流域水资源统规划管理论文

摘要：京津冀协同创新是党中央提出的区域发展的新战略思想。这一战略构想是有其科学基础的，最重要的就是系统论的分支协同论。根据协同论，京津冀区域协同创新首先要解决地域系统最不稳定的因素——严重缺水、重度污染、经常断流的海河问题。今天小编为大家精心挑选了关于《流域水资源统规划管理论文 (精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

流域水资源统规划管理论文 篇1：

塔里木河流域水资源管理法规制度建设及完善

【摘 要】塔里木河流域水资源供需矛盾突出，生态环境脆弱，流域水资源管理体制不顺，配套法规及管理制度不健全，随着新体制的建立，为强化流域水资源统一管理， 必须建立和完善流域水资源管理制度，以保障水资源实现优化配置、发挥最大的综合效益。

【关键词】塔里木河流域;水资源管理;法规;制度;完善

1、塔里木河流域概况

塔里木河是我国最长的内陆河，因与世界第二大流动沙漠——塔克拉玛干沙漠同处于塔里木盆地而成为地球上醒目的地理标志。 塔里木河流域是环新疆塔里木盆地的阿克苏河、喀什噶尔河、叶尔羌河、和田河、开都河—孔雀河、迪那河、渭干河与库车河、克里雅河和车尔臣河等九大水系144条河流的总称，流域总面积102万km2，是我国最大的内陆河流域。流域多年平均地表水天然径流量398.3亿m3(国外入境水量63亿m3)，主要以冰川融雪补给为主，不重复地下水资源量为30.7亿m3，水资源总量为429亿m3。全流域气候干旱，降雨稀少，蒸发量大，水资源紧缺，是干旱、多风沙的生态环境脆弱地区。塔里木河流域地跨新疆南部的五个地(州)和新疆生产建设兵团四个师，国民经济与生态系统之间、地区间和部门间用水矛盾尖锐，流域内整体与局部以及上下游关系协调和利益调整极为复杂。

2、塔里木河流域水资源管理法规制度建设沿革

塔里木河流域是新疆南部的生命之源。流域生态体系伴河而生、依河而存，流域经济以灌溉农业为主，“有水则绿洲，无水则荒漠”，水资源是该地区最具战略意义的资源。在上世纪五十年代，流域内相继成立了以地域为单元区域水资源管理机构，逐步形成了流域内各自为政的水资源管理体制，流域内没有出台任何统一管理塔里木河流域水资源的法规和制度。随着流域人口增加，经济社会的发展及不合理的管理体制及人为因素，塔里木河流域的水资源供需矛盾日益突出，流域生态环境不断恶化。

为了加强流域水资源统一管理，合理配置流域水资源，1992年，新疆成立了塔里木河流域管理局，负责塔里木河干流水资源统一管理工作。1997年，新疆维吾尔自治区发布实施了《新疆维吾尔自治区塔里木流域水资源管理条例》(以下简称《条例》)，这是我国第一部地方性流域水资源管理法规。《条例》规定了流域水资源开发、利用、保护、管理的原则、管理制度和水资源管理体制，明确了塔里木河流域管理局在整个塔里木河流域水资源统一管理工作中的法律地位，初步理顺了水資源管理体制，强化了水资源实行按流域统一管理，极大地促进了塔里木河流域的综合治理。

随着流域经济、社会的快速发展和水资源管理工作的不断深入，特别是西部大开发以来塔里木河流域综合治理的全面实施，流域水资源管理中出现了一些新情况、新问题、新变化。2000年国务院批复的《塔里木河流域近期综合治理规划》对加强塔里木河流域管理提出了新的要求，2002年新《水法》颁布实施，2003年新的《新疆维吾尔自治区实施〈水法〉办法》施行，为了解决《条例》施行过程中的一些不适应和不完善的问题，新疆维吾尔自治区对《条例》重新进行了修改，并于2005年5月1日施行。新《条例》在流域水资源管理体制上做出了重大突破，并重点在流域水资源管理体制，水资源开发、利用，特别是管理、节约、保护和配置等制度上做了具体、明确的规定。

为使新《条例》所确立的一系列法律规定落到实处，进一步增强新《条例》的可操作性，塔里木河流域还制定了以《条例》为核心的流域配套规章制度。先后出台了《塔里木河流域水政水资源管理暂行规定》、《塔里木河流域水利委员会章程》、《塔里木河流域用水总量定额》、《塔里木河流域综合治理项目工程建设管理办法》、《塔里木河流域综合治理项目资金管理办法》、《塔里木河流域水资源统一调度管理办法》等。制定并批准了《塔里木河流域“四源一干”地表水量分配方案》，确定了规划年多年平均情况和不同来水年份流域各地州、兵团师可供水量分配方案，规定了各源流向塔河干流的下泄水量及干流各区段的国民经济与生态用水量，建立初始水权分配制度及走向水权管理的基础。

3、目前存在的问题

3.1新《条例》施行后存在的问题。新《条例》虽然规定了在流域内水资源实行流域管理与行政区域管理相结合的管理体制，并明确了行政区域管理应当服从流域流域管理，但这并没有从根本上解决塔里木河流域条块分割、各自为政的水资源管理体制，流域管理机构还是不能有效地行使水资源统一管理职能。《条例》中还存在有些条款较为原则，在执行过程中明显感到操作性还不够具体，对具体情况的处理缺乏更为明确的法律依据，使得《条例》中规定的流域水资源管理制度在执行当中被打折扣。

3.2不适应新体制。流域管理体制不顺一直是影响塔河流域水资源统一管理的核心问题，为了彻底解决塔里木河流域体制问题，2011年2月新疆维吾尔自治区政府决定将塔里木河各流域管理机构移交塔管局统一管理，塔里木河流域结束了多年来各自为政的管理方式，终于实现塔里木河流域管理局对塔里木河流域治理由协调监督到直接管理的方式转变;新体制建立后《条例》中的有关规定也与新体的要求不相适应。

