中国水利现代化和新水利理论的形成

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　　20世纪我国的水利建设是以“兴利”、“除害”为目标，大量兴建大坝、堤防、闸涵、渠道、机井等水利工程，以满足防洪、发电、城市供水、灌溉、航运、水产等多方面的要求。但是大型水利工程的建设必然要改变流域水循环的状况，出现了许多始料不及的问题。

　　（一）流域水循环的短路化

　　流域水循环的短路化是指由于水利工程的大量建设使流域水循环的时间过程加快的现象。在自然状态下，流域内的降雨在落到地面后，一部分经过地表产汇流的过程汇入河道，再流入湖泊和海洋，另一部分渗入地下，通过渗流缓缓地回归河道，形成河流的基流，整个流域的水循环时间过程较长，河流的基流分布较均匀，地下水位保持正常水平。但是，大量堤防和水库建成后，降雨迅速汇入河道，其水量大部分被贮存在水库内，河道内的汇流又因为河道的疏浚和堤防的修建而快速地排入大海，流域的水循环时间过程加快。

　　（二）流域水循环的绝缘化

　　河流的广大中下游平原地区大多是河流泛滥形成的冲积平原，河流的洪水泛滥过程不仅是一个灾害的形成过程，也是一个形成冲积平原的生态过程。河流洪水的泛滥给广阔的洪泛区带来水资源、土沙、肥料、物种、鱼类饵料，并冲洗河流和土壤的污染，维持流域的特有生态系统，因而洪水的泛滥过程也是一个生态过程。但是，由于河流防洪工程体系的建设，河流不再泛滥，洪泛区的水循环与河流的水循环无关，称之为绝缘化。洪泛区水循环的绝缘化不仅杜绝了洪水灾害，同时也中断了洪泛区的生态过程，使广大洪泛区的生态系统难以维持。

　　（三）流域生态系统的孤立化

　　生态系统是连续的，起源于水域的生态系统由水生物、两栖生物、陆地小动物、陆地大型动物等形成一个连续的流域生态系统，通过食物链关系维持流域生态系统的平衡。但是，水库的建设破坏了河流的连续性，堤防的建设破坏了水陆的连续性，使大量湿地消失。同时，陆地渠道、公路、铁路等大型连续性工程的建设也割断了流域生态系统的连续性，流域内的动物难以自由移动觅食，生物通道被阻隔，连续的生态系统被分割成一个个孤立的区域，生态系统的食物链被破坏，生态系统难于保持平衡。

　　二、流域的生态状况恶化

　　由于流域水循环状况的恶化，必然导致流域生态系统的恶化，主要表现在：

　　（一）流域的人工化

　　由于流域内人类的活动，自然状态的流域将逐渐人工化。没有受到人类干扰的自然状态的流域，在接受降雨后，大部分雨水渗入地下，以渗流的方式回归河道，而人工化的流域将随其人工化的程度的扩大，地表的产流比重不断增加，地下渗流的比重不断减少。目前经济活动发达的流域根据人类活动的干扰程度，大致可以分为人工化、半人工化、自然状态三种类型的区域。

　　自然状态的区域是指基本没有受到人类活动干扰的区域，其基本植被状况尚保持较原始的状态，比如目前国家所设置的各类自然保护区，自然环境基本没有受到人类活动干扰。尽管如此，这类区域的规模也大大缩小，生物通道受阻，加之受大气环境、水环境变化的影响，生态环境也在日趋恶化。

　　半人工化的区域主要是指广大农业地区，这里由于长期的人类农业活动所形成的人工生态系统与自然生态系统共存，相互交织。这里既保存有较多的野生动植物资源，也有大量被人工驯化或培育的动植物资源，杂交物种和变异物种较多。

　　人工化的区域主要是指城市地区，这里受到人类活动的强烈干扰，流域的自然地理特征改变较多，遍布的人工建筑物使生态环境发生彻底变化，自然生态系统近于绝迹，被称为“生态沙漠”。

