水利水电规划设计总院，100120，北京）

水是基础性的自然资源和战略性的经济资源，也是生态环境的重要组成要素。随着我国经济社会的不断发展，水资源供需矛盾日趋尖锐；以“水多、水少、水脏、水浑”为表征的水问题已经严重制约了我国的经济社会发展，成为生态文明建设的薄弱环节。水问题既受我国资源禀赋条件与气候变化等因素影响，又与水资源治理方法和管理能力有关。针对我国水问题关联化和复杂化的特点，作出相应的政策调整和制度安排，将是解决我国水问题的重要途径。

综合性、整体性已成为当前国际水资源管理的主流趋势。在借鉴国际水科学发展和实践最新成果的基础上，针对我国水资源管理的实际需要，本文初步阐述了水资源整体管控的内涵，提出水资源管控的技术框架，为提高我国水治理能力提供科技支撑。

一、水资源整体管控的内涵

1.整体管控的内涵

水资源整体管控的“整体”体现在管控对象的整体性和管控主体的整体性两个方面。

管控对象的整体性源于水资源—生态环境—经济社会复合系统的整体属性，伴随着对复合系统认识的不断深入而逐渐明晰。作为支撑水资源管理的两大主要学科，生态水文学和社会水文学近年得到长足发展，引入了协同进化的理念。其中，前者主要研究生态系统和水文过程的协同进化和互馈机制，后者探索的是人—水耦合系统的相互作用和协同进化的过程。随着这些认识的深入，通过对水资源、生态环境和经济社会三大要素及其伴生的过程机理研究与多个环节的综合调控，以维系健康水循环成为水资源管理的前沿。生态水文学提出的生态需水、生态基流，社会水文学的虚拟水方法等都已经应用于国内外水资源管理实践。我国在最严格水资源管理制度和水生态文明建设的过程中，已经部分体现了三大系统整体性的理念，如“三条红线”的设置和生态基流量的保障等。然而，目前这些指标多是孤立的，缺乏相互间的内在联系，阈值的科学性难以得到保障。

针对目前研究存在的问题，以系统论为指导，以协同水资源、生态环境和经济社会发展为目标，基于生态水文学、社会水文学和相关学科的最新进展，完善了水资源—生态环境—经济社会复合系统的概念，为开展水资源整体管控提供基础。复合系统的概化结构如图1所示。从图1可见，水资源系统、生态环境系统和经济社会系统分别通过生态水文过程和社会水循环过程相互连接，三大系统相互影响、相互作用，通过能量、物质和信息的交换，形成了一个有机统一体。

水循环是维系三大系统稳定协同的关键，因此，水资源整体管控的核心是对水循环过程的管控。水量、水质、水域和水流既是水循环过程的基本要素，也体现了复合系统的承载特征。因此，水资源整体管控既包括传统的水量（用水量、耗水量等）和水质（水体污染物负荷等）的管控，又包括水域（水生态空间等）和水流（生态基流的管控）。水资源整体管控试图通过对水量、水质、水域和水流等关键要素阈值的把握，塑造良性水循环，保障与促进水资源、经济社会和生态环境等子系统的协同进化。

管控主体的整体性着眼于涉水管理机构的整合和利益主体的协调。国际水资源管理理念总体呈现向整体性、综合性发展的趋势，将涉水事项尽可能综合起来考虑，并试图整合各种组织机构、政策力量和社会力量来解决水问题，如美国的多元主体协同治理和法国的混合网络型治理等。我国通过长期实践已经形成了流域管理和行政区域管理相结合的管理机制。由于水资源管理的范畴不断扩大，责任碎片化和协调不力的现象仍普遍存在。针对这些问题，水资源整体管控致力于构建合理有效的跨部门协同治理机制。一方面，完善涉水法规体系建设，以《中华人民共和国水法》（以下简称《水法》）为基础加快法规制定，体现整体管理的思想。同时建立利益相关者参与机制，强化相关法律的监督。另一方面，结合河长制的推进，构建地方党政负责同志主导、包括不同涉水部门之间的协调机制，整合各方力量，促进河湖的管理保护。强化公众参与的监督机制，保障社会和谐与稳定。

