区域水平衡与健康水平衡实现路径

张建云 胡庆芳 王银堂 金君良

摘要：水平衡是自然界最重要的物质平衡之一，与水循环系统良性运行、生态系统稳定演替和水资源可持续利用具有密切关系。然而，已有研究对于水平衡的基本概念以及如何构建适宜的水平衡状态等重要问题，在理论和方法层面仍缺乏系统阐述。本文基于自然-社会水循环特点，深入阐述了区域水平衡的基本概念和多重内涵，解析了影响水平衡状态的主要自然和人類活动因素;从水循环系统的生态环境和社会经济综合服务功能出发，提出了健康水平衡的定义;建立了区域健康水平衡的综合评判准则与方法，提出了水循环系统的支撑能力提升和承载压力控减相结合的健康水平衡实现路径。健康水平衡可为国土空间发展规划与实践中落实量水发展原则提供重要指导。

关键词：区域水平衡;健康水平衡;实现路径;自然-社会水循环;国土空间;水安全保障

中图分类号：TV213.4;F205

文献标志码：A

文章编号：1001-6791（2023）03-0323-13

收稿日期：2022-10-12;

网络出版日期：2023-05-25

网络出版地址：https：∥kns.cnki.net/kcms2/detail/32.1309.P.20230525.0720.002.html

基金项目：中国工程院咨询研究项目（2020-ZD-20）;中央级公益性科研院所基本科研业务费经费资助项目（Y521021）

作者简介：张建云（1957—），男，江苏沛县人，中国工程院院士，主要从事水文水资源研究。E-mail：jyzhang@nhri.cn

在太阳辐射、地球引力、地质作用和生命活动等一系列宏观和微观因素驱动和作用下，地球表层水分处于持续运动和变化过程中，呈现出复杂的时空变异性。然而，水循环要素的时空分布并非毫无规律可言，而是有迹可循的。以降水为例，全球陆地年均降水量在空间上随经纬度、海陆位置和地势条件等的变化呈现出明显的地带性规律;在时间上，降水也具有一定结构特征，在年内往往表现出特定的季节性分布规律，并在年际上围绕某一统计“均值”波动。同时，水循环要素间还形成了降水—径流关系等特定的水分收支和响应特征。

因此，尽管地球表层水分具有显著的非均匀性、随机性和动态性，但仍形成一定的分布规律和收支、响应关系。换言之，水循环过程中水分在“不平衡”中蕴含着一定的“平衡性”、在动态变化中呈现出某种“稳定性”。这种“平衡性”和“稳定性”是陆气耦合作用下水循环过程宏观规律的重要表现，对生态系统演替和人类生存发展具有重要影响。事实上，“流域水平衡”和“流域耗水平衡”等术语已在研究和实践中长期使用［1-4］。“地下水平衡”、“土壤水平衡”、“灌区水平衡”等术语的使用也十分常见［5-7］。2020年，“如何优化变化环境下中国水资源承载力，实现健康的区域水平衡状态”还入选了当年中国科协发布的十大前沿科学问题［8］。然而，已有文献侧重具体解析特定空间范围或载体水分转化的关系，甚少论述“水平衡”的基本概念。左其亭等［9］提出水平衡是以人水系统为研究对象、以水循环为纽带、顺应人水关系作用演变规律、遵循水收支平衡、统筹经济社会供需水平衡及经济与生态用水平衡、促进人水关系和谐平衡而达到的一种水系统状态。已有研究对于应构建何种水平衡状态及其构建路径等重要问题缺乏系统阐述，水平衡理论和方法在优化水土资源配置、落实水资源刚性约束、推进山水林田湖草沙系统治理等方面的指导作用有待充分挖掘。

讨论水平衡必须以特定的空间尺度为前提，陆地水文过程一般以流域为基本空间单元。但在现代条件下，大规模人类活动正从水分运动动力、路径、载体和功能等方面全面影响和改变自然水循环过程［10］。在一系列自然和人类活动因素作用下，从空中到地表到地下，流域与外部之间均存在各种形式和规模的水分交换，水循环过程不仅受流域本地因素影响，也受外部因素影响，呈现出显著的开放性和复杂性。从这一角度出发，本文认为可采用“区域”作为解析水平衡的空间范围，当然并不排斥以流域为空间单元解析水平衡。鉴于此，本文根据自然和人类活动因素耦合影响下的水循环特点，系统论述区域水平衡的基本概念和多重科学内涵，阐明水平衡状态对水循环系统运行的指示和表征作用，分析区域水平衡的主要影响因素，给出健康水平衡的定义和健康水平衡判别准则与方法，最后提出区域健康水平衡的实现路径。

