治黄系统工程的形成、演化和未来

陈蕴真 江恩慧 李军华

摘 要：20世纪90年代钱学森提出治黄必须从复杂巨系统的角度考虑才能解决。应用系统科学的理论和方法，将治黄系统工程作为黄河流域复杂巨系统的组成部分，考察其形成、演化的过程和规律，有助于应对治黄面临的挑战。近3 000 a治黄史显示，秦汉时期治黄系统工程和黄河流域复杂巨系统同步形成、共同演化，治黄系统工程拥有超越狭义系统工程的四层级结构，是一个充满韧性的复杂系统工程。应用系统动力学方法，分析清代气候变化、水、沙、粮食、人口、生态、治黄和治国之间的因果反馈关系，揭示晚清河患严重的深层原因。对比中外当代治河史，发现发达国家治河系统工程演化由科技创新自下而上驱动，治黄系统工程演化由治国理政方针创新自上而下驱动。黄河流域是一个资源约束加大、加速演化、不确定性加大、机制不清的复杂巨系统。未来治黄系统工程需要协同黄河流域中所有6个层级的子系统，大力创新治河管理技术，实施跨领域的循证决策、适应性规划与管理，研发可持续工程和智能工程。

关键词：治河史;复杂巨系统;系统工程;系统科学;黄河流域

中图分类号：TV212.5+2;TV882.1 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.013

引用格式：陈蕴真，江恩慧，李军华.治黄系统工程的形成、演化和未来[J].人民黄河，2022，44（2）：58-64，70.

Abstract：Investigating the process and pattern in the evolution of the Yellow River management from a systems perspective， can help to meet the challenges facing the river management. A historical investigation shows during the Qin and Han Dynasties， systems engineering for the Yellow River Basin formed and adopted a four-tier hierarchy， and hence is very resilient. The feedback analysis within and beyond the Yellow River Basin complex giant system， reveals the underlying political economic cause of serious flood disasters during the Qing Dynasty. The comparative study shows the evolution of river managements in developed countries was driven by technological innovations from the bottom up， while that of the Yellow River management was driven by innovations in governance principles from top to bottom. Future systems engineering for the Yellow River basin should establish a six-tier hierarchy， and implement cross-disciplinary evidence-based decision making， adaptive management， and sustainable and intelligent engineering.

Key words： history of river management;complex giant system;systems engineering;systems science;Yellow River Basin

1 引 言

系统工程是组织管理大系统的技术，既是一个技术过程，又是一个管理过程[1]。因此，系统工程除了要使用先进的科学技术，还需要先进的管理技术，即良好的制度、体制和机制。不同于普通的系统工程，治黄系统工程的研究对象是黄河流域。黄河流域是一个在中国拥有战略地位的地理系统，也是一个行为难以预测的复杂巨系统[2]。开发历史悠久，治理难度极大，帝制时期举国治黄。从某种意义上说，中华民族的治黄史也是一部治国史。

20世纪90年代，系统工程中国学派创建人钱学森了解治黄工作的复杂性后，感叹道：“比起治河，那发射人造卫星是件简单工作了！” 他提出水利工作是地理系統建设的一个组成部分，治黄问题必须应用复杂巨系统的理论及方法才能解决[3]。他建议：“黄河水利委员会的同志可以利用系统科学的观点和方法，发动同志们认真总结过去的经验，讨论上游、中游、下游全面治河，讨论治河与农、林生产，讨论治河与人民生活，讨论治河与社会经济建设，以期取得共识，制定一个百年计划，分期协调实施。这样，最终可能达到或接近自古以来人们心目中的憧憬——黄河清！”[2]钱学森的治黄思想和21世纪发达国家的流域一体化管理理念完全一致，也和2019年习近平总书记的《在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话》的核心思想一致。

