中国水资源可持续利用的科技支撑

水利部副部长 胡四一

中国水资源可持续利用的科技支撑

水利部副部长 胡四一

一、可持续发展水利的背景和理念

2011年中央一号文件聚焦水利，突出阐明了水的重要作用，明确了新形势下水利的战略定位，首次把水利的重要性提升到国家安全的高度，并对水利工作进行了全面部署。一号文件开宗明义，水是生命之源、生产之要、生态之基。就生命之源而言，是指水是地球万物生命之源，是人类和生物生存的命脉，构成了人类和生态系统的物质基础，而水循环则形成了生物圈的“血液系统”。生产之要旨在强调水是基础性的自然资源和战略性的经济资源。基础性的自然资源是指水是一种母体资源和核心资源，既是水能资源、水生物资源以及旅游资源等资源的重要载体，也是土地、矿产多种资源开发利用的保障条件。战略性的经济资源是指水是经济社会发展不可替代的基础支撑，既是农业的命脉，也是工业的血脉，还是国家综合国力的重要体现。水是生态之基意指水是生态环境的控制性要素。水与生态系统之间关联紧密，不可分割，各种要素相互作用，互为因果，水量水质的变化对生态环境十分敏感，生态环境改善离不开水的保障。基于这些共识，世界各国都把粮食、石油和水作为三大战略资源，我国也明确地提出了水资源可持续利用是支撑我国经济社会发展的战略问题，而保障防洪安全、解决水资源短缺、改善水环境和水生态已经成为我国水利长期而艰巨的重要任务。

中国地理位置特殊，地形复杂多样，气候呈季风性，洪旱灾害频繁发生，水资源人均占有水量低且时空分布不均，再加上经济社会高速发展，水资源开发利用方面出现了不少问题和矛盾。20世纪中期以来，我国越来越多地受到各种水问题的困扰，主要面临四大水问题：一是水多，洪涝灾害频繁仍然是我们的心腹大患；二是水少，水资源短缺仍然是经济社会发展的制约因素；三是水脏，水环境恶化尚未得到有效控制；四是水浑，水土流失和生态退化的趋势没有根本性改变。目前，水灾害加剧、水资源短缺、水环境恶化和水生态失衡四大水问题已经对中国经济社会可持续发展构成了严重威胁。在全球环境变化和经济社会快速发展的宏观背景下，这些问题将长期存在，其发生和发展的不确定性也越来越突出，对生态环境和经济社会可持续发展的不利影响也愈来愈强烈。2010年西南地区发生特大干旱、多数省（自治区、直辖市）遭受洪涝灾害、部分地方突发严重山洪泥石流，再次警示我们着力解决水问题、保障水安全刻不容缓。这些水问题的产生，既有自然的原因，也有经济社会发展的影响，还有我们在人与自然关系认识上的误区。下面对可持续发展水利的发展作一简要回顾。

20世纪末，中国水利发生了一系列大事，包括1998年长江大洪水、黄河断流、淮河水污染、北方连年干旱，还有沙尘暴频发等。严峻的水资源形势，引起了社会各界对水问题的广泛关注，也引起了水利人的深刻思考：是不是我们的治水思路和水利战略出了偏差？通过实践总结和战略反思，我们认识到，这些现象的发生，从本质上讲是人与自然的关系出了问题，是人口资源环境与经济增长的突出矛盾在水利上的具体表现。面对复杂的水问题和严峻的水资源形势，1998年以来，水利部启动了现代水利或可持续发展水利的探索，治水思路发生了深刻变化，开始了治水模式转型的探索和实践。

