前言

随着经济社会的快速发展，水资源的需求也在迅速增加。但由于水资源禀赋制约、管理不善、配置不合理等问题，世界各地先后出现了水危机，水安全问题也引起广泛关注。未来一段时期，随着新型城镇化、工业化和国家能源与粮食安全战略的实施，我国仍将面临强劲的用水需求增长压力，这对水资源规划、管理和合理配置提出了更高要求。

面对日益严峻的水资源供需矛盾，如何科学认知水资源需求的机理与发展规律？如何实现水资源需求的合理预测？如何维护合理的水资源需求？针对这三个科学问题，在国家自然科学基金项目《基于马斯洛需求层次理论的生活需水计算与动态调控研究》（51509267）、“十三五”国家重点研发计划项目课题《京津冀多水源多目标协同调配与安全保障方案》（2016YFC0401407）和黑龙江省水利科技项目（201303、201305）的共同资助下，本书分别从水资源需求演化规律、层次化需水理论与计算方法、水资源层次化合理配置模型三个方面进行了研究，并将上述理论、方法和模型应用到三江平原典型区域水资源需求预测和合理配置实践中，取得了良好的效果。主要研究成果如下：

（1）构建了水资源需求演化方程，探索了需水演化规律和阶段性特征。

在水资源需求内涵分析的基础上，进行了水资源需求的内生动力与外界影响因素分析；协调水资源需求的内生动力、驱动机制和制约机制，构建了水资源需求演化方程，分析了各阶段水资源需求演化的特征，探索了各阶段水资源需求的演化规律。

（2）解析了个体需水行为机理，构建了水资源层次化需水理论与计算方法。

借鉴马斯洛需求层次理论，对个体需水行为机理进行了层次分类和科学解析，初步构建了水资源需求层次化理论，将需水分为刚性需求、弹性需求和奢侈需求三个层次以及基本需水、合理需水、表象需水三个级别，并从生活需水、生产需水、生态需水三个方面进行了理论探讨。借鉴相关研究成果，结合问卷调查与观测实验，从微观（个体）和宏观（区域）两个层面，提出了生活、生产、生态不同层次化需水的计算方法。

（3）以层次化需水逐层配置为核心，构建了水资源层次化合理配置模型。

以层次化需水逐层配置为核心，以二元水循环模拟与局部优化为手段，构建了水资源层次化合理配置理论、方法和模型。与传统水资源配置不同，本模型的突出特色在于层次化和合理配置两个方面。层次化包括需水主体层次化、需水计算层次化、供水水源层次化、水源运行层次化、配置框架层次化和配置过程层次化，合理配置包括需水预测合理、资源承载合理、供水规划合理、空间配置合理、时间配置合理、质量标准合理。

（4）应用水资源层次化需求计算方法，进行了区域需水合理预测。

三江平原是我国重要的商品粮基地。根据相关规划，其低平原区域的未来水田种植面积还将进一步增加。本地地表径流不足，局部地下水已经超采，因此需要流域外调水，建设引黑、引松调水工程。前期编制的规划报告，对“适宜的调水规模”这一核心问题尚未解决。针对这一问题，应用构建的层次化需水计算方法，进行了区域水资源需求预测实践。预测结果显示，2030规划水平年研究区包括湿地补水后总需水量93.3亿m3；供水区内总需水量为73.3亿m3，其中刚性需水量44.6亿m3，弹性需水量24.6亿m3，奢侈需水量4.1亿m3。与原预测成果相比，整个研究区总需水量偏少8.6亿m3，偏小8.4%。其中，供水区总需水量（不含湿地需补水量）偏少3.3亿m3，偏小4.6%；供水区农田需水量偏少3.0亿m3，偏小4.4%。预测结果较为合理，符合研究区实际，有利于削减调水规模，减少工程投资。

（5）以保障经济社会发展和生态安全为目标，实现了区域水资源合理配置。

按照充分保障刚性需求、动态调控弹性需求、逐步压缩奢侈需求的配置规则，实现了三江平原典型区域水资源的合理配置。整个研究区多年平均总需水量为93.3亿m3，共配置水量89.0亿m3，缺水量为4.3亿m3，缺水率仅为4.6%；供水区内各灌区水田实际供水保证率均达到75%以上，部分灌区供水保证率达到了85%以上；湿地自然保护区缺水得到了满足，多年平均补水量达4.5亿m3。配置结果显示，通过建设引黑、引松调水工程以及本地地表水、地下水与外调水的联合优化利用，可以支撑该区域多发展1370多万亩的水田灌溉面积，保障区域经济社会可持续发展；调水工程对黑龙江、松花江影响不大，调水配置对地下水位的抬升效果明显，大量的地表补水有利于湿地自然保护区萎缩的面积和生态环境的恢复，保障区域生态安全。

