王 浩，許新發(fā)，成靜清，周祖昊，褚俊英，張靜文

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；2.江西省水利科學(xué)院，江西 南昌 330029)

我國(guó)的水資源保護(hù)利用管理從傳統(tǒng)被動(dòng)式、粗放式管理，逐步向主動(dòng)式、精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變[1]。2019年9月習(xí)近平總書(shū)記主持召開(kāi)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)，提出“要堅(jiān)持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”，為新時(shí)期水資源保護(hù)利用提出了新要求。近些年來(lái)，研究者在以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)(簡(jiǎn)稱“四水四定”或“以水四定”)的理論、方法以及應(yīng)用等方面開(kāi)展了探索。在理論層面，谷樹(shù)忠[2]在分析我國(guó)“以水四定”推進(jìn)態(tài)勢(shì)與主要癥結(jié)基礎(chǔ)上，提出了協(xié)同推進(jìn)策略和政策工具；楊舒媛等[3]認(rèn)為“以水四定”的基本前提是明確水資源保護(hù)及可供水資源量的約束條件，目標(biāo)為確定人口、建設(shè)用地和經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模及城市發(fā)展布局引導(dǎo)方向。研究總體上以思想轉(zhuǎn)變和認(rèn)識(shí)提升為主，尚未形成系統(tǒng)化的理論體系。在技術(shù)方法層面，當(dāng)前研究主要以水資源保護(hù)利用總量控制指標(biāo)或水資源配置結(jié)果為基礎(chǔ)，采用指標(biāo)法倒推社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、承載力評(píng)價(jià)、投入產(chǎn)出分析以及多目標(biāo)優(yōu)化等方法也得到應(yīng)用[4-6]，但如何“量水”并進(jìn)一步反饋到社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)尚缺乏統(tǒng)一的方法。在研究對(duì)象層面，當(dāng)前研究主要在北方缺水地區(qū)，南方豐水地區(qū)研究較少[7-8]?？傮w上，水資源保護(hù)利用“四水四定”的理論、技術(shù)和管理模式亟須深入探索。本研究系統(tǒng)梳理了我國(guó)水資源保護(hù)利用管理發(fā)展的3個(gè)階段，提出了水資源保護(hù)利用“四水四定”的基本概念、科學(xué)內(nèi)涵、基本原則和路徑模式，建立了“四水四定”的關(guān)鍵技術(shù)體系，旨在為我國(guó)流域和區(qū)域水資源保護(hù)利用“四水四定”管理創(chuàng)新提供科技支撐。

1 水資源保護(hù)利用管理的發(fā)展歷程

我國(guó)水資源條件是人均水資源少，時(shí)空分布不均，與生產(chǎn)力布局不相匹配，氣候變化條件下水資源系統(tǒng)的脆弱性和不確定性增大。隨著缺水、水污染、水生態(tài)破壞以及水災(zāi)害等問(wèn)題日益突出和不斷交織，水資源保護(hù)利用的管理模式不斷演進(jìn)和更新。我國(guó)水資源保護(hù)利用管理從傳統(tǒng)的被動(dòng)管理階段，逐步發(fā)展到主動(dòng)管理階段，再發(fā)展到智慧管理階段，水資源管理的主動(dòng)化、精細(xì)化、智慧化程度不斷提升[9]。按照發(fā)展歷程，我國(guó)水資源保護(hù)利用管理實(shí)踐可分為3個(gè)階段：

a.被動(dòng)管理階段：供需平衡、達(dá)標(biāo)控制、災(zāi)害應(yīng)急(1949—2001年)。中華人民共和國(guó)成立以來(lái)我國(guó)水資源管理主要以行政計(jì)劃為主，基本特點(diǎn)是供給管理、以需定供。隨著我國(guó)由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制向中國(guó)特色社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制過(guò)渡，開(kāi)始實(shí)施需水管理，用水效率明顯提升。1988年《中華人民共和國(guó)水法》頒布，我國(guó)水資源保護(hù)利用管理步入法治化軌道，水價(jià)、水權(quán)、水市場(chǎng)等市場(chǎng)化機(jī)制不斷完善。在水污染防治方面，強(qiáng)調(diào)點(diǎn)源污染控制，以工業(yè)企業(yè)達(dá)標(biāo)排放為控制手段，面源污染開(kāi)始凸顯，水環(huán)境質(zhì)量迅速下降。在水災(zāi)害應(yīng)對(duì)方面，實(shí)行以工程建設(shè)、應(yīng)急搶險(xiǎn)為主的被動(dòng)防御政策，以最大限度地減輕災(zāi)害損失，確保人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

