張 弛，王明君，于 冰，周惠成，李 昱

（大連理工大學(xué) 水利工程學(xué)院，遼寧 大連 116024）

1 研究背景

東北地區(qū)是我國重要商品糧基地和重工業(yè)基地，也是濕地主要分布區(qū)，境內(nèi)分布著數(shù)十座大中型城市［1-3］。2020年東北三省糧食產(chǎn)量13 683 萬t，占全國糧食總產(chǎn)量的20.43%，其中黑龍江省以年產(chǎn)量7541 萬t 全國排名第一，是維護(hù)我國糧食安全的重要保障［4］。東北地區(qū)擁有全國最大面積的淡水沼澤濕地，其中三江平原是我國最大的沼澤分布區(qū)［5］，具有水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化等獨(dú)特生態(tài)環(huán)境功效，在維護(hù)自然生態(tài)平衡中發(fā)揮著不可替代的作用［6-8］；與此同時，作為新中國工業(yè)的搖籃，東北地區(qū)擁有一批關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈和國家安全的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是全國經(jīng)濟(jì)的重要增長極，在國家發(fā)展全局中舉足輕重。加快東北老工業(yè)基地全面振興是提高我國產(chǎn)業(yè)國際競爭力、促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。

松遼流域是東北地區(qū)發(fā)展的搖籃，雖然水資源總量多，但其水資源時空分布不均，受氣候變化和人類活動影響，東北地區(qū)面臨嚴(yán)峻的水資源、水環(huán)境、水生態(tài)問題，危及糧食安全、生態(tài)健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展［9］。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，大規(guī)模農(nóng)業(yè)快速擴(kuò)張，農(nóng)業(yè)灌溉需水量陡增，現(xiàn)階段不合理的取水方式造成了地下水過度超采，并產(chǎn)生了區(qū)域性地下水位降落漏斗［10-11］；濕地生態(tài)健康方面，近年來濕地水系連通性下降、水源短缺、面積萎縮，農(nóng)田面源污染及城市點(diǎn)源排污導(dǎo)致水質(zhì)惡化，濕地生態(tài)環(huán)境受到前所未有的威脅［12-13］；河流-河口生態(tài)健康方面，陸源污染物在河口地區(qū)大量沉積，影響河口生態(tài)服務(wù)功能，破壞河口地區(qū)水生態(tài)環(huán)境［14-15］；城市供水方面，城市-農(nóng)業(yè)-生態(tài)用水競爭劇烈，水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間格局不匹配的問題更加突出，導(dǎo)致城市供水保障能力降低［16］。

為解決上述問題，松遼流域規(guī)劃修建了三江連通工程、松花江河湖連通工程和遼寧省東水西調(diào)工程等，旨在優(yōu)化水資源空間分配，提升區(qū)域水資源互調(diào)互濟(jì)能力和水資源開發(fā)利用水平，緩解農(nóng)業(yè)、城市供水危機(jī)，修復(fù)和保護(hù)濕地生態(tài)，有效治理河流-河口污染。隨著連通工程的修建，江河湖庫水網(wǎng)間的聯(lián)系將變得更加密切，用水結(jié)構(gòu)更加多元化、水質(zhì)需求更加差異化、水源類別更加多樣化，水資源調(diào)控涉及范圍更廣、調(diào)控空間更大、調(diào)度目標(biāo)更多，加劇了問題的復(fù)雜性，對松遼流域水資源調(diào)控提出了新的要求；與此同時，新興技術(shù)的發(fā)展也促使水資源的管理方式從粗放式向精細(xì)化、科學(xué)化、智能化發(fā)展。

為此，本文以“保障國家糧食安全，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，振興東北老工業(yè)基地”等國家重大需求為導(dǎo)向，梳理出大面積農(nóng)業(yè)灌溉、濕地修復(fù)與保護(hù)、河流河口污染治理和城市多水源供水等四方面的關(guān)鍵科學(xué)難題，重點(diǎn)闡述和剖析其研究進(jìn)展及熱點(diǎn)，探究未來松遼流域水資源綜合調(diào)控的戰(zhàn)略舉措及四大難題的解決途徑。

2 松遼流域水資源綜合調(diào)控的難點(diǎn)與重點(diǎn)

針對松遼流域大面積農(nóng)業(yè)灌溉導(dǎo)致的地下水超采、濕地面積萎縮與功能退化、河流-河口水質(zhì)污染與水功能退化、城市供用水矛盾突出等多元問題，剖析問題根源及應(yīng)對措施，進(jìn)而從“大面積農(nóng)業(yè)灌溉”“濕地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)”“河流-河口污染治理”以及“城市多水源供水”四個主題出發(fā)，提煉松遼流域水資源綜合調(diào)控的難點(diǎn)與重點(diǎn)。

