前言

我國水資源總量豐富，但可利用量有限。人多水少，水資源時空分布不均，是我國的基本國情和水情。據(jù)2010年國務(wù)院批復(fù)的《全國水資源綜合規(guī)劃》，我國28400億m3的水資源總量中，可利用量僅為8140億m3，不足總量的30%；而根據(jù)1997年以來《中國水資源公報》統(tǒng)計，全國總用水量總體呈緩慢上升趨勢，2013年全國的總用水量已達(dá)6183.4億m3。目前，我國人均水資源占有量約為2100m3，僅為世界平均水平的28%，列世界第125位。全國正常年份缺水500億m3，全國660多個城市中，有2/3的城市不同程度地缺水，其中100多個嚴(yán)重缺水，缺水類型呈現(xiàn)資源型、工程型、水質(zhì)型、管理型和混合型五大類。部分地區(qū)在天然來水減少的情況下，年內(nèi)分配更加不均，非汛期來水比例進(jìn)一步下降，一些河流因開發(fā)利用不合理，甚至出現(xiàn)河道斷流的現(xiàn)象，威脅下游的供水、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)社會安全。由于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展大量擠占河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水和超采地下水，導(dǎo)致許多地區(qū)出現(xiàn)河流斷流、干涸，湖泊、濕地萎縮，入海水量減少，河口淤積萎縮、地下水位持續(xù)下降、地面沉降、海水入侵、土地沙化等一系列與水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境問題。

經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，人口將更加密集，產(chǎn)業(yè)將更加集中，對水安全保障能力也將提出更高的要求。《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》中提出，“十二五”期間全國將新增年供水能力400億m3。供水能力的增加可以保證供水的安全，然而如果來水量持續(xù)減少，在沒有足夠工程調(diào)蓄能力的情況下，實(shí)際供水也很難得到保障。為社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要提供適當(dāng)保證程度的、質(zhì)和量都可滿足需要的水供應(yīng)是水安全的基礎(chǔ)問題，也是我國當(dāng)前水安全保障面臨的最緊迫問題之一。

供水多少與來水或蓄水以及工程供水能力的多少直接相關(guān)，在供水工程設(shè)計的過程中，供水保證率多是根據(jù)多年供水量的排頻確定，已考慮了來水的情況。但是，在實(shí)際供水中，用水戶需用多少水則多不考慮來水情況，只是根據(jù)自身設(shè)定的用水保證率來要求供水。由于缺乏各類用水戶用水保證率控制標(biāo)準(zhǔn)的計算方法，沒有考慮供水工程的供水保證率與多用水戶的用水保證率之間的關(guān)系，在較枯的年份，很難回答能否保證保證率較高用水戶的供水問題。不同用水戶因用水性質(zhì)不同，所要求的用水保證率高低不等，由于不同保證率用水戶的用水權(quán)益關(guān)系不明確，在來水較枯的年份，一般會優(yōu)先供給高用水保證率的用水戶，因來水有限，對低保證率用水戶的用水則供給很少，甚至一點(diǎn)也不能供給，對低用水保證率的用水戶有失公平，同時也不利于水權(quán)制度的建設(shè)與實(shí)施。在一些地區(qū)，由于生活、生產(chǎn)用水的保證率設(shè)置偏高，會大量超采地下水和擠占生態(tài)用水，繼而可能引發(fā)一系列嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。

為解決供水安全保障中存在的現(xiàn)實(shí)問題，有必要分析不同用水戶因用水保證率高低而造成的擠占影響，計算不同來水條件下的各類用水戶的用水保障程度，為建設(shè)項(xiàng)目水資源論證和取水許可等水資源管理提供技術(shù)支撐。

本書針對當(dāng)前水供需管理中存在的實(shí)際問題，結(jié)合水文頻率和供水保證率的內(nèi)涵分析，明確了用水保證率的概念與內(nèi)涵，厘清了水文頻率、供水保證率與用水保證率三者之間的相關(guān)關(guān)系，提出了用水保障程度計算和評價方法，進(jìn)行了不同來水條件下單供水工程和區(qū)域綜合供水情況下多用水戶用水保障程度實(shí)例研究，提出了不同用水保證率用水戶用水的保障方案。取得的主要創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）闡述了用水保證率的概念和內(nèi)涵，厘清了水資源多用戶條件下水文頻率、供水保證率與用水保證率之間的關(guān)系。