b.主動(dòng)管理階段：量強(qiáng)雙控、紅線管理、主動(dòng)防御(2002—2018年)。隨著缺水、水污染問(wèn)題的日益突出，我國(guó)開(kāi)始注重依靠科技進(jìn)步與水資源管理提高用水效率，實(shí)現(xiàn)從供水管理向需水管理轉(zhuǎn)變，從粗放用水向高效用水轉(zhuǎn)變，從過(guò)度開(kāi)發(fā)向主動(dòng)保護(hù)轉(zhuǎn)變。2002年10月修訂后的《中華人民共和國(guó)水法》施行，明確提出國(guó)家對(duì)用水實(shí)行總量控制和定額管理相結(jié)合的制度，我國(guó)水資源保護(hù)利用管理越來(lái)越嚴(yán)格。2012年1月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》，建立了用水總量控制紅線、用水效率控制紅線、水功能區(qū)限制納污紅線“三條紅線”和用水總量控制制度、用水效率控制制度、水功能區(qū)限制納污制度及水資源管理責(zé)任和考核制度“四項(xiàng)制度”，水資源保護(hù)利用的管理日趨嚴(yán)格[10]。2014年，習(xí)近平總書(shū)記提出了“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時(shí)期治水方針，2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》(“水十條”)，出重拳解決復(fù)合型污染問(wèn)題，水環(huán)境惡化趨勢(shì)得到遏制，流域和區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量不斷改善。在水災(zāi)害方面，綜合運(yùn)用工程措施和非工程措施進(jìn)行主動(dòng)防御，降低災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

c.智慧管理階段：量水而行、韌性提升、智慧水利(2019年至今)。隨著人民群眾對(duì)水安全的需求日益增長(zhǎng)，我國(guó)的水資源保護(hù)利用管理進(jìn)入精細(xì)化管理階段。該階段注重提升水資源可再生性，實(shí)現(xiàn)“以水而定、量水而行”，促進(jìn)水環(huán)境質(zhì)量實(shí)現(xiàn)根本好轉(zhuǎn)，復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)海綿城市建設(shè)提升韌性，降低災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。2019年9月，習(xí)近平總書(shū)記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上指出，“把水資源作為最大的剛性約束，合理規(guī)劃人口、城市和產(chǎn)業(yè)發(fā)展”。張晨光等[11]從水資源承載力視角開(kāi)展水量供需平衡管理研究，以青海省大通縣為例分析了水資源承載狀況。隨著遙感、人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，充分融合物聯(lián)感知、量化模擬、自動(dòng)控制、智能決策分析等技術(shù)，基于數(shù)字底板建設(shè)智慧水利平臺(tái)已成為重要發(fā)展趨勢(shì)[12]。

2 水資源保護(hù)利用“四水四定”的基本理論

2.1 “四水四定”的基本概念

“四水四定”是指把水資源作為最大的剛性約束，堅(jiān)持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)，合理規(guī)劃人口、城市和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，堅(jiān)定走綠色、可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展之路。

a.水是“四水四定”的主體。將水資源、水生態(tài)、水環(huán)境承載能力和水災(zāi)害防御作為剛性約束，強(qiáng)調(diào)的是剛性約束作用，目的是調(diào)整、約束人的行為，推動(dòng)用水方式由粗放型轉(zhuǎn)向節(jié)約集約型，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展布局與水資源條件相匹配。

