赵建世：中国水安全的关键科技问题

赵建世：

尊敬的各位媒体朋友，还有我们的同学大家早上好。今天我给大家汇报的题目是我国水安全关键科技问题。我作为学校的教师和水利科研工作者，我想从我们科技研究的角度，谈一下我国水安全现在面临的一些重要问题和挑战。

今天我讲的问题主要是六个方面，1、气候变化条件下我国水资源安全，2、最严格水资源管理制度方面的问题，3、黄河流域水沙问题，4、水电开发梯级化引发的生态环境问题，5、水旱灾害6、梯级电站长期运营问题。

现在我们讲水安全是国家重要的战略，水资源的安全是其中最重要的一个组成部分。这是全球气候变化的数据，二氧化碳排放量我们已经超过了美国，成为世界第一碳排放的国家，随着全球碳排放量总量不增加，全球气温在过去100年出现了明显的上升趋势，全球平均升高了0.4-0.8度。我们中国平均气温大概掌声了1.5-1.8度，比全球平均气温还要高。

全球气候变化重要的后果，就是水资源条件的变化。这是我们国家在2010年左右完成的全国水资源综合规划，我们国家北方几个主要流域，辽河、海河、黄河、淮河，水资源量在过去30年发生了巨大的变化，水资源量都减少了，尤其是海河流量，过去30年水资源量下降41%。本身这个地方水资源就短缺，过去30年我们水资源又下降了。南方西北内陆河保持稳定，甚至南方略有难度。这个是全球气候变化的原因和我们人类水资源开发利用和城镇化有关系，还和我们国家的气候条件有关系。

我们国家的水资源主要是夏季降雨产生的。我们国家是季风气候，季风气候暴雨中心从五六十年代，包括七十年代主要在华北地区，到了八十年代到九十年代到长江、珠江流域，2000年以后暴雨中心又有北移的趋势。我们国家暴雨中心的变化，那么我们国家的水资源处在动态变化的过程，未来会怎么样？未来20年、30年，北方的降雨量会增加，南方的降雨量会降低呢？这个不知道，这个有很大的不确定性。

我们再看一下预测的结果，这是全球很多科学家做出的关于我们国家未来水资源条件的预测，从2020-2050年。他们预测北方大部分增加，南方略有减少，西北地区也会有减少。但是所有的这种预测，只是一种预测，每个人的预测都不一样，我们在研究中称为不确定性，这种不确定性是非常大的。

不同的情景下有不同的模型，不同的科学家做出的预测。我们看到这种预测都是不一样的，但是总体的趋势，我们国家总的趋势上升的可能性比较大。所以在这方面，我们要研究在全球气候变化和人类活动的干扰下，未来我们国家的水资源，不同流域的到底是怎么样的变化的，这个对我们未来的水安全是非常重要的问题，我们必须减少不确定性，这样我们才可以进行更科学的调度和管理。所以这方面的研究是我们的重点问题。

 　　2、关于最严重的水资源管理制度。2011年，我们国家的中央一号文件，确定了我们国家实施最严格的水资源管理制度，这是非常重要的，我们未来的水资源管理的行业政策。中间涉及到了几个问题，其中最核心的，我们水资源的高效利用。那么我们国家现在每年总的工农业和生活的总用水量6200亿立方，农业是3700亿立方，占61%。农业从1980后，农业用水维持在稳定水平上，农业和工业不断增加。单方水灌溉生产的粮食量1.1公斤，发达国家好的水平可以到2.5-3.0公斤，所以用水效率上我们还是有差距的，包括灌溉的基础设施中间有很多的损耗水量。我们用国家灌溉水有效利用系数为0.5，发达国家达到0.7，0.8。

我们要研究农作物消耗水量和生长量之间的关系，这是农业高效节水利用的关键的问题。水质保护，也是水资源管理非常重要的组成部分。2013年，我们国家废污水排放量775亿吨，重要江河水功能区37%不达标。从整个流域来讲，甚至区域来讲，有很多地方水资源已经达到了非常高的开发利用程度。比如说黄河是82%，海河流域106%，辽河76%，大部分已经被过量消耗了。比如说海河六月，人类开发利用的水资源高于天然产生的水资源量。

