區(qū)域水平衡基本原理及理論體系

左其亭，吳青松，金君良，馬軍霞，陶 潔

(1. 鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2. 河南省水循環(huán)模擬與水環(huán)境保護(hù)國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001；3. 南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029)

水資源是保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和維持生態(tài)環(huán)境健康的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，人類社會(huì)的快速發(fā)展不斷趨緊水資源壓力，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用已經(jīng)成為必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問題[1]。中國長期存在水多、水少、水臟三大水問題，近年來氣候變化和人類活動(dòng)的復(fù)雜性導(dǎo)致新老水問題交織，洪澇災(zāi)害、水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)惡化等現(xiàn)象頻發(fā)，國家水安全保障面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[2]。針對(duì)上述問題，中國政府高度重視并提出了“十六字”治水思路，其中就蘊(yùn)含了水平衡的思想和理念[3]。2020年8月，中國科協(xié)發(fā)布了十大前沿科學(xué)問題，其中之一就是“如何優(yōu)化變化環(huán)境下中國水資源承載力，實(shí)現(xiàn)健康的區(qū)域水平衡狀態(tài)”[4]。2021年，科技部設(shè)立了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“區(qū)域水平衡機(jī)制與國家水網(wǎng)布局優(yōu)化研究”。研究和實(shí)現(xiàn)區(qū)域水平衡是國家發(fā)展重大需求和民族復(fù)興重要手段，有助于保障國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處，具有不可替代的戰(zhàn)略意義。

目前國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)水平衡問題開展了諸多方面的研究，在水利工程、生態(tài)學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科和農(nóng)業(yè)、生物、化工等領(lǐng)域[5- 10]均有所涉及。其中，最早和最多研究的是水量平衡問題，大體可以分為2類：一是對(duì)水量平衡原理的概念內(nèi)涵和理論方法進(jìn)行拓展[11- 12]，二是將水量平衡原理應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)問題[13- 14]，研究成果能夠很好地闡釋某個(gè)區(qū)域或系統(tǒng)水資源本身的數(shù)量變化和遷移轉(zhuǎn)化過程。但實(shí)際上，水資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)間存在緊密的相互聯(lián)系和復(fù)雜的互饋機(jī)制[15]，水資源的平衡狀態(tài)不僅是水資源系統(tǒng)本身健康狀態(tài)的表現(xiàn)，而且影響和受制于生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和有序發(fā)展[16]。例如，當(dāng)干旱狀況發(fā)生并累積時(shí)，各類水工程將出現(xiàn)長時(shí)間和大范圍的供水不足，會(huì)破壞經(jīng)濟(jì)社會(huì)的供需水平衡，出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況[17]。在自然- 社會(huì)二元水循環(huán)過程中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)均需要水資源作為支撐，其有限性決定了二者之間必然存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[18]。因此，在研究區(qū)域水平衡時(shí)，需綜合考慮上述3個(gè)系統(tǒng)之間的交互作用，注重保護(hù)和發(fā)展的系統(tǒng)性、整體性、協(xié)同性，進(jìn)而達(dá)到能夠兼顧多系統(tǒng)、多方面、多環(huán)節(jié)、多要素的理想狀態(tài)[19]。目前雖有研究一定程度考慮了以上方面[20- 21]，但由于缺乏對(duì)區(qū)域水平衡的全面認(rèn)識(shí)和完善的理論基礎(chǔ)，只能部分反映和解決某些問題。總體來看，當(dāng)前還需要研究區(qū)域水平衡的基礎(chǔ)科學(xué)問題，需要對(duì)區(qū)域水平衡基本原理和理論體系進(jìn)行系統(tǒng)梳理和深入挖掘，以支撐水網(wǎng)布局優(yōu)化、智慧水利建設(shè)等國家重大需求。

