中國水利現(xiàn)代化和新水利理論的形成

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　　20世紀我國的水利建設是以“興利”、“除害”為目標，大量興建大壩、堤防、閘涵、渠道、機井等水利工程，以滿足防洪、發(fā)電、城市供水、灌溉、航運、水產等多方面的要求。但是大型水利工程的建設必然要改變流域水循環(huán)的狀況，出現(xiàn)了許多始料不及的問題。

　?。ㄒ唬┝饔蛩h(huán)的短路化

　　流域水循環(huán)的短路化是指由于水利工程的大量建設使流域水循環(huán)的時間過程加快的現(xiàn)象。在自然狀態(tài)下，流域內的降雨在落到地面后，一部分經過地表產匯流的過程匯入河道，再流入湖泊和海洋，另一部分滲入地下，通過滲流緩緩地回歸河道，形成河流的基流，整個流域的水循環(huán)時間過程較長，河流的基流分布較均勻，地下水位保持正常水平。但是，大量堤防和水庫建成后，降雨迅速匯入河道，其水量大部分被貯存在水庫內，河道內的匯流又因為河道的疏浚和堤防的修建而快速地排入大海，流域的水循環(huán)時間過程加快。

　?。ǘ┝饔蛩h(huán)的絕緣化

　　河流的廣大中下游平原地區(qū)大多是河流泛濫形成的沖積平原，河流的洪水泛濫過程不僅是一個災害的形成過程，也是一個形成沖積平原的生態(tài)過程。河流洪水的泛濫給廣闊的洪泛區(qū)帶來水資源、土沙、肥料、物種、魚類餌料，并沖洗河流和土壤的污染，維持流域的特有生態(tài)系統(tǒng)，因而洪水的泛濫過程也是一個生態(tài)過程。但是，由于河流防洪工程體系的建設，河流不再泛濫，洪泛區(qū)的水循環(huán)與河流的水循環(huán)無關，稱之為絕緣化。洪泛區(qū)水循環(huán)的絕緣化不僅杜絕了洪水災害，同時也中斷了洪泛區(qū)的生態(tài)過程，使廣大洪泛區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)難以維持。

　　（三）流域生態(tài)系統(tǒng)的孤立化

　　生態(tài)系統(tǒng)是連續(xù)的，起源于水域的生態(tài)系統(tǒng)由水生物、兩棲生物、陸地小動物、陸地大型動物等形成一個連續(xù)的流域生態(tài)系統(tǒng)，通過食物鏈關系維持流域生態(tài)系統(tǒng)的平衡。但是，水庫的建設破壞了河流的連續(xù)性，堤防的建設破壞了水陸的連續(xù)性，使大量濕地消失。同時，陸地渠道、公路、鐵路等大型連續(xù)性工程的建設也割斷了流域生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性，流域內的動物難以自由移動覓食，生物通道被阻隔，連續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)被分割成一個個孤立的區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈被破壞，生態(tài)系統(tǒng)難于保持平衡。

　　二、流域的生態(tài)狀況惡化

　　由于流域水循環(huán)狀況的惡化，必然導致流域生態(tài)系統(tǒng)的惡化，主要表現(xiàn)在：

　?。ㄒ唬┝饔虻娜斯せ?/p>

　　由于流域內人類的活動，自然狀態(tài)的流域將逐漸人工化。沒有受到人類干擾的自然狀態(tài)的流域，在接受降雨后，大部分雨水滲入地下，以滲流的方式回歸河道，而人工化的流域將隨其人工化的程度的擴大，地表的產流比重不斷增加，地下滲流的比重不斷減少。目前經濟活動發(fā)達的流域根據(jù)人類活動的干擾程度，大致可以分為人工化、半人工化、自然狀態(tài)三種類型的區(qū)域。

　　自然狀態(tài)的區(qū)域是指基本沒有受到人類活動干擾的區(qū)域，其基本植被狀況尚保持較原始的狀態(tài)，比如目前國家所設置的各類自然保護區(qū)，自然環(huán)境基本沒有受到人類活動干擾。盡管如此，這類區(qū)域的規(guī)模也大大縮小，生物通道受阻，加之受大氣環(huán)境、水環(huán)境變化的影響，生態(tài)環(huán)境也在日趨惡化。