当前我国正在转变治水思路，实施系统治理。本文应用系统科学的理论和方法，考察近3 000 a来治黄系统工程作为黄河流域复杂巨系统的组成部分，是如何形成复杂的层级结构的;借助系统动力学方法，分析清代治黄和治国之间的密切联系。然后，通过对比当代中外治河史，揭示治黄系统工程作为一个复杂系统的演化规律和驱动力，及其充满韧性的原因。最后，讨论治黄系统工程面临的机遇、挑战，以及应对措施和发展趋势。

2 历史时期的治黄系统工程

2.1 治黄系统工程形成和演化的自然地理基础

在黄河流域，大气系统、河流系统和人类系统密切耦合，是治黄系统工程形成和演化的基础。治黄的最大难点是水沙关系不协调，导致下游河道易于决徙。许多自然地理因素共同造成黄河水沙对气候变化和人类扰动极其敏感、响应很快[4]。其中最重要的因素是岩性，在黄土高原的黄土和砒砂岩地区，地表植被遭遇自然或人为因素破坏后，极易发生剧烈侵蚀，制造高含沙量的暴雨径流。入黄泥沙属于最容易起动的粉沙，由它们塑造出的下游河道也容易发生剧烈的冲淤变化。其次是气候因素，近3 000 a来东亚夏季风尾闾区南移到黄河中游，加大了流域降水对季风气候的敏感性，特大暴雨频率高，径流量的年际和年代际波动极大[5]。黄河源区位于青藏高原，径流过程对全球气候变化敏感。第三是植被因素，黄河中游多沙粗沙区以森林草原植被为主，这种植被类型对降水量变化很敏感。

2.2 治黄系统工程的历史形成

历史时期，中国实行“以农为本”的治国之道，经济高度依赖传统农业。黄河流域耕地资源丰富，土壤肥沃，易于开垦，成为中国农耕文明发源地。人河互动中，为适应防洪和开发泛滥平原的需要，人工堤坝这项新技术在春秋时期出现，治河的核心科学技术形成。治河促进农业、航运和沿河城镇兴旺，中下游社会经济快速发展。战国时期，下游洪水致灾风险加大，齐国置水官负责堤防修建和守护，治河管理技术萌芽[6]。公元前475—前221年大禹治水传说成形，中国社会的重要意识形态之一形成[7]。秦代，黄河流域从小规模灌溉农业转向大规模治水农业，为了大规模调动资源，修建大型水利工程，客观上需要中国实施中央集权制度，稳定的政治体制形成[8]。公元前109年汉武帝亲临瓠子口，领导数万名士兵堵塞黄河决口，践行“治国必先治水”理念。

秦统一中国，标志着黄河流域复杂巨系统（以下简称黄河复杂巨系统）的层级结构形成，自上而下依次为意识形态、政治、社会经济、管理技术、科学技术和黄河自然系统6个层级。科学技术子系统的主体是治河科学技术，黄河复杂巨系统是中国复杂巨系统的主体（见图1）。

秦汉时期，治黄系统工程和黄河复杂巨系统同步形成，前者是后者的主要组成部分，并从一开始就超越了普通系统工程的二层级结构（科学技术加管理技术），拥有自上而下的四层级结构：大禹治水等传说构成其意识形态子系统，“治国必先治水”的治国理政方针构成其政治子系统，文职、武职兼备的水官制度构成其管理技术子系统，沟渠灌溉、堤防修守、人工运河等技术构成其科学技术子系统（见图1）。从秦汉到明清的2 000多a里，中国一直处于传统农业文明社会，因此治黄系统工程演化很慢，以上层级结构保持不变，仅有治河的科学技术和管理技术发生一些进步[6]。

对于治黄系统工程和黄河复杂巨系统，中国复杂巨系统和地球表层系统是它们的外部环境，具体包括各种自然环境变化、中国的社会经济变化、世界的政治经济格局变化等。鉴于黄河流域的战略地位，治黄系统工程和中国复杂巨系统存在密切的相互作用。在治黄系统工程内部，各子系统之间也存在相互作用。底层的科学技术子系统直接和自然系统发生相互作用，变化快;越高层的子系统越稳定，变化越慢;意识形态子系统变化最慢，已经维持数千年。