b.經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展是“四水四定”的客體。辨析社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和低碳綠色發(fā)展下城市、土地、人口、產(chǎn)業(yè)等對(duì)水資源系統(tǒng)的反饋促進(jìn)作用，以經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展反向促進(jìn)水資源的高效節(jié)約集約利用。其中：①以水定城核心是建立水與城鎮(zhèn)化發(fā)展之間的聯(lián)系，將水作為城鎮(zhèn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、國(guó)土空間規(guī)劃以及生態(tài)建設(shè)的核心因素，防止城鎮(zhèn)“攤大餅”式無(wú)序擴(kuò)張；②以水定地核心是建立水與土地利用的聯(lián)系，尤其是將水作為發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵限制因子，在保障糧食安全條件下，調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)用地結(jié)構(gòu)與布局；③以水定人核心是建立水與人口發(fā)展之間的聯(lián)系，將水作為判別人口規(guī)模限制的主要因子，對(duì)嚴(yán)重缺水地區(qū)實(shí)行生態(tài)移民，引導(dǎo)人口布局優(yōu)化；④以水定產(chǎn)核心是建立水與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聯(lián)系，將水作為產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目論證的主導(dǎo)因素，加快淘汰“三高”企業(yè)，走產(chǎn)業(yè)綠色、低碳的發(fā)展之路。

2.2 “四水四定”的基本原則

水資源保護(hù)利用“四水四定”實(shí)施過(guò)程中應(yīng)堅(jiān)持如下基本原則：

a.節(jié)水優(yōu)先，量水而行。實(shí)施高效節(jié)水、深度節(jié)水和極限節(jié)水，推動(dòng)用水方式由粗放式向節(jié)約集約式的根本轉(zhuǎn)變，解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與水資源短缺之間的矛盾。

b.生態(tài)優(yōu)先，綠色環(huán)保。堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)良、生產(chǎn)低碳、生活宜居導(dǎo)向，堅(jiān)決守住生態(tài)功能保障基線、環(huán)境質(zhì)量安全底線、自然資源利用紅線，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系。

c.因地制宜，分類施策。充分考慮區(qū)域水資源稟賦特點(diǎn)以及水生態(tài)與環(huán)境特征，突出重點(diǎn)，分類施策，加快形成面向“四水四定”的高效空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和消費(fèi)模式，打造特色鮮明的高質(zhì)量發(fā)展體系。

d.空間均衡，協(xié)同推進(jìn)。注重流域水循環(huán)及其伴隨過(guò)程的系統(tǒng)性和整體性，統(tǒng)籌實(shí)現(xiàn)上下游、干支流、左右岸的空間均衡，促進(jìn)水資源、水環(huán)境、水生態(tài)和水災(zāi)害等多要素的協(xié)同共治。

2.3 “四水四定”的基礎(chǔ)理論

水資源保護(hù)利用“四水四定”有3個(gè)基本理論，即流域“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)理論、資源競(jìng)爭(zhēng)理論和多目標(biāo)優(yōu)化控制理論。其中，流域“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)理論是科學(xué)基礎(chǔ)，資源競(jìng)爭(zhēng)理論是內(nèi)在動(dòng)力，多目標(biāo)優(yōu)化控制理論是決策依據(jù)。

設(shè)A、B、C是3個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn),P為未知節(jié)點(diǎn),設(shè)P的坐標(biāo)是(xp,yp),A′是直線PA與直線BC的交點(diǎn)、B′是直線AC與直線BP的交點(diǎn)、C′是直線BC與直線PC的交點(diǎn)。3個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)到P的測(cè)量距離分別是LAP、LBP、LCP。kBC是直線BC的斜率。下列式子中的G1、G2、G3為區(qū)域系數(shù),與P點(diǎn)所在區(qū)域有關(guān)。