3.3配套及相关法规不健全。《条例》配套法规、规章、规范性文件建设仍不完善;缺乏流域管理机构对地下水资源管理的法律依据，重地表水资源管理轻地下水资源管理;在流域内缺少水能资源开发利用的管理规划，缺乏政策与法规。

4、完善建议

流域水资源管理就是将流域上、中、下游，左岸与右岸，干流与支流，水量与水质，地表水与地下水，治理、开发与保护等作为一个完整的系统，将兴利与除弊结合起来，运用行政、法律、市场等手段，按流域进行水资源的统一协调管理。流域水资源管理的实质，就是建立一套适应水资源自然流域特性和多功能统一性的管理制度，使有限的水资源实现优化配置、发挥最大的综合效益，保障和促进经济社会的可持续发展。

4.1尽快编制完成塔河流域综合规划要。要充分发挥流域综合规划的作用，用于指导流域内从事水资源开发、利用、节约、保护和防治水害等水事活动。

4.2完善塔河流域水法规体系。椐塔里木河流域体制变革情况，对现有的流域法规进行必要的修订。同时，抓紧尽快制定和完善相应的配套条例和规章制度。一是修订完善《塔里木流域水资源管理条例》，制定有关配套规章;二是制定《塔里木河流域水量调度条例》，为强化水资源统一管理、合理配置和水量统一调度，恢复塔里木河下游生态环境提供强有力的法律保障;三是出台《塔里木河流域水权交易管理办法》，依据《宪法》、《水法》、《物权法》等有关法律，建立以最小用水户为单元的水权所有制，为水权、水资源开发利用权、经营权建立和完善相关法规，为水市场提供法律基础和保护。

4.3建议尽快修订《新疆维吾尔自治区地下水资源管理条》，把此《条例》中缺失的流域职责进行增加。地下水资源管理应实行流域管理与行政区域相结合以及行政区域管理服从流域管理的管理体制，进一步强化流域机构在地下水利用和保护的规划、评价、建设管理，以及对开采地下水行使取水许可的审批和发放管理等职责。尽快研究制定塔河流域的地下水开发利用管理制度，加强两水统管、统调，合理开发利用地下水，切实加强流域地下水资源的管理。

4.4尽快出台水能开发相关法规、政府规章或部门规章，严格水能资源开发许可管理。

4.5规范和明确规划编审程序，出台编审制度，以增强塔里木河流域水资源节约、保护、开发、利用的规划管理。

4.6建立和完善有效的水资源管理运行机制，一是建议自治区尽快批准建立塔里木河流域生态补偿机制及水费补偿机制。二是改革现行流域内水价，建立符合流域实际的水价体系。充分发挥价格杠杆对水供求关系的调节作用，促进用水单位的节水自觉性积极性。

参考文献：

[1]张捷斌：塔里木河流域水资源管理问题及对策研究《干旱区地理》2002年第2期[M]，中国水利水电出版社，2006.

[2]郝天奎，林道和，王艳.关于完善淮河流域水法规体系建设的建议[J]. 治淮，2009，(7).

[3]薛宪明.关注地方性秩序，促进水资源管理制度的完善[J].法制与社会，2011，( 35).

作者：姚国刚

流域水资源统规划管理论文 篇2：

以协同论指导京津冀协同创新

摘 要：京津冀协同创新是党中央提出的区域发展的新战略思想。这一战略构想是有其科学基础的，最重要的就是系统论的分支协同论。根据协同论，京津冀区域协同创新首先要解决地域系统最不稳定的因素——严重缺水、重度污染、经常断流的海河问题。系统分析京津冀在海河流域协同创新的木桶短板——水资源短缺这一“令人揪心的问题”，利用京津冀各方比较优势协调不同诉求，使地区水资源配置达到有序动平衡，共同修复海河水生态系统。

关键词：京津冀;协同论;海河流域;木桶短板

党中央对京津冀区域协同创新高度重视，习近平总书记多次讲话，具体布置。《十八届三中全会决定》把“系统”和“协同”上升为工作方法的总指导。笔者的理解就是以“系统论”和“协同论”来提高治国管理的科学水平，京津冀协同创新理当以这种科学理论为指导。上个世纪末，笔者作为改革开放后的首批出国访问学者，在欧洲原子能联营研究受控热核聚变，是我国首批把系统论的分支协同论用于解决实际问题的人。笔者认为根据协同论京津冀区域协同创新首先要解决地域系统最不稳定的因素——严重缺水、重度污染、经常断流的海河问题，而协同论又是解决这一问题的理论指导。

没有一个国际一流大都市与周边地区发展悬殊，处于孤岛状态，这样的中心城市也不可能可持续发展，与周边地区协同发展是发展的必然，关键在于如何科学地协同发展。

一、协同论应用于治水

协同论是德国物理学家哈肯于1976年在系统论的基础上创立的一门新学科。协同论是指在非平衡态复杂巨系统中，各系统差异很大，属性不一，变化无序，但在一定的条件下，可以遵循共同的规律发生变化，相互作用、协作，达到动态平衡，形成有序状态。

水资源系统正是一个开放的、非平衡态的复杂巨系统。如何通过子系统的协同行动而导致系统有序演化的，这也正是水资源可持续利用的主要目的，即通过一系列的水资源调配措施，协调系统中水资源、社会、经济、环境和生态等子系统的关系，保持系统之间的动态平衡，实现水资源系统的良性循环和演化。

(一)京津冀同属海河流域，具有协同创新系统的自然边界

按照协同论，首先要确定复杂系统有多大，确定系统的边界。无论从决定大气扩散的地形和风向来看，还是从水资源的流域划分来看，京津冀都构成了科学的自然生态系统的适宜尺度。