可持续发展水利，首先是理念和观念的突破，继之是制度和技术支撑下的实践，最根本的是坚持人与自然和谐相处。破解我国水资源问题，具体针对四大水问题，又对应四个核心要点：一是要给洪水以出路，给河流以空间，科学调控洪水，合理利用洪水资源，从洪水控制转向洪水管理，以解决我国洪涝灾害严重的问题。二是建设节水型社会，着力于水资源管理的制度建设，强化水资源合理配置和需水管理，提高水资源的利用效率和效益，从根本上解决我国水资源短缺的问题。三是充分依靠大自然的自我修复能力，人工治理与生态修复相结合，生态、经济和社会效益统筹兼顾，加快水土保持建设，以解决水土流失等生态问题。四是发展绿色经济，严格排污管理，加强水资源保护，维护河流健康，以解决水污染问题。

十多年来，可持续发展水利已经取得明显成效，具体体现在下述标志性进展上。①构筑长江防洪体系。三峡工程的投运和堤防建设的完成，显著增强了洪水调控能力，实施大规模主动退田还湖，有效增加了蓄滞空间，给洪水以出路。②缓解黄河断流。实施全流域水资源统一配置和统一调度，实现了流域内外各省（自治区、直辖市）的有序引水和规范用水，下游河道和河口生态得到初步改善。③规划实施南水北调工程。南水北调中、东线工程已在实施，2014—2015年将全线通水，届时北方水资源短缺和生态环境恶化有望根本性缓解。④修订实施新水法。充分吸收可持续发展水利的新理念和新经验，强化水资源统一管理，突出节约用水和提高用水效率，强调水资源有偿使用和取水许可，重视在水资源开发利用中对生态环境的保护。⑤建设节水型社会。2002年以来，开展试点探索，卓有成效，现正全面推进，强调水资源管理的制度建设，重点是节水体制的调整和激励约束机制的建立，鼓励水权交易等市场手段的运用，致力于提高水资源利用效率和效益。⑥维护河湖健康。近年，水利部对生态脆弱或者生态系统遭到严重破坏的河流湖泊，加强水资源配置，实施生态调水补水，加大节水力度，保护、改善和修复生态。这是水利工作的一个新方向，需要继续推进与深化。⑦推进民生水利新发展。民生水利是可持续发展水利阶段性的客观要求，又是当前水利工作的重中之重，旨在强调以人为本，解决好保障人民群众生命安全、生活条件、生产发展、生态改善等基本的水利问题，主要包括病险水库除险加固、农村饮水安全、节水灌溉等。⑧实施最严格水资源管理制度。这是促进经济发展方式加快转变的战略举措，主要是划定水资源开发利用、用水效率、水功能区限制纳污三条红线，严格控制用水总量，坚决遏制用水浪费，严格控制入河排污总量，全面建设节水防污型社会，推动经济社会发展与水资源和水环境承载能力相协调。

新的可持续发展治水思路和水利发展框架已经初步确立，今后的主要任务是在新的时代背景下不断提高、深化、完善和落实。

二、解决中国水问题的科技支撑

我国自然地理特点和水资源条件、水资源开发利用状况、经济社会发展和环境保护的需要，决定了我国必须走可持续发展水利之路。水利问题的实质是人与自然关系的协调与调整。破解中国水问题，实施水资源可持续利用战略，必须遵循人与自然和谐相处的客观规律。那么，我们靠什么与自然和谐相处呢？自然现象如此复杂，加之人类影响的叠加，人水关系的演进奥秘和治水规律难以寻求，实现人水和谐绝非易事。水资源利用怎样才算适度？水资源利用方式怎样才算最好？流域人水关系的和谐点如何表征？水旱灾害怎样才能有效减少？等等。没有先进的理念和必要的科技手段，是难以回答这些问题的。江河开发利用和流域治理保护离不开科学技术的强大支撑，制度创新和科技进步，将为可持续发展水利提供科学的治水理念、坚实的理论基础、可行的实现策略和有效的关键技术。