2.3 宋代至清代治黄和治国关联的系统动力学分析

宋代是中国经济和科技水平的巅峰时期，GDP约占当时世界GDP总和的65%[9]。宋以后传统农业技术进步缓慢，增产效益递减。到了18世纪康乾年间，中国的科技进步几乎停滞，尽管GDP依然占世界总和的22%～33%，GDP较宋代增长了近2倍，但人口也因社会安定、引种高产美洲作物等增长了近2倍，人均GDP增长停滞[9]。而在欧洲，哥伦布发现新大陆，瓦特发明蒸汽机，工业革命拉开序幕，国际贸易日益发达。中国却走向僵化和封闭，自我禁锢于传统农业社会中，经济有增长无发展。

宋代开始，在黄河中游地区开垦陡坡，黄河变成多沙河流[10]。下游河道淤积，决口、改道越来越频繁。明末清初，黄河一年三决口，决口频率达历史时期之最，严重威胁漕运。康熙把“河务”“漕运”和“三藩”并列为治国安邦的重大事务，河防岁修用银约占清政府财政支出的4%[11]。清代治黄方略为“疏浚筑堤，蓄清刷黄”，防洪技术和管理比明代有较大进步，黄河决口频率较明末降低了约一半，但悬河局面日益严重。清代挽河复故道几十次，最终未能阻止黄河于1855年发生大改道。

从系统动力学角度分析[12]，清代的中国复杂巨系统内，黄河自然系统、治黄系统工程和中国的社会经济与政治系统之间，形成了3个紧密联系、彼此增强的恶性循环[13]（见图2），加速了中国沦落为半封建半殖民地社会。在中游地区，原产美洲的作物适合种植在旱坡地上，其引种加剧了滥垦滥伐，形成“人口增长，滥垦滥伐，土壤侵蚀加剧，陡坡耕地增加，土壤侵蝕进一步加剧，粮食减产，贫困加剧，人口进一步增长”的生态贫困恶性循环。这个循环驱动下游形成“泥沙淤积，河床抬升，洪灾加剧，高度依赖修堤堵口技术，河床进一步抬升”的治河恶性循环。1855年下游河道已经高出堤外地面10 m以上，仅靠土堤维持，极不稳定。

清代末期，悬河局面加大了洪灾规模，治黄的经济收益递减，治黄费用飞涨。清政府不得不加强君主专制，以获取更多的赋税物资，建立更庞大的治河机构，调动更多的人力，努力将河道固定下来，限制其随意泛滥。僵化的体制和日益紧张的财政，使中国更不可能像欧洲那样发生内生的科技进步，这也进一步将中国禁锢在传统农业社会里。于是，在前两个恶性循环的助推下，形成了更险恶的第三个恶性循环——产业结构陷阱：治黄收益减少，国家财政紧张，自上而下控制增强、基层创新能力减弱，禁锢在传统农业社会，滥垦滥伐、制造悬河，治黄收益继续减少。这个产业结构陷阱进一步增强生态贫困和治河的恶性循环。就这样，在晚清时期，3个恶性循环彼此增强，不但使黄河流域陷入生态危机，还间接加速中国沦落为半封建半殖民地社会。

1840年鸦片战争爆发，中国国力衰退。1840—1855年黄河下游进入丰水期，特大洪水频发。按照王国安等[5]推算，三门峡1840—1855年平均年径流量达697亿m3，比1700—1855年平均值增加32%，1843年洪峰流量达到36 000 m3/s[14]。1855年之前，黄河下游已经发生了4次特大决口，清政府为堵口共花费超过2 300万两白银，而当时政府的年财政收入总额为3 500万两白银[11]。1855年黄河在铜瓦厢决口，夺大清河入渤海，其时清政府正在全力镇压太平天国起义，无力堵口，导致黄河大改道。

面临内忧外患，1874年李鸿章向同治皇帝上书说中国遭遇“数千年未有之大变局”。最终，中国依靠两场政治革命推翻帝制，建立新中国。在中国共产党领导下，自上而下推进工业革命、农业革命和水利现代化，实行改革开放，打破了以上所有恶性循环，黄河得以长期安流。