流域是水循环的基本单元。建立并强化流域管理机构职能成为水资源整体性治理的重要特征，如欧盟综合性流域治理模式。水资源整体管控将加强流域管理机构的职能，在河长制的基础上建立以流域为单元的协同治理模式，打破流域内的行政分割和职能分割，解决现有的跨界水污染治理和“五水共治”等现实问题。

图1 水资源—生态环境—经济社会复合系统

2.阈值管控

根据复杂系统理论，维系复杂系统的稳定、诱发复杂系统演变，在于维持或改变复杂系统中的关键要素。因此，水资源整体管控主要体现在对水资源—生态环境—经济社会复合系统的关键要素的阈值管控，即所谓的“红线管控”和“底线管控”。我国地理差异较大，区域发展水平不一，管控阈值的设定将根据各区域/流域水资源—生态环境—经济社会复合系统的特点进行有针对性的设置。一方面，通过对复合系统过程的解析，识别影响复合系统健康的关键要素，如水生态空间、生态流量、用水效率等；另一方面，辨析这些关键要素之间的联系，如生态流量同时隐含了对水质和水量的要求；用水效率和区域产业结构之间的关联性等，科学制定管控阈值。

水资源整体管控还体现在对不确定性的管控。水资源—生态环境—经济社会复合系统是一个复杂系统。在气候变化和人类活动的外界胁迫下，复合系统内在要素相互作用、相互反馈，其演变过程存在大量的不确定因素。因此，管控要素和阈值的设置不仅考虑其在系统演化中的重要性，而且要考虑其面对外界扰动时的反馈特征和对系统稳定发展的影响。水资源整体管控将集合风险管理理念，识别影响系统稳定关键风险要素，建立基于阈值的决策预案，实现对不确定性的适应性管理。

二、水资源整体管控的技术框架

实施整体管控是水资源管理理念和方式的深刻变革，离不开面向实践需求的科技创新的支持。以卫星遥感、无人机技术、同位素示踪、大数据理论与方法为代表的新技术、新方法在水资源领域得到了广泛应用，为解决复杂水资源问题提供了信息和技术支撑。因此，根据我国水资源问题的复杂性，结合新技术、新方法的梳理，制定了水资源整体管控的技术框架，如图2所示。

水资源整体管控具有适应性管理的特点，是一个由监控—评估诊断—模拟—调控—风险控制—监控螺旋上升的过程。因此，水资源整体管控技术库包括水资源复合系统监控技术、水资源复合系统评估诊断技术、水资源复合系统模拟技术、水资源复合系统调控技术和水资源复合系统风险管控技术5个部分。

检索算法效果对比如图3所示。由图3可知，本文应用环境(查询结果不多于5条)限制，lucene的排序算法查准率不高，使用本文设计的3种计算方法，查准率较高，检索出的结果精确度较高。3种算法比较，结果表明，归一化算法的查准率稍高于其他两种算法。笔者认为，项目(湖南农业信息平台)运行初期，归一化算法在检索上优势明显；但当数据量为海量时，向量空间模型的优势将得到体现。本文在农业检索方面只做了基础的研究工作，随着农业知识库的不断完善，算法需要不断的改进。

1.复合系统监控技术

水资源整体管控建立在对水资源—生态环境—经济社会复合系统认识的基础上。对复合系统全面、整体监控和信息的实时采集，是管控的基础工作。针对水资源监控能力薄弱的现状，我国从2012年实施了国家水资源监控能力建设，通过重要取水户、重要水功能区和大江大河主要省界断面等监控体系的建设，初步形成了与最严格水资源管理制度相适应的监控能力。但是对实施整体管控而言，现有的监控体系仍有待完善。

随着以卫星遥感、无人机技术等为代表的新技术的兴起，水资源监测技术得到长足发展，对复合系统进行全面、整体的观测成为可能。复合系统监控的整体性体现在两个方面：一个是 “天”（卫星遥感）、“空”（航拍和无人机监控技术）、“地”（地表的经济社会和生态环境监测）、“水”（河湖湿地等水体监测）为整体，通过多尺度、多技术之间的相互验证、相互校核，对水资源—生态环境—经济社会复合系统的要素进行全面监控；另一个是水资源、生态环境、经济社会的观测对象的整体性，除了传统水资源的水量和水质监测以外，同时对水生物的数量、多样性进行监测，对经济社会的取、用、耗、排进行全过程监测，为水资源复合系统的模拟和调控提供全面与及时的信息支持。