最严格水资源管理制度的落实三条红线，2030年，水资源开发利用总量小于7000亿立方，95%江河水质达标，从效率来看，农业灌溉系数达到0.6%，万元工业增加值用水量小于40立方米，措施是节水、治污、调水、蓄水、管水、水管理方面的措施。

    3、黄河流域水沙问题。从历史来看，黄河最大的问题是泥沙问题，这就是黄河泥沙的形成，对我们社会经济非常大的威胁。黄河大堤，在下游，河南以下，是高于我们的堤外的城市和乡村的地面的。所以一旦大堤决口，整个河南、山东包括下游都会被淹掉。在大堤里面，我们看到主河槽是高于滩地，一旦发生大的洪水，主河槽漫滩的话，滩地的老百姓是非常危险的。

最近我们看到黄河的来水发生巨大的锐减，水资源量，黄河流域近几十年不断减少从1972-1998年，黄河下游都是断流的。一直到1998年实施了黄河流域调度，才保证每年黄河入海口不断流，水库发生了非常大的作用。

我们在中游水土保持措施，导致黄河来沙量不断减少，进径流也不断变化。过去每年黄河来沙量每年十几亿吨的泥沙，现在少的时候两三亿吨，多的时候三四亿吨。来沙量减少，导致黄河河口不断衰退，甚至被冲刷掉的。

主要是因为中游水土保持的工作，对来水来沙的减少有一半的贡献。另外一部分就是降雨本身的变化。这是我们延安市2004和2014年的对比，绿色是非常有成效的，绿化减少了泥沙的入河量，也减少了水资源的入河量。黄土高原主要的产沙区，水土保持工作和绿化工作是非常有成效的。任何一个影币都有两面，有正面的影响，也有负面的影响。

黄河来水来沙持续减少，未来是不是减少，还是增加，有各种各样的存在。如何研究水沙变化趋势研究，如何做好水的工作，沙的工作，工程的调度管理，河口的管理都是我们需要研究的问题。

第四个问题，中国水电的装机变化很大。2020年新增1亿千瓦左右了库容，主要集中在我国的西南地区。2030年我们还会增加1亿左右，也是在西南地区。2030-2050年再增加八千万千瓦左右，也是在西南，主要在青藏高原。水电开发的功绩和历史作用是非常重大的。在防洪、抗旱、供水、航运、社会经济发展等综合效益，农村城镇化等等方面都发挥了巨大的社会经济作用，它的历史作用，包括现在对我们国家能源和社会经济方面巨大的作用，都是不可忽略的。但是我刚才讲你评价任何一个事都有正面和反面，如果只说一面都是不全面的，我们看一个事情就要看它的两面性。大型水库的建设，造成了很大的问题，河流的梯级化和河流的碎片化。这个反映的是全世界各个地区河流梯级化和碎片化的程度。我们看到在发达国家，在欧洲、美国、北美，碎片化程度是非常高的。

我们国家现在主要的水电开发在西南地区，主要是长江流域，长江流域的水电开发，对下游的影响是什么？它会影响水资源时间的分布，比如说汛期和汛末，我们把流量存到水库，这样下游相对平时，汛期和汛末的时候总量减少，枯水期的时候，下游的水量会增加，同时泥沙量也是变化的。调节了水量在不同月份之间的分配。本身并不消耗水资源，但是会调节时空分配。水库会拦沙，拦沙以后，下游泥沙量会减少。造成下游泥沙减少和水流过程在时间分配上的改变。

生态环境影响，第一枯水期会提前到来，正常情况9月份到10月份河道有非常多的水，但是水库蓄水水量很少，下游9月份就进入枯水期，通常是10月份。第二泥沙锐减，导致下游河岸冲刷。水里没有沙子，就携带岸边的沙子，这样堤防安全遭到威胁。再一个就是河口侵蚀。当清水下泄，湖的水位就会下降。沙子携带的营养物质也会被水库拦截，影响下游的营养结构。也会导致水温变化，夏季降温，秋冬升温。由于水的透明度降低了，原来是混水，现在是清水，这样鱼捕食就会很困难，所有的这些都会对下游的生态系统造成结构性的影响。