1 区域水平衡内涵与特点

1.1 区域水平衡内涵

作为一种反映区域水分分布与运动的物理关系，区域水平衡建立在水循环基础上。需根据水循环及其关键要素，解析区域水平衡的基本概念和内涵。由图1可知，在自然和人类活动因素耦合作用下，由各圈层、载体组成的立体空间，构成了自然-社会二元复合的区域水循环系统［10］。这一系统包含了区域与外界之间、区域内部从空间到地表及地下各圈层间、自然界与经济社会系统的水分运动与转化过程，涉及一系列水分通量和状态变量。从自然-社会水循环系统出发，可将区域水平衡定义为：在自然-人类活动因素耦合作用下，区域水循环系统及其各圈层水分的存储分布状态、收支交换关系和转化响应特征。对于这一定义的主要内涵，可从以下5个方面解析。

（1） 区域水平衡涉及区域及其内部各圈层、载体中水分的存储分布状况。区域水储量由大气、地表、土壤包气带和地下含水层等各圈层中具有不同物理性质的水分组成。图1中各圈层水储量及其变化具有重要的气候、水文和生态指示意义。大气水储量以水汽和水凝物形式存在，虽不能被生态系统和人类所直接利用，但与降水和蒸散发过程密切相关，并对生命活动和人体健康具有重要影响；地表水储量由冰川积雪、植被冠层、河湖库沼等地表载体中的固态或液态水分构成；冰川储水量是全球淡水的主要构成部分，也是高寒地区河流、湖泊水分补给的基本来源，对于气候变化具有重要指示意义；河湖库沼是重要的陆地水分存储和调蓄空间，其水储量直接影响生态系统质量、水资源利用和洪涝灾害情势；土壤水储量包括冻结层固态水分和非冻结层液态水分，直接影响径流和蒸散发，是极其重要的水循环状态变量之一；地下含水层水储量包括潜水和深层承压水储水量，可通过地下水位或埋深表示，也具有重要的水文、生态和地质指示作用。

（2） 区域水平衡涉及区域内部各圈层间以及区域与外界之间的水分流动和交换关系。由图1可知，区域与外界水分交换严格意义上包括空中、地表和地下3种路径。在空中，水汽输送规模和强度对区域降水具有重要影响；在地表，区域本地天然径流量与外界入境水量，经调节和消耗后形成地表出境水量；同时，区域与外部还存在地下水分补排关系。而在区域内部，降水是联系各圈层的关键水分通量。降水在垂向上直接补给冰川积雪和河湖库沼等地表载体，还通过入渗补给土壤包气带和地下含水层，并在水平方向上形成了地表直接径流、壤中流和地下径流。蒸散发是与降水并存的又一关键水循环通量，是地表和土壤水分消耗的主要形式，地下含水层也存在潜水蒸发。区域水分通量的路径、强度和过程是水循环过程的连续性、完整性和水分更新代谢能力的决定性因素，对水分存储分布状况亦具有重要影响。

（3） 区域水平衡涉及水循环要素间的转化分配及響应关系。在区域水循环涉及的众多水分分配和响应关系中，最核心的是描述降水转化、分配规律的降水—径流和降水—蒸散发关系。两者共同反映了区域降水在水平和垂直方向上的平衡关系，即降水有多少转化为较易被人类利用的河川径流量，有多少转化为下垫面蒸散发。前人对降水—径流关系和降水—蒸散发关系提出了各种理论假设和参数化方法。如Budyko假设［11］就反映了在大气降水和蒸发能力共同控制下，以蒸散发为主要形式的“绿水”和以河川径流为主要形式的“蓝水”之间存在特定平衡关系。但在高强度人类活动条件下，由于下垫面状况、蒸散发构成及其能量控制条件等的变化，Budyko假设的适用性正面临挑战［12］。

（4） 区域水平衡涉及自然水循环和社会水循环要素间的竞争关系。人类活动改变了区域水分运动路径，在自然水循环的基础上衍生出以“取水-供水-用水-耗水-排水”为主体的社会水循环过程。经济社会用水的快速增长不仅可能造成河川径流量衰减、地下水消耗和水环境质量下降，而且可能会对水域空间完整性和水流连续性产生负面影响。因此，自然水循环和社会水循环之间存在一定竞争关系。根据统计，全国社会水循环通量已达到了相当大的规模和相当高的强度，北方非湿润区尤为如此［13］。为有效协调生态环境保护和经济社会发展，需维持自然和社会水循环关键通量要素间的适度平衡，其关键是将区域用水、水体污染物排放总量及强度控制在合理的范围内。

（5） 区域水平衡涉及经济社会系统内部水分的宏观配置和流动特征。社会水循环是水分实现其社会经济服务功能和价值的过程。在自然-人工动力和社会需求驱动下，区域供水量在各用水部门间分配和使用，从而形成了多种水分平衡关系，主要有3个方面：一是区域供用水结构，反映了不同水源在区域内各用水单元和行业的配置及流向;二是经济社会供需水匹配性，反映了各用水单元和行业需水满足程度;三是各用水单元和行业取水、供水、用水、耗水和排水之间的平衡，反映了用水的耗损和效率特征。不同行业用水主体和用水方式不同，其耗损规律和效率特征有明显差异。如农业种植和水产养殖用水面状特征显著，耗水率较高且与自然水循环过程具有直接联系;而工业和生活用水以较为封闭的人工管网为载体，耗水主要受供用水工艺和人工能量条件控制。

