（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100038，北京）

水生態(tài)文明建設(shè)的理論基礎(chǔ)及若干關(guān)鍵問(wèn)題

王浩

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100038，北京）

水生態(tài)文明是生態(tài)文明建設(shè)的重要基礎(chǔ)和組成，其核心遵循“自然-社會(huì)”二元多過(guò)程的演變規(guī)律，規(guī)范人類水土資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)，構(gòu)建安全可靠的防洪抗旱體系、高效集約的供用水體系、健康優(yōu)美的水生態(tài)體系、先進(jìn)特色的水文化體系和科學(xué)嚴(yán)格的水管理體系等五大體系。為支撐水生態(tài)文明建設(shè)，需要深入“自然-人工”二元水循環(huán)多過(guò)程演變機(jī)理、流域綜合服務(wù)功能建設(shè)、智能水網(wǎng)與智慧水務(wù)建設(shè)等關(guān)鍵問(wèn)題研究。

水生態(tài)文明；建設(shè)體系；分區(qū)建設(shè)重點(diǎn)；關(guān)鍵科技問(wèn)題

人類在經(jīng)歷了漁獵文明、游牧文明、農(nóng)業(yè)文明后，已進(jìn)入工業(yè)和城市文明階段。隨著人類活動(dòng)影響的深入，天然生態(tài)空間被擠占，生態(tài)與環(huán)境演變也由自然營(yíng)力的一元驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀缓腿藶闋I(yíng)力的雙重驅(qū)動(dòng)，演變規(guī)律也被擾動(dòng)。尤其是進(jìn)入農(nóng)業(yè)文明以來(lái)，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求為關(guān)鍵目標(biāo)的水土資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)，誘發(fā)了系列生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題，危及人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。遵循自然演變規(guī)律，規(guī)范人類活動(dòng)，開(kāi)展生態(tài)文明建設(shè)，是人類文明發(fā)展的必然選擇和整體趨勢(shì)。

水是地球表層系統(tǒng)中最為活躍的因子，水循環(huán)過(guò)程與水生態(tài)過(guò)程、水環(huán)境過(guò)程和水沙過(guò)程之間有著多向的反饋?zhàn)饔?，水循環(huán)過(guò)程是主過(guò)程，其他過(guò)程是伴生過(guò)程，整體構(gòu)成了水循環(huán)多過(guò)程。人類文明的發(fā)展史，也是一部人類適水、用水和治水史；水循環(huán)多過(guò)程已由從“自然”一元驅(qū)動(dòng)過(guò)渡到“自然-人工”二元驅(qū)動(dòng)。隨著自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間競(jìng)爭(zhēng)性用水和用地矛盾日漸加劇，以及氣候變化影響的深入，人類面臨著深刻、復(fù)雜的水問(wèn)題，我國(guó)水問(wèn)題尤為嚴(yán)峻。在生態(tài)文明建設(shè)總體框架下，系統(tǒng)深入開(kāi)展水生態(tài)文明建設(shè)，是治水戰(zhàn)略發(fā)展的必由之路。

我國(guó)以水生態(tài)文明城市建設(shè)為重要抓手，已在全國(guó)層面適時(shí)開(kāi)展了深入的水生態(tài)文明建設(shè)工作，對(duì)遏制生態(tài)退化和環(huán)境污染、提高水的生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)功能、規(guī)避干旱與洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，取得了良好的作用。需要指出的是，我國(guó)水生態(tài)文明建設(shè)尚處于起步發(fā)展階段，理論和技術(shù)支撐尚待進(jìn)一步完善，建設(shè)路徑也有較大優(yōu)化空間。本文將重點(diǎn)探討水生態(tài)文明建設(shè)的理論基礎(chǔ)、建設(shè)目標(biāo)與基本建設(shè)體系，并對(duì)若干關(guān)鍵科技問(wèn)題進(jìn)行分析，以期為水生態(tài)文明建設(shè)和研究提供參考。

一、水生態(tài)文明建設(shè)的理論基礎(chǔ)