a.流域“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)理論。受到全球氣候變化和強(qiáng)人類活動(dòng)的影響，流域水循環(huán)由自然水循環(huán)主導(dǎo)，演變?yōu)椤白匀?社會(huì)”二元水循環(huán)，逐漸形成了“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)學(xué)科范式、科學(xué)問(wèn)題、研究?jī)?nèi)容和研究方法等[13]。其中，“降水-坡面-河道-地下”是自然水循環(huán)的基本過(guò)程，“取水-供水-用耗水-排水-回用”為社會(huì)水循環(huán)的基本過(guò)程，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和下墊面的改變對(duì)水循環(huán)各要素產(chǎn)生了深刻影響。當(dāng)前，流域水循環(huán)的通量不斷增大，路徑不斷延伸，且結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜?？傮w上，流域“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)理論是水資源保護(hù)利用“四水四定”的科學(xué)基礎(chǔ)。

b.資源競(jìng)爭(zhēng)理論。由于水資源具有稀缺性、不完全流動(dòng)性、時(shí)空分布差異性等特征，不同水源、不同用戶、不同區(qū)域的社會(huì)水循環(huán)過(guò)程具有外部性和關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致水資源利用存在競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象甚至引發(fā)矛盾，是水資源保護(hù)利用“以水四定”實(shí)施的內(nèi)在動(dòng)力。李曦等[14]提出了豐水區(qū)和缺水區(qū)競(jìng)爭(zhēng)、上下游取水和排水競(jìng)爭(zhēng)、相鄰區(qū)域抽取地下水競(jìng)爭(zhēng)、缺水年份或季節(jié)競(jìng)爭(zhēng)、不同用途用水競(jìng)爭(zhēng)、空中取水潛在競(jìng)爭(zhēng)以及水災(zāi)害分擔(dān)競(jìng)爭(zhēng)等區(qū)域水資源競(jìng)爭(zhēng)的形式和協(xié)調(diào)機(jī)制。Karimi等[15]考慮水循環(huán)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征構(gòu)建了長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)水資源分配模型，分析給出了農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水在不同政策下的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；Celio等[16]分析了城市和農(nóng)業(yè)用水的競(jìng)爭(zhēng)特征，以及農(nóng)業(yè)用水轉(zhuǎn)向城市的根本原因；Bernauer等[17]分析了國(guó)際跨界流域水資源在不同國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；許爾琪等[18]針對(duì)干旱區(qū)耕地大規(guī)模擴(kuò)張帶來(lái)的水問(wèn)題，建立了生態(tài)退耕空間優(yōu)化配置及權(quán)衡分析模型，分析了干旱區(qū)水資源約束下生態(tài)退耕方案；郝帥等[19]認(rèn)為水-能源-糧食系統(tǒng)作為動(dòng)態(tài)開(kāi)放的復(fù)雜系統(tǒng)存在復(fù)雜的協(xié)同競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，采用水足跡方法研究了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中能源、糧食對(duì)水資源的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，并對(duì)水資源競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)空狀態(tài)進(jìn)行了定量測(cè)度，以促進(jìn)區(qū)域能源、糧食生產(chǎn)與水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展；翟家齊等[20]綜合考慮驅(qū)動(dòng)增長(zhǎng)、剛性需水、用水效益以及缺水程度構(gòu)建了用水競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)評(píng)價(jià)模型，并以京津冀地區(qū)為例計(jì)算分析了其演變特點(diǎn)。

c.多目標(biāo)優(yōu)化控制理論。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)與水資源關(guān)系日益密切，水資源保護(hù)利用從單一目標(biāo)開(kāi)始轉(zhuǎn)向水資源綜合利用，需要協(xié)調(diào)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)之間的復(fù)雜關(guān)系[21]。多目標(biāo)優(yōu)化控制理論是“四水四定”的決策依據(jù)，需要在兩個(gè)或多個(gè)相互沖突的目標(biāo)之間進(jìn)行權(quán)衡，并對(duì)其進(jìn)行反饋控制。受到環(huán)境復(fù)雜性、信息不對(duì)稱性、認(rèn)知局限性等多方面影響，現(xiàn)實(shí)中的決策難以遵循最大化或最優(yōu)化的理性原則，而是遵循滿意度最大的原則，即收獲超過(guò)滿意度底線時(shí)，人們就會(huì)做出選擇和決策。

