调水输入影响的大型浅水湖泊的利与弊：湖泊流域水量调控

水是万物之母、生存之本、文明之源，是人类及其他所有生物存在的生命之源。由于水资源与经济社会、生态环境之间的紧密关系，因此通常我们所说的水资源系统，是以“水”为核心的水资源-经济社会-生态环境复合系统。从这一意义上说，即使是看似简单的水资源系统，也是非常复杂的。例如，一个单一水库系统，它的运行管理不仅要协调好来水丰枯随机性与需求不确定性之间的关系，而且要协调好防洪安全与经济社会发展和生态环境用水之间的竞争关系，还要协调好当前发展和未来需求的关系。事实上，由于水资源时空分布的显著差异性，加之气候变化和高强度人类活动影响，针对水资源系统外部环境的高度不确定性和系统内部结构的复杂性，通过定量模拟，揭示系统要素间的作用和演化机理，准确把控水资源系统的演变特征；通过科学调控，优化分配水资源，使之与经济社会发展和生态环境需求相适应，解决水资源分配与需求不匹配的难题，一直是我国水利科研工作的核心，也是国际学科发展的前沿与热点。

▲  南水北调东线工程概化图

2014年10月南水北调东线工程全线贯通，南四湖作为其重要的输水节点和调蓄场所，湖泊的水量、水质和水生态问题，受到了工程沿线居民及我国北方社会各界的高度重视，但是之前针对南水北调东线工程沿线湖泊，特别是南四湖的系统研究很少。从湖泊治理的角度看，由于南水北调东线工程贯通，改变了南四湖水资源系统的边界条件，让原本仅有单一自然入流的水资源系统演化为受人工入流和自然入流交叉支配的自然-人工复合系统，因此，湖泊流域水资源管理不能像过去那样仅仅考虑湖泊流域自身的气象水文条件与各方需求，还要综合考虑上下游湖泊，以及水源区和广大受水区的水资源需求变化，水资源管理的复杂性和难度显著提升，有许多问题亟须回答。例如，南水北调东线调水对区域水资源供水保障程度如何，湖泊及大型水利工程如何适应？山东半岛等受水区极端干旱条件下，汛期调水抬高了湖泊水位，当遭遇极端暴雨洪水，沿湖地区洪涝风险如何？湖泊生态系统将如何演变，在调水扰动下未来走向如何？怀揣着寻求这些问题答案的梦，自2009年作者开始了南四湖流域的研究。记得那时，检索有关南四湖流域的研究，水利领域关注还是非常少，偶有几篇关于防洪规划、设计洪水方面的简短报道。也正因为如此，加之考虑无论是从对国家战略的重要意义，还是湖泊自身水问题的复杂性，对南四湖流域的研究都充满了神秘感和责任感，也自那时起，作者对南四湖流域的研究就再也没停下来，先后从兴利、除害等多个方面进行了研究。本书是作者过去十余年南四湖流域科研工作的总结，从服务流域防洪减灾、水资源开发和水资源配置调度等方面开展研究，站在全流域角度寻求综合解决方案，力图摆脱以往“就湖论湖”的治理模式，旨在为科学管理南四湖流域提供借鉴和参考，为南水北调东线沿线的洪泽湖、骆马湖、东平湖等湖泊，以及其他属性类似湖泊提供借鉴和参考。

本书包括6章

第1章   叙述本书的研究背景和意义，总结国内外调水引起的水文效应、湖泊流域洪涝灾害模拟、流域洪水资源利用、农业种植结构优化、水资源优化配置等方面的研究进展，展望未来的研究方向；阐述本书的研究框架、方法和特点，并概述研究区。

第2章   是湖泊流域水文模型及应用，该章是后续第3章、第4章、第5章和第6章的基础，阐述以南四湖“三湖两河”洪水演算数值模型为核心的南四湖流域水文模型的建立过程，讨论流域土地利用、控制工程运行调度的湖泊水文响应。

第3章   探讨南水北调东线工程受水区（山东半岛等）极端干旱条件下，汛期输水湖泊高水位运行，可能引发洪涝灾害风险，包括洪涝灾害水力学模型建立及多种情景模拟。

第4章   探讨洪水资源适度利用问题，包括适度利用理论、潜力评价、滨湖反向调节、湖西平原河网优化、湖泊分期汛限水位等利用方式研究。

第5章   是湖泊流域农业需水结构优化模型及应用，旨在回答在不突破用水总量的前提下，通过优化种植结构和灌溉制度，实现经济效益最大化的科学问题及具体方案。

第6章   是湖泊流域水资源供需双侧调控模型及应用，包括多水源优化配置模型、湖库优化调度模型，以及与第5章需水结构优化调控模型耦合，构建供需双侧调控模型的实现过程及在南四湖流域的应用。

▲ 本书研究框架

就我的体会，在水利科技领域，要想做出一些有科学意义和应用价值的成果，不可缺少的品质是执着、勤奋和积累。执着是对事业孜孜不倦的追求，在追求中产生兴趣，兴趣升华为责任与担当。追求要靠勤奋实现，不舍得付出，不可能勤奋。积累是收获，集腋成裘，聚沙成塔，任何重要的科技成果都是长期积累的结果。《湖泊流域水量调控》无疑是作者对水利事业的执着、勤奋与潜心积累的硕果。我为之钦佩，并欣然为之作序。

水利部科学技术委员会委员

刘国伟教授

该书系统总结了作者王宗志教授和王银堂教授等多年来围绕南四湖流域水量调控方面的研究工作和成果，既有理论创新，也有方法创新，还有实际应用。作者推导了考虑河床下渗的圣维南方程组、划定了近期南四湖流域内涝防治的重点区域和防洪排涝的重点任务，建立了湖泊流域洪水资源利用的概念模型、推导了其适度利用条件；建立了以“三湖两河”湖泊洪水调算模型为核心的流域水文模型、统筹需水结构和供水方式优化的湖泊流域供需双侧调控模型等。该书不仅系统深入地介绍了有关理论研究和实践探索，而且反映了作者在该研究领域新的见解，部分成果在工程实践中得到应用和检验，取得了很好的经济社会和生态效益。

 

相信本书的出版，将对科学认识调水扰动湖泊流域的水文效应，进一步推动南四湖及其流域水资源科学管理，以及对南水北调东线沿线湖泊治理与区域适应性管理起到良好的示范作用。

中国工程院院士、英国皇家工程院外籍院士

张建云先生

本文摘编自《湖泊流域水量调控》一书前言和序，有删减，图片来源于本书，标题为编者所加。

《 湖泊流域水量调控 》

ISBN 978-7-03-067936-9

王宗志 王银堂 著

责任编辑：周 丹 沈 旭  石宏杰

本书以南四湖流域为例，阐述湖泊流域水文模拟模型、水动力学模拟模型的建立过程，揭示调水扰动的水文效应；构建湖泊流域洪水资源适度利用理论，以及洪水资源潜力评价、河网沟通优化、滨湖反向调节、湖泊汛限水位优化等洪水资源利用方法；研发用水总量控制约束下农业需水结构优化模型与控制策略；创建湖泊流域供需水资源调控模型，解析南水北调东线工程与当地地表水、地下水、再生水等多水源调配机制，探讨外调水对区域供水保障的贡献和工程适应性调控方案， 以及最严格水资源管理制度背景下流域水资源集约利用策略。
本书可供从事水文、水资源、水利经济、农业水管理、管理科学与工 程、系统工程等专业的科研、教学和管理人员参考使用。

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