健康水平衡構建與國土高質量保護利用戰略
高質量建設國家水網工程的思考與建議
作者信息 +
Thoughts and Suggestions on High-Quality Construction of National Water Network Project
- Xinqiang Niu 1, 2 ,
- Yongyan Wu 1, 2 ,
- Lei Wang 1, 2 ,
- Tianyou Yan 1, 2 ,
- Jianhe Li 1, 2
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摘要
實施國家水網重大工程，加快構建國家水網，對全面提升我國水安全保障水平，支撐經濟社會高質量發展具有重大戰略意義。本文從我國水安全形勢出發，論述了高質量建設國家水網工程的重大意義，以南水北調中線一期工程、引江補漢工程和渝西水資源配置工程為例，從規劃、建造、運行3個方面總結了國家水網重大工程的技術成果和實踐經驗；探討了高質量建設國家水網工程面臨的關鍵挑戰，提出了未來高質量建設國家水網工程的重點技術攻關方向，包括國家水網工程體系構建與功效評價、國家水網工程安全智能建造與運營維護、國家水網工程智能調控等。研究建議，加快推進南水北調后續工程建設，完善國家水網主骨架和大動脈；加快完善區域水網工程布局，支撐國家重大區域發展戰略建設；推進多網融合示范工程建設，提升工程綜合效益；推進重大水網工程全過程數字化建設，提升水網服務社會經濟發展能力，助力高質量建設國家水網工程，為保障我國未來水安全奠定基礎。
Abstract
Developing major projects concerning the national water network and shoring up the construction of the national water network has strategic significance in comprehensively improving China's capacity to guarantee its water security and supporting its high-quality economic and social development. This study first discusses the necessity and urgency of constructing national water network projects based on China's water security situation. Consequently, it summarizes the technical achievements and practical experience regarding the construction from the aspects of planning, construction, and operation, drawing from the examples of the first stage of the South-to-North Water Diversion Middle Route Project, the water diversion project from the Three Gorges Reservoir to the Hanjiang River, and the water resource allocation project in the west region of Chongqing. Moreover, it explores the challenges in the high-quality construction of national water network projects and proposes several key technological research