基于上述解析，可知水平衡具有丰富的气候、水文、生态和经济社会内涵。区域水平衡是质量和能量守恒原理共同控制下气候与下垫面耦合作用的结果，是区域水分宏观分布与运动规律的重要体现。区域水平衡反映了水循环系统的运行状态和水分更新代谢能力，对区域水资源的形成、分布、迁移、转化和消耗具有重要影响。区域水平衡影响水循环伴生的能量、泥沙、溶质运移过程和生命活动，与生态环境质量及其稳定性密切相关。区域水平衡反映了自然水循环与社会水循环之间的竞争关系，与水资源承载状况具有密切关系；还反映了经济社会系统内部水分分配和流动特征，与生产生活用水宏观配置和用水集约程度密切相关。总之，区域水平衡状态对水循环状态具有“指示器”和“晴雨表”的作用，与水循环系统支撑生态环境良性演替和经济社会可持续发展的能力密切相关。

水平衡可用来解释洪涝、干旱、水污染和生态退化等一系列水文现象或问题。如某区域暴雨洪涝和干旱增多加重很可能是降水要素时空分布特征及降水—径流响应关系非平稳性变化的结果；城市内涝频发很可能受城市及其毗邻区降水集中性增强影响，同时与地表不透水面积比例显著增加后落地雨垂向运动的弱化和水平运动增强（即地表径流系数增加）直接相关；大规模水土保持、水利工程调控和经济社会取用水等导致的流域水分消耗量增加、入河水沙减少和过程变化则是黄河等河口三角洲退化的重要原因；河川基流衰减、海水入侵、植被退化等问题则往往与地下水超采引发的地下水位下降和地下水储量减少联系在一起。因此，可从水平衡角度分析有关水文、生态异常现象及其成因，并通过科学的调控水平衡关系，实现人-水-生态和谐。

1.2 区域水平衡特点

自然-人文因素耦合作用下的区域水平衡具有以下主要特点：

（1） 复合性。区域水平衡涉及空中、地表和地下以及河道内、河道外各种圈层及载体中不同相态水分的存储、交换和转化关系，涉及自然-社会水循环过程中水分的一系列响应和分配规律，还反映了自然水循环和社会水循环间的竞争关系。因此，区域水平衡是“立体空间”中各种水循环通量和状态要素的分布、转化及响应关系的复合体。同时，在驱动影响因素方面，水平衡状态是气候、地质、植被、土地开发、水资源利用等一系列自然与人类活动因素耦合作用的结果。

（2） 多维性。区域水平衡既包括水分在时间上的平衡，也包括水分在空间上的平衡。在时间维度上，水平衡涉及到降水、径流、蒸散发等水循环要素的年内、年际分布特征；在空间维度上，既涉及区域整体水分平衡，也涉及水分在水平和垂向维度的平衡，在河道内与河道外的平衡。因此，区域水平衡具有显著的多维性。

（3） 动态性。区域水分处于持续运动和更新过程中，水循环通量和状态变量具有不同程度的随机性、振荡性。因此，水平衡是水循环演化过程中形成的一种动态平衡。区域水分的分布特征和转化、响应关系并非固定不变。随着区域水循环系统内部与外部条件变化，区域水平衡状态也会发生调整。当然，从表征流域水循环过程的角度而言，需要关注水平衡要素及其关系的长期性、宏观性、统计性规律的动态特征。

（4） 韧弹性。由于水分的更新流动和生态系统的自我调节能力，水循环系统具有一定的承受能力和适应性。因此，区域水平衡对于压力和扰动亦具有一定韧性。当然，这种韧性有一定限度。如果水循环系统受到的压力大幅度、持续性超过其承载能力阈值，区域水平衡将不能恢复到原有状态，而是演化至新的状态。

（5） 外部性。在现代条件下，区域与外界之间存在各种形式和不同程度的水分和能量交换关系，因此区域水平衡呈现出明显的外部性。某一区域水平衡状况的变化不仅影响本区域，而且必然对其相邻区域、甚至非相邻区域的水平衡状态产生一定影响。

2 区域水平衡影响因素

水平衡是陆气耦合作用下水循环过程演化的产物，影响区域水循环过程的因素均会影响水平衡状况。图2给出了区域水平衡状态的主要影响因素，自然因素和人类活动因素共同决定了区域水平衡状态及其演化方向。相关因素影响区域水平衡的物理机制主要包括3种：一是影响区域与外界之间的水分通量规模及过程，二是影响区域水循环系统各圈层的物理结构和水分调节及传导性质，三是影响区域水循环的驱动力和水分运动路径。