破解中国水问题，需要有核心理念和科学思想来指导探索和实践。下面试从人水关系的视角对水问题、水系统和水管理三个基本概念加以解读。水问题是指人类社会与经济发展进程中出现的人水关系不和谐现象及其对社会经济与生态环境的影响。坚持人与自然和谐相处及其派生的人水关系原则是分析和破解水问题的核心要点，这是科学认识和创造性地解决中国水问题的出发点和落脚点。而水问题的科学基础是指导致水问题形成与发展的人文因素与自然因素相互作用的模式、机理、过程及效应。水利则是调整人水关系进而解决水问题的理论、技术与实践的总和，水利事业总是在正确的治水理念和思路的指引下，伴随着制度创新和科技进步而不断发展的。

水系统是什么呢？它是水问题发生和赋存的空间，关涉水问题的科学内涵。流域地表水、地下水、土壤水、大气水和生态系统的水，通过水循环动态地联系在一起，形成了流域水系统。洪水与干旱是流域水系统的极端变化，流域缺水、水体污染和水生态系统退化三大水问题本质上也是大规模人类活动所引起的流域水循环及其伴生过程的异常变化，而水利工程则是人类开发活动对流域水系统的作用和扰动。

解决水问题，旨在协调和调整人水关系，即是广义的水管理。水管理是指对水系统实施科学管理，旨在研究流域水系统的历史演变规律、现代变化特征和未来变化趋势，揭示引起变化的原因和机制，探讨实施适度调控的理论与策略，构建水资源高效利用和有效保护的政策体系、管理机制和技术系统，以实现水资源可持续管理。依我的理解，上述三个概念大体上构成了解决流域复杂水问题的共同科学背景和关键科学问题。

长的鼻子就派上大用场了。象鼩鼻子的触觉和嗅觉极为灵敏，能感知气味和风向，它们正是依靠鼻子来捕捉猎物和躲避敌人的。象鼩一般在地下筑巢，在白天出来觅食。进食时，它们用长而灵活的舌头把食物送进嘴里，这一点和食蚁兽很像。遇到体形大一些的猎物，比如蚯蚓，象鼩必须先用前脚把猎物固定在地上，然后再把头偏向一侧，用臼齿咀嚼，就像小狗啃骨头一样。

积极践行治水新思路，实现水资源可持续利用，是前所未有的历史行程，尤需预见和创新。在未来的水资源研究中，要高度重视宏观战略问题的探索，在更大的时空尺度上研究水、生态系统、社会经济之间的关系；要高度重视自然科学、工程技术，以及社会、人文科学的交叉、融合与渗透，综合性、创造性地解决中国水问题；要高度重视高新技术特别是信息技术的应用，以水利信息化带动和实现水资源可持续利用。当前一个时期，尤要牢牢把握全面建设小康社会对水资源可持续利用的新要求，紧紧围绕国家区域发展、资源能源开发、粮食安全等战略的涉水研究需求，针对现阶段我国水资源和水环境条件的新情况和新变化，不断深化对水的自然规律、经济规律、社会规律的科学认识，更加注重于分析和应对影响我国水资源可持续利用的各种挑战，更加着力于把握和解决水问题的突破能力和创新能力，努力为水资源可持续利用提供坚实的科学基础和实施依据。

三、重大科技需求和研究课题

以可持续发展水利为主线，在广泛调查研究的基础上，集思广益，提炼归纳出8个方面的问题背景和科技需求。

1.水文水资源

我国当前水资源严峻形势主要表现在：①水资源量的约束日趋突出。我国目前年总用水量已经接近6000亿m3，大约占水资源可利用量的74%，许多地区，尤其是北方地区的水资源开发利用已经突破或接近其水资源可以支撑的限度，引发一系列生态环境问题。②水资源质的约束更加突出。2008年全国废污水排放总量达到750亿t，河流水质不达标率为60%，其中劣Ⅴ类水占20%，进一步加剧了水稀缺程度，并直接威胁城乡饮水安全、人民身心健康和经济社会发展。③未来引发更大水资源压力的各种因素依然突出。随着经济社会快速发展，近期各地都出台了一系列区域经济发展规划，提出了大量新增用水需求，水资源供需矛盾将持续存在并加剧。