2.1 大面積農(nóng)業(yè)灌溉以往松遼流域大面積農(nóng)業(yè)灌溉主要以開采地下水發(fā)展水田為主，以三江平原農(nóng)業(yè)灌溉為例，其地下水和地表水灌溉比例為4∶1，導(dǎo)致地下水開采嚴(yán)重，部分地區(qū)出現(xiàn)了地下水漏斗［11］。三江連通等江河湖庫聯(lián)通工程修建后，松遼流域地表水開發(fā)利用水平提升，有效置換地下水，在保障灌溉需求的同時涵養(yǎng)地下水源。然而，如果地下水置換過多，有可能引起地下水位抬升過度，引起土壤的次生鹽堿化和沼澤化［17］。此外，農(nóng)田退水含有大量的氮、磷和有機(jī)物，其與地下水的相互作用將引發(fā)水質(zhì)問題。因此，明晰自然及人為因素（江河湖庫連通工程、地下水開采等）變化對地表水與地下水轉(zhuǎn)換關(guān)系的影響機(jī)制，合理測算地表水和地下水的可利用量是大面積農(nóng)業(yè)灌溉首要關(guān)注的難點(diǎn)與重點(diǎn)；另一方面，當(dāng)前農(nóng)業(yè)灌溉對作物需水過程闡釋不清，且缺乏土壤墑情的快速診斷技術(shù)，導(dǎo)致作物灌溉制度適應(yīng)性不足，水資源利用效率不高［18-20］，如何進(jìn)行作物需水的精細(xì)化預(yù)測，優(yōu)化作物灌溉制度，為地表水和地下水的聯(lián)合調(diào)控提供依據(jù)，是大面積農(nóng)業(yè)灌溉面臨的另一個難點(diǎn)。

2.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)大面積農(nóng)業(yè)以及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展擠占生態(tài)環(huán)境用水，導(dǎo)致松遼流域濕地面積萎縮、生態(tài)功能退化，合理進(jìn)行濕地補(bǔ)水是修復(fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要措施。濕地生物種類繁雜，生態(tài)服務(wù)功能多樣，不同物種有各自的生長、生活周期，不同物種的生理生態(tài)狀況所受控的濕地環(huán)境因子種類不同，影響關(guān)系及敏感程度亦不同［21-22］。因此，如何從多時空尺度出發(fā)，從多角度挖掘不同水文情勢（流量、流速、水位）、水溫、水質(zhì)（常規(guī)指標(biāo)、氮、磷等）對生態(tài)特征指標(biāo)（類別、生物量、株高、密度、蓋度等）的影響關(guān)系，揭示不同物種的生態(tài)特征對其關(guān)鍵環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而量化濕地生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)域、分時段的精細(xì)水量需求，是濕地修復(fù)與保護(hù)首要關(guān)注的難點(diǎn)與重點(diǎn)。另外，江河湖庫連通條件下，濕地已形成了常規(guī)水資源、洪水資源、農(nóng)田退水及水庫蓄水共同補(bǔ)給的多水源供水格局。在多水源補(bǔ)水過程中，各水源水量、水質(zhì)、補(bǔ)給時機(jī)及點(diǎn)位（面）均不同，如農(nóng)田退水影響氮、磷的輸入及分布規(guī)律，工程補(bǔ)水的點(diǎn)位及水量會改變系統(tǒng)的水文、水動力過程；不同水源對生態(tài)系統(tǒng)水文、水動力、水質(zhì)的作用機(jī)制存在時空差異，進(jìn)而影響生態(tài)響應(yīng)［23-24］。當(dāng)多水源綜合利用時，該影響存在著時空疊加效應(yīng)，更加劇了系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵因子變化的復(fù)雜性。因此，如何耦合考慮上述水文、水動力、水質(zhì)、生態(tài)過程，全面刻畫補(bǔ)水水源及多水源耦合利用對關(guān)鍵環(huán)境因子的影響及作用機(jī)制，并進(jìn)一步揭示濕地生態(tài)響應(yīng)，從而為濕地多水源調(diào)控提供依據(jù)，是濕地修復(fù)與保護(hù)的又一難點(diǎn)。