　　对于人类社会的可持续发展来说，这三类地区都具有重要的意义。人工化的区域推进人类文明、高新科学技术的发展；半人工化的区域为人类提供大量的食物和其他资源；自然区域为人类提供良好的生态环境和保存大量的物种资源。但是，如果不能控制社会的发展规模，就可能使三者之间丧失平衡，造成生态环境不断恶化，难以保持社会可持续发展的基础。

　　（二）流域的连续性被破坏

　　流域是一个连续的整体，保证了流域生态系统的连续和完整。流域的连续性表现在流域内水域的连续性，包括地表水和地下水的连续性、水域和陆域的连续性、陆域的连续性等。但是，大规模的人类活动造成了流域连续性的破坏。

　　1、水域连续性的破坏

　　在水域内大量兴建水利工程，使水域连续性遭到破坏，如大坝建设使水流的连续性、河床的连续性、水生态的连续性被破坏；由于河流中上游大量蓄水造成下游河道断流，河流的连续性及生态的连续性被彻底破坏。

　　2、地表水和地下水连续性的破坏

　　在自然条件下，在非干旱区域内地表水和地下水是连续的，由于地下水位较高，通过毛细作用可以保持地表的湿润，地表水也可以通过正常渗透补充地下水。但是由于人工大量超采地下水，造成大面积的深埋地下水漏斗，使地表水与地下水失去连续性，地表土壤干裂，地表植被受到严重的破坏。

　　3、水域和陆域连续性的破坏：水域和陆域是连续的，在水域和陆域之间存在有过渡带，即水位涨落的区间，即自然状态下的滩地和湿地，总体上形成了水域——湿地——陆地的连续形式。水域和陆域的连续性保证了水、陆生态系统的连续性和生物通道，即水生物——两栖生物——陆地动物的连续通道。但是，由于堤防建设使湿地消失、水域和陆域的连续性破坏。

　　4、陆域连续性的破坏：在自然状态下，陆地形态和陆地生态系统也是连续的，即平原——丘陵——山地的连续过渡。生态系统也由陆地小动物——陆地大动物，由平原生态系统过渡到山地生态系统。但是由于渠道、高速公路、铁道等大量建设，陆域连续性破坏，生物通道受阻。

　　流域连续性破坏受害最大的是流域生态系统，流域内的各类生态系统本来是通过交流，形成网状的食物链关系，维持生态系统的平衡。流域的连续性遭到破坏后，生物通道受阻，食物链无法维持，将导致大量物种的灭绝。

　　（三）资源的开发速度超过再生速度

　　流域的可持续发展需要资源条件作为支持，对流域的资源可以从两个角度去认识，即资源是否可替代？是否可再生？

　　流域的资源有可替代资源和不可替代资源，当可替代资源不足时可以寻求其他替代资源，不可替代资源不足时就只有从其他流域输入。

　　流域的资源又有可再生资源和不可再生资源，可再生资源可以重复利用，但是利用速度不能超过其再生速度。不可再生资源伴随开发利用总会趋于枯竭。

　　在流域的可持续发展规划中，要充分做好流域的资源开发利用规划，对可再生资源的利用尽量将利用速度控制在不超过再生速度的范围内；对不可再生资源的利用，要考虑资源枯竭后的替代资源开发，必须从其他流域输入时，要考虑可持续性和经济的合理性。

　　在各类资源中，必须对水资源的开发给予非常的重视。水资源是可再生的资源，而且水资源同时具有资源、环境、生态三种功能，没有任何一种资源可以替代水资源。流域水资源不足不仅影响流域的经济发展，影响人类生活，而且还要影响到流域的环境质量和生态状况。

　　目前我国的北方流域普遍存在水资源不足的威胁，流域内的水资源开发利用速度大幅度超过水资源的再生速度，要靠大量超采地下水来维持社会发展，造成地下水位严重下降。进而引起地面沉降、地表植被枯萎、生态系统难以维持。