directions, including the construction principles and effectiveness evaluation systems, intelligent construction and performance maintenance, and intelligent regulation of the national water network projects. Furthermore, the following suggestions are proposed to promote high-quality construction of national water network projects and to guarantee future water security: (1) accelerating the construction of the follow-up projects of the South-to-North Water Diversion Project to complete the main framework of the national water network, (2) optimizing the regional layout of the water network project to support China's major regional development strategies, (3) promoting the demonstration projects that integrate the development of water network with other networks so as to enhance comprehensive benefits, and (4) promoting the application of digital technologies throughout the entire process of the construction and enhancing the water network's ability to serve social and economic development.
關鍵詞
國家水網工程 / 水資源均衡配置 / 智能建造 / 智能調控 / 水安全保障
Keywords
national water network project / balanced allocation of water resources / intelligent construction / intelligent regulation / water security guarantee
引用本文
導出引用
一 前言
水安全是國家安全的重要組成部分，關系到糧食安全、生態安全、能源安全、產業安全[1~3]，對促進社會穩定和經濟發展、保障居民幸福生活等具有重要意義。2023年，我國發布的《國家水網建設規劃綱要》提出，加快構建國家水網，建設現代化高質量水利基礎設施網絡，進一步增強水資源調控能力和供給能力，統籌解決水資源、水生態、水環境、水災害問題，在更高水平上保障國家水安全。
國家水網是具有復合功效、復雜結構的超大規模網絡系統，由天然河湖水系和水網工程體系組成[4]。按水網在水資源調配方面發揮的功能作用，國家水網工程體系可劃分為骨干水網工程和區域水網工程兩個層次。骨干水網工程主要解決國家水資源宏觀調控和流域防洪減災問題，重點指南水北調工程；區域水網工程主要解決區域性水安全保障問題，如引漢濟渭工程、引江濟淮工程、珠江三角洲水資源配置工程、渝西水資源配置工程、鄂北地區水資源配置工程等。我國已經建立起明晰的國家水網總體系統框架、分級實施路徑[5~8]，在不同層級水網方面因地制宜開展水網建設，積累了水網工程建設的實踐經驗[9~12]，為構建現代化國家水網奠定了基礎。當前，我國國家水網在水平衡健康評價、應對變化環境影響、水資源高效利用、智慧管理等方面[16~18]仍有較大提升空間和諸多關鍵技術挑戰，迫切需要從國家水網的整體視角出發，深入開展重大水網工程建設研究，提升水網工程體系的整體效能。