基于以上分析和認(rèn)識(shí)，本文從人與自然和諧目標(biāo)出發(fā)，著眼于人水系統(tǒng)間復(fù)雜的相互作用關(guān)系，明確區(qū)域水平衡的概念及內(nèi)涵，總結(jié)區(qū)域水平衡的基本原理，提出區(qū)域水平衡的理論體系并展望其應(yīng)用前景。

1 區(qū)域水平衡概念及內(nèi)涵

區(qū)域水平衡的研究對(duì)象是人文系統(tǒng)和水系統(tǒng)交融而成的人水系統(tǒng)，是水與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境等諸多要素相互作用、協(xié)同耦合而成的復(fù)合巨系統(tǒng)[22]，系統(tǒng)內(nèi)部存在著復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，使得處理好人水關(guān)系、實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生尤為困難。在人水系統(tǒng)中，由于水循環(huán)的不斷進(jìn)行，水資源的收入和支出是持續(xù)存在的，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)間存在流動(dòng)交換過程，三者之間的關(guān)鍵互饋點(diǎn)主要是水資源的取- 用- 耗- 排等環(huán)節(jié)，其中經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)水資源需求之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系尤為明顯。探索區(qū)域水平衡，首先需要解決最基本的問題，即什么是區(qū)域水平衡、如何對(duì)其進(jìn)行定義。筆者在上述分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合文獻(xiàn)總結(jié)和自身理解，給出“區(qū)域水平衡”如下定義：區(qū)域水平衡是以人水系統(tǒng)為研究對(duì)象、以水循環(huán)為紐帶、順應(yīng)人水關(guān)系作用演變規(guī)律、遵循水收支平衡、統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡及經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡、促進(jìn)人水關(guān)系和諧平衡而達(dá)到的一種水系統(tǒng)狀態(tài)。

從內(nèi)容上看，區(qū)域水平衡可分為狹義和廣義2種，狹義區(qū)域水平衡包括水收支平衡、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡、經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡3個(gè)方面；廣義區(qū)域水平衡在狹義的基礎(chǔ)上再增加人水關(guān)系和諧平衡，見圖1。其中，水收支平衡側(cè)重于表現(xiàn)區(qū)域水資源收入項(xiàng)(降水、徑流補(bǔ)給、內(nèi)調(diào)水等)和支出項(xiàng)(蒸散發(fā)、外流徑流、外調(diào)水等)的均衡關(guān)系，其根本依據(jù)為水量平衡原理，是區(qū)域水平衡的“內(nèi)在定律”；經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡是指水資源可供給量與經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求量相匹配，遵循“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”的原則，是區(qū)域水平衡的“剛性約束”；經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)對(duì)水資源需求競(jìng)爭(zhēng)上的協(xié)調(diào)，旨在達(dá)到以有限水資源促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)高水平保護(hù)的平衡點(diǎn)，是區(qū)域水平衡的“基本遵循”；人水關(guān)系和諧平衡是指人文系統(tǒng)和水系統(tǒng)的相互關(guān)系經(jīng)過循環(huán)演變達(dá)到和諧狀態(tài)，包含上面3個(gè)平衡，同時(shí)還包括水旱災(zāi)害有效防治、水污染有效治理等諸多外在表現(xiàn)，是區(qū)域水平衡的“主體目標(biāo)”。由上可知，區(qū)域水平衡的4個(gè)方面之間并非彼此獨(dú)立，而是有著明顯的層次性和內(nèi)在聯(lián)系，框架見圖1。具體來看，區(qū)域水平衡以水循環(huán)為紐帶連接人水系統(tǒng)和不同方面的平衡，其中水收支平衡是最為根本的要求，也是研究實(shí)現(xiàn)其他平衡的基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡和經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡是區(qū)域水平衡需要統(tǒng)籌的2個(gè)重要部分，人水關(guān)系和諧平衡是較高層次的目標(biāo)，它的實(shí)現(xiàn)以其他3個(gè)平衡的實(shí)現(xiàn)為前提。

