河南水资源保护和利用现状与解决途径

　　摘    要　【目的】促进河南省水资源持续高效利用,加快水资源管理体制优化,创新政府行政管理模式,为水资源相关领域产业升级转型和河南省区域经济高质量发展提供新的战略对策和路径选择。【方法】本研究通过梳理河南省水资源利用现状和存在的问题,着重剖析河南省水资源领域面临的战略机遇,阐述了河南省水资源保护和利用前沿关键技术创新与应用。【结果】河南省水资源保护和利用在取得巨大成效的同时仍面临巨大的挑战：节水成效偏低、先进技术体系不完善、水污染治理成效不稳定、水资源管理机制不健全。【结论】未来,必须协调好水资源开发与保护的关系,树立和谐发展思想,充分发挥河南省区域优势,加强前沿关键技术研发,创新政府管理机制,实现水资源高效持续利用。

　　关键词：　水资源保护; 水资源利用; 粮食安全; 技术创新; 高质量发展;

　　Abstract：　【Background】Economic development in Henan province has experienced an extensive growth for a long period, which has inevitably increased the demands for water resources which has become increasingly scarce.【Objective】The purpose of this paper is to analyze and discuss the bottlenecks facing protection and utilization of water resources in Henan province first.We then outline strategies to safeguard continuous and efficient use of water resources in the province, optimize water resources management, innovate governmental administrations responsible for water management, and transform water-related industries so as to sustain economic development in the province.【Method】We base on the current situation and problems faced by water resources utilization, analyzing the strategic opportunities for water resources and discussing the potential of innovation and application of advanced technologies in protection and utilization of water resources.【Result】While protection and utilization of water resources in Henan province has made substantial processes over the past few decades, challenges still remains.In particular, low efficacy of water-saving technologies, lack of implementing advanced technologies, unsustainable water pollution control, and inferior water resource management are a few outstanding issues.【Conclusion】Coordinating water resources development and protection and establishing harmonious development strategies, by making most of the province, is essential to strengthen research and development in frontier technologies and innovate governmental administration, as so to achieve efficient and sustainable use of water resources in the province.

　　Keyword：　water resources protection; water resources utilization; food security; technical innovation; high-quality development;

　　0、引言

　　水是人类生存和发展不可或缺的重要资源之一，水资源保护和利用具有自然资源和经济资源双重特性[1]。河南作为新兴工业省份，近年来经济发展活跃，对全国经济发展和能源消费增长贡献显着，同时也是沿黄9省区（青、川、甘、宁、蒙、晋、陕、豫、鲁）中国家主体功能区划的重要粮食主产区[2,3,4]。据国家统计局关于2019年粮食产量数据的公告显示，2019年全国粮食播种面积为1.2×108 hm2；粮食总产量66 384万t，其中河南播种面积为全国第二，达到1.1×107hm2；粮食总产量6 695万t，超全国总量的1/10。然而，河南省经济长期以来属于“粗放式”发展，水资源浪费和环境污染问题严重，经济发展受环境和资源制约日益凸显。为支撑国家粮食安全，提供农业水资源基本保障，强化工程节水和农艺节水，增强水资源利用管理效率，建设节水高效的现代灌溉农业和集雨增效的现代旱作农业，对于河南区域经济社会发展具有重要的战略性意义[1,5,6,7]。尽管有学者对河南水资源承载力、持续利用、评价预测、发展战略等方面进行深入研究，但在水资源保护、利用效率和关键技术等方面的深入探索和研究仍相对薄弱[8,9,10,11]。
 