(二)以协同论指导水资源系统有序平衡

协同学研究表明，序参量决定系统的演变方向，系统由无序走向有序的关键在于系统序参量之间的协同作用。水资源优化配置的最终目的就是对组成水资源系统的各子系统的序参量进行调节、控制，以提高它们的协同作用，实现水资源的最优利用和系统的有序演化。从而合理开发水资源，使其水量消耗不超过补给量，满足环境需水要求，维持环境稳定，水资源可以永续利用。反之，则会造成不良的环境问题，导致水资源利用的不可持续。

(三)协同论在水资源系统分析中主要决定于序参量

协同论分析系统依靠序参量，序参量在水资源系统演化过程中起主导作用，由于水资源系统的复杂性，无法区分参量随时间变化的快慢程度，也不可能通过坐标变换找出序参量，只能按照确定序参量的原则，根据其代表的意义是否“支配其他参量的行为并控制演化进程”这一特性进行选择。

水资源系统的序参量控制水文循环规律和水资源开发利用状况。从水资源状况、开发利用程度和水资源利用效率等方面应确定序参量如下：

(1)人均水资源占有量：人均水资源占有量是目前国际上衡量一个国家或地区可再生淡水资源状况的公认标准指标。

(2)万元GDP新鲜水耗：指新鲜水耗(扣除了循环利用水及中水的重复计算)总量与GDP的比值，反映节水降耗和水资源利用效率与效益，是循环经济水资源利用的主要指标。

(3)农田灌溉水有效利用系数：农田灌溉用水总量扣除输送的渗漏和蒸发、浇灌时非作物生长区和其他无效用水部分的比例。

(4)工业用水重复利用率：反映水资源在工业生产循环利用程度的参量。

以上四个序参量前两个都是在笔者主管全国水资源以后提出，并进入统计指标体系的。

(四)水文随机模拟的蒙特卡洛方法简述

水文序列扣除确定性成分后，剩下的成分可以看成纯随机成分。对纯随机成分进行模拟，首先必须确定其服从何种分布。目前该分布只能以某种理论线型近似代替。

笔者在研究受控热核聚变时成功应用的蒙特卡罗法(也称统计试验法)也是解决这类问题的方法。按这种方法，首先应模拟[0，1]区间上均匀分布的纯随机序列;再将随机数转换为P-III型分布的随机模拟纯随机序列。具体过程就不在这里赘述了。

二、海河流域的水资源形势

海河流域包括潮白河(北运河)、永定河、大清河、子牙河和南运河五大河流，在京津冀海河流域面积26.5万平方千米，包括了北京的90%，天津和河北的70%和山西、内蒙的一部分，目前常住人口超过1亿，GDP超过全国的1/10，耕地面积也超过全国的1/10。但是该流域多年平均降雨量不及500mm，而且80%集中在6～9月份，丰枯变化十分剧烈，枯水年有些地区饮水困难，丰水年又洪水成灾。目前京津冀晋蒙的人均水资源量均在全国省市区排名20位以后，是我国最缺水的地区，海河断流、白洋淀湖泊萎缩、北京湿地干涸问题十分严重。仅在一个世纪以前，不但天津是水乡，河北是水乡，北京也是水乡，今天早已不复存在，水生态系统危机极其严重，全力修复迫在眉睫。

(一)海河流域京津冀水资源严重短缺、水污染十分严重

水资源短缺正在对京津冀协同发展形成严重制约。北京、天津和河北的大部同属海河流域的滦河、海河水系。京津冀地区水资源总量258亿立方米，其中北京市37.3亿立方米，天津市15.7亿立方米，河北省197亿立方米，区域人均水资源量239立方米，仅相当于全国平均水平的1/9，耕地亩均水资源量268亿立方米，约为全国平均水平的1/5，是全国水资源最紧缺的地区之一。

京津冀地区现状用水量254亿立方米，占水资源总量的98.5%，基本上是“吃光、用光”，没有留生态水，已大大超过水资源可用量为40%的承载能力，因此水环境和水生态问题凸显。区域主要河流实测水量比上个世纪70年代减少一半，平原河流约为一半河床干涸，11个主要湿地水面比20世纪50年代减少70%以上。由于范围内的人口增长和经济社会发展对水资源的总需求可能不断增大，水资源短板制约很可能蔓延至整个区域，存在水生态系统崩溃的可能性。

目前海河水污染更为严重，劣V类水已达40%以上，V类水为30%以上，人不能利用，对人类有害的水已近80%，是一条严重病态的河流。流域京津冀平原浅层地下水可用(IV类以上)仅占20%以下，不可用(V类以上)占到60%以上，直接威胁到京津冀人民健康。同时，入海水量已到最低限度，且基本是V类以下的污水，对海口生态系统产生严重破坏，再不治理，海口生态系统将很难恢复。

(二)贯通京津冀的北运河态势

北运河是流经北京市东郊和天津市的一条河流，为海河的支流。干流通州至天津也即京杭大运河的北段。古称白河、沾水和潞河。其上游为温榆河，源于军都山南麓，自西北而东南，至通县与通惠河相汇合后始称北运河。然后流经河北省廊坊市香河县、天津市武清区、在天津市大红桥汇入海河。全长120公里，流域面积5 300平方公里。支流有通惠河、凉水河、凤港减河、龙凤河。北运河古称“御河”，是天津重要的一级河道，海河干流的重要组成部分。