實施國家水網重大工程是完善國家水網總體格局的根本措施，也是推動新階段水利高質量發展、經濟體系優化升級的重要手段。本文從我國基本水情特征和經濟社會發展需求出發，剖析高質量建設國家水網工程的重大意義；以骨干水網工程中的南水北調中線一期工程、引江補漢工程以及區域水網工程中的渝西水資源配置工程為例，從規劃、建造、運行3個方面，總結國家水網重大工程技術成果和實踐經驗，分析高質量建設國家水網工程面臨的主要挑戰，提出建設國家水網重大工程的重點攻關方向和發展建議，為新形勢下國家水網工程體系的科學構建提供參考。
二 高質量建設國家水網工程的重大意義
（一） 緩解水資源時空分布不均，實現系統均衡
我國水資源短缺且時空分布極不均勻，與經濟社會發展格局不匹配。全國近70%的城市群、90%以上的能源基地、60%以上的糧食主產區位于水資源緊缺地區。北方地區以全國19%的水資源量支撐了46%的人口、64%的耕地和45%的經濟總量。我國地表水水資源開發利用程度已達42%，其中，海河流域和黃河流域的地表水水資源開發利用程度甚至超過了70%。近年來，受氣候變化與人類活動等影響，我國水資源演變形勢愈加復雜[19~21]，如東北沿黃渤海諸河，黃河中游的北洛河，海河區的灤河、大清河、滏陽河等流域水資源總量減少了20%以上，局部水資源供需緊張形勢更加嚴峻。我國南方地區水資源總量較為豐富，但干旱依然頻發。1991—2020年，西南地區南部、江南地區南部、華南地區東部等的干旱情況呈增強趨勢[22]；2021年，東南沿海地區的旱情持續時間長，廣東省、福建省的部分城鎮被迫采取限時、限量、限壓等應急供水措施[23]；2022年，長江流域、珠江流域、太湖流域等豐水地區的氣象水文干旱嚴重，尤其是長江流域在汛期發生極端干旱，多達10個省份的人畜飲用水、農業灌溉用水受到影響，長江航道航運承載能力減少近20%[24]。我國因干旱造成的年均直接經濟損失超過1000億元[25]。我國水資源時空分布不均、水資源短缺等問題將降低居民生活質量，限制地方工農業生產，制約區域協同發展戰略的實施[26~28]，迫切需要高質量建設國家水網工程，促進水資源分布與人口經濟布局、國土資源格局相匹配[29]，全面提升水資源安全保障能力。
（二） 解決生態環境累積欠賬，實現綠色發展
我國北方地區的地表水資源匱乏，過去長期通過超采地下水、擠占生態環境用水等方式來支撐社會經濟發展，造成水生態環境的歷史欠賬多，區域水生態環境保護和修復壓力大。根據第三次全國水資源評價結果，我國北方地區的地下水超采量超過1.86×1010 m3。華北平原地區已形成規模巨大的地下水位降落漏斗，且近年來局部存在漏斗范圍擴大等問題[30]；東北平原作為我國重要的商品糧基地，近20年來地下水開采量有所增加，已引發土地荒漠化、鹽漬化等生態環境問題[31]。
生態流量是維持河湖生態系統健康的基本要求之一[32]。然而，目前我國河道內生態流量占比低于40%的河流流域面積約占國土總面積的21.6%，主要位于海河、遼河、西北諸河等流域。據調查統計，1980年以來，在流域面積為1000 km2及以上的天然常年有水河流中，有169條河流發生過斷流，斷流總長度約為1.2×104 km，占相應河流總長度的24%。在生態文明建設的推動下，我國迫切需要進一步完善國家水網工程建設，加強水系連通，有序實施河湖生態補水、地下水回補等，解決生態環境的累積性、長期性欠賬問題，同時防控潛在的生態風險。
（三） 全面提升水安全風險防控能力，以更高標準筑牢國家安全屏障
當前，受全球氣候變化和人類活動的影響，水災害呈現突發性、極端性、反常性愈加明顯的特征[33]，迫切需要全面提升水安全風險防控能力，筑牢國家安全屏障。2021年鄭州市發生的特大暴雨事件、2023年海河流域發生的流域性特大洪水等均嚴重威脅到南水北調中線工程向京津冀地區的供水安全。在大江大河流域防洪體系基本建成的背景下，我國重要城市群在應對極端降水事件方面，仍然存在工程體系短板、現有標準體系不完善、管理能力待提高等問題，亟需通過高質量建設國家水網工程，構建更高標準、更強韌性的水安全保障體系，為中國式現代化發展提供堅實支撐。