從不同維度上看，區(qū)域水平衡的內(nèi)涵體現(xiàn)在時(shí)間、空間和系統(tǒng)3個(gè)維度。其中，在時(shí)間維度上，區(qū)域水平衡體現(xiàn)水資源在年內(nèi)、年際、年代際等多尺度之間的平衡，特點(diǎn)是統(tǒng)籌不同季節(jié)和豐枯年份水資源稟賦的差異性，解決時(shí)間上的集中性、沖擊性、不均勻性，是“水資源時(shí)間過程”上的平衡；在空間維度上，區(qū)域水平衡體現(xiàn)水資源在水陸空域、不同圈層、不同地區(qū)等多載體之間的平衡，特點(diǎn)是通過人工干預(yù)或其他措施重新塑造水資源的地理分布，在空間上具有良好的協(xié)調(diào)性、均衡性、適配性，是“水資源空間布局”上的平衡；在系統(tǒng)維度上，區(qū)域水平衡既體現(xiàn)在區(qū)域內(nèi)微觀、中觀、宏觀上每個(gè)對(duì)象都是一個(gè)平衡系統(tǒng)，也表現(xiàn)為不同系統(tǒng)之間以及多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成大系統(tǒng)具有的平衡，可以用系統(tǒng)思維來分析區(qū)域水平衡問題，是“水資源系統(tǒng)整體”上的平衡。

圖1 區(qū)域水平衡概念和內(nèi)涵框架Fig.1 Concept and connotation framework of regional water balance

2 區(qū)域水平衡基本原理

2.1 基本原理架構(gòu)

基本原理可以簡(jiǎn)述為具有普遍意義的基本規(guī)律，區(qū)域水平衡的基本原理是對(duì)平衡狀態(tài)中的基本規(guī)律和作用機(jī)制的科學(xué)詮釋[23]。區(qū)域水平衡的實(shí)現(xiàn)問題復(fù)雜、涉及方面較多，需要揭示其內(nèi)含的復(fù)雜關(guān)系應(yīng)該遵循的基本原理，作為分析、研究、調(diào)控以及各種相關(guān)工作的科學(xué)依據(jù)。本文基于對(duì)人水系統(tǒng)內(nèi)部的基本規(guī)律、作用機(jī)理以及演變特征分析，總結(jié)出區(qū)域水平衡的基本原理，包括水量平衡原理、供需平衡原理、協(xié)同平衡原理、和諧平衡原理，其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 區(qū)域水平衡的基本原理示意Fig.2 Schematic of basic principles of regional water balance

2.2 水量平衡原理

(1) 水量平衡原理是指地球上任一區(qū)域任一時(shí)段內(nèi)，收入的水量與支出的水量之差必然等于該區(qū)域內(nèi)蓄水量的變化量。即在任意的時(shí)域空間中，水資源數(shù)量始終遵循上述定律，具體表現(xiàn)為水量平衡基本方程，是水循環(huán)的數(shù)量表示，也是水收支平衡現(xiàn)象和過程分析的研究基礎(chǔ)?；谒科胶庠硌芯克罩胶猓軌蛎魑鞣N水收支要素的分布、轉(zhuǎn)化、消耗過程與規(guī)律，明確區(qū)域水資源稟賦和剛性約束規(guī)模，優(yōu)化調(diào)控水資源時(shí)空分布。