1.“自然-人工”二元水循環(huán)理論在沒(méi)有人類之前，陸地水循環(huán)過(guò)程以降水-蒸散發(fā)-產(chǎn)流-匯流等天然水循環(huán)過(guò)程為主；隨著人類活動(dòng)影響的深入，取水-輸水-用水-耗水-排水等社會(huì)水循環(huán)過(guò)程的通量和強(qiáng)度日漸增強(qiáng)，并與天然水循環(huán)過(guò)程相耦合，水循環(huán)過(guò)程過(guò)渡到“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)模式；與此同時(shí)，人類活動(dòng)尤其是土地資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)，使得天然水循環(huán)的下墊面條件發(fā)生了深刻變化，以增溫為背景的全球氣候變化還導(dǎo)致水循環(huán)的大氣過(guò)程發(fā)生變化；整體使得水循環(huán)的非一致性和非穩(wěn)態(tài)特性變化。需要指出的是，水是生態(tài)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的非生物成分，水循環(huán)是生態(tài)演變的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素；同時(shí)，生態(tài)演變尤其是植被變化，導(dǎo)致蒸散發(fā)和產(chǎn)匯流過(guò)程發(fā)生變化，水循環(huán)過(guò)程與水生態(tài)過(guò)程之間具有互饋?zhàn)饔?。伴隨著天然水循環(huán)的變化，自然環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化；伴隨著社會(huì)水循環(huán)，污染物得以產(chǎn)生和輸移，水環(huán)境及泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程整體隨著“自然-人工”二元水循環(huán)的變化而變化。天然水循環(huán)過(guò)程、社會(huì)水循環(huán)過(guò)程、水環(huán)境過(guò)程、水生態(tài)過(guò)程和水沙過(guò)程之間存在著多向的反饋?zhàn)饔?，整體構(gòu)成了“自然-人工”二元水循環(huán)多過(guò)程。

流域或區(qū)域的水問(wèn)題，不論程度和表現(xiàn)形式如何，其本質(zhì)都是“自然-人工”水循環(huán)多過(guò)程的要素過(guò)程及環(huán)節(jié)發(fā)生了失衡。水生態(tài)文明建設(shè)，需要充分遵循“自然-人工”二元水循環(huán)多過(guò)程的演變規(guī)律。

2.水土資源高效利用理論

自然和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)之間競(jìng)爭(zhēng)性用水和用地矛盾，以及生態(tài)需水和生態(tài)用地被擠占，是水問(wèn)題的關(guān)鍵成因。提高水土資源的利用效率和效益、緩解競(jìng)爭(zhēng)性用水和用地矛盾，是從根本上解決水問(wèn)題、進(jìn)行水生態(tài)文明建設(shè)部署的關(guān)鍵。

水土資源高效利用的基本目標(biāo)是充分發(fā)揮水土資源的生態(tài)環(huán)境服務(wù)功能和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，全面提高區(qū)域水土資源的承載能力。同時(shí)，以水土資源的綜合承載能力為依據(jù)，進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化布局、引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)調(diào)整。對(duì)于水資源的高效利用，關(guān)鍵對(duì)象是城市和灌區(qū)這兩大高強(qiáng)度的社會(huì)水循環(huán)單元，并需要以社會(huì)水循環(huán)過(guò)程為主線，從產(chǎn)業(yè)、用戶、工藝過(guò)程等多層面提高水資源的利用效率與效益，降低社會(huì)水循環(huán)對(duì)天然水循環(huán)的影響，增強(qiáng)區(qū)域水循環(huán)的自然屬性。對(duì)于土地資源的高效利用而言，在宏觀層面要做好生態(tài)、生產(chǎn)和生活空間的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生態(tài)空間的健康穩(wěn)定、生產(chǎn)空間的集約高效、生活空間的適度宜居，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)空間和生活空間的嚴(yán)格管控，減緩對(duì)生態(tài)空間的擠占和擾動(dòng)。需要指出的是，在傳統(tǒng)的水資源和土地資源配置中，以承載能力為紐帶，互為約束，未能充分體現(xiàn)水資源與土地資源的互饋?zhàn)饔谩Ｔ谒鷳B(tài)文明建設(shè)中，需要識(shí)別水資源與土地資源的互饋機(jī)理，進(jìn)行機(jī)制緊密的水土資源聯(lián)合配置和綜合承載能力的核算，并通過(guò)互動(dòng)管控，實(shí)現(xiàn)高效利用目標(biāo)。與此同時(shí)，水土資源的高效利用，還將大幅度降低污染物產(chǎn)生量和入河量，提升水環(huán)境質(zhì)量。