　　半人工化的區(qū)域主要是指廣大農業(yè)地區(qū)，這里由于長期的人類農業(yè)活動所形成的人工生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)共存，相互交織。這里既保存有較多的野生動植物資源，也有大量被人工馴化或培育的動植物資源，雜交物種和變異物種較多。

　　人工化的區(qū)域主要是指城市地區(qū)，這里受到人類活動的強烈干擾，流域的自然地理特征改變較多，遍布的人工建筑物使生態(tài)環(huán)境發(fā)生徹底變化，自然生態(tài)系統(tǒng)近于絕跡，被稱為“生態(tài)沙漠”。

　　對于人類社會的可持續(xù)發(fā)展來說，這三類地區(qū)都具有重要的意義。人工化的區(qū)域推進人類文明、高新科學技術的發(fā)展；半人工化的區(qū)域為人類提供大量的食物和其他資源；自然區(qū)域為人類提供良好的生態(tài)環(huán)境和保存大量的物種資源。但是，如果不能控制社會的發(fā)展規(guī)模，就可能使三者之間喪失平衡，造成生態(tài)環(huán)境不斷惡化，難以保持社會可持續(xù)發(fā)展的基礎。

　?。ǘ┝饔虻倪B續(xù)性被破壞

　　流域是一個連續(xù)的整體，保證了流域生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)和完整。流域的連續(xù)性表現(xiàn)在流域內水域的連續(xù)性，包括地表水和地下水的連續(xù)性、水域和陸域的連續(xù)性、陸域的連續(xù)性等。但是，大規(guī)模的人類活動造成了流域連續(xù)性的破壞。

　　1、水域連續(xù)性的破壞

　　在水域內大量興建水利工程，使水域連續(xù)性遭到破壞，如大壩建設使水流的連續(xù)性、河床的連續(xù)性、水生態(tài)的連續(xù)性被破壞；由于河流中上游大量蓄水造成下游河道斷流，河流的連續(xù)性及生態(tài)的連續(xù)性被徹底破壞。

　　2、地表水和地下水連續(xù)性的破壞

　　在自然條件下，在非干旱區(qū)域內地表水和地下水是連續(xù)的，由于地下水位較高，通過毛細作用可以保持地表的濕潤，地表水也可以通過正常滲透補充地下水。但是由于人工大量超采地下水，造成大面積的深埋地下水漏斗，使地表水與地下水失去連續(xù)性，地表土壤干裂，地表植被受到嚴重的破壞。

　　3、水域和陸域連續(xù)性的破壞：水域和陸域是連續(xù)的，在水域和陸域之間存在有過渡帶，即水位漲落的區(qū)間，即自然狀態(tài)下的灘地和濕地，總體上形成了水域——濕地——陸地的連續(xù)形式。水域和陸域的連續(xù)性保證了水、陸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性和生物通道，即水生物——兩棲生物——陸地動物的連續(xù)通道。但是，由于堤防建設使?jié)竦叵А⑺蚝完懹虻倪B續(xù)性破壞。

　　4、陸域連續(xù)性的破壞：在自然狀態(tài)下，陸地形態(tài)和陸地生態(tài)系統(tǒng)也是連續(xù)的，即平原——丘陵——山地的連續(xù)過渡。生態(tài)系統(tǒng)也由陸地小動物——陸地大動物，由平原生態(tài)系統(tǒng)過渡到山地生態(tài)系統(tǒng)。但是由于渠道、高速公路、鐵道等大量建設，陸域連續(xù)性破壞，生物通道受阻。

　　流域連續(xù)性破壞受害最大的是流域生態(tài)系統(tǒng)，流域內的各類生態(tài)系統(tǒng)本來是通過交流，形成網狀的食物鏈關系，維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。流域的連續(xù)性遭到破壞后，生物通道受阻，食物鏈無法維持，將導致大量物種的滅絕。