三 國家水網工程建設的代表性技術成果
目前，我國國家水網工程建設取得顯著成效，已建成世界上規模范圍最大、受益人口最多的水利基礎設施體系。本文以南水北調中線一期工程、引江補漢工程、渝西水資源配置工程為例，總結國家水網工程在規劃、建造、運行方面的代表性技術成果。
（一） 南水北調中線一期工程
南水北調工程是國家水網的主骨架和大動脈，是實現我國水資源優化配置的重大戰略性基礎工程。2002年批復的《南水北調工程總體規劃》中提到，到2050年，南水北調工程多年平均調水量將為4.48×1010 m3，其中東線、中線、西線工程的調水規模分別為1.48×1010 m3、1.3×1010 m3和1.7×1010 m3[34]。目前，南水北調中線一期工程已建成通水10年，為沿線26座大中城市、200多個縣（市、區）經濟社會高質量發展提供了有力的水資源支撐和水安全保障，直接受益人口達1.14×108人。在工程實踐過程中，南水北調中線一期工程采用了多流域復合調水系統的水資源統籌配置方法、工程運行全過程多目標精細化調控技術，攻克了工程在不同時空范圍的配水和輸水難題，有效支撐了工程效益的發揮。
1 多流域復合調水系統的水資源統籌配置方法
南水北調中線一期工程由水源工程、輸水工程、漢江中下游治理工程3個部分組成。在工程規劃階段，重點研究了從漢江丹江口水庫調水和從長江調水兩類水源方案。經過生態、技術、經濟等方面的綜合比選，研究提出了近期引漢、遠期引江的水源工程布局，即近期從大壩加高后的丹江口水庫引水；遠期根據漢江流域經濟社會發展狀況、水資源利用程度以及華北平原水資源短缺形勢，相機實施從三峽水庫引水的南水北調中線后續水源工程。當前，南水北調中線一期工程從丹江口水庫陶岔引水，以城市生活、工業供水為主，適當兼顧生態與農業用水，多年平均北調水量為9.5×109 m3；既滿足了不同水平年的供水需求，也滿足水源區可調水量的限制要求，兼顧了水源區生態安全的水資源需求。
為降低工程調水對漢江中下游產生的不利影響，南水北調中線一期工程的研究人員分析了漢江中下游水資源利用特點和河流水動力特性，耦合不同河段的河道外社會經濟用水需求、河道內生態航運用水需求等，基于水量平衡原理構建了漢江中下游水資源利用的多目標優化決策模型，提出了“蓄補相濟”的水資源調控策略，建立了長江反補漢江的江湖聯調方法；通過“以干補支”方式，活化區域水系，在進一步增加丹江口水庫外調水量的同時，實現了漢江中下游供水、生態、航運、防洪等多目標的聯合調控，有效支撐了興隆水利樞紐、引江濟漢工程、部分閘站改造及局部航道整治4項治理工程的實施。
2 工程運行全過程多目標精細化調控技術
南水北調中線一期工程的科學調度是充分發揮漢江流域優質水資源效益、提高北調水對京津冀地區等受水區供水保障能力的核心。南水北調中線一期工程總干渠自陶岔渠首引水至北京團城湖，線路總長度為1432 km，沿線布置的輸水建筑物有159座、控制建筑物有295座，其中分水口有97座、節制閘63座、泵站1座。工程具有水源供水目標多，輸水總干渠無調蓄、控制嚴、滯后明顯等特點，現階段全天候輸水且運行工況復雜多變，調度安全保障難度極大。為此，研究人員研發了南水北調中線一期工程從水量調度分配到工程運行控制的全過程調度方式，實現了水量精確、精準調度和工程輸水安全保障。① 通過統籌防洪與興利、流域與工程、水源與用戶的關系（見圖1），以丹江口水源水庫為關鍵節點，建立了漢江流域 ‒ 丹江口水源水庫 ‒ 中線總干渠 ‒ 分水口 ‒ 用戶的多對象調度機制，研發了水量多目標調度模型，在漢江來水豐枯變化大、用戶對供水保障要求高的復雜供水形勢下，實現南水北調中線一期工程年度、月度等不同時間尺度的水量精細化分配。② 考慮用戶的多樣化需求，確定了閘前目標區間水位控制的運行方式，形成了復雜輸水系統水力模擬與運行調度理論，研發了南水北調中線一期工程總干渠自動控制模型，構建了工程水量調度系統，解決了閘群精準調控的關鍵技術難題，實現了工程實時自動化調度和水資源高效利用，有效保障了受水區供水安全和工程輸水運行安全。