　　（四）污染物排放量超过流域自净能力

　　流域的气、水、土圈对一些污染物可以通过物理、化学、生物等作用，使其降解，对污染物具有一定的净化能力。但是，在很多流域，或流域的某些地区，污染物的排放量已经大大超过流域或地区的净化能力，造成流域内总体环境质量的持续下降，流域环境总体质量下降又导致流域净化能力的下降，使流域的环境状况陷入恶性循环。环境总体质量的下降也必然使流域的生态系统赖以存在的环境趋于恶化。

　　特别是在近代化学合成工业的发展，高分子化合物制品大量生产和使用，有些合成物是很难分解的，成为流域物质循环的垃圾和环境的有害物，这种物质在流域内大量积累，将使流域的物质循环出现障碍。这些垃圾时常被大型动物吞食，导致死亡。

　　（五）生物种的灭绝速度超过新生速度

　　在自然状态下，地球上的物种的灭绝速度和新生速度大致相同，差不多每年20余种，这样能够保持物种总量的基本平衡。但是，由于人类活动的影响，如大量捕杀、栖息地的破坏、生物通道的阻断、环境质量的恶化等原因，生物种的灭绝速度大大加快。据估计，近200年来存在于地球的物种总数已经由300万种减少为大约150万种。物种的新生速度没有增加，而物种的灭绝速度却加快了1000倍，通过食物链的关系，一个物种灭绝可影响到数十种生物的生存，生物灭绝速度的加快可能导致生态系统的崩溃。因此，保护生物多样性已经成为当前的重大课题。

　　三、流域内的社会难以实现可持续发展

　　流域内生态状况的恶化表明了一个事实，流域已经难以实现可持续发展。可持续发展的基本内涵是实现流域内人口、经济、资源、环境、生态的协调发展，即流域内的社会要根据资源条件、环境容量、生态系统状况，制订流域内的人口和经济发展计划。可持续发展要达到两个目标：经济要发展、生态环境要改善。按目前的状况，我国的流域几乎都难以实现可持续发展。现以海河流域为例，评估流域的可持续发展状况。

　　海河流域由海河、滦河及徒骇马颊河等水系组成。海河水系为主要水系，又可分为南系和北系。北系包括永定河、北三河（北运河、潮白河、蓟运河）；南系包括大清河、子牙河、漳卫南运河等。滦河位于流域东北部。徒骇马颊河位于流域南部，毗邻黄河。行政区包括北京、天津全部，河北省大部分，山西省东部，鲁北、豫北地区和内蒙、辽宁一小部分。总面积31.8万km².其中平原面积12.84万km²，占40%.流域内人口1.22亿人。

　　（一）海河流域的水资源状况

　　海河流域为我国水资源严重紧缺的地区之一，年间降水量539mm，陆面蒸发量470mm，多年平均水资源量只有370亿m³，人均占有量307m³.但是流域内不包含生态需水量在内，需水量已达465.2亿m³，年间缺水近100亿m³.为了满足社会发展的需求，依赖大量超采地下水，目前已累积超采地下水889亿m³，深层地下水最大下降到地面以下105m，受害面积已达9万km².

