王浩：取水之利，兴我中华

文/王春晓

水是生存之本、文明之源。作为中国的“千里水脉”，南水北调工程深刻地改善了人水关系，守护着国家水安全和调水生命线。本文的主人公正是有着“南水北调院士”之称的中国工程院院士——王浩。王浩从1977年考入清华大学水利系那一天起，就一直在和水打交道，一干就是40多年，足迹几乎遍布中国各大江河湖泊。直到今天，他仍然奋斗在水利科技一线和最前沿。

小学没毕业，中学没上够，却考上清华大学

1953年，王浩出生于北京市一个普通知识分子家庭，父亲是一名科学工作者。“小时候，父亲给我买了一本名为《用不同的眼睛看》的外国译著。这本书讲森林一年四季的变化，其中的植物、动物、微生物怎么相互作用。如何从不同视角、不同环节、不同侧面观察森林。”王浩回忆道，这本书对自己影响很大，在年幼的心中种下了一颗科学的种子。

1969年初中毕业后王浩去了黑龙江生产建设兵团一师三团劳动，成为一名农业工人，住“木头加泥巴”的房子，一个月的口粮只有18斤面粉和18斤碎黄豆。冬天伐木，炸山运石头修公路；夏天种地，收麦子，修水利，挖渠道，做灌溉。尽管生活艰苦，但王浩知道读书是有用的，便找来几套初中教材，自发学习文化知识。1976年，返城回京后的他被分配到北京大学无线电系的工厂做模具钳工。

王浩说：“我是小学没毕业，中学没上够，初中高中加起来正常教学时间只有1年7个月23天的一半（半天学习、半天劳动），还好当钳工的8年里，一直没有放弃学习知识，所以1977年国家恢复高考，我就顺利参加了高考，还很幸运地被清华大学录取。”王浩是北京“69届”的一员，“69届”指1969年上山下乡的“初中”毕业的学生。“69届”是特殊的一届，他们在中学的读书时间总共只有一年多，而在进入中学之前都未能从小学正常毕业。往前6届是“老三届”，上过文化课；往后6届是“新三届”，读过高中。1977年恢复高考后，当年全国报名高考的考生有570万人，而在被清华大学录取的1053人中，只有两人是“69届”，王浩便是其中之一。

“本来报考的无线电系，想着自己有些基础，但学校考虑到我年龄偏大，又在黑龙江生产建设兵团有农林工作的经历，便把我调配到水利系农田水利专业。”心想着“干一行，爱一行”的王浩觉得，好不容易逮到上学机会了，要格外珍惜。就这样，他便开始了“水”的研究。

在流域水循环方面，我们的二元水循环处于全面领跑

20世纪90年代，在主持国家“九五”攻关西北地区水资源合理配置和承载能力研究项目中，王浩提出水循环已逐步从单一的自然水循环演变为“自然—人工”二元水循环；1999年，在国家重点基础发展计划“973”项目“黄河流域水资源演变规律与二元演化模型”文本中，他首次提出了“自然—社会”二元水循环模式；2006年，在主持海河“973”项目“海河流域水循环演变机理与水资源高效利用”中，系统形成了流域“自然—社会”二元水循环理论。2013年，国际水文科学协会（IAHS）2013年启动的第二个十年科学计划Panta Rhei将“处于变化中的水文科学与社会系统”确定为未来十年国际水文界的研究主题。十年磨一剑，历经20多年不懈的攻关求索，流域“自然—社会”二元水循环理论不仅在国家水安全保障中发挥了重要科技支撑作用，而且成为国际研究热点，使中国的水资源基础理论引领世界。

“通常来说，咱们的科技在欧美发达国家面前，的确是经常处于‘跟跑’，较好的处于‘并跑’，只有极少数处于‘领跑’。但在二元水循环方面，可以自豪地说，我们处于全面领跑。我带领团队创建的‘自然—社会’二元水循环理论，引领中国理论走向世界。”王浩如是说。

2008年9月，王浩带队参加英国第十届水文年会，为大会作了关于二元水循环的主题报告，会场座无虚席，气氛热烈，得到了英国水文学会主席Frank Farquharson等知名专家的盛赞，为英国的水文研究带去全新气象。