用水保證率表征了用水保障程度的高低，用水保證率的確定應(yīng)以用水戶的合理用水需求為前提，體現(xiàn)在水量、水質(zhì)、持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性四個方面，包括一般狀態(tài)和應(yīng)急狀態(tài)兩種情景。水資源多用戶條件下水文頻率、供水保證率與用水保證率兩兩之間存在著較強(qiáng)的相關(guān)性。

（2）提出了不同來水條件下不同用水保障程度計算方法。

在目前傳統(tǒng)的保證率計算方法研究分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)一定的原則，對“正常工作”時段統(tǒng)計方法進(jìn)行了處理，針對水庫工程興利調(diào)節(jié)計算，研究提出了三種計算合理保證率的方法；將驗(yàn)算點(diǎn)法、JC法、蒙特卡羅法等可靠度分析方法引入到保證率計算中，構(gòu)建了基于可靠度分析方法的保證率計算模型。經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，證明了上述計算方法的可行性和合理性。

（3）定量分析了不同來水條件下用水?dāng)D占、用水權(quán)益受到損害的程度。

通過水庫供水工程實(shí)例研究，定量分析了不同來水條件下，不同設(shè)計保證率用水戶的用水影響情況，為保證高設(shè)計保證率的用水戶的正常用水，存在擠占低設(shè)計保證率用水戶正常用水的現(xiàn)象，即使在較豐水年，這種現(xiàn)象也會存在，使得高設(shè)計保證率的用水戶的實(shí)際用水保證率高于其設(shè)計值，而低設(shè)計保證率的用水戶的實(shí)際用水保證率低于其設(shè)計值；低設(shè)計保證率用水戶優(yōu)先取得水權(quán)但其用水權(quán)益卻低于其預(yù)期值，且隨著高設(shè)計保證率用水戶用水的增加，將會出現(xiàn)繼續(xù)降低的現(xiàn)象。

（4）定量分析了不同來水條件和水資源配置情況對區(qū)域用水保障程度的影響。

通過區(qū)域不同來水條件設(shè)定和水資源多Agent系統(tǒng)仿真與配置研究，定量分析了不同來水條件和水資源配置情況對區(qū)域用水保障程度的影響。不同的來水條件下、不同的用水總量控制制度對區(qū)域用水保障程度影響較大，水資源豐沛地區(qū)比相對匱乏地區(qū)的用水保障程度高，城鎮(zhèn)生活、工業(yè)等高設(shè)計保證率的用水戶因優(yōu)先進(jìn)行水資源配置，故其用水保障程度較高；而農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等低設(shè)計保證率的用水戶在缺水時最先遭到限制，用水保障程度相對較低。

研究成果對加強(qiáng)水資源論證和取水許可管理，探索水權(quán)制度建設(shè)及水權(quán)交易，促進(jìn)最嚴(yán)格水資源管理制度的建設(shè)與實(shí)施，具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

本書共分8章，分別為緒論、供用水管理現(xiàn)狀及存在問題、用水保證率內(nèi)涵及相關(guān)關(guān)系研究、不同來水條件下用水保障程度計算和評價方法研究、不同來水條件下單工程供水多用水戶用水保障程度研究、不同來水條件下區(qū)域綜合供水多用水戶用水保障程度核定研究、不同用水保證率用水戶用水保障方案研究、結(jié)論與展望。

第1章緒論主要介紹了本書的研究背景、目的和意義，對保證率、用水安全保障、水資源合理配置國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，指出了當(dāng)前針對用水保障的研究及水管理現(xiàn)狀存在的問題，進(jìn)而提出了本書的主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線，最后概述了本書的主要研究成果。本章由侯保燈、王高旭、肖偉華、吳永祥共同執(zhí)筆編寫。

第2章在12個加快實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度試點(diǎn)和其他省市現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上，按照實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的內(nèi)容體系，分析了我國供用水管理的現(xiàn)狀，探討了存在的主要問題。本章由侯保燈、王高旭、占許珠共同執(zhí)筆編寫。