　?。ㄈ┵Y源的開發(fā)速度超過再生速度

　　流域的可持續(xù)發(fā)展需要資源條件作為支持，對流域的資源可以從兩個角度去認識，即資源是否可替代？是否可再生？

　　流域的資源有可替代資源和不可替代資源，當可替代資源不足時可以尋求其他替代資源，不可替代資源不足時就只有從其他流域輸入。

　　流域的資源又有可再生資源和不可再生資源，可再生資源可以重復利用，但是利用速度不能超過其再生速度。不可再生資源伴隨開發(fā)利用總會趨于枯竭。

　　在流域的可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃中，要充分做好流域的資源開發(fā)利用規(guī)劃，對可再生資源的利用盡量將利用速度控制在不超過再生速度的范圍內；對不可再生資源的利用，要考慮資源枯竭后的替代資源開發(fā)，必須從其他流域輸入時，要考慮可持續(xù)性和經濟的合理性。

　　在各類資源中，必須對水資源的開發(fā)給予非常的重視。水資源是可再生的資源，而且水資源同時具有資源、環(huán)境、生態(tài)三種功能，沒有任何一種資源可以替代水資源。流域水資源不足不僅影響流域的經濟發(fā)展，影響人類生活，而且還要影響到流域的環(huán)境質量和生態(tài)狀況。

　　目前我國的北方流域普遍存在水資源不足的威脅，流域內的水資源開發(fā)利用速度大幅度超過水資源的再生速度，要靠大量超采地下水來維持社會發(fā)展，造成地下水位嚴重下降。進而引起地面沉降、地表植被枯萎、生態(tài)系統(tǒng)難以維持。

　?。ㄋ模┪廴疚锱欧帕砍^流域自凈能力

　　流域的氣、水、土圈對一些污染物可以通過物理、化學、生物等作用，使其降解，對污染物具有一定的凈化能力。但是，在很多流域，或流域的某些地區(qū)，污染物的排放量已經大大超過流域或地區(qū)的凈化能力，造成流域內總體環(huán)境質量的持續(xù)下降，流域環(huán)境總體質量下降又導致流域凈化能力的下降，使流域的環(huán)境狀況陷入惡性循環(huán)。環(huán)境總體質量的下降也必然使流域的生態(tài)系統(tǒng)賴以存在的環(huán)境趨于惡化。

　　特別是在近代化學合成工業(yè)的發(fā)展，高分子化合物制品大量生產和使用，有些合成物是很難分解的，成為流域物質循環(huán)的垃圾和環(huán)境的有害物，這種物質在流域內大量積累，將使流域的物質循環(huán)出現(xiàn)障礙。這些垃圾時常被大型動物吞食，導致死亡。

　?。ㄎ澹┥锓N的滅絕速度超過新生速度

　　在自然狀態(tài)下，地球上的物種的滅絕速度和新生速度大致相同，差不多每年20余種，這樣能夠保持物種總量的基本平衡。但是，由于人類活動的影響，如大量捕殺、棲息地的破壞、生物通道的阻斷、環(huán)境質量的惡化等原因，生物種的滅絕速度大大加快。據(jù)估計，近200年來存在于地球的物種總數(shù)已經由300萬種減少為大約150萬種。物種的新生速度沒有增加，而物種的滅絕速度卻加快了1000倍，通過食物鏈的關系，一個物種滅絕可影響到數(shù)十種生物的生存，生物滅絕速度的加快可能導致生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。因此，保護生物多樣性已經成為當前的重大課題。

　　三、流域內的社會難以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

　　流域內生態(tài)狀況的惡化表明了一個事實，流域已經難以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展的基本內涵是實現(xiàn)流域內人口、經濟、資源、環(huán)境、生態(tài)的協(xié)調發(fā)展，即流域內的社會要根據(jù)資源條件、環(huán)境容量、生態(tài)系統(tǒng)狀況，制訂流域內的人口和經濟發(fā)展計劃?？沙掷m(xù)發(fā)展要達到兩個目標：經濟要發(fā)展、生態(tài)環(huán)境要改善。按目前的狀況，我國的流域幾乎都難以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)以海河流域為例，評估流域的可持續(xù)發(fā)展狀況。