2.3 河流-河口污染治理近年來，大面積農(nóng)業(yè)退水、城市工業(yè)廢水、養(yǎng)殖業(yè)排污等陸域污染物輸入導(dǎo)致遼東灣地區(qū)水污染日趨嚴(yán)重，雖然采取了很多污染治理措施，但生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴(yán)重的態(tài)勢并沒有根本上的轉(zhuǎn)變［25-26］，其主要原因在于對流域-近海河口水沙及營養(yǎng)鹽的輸移機(jī)制以及生態(tài)環(huán)境演變機(jī)理的認(rèn)知不足［27-28］。在流域側(cè)，營養(yǎng)鹽輸移過程受到多元驅(qū)動營力和景觀格局的共同影響，遼河流域的生產(chǎn)和生活強(qiáng)度大，形成了以“取-用-耗-排”為特征的人工側(cè)支水循環(huán)與養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)的通量與路徑，流域下墊面景觀類型多樣，對產(chǎn)匯流、土壤侵蝕及養(yǎng)分物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化等系列過程的作用機(jī)制各不相同，從而加劇了流域水沙及營養(yǎng)鹽的產(chǎn)出及遷移轉(zhuǎn)化過程的復(fù)雜性。在近海河口側(cè)，遼河口地處陸海交互地帶，生態(tài)環(huán)境受到流域水沙和營養(yǎng)鹽入海通量，以及內(nèi)外海潮汐、海洋風(fēng)力、凍融營力等多因素的共同影響和制約。該區(qū)域的生物地球化學(xué)循環(huán)過程涉及海洋水循環(huán)的所有過程和咸淡水間的物質(zhì)能量交換，并在一定范圍內(nèi)形成“最大渾濁帶”，使得營養(yǎng)物質(zhì)的輸移轉(zhuǎn)化過程更加復(fù)雜化。以往針對微觀界面營養(yǎng)鹽遷移轉(zhuǎn)化的研究多集中在河流或海洋水體，然而，對于陸海交互界面上營養(yǎng)鹽的形態(tài)、分布及轉(zhuǎn)化行為，以及多種動力過程（徑流、潮流、季節(jié)風(fēng)力、凍融等）對河口生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的影響機(jī)理尚缺乏系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知，難以實(shí)現(xiàn)河口與流域生態(tài)環(huán)境目標(biāo)的有效銜接。因此，如何深化對流域-河口水沙及養(yǎng)分物質(zhì)演變過程和通量規(guī)律的認(rèn)知，并以此為基礎(chǔ)開展陸源污染溯源，是陸、海水環(huán)境問題診斷及系統(tǒng)規(guī)劃治理的前提和基礎(chǔ)。

2.4 城市多水源供水隨著國家振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略的實(shí)施，東北地區(qū)城鎮(zhèn)化和工業(yè)化得以快速發(fā)展，城市用水需求大幅增長，水資源供需矛盾不斷加劇?？缌饔蛞こ痰慕ㄔO(shè)和非常規(guī)水源的利用給城市開辟了新的水源［29］，但多水源可利用水量及來水過程不確定性也加劇了城市水資源配置的復(fù)雜性。與此同時，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局的改變帶來了用水增長點(diǎn)空間分布的變化，導(dǎo)致水廠、管網(wǎng)等供水工程布局與經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間格局的不匹配性日益凸顯；輸配水管網(wǎng)的老化及其運(yùn)行方式的不合理，造成供水漏損嚴(yán)重，用水效率低下［30-31］。因此，如何遵循“節(jié)水優(yōu)先，空間均衡”的新時期治水思路，在復(fù)雜多水源供水格局下，研究城市“原水-輸水-凈水-配水-用水”全鏈條供水精細(xì)化調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)城市多類水源的優(yōu)化分配，檢驗(yàn)城市供水工程與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的配套性，尋求輸配水管網(wǎng)的最優(yōu)運(yùn)行模式，是城市供水面臨的難點(diǎn)與重點(diǎn)。

3 松遼流域水資源綜合調(diào)控研究進(jìn)展

3.1 大面積農(nóng)業(yè)灌溉地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控松遼流域大面積農(nóng)業(yè)灌溉條件下地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控研究主要從作物需水確定、灌溉制度和渠系布局優(yōu)化、生態(tài)地下水位以及地表水-地下水聯(lián)合調(diào)控模型等方面開展。作物需水方面，當(dāng)前研究主要通過歷史遙感信息反演作物蒸散發(fā)與土壤墑情，基于作物需水過程模擬模型，計算三江平原不同作物（水稻、玉米、大豆）的需水量［32-33］。灌溉制度方面，部分學(xué)者綜合考慮氣候變化、產(chǎn)量和效益等多因素對作物需水的影響，通過設(shè)置不同的灌溉情景，并基于SWAT 及AquaCrop 模型模擬和比較分析，實(shí)現(xiàn)了不同氣候模式、典型年水田和旱田作物灌溉制度的優(yōu)化［34-35］。渠系布局方面，部分學(xué)者通過建立渠系優(yōu)化布局模型，尋求最優(yōu)輸配水渠系路徑，有效提高了灌溉用水的利用效率［36］。生態(tài)地下水位方面，通過野外調(diào)查和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，綜合考慮防漬害、防鹽害和防濕地退化、防河流影響帶地下水與河水脫節(jié)、防地面沉降以及防含水層疏干等指標(biāo)，確定了三江平原生態(tài)地下水位的上、下限閾值［37］，并以此為地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控的重要約束?；谝陨涎芯?，根據(jù)大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)理論，構(gòu)建了“引水區(qū)域-灌區(qū)-農(nóng)田”三層互饋地表水-地下水聯(lián)合調(diào)配模型，提出了適合三江平原典型灌區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的地表水與地下水聯(lián)合開采方案［38-39］。然而，基于歷史遙感信息反演的作物蒸散發(fā)與土壤墑情不能很好指導(dǎo)當(dāng)前作物需水量的計算，亟需發(fā)展作物蒸散發(fā)實(shí)時監(jiān)測技術(shù)與土壤墑情快速診斷技術(shù)；同時，連通工程實(shí)施后，大規(guī)模區(qū)域性的地表水與地下水聯(lián)合調(diào)控須進(jìn)一步探索；此外，有必要發(fā)揮水價制度對農(nóng)業(yè)節(jié)水的促進(jìn)作用，研究不同區(qū)域的農(nóng)業(yè)水價形成機(jī)制，在調(diào)控中引入水價約束。