2.1 自然因素

水平衡状态受气候、地质、地貌等自然因素的影响。气候条件直接或间接影响降水、蒸散发和径流等区域水循环关键通量，且对各圈层水储量等状态变量具有重要影响，同时气候条件还影响生态环境和经济社会用水需求，故不同气候区往往形成各具特色的水平衡特征。气候变化对区域水循环和水平衡状态的复杂影响已引起广泛关注。首先，气候变化会影响大气环流和水汽输送条件，导致水汽含量、降水及蒸发能力特性变化，影响区域水分补给和消耗，乃至从根本上改变旱涝情势。有研究指出年代际尺度上流域降水与海洋水汽输送通量变化的同步性［14］。同时，全球变暖导致陆地冰川积雪和冻土加快消融，改变陆地水储量及其时空分布格局。如受气候变暖影响，近年“亚洲水塔”——青藏高原冰川、积雪和冻土固态水储量加速释放转化为液态水分，导致部分高原湖泊快速扩张和河川径流量增加［15-16］。地质、地貌条件也是影响区域水平衡的主导性因素。不同地质构造、地形条件、地表覆盖和水系结构形成不同地表及地下水分的赋存、转化特征。火山、地震、大型滑坡等地质活动可以在短时间内改变地球表层和深部物理结构，重塑区域水循环条件，从而改变原有水平衡状态［17-19］。而山水林田湖草沙格局的调整将改变区域水源涵养能力和水分调节特征。与火山喷发、地震活动等剧烈的地质运动相比，植被演替等地貌过程对区域水平衡的影响相对比较缓慢，但其长期累积效应不可忽视。如近20 a以来中国植被总体出现了显著“变绿”情况［20］，在减轻土壤侵蚀、固碳增汇的同时，也增加了一些非湿润性区域水分消耗，造成了地表水资源量衰减、加剧了经济社会与生态环境用水竞争性［21-22］。

2.2 人类活动因素

在现代条件下，高强度人类活动使水循环过程发生了显著变化，对区域水平衡的影响已相当突出。大型水库、闸坝等水利工程建设从根本上强化了人类对区域水分的调控能力，成为影响水平衡的关键因素。大型水库群可显著改变地表水分时空分布格局，对河湖水沙情势和平衡关系造成深远影响。地下水大规模开采则可能对地下含水层水分赋存和补排关系产生重大影响，除直接增加地下水储量支出外，还可能减少降水对地下水入渗补给并导致河川基流量减少，进而重塑地表地下水平衡关系。事实上，城乡“取水-输水-用水-回归-排水”体系的形成，改变了水循环系统的空间结构和水分运动路径。在一些区域，社会水循环通量的规模和强度已较为可观，在相当程度上改变了河道内与河道外水平衡关系。总之，在现代条件下，水资源开发利用对地表和地下水平衡要素的影响是全方位的。作为一种特殊的水资源开发利用活动，跨境调水则改变了流域或区域与外界之间的水分交换通量规模及过程，增加了水循环过程的开放性，使水平衡关系更加复杂。目前全球有40个以上国家和地区建有350余项调引水工程，遍及长江、密西西比河等大江大河［23］。中国1949—2019年已建和在建跨流域调水工程300余项、年引水量达1 250亿m3［24］。

城乡土地开发和水土保持则在不同程度上改变区域下垫面构成和质地，影响水循环载体物理结构和水分传导调节性质，从而改变区域水平衡状态。城镇化进程中高强度土地开发利用导致城市及其毗邻区弱透水面积或不透水面积率大幅度增加，阻断了降水对土壤包气带和地下含水层的水分补给，弱化了下垫面水分调节功能，使得地表产水量增加且汇流加快，从而对水平衡状况产生了明显影响。城镇化不仅影响陆地水文过程，甚至对大气降水过程也可能产生一定扰动［25］。面广量大的梯田、淤地坝等水土保持措施改变了区域地表植被覆盖状况和微地形特征，影响坡面产汇流和泥沙运移过程，其对水平衡和水沙关系的影响已在黄土高原等地区得到证实［26］。

3 区域健康水平衡及评价准则

3.1 健康水平衡的定义

根据前述分析，水平衡是水循环系统运行状态的“指示器”和“晴雨表”。因此，一个重要理论和实践问题是：对于特定区域而言，当前水平衡处于何种状态？是否适应水循环系统良性演化、支撑区域可持续发展的需求？是否与区域总体发展目标和功能定位相适应？是否需要加以调整甚至再构，以达到某种“理想”状态？

这就需要进一步提出健康水平衡的定义及评价方法。总体而言，区域水平衡状态应有利于实现两方面的功能：一是区域水分分配与转化关系，应有利于促进水分及其他伴生物质合理分配和正常更新代谢，促进水循环系统和生态系统良性演替；二是水平衡必须有利于保障人类正常涉水需求，有利于水循环系统稳定持續提供与区域经济社会发展定位相匹配的水安全、水经济及水文化服务。基于这些认识，将区域健康水平衡定义为：有利于维系水循环系统正常更新代谢、支撑和促进生态环境和经济社会良性协调发展、与区域总体发展目标和功能定位相适应的一种水平衡状态。