　　随着黄河流域发展被确定为重大国家战略，河南郑州作为国家中心城市枢纽战略要津，全省工业化可预期继续深入，以及中原崛起引领区域发展等使命将不可避免地消费更多的水资源。另一方面，新时代习近平生态文明思想的发展理念，其内在要求即守好“绿水青山”，架好“绿水青山”向“金山银山”转换的桥梁，使绿水青山所蕴藏巨大的生态效益、经济效益、社会效益，持续助力黄河流域转型高质量发展[12,13,14,15]。总体来看，上述新的发展形势给水资源保护和利用相关产业转型升级提供了一个新的战略机遇[1,16,17,18]。实践层面上，进一步控制和减少水资源浪费和环境污染物排放，对河南省经济高质量发展转型具有极其重要的影响。本研究通过梳理河南省水资源利用现状和存在的问题，初探水资源保护和利用瓶颈，立足相关前沿关键技术及其应用前景，尝试为黄河流域河南段水资源生态保护和高质量发展提供科学参考和理论依据。

　　1、 河南省水资源保护和利用现状

　　1.1、 河南省水资源特点

　　1.1.1、 水资源短缺，人均占有量少

　　河南省多年平均水资源总量403.53亿m3，不足全国总量的1.45%，其中可利用总量为195.24亿m3，同时，受人口基数大的影响，人均水资源量仅376 m3，是全国人均水资源总量的1/5，全世界人均水资源总量的1/16，属于自产水资源承载能力不足省份和严重缺水地区。省辖海河、黄河、淮河、长江流域2018年水资源总量分别为23.1亿、45.4亿、211.9亿、59.4亿m3，与多年均值相比，依次减少16.2%、22.5%、13.9%、16.7%。

　　1.1.2 、水资源时空分布不均，水土资源不匹配

　　河南省水资源年际变化大，2018年，河南省水资源总量为339.8亿m?，比多年均值少16.7%，比2017年减少19.7%。此外，河南省河川径流年内分配不均，径流量多集中于6—9月，多年平均连续最大4个月径流量占全年径流量的45%～90%，多年平均月最大值与月最小值相差9.5倍，极易造成旱涝灾害。空间上，河南省水土资源不匹配，如表1所示，2018年，河南省豫北、豫东平原的水资源总量仅占全省的30.17%，亩均水资源量和人均水资源量不足；其南部、西部山丘区的1/2，然而2018年底，河南省豫北、豫东平原人口占全省总人口的56.23%,GDP占全省的59.76%，粮食产量占全省的57.52%。水土资源不匹配，经济社会发展与水资源分布不相适应，水资源配置难度大，在一定程度上制约着河南省高质量发展。

　　表1 2018年河南省人口、GDP、耕地面积、粮食产量和水资源总量占比

　　注本节涉及的数据均从河南省水资源公报、统计年鉴、生态环境状况公报、政府文件整理得到。

　　Note The data involved in this section are collected from water resources bulletin,statistical yearbook,ecological environment status bulletin and government documents of Henan Province.

　　1.1.3 、受人类活动影响，水环境污染严重

　　近年来，河南省经济快速发展对生态环境也造成较大破坏。根据河南省统计数据，2004—2017年河南省废水排放量由25.07亿t升高至41.13亿t。2018年全省141个监测断面中，水质符合Ⅰ～Ⅲ类标准的断面有85个，仅占60.4%，低于全国平均水平；水质为劣V类的断面有5个，占3.5%。2019年，94个地表水国考断面中，I-III类水质断面64个，占比68.1%，无劣V类水质断面；集中式饮用水水源地达标率为97.7%。

　　1.1.4、 供水结构不合理，地下水超采严重

　　2018年河南省总供水量234.6亿m?，其中地下水供水量占总供水量的9.5%，集雨等非常规水源仅占2.6%。由于供水结构不合理，过度开采地下水量，2018年全省浅层地下水漏斗总面积9 756 km2，相较2004年增加2 509 km2。2018年河南省农业用水量、工业用水量和城乡生活环境综合用水量分别占总用水量的51.1%、21.5%、27.4%，但由于各地市经济结构、水资源条件差异，各地区用水结构存在一定差异。