为应对我国日益严峻复杂的水资源问题，实现水资源可持续利用，迫切需要实行最严格水资源管理制度，构建高效的水资源配置利用体系，大力推进节水型社会建设，因此迫切需要为这些战略和措施的制定、实施提供科学依据和技术支撑。科技需求主要有：①建立水资源—经济社会—生态环境耦合系统综合调控的分析技术和方法，解决水资源在全国范围内实现东西互济、南北调配、江河连通、科学调度的关键技术。②揭示水对于生态安全的控制机理和水作为环境要素的基础作用，制定人类—生态—环境系统中水的分配策略。③研究流域和区域水资源形成、演化、可再生维持机理以及全球变化条件下对水资源影响，实现在气候变化和大规模人类活动双重影响下水资源的综合监测、动态评价与预警预测。④建立突发水资源事件应急调度与管理技术体系。

重点科技问题包括：①最严格水资源管理制度“三条红线”的科学基础与技术实现，②变化环境下水循环及其伴生过程的演化机理和调控方法，③河湖水系连通的系统布局、合理调配和优化调度，④地表水、地下水及替代性水资源的综合利用关键技术，⑤地下水监测、调蓄与保护的关键技术，⑥跨界河流水资源开发与利用关键技术。

2.防汛抗旱减灾

在全球气候变化与我国经济社会持续快速发展的大背景下，水旱灾害依然是我国粮食安全的主要威胁，也是影响工业生产、城乡供水和社会安全的重要因素。一方面，局部地区极端水旱灾害的发生趋于频繁，洪旱灾害造成的损失日益加重；另一方面，支撑经济社会发展的水安全保障要求不断提高，社会面对水旱灾害的脆弱性也日趋显现，各种巨大自然灾害发生后的次生灾害与衍生灾害链的问题日益突出。中小流域洪水灾害、城市暴雨水灾、山洪及伴生的滑坡、泥石流灾害、凌汛的危害均在加重；同时，旱灾影响范围在南方和北方都在扩展。“十二五”期间，我国水旱灾害的防治依然面临艰巨的任务，必须全面加强民生水利的建设，进一步增强对水旱灾害的调控能力，增强对突发性巨大自然灾害的应急响应能力，并通过治水方略的适时调整来增强经济社会发展对水旱灾害的适应能力。

3.水利工程建设管理

随着国民经济快速发展和对资源、能源的增长需求，社会对水利工程的建设安全和运行管理等提出了更高的要求。一是大量水利工程设施（如水库、堤防、渠道、水闸泵站、涵洞和渡槽等）在发挥显著社会和经济效益的同时，其安全状况对国民经济发展、社会持续稳定、构建和谐社会等具有重大影响，加强已建水利工程的维护和除险加固工作任重而道远；二是西南部地区正在建设和规划中的重大水利（水电）工程不论建设规模还是工程规模均处于世界前列，急需开展不同坝型高坝筑坝关键技术研究；三是水利工程抵御洪水、地震等自然灾害的问题成为我国西部大开发战略中工程建设无法避让和必须面对的严重挑战，其安全和风险控制已成为全社会日益关注的重大课题；四是关注水利工程建设对社会和环境的影响，开展水利工程可持续发展相关理论和技术方法研究，也是水利发展的重大科技需求。

重点科技问题包括：①大型水利工程安全诊断、评估与修复技术，②大型调水工程建设与安全运行关键技术，③300 m级高坝筑坝关键技术，④高海拔、冻土、地震频发区水工程建设与防护关键技术，⑤重大安全事件下水工程应急处置与修复关键技术，⑥中小型水库、水闸、堤防安全诊断、除险加固新材料新技术。

4.水环境与水生态

针对我国日趋严峻和复杂的水污染防治问题，水利部在最严格的水资源管理制度中制定了水功能区纳污红线管理目标，规划在2015年全国水功能区水质达标率提高到60%以上，重要饮用水水源地水质达标率显著提高，到2020年基本建成水资源保护和河湖健康保障体系。