3.2 濕地補(bǔ)水與多水源調(diào)控濕地生態(tài)需水的確定是濕地修復(fù)以及多水源調(diào)控的前提［40］，當(dāng)前研究首先通過監(jiān)測、實(shí)驗(yàn)與模型模擬，分析濕地內(nèi)部不同時空尺度下典型生態(tài)保護(hù)目標(biāo)對多種水文要素變化的響應(yīng)關(guān)系［41-43］，進(jìn)而確定濕地內(nèi)部多種目標(biāo)保護(hù)物種的生境需求［44］，最終從水量水質(zhì)兩維度、多要素、分時、分區(qū)精細(xì)化計算嫩江流域典型濕地的生態(tài)需水量［45-47］，為濕地生態(tài)補(bǔ)水與多水源調(diào)控提供技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。就補(bǔ)給水源而言，除常規(guī)地表水資源，切實(shí)考慮濕地生態(tài)水文特征，充分利用雨洪資源、農(nóng)田退水等非常規(guī)水資源，既可為濕地進(jìn)行補(bǔ)水，又可最大限度地發(fā)揮濕地的水文調(diào)蓄與水質(zhì)凈化功能［48-49］。濕地生態(tài)水文模型是開展?jié)竦厣鷳B(tài)水文調(diào)控和水資源管理的方法支撐［48］，有學(xué)者以查干湖為例，通過建立濕地水文-水動力-水質(zhì)-水生態(tài)綜合模型，分析農(nóng)田退水對查干湖鹽度、水質(zhì)的影響，并對此進(jìn)行風(fēng)險評估，揭示出控制農(nóng)田退水是查干湖水質(zhì)管理的關(guān)鍵［50］，進(jìn)而確定了濕地生態(tài)保護(hù)的年內(nèi)量質(zhì)控制閾值，并以此為約束提出了不同情景下查干湖生態(tài)補(bǔ)水調(diào)控方案［47］。然而，濕地內(nèi)生物種類眾多，生態(tài)水文相互作用及響應(yīng)機(jī)制復(fù)雜，目前針對濕地生態(tài)需水量的研究大多基于典型物種或典型濕地進(jìn)行，生態(tài)指標(biāo)對水文和水環(huán)境多要素耦合作用的響應(yīng)關(guān)系研究尚不完善，因此開展不同尺度下濕地內(nèi)多物種（底棲生物、魚類、鳥類、植被、藻類等）、多要素（流量、流速、水位、水質(zhì)、水文周期等）生態(tài)水文相互作用機(jī)理及響應(yīng)關(guān)系的研究，發(fā)展基于濕地生態(tài)修復(fù)與保護(hù)的多水源精細(xì)化調(diào)控技術(shù)，是未來關(guān)注和研究的重點(diǎn)。

3.3 河流-河口污染溯源與治理目標(biāo)統(tǒng)籌河口徑流潮汐交互作用研究是河流-河口污染溯源的關(guān)鍵，數(shù)值模擬是研究河口徑流潮汐交互作用的重要手段。近年來，諸多學(xué)者利用EFDC［51］、Delft3D［52］、FVCOM［53］等模型，在遼河口水動力、水質(zhì)、水生態(tài)模擬方面取得了一定進(jìn)展，對徑流和潮汐交互作用下的遼河口水動力、鹽度的數(shù)值模擬取得了不錯的成果［54-55］。先前研究通過室內(nèi)外控制模擬實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了在復(fù)雜河口動力梯度影響下，河口區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化行為受溶解氧、鹽度、溫度、濁度等因素的共同影響，顯著區(qū)別于陸域或海洋［56-59］。在陸域污染溯源方面，已有大量研究采用輸出系數(shù)法、水質(zhì)模型等方法對污染物的產(chǎn)出及輸移過程進(jìn)行模擬［60-61］，歸因量化了不同污染源對河流污染負(fù)荷的貢獻(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，基于污染物總量控制和多方案治理措施效果的情景模擬，明確流域污染控制和治理的最佳措施方案［62］。然而，以往研究大多聚焦陸域或海岸帶的污染溯源和治理，忽略了兩者在水、物質(zhì)和能量上的關(guān)聯(lián)關(guān)系，上游河流斷面的水、泥沙、營養(yǎng)鹽輸入至河口，會與河口潮汐、風(fēng)力等復(fù)雜條件耦合作用，共同影響河口水域的水生態(tài)功能，為此，河流-河口污染的溯源與治理需要從陸海統(tǒng)籌的角度出發(fā)，以滿足河口、河流生態(tài)環(huán)境需求出發(fā)，逐級確定“河口目標(biāo)-入?？刂颇繕?biāo)-陸域控制目標(biāo)”，促進(jìn)水資源量質(zhì)管控目標(biāo)與生態(tài)環(huán)境治理目標(biāo)的統(tǒng)籌。