　　1.2 、河南省水资源保护利用现状

　　1.2.1 、水资源利用效率提升，但节水成效偏低

　　河南省以最严格水资源管理制度作为推进水生态文明建设的重要举措，不断提升水资源利用效率，如图1所示。河南省万元GDP用水量由2004年的226 m3/万元下降至2018年的37 m3/万元；万元工业增加值用水量由103 m3/万元下降至2018年的26 m3/万元，但全省单方水GDP产出仅为世界平均水平的1/3，万元工业增加值用水量仍是发达国家的3～4倍。2018年河南省农田灌溉水利用系数为0.61，规模以上工业用水重复利用率为90%，城市再生水利用率为24.4%，与全国先进地区均有一定差距，地级以上缺水城市仍未全部达到国家节水型城市标准，节水型社会建设发展不平衡，离全方位、全过程节水的要求仍有很大差距。

　　图1 河南省水资源量、用水量年际变化值

　　1.2.2 、大力研发先进技术，但技术体系不完善

　　河南省作为农业大省，不断加快畦灌、沟灌、喷灌、微灌等农业节水技术试点工作，使农田灌溉亩均用水量由2004年176 m3下降至2018年的155 m3；加大生活污水、工业废水处理及资源化利用新技术、新设备研发力度，实现水资源循环利用；结合遥感、网络监测技术，基本形成智能控制的生态文明建设监管体系。然而，河南省许多地区农业灌溉方式仍较粗放，水资源短缺和生态脆弱地区仍存在盲目建设高耗水、重污染项目的现象[7,8,9]，先进实用的高效节水技术开发和推广应用力度还不够，水资源高效利用的工程技术体系还不完善。

　　1.2.3 、水环境治理成效明显，但污染源控制力度不足

　　河南省深入开展碧水保卫战，地下水质量考核点位水质级别保持稳定，省辖市建成区逐步全面消除黑臭水体，南水北调中线工程水源地丹江口水库取水水质稳定达到Ⅱ类。2019年河南省新修订《河南省水污染防治条例》，对水污染防控、治理提出更高的要求，河南省政府坚持“治”、“建”并举，计划到2020年，全省湿地面积不低于62.8万hm2，湿地保护率提高到50%以上，并依托黄河重大国家战略，把郑州建设成为黄河流域生态建设先行区。但是，由于治理思想落后，忽视人与自然的和谐关系，城市生活污水和工业废水排放量逐年增加，水质波动较大，水污染问题仍未得到根本治理，同时农药、化肥等过度使用，使得点源污染不断增加，非点源污染日渐突出[20]，增大了水资源系统治理和保护的难度。

　　1.2.4 、水资源监管能力逐步提升，但管理机制不健全

　　河南省近年来虽然实施了一系列水资源管理办法，印发《河南省深化生态环境保护综合行政执法改革实施方案》，推进水权试点、生态水量调度、水生态文明试点建设，提升水资源管理水平，但部门间缺乏协调机制和管理技术，水资源管理体制效率低下，取水许可制度、水权交易制度、水生态补偿制度等体系仍不健全，市场配置机制尚不完善，公民水资源保护意识淡薄，水资源保护监管融入程度不高，不利于水资源的综合管理、科学规划和统一调度。

　　2 、面临的机遇与挑战

　　2.1、 河南省水资源保护和利用面临的机遇

　　2.1.1、 区位优势带动强劲

　　河南省地处中原，横跨淮河流域、长江流域、黄河流域和海河流域（其流域面积分别为8.61万、2.77万、3.60万、1.53万km2），是国家综合交通枢纽和物流中心，也是“一带一路”和中原经济区等国家发展战略重要地区，其地理优势能够加强河南省与先进地区水资源政策制定、基础设施建设、水灾害防治、科技人文交流等不同层面的合作[19]，为河南省水资源保护和利用先进技术研发提供支持。

　　2.1.2、 重大国家战略需求

　　河南省涉及长江经济带、黄河流域生态保护和高质量发展两大国家战略，在全面建成小康社会和追求经济社会高质量发展的同时对河南水资源保护和利用提出更高要求。在国家战略的支撑下和国家政策的扶持下，有助于充分发挥河南省的经济优势，推进产业转型，加大水利工程和环境治理投资，推进“十大水利工程”建设进展，在“保护中谋发展，发展中促保护”这一过程中建设宜居环境，实现生态文明建设与经济协同发展。