推进“南水北调”高质量发展，应把握的四个方面

1995年，南水北调工程开始全面论证，王浩作为南水北调事业的直接参与者、骨干专家参加了这项工作。此后，又担任了南水北调工程进入总体方案规划阶段的课题组长，“既要负责总体规划课题研究，又需要进行大量的实地调研”。

1952年10月，毛泽东在听取有关引江济黄的设想汇报时说：“南方水多，北方水少，如有可能，借点水来也是可以的。”这一宏伟设想提出以来，南水北调论证历经50年，多个部委参与组织论证，大量科研、规划设计单位献计献策，对50多种南水北调规划方案进行比选。“现在回想起来，可以说南水北调论证过程，就是一个典型又复杂的大系统、多层次、多目标群决策问题的体现。”王浩说，当时从各种角度出发，支持的、反对的、激进的、保守的意见都得到了反映，比如针对调水影响长江流域的水量平衡特别是长江口咸潮入侵上溯问题，国家成立了专门的研究课题组，从多个方面深入研究论证，内容包括经济合理性、工程技术方案合理性、宏观经济合理性，以及生态、环境、地质、移民等多个方面。经过多年的反复论证，认为工程建设的利远大于弊，并且这些潜在的风险、弊端可通过其他方式弥补。“正是因为有广泛的意见参与，不同群体利弊效应的分析，各种百花齐放、百家争鸣的讨论，才确保南水北调总体规划中能逐步清晰地反映各方诉求，得出客观科学的论证结论。”王浩说。最终的《南水北调工程总体规划》提出东、中、西三条线路，分别从长江流域上、中、下游调水。2002年12月27日，南水北调工程正式开工。

在解决南水北调等重大水资源配置工程、城市水系、灌区渠系等复杂水系统的实时决策问题时，王浩及其团队也面临很多难题，其中最大的难题是水系统的不确定性和耦合性。一方面针对水系统预报来说，全链条降低不确定性最为关键。他们通过模型机理改进、降水预报精度提升、集合预报、数据同化等方法，对模型结构、模型参数、模型边界等各方面的误差进行度量和控制，从而实现各类不确定性的降低，提高预报精度。另一方面对水系统进行调控关键要解决时空解耦与长短嵌套。他们根据不同时间尺度上空间各个子系统之间的水力耦联强弱，把复杂系统多时段全局决策问题进行空间和时间的解耦，将原始问题转化为多个可求解的小问题，从而实现原始问题的优化。此外，通过年调度、月调度等不同尺度的长短嵌套实现了调度计划的落地和修正反馈。

王浩，中国工程院院士，水文及水资源学专家，正高级工程师，博士生导师。现任流域水循环模拟与调控国家重点实验室主任，中国水利水电科学研究院水资源所名誉所长，兼任中国可持续发展研究会理事长、中国水资源战略研究会常务副理事长、全球水伙伴（中国）副主席。获国家科学技术进步奖一等奖1项，国家科学技术进步奖二等奖7项，联合国“全球人居环境奖”1项，以及全国创新争先奖状、何梁何利基金科学与技术进步奖、全国优秀科技工作者、全国先进工作者、全国劳动模范、全国杰出专业技术人才、中央国家机关五一劳动奖章、南水北调工程规划设计先进个人等荣誉。

最终，王浩带领团队研发的预测预报、计划调度和水力控制等模型在南水北调中线、东线实现了业务化运行，支撑工程的常规和应急调度管理工作。南水北调东线与中线通水后，其生态价值与民生价值已开始显现。

南水北调工程构建了我国“四横三纵，南北调配，东西互济”的水资源配置格局，对沿线地区经济社会发展起到了巨大的推动作用。对于南水北调后续工程如何坚持系统观念、科学统筹推进规划建设，推进高质量发展，王浩认为应该把握好四个方面。一是生态调水：把生态目标纳入调水工程的供水目标，实现从保供水到保生态的转化；二是水价机制：建立区域综合水价机制，最大限度发挥调水工程的效益；三是智慧化：建立智慧调度和智能控制模型、软件和应急体系，以及相应的工程管理制度；四是理顺工程建设体制和运营管理体制，构建风险防控机制。坚持先建机制、再建工程，研究论证骨干水网、重要节点工程建设管理体制；处理好中央和地方关系，充分调动各方积极性，发挥南水北调集团作用；充分借鉴吸收已有工程经验教训，创新设计、建设、运营和管理方式。