3 近现代中外治河系统工程的演化及其异同点

工业革命以来，随着科技进步、经济发展、社会需求增加，以及对河流系统的科学认识不断深化，中外治河活动都逐渐发展为多目标的系统工程。了解发达国家的现代治河历程，回顾当代治黄史，探寻中外治河系统工程的演化规律，分析异同点，有助于我们研判大势，主动谋划，吸取经验和教训，完善治黄系统工程。

3.1 发达国家治河史简述

19世纪末以来，发达国家大河的开发与治理经历了4个阶段[15-22]（见图3）。1920年以前为初级利用阶段，水轮机运行效率低，人们没有能力大规模开发水电资源。经济系统中第一产业比重大，粗放的农业和采矿业造成严重的水土流失和洪水泛滥。人们筑堤防洪，筑低坝主要用于灌溉。1919年卡普兰式水轮机问世，将水轮机运行效率提升到84%[23]，水力发电进入快速发展时期。

第二阶段为20世纪20—60年代，发达国家开展流域梯级开发和综合治理，通过渠化、裁弯取直、取消分流河道等措施将河道运河化，提高通航能力，促进贸易发展。19世纪50年代是发达国家筑坝的高峰时期。廉价的水电促进第二产业高速发展，第一产业比重下降且不断集约化，水土流失问题得以解决。此时许多发达国家的支柱产业为高污染的钢铁和化工产业，人居环境和水生态不断恶化，民间环保运动兴起。1970年4月22日第一个世界地球日活动在美国举办。

20世纪70—80年代，发达国家治河进入大力治理水污染和美化城市滨水景观的第三阶段，推动治污技术在80年代末取得重大进步。该阶段发达国家的核能进入发展的黄金时期，水电开发基本饱和，修坝速度减慢。

图3 19世纪末以来世界筑坝大河数目的年代变化[16]

第四阶段为20世纪90年代至今。发达国家将制造业外迁，大力发展第三产业，点源污染问题基本解决。随着能源结构多样化，发达国家对水电的依赖性不断减小，修坝热潮退却。同时，现代农业集约化发展，对农业用地的需求减少。90年代，莱茵河和密西西比河频发特大洪水，堤防几乎溃决，损失惨重。人们意识到未来气候变化愈演愈烈，越来越多老坝退役，仅靠工程措施不足以抵御极端洪水。发达国家治河进入河流修复阶段，一方面通过“还地于河”、发布洪水风险图、完善洪水预警系统等措施，主动远离洪水;另一方面实施水库生态调度，恢复河流连通性，重建鱼类生境。这些措施意在恢复河流系统的调节和支撑功能，既能保障防洪安全，也能保护生态系统。

二战后经济加速发展，水风险提高，治河需求增加，发达国家治河的管理技术水平随之不断提高。水安全出现新问题时，出台具有开创意义的新法规，推行新机制，通过非工程措施应对风险。发达国家还不断变革治河体制，擴大流域管理机构的职能和权力，形成流域防洪、通航、水资源、水生态一体化管理体制。

发达国家治河管理技术变革的新趋势是实施流域一体化管理，即实施流域社会、经济、水资源和水生态的综合管理[24]。流域一体化管理和20世纪30—40年代以田纳西河为代表的流域综合治理，在目标和手段上完全不同。流域综合治理是从水资源供给出发，依赖工程手段开发与利用水资源，促进经济发展。流域一体化管理是为了应对日益增加的水资源需求、日益提高的水风险，从需求出发，主要利用管理手段开展跨部门、跨区域协作，保障水安全，促进可持续发展，维护社会稳定[25]。澳大利亚墨累—达令河流域的一体化管理采用双层管理体制，其中流域部级理事会为最高决策机构，流域委员会为执行机构，同时设置社区咨询委员会，解决或减缓了自然资源退化和土著文化保护问题，是流域一体化管理的典范[26]。

