5.2.3 灌区用水与水循环的耦合
(1)灌区水循环的基本要素与过程。灌区用水从属性上讲属于社会水循环,社会水循环的基本要素包括供(取、配)水、用(耗、回用)水和排(处理)水,并对应为社会水循环的3个基本过程,即供水过程、用水过程和排水过程。供水是社会水循环的“源”,包括取水、制水、配水3个环节,即从河流或地下提取基本符合要求的水,输送到原水处理设施处理后再通过一定方式输送到用水户或直接以其他产品形式输送到用户的过程。用(耗)水是社会水循环的核心或“消化系统”,包括农业耗水、工业耗水、生活耗水和人工景观生态耗水4个基本环节及子过程。排水是社会水循环的“排泄净化系统”,包括废污水收集、处理和排水3个基本环节及子过程。
上述3个要素的核心是取水(包括人工取水和降水利用)、耗水和排水,满足基本的水量平衡方程,即
取水＝耗水＋排水＋漏损量
由于其广泛性,社会水循环上述3个基本过程在社会经济系统中不断运行,彼此之间紧密相连,因此并无明显界限。
社会水循环研究内容繁多,但总体上可归结为过程、结构和通量3个基本方面。考虑到人类能动性以及人类对上述3个方面进行调控的必然需求与客观事实,调控也是社会水循环研究的基本科学内容之一。
在过程研究中,社会水循环侧重对循环的各要素和环节进行细微剖析。从空间上对社会水循环单元的“供-用-排”环节及过程进行属性细分,提取社会水循环单元的新陈代谢的关键特征；从时间上研究社会水循环单元的产生、成长、成熟、衰退及消亡的过程,通过对社会水循环基本要素相互作用过程及其影响因素作用机制的分析,探索社会水循环过程的演变机理,寻找社会水循环的调控切入点。了解社会水循环的新陈代谢过程对找到调控社会水循环的切入点、破解水问题具有重要的意义。
以城市社会水循环为例。城市的社会水循环随城市发展而产生改变。随着城市空间拓展及其结构演变、城市人口聚集与分散过程,城市水循环单元随之演变。一般而言,供水要素紧随甚至提前在城市拓展之前建立并不断完善,用水要素也随之出现、成长、成熟至稳定,排水要素随用水过程的发展而变化。供、用、排三要素及其过程的相互协调,对城市水循环的良性运行极为关键。对城市水循环各要素过程机制理解不透、对各循环要素的协调把握不准,是当前城市中普遍存在的水利基础设施建设滞后或过度问题的重要原因之一。
(2)灌区社会水循环的结构。社会水循环结构研究存在于社会水循环各要素中,如供水结构、用水结构、排水结构等。按供水来源划分,除常规的划分为地表水、地下水、雨洪水、再生水、陆地咸水、海水水源外,还有过去常被忽略的水源——土壤水,在社会水循环研究中,要密切关注土壤水循环对社会经济系统的贡献。从人与自然和谐的角度,人类社会经济用水和生态与环境之间的合理分配结构,即自然水系统可供人类直接利用的数量(即传统上的狭义水资源量),是社会水循环研究的基本问题和出发点。
用(耗)水结构与经济发展水平密切相关。和产业结构影响一个地区的经济发展水平一样,用(耗)水结构是影响用水量乃至缺水程度的重要因素,因而调整用(耗)水结构是实现根本性节水、破解水资源短缺的首要举措。排水结构与用水结构有关,是水污染、水质劣变的直接作用因素。当前,我国的污染已从传统的以工业点源污染为主的单一型污染向复合型污染转变,从一般污染物扩展到有毒有害污染物,已经形成点源与面源污染共存、生活污染和工业排放彼此叠加、各种新旧污染与二次污染形成复合污染的水污染结构及态势,进一步加剧了水资源短缺、水生态和水灾害等问题的严重程度。