2.4 “四水四定”的科學(xué)內(nèi)涵

水資源保護(hù)利用“四水四定”系統(tǒng)是由“水-經(jīng)濟(jì)社會(huì)”組成的復(fù)雜大系統(tǒng)，各組成要素和子系統(tǒng)間存在相互聯(lián)系和制約關(guān)系，“四水四定”的科學(xué)內(nèi)涵可以概括為“4-4-1”：實(shí)現(xiàn)主體的“四大約束”(“湯”)、客體的“四位融合”(“饃”)，通過(guò)“均衡協(xié)同”實(shí)現(xiàn)主客體的協(xié)同制衡，破解“湯”和“饃”之間的矛盾。

a.“四大約束”?！八乃亩ā钡闹黧w是水。水是事關(guān)國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)性自然資源和戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源，是生態(tài)環(huán)境的控制性要素，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性、控制性要素。水具有4個(gè)基本屬性：一是資源屬性，水是生命之源、生產(chǎn)之要，既是基礎(chǔ)性的自然資源，也是戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源；二是環(huán)境屬性，水是自然環(huán)境的重要組成部分和控制性要素；三是生態(tài)屬性，水是生態(tài)之基，是生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的重要控制要素；四是災(zāi)害屬性，極端條件下水是洪澇與干旱等災(zāi)害的控制性要素。對(duì)應(yīng)于水的上述基本屬性，形成水的“四大約束”機(jī)制，主要包括：①水量約束。水量目標(biāo)得以滿足，維持水資源的可再生性，實(shí)現(xiàn)水資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)支撐。②水質(zhì)約束。水質(zhì)目標(biāo)得以滿足，充分利用水環(huán)境容量，滿足水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)要求，不損害水體的服務(wù)功能。③水生態(tài)約束。水生態(tài)目標(biāo)得以滿足，生態(tài)流量得到保障，水生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。④水災(zāi)害約束。優(yōu)化經(jīng)濟(jì)社會(huì)合理布局，提升防災(zāi)救災(zāi)能力，降低災(zāi)害帶來(lái)的影響和損失，旱澇災(zāi)害防御目標(biāo)得以滿足。

圖1 基于計(jì)算單元的“城-地-人-產(chǎn)”與水耦合關(guān)系示意圖Fig.1 Schematic diagram of coupling relationships between “city-land-human-production” and water based on calculation unit

c.“均衡協(xié)同”?！熬鈪f(xié)同”體現(xiàn)了主體和客體之間的聯(lián)系，應(yīng)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的均衡協(xié)同，具體包括：①社會(huì)公平。實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展缺水率最小、人均GDP差異最小，使有限的水量支撐更大產(chǎn)出效益，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展要求和群眾對(duì)美好生活的向往。②節(jié)約高效。在水資源保護(hù)利用“取、用、耗、排”各環(huán)節(jié)，生產(chǎn)、生活、生態(tài)各領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)等各行業(yè)，都應(yīng)把節(jié)約放在首位，通過(guò)行政、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等綜合手段實(shí)現(xiàn)用水全過(guò)程管理，推進(jìn)水資源節(jié)約集約利用，提高水資源利用效率。③綠色低碳。經(jīng)濟(jì)社會(huì)水資源利用的外部性最小，最大程度實(shí)現(xiàn)人類取用耗排過(guò)程對(duì)水環(huán)境、水生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)最小化。④韌性安全。降低干旱和洪澇災(zāi)害的威脅和損失，一旦受災(zāi)迅速恢復(fù)到常態(tài)。

2.5 “四水四定”的路徑模式

通常，區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程都有明顯的階段性特征，在不同的時(shí)空尺度，水對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)約束力的大小和特征存在差異[23]。按照水對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)約束強(qiáng)度的大小，“四水四定”的路徑模式主要有以下4種及其不同組合：

a.資源強(qiáng)約束區(qū)，量效雙控。對(duì)于北方缺水地區(qū)以及南方豐水地區(qū)的干旱缺水時(shí)期，經(jīng)濟(jì)社會(huì)水資源保護(hù)利用主要受到水資源供給的約束，有限的水資源難以同時(shí)滿足生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水需求，應(yīng)根據(jù)特定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和用水水平，走內(nèi)涵式發(fā)展道路，實(shí)行用水總量和用水效率雙控，強(qiáng)化總量控制和定額管理，提高水資源節(jié)約集約利用水平。