3.4 城市供水多水源精細(xì)化配置與調(diào)控跨流域調(diào)水工程是實(shí)現(xiàn)城市多水源供水的重要途徑［63］。為解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局與水資源分布不匹配的問題，遼寧省提出了北中南三線跨流域調(diào)水工程的總體格局，以大中型水利工程為依托，橫穿全省大中型河流十余條，構(gòu)成了“三橫七縱”的水資源配置網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)全省水資源的高效開發(fā)利用［64］。有學(xué)者針對跨流域調(diào)水工程的實(shí)時調(diào)度決策問題，綜合考慮受水水庫的供水效益和引水成本，建立了受水水庫實(shí)時調(diào)度的理論分析框架，制定了最優(yōu)引、供水決策，并將其應(yīng)用于遼寧省大伙房應(yīng)急入連工程［65］；也有學(xué)者為降低城市缺水風(fēng)險、減少受水水庫棄水，分析了跨流域調(diào)水工程中調(diào)水能力和天然來水對調(diào)水量和水庫調(diào)度決策的影響，建立了受水水庫調(diào)度的理論框架，并將其應(yīng)用于大連市碧流河水庫的實(shí)際運(yùn)行調(diào)度決策中［66］。此外，還有學(xué)者聚焦城市供水系統(tǒng)中從水源到水廠的調(diào)控問題，建立了多水源聯(lián)合調(diào)度模型，緩解松遼流域城市的缺水問題［67-68］。然而，城市供水系統(tǒng)是一個涉及多水源、多管線、多水廠、多用戶的復(fù)雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)城市水資源調(diào)控往往聚焦在水廠以上，忽視了水廠以下配水管網(wǎng)的精細(xì)化調(diào)控。而城市配水管網(wǎng)的調(diào)控屬于市政工程學(xué)科研究范疇，這導(dǎo)致了城市供水系統(tǒng)的水量調(diào)度研究與實(shí)際工程運(yùn)行脫節(jié)。因此，聚焦水廠以下的配水系統(tǒng)，對城市供水進(jìn)行“水源-輸水-凈水-配水-用水”的全鏈條精細(xì)化管理，是未來城市供水研究的重點(diǎn)方向。

4 松遼流域水資源綜合調(diào)控四大難題解決途徑的探討

國內(nèi)外學(xué)者已在大面積農(nóng)田灌溉、濕地修復(fù)與保護(hù)、河流-河口污染治理和城市多水源供水等方面積累了寶貴的成果，對推動松遼流域水資源綜合調(diào)控機(jī)理研究和調(diào)控技術(shù)的發(fā)展起到了積極作用?；谒蛇|流域水資源綜合調(diào)控現(xiàn)狀問題和相關(guān)研究進(jìn)展及科學(xué)前沿的綜合分析，緊密結(jié)合“保障國家糧食安全，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，振興東北老工業(yè)基地”等國家重大需求，遵循“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時期治水思路，從加強(qiáng)松遼流域水資源綜合調(diào)控的理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和保障措施等方面探討四大難題的解決途徑。

4.1 松遼流域水資源綜合調(diào)控的理論創(chuàng)新松遼流域水資源綜合調(diào)控受水文-水資源-水環(huán)境-水生態(tài)的交織影響。一方面，農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水改變了河流水量的時空分配，進(jìn)而影響河流生態(tài)流量和濕地補(bǔ)水過程；另一方面，農(nóng)業(yè)退水以及城鎮(zhèn)生活的污染排放，導(dǎo)致河流營養(yǎng)鹽濃度增加，養(yǎng)分物質(zhì)入海通量也隨之增加，進(jìn)而影響河流、濕地和河口的生態(tài)環(huán)境功能；與此同時，受極端氣候影響，天然來水過程的不確定性又進(jìn)一步影響流域水資源可供水量和營養(yǎng)鹽濃度，加劇城市缺水和生態(tài)環(huán)境破壞。目前松遼流域水資源綜合調(diào)控面臨的瓶頸難題是對水文-水資源-水環(huán)境-水生態(tài)系統(tǒng)的耦合作用機(jī)理的認(rèn)知不足，進(jìn)而導(dǎo)致流域水資源配置與濕地、河流、河口生態(tài)系統(tǒng)健康脫節(jié)。為突破這一瓶頸，亟需通過野外調(diào)查、定位觀測、原位控制實(shí)驗(yàn)、及室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)等，量化水文、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)之間的交織影響，厘清生態(tài)指標(biāo)與關(guān)鍵水文、水資源、水環(huán)境要素間的響應(yīng)關(guān)系，深入認(rèn)知“水量要素-水質(zhì)要素-生態(tài)要素”的系統(tǒng)耦合機(jī)理，從而提出“水量-水質(zhì)-生態(tài)”兼顧的水資源綜合調(diào)控理論方法，為提升松遼流域水資源高效利用水平和生態(tài)環(huán)境治理效果提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。