第3章從水文頻率、保證率的概念分析入手，探討了供水保證率的定義與內(nèi)涵，在此基礎(chǔ)上，闡述了用水保證率的概念，認(rèn)為用水保證率是用水保障程度的度量；初步提出了具有明確物理意義的用水保證率定義和內(nèi)涵，厘清了水文頻率（來水頻率、降水頻率）、供水保證率、用水保證率這三者之間的相關(guān)關(guān)系。本章由侯保燈、王高旭、占許珠、吳永祥共同執(zhí)筆編寫。

第4章首先對不同來水條件進(jìn)行設(shè)定，從傳統(tǒng)保證率計算方法入手，結(jié)合用水保證率的分類，分別提出了不同來水條件下理論保證率計算方法和合理保證率計算方法；通過可靠度分析基本原理的闡述及計算方法研究，認(rèn)為可靠度分析方法可進(jìn)行保證率的核定計算，且計算結(jié)果介于理論歷時保證率法與理論數(shù)量保證率法之間，相對較為合理；最終構(gòu)建了基于可靠度分析的保證率計算模型。針對綜合評價方法的局限性，基于用水保證率的內(nèi)涵分析與計算，提出了不同情況下用水保障程度的簡易評價方法。本章由侯保燈、王高旭、肖偉華共同執(zhí)筆編寫。

第5章針對單工程供水的多個用水戶進(jìn)行了不同來水條件下的用水保障程度研究。設(shè)定了長系列來水、典型年來水、隨機(jī)生成來水三種不同的來水條件，進(jìn)行了現(xiàn)狀工況和新增供水情況下的用水保障程度計算與評價，計算結(jié)果表明不同的來水條件下，用水戶的用水保障程度不同；本年的用水保障程度受水庫調(diào)度情況和上一年甚至上兩年的來水影響較大；不同來水條件下，不同設(shè)計保證率用水戶的用水保障程度會互相產(chǎn)生影響，為保證高設(shè)計保證率的用水戶的正常用水，存在擠占低設(shè)計保證率用水戶正常用水的現(xiàn)象，即使在較豐水年這種現(xiàn)象也會存在（即較豐水年也存在年供水量為0的情況），使得高設(shè)計保證率的用水戶的實(shí)際用水保證率高于其設(shè)計值，而低設(shè)計保證率的用水戶的實(shí)際用水保證率低于其設(shè)計值；從水權(quán)的角度來看，最早取得取用水權(quán)的低設(shè)計保證率用水戶的用水權(quán)益低于其預(yù)期值，且隨著時間的推移和高設(shè)計保證率用水戶用水的增加（水權(quán)的調(diào)整和重新分配），出現(xiàn)繼續(xù)降低的現(xiàn)象。本章由侯保燈、王高旭、吳永祥、占許珠共同執(zhí)筆編寫。

第6章以泉州市為例探討了不同來水條件下區(qū)域綜合供水多用水戶用水保障程度情況。首先分析了泉州市基本情況，發(fā)現(xiàn)泉州市雖水資源總量豐富，但可利用量有限，且水資源時空分布十分不均；從水資源開發(fā)利用狀況分析結(jié)果來看，泉州市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)社會用水量猛增，用水效率相對較高，但仍有較大的節(jié)水潛力；總體來看，水資源開發(fā)利用程度不大，但部分區(qū)域本地水資源有限，開發(fā)利用程度較高；從現(xiàn)狀用水情況及中遠(yuǎn)期供需態(tài)勢分析來看，泉州市水資源開發(fā)利用中存在一定的問題，不同區(qū)域存在著不同類型不同程度的缺水現(xiàn)象。接著進(jìn)行了泉州市不同水平年和不同來水條件的設(shè)定，結(jié)合泉州市用水總量控制指標(biāo)及最嚴(yán)格水資源管理情況，詳細(xì)分析了泉州市水資源多Agent系統(tǒng)中各Agent行為模式及交互模式，建立了泉州市水資源多Agent系統(tǒng)仿真與配置模型；基于水資源需求層次理論，進(jìn)行了不同來水條件下的水資源初步配置和優(yōu)化配置。在水資源配置的基礎(chǔ)上，本章重點(diǎn)分析了泉州市區(qū)域、各區(qū)縣、各用水戶以及工業(yè)各行業(yè)用水戶用水保障程度。分析結(jié)果表明不同的來水條件下、不同的用水總量控制制度對區(qū)域用水保障程度影響較大，水資源豐沛區(qū)縣比相對匱乏區(qū)縣的用水保障程度大，城鎮(zhèn)生活、工業(yè)等高設(shè)計保證率的用水戶因優(yōu)先進(jìn)行水資源配置，故其用水保障程度較大，幾乎可到達(dá)100%；而農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等低設(shè)計保證率的用水戶在缺水時最先遭到破壞，用水保障程度相對較低；工業(yè)行業(yè)內(nèi)部，火核電行業(yè)因設(shè)計保證率極高，配置中其用水需求得到了100%保障，而一般工業(yè)遭到一定程度的破壞。最后根據(jù)目前相關(guān)規(guī)范中對各用水戶的用水保證率的設(shè)定，結(jié)合泉州市用水保障程度計算結(jié)果，研究擬訂了泉州市不同用水戶的合理用水保證率。本章由侯保燈、王高旭、吳永祥、占許珠共同執(zhí)筆編寫。