我们不是说因为有这些问题就不能建大坝，不是这样的，我们的观点是说，我们要正视这些问题，我们通过哪些手段可以减少它的负面损失，能维持下游河道和营养物的稳定。现在也有很多措施，比如说通过研究以后，把机理搞清楚以后，我们可以进行更科学的运营调度管理。我们在黄河上，我们在很多地方，都有非常成功的实践。

    5、水旱灾害防治。我们国家水旱灾害与水相关的大概是五类，江河洪水、城市洪涝、滑坡泥石流、沿海风景潮，干旱灾害。

我们国家通过几十年的基础设施的建设，我国大江大河防洪体系已经基本形成了，防御特大洪水的能力不断提高，但是刚才两位老师讲到了，相对于发达国家来讲，我们的大江大河的防洪标准还是有差距的，但是成效非常显著。上个世纪每年平均因为洪涝死亡人数四千人以上，现在已经降到一千人了，每年直接损失一千多个亿，占GDP0.64。这中间最重要的还是中小河流的山洪的灾害，它的经济损失占到洪涝灾害的80%，占GDP的0.51%，山洪死亡人数占洪涝灾害的76%。

城市洪涝灾害，大家对北京721暴雨洪水还是记忆犹新的。从近些年大家看到2011年的广州、武汉、2011年武汉、杭州，2012年北京、重庆、天津。这个原因是全球气候变化的原因，也有大规模的城市开发带来的孤岛效应，地面硬化，还有防洪排放标准低，基础设施的问题。

还有沿海台风风暴潮的灾害也是很严重的，每年到夏天、秋天的时候，几号台风在什么地方登陆，带来多大的灾害和损失，在沿海来说，这是非常重要的灾害。干旱也是我们国家非常大的一个问题，我们全国有71%的县属于有干旱潜在风险的，每年直接经济损失1500个亿。

关于灾害的问题，我们需要从成因多方面进行研究，给我们决策者提供足够科学的支撑。

第六个，我们国家的大坝建设有几个特点，第一个高坝大库比较多。第二主要在西南地区，西南是地震风险很大的地方。还有这个地方的洪水风险比较大，地质条件复杂，对我们高坝大库建成以后安全运行带来很大的挑战。运行以后，地震形成堰塞湖，一旦遇到暴雨会溃坝，下游会形成洪水灾害链，这对我们人民生命财产安全是极大的威胁。如果水库大坝出了问题，问题就更大了。我们需要从地震模拟图分析，它对大坝的安全影响，以及在什么样的洪水条件下，大坝会被破坏，大坝破坏以后，风险如何评价，风险性如何分析，都是需要我们研究的问题。在安全条件下，如何评估未来可能面临的安全风险，也需要一整套的技术体系支撑。

从我们水利科技者的角度来讲，我们未来需要关注的科学研究的问题，第一全球气候变化下的水文情势预测，对我国中长期水文预测进行分析。第二如何支撑最严格的水资源管理，比如说如何推进节水措施，如何进行更高效精准的水资源调度管理。第三，大江大河水沙和生态联合调控。我们能不能通过调度管理的措施，减少它的负面影响，这是我们可以做的事。第四西南水电工程长期安全的运行，高坝大库建成以后，我们如何评估它面临的灾害风险，如何减少灾害风险。第五城市洪涝和流域洪水的风险控制。我们如何进行更精准地预报，科学地风险控制和灾害管理，这是我们面对的重大问题。

刚才我汇报的这些内容是我们张楚汉和王光谦院士组织专家进行2年多的研讨形成的科学报告，做给我们行业未来面向国家水安全战略的重要的研究方向。我今天作为一个代表，给大家汇报一下我们未来重点关注的工作。