健康水平衡建立在山水林田湖草沙生命共同体理念与人水和谐理念基础上，是水资源与人类发展、生态保护相协调的一个整合性概念，是对水循环系统胁迫与响应关系的综合性表述。健康水平衡以水分的正常更新代谢和生态系统良性演化为前提。“健康”的区域水平衡意味着水循环系统压力未超过其支撑能力，而“亚健康”或“不健康”的区域水平衡状态则对应着水循环系统的承载压力超过了支撑能力。为实现水平衡健康状态，应尽可能避免人类活动对自然水循环过程的过度干扰。当然，在现代条件下，忽视水循环系统的经济社会服务功能是根本不现实的，水平衡状态必然受到各种人类活动因素的影响。健康水平衡应当是有效协调经济发展和生态保护对水分需求的竞争性，与区域总体发展目标和功能定位相适应的一种水分平衡状态，而非“天然”的水平衡关系。构建区域健康水平衡的目的是在遵循质量、能量守恒原理和复杂系统演化规律的前提下，以水循环系统良性运行促进经济社会和生态环境协调发展。

3.2 健康水平衡判别准则

水平衡与水循环系统的良性运行、生态系统稳定发展和水资源可持续利用具有密切关系。因此，有必要开展区域水平衡状态评价，以诊断区域水平衡是否处于“健康”状态。健康的区域水平衡应符合以下基本准则（图3）：

（1） 区域水循环空间及介质的物理性质和水分调节功能良好稳定。水循环过程的完整性、连续性与其物理空间和介质的结构及性质息息相关。健康水平衡以具有稳定良好水分调节功能的物理空间和介质为基本前提。区域各圈层具有良好的容水蓄水能力和适宜的水力传导性质是涵养、调节水分并保障水分畅通流动的基础。因此，区域水平衡健康诊断必须高度关注地表覆盖、河湖水系和地下含水层等下垫面要素变化，解析水循环系统主要水分调蓄载体、传输通道与界面物理特性是否受到自然或人类活动因素的重大不利影响。

（2） 水循环系统关键状态变量和通量要素连续平稳。区域水循环系统中各关键状态变量和通量要素均有特定功能和作用。水循环要素的连续性和平稳性事关水分及伴生物质的正常更新代谢。水循环要素的连续平稳至少应满足2个条件：一是在时空维度上维持适宜均值，二是水循环要素极值和极端事件发生频次处于合理区间。

（3） 区域关键水循环要素的响应关系正常稳定。降水、径流与蒸散发三者响应关系的正常稳定有利于实现降水在水平与垂向、地表与地下、河道内与河道外的适宜分配，有利于实现“绿水”与“蓝水”的合理平衡。若一个区域降水—径流关系产生了非一致性，说明不仅降水、径流和蒸散发等水循环要素的时空分布特征发生了显著调整，下垫面等物理空间性质可能也發生了重要变化。

（4） 生态环境质量与区域生态功能定位相适应。水分是生态环境的控制性要素。健康水平衡对应的区域水分分布存储和流动状态应当与生态系统需水具有较强的时空匹配性，有利于维持与气候地理条件和生态功能定位相适应的生态格局，有利于形成优良的河湖水环境。反过来，生态环境质量对水平衡健康状态也具有重要反映作用。可根据植被指数、生物多样性和河湖水质等反映生态环境质量的关键因素，判断区域水平衡状态的健康性。

（5） 水资源高效利用且开发利用规模和强度处于适度范围。水资源开发利用应与区域发展定位相适应，区域水平衡应有利于保障经济社会基本用水需求并实现水资源优化配置与高效利用，从而支撑经济社会高质量发展。但社会水循环关键通量规模与强度应处于合理范围内。一是地表和地下水取水用规模不能超过地表水资源可利用量和地下水可开采量的阈值，以免造成地表径流过度衰减和地下水超采;二是水体污染物排放规模和强度不能超过水环境容量的阈值，以免造成河湖水域功能损害并影响其他区域正常用水。

健康水平衡是复杂系统理论、时空均衡思想、人水和谐理念在治水思辨中的重要体现。基于前文分析可知，水资源可利用量、水环境容量等健康水平衡的关键阈值是确定水资源能够支撑的“经济社会发展的最大规模”和评价水资源承载力的基础。因此，实现健康的区域水平衡，与水资源适度承载的要求总体是一致的。健康水平衡是落实水资源刚性约束的重要理论基础。由于区域水平衡涉及一系列水分分布、转化和响应关系，故开展水平衡健康评价需要掌握大量基础信息资料。但随着水循环多源立体监测技术的发展和监测资料的持续积累，获取水循环要素信息的能力不断提升。同时，通过分布式水循环模拟与数据同化技术也可得到各圈层水循环要素的时空分布信息。这为综合诊断区域水平衡健康状态奠定了更好的资料条件。根据图3中的判别准则，可利用降水、径流、蒸散发、土壤湿度、地下水位、冰川积雪范围、冻土层厚度、水域范围、河湖蓄水量、生产生活用水量、污水排放量等水循环通量或状态变量信息，综合研判区域水平衡健康程度。降水、蒸散发和河川径流量的时空分布规律未发生显著变异，土壤湿度、地下水位、冰川积雪范围、冻土层厚度等水储量要素较为稳定，降水—径流—蒸散发响应关系基本平稳，河湖库沼等水域空间正常波动，下垫面性质和景观植被格局基本稳定，均是区域水平衡健康或基本健康的重要表征。而在区域水平衡处于亚健康或不健康的情况下，则往往会发生降水、径流、蒸散发等水循环要素时空分布及响应关系超越阈值的“异常”情况，如冰川积雪快速消融、河川径流持续衰减或水域面积大幅萎缩、土壤水分干化、地下水位快速下降或咸水入侵、河口三角洲退化等。

