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水 利 学 报

２０２４年 ２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０２ － ０２０２ － １３

缺水胁迫区水系统优化调控理论与模式

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赵 勇 ，常奂宇 １，２ ，李海红 ，秦长海 ，何 凡 ，曲军霖 １
（１．中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 １０００３８；
２．天津师范大学 京津冀生态文明发展研究院，天津 ３００３８７）
摘要：开展水系统优化调控是实现缺水胁迫区人－ 水－ 生态和谐可持续发展的关键措施之一，对于保障地区经济社
会稳定发展和生态健康具有重要意义。本文以京津冀作为典型缺水胁迫区案例，通过解析水系统内涵，总结得出
缺水胁迫区水系统存在深度耦合、强烈竞争和系统失衡三大现象，发现水系统呈现非稳态和稳态之间交替演进的
模式，并通过构建水系统稳态指数，研判了京津冀地区水系统状态变化发展过程。研究以实现自然社会水系统健
康为调控目标，提出缺水胁迫区水系统 “高内聚－ 低耦合” 解耦式调控模式，结合京津冀现实状态，在需求侧开
展 “保障刚需－ 压缩弹性－ 抑制奢侈” 层次 化 调 控，在 供 给 侧 进 行 “自 然 水 网 － 人 工 水 网 － 虚 拟 水 网” 适 配 性 优
化，提出京津冀 “三线七河、四区八源” 一体化水网布局，进而实现水系统的整体健康。
关键词：缺水胁迫区；水系统；演进机制；调控模式
中图分类号：ＴＶ２１３
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０５７１

１ 研究背景

随着经济社会用水规模的不断扩大和水资源开发利用能力的显著提升，人类活动对自然水循环的
扰动越来越强烈，水循环转化逐渐由自然驱动为主转变为自然 － 社会共同驱动，并形成了以水循环为
纽带的庞大且相互作用关系复杂的水系统。
［１］
２００５年地球系统科学联盟（ＥＳＳＰ）提出 “全球水系统计划” ，该计划中对水系统的定义是：以水
循环为纽带的人文过程、物理过程、生物地球化学过程相互连接与作用的大系统。而人类活动则是
水、养分和能源循环、地表演化等相互作用过程变化的核心驱动力，在人类活动影响下，水系统开始
出现显著和快速的变化 ［２］ 。由于与人类活动关系密切，水系统相关研究得到了国内外众多学者的关
［４］
注，且出现了许多类似的概念，如人水耦合系统 ［３］ 、人与自然耦合系统（ＣＨＡＮＳ） 、社会水文学 ［５］ 、
自然－ 社会二元水循环 ［６］ 等，虽然表述方式存在差异，但核心内容都是反映了人类活动影响下的社会
“取水－ 给水－ 用水－ 排水－ 污水回用－ 再生利用” 过程与自然水循环在时间和空间上的相互关系。由于
社会水循环和自然水循环是水系统最重要的两个部分，早期往往将这两个子系统分开进行研究，但随
着对水系统认识的不断深入，以及人类活动对自然水循环过程影响越来越强烈，社会水系统和自然水
系统的耦合作用越来越密切，如人类取用水和退排水直接影响河流水量平衡结果 ［７］ 、生态用水和生产
用水冲突 ［８］ 等，因此越来越多的学者将社会水循环和自然水循环作为一个耦合的水系统进行研究。如
自然－ 社会二元水循环理论 ［９］ ，通过 “实测－ 分离－ 耦合－ 建模－ 调控” 学科范式实现自然水循环和社会
水循环过程耦合模拟，并在海河流域 ［１０ － １１］ 、黄河流域 ［１２ － １３］ 、辽河流域 ［１４］ 、新疆绿洲区 ［１５］ 等人类影响
剧烈的流域或区域得到了广泛应用；而社会水文学概念 ［５］ ，则侧重于研究人水耦合系统演变规律和互

收稿日期：２０２３ － ０９ － １７
基金项目：国家杰出青年科学基金项目（５２０２５０９３）；国家重点研发计划项目（２０２１ＹＦＣ３２００２０４）
作者简介：赵勇（ １９７７ － ），正高级工程师，主要从事自然－ 社会水循环演变机理与科学调控研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｚｈａｏｙｏｎｇ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ
通信作者：常奂宇（１９９４ － ），助理研究员，主要从事 “水－ 粮食－ 能源－ 生态” 协同调控研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｃｈａｎｇｈｕａｎｙｕ＠１２６．ｃｏｍ
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