b.生態(tài)強(qiáng)約束區(qū)，耗水管控。對(duì)于河流斷流、生態(tài)系統(tǒng)敏感地區(qū)(如西北內(nèi)陸區(qū))，經(jīng)濟(jì)社會(huì)水資源利用需要和生態(tài)用水進(jìn)行協(xié)調(diào)，盡量減少經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水對(duì)生態(tài)用水的擠占，重點(diǎn)是耗水控制，提升河湖水生態(tài)系統(tǒng)的健康水平。

c.環(huán)境強(qiáng)約束區(qū)，污染管控。對(duì)于南方水污染嚴(yán)重地區(qū)(如珠江流域、太湖流域)，應(yīng)加強(qiáng)水污染的源頭減排、過(guò)程控制和末端治理，重點(diǎn)是退排水量及主要污染物入河量的控制，降低河湖水體的污染風(fēng)險(xiǎn)。

d.災(zāi)害強(qiáng)約束區(qū)，布局管控。對(duì)于洪澇災(zāi)害嚴(yán)重的地區(qū)(如長(zhǎng)江流域中下游的洞庭湖區(qū)、鄱陽(yáng)湖區(qū)，淮河流域中下游平原低洼區(qū))，應(yīng)加強(qiáng)極端條件風(fēng)險(xiǎn)管控，重點(diǎn)是“城-地-人-產(chǎn)”空間布局的管制。

3 面向5個(gè)基本環(huán)節(jié)的“四水四定”關(guān)鍵技術(shù)體系

根據(jù)水不同屬性與經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的耦合作用關(guān)系，水資源保護(hù)利用“四水四定”的實(shí)施主要包括5個(gè)基本環(huán)節(jié)，即“是什么”“什么水”“定什么”“怎么定”和“怎么管”。其中，“是什么”重點(diǎn)是識(shí)別“四水四定”研究區(qū)域的特征，即水各要素與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的作用關(guān)系及其存在的突出問(wèn)題；“什么水”是水資源保護(hù)利用“四水四定”的主體，重點(diǎn)識(shí)別水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水災(zāi)害等各基本屬性的約束強(qiáng)度，如水資源可利用量、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)需水要求、水功能區(qū)水質(zhì)要求、旱澇災(zāi)害大小等；“定什么”是水資源保護(hù)利用“四水四定”的客體，重點(diǎn)識(shí)別“城-地-人-產(chǎn)”的總量與結(jié)構(gòu)特征，如發(fā)展趨勢(shì)、需水規(guī)模與結(jié)構(gòu)、污染負(fù)荷強(qiáng)度與分布等；“怎么定”重點(diǎn)是給出水資源保護(hù)利用“四水四定”的量化方法；“怎么管”主要是從管理的視角，提出水資源保護(hù)利用“四水四定”長(zhǎng)效管理的制度、體制和機(jī)制。

面向5個(gè)基本環(huán)節(jié)，水資源保護(hù)利用“四水四定”的關(guān)鍵技術(shù)體系如圖2所示。

圖2 面向5個(gè)基本環(huán)節(jié)的“四水四定”關(guān)鍵技術(shù)Fig.2 Key technologies of “basing four aspects on water resources” considering five components

a.“是什么”環(huán)節(jié)。合理辨識(shí)流域或區(qū)域的水與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的特征，是水資源保護(hù)利用“四水四定”實(shí)施的前提。針對(duì)該環(huán)節(jié)，亟須研發(fā)水與社會(huì)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)適配性分析技術(shù)、區(qū)域水資源空間均衡評(píng)價(jià)技術(shù)及水資源-水環(huán)境-水生態(tài)承載力評(píng)價(jià)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，識(shí)別該區(qū)域?qū)嵤┧Y源保護(hù)利用“四水四定”亟須解決的突出問(wèn)題。