图2 水资源整体管控技术库构成

2.复合系统评估诊断技术

对复合系统健康状况和超载特征的评估与诊断是有针对性地制定管控措施的基础。管控指标的选取和阈值的设定是评估与诊断的主要工作。国内外对水资源治理及管理指标开展了许多研究，这些研究为制定整体管控指标体系奠定了基础。

管控指标应具有以下重要特征：首先是代表性，能够全面反映水资源—生态环境—经济社会复合系统的健康状态；其次是可行性，可以通过现有的水资源监控网络直接或间接得到，并且直观简洁，便于行政部门管理；最后是动态性，应能体现水资源—生态环境—经济社会复合系统的变化过程和演化趋势。基于以上认识，本文初步提出了水资源整体管控指标体系，如表1所示。

从表1可见，水资源系统的5个指标分别反映了水质、水量、水域和水流的健康状况；生态环境系统的4个指标包括生态系统现状和生境受保护状况；经济社会系统既包括总量控制、效率控制和排污控制，也包括了管控能力的指标。通过这些指标的结合，试图全面对水资源—生态环境—经济社会复合系统的健康状态进行描述。需要注意的是，表1仅示范性地说明水资源整体管控指标的构建方法和内容，实际管控中可以根据区域水资源的监测状况和具体需求进行调整。

3.复合系统模拟技术

水资源整体管控需要在对复合系统内物质流（水流）、信息流和能量流的流向和内在作用机理深入了解的基础上，科学制定管控措施。因此，复合系统模拟是整体管控的基础性工作。

复合系统模拟平台为管控措施的制定建立了科学基础。水资源管控措施的作用机制较为复杂。单项水资源管控措施可能对复合系统的多个要素产生影响，不同管控措施之间也存在复杂的相互作用和反馈机制。制定多技术组合的水资源管控策略成为水资源整体管控的重点与难点。随着情景模拟技术的广泛应用，复合系统模拟平台可以为单技术或多技术组合的管控措施成效进行模拟，为构建整体水资源管控策略奠定了基础。

表1 水资源整体管控的指标体系

4.复合系统调控技术

复合系统调控包括“调”和“控”两个方面。“调”是对生态环境系统的调节，“控”是对经济社会行为的规范。

加强水生态环境保护，修复受损的水生态系统，是水资源整体调控的重要任务。复合系统调控一方面需要结合生态系统健康维系的重要阈值制定保护方案。生态系统不同的状态之间存在着阈值，当外界环境在阈值范围发生微小改变时会引发系统结构、特征和功能的剧烈变化。因此，需结合生态基流保护、水生态空间管控制定全面的生态阈值管控方案。其次，需要对受损的重要水生态系统制定修复方案，典型案例如扎龙湿地生态调水等，增强区域生态环境系统的总体功能，提高区域生态环境系统的稳健性。

通过辨识社会水循环过程，对“取、用、耗、排”全过程实施管理，全面规范经济社会的涉水行为是水资源整体管控的重要特征。在取用水管理过程中，依据流域综合规划、水量分配方案和取水许可等，完善以水资源资产为核心的水权交易和管理机制，并通过建立流量、取水、用水的多级监测网络，对分配结果进行控制与校核；在水资源超载的重点区域，结合ET管理的经验，采用遥感技术对流域/区域耗水量进行识别，校验水量分配结果，调整产业与种植结构；在用水管理中，应根据地区经济社会发展、用水结构、水资源价值产出等综合角度制定用水效率阈值，通过取水许可管理和水资源论证工作，严格用水审批制度。在排水阶段，建立排污口、控制断面、水功能区的水质监测网络，明确排污责任，并依据水功能区纳污能力，建立排污权的管理与交易机制。

5.复合系统风险控制技术

水资源—生态环境—经济社会复合系统是多要素、多过程、多圈层构成的复杂巨系统。在气候变化和人类活动等胁迫作用下，复合系统的发展和演变呈现巨大的不确定性。如何管理这些不确定性，控制管理过程中的风险，是水资源整体管控的重要任务。