　　2.1.3 、地方政府高度重视

　　河南省从政策层面出台了多项措施践行生态文明思想和高质量发展理念。2013年出台了《关于实行最严格水资源管理制度的实施意见》，确立了水资源开发利用红线、用水效率控制红线和水功能区限制纳污红线目标值；2019年印发了《河南省节水行动实施方案》，明确全省规模以上工业用水重复利用率达到91%以上，农田灌溉水有效利用系数提高到0.616，公共供水管网漏损率控制在10%以内，用水总量控制在282.15亿m3以内；2020年2月出台了《关于印发河南省2020年大气、水、土壤污染防治攻坚战实施方案的通知》等一系列政策法规，提出地表水消灭劣V类水质；省辖市集中式饮用水水源地水质达标率达到100%；南水北调中线工程水源地丹江口水库取水水质稳定达到Ⅱ类；地下水质量考核点位水质级别保持稳定，省辖市建成区全面消除黑臭水体等目标。

　　2.1.4 外部环境趋于完善

　　河南省水资源虽然匮乏，但是过境水量丰富，多年平均进境水量为413.64亿m3，出境水量为630.22亿m3，同时，作为南水北调的主要受水区域，河南省南水北调分配水量为29.94亿m3，有效解决河南省水资源匮乏、时空分布不均及地下水开采严重的问题。前述系列节水政策法规、市场机制、标准体系进一步趋于完善，对提高河南省水资源利用效率，加大节水措施，保护水生态安全起到积极作用。

　　2.2 河南省水资源保护和利用面临的挑战

　　2.2.1 经济社会发展与水生态保护之间的矛盾

　　进入21世纪以来，河南省经济得到快速发展，2005—2018年，全省人均GDP由11 346元/人上升至52 114元/人，产业结构实现了优化升级，但传统的高能耗、高污染的工业仍然占较大比重。经济的发展伴随着人口结构的变化，据统计，2005—2018年，河南省城镇化率由30.65%升高至51.72%。人口增长和工业规模扩张使河南省资源和环境承载力接近极限。尽管相关政府一直强调追求绿色可持续发展，但如何平衡经济社会发展与水生态保护之间关系，改变现有的发展模式实现经济高质量发展仍然是亟待解决的问题。

　　2.2.2、 水安全保障工程与技术体系之间的矛盾

　　河南省水资源禀赋不足，人水矛盾突出，旱涝灾害频繁。据统计，2014—2018年全省自然灾害造成直接经济损失年平均值为83.8亿元，农作物受灾面积1.4×105 hm2。为了实现河南省水资源科学开发、合理调配、高效利用，必须建设高质量供水、防洪、除涝等水利工程，加强灾情预报等非工程措施。同时还需要一系列先进技术作支撑，以提高水资源利用效率，改善水环境，修复水生态，减小水旱灾害。如何结合水利工程和技术体系实现饮水安全、供水安全、防洪安全将是未来进一步研究的重点方向。

　　2.2.3 、水安全制度体系与行政管理模式之间的矛盾

　　近年来，在最严格水资源管理制度的指导下，河南省严守“三条红线”，建立并不断完善“四项制度”，推进四水同治体制机制制度创新，制定了河长制管理制度，进行了水资源管理相关部门重组和体制改革，而当前河南省政府职能与保障水资源持续高效利用的要求仍不协调。为了保障河南省水安全，强化用水需求和用水过程管理，制定整套科学有效的行政管理体系，保障各项制度落实是未来亟待开展的工作。

　　2.2.4、 传统技术与先进技术之间的矛盾

　　新中国成立以来，河南省水利事业经历了从初级向高级的发展阶段，尤其是21世纪以来计算机网络技术快速发展，现代技术与传统水利技术不断结合，使传统水利不断向智慧化转型。但“智慧水利”不仅单纯是水利信息化建设，更重要的是充分利用现有的水利建设经验，以传统水利为基础，有机结合大数据、人工智能等新一代技术，智能处理各类水务事件，提高水资源管理效率。当前河南省“智慧水利”主要集中在讨论、研究、技术准备等方面，仅部分地区依靠3S等一些基础网络技术实现水资源实时监控。结合现有的经验与技术和先进技术，实现水利监测智慧化仍是一个巨大挑战。