b.“什么水”環(huán)節(jié)?？茖W(xué)核定水資源、水生態(tài)、水環(huán)境以及水災(zāi)害的約束強(qiáng)度和約束對(duì)象，是水資源保護(hù)利用“四水四定”實(shí)施的基礎(chǔ)。針對(duì)該環(huán)節(jié)，亟須突破面向水網(wǎng)的水資源開(kāi)發(fā)利用閾值確定技術(shù)、基于控制單元的水環(huán)境容量核算技術(shù)、河湖水體生態(tài)需水核算技術(shù)[24-25]及高精度城鎮(zhèn)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)水資源保護(hù)利用“四水四定”實(shí)施中水的約束特性進(jìn)行量化識(shí)別。

c.“定什么”環(huán)節(jié)。系統(tǒng)評(píng)估經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)“城-地-人-產(chǎn)”的總量、結(jié)構(gòu)、布局及其相互作用關(guān)系，是水資源保護(hù)利用“四水四定”實(shí)施的重點(diǎn)。針對(duì)該環(huán)節(jié)，亟須發(fā)展“城-地-人-產(chǎn)”發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)、面向節(jié)約集約的水資源需求分析技術(shù)、污染入河負(fù)荷的精細(xì)化解析技術(shù)及河道外生態(tài)需水核算技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

d.“怎么定”環(huán)節(jié)。根據(jù)不同時(shí)空條件下水對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)“城-地-人-產(chǎn)”約束狀況，進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)“城-地-人-產(chǎn)”適應(yīng)性調(diào)整，是水資源保護(hù)利用“四水四定”實(shí)施的關(guān)鍵。針對(duì)該環(huán)節(jié)，亟須研發(fā)“多水源-多用戶-多過(guò)程”水資源配置技術(shù)、水短板約束下社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展適應(yīng)性調(diào)整技術(shù)及水資源保護(hù)利用邊際效益分析技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

e.“怎么管”環(huán)節(jié)。根據(jù)區(qū)域“四水四定”的計(jì)算結(jié)果，建立“四水四定”的管控體系，是水資源保護(hù)利用“四水四定”實(shí)施的抓手。針對(duì)該環(huán)節(jié)，重點(diǎn)研發(fā)“四水四定”管控指標(biāo)辨識(shí)技術(shù)、“四水四定”空-天-地一體化精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)技術(shù)、“四水四定”管理制度與體制機(jī)制分析技術(shù)及面向“四水四定”的智慧水務(wù)建設(shè)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

研究分析了我國(guó)水資源保護(hù)利用管理實(shí)踐發(fā)展的3個(gè)階段，從被動(dòng)管理階段逐步發(fā)展到主動(dòng)管理階段，再發(fā)展到智慧管理階段，水資源管理日趨嚴(yán)格化，其精細(xì)化、主動(dòng)化、智慧化程度不斷提升。系統(tǒng)提出了水資源保護(hù)利用“四水四定”理論體系，包括基本概念、基本原則、基礎(chǔ)理論、科學(xué)內(nèi)涵和路徑模式，形成了水資源保護(hù)利用“四水四定”的基本認(rèn)知。面向區(qū)域水資源保護(hù)利用“四水四定”實(shí)施的5個(gè)基本環(huán)節(jié)，即“是什么”“什么水”“定什么”“怎么定”和“怎么管”，給出了水資源保護(hù)利用“四水四定”的關(guān)鍵技術(shù)體系，為我國(guó)水資源保護(hù)利用“四水四定”的技術(shù)研發(fā)和管理創(chuàng)新指出了發(fā)展方向。

從未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)看，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水資源保護(hù)利用“四水四定”重點(diǎn)將從北方缺水地區(qū)向南北方差異化管理轉(zhuǎn)變，從水資源單要素控制向“水資源-水環(huán)境-水生態(tài)-水災(zāi)害”統(tǒng)籌轉(zhuǎn)變，從粗放式管理向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變，從經(jīng)驗(yàn)化管理向智能化管理轉(zhuǎn)變，以便從根本上促進(jìn)人水和諧和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展。