目前北运河总体水质极差，劣V类水达80%，V类水近3%，即人不能利用，而且对人体有害的水高达83%以上。基本已成为一条丧失资源利用、环境作用和生态功能的河流。

三、笔者主持制定与实施第一个国家级规划协同解决京津冀晋水问题的实践

北京缺水的问题由来已久，上个世纪70年代以来，北京曾几次出现水危机。为什么北京的水问题多年来一直得不到解决呢?主要是当时没有足够的经济实力，同时也由于没有从海河流域各省市协同可持续发展的大系统来分析和解决问题。

1999年初水利部水资源司即与北京市水利局商议解决对策。与此同时，温家宝副总理先后两次批示尽快解决北京的水资源问题。水利部与北京市、海委首先进行调查研究，时任水利部水资源司司长的笔者提出了“以水资源的可持续利用保障可持续发展”的指导思想，2001年温家宝副总理在全国城市供水节水和水污染防治会议上说“‘以水资源的可持续利用保障可持续发展’这句话讲得好。”现在“以水资源的可持续利用保障支持可持续发展”已成为我国水利工作的总方针。如何保障就要流域各省市协同保障，如何发展就要流域各省市协同发展。笔者跑遍海河流域指导，并经过与省市反复协调和组织著名专家论证，数易其稿，历时一年完成了规划编制。

1999年笔者主持制定的《21世纪初期首都水资源可持续利用规划(2001-2005)》(简称《首都水规划》)投入220亿元。该规划按照以供定需、与自然和谐的原则在海河流域大系统内，在多学科综合研究的基础上，以协同论为指导，促进各省市协同发展。

现在到处谈系统工程，《首都水规划》是一组真正的生态系统修复工程，以工程、生态、经济和协同管理的手段达到生态系统工程修复生态的目标，并建立长效机制。规划的创新点主要在一节(水)、二保(护水资源)、三管(统一管理)、四调(调整产业结构和种植结构)、五水价(建立合理水价机制)、六回用(再生水回用)、七调水(南水北调)、八循环(水产业链的建立)。

该规划经国务院国函【2001】53号文批准和笔者主持制定与实施的黑河、塔里木河和恢复黄河断流共四个规划被时任国务院总理朱镕基批示：“这是一曲绿色的颂歌，值得大书而特书。建议将黑河、黄河、塔里木河调水成功，分别写成报告文学在报上发表”，时任国务院副总理温家宝批示：“黑河分水的成功，黄河在大旱之年实现全年不断流，博斯腾湖两次向塔里木河输水，这些都为河流水量的统一调度和科学管理提供了宝贵经验”。

2001年国务院成立由国家计委、财政部、水利部、国家环保总局、北京市、河北省和山西省参加的“首都水资源规划”协调小组，笔者任常务副组长，指导实施。这一规划成为至今北京水利工作的指导，经过多任水利局长的努力，才成功的申奥、办奥，实施至今保持了北京水资源脆弱的供需平衡，使北京即使在夜间也未出现分区停水。这一规划也留下了遗憾，在制定的最后阶段，由于投资有限，各省市协调难度太大，不得不把天津从规划中忍痛割爱。在今天京津冀协同发展的问题上这仍是不容小觑的实际问题。

四、京津冀协同发展的基本条件

京津冀是我国的政治、经济和文化中心，也是我国新型城镇化中发展的城市群区域，其协同创新发展，要以文化历史背景、自然资源禀赋和现有经济发展程度为基础，从表1中可以看到，三地虽有差异，但基本具备协同发展的条件。

京津冀三地同有燕赵的文化背景;南水北调后人均水资源量达到344立方米/人，如实现优化配置，三地均可达到保障可持续发展的最低标准(该标准为笔者在联合国教科文组织主持制定、温副总理批示全国干部学习);而天津和北京人均GDP均超过世界银行高收入经济体标准，河北省也为中高收入经济体标准1.47倍。

五、如何以协同论指导京津冀协同发展

习近平总书记最近明确指出：“以水定城，以水定地，以水定人，以水定业”为城市发展的总方针。海河流域不但覆盖了天津和北京两个超大城市，而且包括了河北的中等以上的城市，所以上述方针也是京津冀协同发展的总方针。按协同论指导，应明确以下认识：

(一)从京津冀的大系统考虑，最“令人揪心的”元素是水资源

从京津冀三地来看，近年来水资源的使用率分别为137%、70.2%、82.8%，都远远超出40%的合理利用率，不仅没有留下“生态水”，而且严重超采地下水，在喝“子孙水”，使地域生态系统岌岌可危。

但是水资源是可以在流域内调配的，如果京津冀水资源统一调配，则人均水资源量可达272.4立方米/人，接近300立方米/人的维系可持续发展最低标准。

如果加上南水北调，则京津冀水资源总量可达396.6亿立方米/年，人均水资源量达到367立方米/年，超过了维系可持续发展的下限，这也正是当年笔者制定《首都水规划》对水资源平衡计算得出的结果。如果再加上海水淡化，则有可能超过500立方米/人的极度缺水线，从而能修复京津冀的生态系统。

从协同论来看，确立这些序参量分析京津冀水资源系统，可以改变水资源不合理开发，造成系统无序、严重不平衡的现状，必须在流域范围内优化配置，使水资源可持续利用。

(二)协同发展是京津冀水问题解决的指导思想

因此，必须按中央领导明确指示的、以系统论和协同论为指导“自觉打破自家‘一亩三分地’的思维定式，抱成团朝着顶层设计的目标一起做”，这就是京津冀对水资源必须大系统分析，统一优化配置。这就是说，要对各子系统的序参量科学调节、控制，从无序走向有序，达到系统的动平衡，加强协同作用来提高水的利用效率。从而达到维系水资源的供需平衡，水环境宜居，水生态系统良好，使地区可持续发展。