4 区域健康水平衡实现路径

由于水分的动态更新特征和生态系统的适应调节能力，水循环系统可以承受一定的压力和扰动而基本不影响其服务功能，这是水循环支撑生态系统发展并为人类持续提供生存发展资源的能力所在。水循环系统的支撑承载能力一方面取决于区域地质构造、地形地貌、植被生态、河湖水系等物理性质，另一方面也取决于大气、地表和地下各圈层水分补给条件和水分流动特征。可综合采用水源涵养能力、地表水资源可利用量、地下水可开采量、水环境容量和洪涝蓄泄能力等指标表征水循环系统支撑承载能力。而水循环系统承受的压力主要来自于极端气候气象事件、地质运动、土地开发利用、经济社会用水、基础设施建设等对水量、水质、水域和水流等的干扰。经济社会发展对于水循环系统的压力可通过地表水取水量、地下水开采量、区域用水总量、水资源消耗量、入河污染物总量、河湖岸线占用率等一系列指标描述。尽管水循环系统具有一定“韧性”，但当其承受的压力长期大幅度超过支撑能力时，会导致水平衡“失调”并引发一系列生态、环境、经济和社会问题。为实现健康水平衡状态，需统筹山水林田湖草沙，提升水循环系统支撑能力并控制其压力。总之，需要通过水循环系统承载能力提升和压力控减的双向结合实现区域健康水平衡。

4.1 水循环系统支撑能力提升

图4给出了提升区域水循环系统支撑承载能力的主要路径和措施。根据图4可知，应统筹域内域外，综合自然与人工途径，采取强化生态保护修复、改善河湖水系结构、优化水利工程布局和调控能力、增加区域水分补给、促进水体流动更新等措施，通过提高水资源可利用量、水环境容量、洪涝蓄泄能力，恢复和增强生态调节功能，从而综合提升区域水循环系统支撑能力。

水循环系统植根于国土空间，山水林田湖草沙是生命共同体。山丘和岩石构成了水循环的骨架，水系是水循环的血脉，林草田沙是水循环的肌体。优化“三生”空间格局，科学保护生态空间、集约利用生活生产空间是维系并提升水循环系统支撑能力的重要途径。特别是强化国土生态空间和具有重要生态功能的生产空间保护修复，确保生态系统稳定良性发展，是维护水分涵养和调节能力的基本前提，对于筑牢健康水平衡的自然基底至关重要。

河湖水域是极为关键的生态空间和水分调节场所。水网结构对于区域水分时空分配和溶质运移具有重要影响，而水利设施则是调节水流的物质基础。构建互联互通、调控得当、有序流动的水物理网络，可以降低径流等水循环要素的极值性和时空不均性，改善水动力条件、增加洪澇蓄泄能力和水环境容量，是提升水循环系统支撑能力的关键举措。因此，一方面需要理顺水网脉络，优化水网拓扑结构，维护水域空间的完整性、连续性;另一方面，应当科学布局和调控水利设施，形成合理的水流运动路径和流动特征。

大规模利用海水和再生水等非常规水源，可以起到对常规地表和地下水源的补充或置换作用，从而增加区域水资源可利用量，也是提升水循环系统支撑能力的重要途径。以地狭人稠、常规水资源贫乏著称的新加坡计划在与马来西亚供水协议到期的前一年，即2060年，在人口倍增的情形下，通过海水淡化和再生水满足80%的水资源需求量（其中再生水占55%），从而实现本国水资源完全自给［27］。北京市再生水利用量已占全市用水总量的30%左右［13］，同时中国沿海地区海水淡化规模持续增加，对于应对常规水资源短缺、提升区域水循环系统支撑能力也发挥了重要作用。

跨流域水资源调配也是重塑水循环空间格局、维持缺水地区水循环系统支撑能力的必要措施。中国降水和水资源时空分布高度不均且与耕地、人口和经济要素分布极不匹配。在实施有效的节水控污的前提下，科学推进跨区域水资源调配，强化全国尺度的水流综合调配能力，是增加中国华北、西北等缺水地区水分补给、有效改善水平衡状态、优化水土资源配置的战略性举措。以中国水资源严重短缺的海河流域为例，21世纪以来该流域来源于黄河、长江流域的外调水供水规模及占总供水量的比重持续增加，至2021年已达到30%左右［28］，已超过当地地表水源供水量、接近地下水源供水量，这对于解决当地严重的水平衡失调问题和水危机起到了战略性作用。而据统计，自2014年12月通水以来至2023年2月5日，南水北调东中线一期工程（含东线一期北延应急供水工程）累计调水量突破600亿m3，相当于为北方地区调来了超过黄河1 a的水量［29］。这是近年华北平原区推进地下水超采治理和河湖生态复苏的重要条件。当然，跨流域水资源调配必须坚持“确有需要、生态安全、可以持续”的原则，充分考虑调水对调出区水平衡和生态安全的不利影响和技术经济可行性。