加强水资源配置均衡，促进南北经济协调发展

近些年来我国南北方经济发展差距拉大、发展不平衡虽然并不完全是水资源问题导致的，也不是“南水北调”能够完全解决的。但是“南水北调”作为缓解我国北方水资源短缺局面的重大战略性工程，对于加强南北方水资源配置均衡、水土资源匹配，促进我国南北经济协调发展可以发挥重要作用。王浩从四个方面阐释了它的重要作用。

首先，通过“南水北调”特别是已经建成的东、中线一期工程，可以为北方地区补上水资源短板、提高水资源保障程度、促进北方地区生态环境保护，有力带动沿线地区的高质量发展。北京、天津、石家庄等北方大中城市基本摆脱缺水制约，500多万人告别了长期饮用高氟水、苦咸水的历史。在北京，城区居民家庭用水中75%是来自南水北调中线水，中心城区供水安全系数由1提升至1.2；河北邯郸、石家庄、沧州等市90多个县区受益；在山东，南水北调干线及配套工程体系构建起了“T”形输水大动脉和全省骨干水网体系，形成了南北相通、东西互济的现代水网工程体系，有效缓解了山东长期过度依赖黄河水和地下水的困境，为城市供水、沿线生态等各方面用水提供了保障。另外，中线工程向沿线开展生态补水超过54亿立方米；北京的地下水位自2016年以来累计回升超过3米；2020年华北地区浅层地下水水位较上年总体回升0.23米，持续多年下降后首次实现止跌回升；可以说南水北调为北方的绿色发展提供了源头活水。

其次，必须认识到北方农业对我国粮食安全的巨大作用，我国北方平原土地和光热资源丰富，唯独水资源短缺，“南水北调”也是对冲“北粮南运”的重大措施。从20世纪90年代以来，我国南北方粮食生产格局发生了重大变化，南方粮食生产急剧减少，北方粮食生产稳步提高，出现了“北粮南运”的现象，并且强度越来越大。粮食生产是高耗水产业，很多地区是以透支水资源潜力维持粮食生产能力，导致严重的生态环境问题。这个问题除了努力调整农业布局，鼓励南方粮食生产之外，适度进行“南水北调”也是缓解生态危机、确保粮食安全的重要举措。

再次，对于保障国家能源安全也具有重要的作用。我国五大国家综合能源基地中，山西、鄂尔多斯盆地、内蒙古东部和新疆能源基地均位于北方缺水地区，未来需要优化调整能源产业结构，严格控制发展规模；限制发展煤制油、煤制天然气、煤制甲醇等高耗水的煤化工产业；鼓励采用最先进的节水工艺和设备。除此之外，优化水资源配置、实施必要的开源工程仍然是促进区域均衡发展的必要之举。

最后，王浩强调：有效的水资源配置具有引导经济发展布局的重大作用。比如，我们近年来研究提出的西部调水工程方案，设计有改变经济发展格局的重大构想，如果未来大量调水至黄河上中游和河西走廊，甚至打通和田、喀什一线，借助西部地区大尺度水资源配置，提升西北地区的区位条件，则可从顶层设计的高度，有计划、有体系地打造西北地区的生态带和经济带，并与“一带一路”的相关经济廊道契合，极大促进西北地区经济发展，并使之成为我国向西开放的枢纽，进而达到促进东西部、南北方经济协调发展的目的。

风光水储多能互补开发模式，助力“双碳”目标实现

2020年9月21日，习近平主席在第七十五届联合国一般性辩论上提出中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。王浩谈到水资源和水利发展与“双碳”目标之间的关系时表示：“我们要从水循环系统的全过程来看碳达峰、碳中和的问题。从源端看来，要充分发挥水电能源的启停快、运行灵活和能源可存储等特性，通过水电与风、光电的互补开发利用，提高清洁能源在整个能源结构中的比例，以减少化石能源发电的碳排放。从耗端来看，要从节水、节能方面提高水资源的利用效率，降低水资源利用的碳排放。具体来说包括：引调水工程低碳运行、输配水工程低碳运行、雨洪资源化利用、水资源节约集约利用和风光水储多能互补开发几方面内容。”