(三)京津冀解决水问题不同诉求的协同

京津冀三地对解决水问题的诉求是有差异的。

1. 各方的不同诉求。首先京津冀三地是有不同诉求的：在京津冀三地都缺水的情况下，北京要建设国际大都市，严重缺水，希望得到更多水份额;天津要发展工业，提高居民收入;河北以重化工业为主要税收来源，希望改变产业结构、投资与技术引进。三方的诉求虽有差异，但完全可以在根治海河这个共同目标下协同。

2. 各方的比较优势。同时，京津冀三地也各有比较优势，北京有较先进的治水思想和规划制定的科技力量，有较强的支持先进水技术开发的基础研究，有较强的财力。天津万元GDP用水仅18吨，是全国最低的，有先进的节水技术，有专门的海洋研究所，有较先进的海水淡化技术，也有较强的财力;河北的承德(潮河源)、保定(白洋淀)和石家庄(黄壁庄水库)等市有京津冀地区相对丰富的水资源，同时是东线和中线南水北调的主要途经区，决定调水的水质。

3. 利用各方比较优势协调不同诉求，使地区水资源配置达到有序动平衡。根据协同论的原理，要利用北京规划的优势与津冀协同制定京津冀海河流域的大系统水规划，北京投入进行水源保护、节水、污水治理、再生水回用、地下水回补、自来水制水、水实时监测等技术的基础研究，为津冀技术开发提供基础。天津投入进行上述基础研究根据京津冀实际需要的技术开发，着力开发海水淡化技术，降低成本。河北则转变经济发展方式，以循环水产业替代技术落后，污染排放高，附加值低的钢铁和水泥企业，通过节水和水源地保护有偿向京津出让调水份额，通过保证调水水质收取合理的水源保护费。

(四)京津冀共同修复海河水生态系统的建议与展望

《首都水规划》实施已近12年，是京冀晋区域协作历史上的第一个国家级大项目，取得了很大的成绩和宝贵经验，目前以北京地区为主仍在延续。为达到京津冀晋内蒙海河全流域全面协作共同发展，在共同修复海河水生态系统方面提出如下建议：

1. 着力加强顶层设计，选择有成功经验和真才实学的专家抓紧编制首都经济圈一体化发展规划。构成京津冀经济区协同调整产业结构和种植结构，转变生产方式，在大系统中划出生态红线，科学进行生态修复。不能依靠臆想的数学模型;而主要靠追溯生态历史(笔者在北京举办了全国第一个生态史展)和进行国际类似地区的比较借鉴。对负责规划的专家和批准官员采取签字追责制。

为适应新的形势，京津冀联合向国家建议尽快制定《首都水规划》第二期规划。这也是2001年国务院讨论通过时，朱总理、温总理和国务院全体领导的指示。按比例合理投入(可参照上述规划)，国家重点支持河北、三地协同修复全海河流域水生态系统，恢复历史水乡。

2. 充分发挥市场的决定性作用，建立规范的京津冀统一的水权市场和碳市场，破除各种体制规划障碍，充分发挥系统的自组织能力，利用协同性，理顺三地产业，构成新产业环，促进区域循环经济发展，使系统达到动态平衡。

按循环经济的原理在京津冀建立旅游环线，利用北京旅游资源(尤其是国际和港澳台)的优势带动海河上游、尤其是承德改变产业结构(可开展“清史游”)。

在海河上游冀晋建立真正的、具有国际标准的绿色食品与水源基地(包括菜、粮、奶、肉)与京津签订长期合同。京津保证以相对优惠价格和绿色技术支持，冀晋根据丰枯年保证优质定量向下游供水。

3. 建议将京津冀大气污染联防联控委员会扩大为京津冀大气和水资源、水污染联防联控委员会，统一规划、统一标准，统一监测水流量、污染排放和大气碳排放，作为规划实施和市场调节的科学依据，提高城市群一体化水平，形成治理体系与治理合力的现代化。

京冀按水功能区划共同保证下游津冀河道的水量与水质达标，共同修复津冀海河入海口水生态系统。

以大系统分析建立专项科学研究，全面比较南水北调(东、中线)和海水淡化的可能性、持续性、经济性、工程和沿途保护的可能性，确保重大措施优化。

参考文献：

[1]吴季松.知识经济学[M].北京：首都经济贸易大学出版社，2007.

[2]吴季松.循环经济概论[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[3]吴季松.中国可以不缺水[M].北京：北京出版社，2005.

[4]吴季松.中国经济发展模式[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

[5]吴季松.新型城镇化的顶层设计、路线图和时间表[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.

[6]吴季松.水!最受关注的66个水问题[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.

责任编辑：张 然

The Collaborative Innovation among Beijing Tianjin and Hebei Guided by the Co-evolution Theory

Wu Jisong

(ChinaCircular Economy Research Center， Beijing University of Aeronautics and Astronautics， Beijing 100191， China)

Key words： Beijing Tianjin and Hebei; Co-evolution; Haihe River basin; The short plate of barrel

作者：吴季松

流域水资源统规划管理论文 篇3：

数字孪生驱动的智慧流域平台研究与设计

摘要：流域管理涉及水资源、水生态、水环境、水灾害等众多问题，以数字孪生为基础，将GIS，BIM，IoT融合的数字孪生与流域管理相结合，建立数字孪生数据及模型集成与可视化表达方法，研究数字孪生运行机制，构建智慧流域孪生体，设计数字孪生驱动的智慧流域平台。以堵河流域水库群防洪联合调度管控为例进行应用实践，实践证明：相比传统流域数据库管理或二维平面管理中的信息不全、精度不够、反馈滞后、表达单一等问题，数字孪生驱动的智慧流域平台可在空间地理数据、BIM模型数据、物联网数据融合与交互的基础上，基于数据、模型双向驱动，实现外部环境下的仿真、决策、优化和可视，其管控效果优于传统手段。平台的研究与实践可实现流域管理实时监测、诊断、分析、决策和预测，为其智能运行、精准管控和安全运维提供一种新的解决思路。