4.2 松遼流域水資源綜合調(diào)控的技術(shù)創(chuàng)新

4.2.1 水文-水資源-水環(huán)境-水生態(tài)全方位智能感知 為切實(shí)解決松遼流域水資源綜合調(diào)控面臨的難點(diǎn)問題，需要以多維、多時空尺度的水文、水資源、水環(huán)境以及水生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)為支撐。例如，大規(guī)模農(nóng)業(yè)灌溉涉及土壤墑情監(jiān)測，濕地修復(fù)與保護(hù)涉及濕地面積、水位、水質(zhì)以及生態(tài)特征指標(biāo)等多要素監(jiān)測或觀測，河流-河口污染治理涉及大面積農(nóng)業(yè)退水、城市工業(yè)廢水、養(yǎng)殖業(yè)排污等多類型陸源污染的監(jiān)測，城市供水則涉及多用戶用水量、多水源多工程供水量以及管網(wǎng)漏損量的精細(xì)化監(jiān)測。然而，目前松遼流域監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取手段單一，數(shù)據(jù)精度、維度和時效性不足，導(dǎo)致松遼流域水文、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)問題診斷與預(yù)警能力不足。亟需引入水文-水資源-水環(huán)境-水生態(tài)全方位智能感知技術(shù)，充分利用多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的宏觀性、無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)的實(shí)時性、地面在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，構(gòu)建天-空-地三維立體監(jiān)測體系，獲取不同時空尺度的水文、水資源、水環(huán)境和水生態(tài)參數(shù)。與此同時，研究多源數(shù)據(jù)的融合技術(shù)，提高遙感水循環(huán)參數(shù)反演算法的精度和時效性，制作時序遙感水文、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)數(shù)據(jù)；基于統(tǒng)計分析、時間序列分析和GIS 空間信息分析工具，開展多源數(shù)據(jù)精度的檢驗(yàn)方法研究，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)精度。

4.2.2 堅持“節(jié)水優(yōu)先”，創(chuàng)新節(jié)水技術(shù) 堅持“節(jié)水優(yōu)先”新時期治水思路，強(qiáng)化需水以及輸配水過程管理，促進(jìn)松遼流域水資源的高效利用。面向農(nóng)業(yè)灌溉，結(jié)合近實(shí)時遙感數(shù)據(jù)、土壤墑情實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)、大田試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，進(jìn)行不同時期不同作物需水的精細(xì)化監(jiān)測與預(yù)測，進(jìn)而優(yōu)化灌溉制度；推廣滴灌、噴灌以及物聯(lián)網(wǎng)智慧節(jié)水灌溉設(shè)施的應(yīng)用，根據(jù)作物種類、灌溉規(guī)模優(yōu)化節(jié)水灌溉設(shè)備的布設(shè)方案，降低灌溉環(huán)節(jié)的水量損失；在流域尺度上，結(jié)合不同灌區(qū)作物需水過程、節(jié)水灌溉系統(tǒng)布局以及生態(tài)地下水位閾值，確定不同時空尺度地表水和地下水的合理開采比例，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)灌溉。面向城市供水，強(qiáng)化“水源-輸水-凈水-配水-用水”供水全鏈條管理，將城工作重心從水源-分區(qū)的“精細(xì)化水量分配”向水廠及以下配水系統(tǒng)的“精細(xì)化控制運(yùn)行”轉(zhuǎn)變，剖析城市“水龍頭”用戶短時間尺度用水需求的時空變化規(guī)律，綜合考慮安全供水能力、能耗等目標(biāo)，開展水廠、配水泵站、二次加壓供水系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行研究，滿足城市多元用水的時空需求；同時，優(yōu)化輸配水管網(wǎng)探漏及漏損控制技術(shù)方法，不斷提高城市供水的效率和效益。面向生態(tài)補(bǔ)水，從“量”出發(fā)，關(guān)注濕地等水功能區(qū)面積以及河流生態(tài)流量的維持，從“質(zhì)”出發(fā)，關(guān)注河流、濕地以及河口的水環(huán)境達(dá)標(biāo)情況，從“生態(tài)”出發(fā)，關(guān)注底棲動物-植物-魚類-鳥類全食物鏈生態(tài)指示物種的生境需求，需綜合考慮上述要素間的相互作用關(guān)系，定量整個流域不同區(qū)域、不同時段的精細(xì)化需水，為制定保障生態(tài)需求的多水源綜合調(diào)控策略提供依據(jù)。