（二） 引江補漢工程
引江補漢工程于2022年7月開始建設，從長江三峽庫區引水入漢江，可以提高漢江流域的水資源調配能力，增加南水北調中線工程的北調水量，并為引漢濟渭工程達到遠期調水規模、向工程輸水線路沿線地區城鄉生活和工業補水創造條件。引江補漢工程隧洞穿越地質構造背景復雜的山嶺地區，具有超長深埋、地質復雜、超大斷面、有壓輸水的特點，工程建造面臨重大技術挑戰。為此，工程人員研發了大埋深軟巖隧洞圍巖 ‒ 支護體系安全控制技術、隧洞突泥涌水災害防控技術、過活動斷裂帶隧洞結構適應性技術等深埋長大輸水隧洞地質災害防控成套技術，有效支撐了工程安全建造。
1 大埋深軟巖隧洞圍巖 ‒ 支護體系安全控制技術
在引江補漢工程建設過程中，工程人員基于隧洞圍巖 ‒ 支護協同承載理論和工程實踐經驗，對鉆爆法和敞開式隧道掘進機（TBM）施工的極嚴重變形洞段，設置全封閉雙層初期支護；第一層初期支護采用讓壓拱架+預應力讓壓錨索等讓壓支護體系，允許圍巖適度變形，以降低支護結構承受的荷載；并擇機增設第二層箱型混凝土加強型拱架支護，提高被動支護強度。護盾式TBM采用“預應力錨索+高強管片”措施（見圖2），以解決隧洞開挖營建過程中的巖大變形工程難題。
2 高壓富水斷層隧洞突泥涌水防控技術
在引江補漢工程建設過程中，工程人員針對隧洞突泥涌水問題，提出地表灌漿和洞內灌漿、常規超前灌漿和定向鉆灌漿相結合的綜合處理方案，降低了工程安全、工期和投資風險。研發的地表定向鉆“低壓成孔灌漿+高壓加固灌漿”的兩階段灌漿新工藝，解決了高壓富水斷層中傳統定向鉆灌漿工藝灌漿阻塞和升壓的技術難題。研發的適用于軟巖破碎帶的泄水減壓裝置（見圖3），解決了破碎帶排水孔易塌孔、反濾土工布易淤堵、反濾性能下降快等問題，整體反濾效果和排水量可顯著提升。
3 過活動斷裂帶隧洞結構適應性技術
針對輸水隧洞過活動斷裂帶，工程人員提出了適應斷裂帶錯斷工程特性的“區域 ‒ 工程”跨尺度評價技術，獲得了活動斷裂帶的空間展布、分帶特性、位錯特征等基本工程設計要素；研制了高應力區域隧洞跨活動斷裂物理試驗裝置，剖析了跨活斷裂隧洞變形破壞機制；提出了“緩沖+鉸接”新型抗錯斷結構及其設計參數優化方法，解決了隧洞結構抗錯斷設計中缺少定量依據的難題，為穿越活斷裂帶輸水隧洞的安全建造提供了重要技術支撐。
（三） 渝西水資源配置工程
渝西地區位于成渝雙城經濟圈主軸線上，是重慶市新增產業和人口的重要聚集區域。渝西水資源配置工程所在區域受地理環境制約，自產水資源短缺，天然河流大多源短流小、生態脆弱，水資源開發利用的難度大、成本高；原有取水水源分散，輸配水網絡復雜，當地雖已“建蓄引提”了各種規模水源工程多達46 837處，但僅有大型水庫1座、中型水庫17座，遠不能滿足當地經濟社會發展需求。渝西水資源配置工程是納入國家“十四五”規劃綱要的重大水利工程，于2020年12月開工建設，從長江、嘉陵江提水，向重慶市西部的11個區縣供水，是重慶市歷史上投資最大、涉及面最廣、受益人口最多的大型調水工程。渝西水資源配置工程通過創新水資源配置理念和工程運用方案，有效支撐了工程規劃實施。
1 “以干補支、江庫互濟”的水資源配置理念
渝西周邊即為長江、嘉陵江、涪江，多年平均過境水資源總量達3.281×1011 m3。工程人員在規劃渝西水資源配置工程的過程中，轉變過去以新建水庫為主來開發利用區內自產水資源的思路，提出了充分利用區域過境水資源豐富的優勢，新建長江、嘉陵江骨干提水工程，配合當地水庫調蓄以解決生活工業用水的方案，將受水區當地水資源優先用于滿足生態環境用水，通過水量置換實現“以干補支”，破解渝西地區工程性缺水難題，支撐區域綠色發展。
2 “兩江互備、新老結合”的多水源運用技術方案