关键词：数字孪生;智慧流域平台;GIS+BIM+IoT;融合与集成

中图法分类号：TV87 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.02.021

0 引 言

流域 “四水同治”对水资源保护、水生态治理、水环境整治、水灾害防御以及社会经济发展具有深远的意义，随着治水工作重点的转变，新形势下对流域管理提出了更高的要求。水利部《智慧水利总体方案》提出了“推进国家水治理体系和治理能力现代化”等目标。将新一代信息技术运用于流域管理将有助于提高流域治理和管理水平。

数字孪生(Digital Twin，DT)，指充分利用现实数据和实体模型，集成多学科、多专业知识在数字空间内完成“孪生镜像”、反映现实物理世界运行过程的数字映射系统。相比以往数据库管理或二维平面管理中存在信息不全、精度不够、反馈滞后、表达单一等问题，数字孪生充分利用实时数据、历史数据、孪生数据以及实体模型，集成多维模拟过程，在数字空间内针对物理空间场景中的人、机、物、工况、环境等要素进行全业务流程、全生命周期的描述与建模，构建融合交互、高效协同的数字孪生体，最终实现物理空间资源配置和运行的按需响应、快速迭代和动态优化[1]。李德仁[2-3]表示数字孪生是物理世界与网络世界虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，将物理实体和系统的属性、结构、状态、性能、功能映射到虚拟世界。借助数字孪生，实现长江流域生态环境与灾害的智能管理，通过实时的协同系统，利用上万个传感器采集上亿个实时数据，便能获知各类信息并及时分析、决策。

本文借助GIS，BIM，IoT及人工智能等新兴技术，利用数字孪生技术在信息空间中对流域要素、外部工况、环境等实体进行忠实复刻，通过数据、模型双向驱动，构建相应的数字孪生驱动智慧流域平台。通过数字孪生体与物理实体在位置、几何、行为、规则等方面精确的映射关系，基于实时数据、历史数据、孪生数据和专业模型，针对流域管理进行实时、交互的仿真、决策、优化和可视，实现数据驱动、虚实同步、动态修正、高效协同，为流域管理智能运行、精准管控和安全运维提供一种新的解决思路。

1 数字孪生融合与集成

1.1 数据融合与集成方法

将微观领域的BIM数据与宏观领域的GIS数据进行融合与交换，使GIS从室外走进室内、从地面走进地下、从宏观走进微观，可在多个领域得到深层次的应用。同时，IoT数据本身无法与建筑物实体的空间位置信息和几何信息产生关联，需与 GIS建立宏观地理环境信息、与BIM建立微观建筑模型信息进行有机融合，构建数字孪生全要素信息，如图1所示。与GIS，BIM，IoT单独应用相比，三者的集成与融合在建模质量、仿真 精度、决策效率、渲染表达等方面都有着明显的优势[4]。

平台针对大规模空间地理数据、BIM模型数据以及物联网数据，研究GIS数据和BIM数据之间几何差异和语义信息差异，分析二者数据结构(IFC，CityGML等)之间的异同，通过几何数据、坐标系统、属性信息等的转换实现BIM模型与3D GIS模型的转换融合，最终实现GIS，BIM，IoT的集成與融合(图1)。

自主研发三维GIS平台，支持AUTODESK，BENTLEY，CATIA等BIM 主流数据的无损接入，超百万级部件的 BIM 模型实时加载，通过实例化技术、LOD(多细节层次)技术、轻量化处理技术以及三维缓存技术等，对BIM性能进行优化，解决BIM 精细化模型在大场景展示时资源浪费、加载卡顿等问题;同时利用WebGL技术，通过对计算机底层GPU的调用实现三维场景的可视化渲染，建立BIM模型与3DGIS服务集成方法，结合Web及移动端技术，实现跨平台、跨终端的三维场景分析及管理服务。

1.2 数字孪生运行机制

数字孪生驱动的智慧流域平台集成先进的物联感知、大数据、云计算、无线通信和自动控制技术，通过在信息空间内对物理实体从位置、几何、行为、规则等方面进行全要素、多维度描述与建模，建立物理空间与信息空间的动态链接和实时交互，实现基于数据、模型双向驱动的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行，达到虚实融合、同步互联的闭环优化[5]，其运行机制如图2所示。

平台基于物联网采集的水雨工情、地质等基础信息，集成水文预报、防洪调度、洪水演进、水生态承载力、水资源优化配置、污染物运移等专业模型，在三维GIS空间内建立与BIM模型全要素映射和实时融合交互，对各类工况、环境、参数条件下智慧流域进行仿真驱动，生成相应流域管理仿真决策方案，及时进行会商发布并提供决策支持。基于孪生系统全面感知、信息交互、深度分析、科学决策的运行机制，可提升整个工程的组织和决策能力，实现整体资源优化配置、各功能模块统一调度，提高孪生平台协作效率。

1.3 数字孪生可视化表达方法

空间地理数据、BIM模型数据和物联网感知数据是数字孪生驱动智慧流域的数字底板，是物理空间智慧流域各类信息在信息空间中的孪生重建。如何在信息空间中对智慧流域复杂的环境、工况和演进进行全方位、多视角、深层次的可视化表达是数字孪生研究的关键内容[6-7]。

平台针对海量多源时空数据、BIM模型、物联网监测数据，建立了多种可视化表达方法，包括：①三维复杂模型自动简化方法，提高三维场景的存储效率和加载速度;②全空间三维信息可视化方法，保障模型在不同场景下无缝衔接;③场景自适应可视化方法，满足不同用户视角场景下模型加载自适应;④物理环境仿真可视化方法，实现信息空间真实环境高逼真渲染，如图3所示。