　　海河流域由海河、灤河及徒駭馬頰河等水系組成。海河水系為主要水系，又可分為南系和北系。北系包括永定河、北三河（北運河、潮白河、薊運河）；南系包括大清河、子牙河、漳衛(wèi)南運河等。灤河位于流域東北部。徒駭馬頰河位于流域南部，毗鄰黃河。行政區(qū)包括北京、天津全部，河北省大部分，山西省東部，魯北、豫北地區(qū)和內蒙、遼寧一小部分?？偯娣e31.8萬km².其中平原面積12.84萬km²，占40%.流域內人口1.22億人。

　　（一）海河流域的水資源狀況

　　海河流域為我國水資源嚴重緊缺的地區(qū)之一，年間降水量539mm，陸面蒸發(fā)量470mm，多年平均水資源量只有370億m³，人均占有量307m³.但是流域內不包含生態(tài)需水量在內，需水量已達465.2億m³，年間缺水近100億m³.為了滿足社會發(fā)展的需求，依賴大量超采地下水，目前已累積超采地下水889億m³，深層地下水最大下降到地面以下105m，受害面積已達9萬km².

　　（二）不斷惡化的海河流域生態(tài)系統(tǒng)

　　海河流域水資源狀況的不斷惡化，造成流域生態(tài)系統(tǒng)的惡化，主要表現(xiàn)在：

　　1、地下水位下降引起流域內湖泊和濕地的萎縮，湖泊干枯，濕地面積也由解放初期的9000km²減少為目前的300km^2。

　　2、沿海地區(qū)海水入侵地下水，使地下水污染，并且難以恢復。目前受害面積已達27km^2。

　　3、入海水量減少84%，造成河口淤積、海岸侵蝕、鹽水上溯、兩岸地下水污染、回游魚類滅絕等生態(tài)環(huán)境的破壞。同時，由于河床干沽，床面外露，風沙為害嚴重。

　　4、流域內由于水資源不足，植被破壞，水土流失加劇，水土流失面積達10萬km^2。

　　5、流域內的年排污量達60.3億m³，而實際上流域的處理能力只有10%，使流域內10000km的河道有3/4遭到污染。

　　由海河的事例可知，流域內水資源不足，如果不采取有效措施改變目前的狀況，流域社會已經難以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

　　四、中國水利的現(xiàn)代化

　　由于水利事業(yè)對流域的水循環(huán)及流域的生態(tài)系統(tǒng)有重大影響，為了保證流域社會的可持續(xù)發(fā)展，必須更新水利理論，實現(xiàn)中國水利的現(xiàn)代化。

　　我國已經制訂了國家現(xiàn)代化的議程，中國將在2030年前后實現(xiàn)全國的現(xiàn)代化，而水利行業(yè)是國家的重要基礎產業(yè)，目前的狀況無法滿足國家現(xiàn)代化的需求，水利行業(yè)要率先實現(xiàn)現(xiàn)代化。為此，在2001年汪恕誠部長提出：中國水利要由傳統(tǒng)水利轉變?yōu)楝F(xiàn)代水利，轉變?yōu)橘Y源水利。

　?。ㄒ唬┙洕l(fā)達國家的水利發(fā)展過程

　　縱觀美國、日本、法國等世界經濟發(fā)達國家的水利發(fā)展過程，在不同的經濟發(fā)展階段，有不同的工作重點。

　　在1960年以前，各國的水利工作是以水資源開發(fā)為主，為了滿足經濟發(fā)展的需求，大規(guī)模地修建水庫、堤防、整治河道。是水利工程技術發(fā)展較快的時期。

　　進入60年代，由于經濟的發(fā)展，顯露水資源的不足，各國開始重視對水資源進行管理，注重發(fā)展節(jié)水技術，并且重視相關的法規(guī)建設。

　　在70年代，由于經濟發(fā)展造成河流的污染問題引起社會關注，反映在水利建設方面，社會對水資源保護的呼聲較大，對污染源進行控制，發(fā)展污水處理技術，修訂各類水質標準也自然成為各國水利工作的重要內容。