第7章在以上章節(jié)研究成果的基礎(chǔ)上，研究提出了不同用水保證率用水戶合理用水的保障方案。區(qū)域?qū)用妫瑧?yīng)加強(qiáng)規(guī)劃管理，積極探索規(guī)劃水資源論證，做好水資源的宏觀配置；具體實(shí)施時，應(yīng)加強(qiáng)需水管理和供水管理，增供控需，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，合理確定不同來水條件下不同設(shè)計保證率用水戶的可用水量。具體用水戶層面，應(yīng)加強(qiáng)水資源論證，合理確定用水保證率，嚴(yán)格取水許可和水資源費(fèi)有償使用，強(qiáng)化用水定額和計劃用水管理等，確保按照用水保證率供水。在水權(quán)、水市場管理方面，應(yīng)加快推進(jìn)水權(quán)建設(shè)，做好水權(quán)分配與調(diào)整，確保優(yōu)先取得水權(quán)的用水戶，無論其用水保證率的高低，當(dāng)水權(quán)出現(xiàn)調(diào)整重新分配時，其用水權(quán)益不受損害，如有損害，應(yīng)對其減少的用水權(quán)益進(jìn)行合理補(bǔ)償；加強(qiáng)水權(quán)交易管理，確保水權(quán)出讓方的利益不減少、水權(quán)受讓方的轉(zhuǎn)換水量不減少、第三方用水戶利益不受影響，保障各用水戶的合理用水。最后，提出了近期水資源管理中為了保障不同保證率用水戶合理用水的重點(diǎn)工作。本章由侯保燈、王高旭、吳永祥共同執(zhí)筆編寫。

第8章對全書進(jìn)行了總結(jié)，闡述了本書的主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)，并對未來應(yīng)該加強(qiáng)研究的方向進(jìn)行了展望。本章由侯保燈、王高旭、肖偉華、吳永祥共同執(zhí)筆編寫。

全書由侯保燈、王高旭、吳永祥、肖偉華、占許珠修改并定稿。

本書研究過程中得到了水利部原司長高而坤教高的全程指導(dǎo)，又承蒙高而坤教高在百忙之中審讀并撰寫序，對此表示衷心感謝。

本書研究內(nèi)容由國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題“黃渤海沿海地區(qū)海水入侵綜合防治與管理對策研究”（2016YFC0402808）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于馬斯洛需求層次理論的生活需水計算與動態(tài)調(diào)控研究”（51509267）共同資助完成。研究過程中得到了南京水利科學(xué)研究院劉國緯教高、耿雷華教高、顏志俊教高、王建生教高，中國水利水電科學(xué)研究院馬靜教高，山東省水利廳郭旭維科長，泉州市水利局盧有行科長、陳守珊主任科員的大力支持與幫助，在此表示感謝！研究過程中，趙宏臻、吳凱、徐榮嶸、李岱遠(yuǎn)等研究生參與了部分?jǐn)?shù)據(jù)的整理錄入、圖表的制作以及部分章節(jié)初稿的編寫，特此一并感謝。

本書由南京水利科學(xué)研究院出版基金資助出版，在此表示感謝。限于時間和作者水平，書中疏漏及不妥之處在所難免，誠望讀者不吝賜教、批評指正。

作者

2017年10月