为实现上述目标，相应的科技需求有：①建立集水量、水质和水生态于一体的水功能区综合监管技术体系，研究提出水功能区水量、水质及水生态评价标准，为全面开展水功能区限制纳污红线的动态管理提供技术支持。②开展流域生态需水量、河湖生态水量和生态流量定量估算方法及生态需水调配技术的研究，支持水生态系统修复与保护试点的探索与示范。③提出河湖健康评价的指标体系和评估标准，为稳步推进河湖健康评估工作提供技术支持。④开展水工程建设和运行对水文过程、物理栖境、水生生物等的影响研究，科学论证水工程对生态环境的胁迫效应和生态功能，构建生态友好的水工程技术体系。⑤开展饮用水水源地综合管理机制和水源保护技术的研究。

重点科技问题包括：①重大水工程环境与生态效应评价及调控关键技术，②河湖健康评估技术体系与评价标准，③饮用水水源地安全保障机制与关键技术，④城市水环境综合治理关键技术。

5.农村水利

水资源短缺和水土环境恶化已成为制约农业发展的关键因素。要在水环境恶化趋势尚未得到有效遏制的条件下，保障城乡饮水安全和改善农村人居水环境，要在农业用水总量零增长和逐渐降低农业用水所占比重的前提下，提高农业综合生产能力，促进农业增效和农民增收，农村水利面临严峻挑战，需要进一步加强关键技术的研发创新和先进适用技术的推广应用。

主要科技需求有：①在农业高效用水方面，构建符合我国国情的农业综合节水技术体系，在农田灌溉的渠系输水、田间配水、灌溉过程三个环节实现节水技术的新突破，显著提高灌区灌溉水利用效率。②农田排水是影响农村水环境的重要方面，农田排水技术要实现由单一的水量、水位控制调节功能扩展到水质控制、溶质运移、污染防治和水环境保护的综合功能，注重减轻面源污染对水体环境的危害。③在农村安全饮水方面，重点突破高氟水、高碘水和污染水处理净化关键技术，改进和显著提升常规消毒净水处理工艺，建立农村饮用水水源和供水工程安全监测和应急响应的技术体系。④在农村水电方面，通过农村水电增效节能与安全保障关键技术的研究与示范，提高农村水能资源的利用效率，基本消除负面影响和安全隐患，为国家“小水电代燃料生态保护工程”和农村电气化县建设工作提供技术支撑。

重点科技问题包括：①粮食主产区水资源高效利用关键技术，②农业用水效率提升技术及装备，③农村（牧区）饮水安全保障关键技术，④环境友好的农村水电开发利用关键技术，⑤山丘区及海岛饮水安全保障技术。

6.河湖治理

近年来国家加快了流域综合治理、大型水利水电工程建设和江河湖泊治理的步伐，急需对河湖关系、水沙变异条件下河道演变及水沙调控、大型水利枢纽修建对河道的长期影响、萎缩性河道治理、河湖污染底泥处置等问题开展系统研究和集成应用，尤要加强泥沙运动基础理论、原型观测、模型试验以及数值模拟方面的创新研究。

重点科技问题包括：①水沙调控及泥沙资源化利用关键技术，②长江中游重要通江湖泊的江湖关系及水资源调配与防洪调度技术，③中小河流综合治理技术，④河湖疏浚、底泥处置利用关键技术。

7.水土保持

我国水土保持生态建设正处在大发展时期，防止新的水土流失，逐步减缓现有水土流失强度和减少水土流失面积，促进水土资源的可持续利用和生态环境的可持续维护，水土保持迫切需要加强科技创新和推广应用，重大科技需求主要表现在：一是强化水土保持基础理论和宏观战略研究，为国家水土流失治理与生态建设提供科学基础和决策依据；二是面向水土流失重点治理工程，开发水土流失防治、生态脆弱区植被恢复、水土保持效益评价等关键技术；三是加强水土保持技术的集成示范和推广应用，着力提高先进适用科技成果的转化率。