　　在80年代，經濟發(fā)達國家的水利建設先后轉入對水資源的綜合管理，即對河流水質、水量、環(huán)境、景觀等多方面的指標進行統(tǒng)一管理，以滿足社會對水利建設的多方面需求。對河道兩岸的空間管理也列入水利管理的內容之一，河流公園的建設發(fā)展較快。

　　進入90年代，伴隨可持續(xù)發(fā)展理論的深入，在水利建設方面也有許多新觀念產生，開始對傳統(tǒng)的水利建設理論進行反思。水利建設由傳統(tǒng)的以改造自然為目標轉變?yōu)橐匀怂椭C共處為目標，比較重視利用非工程措施協(xié)調人水關系，重視環(huán)境用水和生態(tài)用水。最具代表性的進步是水域生態(tài)修復理論和技術的提出，重新認識水利工程對生態(tài)環(huán)境產生的負面影響，并采取積極的措施進行修復。

　?。ǘ┧F(xiàn)代化與社會經濟的發(fā)展

　　發(fā)達國家水利建設內容的變化，是由于社會經濟的發(fā)展所推動。社會經濟發(fā)展的不同階段，社會對于水利行業(yè)的需求也不斷變化。

　　在經濟發(fā)展的初期，社會要求有一個基本的安全發(fā)展空間，保持社會的穩(wěn)定，首先要求防洪安全建設。水利建設的初期，多以大型防洪工程建設為主。

　　經濟的發(fā)展過程中用水需求的增加導致供水緊張，供水設施的建設是社會經濟發(fā)展初期的主要要求。

　　在防洪安全、供水問題基本解決后，社會經濟會有較快的發(fā)展，同時污染物的排放量大幅度增加，水系污染問題突出，在社會經濟發(fā)展的中期對水資源的保護問題將成為社會關注的焦點。

　　當社會經濟實力較強時，水系的污染問題可以得到解決，人們生活質量提高、假期增加，旅游業(yè)的發(fā)展要求水系周邊有優(yōu)美、舒適的休閑娛樂空間，以水邊景觀建設為主的水域周邊空間管理是社會經濟比較發(fā)達階段的水利工作重點。

　　在社會經濟進入發(fā)達階段時，人們將不再滿足水清、景美，而要求有更豐富多樣的生態(tài)系統(tǒng)，對水系的生態(tài)修復是社會經濟和文化發(fā)達的重要標志。

　　以上的論述說明水利建設內容的變化主要是受社會經濟發(fā)展的推動，在社會經濟發(fā)展的不同階段，水利建設的重點內容也有所不同。一般認為發(fā)達國家是在70年代完成經濟現(xiàn)代化的，水利事業(yè)作為社會經濟的一部分也實現(xiàn)了現(xiàn)代化。當時美國的經濟發(fā)展水平是：GDP約15000億美元，人均7000美元。日本的經濟發(fā)展水平是：GDP5000美元，人均4000美元。我們可以用亞洲國家的日本作比較，把人均GDP4000美元作為我國初步實現(xiàn)現(xiàn)代化的經濟指標。那么，我國的一些地區(qū)已經接近或達到了這一經濟指標。所以談論我國的現(xiàn)代化和水利現(xiàn)代化已不是遙遠的將來，但是現(xiàn)代化是有起點而無終點的，進入20世紀90年代，美國GDP 已達70000億美元，人均20000美元。相比之下，我們所談論的現(xiàn)代化標準又只是一個起點標準或稱為“門檻標準”。

　?。ㄈ┲型馑l(fā)展水平的比較

　　為了解我國水利建設發(fā)展的水平，我們選擇一些重要指標與發(fā)達國家進行比較（表1），我們可以得到以下一些認識：

　　1、中國總體的經濟水平尚未達到發(fā)達國家20世紀70年代水平，即使說我國實現(xiàn)了現(xiàn)代化，現(xiàn)代化水平將較低。

　　2、我國在水資源開發(fā)、防洪等方面還要求大量建設大壩、整治河道。所以我國高壩建設技術發(fā)展較快，水平也較高。

　　3、我國的流域管理和水資源管理水平還較低、特別是流域監(jiān)測能力和評價手段比較落后。

　　4、我國的流域環(huán)境、生態(tài)問題日益突出，已經引起國家領導重視，開始增加投入。

　　5、經濟發(fā)展不平衡，經濟發(fā)達地區(qū)2020年以前可實現(xiàn)現(xiàn)代化。水域環(huán)境保護、生態(tài)修復將成為水利工作的主題。但是從全國的總體水平來說，實現(xiàn)現(xiàn)代化還需要更長的時間。