考慮渝西地區被長江、嘉陵江兩江環繞的地理特點，通過原水管道連通，實現“兩江互備”；新建圣中調蓄水庫作為應急水源，兼顧沉沙和生態調度，改善工程布置條件。新建水源泵站工程在布局時，綜合考慮長江航道的遠期航運要求、自然環境、水文條件、泥沙淤積、穿越鐵路交叉建筑物、銜接圣中水庫等因素，保證了工程設計安全、運營維護方便。統籌長江、嘉陵江等域外水源，新建提水工程以及受水區當地已建、在建、已規劃的各類水源工程等要素，構建了多水源、多用戶拓撲網絡架構（見圖4），建立了水資源聯合配置模型，對1960—2016年水文系列進行長系列水資源調節計算，最終確定了工程年供水量為1.012×109 m3，在全面保障區域供水安全的同時，兼顧了工程方案的經濟合理性。
四 高質量建設國家水網工程面臨的挑戰
（一） 如何科學有效地發揮國家水網工程綜合效益
國家水網工程體系覆蓋全國、流域、省、市、縣等不同空間尺度，涉及水資源系統、經濟社會系統、糧食生產系統、生態環境系統、能源生產系統、交通運輸系統之間的復雜耦合關系，具有防洪、供水、生態、航運、發電、文化等多功能特征（見圖5），工程影響巨大且深遠。目前，國家水網工程體系的頂層設計仍有待完善；水資源、水生態環境、航運、能源等用水保障間的協調仍存在不足，亟需完善相關基礎理論研究，科學優化國家水網工程體系總體布局，更加有效應對水安全風險，實現水網的經濟、社會、生態、安全效益相統一。此外，在重大水網工程決策方面，尚缺乏科學確定國家水網工程的功能定位、工程規模和布局，以及評價工程全生命周期的社會經濟效益和工程建設的長遠生態環境影響的通用理論方法。例如，當前南水北調西線工程眾多比選方案的路線、規模、影響差異顯著[35,36]，工程建設方案久議難決。因此，亟需進一步創新水網工程規劃理論、相關標準和評價體系，支撐南水北調后續工程等重大水網工程的實施。
（二） 如何實現國家重大水網工程安全智能建造
我國地形地貌復雜多樣，氣候特征的區域性差異明顯。目前，重大水網工程布局逐漸由東部平原、丘陵地區向西部高寒、高海拔地區發展，面臨著“高地震烈度、高斷層活動性、高地應力、高地溫、高外水、高危氣體”的難題。例如，南水北調西線工程輸水線路位于西南構造板塊活動區，最大埋深超2000 m；引江補漢工程輸水隧洞跨兩個一級構造單元，隧洞穿越軟質巖總長度占比約為25%，斷層規模大、數量多，主洞穿越區域性深大斷裂7條[37]，工程安全建造難度極大。目前，長大深埋輸水隧洞的有關理論研究滯后于工程實踐需求。工程建造面臨的多場非平衡演化與重構機制認識尚不清晰，工程設計未有效融合圍巖 ‒ 支護體系的長期性能演化機制，不足以支撐服役期內結構安全保障和使用功能發揮�，F有施工技術與裝備應對各種復雜條件的適應性不足，綠色化、智能化程度偏低。亟待完善復雜地貌和地質條件下的重大水網工程安全設計理論，突破工程全生命周期安全建造技術及綠色智能建造裝備。
（三） 如何實現國家水網工程的智慧調度
重大水網工程通常具有跨流域、跨區域的特點，工程規模大、覆蓋范圍廣、調控節點多，涉及不同的利益主體，同時需要兼顧防洪、供水、灌溉、生態、發電、航運等多種需求。提升水網工程的調度管理智能化水平是充分發揮水網綜合效益、實現智慧發展的基礎。目前，國家水網工程的智慧化調度管理受監測數據精確度、專業模型理想概化等因素限制[38]，工程精準調控能力不足，關鍵環節經常需要人工干預，存在調度效率不高、經濟性不佳等問題。水網工程聯成網后，內部耦合關系更復雜，外部影響因素更多、不確定性增強，調度難度將成倍增加，亟需創新超大范圍水網工程系統多要素變化過程的高效模擬方法，突破跨流域的水網工程系統協同調度、水網工程實時智能控制技術，為國家水網工程的安全運行、效益發揮提供有力支撐。
五 高質量建設國家水網工程的重點技術攻關方向
（一） 國家水網工程的體系構建與功效評價
面向高質量建設國家水網工程的重大需求，需深化應用基礎研究，開展關鍵核心技術攻關。針對國家重大水網工程的規劃決策問題，亟需開展水資源時空均衡理論與優化配置方法、水網工程多層級互饋機理與結構體系構建、水網工程收益 ‒ 風險評價與經濟論證模式3個方面的研究，為南水北調后續工程等重大水網工程項目實施提供科學依據，為國家水網工程的總體布局優化奠定堅實基礎。