4.2.3 堅持“空間均衡”，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展 松遼流域存在水資源空間分布不均、水環(huán)境污染嚴(yán)重、水生態(tài)空間萎縮等三大水問題，必須堅持“空間均衡”的原則，基于水資源、水環(huán)境承載能力和水生態(tài)空間，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展布局，實(shí)現(xiàn)“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”。首先，分析松遼流域水資源系統(tǒng)-經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的均衡性，研究水資源承載力、水環(huán)境容量的量化方法，針對松遼流域問題特性合理制定評價指標(biāo)，建立監(jiān)測預(yù)警體系，從流域、水資源分區(qū)、水功能分區(qū)多維度剖析松遼流域人口經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境的均衡程度。在此基礎(chǔ)上，面向經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)，優(yōu)化流域人口分布、土地利用以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展格局，從源頭上促進(jìn)節(jié)水減排，倡導(dǎo)綠色發(fā)展；面向水資源系統(tǒng)，繼續(xù)強(qiáng)化水網(wǎng)工程對優(yōu)化松遼流域水資源空間分布格局的重要作用，優(yōu)化江河湖庫連通結(jié)構(gòu)，布局水資源開發(fā)方案，開展多水源的統(tǒng)一調(diào)度；面向生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，穩(wěn)定和擴(kuò)大濕地、湖濱、河濱、海岸帶等生物水生態(tài)生存空間，合理劃定生態(tài)保護(hù)紅線，重點(diǎn)保護(hù)松遼流域水環(huán)境系統(tǒng)敏感區(qū)、重要區(qū)和脆弱區(qū)，控制水資源、水環(huán)境承載力減弱區(qū)域的開發(fā)強(qiáng)度，建立最大水資源開發(fā)利用總量、污染物排放總量等控制閾值，倒逼城市發(fā)展方式與產(chǎn)業(yè)布局的轉(zhuǎn)變。

4.2.4 構(gòu)建松遼流域水資源調(diào)控智慧決策支持平臺 以智慧決策為目標(biāo)，搭建集全方位立體監(jiān)測、水文-水資源-水環(huán)境預(yù)報模擬、問題診斷與預(yù)警、調(diào)度方案預(yù)演、調(diào)度預(yù)案編制于一體的松遼流域水資源綜合調(diào)控智慧決策平臺。首先，借助3S、VR、云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，以物理流域?yàn)閱卧?、江河水系為骨干、水利工程為重要?jié)點(diǎn)，對物理水利及其影響區(qū)域進(jìn)行全要素數(shù)字化場景表達(dá)，構(gòu)建數(shù)字孿生流域。然后，基于天-空-地一體化智能測報體系，結(jié)合長、中、短期預(yù)報信息，利用“物理機(jī)制-數(shù)據(jù)驅(qū)動耦合模型”進(jìn)行流域水文-水資源-水環(huán)境過程的模擬推演，生成土壤墑情預(yù)測、流域和濕地水文過程模擬、河流-河口水污染遷移轉(zhuǎn)化過程模擬、多水源來水預(yù)報等成果，輔助決策者進(jìn)行水旱形勢分析、水資源水環(huán)境問題診斷，及時發(fā)布預(yù)警信息。之后，依托數(shù)字孿生流域，建設(shè)多水源、多水利工程聯(lián)合調(diào)度規(guī)則驅(qū)動引擎、知識驅(qū)動引擎、數(shù)學(xué)模擬仿真引擎，利用數(shù)據(jù)挖掘、知識運(yùn)用、業(yè)務(wù)建模、融合分析、規(guī)則應(yīng)用、仿真模擬等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)水利工程運(yùn)行調(diào)度的仿真推演、評估優(yōu)化，支撐流域水資源綜合調(diào)控的智慧化決策。最后，針對設(shè)計和歷史典型水文、水資源、水環(huán)境情景，進(jìn)行調(diào)度仿真模擬，通過預(yù)演評估，優(yōu)選確定水旱災(zāi)害、水環(huán)境污染防御預(yù)案和水利工程聯(lián)合調(diào)度方案，建成覆蓋江河湖庫水利工程聯(lián)合調(diào)度預(yù)案方案體系，形成數(shù)字化規(guī)則庫、知識庫，支撐松遼流域水資源綜合調(diào)控的精準(zhǔn)化決策。

4.3 松遼流域水資源綜合調(diào)控的保障措施堅持“政府-市場”兩手發(fā)力，結(jié)合“系統(tǒng)治理”治水思路，加強(qiáng)松遼流域水資源綜合調(diào)控保障措施的研究。