3.雙向協(xié)同調(diào)控理論

水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的協(xié)同系統(tǒng)，所謂的系統(tǒng)協(xié)同就是要一方面保證水資源系統(tǒng)的可持續(xù)利用和水生態(tài)系統(tǒng)的平衡，另一方面保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)穩(wěn)定快速發(fā)展，滿足區(qū)域發(fā)展與國(guó)家整體經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略需求。所謂的水資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)同，是一個(gè)“二元三級(jí)”的全面協(xié)同?！岸笔侵赣伤Y源系統(tǒng)與交互系統(tǒng)中的人工供水系統(tǒng)組成的供給方，和由經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)與交互系統(tǒng)中的人工廢污水處理系統(tǒng)組成的需求方。“三級(jí)”是指宏觀、中觀、微觀三個(gè)層面。供給方調(diào)控：宏觀層進(jìn)行水資源可利用總量控制，確定總體利用規(guī)模，中觀層面實(shí)施水資源合理配置，實(shí)現(xiàn)不同水源與不同用戶的匹配，微觀層面加大非常規(guī)水利用，在確定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。需求方調(diào)控：宏觀層面是產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)規(guī)?？偭康目刂疲杏^層面是結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化與布局上的調(diào)整，以適應(yīng)水資源和供水的條件與過(guò)程，微觀層面是實(shí)施用水過(guò)程管理控制，開(kāi)展節(jié)水與減污。雙向協(xié)同調(diào)控理論為水生態(tài)文明建設(shè)提供了實(shí)施路徑方面的指導(dǎo)。

二、水生態(tài)文明建設(shè)總體思路和基本框架

1.總體建設(shè)思路

水生態(tài)文明建設(shè)的總體思路是，充分遵循“自然-人工”二元水循環(huán)演變規(guī)律，規(guī)范人類的水土資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)，既要為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)避水災(zāi)，并為水資源提供安全保障，又要實(shí)現(xiàn)山青、水凈、河暢、湖美、岸綠的水生態(tài)修復(fù)與保護(hù)目標(biāo)。將人作為生態(tài)系統(tǒng)的要素，體現(xiàn)價(jià)值觀、制度、生產(chǎn)消費(fèi)模式的轉(zhuǎn)變和水生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平與質(zhì)量的提升。

核心任務(wù)是構(gòu)建健康的自然-社會(huì)水循環(huán)系統(tǒng)，基本要求是包括以下四個(gè)方面：①社會(huì)水循環(huán)利用不影響河湖水域的水體功能；②水的社會(huì)循環(huán)不損害自然水循環(huán)的客觀規(guī)律；③社會(huì)物質(zhì)循環(huán)中不切斷、不損害植物營(yíng)養(yǎng)素的自然循環(huán)，不產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)素物質(zhì)的流失，不積累于自然水系而損害水生態(tài)；④維系或恢復(fù)全流域的良好水環(huán)境。

2.基本建設(shè)框架

水生態(tài)文明建設(shè)的基本框架包括自然文明、用水文明、管理文明和意識(shí)文明等四個(gè)方面。自然文明重點(diǎn)是維持物理、環(huán)境和生物完整性，其中，物理完整性主要包括補(bǔ)給水量穩(wěn)定性、水域與水體形態(tài)完整性、動(dòng)力學(xué)過(guò)程完整性等；環(huán)境完整性主要體現(xiàn)在水功能區(qū)達(dá)標(biāo)、水生生物水質(zhì)得到滿足、水體污染風(fēng)險(xiǎn)低等方面；生物完整性主要包括生物多樣性維持、特有水生物種得到有效保護(hù)、棲息環(huán)境完整性得以保證。用水文明主要是供水保障、節(jié)水防污和水災(zāi)害防治等。管理文明主要體現(xiàn)在制度條文、管理設(shè)施和體制隊(duì)伍等方面，其中，制度條文包括法律法規(guī)、政策規(guī)章與辦法、技術(shù)文件與方案等；管理設(shè)施主要包括監(jiān)測(cè)設(shè)施、計(jì)量設(shè)施和信息化平臺(tái)等；體制隊(duì)伍主要包括管理體制、隊(duì)伍能力和運(yùn)行機(jī)制等。意識(shí)文明主要包括價(jià)值理念、公眾意識(shí)和水文化，其中，價(jià)值理念包括水生態(tài)倫理、水價(jià)值觀念和外部性觀念等；公眾意識(shí)重點(diǎn)是認(rèn)知水平提升和意識(shí)增強(qiáng)；水文化主要包括歷史水文化傳承、特色水文化保存、現(xiàn)代水文化創(chuàng)新。在上述框架下，建設(shè)五大體系，分別為安全可靠的防洪抗旱體系、高效集約的供用水體系、健康優(yōu)美的水生態(tài)體系、先進(jìn)特色的水文化體系和科學(xué)嚴(yán)格的水管理體系。