面向复合系统内的风险与不确定性，水资源整体管控采用监测—识别—分析—决策—后监测评价螺旋上升的适应性管理与对策。关键要素的识别与阈值判断是风险管控的核心。水资源系统、生态环境系统和经济社会系统都具有一定的抗干扰和自我修复能力。但是当外界胁迫的变化，如气候变化导致的水循环要素改变，或内部要素的变化，如经济社会增长导致的用水量增加，超过一定的阈值时，会出现系统结构失稳，失去自我修复能力，导致系统功能衰减乃至丧失。因此，水资源整体管控将在符合系统评估诊断和模拟的基础上，识别关键的风险要素，通过要素阈值的管控，保障系统的平衡稳定，防范风险事件的发生。

极端事件的应急管理也是复合系统风险控制的重要任务。洪水、干旱和污染泄漏等极端事件会干扰水资源—生态环境—经济社会复合系统的稳定性，甚至造成不可逆的影响。水资源整体管控将完善应急预案管理机制，通过对复合系统内在联系和作用机制的分析，建立预警方法和制定响应策略，合理划分行政责任与社会责任，提供防御避难与救护援助。

三、水资源整体管控未来展望

随着治水实践的发展，水资源管理的综合性、整体性成为国际社会的共识，并体现在联合国、全球水伙伴组织和世界水理事会的一系列纲领性文件中。水资源整体管控作为上述思想的提炼和总结，是对我国传统水资源管理体制的重大变革。因此，水资源整体管控的推广和实施必然面临诸多挑战。

1.完善涉水法规体系

全国人民代表大会常务委员会于2016年7月2日对 《中华人民共和国水法》作出修改，增强了流域综合规划的法律地位，强化了流域管理机构和地方水行政主管部门的监督职能。然而，按照水法规定，流域管理机构仅是水行政主管部门的派出机构，其职能和管理权限都受到限制。因此，在水资源整体性、综合性管理的背景下，需要强化流域机构的管理和协调职能。同时，需要在最严格水资源管理实践基础上，完善关键阈值的管控制度，包括用水总量控制制度、取水许可制度、水价制度、江河湖泊的水功能区划制度、水域纳污能力核定制度、水功能区水质监测制度等。

2.健全水资源管理体制

水资源整体管控需要从水资源、生态环境和经济社会多角度全面管理涉水行为，对各职能部门之间的协作能力提出了更高的要求。河长制的实施为水资源整体管控提供了良好条件。河长制以河湖为主体，契合了复合系统的跨界流域性特征。与此同时，各级河长均由党委或政府主要负责同志担任，极大地增强了水资源管理者的协调能力。目前河长制的管理范畴主要在水资源保护与水环境治理，以此为基础进一步构建多部门的水资源管理协调机制将对提升我国水资源管控能力起到重要作用。

3.加强多学科交叉研究

由于水资源—生态环境—经济社会复合系统是多要素、多过程、多圈层构成的复杂巨系统，以此为对象的水资源整体管控必然需要水文、水资源、经济、管理、生态和环境等多学科的支撑。其中三大系统的耦合机制是研究重点，也是国际水科学研究的前沿。高精度遥感技术、分布式模型模拟技术、多目标决策支持技术等的最新进展也将为水资源整体管控提供强力支撑。

4.强化公众参与机制

根据国际水资源整体性治理模式与经验，无论是美国的多元主体协同治理模式，还是法国的混合型网络治理模式，公众参与都是非常重要的一环。实施水信息公开，加强各界监督，建立民主协商机制对水资源整体管控具有重要意义。在最严格水资源管理制度和河长制的执行和推进过程中，公众参与都起到了重要的作用。而阈值管控作为水资源整体管控最重要的一环，更离不开公众的监督。在用水权和排污权的分配、使用和管理中，广泛征求群众意见，对于社会公平和可持续发展也具有重要意义。

四、结 语

作为一个新的管理理念，水资源整体管控在具体实施过程中仍有很多法律、管理和技术方面的问题有待解决。管控制度的完善是一个长期的过程。随着水资源资产管理、水生态空间管理等制度的不断推进，管控制度的实施条件也将不断成熟。未来将在重点流域和区域进行试点，逐步完善水资源整体管控的制度体系与技术体系，建构良好的治水体制与机制，推动生态文明建设，实现可持续发展。