　　3、 水资源保护和利用问题解决途径

　　随着生态文明建设的深入开展，行政措施效果的边际递减，技术创新将在破解资源环境约束、实现可持续发展，发挥越来越重要的作用。从图2可以看出，为加强生态文明建设体制改革，加强河南省水资源利用和保护，需以关系中华民族永续发展的根本大计的高度看待生态环境保护，结合河南省水资源利用特点，从当前面临的挑战出发，紧紧把握河南省水资源保护和利用新机遇，以更严的标准、更大的力度、更实的举措把环境污染治理好、把生态环境建设好。

　　图2 河南省水资源保护和利用现状及解决途径

　　Fig.2 Current situation and path solutions in Henan Province water resources protection and utilization

　　3.1、 协调开发与保护的辩证关系

　　河南省水资源保护与利用存在的水资源承载力不足、水生态系统及地下水污染加剧、供需矛盾突出、洪涝灾害频发等关键问题，归根结底就是水资源保护与经济社会发展之间的矛盾。因此，河南政府需理清开发与保护之间的辩证关系，确定水资源保护的重要战略地位，分析水资源利用与经济发展的平衡点，既要满足人民对水资源开发的需求又要保证在自然界承受能力以内，使得经济、资源和自然环境之间达到最优状态，保障经济社会与自然环境良性演进。基于此，相关政府必须立足当前、着眼长远，系统考虑开源、节流、保护等各方面要求，保证资源利用与经济社会长期稳定增长的和谐关系的基础上，建立与地区水资源相适应的经济结构和产业布局，实现以水定产、以水定城。此外，加快推进生态文明建设，提高水资源利用效率，为河南省经济社会高质量发展打下基础，同时经济社会的快速发展也为环保工作提供更大的基金支持，推动环境治理工作的进一步深入，以营造开发与保护间的和谐良性循环[21]。

　　3.2、 加强前沿关键技术研发与应用推广

　　科学技术创新驱动高质量发展逐渐成为多数学者解决水资源保护与利用难题的共识，而这些前沿关键技术在社会发展中的推广应用，是新形势下打赢碧水保卫战和实现水资源高效利用的着力点和新的机遇点。针对河南省水资源保护和利用存在的关键问题，新近发布并更新的河南省节能低碳与环境污染防治技术指导目录，以及其他更具前瞻性的技术集成，可供各类工业企业、产业技术资金、各类绿色低碳领域的基金以及风险投资机构等用户在水资源保护技术升级和改造时参考和优先采用。结合我省水资源领域实际，部分成熟并具应用前景的前沿关键技术简介如下：

　　1）水资源保护。一体化截流井及其控制系统对黑臭水体污染的削减，污水处理厂优化运行方案模拟仿真，城镇水环境数字化智能管理系统。水生态FEST集成处理系统（Five Effectively Stereo Technique For The Integrated Treatment Of Eutrophication）技术，城镇水环境数字化智能管理系统的建设和应用，LID(Low Impact Development）和调蓄技术对雨水净化和回用技术，截流井及其控制系统对黑臭水体污染的削减作用一体化等。

　　2）节水。自来水、生活污水、工业废水等涉水企业用电设备智能电机及控制系统，工农业生产及城镇居民生活用水梯级利用技术，生产工艺节水改造新技术，高效节水卫生洁具制造技术，城镇雨水收集、净化、回用于一体的节水技术等。

　　3）工业废水资源化利用。高盐废水及杂盐资源化利用技术，高浓度氨氮废水资源化处理技术，淀粉糖电渗析脱盐技术，含酸高盐废水酸盐分离再利用技术，苯胺类高色度废水处理与资源化应用，新型活性炭吸附再生废水深度处理工艺，煤矿疏干水制取除盐水技术等。