三、水生態(tài)文明建設(shè)若干關(guān)鍵科技問(wèn)題

水生態(tài)文明建設(shè)屬?gòu)?fù)雜系統(tǒng)工程，科技創(chuàng)新的方向與重點(diǎn)主要包括：基礎(chǔ)認(rèn)知理論、監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)評(píng)估、工程技術(shù)、過(guò)程管理與調(diào)控、政策分析與制定和建設(shè)模式與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，重點(diǎn)需要解決以下三大科技問(wèn)題。

1.“自然-人工”二元水循環(huán)多過(guò)程耦合機(jī)理

“自然-人工”二元水循環(huán)多過(guò)程耦合機(jī)理，是水生態(tài)文明建設(shè)路徑和具體方案制定的關(guān)鍵依據(jù)。需要以控制實(shí)驗(yàn)、原型觀測(cè)、數(shù)值模擬和地理信息技術(shù)為關(guān)鍵支撐，深入研究以下五方面問(wèn)題：一是社會(huì)水循環(huán)對(duì)自然水循環(huán)過(guò)程的作用機(jī)制，明晰社會(huì)水循環(huán)與自然水循環(huán)的耦合模式，存量和通量過(guò)程變化及配比機(jī)制。二是水循環(huán)過(guò)程與伴生過(guò)程間多向反饋?zhàn)饔脵C(jī)制，以及動(dòng)態(tài)耦合調(diào)控機(jī)制等。三是基于水循環(huán)全過(guò)程的水資源量-質(zhì)-效轉(zhuǎn)化機(jī)理。從局部或整體角度，科學(xué)區(qū)分水資源的有效與無(wú)效、高效與低效、生態(tài)效用與經(jīng)濟(jì)效用，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一度量；明確用水從低效向高效的轉(zhuǎn)化路徑。四是要刻畫(huà)水循環(huán)多過(guò)程多時(shí)空尺度的耦合機(jī)理。五是需要系統(tǒng)研發(fā)時(shí)空展布和動(dòng)力降尺度等技術(shù)，以解決“自然-人工”二元水循環(huán)尺度匹配問(wèn)題。

2.流域水循環(huán)多過(guò)程調(diào)節(jié)功能建設(shè)

以清潔流域和生態(tài)流域建設(shè)為代表的傳統(tǒng)流域治理，強(qiáng)調(diào)的是水質(zhì)和生態(tài)改善。在水生態(tài)文明建設(shè)中，需要全面提高流域?qū)λh(huán)多過(guò)程的調(diào)節(jié)能力。對(duì)植被、天然水體、土壤、地下水含水層等地理要素和水利工程等基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)水文水動(dòng)力、水化學(xué)、水沙過(guò)程等調(diào)節(jié)性能和潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)，并就滿足健康水循環(huán)構(gòu)建的多過(guò)程調(diào)節(jié)需求進(jìn)行評(píng)價(jià)；充分挖掘和發(fā)揮天然系統(tǒng)對(duì)水循環(huán)的調(diào)節(jié)作用，對(duì)流域各類地理要素及基礎(chǔ)設(shè)施的調(diào)節(jié)功能進(jìn)行定位，對(duì)其調(diào)節(jié)能力進(jìn)行配置，明確流域不同地理要素及基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)發(fā)揮的調(diào)節(jié)能力；規(guī)范人類水土資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)，減少對(duì)自然水循環(huán)的擾動(dòng)；系統(tǒng)布局地表灰色基礎(chǔ)設(shè)施（水庫(kù)、堤防、渠系、泵站、水井等）與綠色基礎(chǔ)設(shè)施（林草地、濕地等），建設(shè)土壤水庫(kù)和地下水水庫(kù)；融合現(xiàn)代信息技術(shù)的新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)地表-土壤-地下多過(guò)程、水量-水質(zhì)-泥沙-水生態(tài)的聯(lián)合調(diào)控。