3.2 当代治黄史简述

随着新中国社会经济发展，治国理政方针与时俱进，当代治黄走过了4个阶段，黄河水沙变化显著（见图4）。1960年以前是“以农为本”的传统农业文明尾声阶段，黄土高原水土流失极其严重，下游河道持续淤积抬升，洪灾风险巨大。1958—1960年的“大跃进”运动中“以钢为纲”“以粮为纲”的方针加剧了水土流失，但“大跃进”运动开启了社会主义建设道路的艰辛探索，同时掀起了兴修水利的高潮。

1960年三门峡水库建成，黄河流域进入传统工业文明起步阶段;1986年龙羊峡水库建成，黄河流域进入工业文明加速发展阶段。这两个阶段对应发达国家治河的第二阶段，即综合治理和梯级开发阶段。黄土高原大规模的石化能源开发，创造城乡就业机会，大量农村劳动力从农业转向工业与服务业，使大规模退耕还林还草成为可能，入黄泥沙不断减少。一系列水库和标准化堤防体系提高了防洪安全。沿黄引水量增加，水资源供需矛盾出现。从 1972 年开始，下游河道频频断流。1987年国务院批转了《黄河可供水量分配方案》，号召节水。20世纪90年代以来，流域干旱少雨，引水量不断增加，1997年黄河断流达226 d。1999年水利部发出《关于加强黄河取水许可管理的通知》，实施黄河取水总量控制管理。这标志着生态文明理念开始指导治黄事业，治黄进入第四阶段。

进入21世纪，在西部大开发战略推动下，黄河流域的GDP高速增长，水资源短缺、水污染严重、水生态恶化成为制约流域可持续发展的主要瓶颈。同时，治黄的管理技术加速发展。2003年黄河水利委员会在宁夏、内蒙古两区开展水权转让试点工作，利用政府统筹和市场调节相结合的机制，优化配置水资源。2012年国务院颁布“水资源三条红线”管理指标，标志着水资源从供给管理转向需求管理。2017年推行河长制，强化群防群治机制。

在第四阶段，通过构建水沙调控、防洪减淤、水土流失综合防治体系，借助最严格的水资源管理制度，创新水资源优化配置机制，治黄调动了一系列科学技术和管理技术。黄河再无断流现象发生，水质由中度污染改善为轻度污染，流域生态改善。水土保持对减沙的贡献率超过70% [27-28]，调水调沙使下游主河槽平均下降超过2 m[29]，改写了下游河床抬升的历史。

但是，随着社会经济加速发展，气候变化影响加剧，黄河流域的水安全形势依然严峻。加速推进生态文明建设，提升水安全，已成为黄河流域可持续发展的迫切需要。2019年习近平总书记的《在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话》将“生态保护”列入治黄主要目标，标志着治黄进入生态文明建设的新阶段。

3.3 中外治河系统工程演化的异同点

流域是具有层级结构的复杂巨系统，河流自然系统位于最底层。河流作为一个生态系统，有供给、调节、支撑、文化娱乐等多种生态系统服务价值。淡水、水力、航道、土地等供给品的价值只是流域生态系统服务价值的一部分[30]，而且这些供给品或已有替代品，或可通过集约利用减少需求量。因此，治河无疑应优先保护流域生态系统的调节和支撑功能，才能保障人类社会可持续发展。

然而，在工業化初期，科技落后，资源利用率低，对河流供给品的依赖大，流域开发与保护、防洪的矛盾激化，中外治河都很难顾及生态保护。在发达国家，到工业化后期，科技创新驱动产业结构优化，资源利用效率提高，出现替代水电的新能源，对流域供给品的依赖下降，以上矛盾弱化，治河才得以优先考虑保护目标。

中外治河史都显示，当治河面临新挑战，旧的科学技术作用有限时，人们诉诸改革管理技术，即通过制度、机制和体制创新，来应对新挑战，并为下一轮科技创新赢得时间。进入21世纪后，资源约束趋紧，社会发展更加注重公平，治河的挑战越来越大。当科学技术、法律约束、市场机制创新、水资源一体化管理都不足以应对挑战时，发达国家一些流域率先将治河系统工程的研究对象扩展到社会经济系统，实施流域一体化管理。