　　（二）不断恶化的海河流域生态系统

　　海河流域水资源状况的不断恶化，造成流域生态系统的恶化，主要表现在：

　　1、地下水位下降引起流域内湖泊和湿地的萎缩，湖泊干枯，湿地面积也由解放初期的9000km²减少为目前的300km^2。

　　2、沿海地区海水入侵地下水，使地下水污染，并且难以恢复。目前受害面积已达27km^2。

　　3、入海水量减少84%，造成河口淤积、海岸侵蚀、盐水上溯、两岸地下水污染、回游鱼类灭绝等生态环境的破坏。同时，由于河床干沽，床面外露，风沙为害严重。

　　4、流域内由于水资源不足，植被破坏，水土流失加剧，水土流失面积达10万km^2。

　　5、流域内的年排污量达60.3亿m³，而实际上流域的处理能力只有10%，使流域内10000km的河道有3/4遭到污染。

　　由海河的事例可知，流域内水资源不足，如果不采取有效措施改变目前的状况，流域社会已经难以实现可持续发展。

　　四、中国水利的现代化

　　由于水利事业对流域的水循环及流域的生态系统有重大影响，为了保证流域社会的可持续发展，必须更新水利理论，实现中国水利的现代化。

　　我国已经制订了国家现代化的议程，中国将在2030年前后实现全国的现代化，而水利行业是国家的重要基础产业，目前的状况无法满足国家现代化的需求，水利行业要率先实现现代化。为此，在2001年汪恕诚部长提出：中国水利要由传统水利转变为现代水利，转变为资源水利。

　　（一）经济发达国家的水利发展过程

　　纵观美国、日本、法国等世界经济发达国家的水利发展过程，在不同的经济发展阶段，有不同的工作重点。

　　在1960年以前，各国的水利工作是以水资源开发为主，为了满足经济发展的需求，大规模地修建水库、堤防、整治河道。是水利工程技术发展较快的时期。

　　进入60年代，由于经济的发展，显露水资源的不足，各国开始重视对水资源进行管理，注重发展节水技术，并且重视相关的法规建设。

　　在70年代，由于经济发展造成河流的污染问题引起社会关注，反映在水利建设方面，社会对水资源保护的呼声较大，对污染源进行控制，发展污水处理技术，修订各类水质标准也自然成为各国水利工作的重要内容。

　　在80年代，经济发达国家的水利建设先后转入对水资源的综合管理，即对河流水质、水量、环境、景观等多方面的指标进行统一管理，以满足社会对水利建设的多方面需求。对河道两岸的空间管理也列入水利管理的内容之一，河流公园的建设发展较快。

　　进入90年代，伴随可持续发展理论的深入，在水利建设方面也有许多新观念产生，开始对传统的水利建设理论进行反思。水利建设由传统的以改造自然为目标转变为以人水和谐共处为目标，比较重视利用非工程措施协调人水关系，重视环境用水和生态用水。最具代表性的进步是水域生态修复理论和技术的提出，重新认识水利工程对生态环境产生的负面影响，并采取积极的措施进行修复。

　　（二）水利现代化与社会经济的发展

　　发达国家水利建设内容的变化，是由于社会经济的发展所推动。社会经济发展的不同阶段，社会对于水利行业的需求也不断变化。

　　在经济发展的初期，社会要求有一个基本的安全发展空间，保持社会的稳定，首先要求防洪安全建设。水利建设的初期，多以大型防洪工程建设为主。

　　经济的发展过程中用水需求的增加导致供水紧张，供水设施的建设是社会经济发展初期的主要要求。

　　在防洪安全、供水问题基本解决后，社会经济会有较快的发展，同时污染物的排放量大幅度增加，水系污染问题突出，在社会经济发展的中期对水资源的保护问题将成为社会关注的焦点。

　　当社会经济实力较强时，水系的污染问题可以得到解决，人们生活质量提高、假期增加，旅游业的发展要求水系周边有优美、舒适的休闲娱乐空间，以水边景观建设为主的水域周边空间管理是社会经济比较发达阶段的水利工作重点。

　　在社会经济进入发达阶段时，人们将不再满足水清、景美，而要求有更丰富多样的生态系统，对水系的生态修复是社会经济和文化发达的重要标志。

　　以上的论述说明水利建设内容的变化主要是受社会经济发展的推动，在社会经济发展的不同阶段，水利建设的重点内容也有所不同。一般认为发达国家是在70年代完成经济现代化的，水利事业作为社会经济的一部分也实现了现代化。当时美国的经济发展水平是：GDP约15000亿美元，人均7000美元。日本的经济发展水平是：GDP5000美元，人均4000美元。我们可以用亚洲国家的日本作比较，把人均GDP4000美元作为我国初步实现现代化的经济指标。那么，我国的一些地区已经接近或达到了这一经济指标。所以谈论我国的现代化和水利现代化已不是遥远的将来，但是现代化是有起点而无终点的，进入20世纪90年代，美国GDP 已达70000亿美元，人均20000美元。相比之下，我们所谈论的现代化标准又只是一个起点标准或称为“门槛标准”。