重点科技问题包括：①水土保持对江河泥沙演变作用及其机理，②生态脆弱区植被恢复技术，③水土流失的监测、诊断及评价技术，④小流域综合治理技术，⑤坡耕地水土流失综合整治与高效利用技术。

8.流域重大水利科技问题

近年，我国七大流域及西北内陆河流域的经济社会发展对流域的水资源开发利用和管理提出了不同的科技需求，如长江流域面临以三峡水库为核心的干支流控制性水库群的综合调度、中下游防洪及水资源情势变化、长江与洞庭湖及鄱阳湖的江湖关系等重大问题；黄河流域面临着重点河段防洪防凌、下游“二级悬河”治理、小浪底拦沙后期黄河水沙调控体系建设等问题；淮河流域水事关系复杂，水污染防治、行蓄洪区综合治理问题十分突出；海河流域水资源供需严重失衡，水生态环境恶化，地下水过度开采等问题依然严峻；珠江洪涝潮灾害频发，河口咸潮上溯，影响到澳门、珠海等珠江三角洲地区供水；松辽流域继续面临商品粮基地和林业基地的水资源保障、东北黑土区水土流失及黑土退化控制与修复等问题；太湖流域城市群水质性的水资源短缺、水环境综合治理和管理等问题突出；西北内陆河流域水资源严重匮乏，河道断流，湖泊干涸，地下水水位下降，绿洲功能衰退，土地荒漠化加剧等现象日益突出。对上述重大问题研究的进展和突破，将为各流域的治理开发与保护提供有效的实施依据和关键技术。

重点科技问题包括：①长江水库群综合调度与水资源配置关键技术，②古贤与小浪底水库联合调度对黄河下游水沙调控的作用与机理，③淮河流域行蓄洪区综合治理技术，④珠江流域洪潮预警预报与压咸调度关键技术，⑤东北黑土区水土流失控制与修复关键技术，⑥海河流域河道萎缩对防洪安全的影响及对策，⑦长三角水网区江湖水系连通及水资源调控关键技术，⑧气候变化条件下西北内陆河流域绿洲生态安全保障技术。

坚持人与自然和谐相处代表人类对未来的理性思考和理智行动，处理好人水关系事关国家经济社会可持续发展。我们正在探索一条有效解决中国水问题的途径，业已取得令人鼓舞的初步成效，但仍任重道远，还需付出持之以恒的努力。科技进步将为可持续发展水利提供持续的创新源泉和发展动力。■

编者按：长江不仅是中华文明的摇篮，也是我国经济社会可持续发展的重要命脉，支撑着全国18.8%国土面积、32%人口、34%GDP、26%耕地面积和42%城镇化率下的用水安全，战略地位十分突出。近年，我国政府相继制定了一系列区域发展规划，包括长江流域下游的长江三角洲地区、江苏沿海地区、皖江城市带承接产业转移示范区，中游的鄱阳湖生态经济区、武汉城市圈、长株潭城市群“两型”社会综合配套改革试验区，上游的重庆两江新区、成渝经济区和成渝统筹城乡综合配套改革试验区等重要区域规划，长江流域已成为我国未来经济发展最具活力和潜力的地区之一。2011年4月18—19日，以“长江与区域发展”为主题的第四届长江论坛在江苏南京举行，论坛期间，与会代表分别围绕“流域综合管理理论与实践”“河势控制与岸线利用”“气候变化与水资源管理”“水生态保护与修复”“企业”等分论坛主题进行了深入交流，来自国内外的众多嘉宾和代表共同研讨了长江治理开发与保护中的热点难点问题，积极为我国的流域管理及长江治理开发献计献策。会议还通过了《第四届长江论坛南京宣言》。本期集纳了部分领导和专家的主旨报告及交流发言，以飨读者。