发达国家流域复杂巨系统的演化规律符合复杂适应系统（Complex Adaptive Systems）理论[31-32]，即底层的科技创新自下而上驱动其他系统进化，因此治河系统工程演化的第一驱动力是科技创新（少数时期例外，如罗斯福新政期间美国治河的驱动力是治国理政方针[17，22]）。“自下而上”模式的优点是市场机制活跃，基层的创新能力强，灵活性好。不过，科技创新具有高度不确定性，无法规划。作为先发国家，发达国家缺乏经验，在等待先进科技出现的时期，不得不走了“先破坏后治理”的道路。发达国家大都缺乏集中力量办大事的制度优势，在基本实现治污目标后，人均GDP达到2万美元左右时，才开始修复河流的生态系统，但是多年的严重破坏导致水生态修复困难不小[19-20]。

黄河复杂巨系统自秦代形成以来，其演化规律符合贝塔朗菲的一般系统论[33]和协同学理论[34]，即政治系统通过推行国家发展战略和创新治国理念，自上而下驱动其他系统进化。因此，治黄系统工程演化的第一驱动力是治国理念创新。以黄河水沙变化为例（见图4），从黄河复杂巨系统演化角度看，执政党的治国理政方针变化驱动经济结构转型和治河活动创新，是水沙长期变化的最重要原因。“自上而下”模式的优点是有长远观点和系统思维。国务院早在1987年就希望沿黄省市节水和制定用水规划;2011年中央一号文件提出我国水利要实现跨越式发展，以免重蹈发达国家“先破坏后治理”的覆辙。“自上而下”模式的缺点是基层的创新积极性弱，适应变化慢，灵活性差。因此，执政党大力推行创新发展战略，提出坚持宏观调控和市场机制“两手发力”。

4 治黄系统工程是充满韧性的复杂系统工程

受资源约束突出、科技水平落后等影响，历史时期对黄河实施了一些不利于生态保护的改造活动，如陡坡开垦、筑堤制造悬河等。但是黄河流域的传统农业文明维持了三千多年，中华文明成为世界历史上唯一连绵不断的文明，而同样以水利著称的两河流域、吴哥、印度河流域哈拉帕等古文明，生态退化多是直接导致它们崩溃的主要原因，或在外敌入侵时起了加速衰亡的作用[35]。这归因于自古以来治黄系统工程就是一项组织严密、充满韧性的复杂系统工程。这项工程不断进化，经受了各种不确定性因素的冲击，承担了巨大的治理压力，为中华文明的传承和发展提供了强大的支撑。

治黄系统工程的韧性，源自其超越狭义治河技术的多层级结构，将黄河复杂巨系统中上至意识形态、下至科学技术的多个子系统都协同起来治河。

这首先得益于政治制度。在古代，中央集权国家有举国抗洪救灾能力，使系统具有更大的韧性，使系统崩溃延迟发生，直到技术变革等机遇出现，逆转乾坤。“治国先治水”的治国理政方针确保帝王把治黄当作治国安邦的头等大事。新中国成立以来，中国共产党积极探索中国特色社会主义建设道路，与时俱进的治国理政方针是协同治黄的行动指南。

其次，三四千年来，中国人在与黄河洪水抗争的过程中，形成了“大禹治水”传说，形成了“黄河宁，天下平”的民族心理，也塑造了中华民族坚韧团结、自强不息的民族品格。这些稳定的意识形态，一直发挥着凝聚人心、协同治黄的作用。未来，保护、传承、弘扬黄河文化，依然是治黄系统工程的重要组成部分。