研究成果丰富了需水预测理论与方法，完善了基于规则的水资源配置模型，对于实现区域水资源需求合理预测与合理配置具有重要的现实意义和科学价值。

本书共分8章，分别为绪论、水资源层次化需求理论、水资源层次化需求计算方法、水资源层次化合理配置理论与方法、水资源层次化合理配置模型开发、面向经济社会发展和生态安全的区域水资源需求预测实践、面向大型调水工程规划的区域水资源层次化合理配置实践和研究展望。

第1章为绪论，主要介绍了研究背景与意义，综述了国内外在水资源需求与配置领域的研究进展，介绍了本书的主要研究内容与技术路线，概述了本书的主要研究结论和创新点。本章由侯保灯、肖伟华、赵勇、王建华共同执笔撰写。

第2章在水资源需求内涵分析的基础上，进行了水资源需求的内生动力与外部影响因素分析，探索了水资源需求演化规律，构建了水资源需求演化方程；借鉴马斯洛需求层次理论，初步构建了水资源需求层级理论，将需水分为刚性需求、弹性需求和奢侈需求三个层次以及基本需水、合理需水、表象需水三个级别，并从生活需水、生产需水、生态需水三个方面进行了理论探讨。本章由赵勇、王建华、侯保灯共同执笔编写。

第3章在水资源需求层次化理论探讨的基础上，借鉴相关研究成果，结合问卷调查与观测实验，从微观（个体）和宏观（区域）两个层面，提出了生活、生产、生态不同层级需水的计算方法。本章由肖伟华、王建华、侯保灯共同执笔编写。

第4章从层次化和合理配置两个方面入手，阐述了水资源层次化合理配置的概念与内涵，从配置系统、目标、原则、框架等方面，开展了水资源层次化合理配置理论研究。接着从配置规则设定、局部优化策略、水量水质联合模拟三个方面，开展了水资源层次化合理配置方法研究。本章由肖伟华、赵勇、侯保灯共同执笔编写。

第5章在水资源层次化配置理论和方法研究的基础上，开展了水资源层次化合理配置模型研究，主要包括模型结构与逻辑关系分析、基于图论思想的水资源系统网络模型构建、数学模型构建、模型核心模块与运行流程设计、相关假定等方面。本章由侯保灯、肖伟华、赵勇共同执笔编写。

第6章主要采用第3章研究提出的水资源层次化需水计算方法，进行了三江平原典型区域的水资源需求预测实践。针对研究区定位与特色，采用遥感解译和GIS分析技术，进行了研究区耕地面积识别，并分析了其合理性，在此基础上，对未来最大可发展农田灌溉面积和适宜可发展灌溉面积进行了定量分析，进而确定了供水区的范围；在研究区现状水资源开发利用分析的基础上，开展了面向区域经济社会发展和保障生态安全的层次需水预测，并分析了其合理性；水资源层次需水理论与计算方法得到了有效应用。本章由侯保灯、肖伟华共同执笔编写。

第7章针对研究区层次化的水资源需求，利用第5章构建的水资源层次化配置模型，进行了面向大型调水工程规划的水资源合理配置实践研究。针对研究区实际情况，首先进行了基于动态试算反馈的调水规模论证，初步确定了引黑引松调水规模；在此基础上，根据工程规划、总量控制制度等因素分析，设置了不同的配置方案，开展了长系列水资源层次化合理配置研究；通过对配置结果的统计分析及配置影响的响应分析，表明配置结果较为合理，可作为研究区调水与灌区工程规划和初步设计的基础依据。本章由侯保灯、肖伟华共同执笔编写。

第8章是研究展望，作者认为接下来应进一步深化水资源层次化需水理论研究、进一步完善水资源层次化需求计算方法、尽快构建水资源需求统一计算方程、进一步加强水资源层次化需求的动态调控与动态配置、进一步开展水资源全口径层次化合理配置、进一步加强水资源配置后效应评价与反馈。本章由赵勇、王建华、侯保灯共同执笔编写。全书由侯保灯、肖伟华、赵勇、王建华修改并定稿。

本书研究过程中得到了中国工程院王浩院士的全程指导，又承蒙王浩院士在百忙之中审读并撰写序，对此表示衷心感谢！

本书研究过程中，得到了中国水利水电科学研究院的陆垂裕教高、杨贵羽教高、鲁帆教高、孙青言高工的指导与支持；得到了黑龙江省水利水电勘测设计研究院的基础数据方面的支持，得到了王志兴副院长、曹波总工、周光涛处长、彭璇副处长、管功勋主任、宋长虹副主任、丁昌春、张正刚、王影桃、苏建伟、王天祎、程春阳、李陶、宋晨、付航等的支持与帮助；研究过程中，杨瑞祥、姜大川、李保琦、黄亚、杨恒、宋昕熠、陈琰、张博、田文凯等研究生参与了部分数据的整理录入、图表的制作以及部分章节初稿的编写，特此一并感谢。

限于时间和作者水平，书中疏漏及不妥之处在所难免，诚望读者不吝赐教、批评指正。

作者

2017年10月