　　4）农业、养殖业水资源相关技术。高效喷微滴灌溉新技术，畜禽污水处理与沼渣沼液综合利用技术，复合益生菌在减少河水污染、养殖场废气、餐厨垃圾处理、土壤改良方面的研究，污水资源化利用技术，节水型云雾无土植物智能栽培技术等。

　　5）地下水。粮食主产区地下水实时监测及评价技术，流域灌区及行政区地下水动态仿真模拟技术，地下水水质水量双控管理技术，地下水超采区压采能力核算及后评估技术，地下水生态修复技术与应用等。

　　6）中原城市群水文环境效应与水安全保障关键技术。中原城市群对水循环伴生过程的影响研究，社会水循环对区域水质水量影响研究，面向应用开发中原城市群水文环境效应综合调控平台等。

　　7）水生态系统保护与修复技术。水生态修复与持续保障技术，水生态文明体系建设与应用，山水湖田综合治理技术与示范，河湖清淤技术研究与应用，河湖湿地生态修复技术与应用，水生态评估及监测研究等。

　　3.3 、完善水资源管理体制

　　河南横跨四大流域，应结合河南省实际情况，按照四大流域统一管理与行政区域协同管理的思路建立水资源管理制度，强化各级政府水行政主管部门对水安全的管理，加强地下水超采治理、南水北调工程运行等管理工作，保障经济社会发展对水资源的基本需求，同时以规划为抓手，加强“四水同治”，严格执行国家节水行动方案，不断推进水资源优化配置和科学管理，实现农业节水增效、工业节水减排、城镇节水降损、重点地区节水开源等。为了推进水生态文明建设，河南省还需继续完善生态保护相关法律法规，推进执法队伍建设，在现有的基础上，全面深化水价改革，推动水资源税改，加强全民节水意识，发挥人民在水资源管理中的监管作用。

　　3.4 、创新政府行政管理模式

　　为了解决“政出多门，多龙治水”，部门间协调能力差的问题，应建立协作机制，设立统一的监督和管理机构，强化管理机构职能。同时，由于我国独特的政治体制，不能照搬西方行政管理模式，应充分发挥政府的独特优势，以政府规划为统领，政府、社会、市场等多角色协同发力，建立行政配置与市场调节相结合的水市场体系。此外，还需创新政府考核机制，将各项水管理政策实施情况、水资源利用效率等与政府工作考核挂钩，强化考核支撑，“倒逼”政府提高水资源监控能力建设和水资源利用效率，促进全社会节水工作开展，加快生态文明建设进程。

　　3.5、 建设“智慧水利”平台

　　建设智慧水利平台首要任务需要培养高层次科研技术人才，同时加强水文学、水资源学、水经济学、生态学、计算机网络等跨学科交流。未来需结合大数据、系统网络，构建完备的水利信息监测系统，实现水利信息实时监测自动化、水系统资料数据化；结合物联网、5G等现代技术手段，综合考虑经济社会发展等多重要素，耦合供水、需水、防洪等多重模块，基于云计算技术实现水资源实时调度、防汛减灾等，构建智能水利“模块集成系统”；将智慧水利与智慧城市相结合，构建智慧水利的“决策与服务体系”，实现管理信息化、决策智能化，达到水资源管理精细化，为水资源保护、利用和优化配置提供平台支撑[22]。

　　4 、结论

　　新时代习近平生态文明思想、“两山”理论以及黄河流域生态保护和高质量发展等发展理念和宏观国家战略为河南省水资源保护和利用提供了重要理论支持；河南省各级政府和相关主管部门系列文件为水资源保护和利用提供的政策依据和前沿关键技术支撑；二者共同为河南省水资源保护与利用创造了一个可期的战略机遇，而这些机遇和挑战需要更开放的思维、创新激情和务实努力。展望未来，水资源领域多学科前沿技术、管理体制和模式的持续创新应用将渗透到社会经济发展的各个角落，助力水资源保护和利用行业产业升级转型，开拓河南省区域经济高质量发展新局面。

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