第三，治黄技术不断进步。为了适应黄河水沙变化，中国人不断创新治黄技术。新技术作为一种外部扰动，必定使黄河水沙发生新变化。为适应新变化，中国人继续改进、升级治河技术，并在人河互动中不断加深对自然规律的认识。以防洪技术为例，两千多年来，从汉代贾让的“不与水争地，开渠引水”，到明代潘季驯的“束水攻沙，蓄清刷黄”，清代靳辅“疏浚筑堤”，再到20世纪40年代以后的“宽河固堤”“蓄水拦沙”“上拦下排、调水调沙”“拦、排、用、调”，直到今天的“拦、调、排、放、挖” 综合治理体系，防洪科学技术不断加速进步。同时，随着经济的加速发展，洪灾风险不断加大，单纯靠科学技术无法应对洪灾风险时，人们诉诸改革治河机构，创新治河制度。从战国时期临时差遣的地方性水官，宋代在工部常设水部司，清代的河防岁修制度，到1998年《中华人民共和国防洪法》实施等，防洪管理技术也在加速进步。

5 治黄系统工程的未来

5.1 机遇和挑战

治黄系统工程的最大机遇，无疑是当前中国处于近代以来最好的发展时期。社会安定，国力上升，2019年中国人均GDP超过1万美元。2020年3月水利部提出未来三年重大水利工程投资规模将超万亿元，提高了治河经费保障。更重要的是，随着人类知识不断积累，中国社会主义建设实践经验增加，中国共产党拥有开放、包容、敏锐的变革意识，治国理政能力不断提升。2012年党的十八大确定的“五位一体”总体布局中将生态文明建设确定为社会主义建设的基础，提出要“尊重自然、顺应自然、保护自然”。这意味着未来治黄工程要谋求与自然“合作”，而非与之对抗。2014年习近平总书记“3·14 讲话”进一步提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的十六字治水方针，并指出要加快改革水治理体制，破解“九龙治水”难题。2019年习近平总书记的《在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话》强调黄河生态保护和高质量发展密不可分，为在不同层面上实践治黄工程提出了宏观的战略、先进的理念、科学的方针和明确的要求。未来治黄系统工程的基本框架已经搭建（见图5），流域一体化管理体制将治黄系统工程的研究对象上延到社会经济系统。基于这个框架，治黄系统工程可将黄河复杂巨系统里6个子系统协同起来，推动流域可持续发展。

从黄河复杂巨系统外部环境变化和演化的内在规律考察，未来治黄的挑战无疑日益严峻。首先，中国面对“百年未有之大变局”，治黄肩负着加速实现民族伟大复兴事业的重任，需求越来越多，资源越来越少，资源约束趋紧，水安全已亮红灯。其次，社会经济和科技加速发展，不断产生无法预见的新问题，治黄形势变化越来越快。第三，系统演化的不确定性加大，无法准确预测。一方面，科技进步加速，地球进入人类世（Anthropocene），人类活动对自然过程的干预能力越来越大，水沙过程变异，河流响应复杂化。另一方面，市场经济、经济全球化、文明冲突与融合等导致人类社会变得极度复杂。对于今天的黄河和中国复杂巨系统，气候变化、水、沙、粮食、能源、生态、治黄、治国之间的关系错综复杂，我们已经无法绘制出图2那种简单明了、风险容易识别的因果反馈关系图。风险隐藏在错综复杂的因果反馈关系中，不易识别，却能快速传播，引发严重的连锁反应。

5.2 应对措施和发展趋势

5.2.1 流域管理技术创新

为了尽快实现黄河流域生态保护和高质量发展的目标，治黄除了要按“十六字治水方针”，着力创新制度和机制，还要改革流域管理体制。除了要大力推进水量、水质和水生态一体化管理，还需要将治黄系统工程的研究对象渐渐扩展到社会经济系统。这既是尊重流域复杂巨系统的内在规律，也是治河系统工程演化的大势所趋，更是在流域层面上配合中国的发展战略、统筹推进十八大“五位一体”总布局的要求。黄河流域一体化管理可借鉴澳大利亚墨累—达令河流域管理的经验，采取最高决策机构加执行机构的双层管理体制。最高决策机构的运作采取多部门协商机制，从短期合作开展具体项目开始，不断深化合作，渐进转变为按照协议运作的常设机构。