(2) 基于水量平衡原理，研究水收支平衡，需重點(diǎn)關(guān)注以下科學(xué)問題：① 水收支要素的本底狀況及平衡方程構(gòu)建。即要明確水收入和支出要素有哪些，它們各自的本底狀況如何，在此基礎(chǔ)上，考慮人類活動(dòng)、氣候變化及陸面變化等驅(qū)動(dòng)因素，構(gòu)建通用性水收支平衡方程。② 水收支要素的轉(zhuǎn)化關(guān)系及物理機(jī)制。探究水收支要素在水循環(huán)過程中的遷移轉(zhuǎn)化過程，既要考慮區(qū)域整體層面又要考慮局部特性，同時(shí)要深入分析水收支要素在各個(gè)環(huán)節(jié)、不同單元、多個(gè)層級(jí)間轉(zhuǎn)化的物理機(jī)制。③ 水收支平衡的判別準(zhǔn)則及實(shí)現(xiàn)路徑?；谒科胶庠恚C合確定水收支平衡的判別準(zhǔn)則。在判別準(zhǔn)則的指引下，從時(shí)間、空間、系統(tǒng)3個(gè)維度上探索實(shí)現(xiàn)路徑。

2.3 供需平衡原理

(1) 供需平衡是指消除供需之間的不適應(yīng)、不平衡現(xiàn)象，使供應(yīng)與需求相互適應(yīng)、基本相等。從資源的角度上來看，供需平衡原理包括2個(gè)平衡維度：一是穩(wěn)定性,即波動(dòng)的幅度和頻率；二是充分性，即獲得需求的比例。水資源供需平衡是指水資源供給與人們對(duì)特定用途水資源的需求之間的匹配關(guān)系。供需平衡原理是實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡的根本準(zhǔn)則，針對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)，水資源供給側(cè)主要是地表水、地下水、再生水、外調(diào)水等多種水源，需求側(cè)主要是生活、生產(chǎn)等不同用水類型，同時(shí)銜接二者之間有諸多“杠桿”要素?；诠┬杵胶庠韺?shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)的匹配狀態(tài)，有助于緩解區(qū)域多元化供需水矛盾、保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定向好發(fā)展。

(2) 基于供需平衡原理，研究區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡，需重點(diǎn)關(guān)注以下科學(xué)問題：① 經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水關(guān)系及平衡方程構(gòu)建。分析供給側(cè)要素(水源、水質(zhì)類別、方式)和需水側(cè)要素(部門、產(chǎn)業(yè)、規(guī)模)之間的關(guān)聯(lián)性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而基于區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)與水資源時(shí)空變化特征及前述供需關(guān)系，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡方程。② 經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制。針對(duì)某一特定區(qū)域，基于已有資料摸清經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水的演變過程和規(guī)律，全面考慮氣候變化和人類活動(dòng)等諸多驅(qū)動(dòng)因素，研究經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。③ 經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡理論方法及方案優(yōu)選。經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡研究涉及內(nèi)容繁雜，存在尖銳的協(xié)調(diào)難題，需要一套完善的理論方法作為基礎(chǔ)，探索應(yīng)對(duì)復(fù)雜不確定性及各種突發(fā)危機(jī)的供需水方案。

2.4 協(xié)同平衡原理

(1) 協(xié)同平衡是指2個(gè)或2個(gè)以上具有辯證統(tǒng)一的系統(tǒng)，通過各種調(diào)控措施達(dá)到的能夠?qū)崿F(xiàn)共同良性發(fā)展的相對(duì)平衡狀態(tài)。協(xié)同平衡原理是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡的基本原理，從目的協(xié)調(diào)性看，當(dāng)局部和整體發(fā)生矛盾時(shí)，局部利益必須服從整體利益；從功能整體性看，系統(tǒng)要素的功能必須服從復(fù)合系統(tǒng)整體的功能。在水資源開發(fā)利用上，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)存在著正負(fù)雙向反饋，從競(jìng)爭(zhēng)層面上講，二者存在難以協(xié)調(diào)的制約關(guān)系，經(jīng)濟(jì)發(fā)展會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染、生態(tài)退化，生態(tài)保護(hù)又會(huì)反過來限制經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；但同時(shí)又存在彼此支撐的促進(jìn)關(guān)系，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展能夠更多地投入資金，研發(fā)高新技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)保護(hù)，生態(tài)健康穩(wěn)定是經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的基石。實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)用水的協(xié)同平衡狀態(tài)，能夠以有限的水資源獲得最大的綜合效益，助力區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。