4.2 水循环系统承载压力控减

为构建健康水平衡，应当在着力提升水循环系统支撑能力的同时，有效控减人类活动对水循环系统的压力。人类活动对水循环系统的压力，主要取决于国土空间开发利用情况，最终归结于区域承载的人口、经济规模和生产生活方式。图5给出了控减水循环系统压力的主要路径和措施。需要坚持量水发展原则，建立源头、过程和末端相结合的水循环系统压力控减体系。应落实量水发展原则，合理确定区域发展定位和目标，适度控制城乡人口经济发展规模、优化人口及产业空间布局与结构;同时，还要以水定绿，科学务实推进人工生态建设;严格水资源管理，着力构建节水型生产生活方式，大力推进节水减排;强化城乡涉水生产建设活动监管，避免对水域空间完整性和水流连续性的过度扰动。

优化经济结构是控减水循环系统压力的重要源头性措施。2000年以来，中国GDP总量总体上经历了扩张性增长，城镇化进程快速推进、城乡人口结构发生根本性变化。但全国用水总量得到了有效控制，近年甚至出现下降态势。以第三产业占比持续增加和高耗水、高污染行业优化调整为主要标志的产业结构升级对控制用水总量增长、减轻水循环系统压力起到了至关重要的作用，促进了经济社会发展对水资源的解耦。当然，中国对外贸易结构也在显著变化，随着大豆、油菜籽等粮油产品大规模进口［30］，中国已成为全球主要的虚拟水净流入国，实际上也在相当大程度上利用国外水资源，大大节约了农业用水量，这也是中国产业结构得以调整和用水总量得到有效控制的重要背景。但也应注意，在国际政治经济形势更加复杂和粮食等食物安全保障压力增大的情况下，中国虚拟水大规模净流入是否具有可持续性。只要条件允许，就应该充分利用国内、国外“2个市场”与“2种资源”；同时，推行绿色生活与消费方式，形成合理的居民膳食结构，降低食物浪费，对于控制用水消耗也可起到重要作用。然而，近年中国居民膳食结构升级、人均肉蛋奶类消费量快速增长［31］对于控减水循环系统压力是不利的。

植被生长以消耗一定水分为前提，不可能从根本上突破水分条件限制。“以水定绿”，科学务实推进国土空间绿化和生态建设也是控减水循环系统压力的重要措施。应系统监测大规模人工植被恢复对土壤湿度、河川径流、地下水和蒸散发等关键水循环要素的影响，科学评估植被绿化的水-沙-碳-污耦合效应。根据区域可用水分条件，制订适宜的植被建设目标、规模和方式。为避免不科学绿化造成水分过度消耗及由此导致的“绿水”和“蓝水”失衡［26］，在非湿润区，特别是干旱半干旱区植被恢复应设置植被覆盖率和净初级生产力阈值，优化林草结构和品种配置，充分发挥自然修复作用、尽可能减少人工干预。同时，城市绿化遵循节俭务实原则，充分考虑降水、地表水、地下水等水分要素承载能力和植被耗水规律，以水而定、量水而行，优化林草配置，不宜片面追求景观效果。

［17］陈友平，陈峰，张合理，等.树轮记录的自公元1200年以来强火山喷发事件与高亚洲南部河流源区气候水文变化的关联［J］.第四纪研究，2021，41（2）：323-333.（CHEN Y P，CHEN F，ZHANG H L，et al.Strong link of large volcanic eruptions and climatic and hydrological changes recorded by tree rings in the river source area of Southern High Asia since 1200 A.D.［J］.Quaternary Sciences，2021，41（2）：323-333.（in Chinese））

［18］史培军，杨文涛.山区孕灾环境下地震和极端天气气候对地质灾害的影响［J］.气候变化研究进展，2020，16（4）：405-414.（SHI P J，YANG W T.Compound effects of earthquakes and extreme weathers on geo-hazards in mountains［J］.Climate Change Research，2020，16（4）：405-414.（in Chinese））

［19］朱玲玲，李圣伟，董炳江，等.白格堰塞湖对金沙江水沙及梯级水库运行的影响［J］.湖泊科学，2020，32（4）：1165-1176.（ZHU L L，LI S W，DONG B J，et al.Effect of Baige landslide-dammed lake on runoff and sediment of the Jinsha River and operation of cascade reservoirs［J］.Journal of Lake Sciences，2020，32（4）：1165-1176.（in Chinese））

［20］CHEN C，PARK T，WANG X H，et al.China and India lead in greening of the world through land-use management［J］.Nature Sustainability，2019，2（2）：122-129.