5.2.2 适应性规划与管理

黄河流域是一个机制不清、不确定性大、加速演化的复杂巨系统，需要实施适应性规划与管理，在持续学习中不断改进规划与管理。适应性规划与管理有4个难点：第一，从全局出发，找到并化解颠覆性的风险，确保风险态势总体可控;第二，抓住机遇，识别“机会窗口”;第三，在信息不足的情况下，克服非理性思维，分清权宜之计和长远之策，避免规划与管理成为现实压力下的被动应付;第四，研发灵活性高、便于拆除、升级和改造的治河工程。为此，科研、决策、监测和工程技术等部门需要长期密切合作、信息共享，加快实施“监测—反馈—调整”动态控制过程。

5.2.3 可持续工程和智能工程

未来治黄工程要谋求与自然“合作”，才具有可持续性，才能适应风险管理的需求。探索基于自然的解决方案，研发可持续工程，不给后代留下难题。进入21世纪以来，控制论发展已经进入智能控制阶段，研究如何调控高度不确定性、强耦合的复杂系统。智能控制的最高境界是实现自组织控制，即当外部环境或其他条件发生剧烈变化时，系统发生可控的突变和自组织演化，及时调整自身结构，自己找到新的稳定状态，避免引发灾变[36]。黄河下游现在是受大堤和生产堤约束的半人工河流，需大力研究下游河道的自适应、自组织演化规律，研发河势和河床高程的自适应、自组织控制工程，以便用最小的干预创造最佳的控制效果，确保未来拆除生产堤“还地于河”时，不增加洪灾风险，实现防洪和生态修复双重目标。

5.2.4 循证决策

治黄系统工程的决策过程复杂，需要平衡多种需求;决策具有高度不确定性，需从中选择无悔政策（Non-regret policy）防控风险。未来的治黄决策必须实施跨领域循证决策。为此，首先需要高质量的科研成果，水利学、生态水文学、社会水文学、生物地貌学、人为地貌学等学科需要在应用环境中大力合作，开展跨学科研究。其次，需要大力研究循证决策的程序，开发实用工具。建设治黄系统工程决策的证据体系，包括科研成果、专家经验、政治判断和信念、文化价值观等。各部门组织专门的科研人员系统搜集、 梳理和甄别相关的信息（包括不一致的研究结论），通过科学加工和通俗化阐释，将其转化为决策者可直接参考的证据，纳入跨部门决策证据的公共数据库，以便决策者全面了解和有效利用证据。同时，大力开发人机结合、多重情景分析的决策工具，例如联结水、沙、粮食、能源、生态的可持续发展系统动力学仿真模型，动态评估治黄工程的成本效益，权衡河流的开发、防洪和保护目标的工具等。

6 结 论

应用复杂系统演化理论分析近3 000 a治黄史，显示秦汉时期治黄系统工程与黄河复杂巨系统同步形成，是一个四层级结构的复杂系统，包含了意识形态、政治、治河管理技术和治河科学技术等子系统。自构建初始，治黄系统工程就能调动黄河复杂巨系统里自上而下多个子系统的能动性，协同治河，因此具有超强的韧性，成为中华文明传承和发展的强大支撑。应用系统动力学，分析宋代至清代治黃和治国的因果反馈关系，揭示治国理政理念落后、经济有增长无发展是晚清河患严重的深层原因。对比中外治河史，发现发达国家治河系统工程的演化由科技创新自下而上驱动，治黄系统工程的演化由治国理政方针创新自上而下驱动。黄河复杂巨系统的演化加速且具有高度不确定性，社会经济系统的资源约束趋紧。因此，未来治黄系统工程需要将研究对象进一步扩展到社会经济系统，同时谋求与自然“合作”而非对抗，以便将黄河复杂巨系统内所有6个层级的子系统协同起来，推动流域可持续发展。实施流域一体化管理，开展跨领域的循证决策、适应性规划与管理，研发可持续工程和智能工程，是未来治黄系统工程的发展趋势。

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【责任编辑 许立新】