1 水資源時空均衡理論與優化配置方法
基于全國水資源、水生態環境的長期演變規律及未來趨勢，研究符合氣候地理、生態環境和經濟社發展的水平衡條件及可調水量閾值，支撐戰略水源的開發利用；研究全國不同區域國民經濟和社會高質量發展、生態環境功能維持對水資源需求的定量化表達方法與標準；研究水資源與糧食安全、生態安全、能源安全等的聯動機制；構建基于韌性提升的水資源優化配置理論，支撐國家水網工程體系優化。
2 水網工程多層級互饋機理與結構體系構建
基于全國水平衡狀態和水網“水量 ‒ 水質 ‒ 水位”的空間特征，研究自然水網與人工水網的耦合機理，探討水網工程供水、防洪、生態、航運等多功能目標的互饋關系；研究區域 ‒ 流域 ‒ 國家各層級水網的協同作用機制，提出多層級水網工程體系的空間架構方法，為國家水網工程整體功能最大化提供實現路徑。
3 水網工程收益 ‒ 風險評價與經濟論證模式
結合重大水網工程的功能定位和目標要求，綜合考慮直接效益和間接效益，建立包含生態環境、社會、健康價值等評價因素的經濟評價理論及評價體系。研究水網工程收益 ‒ 風險的長期漲落關系，建立水網工程功效綜合評價方法，提出基于水網工程損益影響和轉移模式分析的補償措施，支撐重大水網工程的科學決策。
（二） 國家水網工程的安全智能建造與運營維護
針對高寒、高海拔、高地震烈度等復雜地質環境下的國家水網工程建造與運營維護問題，亟需開展復雜地質環境下水網工程災變機制與設計理論、水網工程智能建造關鍵技術與裝備、水網工程智能運營維護與效能提升3個方面的研究，為南水北調西線等重大水網工程建造及工程服役性能維護提供理論技術和裝備支撐。
1 復雜地質環境下水網工程災變機制與設計理論
未來水網工程將更多地分布于西部地區高寒、高海拔、高地震烈度等復雜地質環境下，建設條件趨于復雜，在工程技術、環境保護、征地移民等方面需開展重大問題研究（見圖6）。在國家水網工程規劃和建設時，需進一步探究強震區的地震特性及作用機制，創新超高壩結構設計理論方法，研發提升結構抗震能力的高性能材料，完善高壩極限抗震能力評價方法和抗震措施；建立深厚覆蓋層筑壩的壩基安全控制理論，研發防滲系統智能施工方法與裝備；完善水源工程開發的環境影響減緩措施和征地移民影響應對策略。
輸水工程在穿越高山峽谷地區時，面臨高海拔、高烈度、高應力、高外水、高地溫等復雜地質環境問題，亟待研究深埋長輸水隧洞工程地質災害（如涌水突泥、軟巖大變形、巖爆、高外水壓力、高地溫、活動斷裂蠕滑、有毒有害氣體等）孕災機制與防控技術、多場耦合作用機制與模擬方法；研究長期服役條件下水網工程的變形及破壞機理，完善水網工程結構安全評估理論與結構設計方法，研發高架大跨度輸水工程的新型結構體系及抗震減震技術等，填補相關技術領域的設計方法和規范空白。
2 水網工程智能建造關鍵技術與裝備
研發復雜地質環境下水網工程安全高效建造的針對性裝備與智能管控技術，提升重大裝備對復雜環境下的施工適應性，推進水網工程智能建造領域的施工技術及裝備創新。先期重點開展超大直徑多功能、多模式TBM集群施工技術及裝備研究，提出復雜地質條件下超大直徑TBM集群針對性選型理論與功能配置方法，構建TBM智能掘進及不良地質體超前應對設備搭載技術，以克服超大直徑TBM施工過程中面臨的諸多不確定因素，支撐重大水網工程智能化建設。
3 水網工程智能運營維護與效能提升
研究國家水網工程長期服役條件下的性能演變機理，研發水網工程提質增效的新技術、新材料、新裝備并開展工程應用；研發水網工程在不斷水條件下的綠色養護技術與智能運營維護裝備，突破深埋長隧洞智能巡檢技術及裝備，推動水網工程運營維護水平提升和效能長效發揮。
（三） 國家水網工程的智能調控
在國家水網工程的調度管理方面，亟需開展水網工程系統復雜調控過程的高效精準仿真、基于多目標協同的水網工程系統實時調度、國家水網工程智慧調度平臺3個方面的研究，為國家水網工程的精準高效調度與調度管理智能化水平提升提供有力支撐。
1 水網工程系統復雜調控過程的高效精準仿真