　?。ㄋ模┧F(xiàn)代化的基本標準

　　水利現(xiàn)代化的標準可以有很多，各地已經制訂了各類標準，多的可達百余項。但是盡管各地條件千差萬別，最基本的條件可以歸納為以下三個大標準。

　　1、觀念的現(xiàn)代化

　　隨著許多后社會的進步，形成了許多科學的現(xiàn)代化觀念，代表著社會的進步方向。目前與我們水利事業(yè)關系密切的新觀念有可持續(xù)發(fā)展理論、人與自然的和諧共處、生物多樣性保護等，這些人類文明的結晶必須成為水利事業(yè)發(fā)展的重要指導思想。

　　2、生產技術和裝備現(xiàn)代化

　　現(xiàn)代化的水利事業(yè)要廣泛地應用現(xiàn)代技術，如通訊、監(jiān)測、分析、污染治理、生態(tài)修復、流域規(guī)劃、設計、施工，大型水利施工等方面的新理論、新技術和新設備。

　　3、水利管理現(xiàn)代化

　　形成現(xiàn)代化管理體系，實施體制改革，適應當代發(fā)展對水利事業(yè)的需求，加強管理人員與國內外的交流。建立現(xiàn)代化管理法規(guī)，依法治水，實現(xiàn)公眾參與、公眾監(jiān)督。采用現(xiàn)代化管理手段，實現(xiàn)信息暢通、決策科學、準確、及時。

　　五、新水利理論的形成

　　實現(xiàn)我國的水利現(xiàn)代化要有新的水利理論指導，新水利理論應當充分體現(xiàn)現(xiàn)代的觀念、技術和現(xiàn)代的管理理論。在以前的文章中我把新水利理論稱之為“大水利”，因為與傳統(tǒng)的水利理論比較，現(xiàn)代水利的工作內容要擴大了許多。

　　傳統(tǒng)的水利理論是20世紀初的產物，其指導思想是以改造自然為主、以工程建設為主、理論基礎以力學為主。在這種理論的指導下，水利建設過分地干擾了流域的水循環(huán)。

　　新水利理論的形成要在傳統(tǒng)水利理論的基礎上，引進21世紀的新觀念、，綜合考慮技術、經濟、環(huán)境、生態(tài)、社會等對水系影響較大的因素，重新定位水利在流域可持續(xù)發(fā)展中的地位和建設目標。

　　新水利理論的一個重要進步是更加重視流域的概念。傳統(tǒng)的水利理論雖然也提出了流域的概念，但是只注意到流域的物理特征，即由降雨和地形決定的產匯流特征，比較多的是研究流域的水文變化規(guī)律。而新水利理論除了流域的物理特征之外，還注意研究流域的自然特征和流域的社會特征。

　　流域的自然特征要從天—地—生大系統(tǒng)來考察流域，即把流域作為天—地—生系統(tǒng)的基本單元，認為流域生態(tài)系統(tǒng)的基本形態(tài)由流域的天象、地象條件所決定。

　　流域的社會特征是指流域內的自然條件與社會環(huán)境之間是互相影響的，即流域社會的發(fā)展受流域的自然條件制約，而流域的生態(tài)系統(tǒng)又受人類活動的影響，因而社會的可持續(xù)發(fā)展必須以流域為單位。

　　按照大水利的理論，流域規(guī)劃要全面地考慮流域的水文、自然和社會特征，即“天時”、“地利”、“人和”，以謀求流域內社會的可持續(xù)發(fā)展為規(guī)劃目標。我在過去提出的大水利理論中曾經對新舊水利理論的差異列表進行了比較（表2），這張表有助于我們較好地理解它們本質上的差別。

表2