(2) 基于協(xié)同平衡原理，研究區(qū)域經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡，需重點(diǎn)關(guān)注以下科學(xué)問題：① 經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水的互扼關(guān)系及作用機(jī)制。經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)在水資源利用上更多地表現(xiàn)為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，為緩解這一沖突，首先要明確二者之間到底存在怎樣的互扼關(guān)系，在此過程中要充分考慮2個(gè)系統(tǒng)的組成部分，從反饋關(guān)系和關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)出發(fā)分析它們之間的相互作用機(jī)制。② 經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡方程構(gòu)建?；趨f(xié)同平衡理念，結(jié)合經(jīng)濟(jì)- 生態(tài)綜合指數(shù)與用水定量關(guān)系，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡方程。③ 經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水的優(yōu)化配置及綜合調(diào)控。未來水資源的有限性將會(huì)更加凸顯，在此背景下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡的重要措施之一就是優(yōu)化配置水資源，運(yùn)用工程措施和非工程措施進(jìn)行綜合調(diào)控，以應(yīng)對(duì)外部條件變化的影響。

2.5 和諧平衡原理

(1) 和諧平衡是指和諧參與者考慮各自利益和總體和諧目標(biāo)而呈現(xiàn)的一種相對(duì)靜止、和諧參與者各方暫時(shí)都能接受的平衡狀態(tài)。和諧平衡狀態(tài)是相對(duì)靜止而非一成不變的，當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，平衡被打破而喪失，其后經(jīng)過循環(huán)演化又形成新的相對(duì)平衡狀態(tài)，這就是和諧平衡原理[24]。人水關(guān)系和諧平衡狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)是具有動(dòng)態(tài)性、空間性、層次性的復(fù)雜問題，需要和諧平衡原理作為支撐。相應(yīng)地，人水關(guān)系和諧平衡的實(shí)現(xiàn)，不僅意味著人文系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展，而且表征著水系統(tǒng)的健康發(fā)展，以人水系統(tǒng)和諧發(fā)展為前提。

(2) 基于和諧平衡原理，研究人水關(guān)系和諧平衡，需重點(diǎn)關(guān)注以下科學(xué)問題：① 人水關(guān)系和諧平衡演變規(guī)律及內(nèi)在機(jī)理。和諧平衡狀態(tài)是經(jīng)過不斷地循環(huán)演變得到的相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，需要辨析其演變規(guī)律及內(nèi)在機(jī)理。② 人水關(guān)系和諧平衡制約因素識(shí)別及調(diào)控。人水關(guān)系和諧平衡涉及因素眾多，各因素對(duì)平衡狀態(tài)的促進(jìn)和制約效果及其作用大小可能不同，需辨識(shí)出主要制約因素，以支撐制定針對(duì)性應(yīng)對(duì)策略，通過調(diào)控措施使其快速達(dá)到新的平衡狀況。

3 區(qū)域水平衡理論體系及應(yīng)用前景

3.1 理論基礎(chǔ)

區(qū)域水平衡內(nèi)涵豐富且涉及問題復(fù)雜，針對(duì)其研究需要涉及水文學(xué)、水資源、水環(huán)境、水安全、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、生態(tài)學(xué)等多門學(xué)科或領(lǐng)域。這些基礎(chǔ)學(xué)科都是區(qū)域水平衡的理論基礎(chǔ)，且解決相關(guān)問題時(shí)需交叉融合，見圖3。鑒于以上學(xué)科均為傳統(tǒng)的學(xué)科，相關(guān)理論介紹較多，在此不再贅述。