考慮水動力 ‒ 水生態環境耦合機理，研究多層級水網工程系統的多要素精細化模擬方法，研究基于人工智能技術的復雜調控過程高效推演及溯源分析，揭示人工調控下的不同層級水網工程響應規律，為水網工程科學調度和決策提供智慧化仿真手段。
2 基于多目標協同的水網工程系統實時調度
研究國家水網工程體系整體效益最大化的調度規則，研發耦合預報的水網工程群協同優化調度技術，建立高度不確定條件下的水網工程精準控制理論和實時控制模型，提出兼顧多主體利益的安全、高效、經濟的調度方案，助力水網工程的運行調度效率和效益提升。
3 國家水網工程智慧調度平臺
融合物聯網、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等先進信息技術手段，研究國家水網工程的新型感知體系建設方案；研究國家水網工程涉及的海量信息高效存儲與傳輸方法、信息安全共享機制，研發通用化的國家水網工程數字孿生平臺敏捷搭建技術，構建基于知識圖譜的智能調度管理模型庫，創建自主可控的國家水網工程智慧調度平臺，實現調度管理水平的跨越式發展。
六 高質量建設國家水網工程的建議
（一） 加快推進南水北調后續工程建設，完善國家水網主骨架和大動脈
基于2050年甚至更長遠時間尺度，結合水資源供需態勢演變趨勢、經濟社會高質量發展要求等，謀劃南水北調工程頂層布局，完善工程功能定位和規模，從全國層面統籌優化調配水資源，以保障國家糧食安全、能源安全、生態安全等。加快推進南水北調中線一期工程總干渠挖潛工程實施；啟動南水北調中線后續水源工程方案研究，同步推進中線總干渠擴能工程的前期工作，充分發揮三峽水庫、丹江口水庫的國家戰略水源作用，解決華北平原及西北內陸地區的長遠水資源需求問題，為南水北調工程全面保障國家水安全創造條件。
（二） 加快完善區域水網工程布局，支撐國家重大區域發展戰略建設
聚焦京津冀、長江三角洲（長三角）、粵港澳大灣區、成渝地區的國家級城市群建設，加快完善區域水網工程體系，為國家重大區域發展戰略實施提供堅實的水安全保障。川渝毗鄰地區是成渝地區雙城經濟圈北翼振興的戰略支點，建議推進川渝東北一體化水資源配置工程的論證實施，以保障區域耕地灌溉和供水安全，進一步支撐成渝地區雙城經濟圈和國家戰略腹地建設。環太湖地區是長三角地區高質量發展的重要支撐和推動力量，建議加快推進長三角西水東調工程的相關前期工作，實現皖南浙北山區優質水資源的優水優用，提升區域內供水品質和應對突發性風險能力，支撐長三角一體化發展戰略實施。
（三） 推進多網融合示范工程建設，提升綜合效益
統籌考慮防洪、供水、灌溉、生態、航運等功能，推進多網融合示范工程建設，實現水網融合發展。加強平陸運河工程的重大技術研究，高質量推進工程建設。強化平陸運河建設與經濟、資源、產業等多目標的協同發展，突破平陸運河江海聯運系統組織管理模式，充分發揮其作為西部陸海新通道骨干工程的綜合效益。加快推進荊漢運河生態航運工程的深化論證與實施，破解長江中游荊江河段礙航問題，充分發揮長江“黃金水道”在航運、水利、生態等方面的綜合效益，助力長江經濟帶發展戰略的實施。
（四） 推進重大水網工程全過程數字化建設，提升水網服務社會經濟發展能力
按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”要求，推進重大水網工程規劃 ‒ 建造 ‒ 運行全過程的數字化建設。充分利用云計算、物聯網、大數據、人工智能以及區塊鏈等信息技術，以落地應用為目標，深化水利專業模型和智能模型研發，為重大水網工程規劃、建造、管理提供前瞻性、科學性的決策支持。推進重大設備和設施的國產化替代，提升水網工程建造管理的自主可控水平。構建水網工程建設全過程數據資產的集約管理體系，深度挖掘數據的使用價值，為行業發展提供數據服務，為推動社會經濟發展提供水利新質生產力。
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基金
中國工程院咨詢項目“‘荊楚安瀾’現代水網發展戰略咨詢”(2023-DFZD-44); 國家自然科學基金項目(52394235)