　　（三）中外水利发展水平的比较

　　为了解我国水利建设发展的水平，我们选择一些重要指标与发达国家进行比较（表1），我们可以得到以下一些认识：

　　1、中国总体的经济水平尚未达到发达国家20世纪70年代水平，即使说我国实现了现代化，现代化水平将较低。

　　2、我国在水资源开发、防洪等方面还要求大量建设大坝、整治河道。所以我国高坝建设技术发展较快，水平也较高。

　　3、我国的流域管理和水资源管理水平还较低、特别是流域监测能力和评价手段比较落后。

　　4、我国的流域环境、生态问题日益突出，已经引起国家领导重视，开始增加投入。

　　5、经济发展不平衡，经济发达地区2020年以前可实现现代化。水域环境保护、生态修复将成为水利工作的主题。但是从全国的总体水平来说，实现现代化还需要更长的时间。

　　（四）水利现代化的基本标准

　　水利现代化的标准可以有很多，各地已经制订了各类标准，多的可达百余项。但是尽管各地条件千差万别，最基本的条件可以归纳为以下三个大标准。

　　1、观念的现代化

　　随着许多后社会的进步，形成了许多科学的现代化观念，代表着社会的进步方向。目前与我们水利事业关系密切的新观念有可持续发展理论、人与自然的和谐共处、生物多样性保护等，这些人类文明的结晶必须成为水利事业发展的重要指导思想。

　　2、生产技术和装备现代化

　　现代化的水利事业要广泛地应用现代技术，如通讯、监测、分析、污染治理、生态修复、流域规划、设计、施工，大型水利施工等方面的新理论、新技术和新设备。

　　3、水利管理现代化

　　形成现代化管理体系，实施体制改革，适应当代发展对水利事业的需求，加强管理人员与国内外的交流。建立现代化管理法规，依法治水，实现公众参与、公众监督。采用现代化管理手段，实现信息畅通、决策科学、准确、及时。

　　五、新水利理论的形成

　　实现我国的水利现代化要有新的水利理论指导，新水利理论应当充分体现现代的观念、技术和现代的管理理论。在以前的文章中我把新水利理论称之为“大水利”，因为与传统的水利理论比较，现代水利的工作内容要扩大了许多。

　　传统的水利理论是20世纪初的产物，其指导思想是以改造自然为主、以工程建设为主、理论基础以力学为主。在这种理论的指导下，水利建设过分地干扰了流域的水循环。

　　新水利理论的形成要在传统水利理论的基础上，引进21世纪的新观念、，综合考虑技术、经济、环境、生态、社会等对水系影响较大的因素，重新定位水利在流域可持续发展中的地位和建设目标。

　　新水利理论的一个重要进步是更加重视流域的概念。传统的水利理论虽然也提出了流域的概念，但是只注意到流域的物理特征，即由降雨和地形决定的产汇流特征，比较多的是研究流域的水文变化规律。而新水利理论除了流域的物理特征之外，还注意研究流域的自然特征和流域的社会特征。

　　流域的自然特征要从天—地—生大系统来考察流域，即把流域作为天—地—生系统的基本单元，认为流域生态系统的基本形态由流域的天象、地象条件所决定。

　　流域的社会特征是指流域内的自然条件与社会环境之间是互相影响的，即流域社会的发展受流域的自然条件制约，而流域的生态系统又受人类活动的影响，因而社会的可持续发展必须以流域为单位。

　　按照大水利的理论，流域规划要全面地考虑流域的水文、自然和社会特征，即“天时”、“地利”、“人和”，以谋求流域内社会的可持续发展为规划目标。我在过去提出的大水利理论中曾经对新旧水利理论的差异列表进行了比较（表2），这张表有助于我们较好地理解它们本质上的差别。

表2