圖3 區(qū)域水平衡的理論體系框架Fig.3 Theoretical framework of regional water balance

3.2 基本理論及應(yīng)用前景

根據(jù)區(qū)域水平衡的基本原理和主要研究內(nèi)容，對(duì)應(yīng)提出以下4個(gè)基本理論，部分為相對(duì)成熟的理論，部分為筆者首次提出，在本文中，僅簡(jiǎn)要概述各個(gè)理論并初步分析其應(yīng)用前景。應(yīng)當(dāng)注意的是，以下理論皆為對(duì)應(yīng)平衡的最基本理論，實(shí)際上每個(gè)平衡的實(shí)現(xiàn)都需要多個(gè)理論共同參與，并非單一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是人水系統(tǒng)的復(fù)雜性所決定的。

3.2.1 水資源收支時(shí)空均衡理論

“均衡”的概念廣泛應(yīng)用于許多學(xué)科或領(lǐng)域。筆者曾對(duì)“均衡”與“平衡”的關(guān)系進(jìn)行過論述[3]，簡(jiǎn)而言之，“均衡”是一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。水資源時(shí)空均衡是指，考慮實(shí)際可能發(fā)生的各種變化，在時(shí)間演進(jìn)和空間分布上，水資源開發(fā)、利用與保護(hù)的一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)[25]。水資源收支時(shí)空均衡理論是以時(shí)空均衡理論為基礎(chǔ)、處理水資源收支平衡問題而形成的一種理論。

水資源收支時(shí)空均衡理論的應(yīng)用包括但不局限于以下3個(gè)方面：① 水收支平衡量化評(píng)估及因素辨識(shí)。用于計(jì)算水收支各要素，評(píng)估水收支平衡程度，辨析主要影響因素。② 變化環(huán)境下區(qū)域水資源收支項(xiàng)的優(yōu)化調(diào)控。為應(yīng)對(duì)條件變化，可以從收支項(xiàng)入手進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，如人工降雨、跨流域調(diào)水等。③ 區(qū)域水資源開發(fā)- 配置- 利用- 保護(hù)多環(huán)節(jié)系統(tǒng)控制。從水資源開發(fā)- 配置- 利用- 保護(hù)多環(huán)節(jié)系統(tǒng)角度，以實(shí)現(xiàn)水資源收支時(shí)空均衡為目標(biāo)，進(jìn)行科學(xué)調(diào)控。

3.2.2 水資源供需優(yōu)化配置理論

水資源供需優(yōu)化配置理論是經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡的基本理論，與傳統(tǒng)的水資源優(yōu)化配置理論一脈相承但又有所區(qū)別。水資源供需優(yōu)化配置理論是以工程措施與非工程措施為主要手段、以水資源可持續(xù)利用為基本準(zhǔn)則、以綜合效益最大化為總體目標(biāo)，公平高效地調(diào)配水資源以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求。

水資源供需優(yōu)化配置理論的應(yīng)用包括但不局限于以下3個(gè)方面：① 經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡理念創(chuàng)新。在以需定供、以供定需之間尋找一種更科學(xué)的供需平衡狀態(tài)。② 經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水優(yōu)化配置。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡思路的指引下，通過優(yōu)化模型尋求經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水最優(yōu)“平衡點(diǎn)”。③ 國家或區(qū)域水網(wǎng)格局。通過經(jīng)濟(jì)社會(huì)供需水平衡分析和優(yōu)化配置，制定用水格局，支撐國家或區(qū)域水網(wǎng)布局。

3.2.3 經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水協(xié)同論

協(xié)同論是系統(tǒng)科學(xué)的分支理論，已在水利工程、自然地理、物理、生物、經(jīng)濟(jì)、管理等諸多學(xué)科得到了廣泛應(yīng)用。在解決經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水競(jìng)爭(zhēng)問題時(shí)，需要以協(xié)同論為基礎(chǔ)形成和發(fā)展經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水協(xié)同論，主要理念是綜合考慮2個(gè)系統(tǒng)的特性和水資源在2個(gè)系統(tǒng)間的博弈關(guān)系，通過協(xié)同作用將復(fù)合系統(tǒng)的無序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間、空間和功能上的有序結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡狀態(tài)提供理論支撐。