其中，王浩重点提到了风光水储多能互补开发模式。风电、光伏发电具有随机性、间歇性和不可储存性等特征，直接接入电网对电网安全稳定造成影响，而水电能源具有调节速度快、能源可存储的优点。风电、光伏发电接入梯级水电站打捆送至电网，有利于平抑风光出力波动性和电网的稳定运行，以实现大规模清洁能源的开发利用。

对于如何实现风光水储多能互补开发利用，王浩做了详细解释：“一要突破风光水储互补容量优化配置的技术瓶颈，增大风、光能的开发利用规模。二要突破风光水储互补优化调度运行的技术瓶颈，保障系统运行安全、提高运行效率。三要构建风光水储互补系统智慧管控平台，实现互补系统的智慧化运营管理。四要突破储能技术大规模应用的瓶颈，增强互补系统的韧性。”

2020年，国家发改委和能源局下发了《关于开展“风光水火储一体化”“源网荷储一体化”的指导意见》，云南、贵州、四川、青海等省份均在“十四五”规划中提出加强风光水储一体化多能互补基地建设。雅砻江、金沙江、澜沧江、乌江等大型水电基地均已规划或推进风光水储多能互补系统建设，“十四五”末新能源装机预计将达到水电装机规模，形成多座千万千瓦级多能互补清洁能源示范基地，这既是我国为世界能源转型和发展贡献的中国智慧和创新模式，也代表未来我国水电发展和能源系统转型的重要方向。

用爱思考与善表达，共同迎接水利工程人工智能时代

这么多年来王浩及其团队始终聚焦复杂水系统实时决策，三峡及长江上游水库群和南水北调工程都是“国之重器”，都是他们研究复杂水系统实时决策问题的典型代表，王浩表示，对该问题的认识也是一个逐步深入的过程，不是一蹴而就的。“十一五”主要关注水资源调度，“十二五”开始关注水量水质联合调度，“十三五”则开始考虑藻类等生态问题，“十四五”重点关注智慧化，力求通过调度模型和控制算法和设备的研发实现工程调度和运行控制降本增效。

实现水利工程实时调控面临诸多难题，王浩认为解决这些难题贵在坚持。他说：“关于水利工程调度和控制模型的研发，经历了从宏观管理到实时决策的一个漫长过程，大概有10多年的时间，一开始我们的调控模型主要是解决水资源规划调度的问题，后来逐步开展水量计划调度模型的研究，再后来开始研究实时调控问题，最近我们已经突破了实时调度与实时控制这个难题，为水系统优化调度和工程实时智能控制打好了基础，水利工程无人调度和控制的人工智能时代已经近在眼前了。”

王浩在水利领域深耕40多年，取得了一系列令人瞩目的研究成果，我想这离不开他的两个特点：“爱思考”和“善表达”。用他的话来说，“‘爱思考’即喜欢弄清楚各种问题背后的本质，‘善表达’即习惯用自己的语言来表达对一个事物的认识。”

作为一名水利专家，谈起水利工程学科长远发展的问题，王浩再次发扬“爱思考”和“善表达”精神，对此，他提到三点：“一是摆在我们面前的无论是水资源安全、生态安全、防洪安全方面都存在一系列技术和工程难题，每个工程难题背后都有科学问题，水利工程学科的研究要从工程中发现问题，并思考制约该工程问题的科学问题是什么，然后寻求能不能从科学上取得突破，尽可能运用多学科的交叉，采用工程的手段来解决这些工程难题。二是工程难题很多，缺人去解决，仰望星空的大学老师太多，我们不能眼看着很多难题摆在我们眼前，却让大批的大学老师只是仰望星空，而不面向国家治水的真正战场。从根子上解决这个矛盾的关键在于优化大学老师的考核机制。”

国家的未来在于青少年，水利的未来也在于青少年。王浩始终心系青少年的成长成才，他认为应该引导青少年从小树立科学梦想，因此他给青少年推荐了四本书，分别是《中国科技之路》《中国科技之路·水利卷·水利民生》《大国重器》和《河流是部文明史》，希望能够鼓励更多青少年讲科学、爱科学、学科学、用科学，传承自立自强的科学精神、攻坚克难的责任担当，将来更好地为建设科技强国贡献力量。