［21］FENG X M，FU B J，PIAO S L，et al.Revegetation in China′s Loess Plateau is approaching sustainable water resource limits［J］.Nature Climate Change，2016，6（11）：1019-1022.

［22］鲍振鑫，张建云，严小林，等.基于四元驱动的海河流域河川径流变化归因定量识别［J］.水科学进展，2021，32（2）：171-181.（BAO Z X，ZHANG J Y，YAN X L，et al.Quantitative assessment of the attribution of runoff change caused by four factors in the Haihe River basin［J］.Advances in Water Science，2021，32（2）：171-181.（in Chinese））

［23］王光谦，欧阳琪，张远东，等.世界调水工程［M］.北京：科学出版社，2009.（WANG G Q，OU Y Q，ZHANG Y D，et al.World water diversion project［M］.Beijing：Science Press，2009.（in Chinese））

［24］高媛媛，姚建文，陳桂芳，等.我国调水工程的现状与展望［J］.中国水利，2018（4）：49-51.（GAO Y Y，YAO J W，CHEN G F，et al.Current situation and prospects of water diversion schemes in China［J］.China Water Resources，2018（4）：49-51.（in Chinese））

［25］胡庆芳，张建云，王银堂，等.城市化对降水影响的研究综述［J］.水科学进展，2018，29（1）：138-150.（HU Q F，ZHANG J Y，WANG Y T，et al.A review of urbanization impact on precipitation［J］.Advances in Water Science，2018，29（1）：138-150.（in Chinese））

［26］WANG S，FU B J，PIAO S L，et al.Reduced sediment transport in the Yellow River due to anthropogenic changes［J］.Nature Geoscience，2016，9（1）：38-41.

［27］许国栋，高嵩，俞岚，等.新加坡新生水（NEWater）的发展历程及其成功要素分析［J］.环境保护，2018，46（7）：70-73.（XU G D，GAO S，YU L，et al.Analysis on the development process of NEWater in Singapore［J］.Environmental Protection，2018，46（7）：70-73.（in Chinese））

［28］水利部海河水利委员会.2021年海河流域水资源公报［EB/OL］.天津：水利部海河水利委员会，2022［2022-11-10］.http：∥www.hwcc.gov.cn/hwcc/static/szygb/gongbao2021/index.html#szgk.（The Haihe Water Resources Administration Committee，Ministry of Water Resources，China.Haihe River water resources bulletin in 2021［EB/OL］.Tianjin：The Haihe Water Resources Administration Committee，Ministry of Water Resources，China，2022［2022-11-10］.http：∥www.hwcc.gov.cn/hwcc/static/szygb/gongbao2021/index.html#szgk.（in Chinese））

［29］新華社.南水北调工程向北方调水突破600亿立方米［EB/OL］.［2023-02-05］.http：∥www.gov.cn/xinwen/2023-02/05/content_5740138.htm.（Xinhua News Agency.China′s mega project diverts 60B cubic meters of water to dry north［EB/OL］.［2023-02-05］.http：∥www.gov.cn/xinwen/2023-02/05/content_5740138.htm.（in Chinese））

［30］杨雪，何玉成，刘成.水资源安全视角下我国粮油虚拟水贸易实证研究［J］.中国农业资源与区划，2021，42（1）：41-50.（YANG X，HE Y C，LIU C.Empirical study on China′s grain and oil virtual water trade from the perspective of water resources security［J］.Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning，2021，42（1）：41-50.（in Chinese））

［31］辛良杰.中国居民膳食结构升级、国际贸易与粮食安全［J］.自然资源学报，2021，36（6）：1469-1480.（XIN L J.Dietary structure upgrade of China′s residents，international trade and food security［J］.Journal of Natural Resources，2021，36（6）：1469-1480.（in Chinese））

［32］国家统计局.中国统计年鉴：2021［M］.北京：中国统计出版社，2021.（National Bureau of Statistics.China statistics yearbook：2021［M］.Beijing：China Statistics Press，2021.（in Chinese））

Abstract：Water balance is a principal material balance in the world.It is closely connected with the normal operation of water cycle system，the stable evolution of the ecosystem and the sustainable utilization of water resources.However，existing discussion on the basic concept of water balance and the methodology of forming appropriate water balance is rather scarce.Based on the characteristics of natural-social coupled water cycle，regional water balance is deeply illustrated including its basic concept，multiple connotations and main traits.Meanwhile，the main natural and anthropological factors influencing the state of water balance is expounded.Then，the definition of healthy water balance is proposed.Furthermore，comprehensive criterions for regional healthy water balance is elaborated.A bilateral path to healthy water balance realization is also proposed，which combines carrying capacity improvement and pressure reduction of the water cycle system.Healthy water balance provides a vital instruction for implementing the principal of water-based development in the planning and practice of territory space development.

Key words：regional water balance;healthy water balance;implementation path;natural-social coupled water cycle;territory space;water security guarantee