自主研发三维GIS平台建立数字孪生可视化表达方法，无缝集成海量多源时空数据、BIM模型数据和物联网数据，建立宏观、中观、微观一体化管理、大规模三维场景集成调度、全空间多尺度多层次表达方法，实现信息空间数字孪生重建。

2 智慧流域数字孪生体构建

基于数字孪生的智慧流域旨在信息空间建立一个与物理实体精确映射、交融互动的智慧流域数字孪生体，建立全流域、全要素、全生命周期的智能感知，构建基于GIS+BIM+IoT的数字模型，通过数据、模型双向驱动，实现流域运行管理的仿真、决策、优化和可视。智慧流域各业务应用场景在信息空间均应有其对应的数字孪生体，以实现对各业务实体的运行状态、性能、活动等实时监控、模拟、预测、诊断和控制。本文智慧流域数字孪生体主要包括综合监管孪生体、水资源管理孪生体、水生态修复孪生体、水环境保护孪生体、水灾害防御孪生体以及政务和公共服务孪生体的构建[8-9]。

2.1 综合监管孪生体

(1) 信息全息展示。面向全流域快速汇集数据，构建全面掌握流域涉水信息、实现信息智慧化联动展示的孪生体。依托模型云、算法库、知识库等技术基础，及时发现问题，启动相关业务分析处理，监督执行情况，实现监管方案的结果跟踪、综合比对与分析评价。

(2) 业务協同。针对各业务、区域提出的需求，根据所涉及的相关业务，构建综合分析、协调处置和智能决策孪生体，实现服务于流域综合管理的协同支撑，提升监管效能。

2.2 水资源管理孪生体

(1) 水资源动态监控评价。构建水资源动态监控评价孪生体，实现水资源实时监控，在信息空间利用水资源评价模型，按不同时间和空间尺度分析评价流域水资源状况和开发利用现状。

(2) 水资源优化配置。协调多水源供水、多目标用水之间的关系，构建水资源优化配置孪生体，针对流域生态环境用水严重不足的情况，在优先保障流域内基本生态和居民生活用水的基础上，统筹考虑各方面用水需求，对多水源进行联合配置。

(3) 水资源联合调度管理。利用气象预报和实时监测数据，构建水资源联合调度管理孪生体，掌握径流变化，预测来水情况，综合考虑流域内各水利工程的调度能力、效果和用水需求，生成精细化动态联合调度方案。

(4) 取水节水管理。基于信息空间取水节水孪生体，实时监控取用水情况，按不同尺度分析用水情况，结合用水总量控制指标、取水许可、用水计划和定额等相关指标，实现异常情况报警、用水效率和节水水平分析。

2.3 水生态修复孪生体

(1) 水生态分析评价。利用遥感、视频及人工智能识别等技术，结合舆情感知、问题上报、监督检查等多源信息，构建涵盖各环节业务的闭环数字孪生工作平台，及时掌握水生态空间变化，提供巡查管理、现场调度、绩效考核等辅助功能，实现河湖水域岸线的空间管控。

(2) 地下水保护。以浅层地下水为主要监控目标，兼顾已开发利用的深层地下水，构建地下水保护孪生体，对超采区和水源地、外调水受水区、海水入侵区等重点地区地下水进行监控，同时，利用孪生体地下水数值模拟分析方法，预测地下水变化情况，评价降雨、开采、生态补水、海水倒灌等因素对地下水的影响。

(3) 水土保持。基于水土保持孪生体，在信息空间划分水土保持业务管理最小单元，实现流域水土流失综合治理、水土保持预防监督、水土保持监测管理等业务信息的采集编辑、检索浏览、统计分析、输出调用等智能化、一体化联动管理。

2.4 水环境保护孪生体

(1) 水质分析预测。以水功能区、水源地、行政区界、引调水沿线、河口为重点监控水质状况，围绕水质目标和污染物排放总量控制指标，构建水质分析预测孪生体，加强污染源监控、分析和风险预警，实现不同来水条件、调水方案、灌溉模式和排污控制措施影响下的水质变化分析预测。

(2) 水污染应急处置。整合监测、调查及外行业数据，以风险防控为目标，构建水污染应急处置孪生体，分析预判潜在风险源和易发生地点，及时识别、跟踪突发水污染事件，利用水污染模型实现污染模拟、风险分析、处置方案推演和优选，构建信息服务、沟通交互、过程记录、信息发布、效果评估、措施分析等支撑服务。

2.5 水灾害防御孪生体

(1) 防汛抗旱。以事件为主线跟踪流域洪水和干旱事态，构建流域防汛抗旱孪生体，基于实时数据、历史数据、孪生数据和专业模型，进行流域防汛抗旱的仿真、决策、优化和可视，打造多维智能分析、水工程联合调度、多目标调度情景模拟、场景式全周期记录的决策支持全链条。

(2) 工程建设和安全运行。以水库、堤防、闸坝等水利工程为管理重点，利用三维模型、视频、传感等技术实现工程风险动态感知，构建工程建设和安全运行数字孪生体，实现工程安全状态监控、评估和风险预警;同时，建设工程安全数字孪生管理平台，实现水利工程建设和运行全周期的安全监管。

2.6 政务服务孪生体

围绕流域资产、项目规划、财务、扶贫、机关事务等行政事务，利用信息融合共享、流程优化再造等手段，构建政务服务孪生体，促进政务服务的规范化和跨部门的政务协同，对监督检查工作提供全流程支撑。

2.7 公共服务孪生体

(1) 信息服务。面向社会公众，提供生产、生活和娱乐等活动所需与水相关的信息服务，构建包括灾害事件预警预报、用水节水指导建议等信息服务孪生体，并向相关管理、科研、生产经营等单位，提供信息服务。