經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水協(xié)同論的應(yīng)用包括但不局限于以下2個(gè)方面：① 協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的水資源合理配置。經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)用水具有競(jìng)爭(zhēng)性，需要協(xié)調(diào)好二者之間的關(guān)系，合理分配水資源。② 為生態(tài)用水提供保障。相對(duì)經(jīng)濟(jì)用水而言，生態(tài)用水居被動(dòng)地位，在經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水協(xié)同論的指引下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)用水平衡。

3.2.4 人水和諧論

人水和諧論是基于和諧理論，處理人水關(guān)系問題而形成的一種理論[26]，具有豐富的內(nèi)涵和獨(dú)特的理念，包括一套系統(tǒng)的理論體系、具體的方法論和廣泛的應(yīng)用實(shí)踐。

人水和諧論在區(qū)域水平衡中的應(yīng)用包括但不局限于以下3個(gè)方面：① 人水和諧評(píng)估應(yīng)用。包括大尺度(如國家、省)、小尺度(如城市區(qū)、灌區(qū)、開發(fā)區(qū))人水和諧評(píng)估，以及基于某一方面或其他類型的人水和諧評(píng)估等。② 在洪澇災(zāi)害、水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)惡化等新老水問題解決中的應(yīng)用。在節(jié)水抗旱、防汛抗洪、治理水環(huán)境和水生態(tài)中，人水和諧論均可提供相應(yīng)思路和策略，區(qū)域內(nèi)可能同時(shí)存在不同的水問題，在系統(tǒng)分析、統(tǒng)籌兼顧、綜合治理的需求下，人水和諧論具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。③ 在水資源規(guī)劃、管理以及水戰(zhàn)略中的應(yīng)用。如水資源綜合規(guī)劃、水戰(zhàn)略制定、國家水網(wǎng)建設(shè)、最嚴(yán)格水資源管理制度考核、水生態(tài)文明建設(shè)、農(nóng)村水利建設(shè)、海綿城市建設(shè)、河長制實(shí)施等。

4 結(jié) 語

立足于中國水資源分布不均的顯著特點(diǎn)和解決新老水問題的迫切需求，考慮人水系統(tǒng)的復(fù)雜交互作用，提出了區(qū)域水平衡的定義，從狹義、廣義2個(gè)角度，時(shí)間、空間、系統(tǒng)3個(gè)維度解讀了區(qū)域水平衡的內(nèi)涵。對(duì)應(yīng)廣義區(qū)域水平衡的4個(gè)方面內(nèi)容，總結(jié)了4個(gè)基本原理以揭示其內(nèi)含的復(fù)雜關(guān)系和基本特征，在此基礎(chǔ)上提出了實(shí)現(xiàn)區(qū)域水平衡應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的科學(xué)問題。闡明了區(qū)域水平衡的理論體系，包括理論基礎(chǔ)和基本理論兩部分，從研究對(duì)象和內(nèi)容出發(fā)探討了具體涉及的理論基礎(chǔ)，提出了4個(gè)基本理論并分別展望了其應(yīng)用前景。

本文是對(duì)區(qū)域水平衡概念內(nèi)涵、基本原理和理論體系的初步探討和分析，是一個(gè)框架性的總結(jié)，旨在為進(jìn)一步完善區(qū)域水平衡內(nèi)容、研究實(shí)現(xiàn)健康的區(qū)域水平衡提供參考。文中主要以定性分析和論述為主，缺乏具體的量化方法和實(shí)例應(yīng)用，部分內(nèi)容基于作者理解和文獻(xiàn)總結(jié)而來，可能還不夠完善，未來有待進(jìn)一步探索，歡迎廣大學(xué)者交流探討。