4.3.1 強(qiáng)化水資源管理中的政府調(diào)控作用 松遼流域多主題水資源綜合調(diào)控涉及農(nóng)業(yè)、水利、環(huán)保、海洋、住建、國土等多個行政管理部門，各部門管理目標(biāo)不同且均追求自身目標(biāo)的最優(yōu)化，形成了“多龍治水、目標(biāo)脫節(jié)”的行政管理局面，導(dǎo)致調(diào)控效果不佳。例如，農(nóng)業(yè)管理部門為提升糧食產(chǎn)量很可能增加流域面源污染，從而影響河流河口以及周邊濕地的生態(tài)環(huán)境；環(huán)保管理部門通過退耕還林、排污控制等措施提升生態(tài)服務(wù)價值，卻無法很好兼顧農(nóng)業(yè)、城市的經(jīng)濟(jì)效益；水利、環(huán)保等管理部門聚焦“河長制”，強(qiáng)調(diào)江河湖庫的水質(zhì)監(jiān)測與水環(huán)境保護(hù)，海洋管理部門則重點(diǎn)關(guān)注陸源污染的入海通量，強(qiáng)調(diào)海灣、海洋的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，在其制定各自管控目標(biāo)時并未充分考慮營養(yǎng)鹽從流域到海洋的全過程輸移轉(zhuǎn)化規(guī)律，導(dǎo)致污染治理前后脫節(jié)，目標(biāo)不一。為此，必須強(qiáng)化政府主導(dǎo)水治理的宏觀謀劃和統(tǒng)籌指導(dǎo)的作用，破除“多龍治水”，實(shí)現(xiàn)“多規(guī)合一”。一是堅持人與自然和諧共生、山水林田湖草生命共同體的理念，在水文、水資源、水生態(tài)、水環(huán)境系統(tǒng)治理上，強(qiáng)化政府責(zé)任擔(dān)當(dāng)，研究制定松遼流域農(nóng)業(yè)灌溉、濕地修復(fù)、城市供水等多元主題的統(tǒng)籌管控目標(biāo)，包括流域水量-水質(zhì)統(tǒng)籌管理目標(biāo)、陸域-海域污染統(tǒng)籌治理目標(biāo)以及社會-生態(tài)效益目標(biāo)的統(tǒng)籌。二是研究建立水生態(tài)補(bǔ)償制度，對于為了保護(hù)環(huán)境而喪失了發(fā)展機(jī)會、收益機(jī)會的用水戶，如改變種植結(jié)構(gòu)的農(nóng)業(yè)用戶、進(jìn)行節(jié)水改造的工業(yè)用戶，合理量化其利益損失，由政府及相關(guān)受益主體應(yīng)提供相應(yīng)的補(bǔ)償，研究制定規(guī)范化的補(bǔ)償機(jī)制，以鼓勵更多用戶參與生態(tài)環(huán)境治理。三是強(qiáng)化水生態(tài)空間管控，研究生態(tài)保護(hù)紅線的合理劃定，積極與住建、國土、海洋等部門相關(guān)規(guī)劃、制度進(jìn)行銜接，保障社會經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4.3.2 完善水資源管理中的市場機(jī)制 目前，市場手段在松遼流域水資源綜合調(diào)控中的應(yīng)用并不廣泛，亟需從以下幾方面入手，充分發(fā)揮好市場配置資源的作用。一是完善水價形成機(jī)制，探究水價與來水、用水的聯(lián)動效應(yīng)，揭示水價與水資源稀缺程度、城市用水水平的內(nèi)在關(guān)系，建立和完善非居民用水超額累進(jìn)加價和城市居民生活用水階梯式水價制度，以充分發(fā)揮水價對節(jié)水的激勵作用。二是繼續(xù)探索流域水權(quán)和排污權(quán)交易，通過市場機(jī)制協(xié)調(diào)流域上下游的水資源量、水環(huán)境容量，研究建立流域工業(yè)-農(nóng)業(yè)之間、農(nóng)業(yè)灌區(qū)之間、上下游省市之間的水權(quán)或排污權(quán)轉(zhuǎn)讓模式及相應(yīng)制度體系，以促進(jìn)水資源從低效率低效益高污染用戶向高效率高效益低污染用戶轉(zhuǎn)移，優(yōu)化水資源的配置效果，改善流域生態(tài)環(huán)境。三是創(chuàng)新水利投融資體制機(jī)制，按照“誰投資，誰受益”原則，鼓勵和引導(dǎo)社會資本參與節(jié)水減排工程建設(shè)、生態(tài)環(huán)境污染治理；以建立政府引導(dǎo)、市場推進(jìn)、社會參與的生態(tài)補(bǔ)償融資機(jī)制為目標(biāo)，研究多渠道多形式的生態(tài)補(bǔ)償方式；積極探索河流、濕地生態(tài)建設(shè)以及河口、港灣環(huán)境污染整治與城鄉(xiāng)土地開發(fā)相結(jié)合的有效途徑，在促進(jìn)流域生態(tài)服務(wù)價值、土地利用價值提升的同時積累生態(tài)環(huán)境保護(hù)資金，真正實(shí)現(xiàn)“綠水青山就是金山銀山”。

5 結(jié)論

以“問題剖析-研究進(jìn)展-難題探究”為主線，明確了松遼流域水資源綜合調(diào)控的實(shí)際需求，針對大面積農(nóng)業(yè)灌溉、濕地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、河流-河口污染治理以及城市多水源供水等四大難題，梳理了理論瓶頸和技術(shù)難點(diǎn)，并綜述了研究進(jìn)展。遵循“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”新時期治水思路，探究了松遼流域水資源綜合調(diào)控四大難題的解決途徑：①深化水文-水資源-水環(huán)境-水生態(tài)耦合作用機(jī)制研究，為松遼流域水資源綜合調(diào)控提供科學(xué)基礎(chǔ)；②從數(shù)據(jù)感知、節(jié)水創(chuàng)新、均衡發(fā)展、智慧決策入手，優(yōu)化松遼流域水資源綜合調(diào)控技術(shù)；③以系統(tǒng)治理為目標(biāo)，發(fā)揮政府-市場的雙控作用，加強(qiáng)對開展“量-質(zhì)-生態(tài)”兼顧的水資源綜合調(diào)控的保障措施研究等。可為保障松遼流域糧食安全、促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供參考。