(2) 事务服务。基于事务服务孪生体，构建行政审批办理平台，实现行政审批事项的在线办理和信息公开;构建水权交易平台，为地区间、行业间、用水户间开展水权交易提供管理工具，促进水权交易的规范和统一管理。

(3) 信息交流。汇集互联网涉水信息，构建信息交流孪生体，通过大数据智能分析，提取有效信息内容，筛选热点信息，预测舆情发展，归类业务方向，为有效的公共服务工作提供依据。

3 数字孪生驱动的智慧流域平台总体设计

3.1 总体架构

平台基于B/S结构进行总体架构设计，包含物理层、数据层、业务逻辑层、数字孪生体和用户交互层5个层级，并通过相关标准规范体系和安全保障体系确保平台规范、安全和高效运行[10-12]，总体架构如图4所示。

3.2 总体设计与实现

平台主要包括物理层、数据层、业务逻辑层、数字孪生体、用户交互层5个层级[13-17]。

(1) 物理层。物理层是整个数字孪生体系的基础支撑，包含空天地一体化感知设备和物理实体模型，负责信息高效采集与安全传输，二者共同支撑在信息空间中各类实体、环境、信息等全要素、全生命周期的描述和建模。

(2) 数据层。数据层主要实现数据交换、融合、存储、处理、共享等功能，同时集成大数据、云计算、虚拟化等技术，为整个孪生平台提供基础数据支撑。包括物理世界中相关实体的GIS，BIM，IoT等镜像模型数据、实时数据、历史数据和孪生数据，具备大吞吐量和高可用性等处理性能。

(3) 业务逻辑层。业务逻辑层借助GIS，BIM，IoT数据融合与集成、人工智能、仿真模拟、决策控制、数字孪生可视化，通过孪生体与物理实体在位置、几何、行为、规则等方面精确的映射关系，构建信息空间中各类实体、环境、参数的模拟仿真和决策支持模型，实现流域在不同工况、环境下的水资源、水生态、水环境、水灾害等的管理。

(4) 数字孪生体。数字孪生体与物理实体对象一一对应，包括在各类工况下与智慧流域平台互为镜像的综合监管、水资源管理、水生态修复、水环境保护、水灾害防御以及政务和公共服务，实现虚实之间的信息实时互动、孪生体更新、数据模型驱动、模拟仿真决策等。

(5) 用户交互层。用户交互层以Web门户终端、移动端、VR/AR/MR端等多端形式提供多场景的业务管理和交互界面。

平台基于自主研发的三维GIS平台框架，集成空间地理数据(影像、地形、矢量、专题数据、三维实景模型等)、BIM模型数据、物联网感知数据，采用主流先进的前后端分离的开发模式进行构建。前端选用Angular，WebGL平台框架进行用戶交互和三维呈现;后台选用C++，JavaEE WEB，Python体系架构进行业务逻辑和算法实现;数据库采用MySQL，PostgreSQL，MongoDB实现空间数据、BIM数据和属性数据的存储与管理，由此构建数字孪生驱动的智慧流域平台，并基于HTTP协议的REST Web服务架构实现专业模型的数据交换和业务集成。总体实现方式保障整个数字孪生平台的扩展性、兼容性和先进性。

4 数字孪生驱动的智慧流域平台应用实践

智慧流域在信息空间孪生体众多，以湖北省十堰市堵河流域水库群防洪联合调度管控系统为例，进行智慧流域数字孪生平台应用实践，平台融合了堵河流域空间地理数据、BIM模型数据、三维实景模型数据以及实时水雨工情等物联网数据，集成了流域水库群水文预报、洪水演进、防洪调度等专业模型，通过在信息空间里建立与物理世界互为映射关系的数字孪生体，构建了多尺度、多层级的流域水库群监测、诊断、分析、决策和预测等应用，其孪生体构建流程如图5所示，平台部分功能页面如图6～10所示。

应用实践表明：数字孪生驱动的智慧流域平台在信息空间内集成了海量多源异构数据，融合流域管理各类专业模型，提升了信息空间模拟仿真的运行效率和表达效果，实现了全要素、多角度、深层次的仿真决策;同时借助大数据、云计算、人工智能等技术，在信息检索、统计分析、水文预报、防洪调度、方案推演、决策对比等方面具有快速、高效、精准、可视等优点，可为流域管理提供决策依据、提高治理水平。

5 总结与展望

5.1 总 结

本文基于GIS，BIM，IoT，人工智能等技术，利用数字孪生在信息空间中对流域管理、外部工况、实体环境等进行描述建模，实现物理空间与信息空间的动态链接和实时交互，建立数字孪生驱动的智慧流域平台。相比传统数据库管理或二维平面管理中存在的信息不全、精度不够、反馈滞后、表达单一等问题，数字孪生驱动的智慧流域平台通过对物理实体在位置、几何、行为、规则等方面的全要素重建，结合实时数据、历史数据、孪生数据和专业模型，并根据流域实际状况和防洪形势等内外环境的变化，构建流域物理世界与信息世界的交互融合的孪生系统，实现流域管理在外部环境下的仿真、决策、优化和可视。平台的研究与实践提供了应对外部复杂环境变化的有效决策，实现了数据驱动、虚实同步、动态修正、高效协同的管理理念，达到了流域治理以虚控实的管控目的。

5.2 展 望

数字孪生初步实现了工业制造、建筑、水利方面的虚实交互、共同演化，但在一些领域尚存疑问和争论，仍处于探索阶段，普及程度尚有欠缺，借助当下5G、北斗卫星、区块链等技术在数据采集和处理方面的优势，可进一步增强实体要素之间联系，促进各要素深度融合交互，提升各孪生体之间交互协作，有助于建立更为完善、强大的数字孪生体。

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(编辑：李 晗)

作者：饶小康 马瑞 张力 柳嘉