3.智能水網(wǎng)與智慧水務(wù)建設(shè)

為支撐水生態(tài)文明的順利建設(shè)，需要融合現(xiàn)代信息技術(shù)的新進(jìn)展，開(kāi)展智能水網(wǎng)與智慧水務(wù)建設(shè)。智能水網(wǎng)是以“自然-社會(huì)”二元物理水網(wǎng)體系為依托，引入多維智能化現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水循環(huán)調(diào)控和水資源管理能力優(yōu)化的先進(jìn)管理理念和綜合性水利管理平臺(tái)，由物理網(wǎng)、信息網(wǎng)和調(diào)度網(wǎng)構(gòu)成。對(duì)于物理網(wǎng)的構(gòu)建，需要發(fā)展新一代的工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、安全經(jīng)濟(jì)建設(shè)、新材料新工藝、安全監(jiān)測(cè)等技術(shù)；對(duì)于信息網(wǎng)構(gòu)建，需要深入開(kāi)展站網(wǎng)布局與優(yōu)化、信息采集與獲取、信息穩(wěn)定傳輸以及信息存儲(chǔ)與挖掘等技術(shù)研究；對(duì)于調(diào)度網(wǎng)的建設(shè)，需要進(jìn)一步發(fā)展調(diào)度方案制定、工程自動(dòng)控制、水力控制和實(shí)施滾動(dòng)修正等技術(shù)的研發(fā)。智慧水務(wù)是對(duì)傳統(tǒng)水務(wù)管理的一項(xiàng)突破，其思想是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)信息技術(shù)與水利管理高度融合，核心是“自然-社會(huì)”二元水循環(huán)理論與模擬技術(shù)。智慧水務(wù)是主動(dòng)的服務(wù)，是共享的服務(wù)，是快速及時(shí)的服務(wù)，是成體系的服務(wù)，要體現(xiàn)其以最終用戶為核心的思想。

四、結(jié) 語(yǔ)

生態(tài)文明是人類文明發(fā)展的一個(gè)嶄新階段，是人、自然（水、土、氣、生態(tài)等）、社會(huì)和諧發(fā)展而取得的物質(zhì)與精神成果的總和。水生態(tài)文明重點(diǎn)關(guān)注“人-水-生態(tài)”的相互關(guān)系與協(xié)同進(jìn)化。建設(shè)生態(tài)文明不是回到原始狀態(tài)，而是在新的發(fā)展階段塑造健康、和諧、高效的“新的生態(tài)平衡”。城市水生態(tài)文明是生態(tài)文明的 “集中閃光點(diǎn)”，也是生態(tài)文明建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 ■

（本文在寫(xiě)作過(guò)程中，得到了中國(guó)水利水電科學(xué)研究院嚴(yán)登華教授、李海紅教授和王麗珍博士的幫助，在此致以謝忱?。?/p>

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責(zé)任編輯張金慧

Theoretical basis and key problems of water ecological civilization construction

Wang Hao

Water ecological civilization is an important foundation and composition of ecological civilization construction. Its core follows the “nature-society”dual and multi-process evolution rules,regulates development activity water and soil resources of human being.It includes the construction of the five major systems including safe and reliable flood control and drought relief system,intensive water supply system,health and beautiful water ecological system,advanced and featured water culture system and scientific and strict water management system.In order to support the construction of water ecological civilization,it is necessary to carry out in-depth study of “natural-artificial”dualistic water cycle multi-process evolution mechanism,integrated drainage basin service function construction,intelligent water network and intelligent water construction as the key issues.

waterecologicalcivilization；constructionsystem；keypointsofregionalizedconstruction；keytechnologyissues

TV+X171.4

：A

：1000-1123（2016）19-0005-03

2016-09-30

王浩，教授級(jí)高級(jí)工程師，中國(guó)工程院院士，主要從事水文水資源研究。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“國(guó)家水資源協(xié)同配置模型與方案研究（2016YFC0401306）”。