(3)灌区社会水循环的调控。社会水循环的人类调控是指人类为实现预期目标而对社会水循环环节和过程进行调节控制。无论是对社会水循环的循环过程的理解和结构的剖析,还是对水循环通量的总体把握,其目的均是为更有效地调控社会水循环提供合理可靠的依据。有针对性地对社会水循环过程(环节)、结构、通量进行评价,是制定和实施调控的第一步,因此评价和调控始终紧密联系在一起,并贯穿社会水循环研究的始终。一方面,评价的目的在于通过对社会水循环过程、结构、通量、水资源生态/经济价值、用水效率进行总体把握和问题诊断,找到影响水资源良性循环的社会经济因素和自然原因；另一方面,调控也是为了根据评价发现的问题,制定各种工程和非工程措施(如水权水价管理措施、水资源合理配置和多水源利用联合调度、水污染控制法律法规等),保障水在社会经济系统中的持续健康循环。
当前可见的与社会水循环研究相关的研究成果,绝大多数都可以归为社会水循环的调控研究,但多数研究成果对调控的理解仍局限于工程、制度和经济,尤其是水价、污水处理费、水资源费和污水排污费等微观措施,而对产业政策、经济布局和贸易格局等根本性的水资源配置调控手段,以及气候变化下社会水循环的适应对策等,关注还不够。
(4)灌区用水与自然水循环的耦合。不同形式的水循环之间在不同过程、尺度和时空之间密切关联,存在辩证统一的关系。对一个区域而言,供、用、排等社会水循环过程和自然循环过程共存,每个过程均可能包含农业、工业、生活和人工生态中的全部或部分用户,或者说每个用户均会有供、用、排过程。阐述这些过程,可根据需要或资料情况选用确定型、不确定型或混合型的模型进行刻画,选定的模型又可以是经验式、概念式或物理式的。
灌区水循环的耦合要充分尊重水的天然循环,实现灌区科学用水和有效调节,规范人类水土资源开发活动,减少对自然水循环的干扰,在优先保障生态和生活用水的基础上,“以水定产”,合理布局工业、农业用水,完善水工程网络系统,充分利用信息技术实现地表、土壤、地下多过程的水量、水质、水生态的联合调控,最大限度地“去极值化”和“去污染化”,系统解决水问题,实现灌区用水和水循环的和谐。
灌区用水和灌区水循环的耦合空间包括供水空间、用水空间、排水空间。
1)供水空间的耦合。供水空间既是生产用水的供水源头,又是水循环的逻辑起点,两者的耦合要求是：在灌区生活、生产用水保障的前提下,兼顾生态用水。宁夏引黄灌区因自然地理的特殊性,生态补水需求大,需提高生态补水的保障率。
2)用水空间的耦合。用水空间既是生产、生活用水的消耗空间,也是水循环的主要空间,两者的耦合要求是：充分考虑经济社会发展的需求和经济结构的变化特点,压缩农业耗水,推行工业、生活节水,保障和增加生态用水,以此增大自然水循环通量,为水循环良性、健康发展提供条件。
3)排水空间的耦合。排水空间是生产、生活用水的排泄空间,对灌区自然生态系统的影响至关重要,常常成为制约灌区自然生态水循环健康的关键因素。随着中部干旱带扬水面积和北部灌区节水面积的扩大,农田蒸发量增加,沟道排水减少,水中污染物浓度增加,工业、生活污水排放量增加,因此,灌区排水和水循环的耦合要求是：提高农业生产过程管理,完善水肥精准配置技术,最大限度地减少农业面源污染物排放,提高工业和生活污水处理标准,全面推进灌区废弃物资源化利用,提高灌区水环境承载力,结合一河(湖)一策机制的推行,提高排水空间水循环通量。
4)灌区用水和水环境的路径耦合。灌区用水和水环境的路径耦合包括地表路径耦合和地下路径耦合。地表路径耦合途径包括水系连通、实现水系的自我调节、促进水循环、疏浚河道水系、完善供排水体系等。地下路径耦合的关键是合理的地下水水位控制,从3个方面进行：一是合理确定地下水开采量,控制合理的地下水埋深和储量；二是完善生态脆弱区(如北部盐碱地)水土调控机制；三是合理规划灌区节水规模,满足湖泊湿地生态需水。
5)灌区用水和水循环耦合的手段。充分依托信息技术,从构建现代化水网体系和管理角度,利用智能专家决策系统,合理管控灌区用水和水循环的路径,完善水循环信息数据监测体系,合理配置灌区生产、生活、生态用水,适时动态评价灌区水环境、水生态健康状况,维护灌区生态系统功能,确保生态系统良性运行。