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广义生态水利的内涵及其过程与维度

邓铭江 黄强 畅建霞 黄生志 郭爱军

邓铭江, 黄强, 畅建霞, 黄生志, 郭爱军. 2020: 广义生态水利的内涵及其过程与维度. 水科学进展, 31(5): 775-792. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014
引用本文: 邓铭江, 黄强, 畅建霞, 黄生志, 郭爱军. 2020: 广义生态水利的内涵及其过程与维度. 水科学进展, 31(5): 775-792. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014
Mingjiang DENG, Qiang HUANG, Jianxia CHANG, Shengzhi HUANG, Aijun GUO. 2020: Connotation, process and dimensionality of generalized ecological water conservancy. Advances in Water Science, 31(5): 775-792. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014
Citation: Mingjiang DENG, Qiang HUANG, Jianxia CHANG, Shengzhi HUANG, Aijun GUO. 2020: Connotation, process and dimensionality of generalized ecological water conservancy. Advances in Water Science, 31(5): 775-792. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014

广义生态水利的内涵及其过程与维度

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014
基金项目: 

中国工程院咨询研究项目 2020-XZ-15

国家自然科学基金资助项目 51679189

详细信息
    作者简介:

    邓铭江(1960-), 男, 博士, 中国工程院院士, 主要从事干旱区水资源研究与水利工程建设管理工作。E-mail:xjdmj@163.com

    通讯作者:

    畅建霞, E-mail:chxiang@xaut.edu.cn

  • 中图分类号: TV213.9

Connotation, process and dimensionality of generalized ecological water conservancy

Funds: 

the Consulting Research Project of Chinese Academy of Engineering 2020-XZ-15

the National Natural Science Foundation of China 51679189

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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-27
  • 网络出版日期:  2020-07-28
  • 刊出日期:  2020-09-30

广义生态水利的内涵及其过程与维度

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014
    基金项目:

    中国工程院咨询研究项目 2020-XZ-15

    国家自然科学基金资助项目 51679189

    作者简介:

    邓铭江(1960-), 男, 博士, 中国工程院院士, 主要从事干旱区水资源研究与水利工程建设管理工作。E-mail:xjdmj@163.com

    通讯作者: 畅建霞, E-mail:chxiang@xaut.edu.cn
  • 中图分类号: TV213.9

摘要: 总结中国工程水利、环境水利、资源水利、生态水利发展沿革,分析国内外生态水利研究进展、发展趋势及其特点,指出生态水利是人类社会发展到生态文明时代水资源利用的一种新途径和方式,以尊重和维护生态环境为主旨,开发水利、发展经济,为人类社会可持续发展服务。阐述了广义生态水利的内涵、定义和发展模式及其过程和维度,并提出以下结论和观点:①生态水利将水资源和水循环调控作为重要生态要素,从流域生态系统能量交换、生物链接、结构平衡、循环转化全视角开展研究,探索既能满足人类社会需求,又能兼顾水生态系统健康和良性发展的生态水利措施和方法。②建立了水利工程"规划设计—建设管理—运行调度"全过程、全生命周期的工程安全和生态安全保障体系,特别是将生态调度纳入水利工程全"服役期",其中"后坝工时代"实施全流域大尺度生态调度,是生态保护和恢复最有效的措施。③从"生态环境-社会经济-水循环调控"三个维度,在生态文明视野下的国土空间规划治理体系中,科学把控生态水利的空间定位,促进"三生空间"优化布局,保障"三生用水"合理配置,优化"三生关系"耦合协调,实现生态保护和高质量发展,推动生态水利事业创新发展。

English Abstract

邓铭江, 黄强, 畅建霞, 黄生志, 郭爱军. 2020: 广义生态水利的内涵及其过程与维度. 水科学进展, 31(5): 775-792. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014
引用本文: 邓铭江, 黄强, 畅建霞, 黄生志, 郭爱军. 2020: 广义生态水利的内涵及其过程与维度. 水科学进展, 31(5): 775-792. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014
Mingjiang DENG, Qiang HUANG, Jianxia CHANG, Shengzhi HUANG, Aijun GUO. 2020: Connotation, process and dimensionality of generalized ecological water conservancy. Advances in Water Science, 31(5): 775-792. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014
Citation: Mingjiang DENG, Qiang HUANG, Jianxia CHANG, Shengzhi HUANG, Aijun GUO. 2020: Connotation, process and dimensionality of generalized ecological water conservancy. Advances in Water Science, 31(5): 775-792. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.05.014
  • 水利是服务于国民经济和社会发展的重要基础产业, 也是生态环境改善不可分割的保障系统。随着经济社会的快速发展、科学技术的进步和生态环境意识的增强, 水利发展的理念也随之发生变迁, 中国的水利发展主要经历了工程水利、环境水利、资源水利和生态水利4个阶段。生态水利内涵丰富, 不同领域、不同专业对其理解和研究侧重不同, 广义生态水利是生态文明时代孕育出的水资源利用的一种新理念、新途径。面向新时期水利工作的新形势、国家经济社会可持续发展和生态文明建设的新要求, 深入剖析广义生态水利的内涵, 明确其包含的“三生空间”优化布局、“生态环境-社会经济-水循环调控”多维度以及水利工程生命周期的“全过程”管理十分必要和紧迫。

    • 水利是人类经济社会发展不可或缺的重要基础支撑。具有中华民族特色的“水利”, 在中国已经有4 000多年的发展历史, 从大约4 000年前的大禹治水, 到2 200年前秦国修建的都江堰、郑国渠、灵渠三大水利工程, 1 400年前隋朝凿通的京杭大运河等, 无不凝聚着古代先贤为顺应自然、改变环境所付出的努力和智慧, 为国家民族的发展进步发挥了至关重要的作用。水利的兴废与国家的盛衰有着十分密切的关系, 自古即有“善为国者必先治水”之说。兴水利、除水害, 事关人类生存、经济发展、社会进步, 历来是治国安邦的大事。

      近现代以来, 经济社会快速发展对水利发展提出了更多需求, 加之科学与工程技术的进步, 人们开发利用水资源的能力大幅提升。据统计, 2014年全世界已修建30 m以上的水坝有15 117座, 总库容约14万亿m3, 相当于世界河流年径流的25%, 其中, 中国6 543座, 占43%。进入21世纪, 三峡、小湾、锦屏一级、乌东德和白鹤滩等一批300 m级大坝相继建成;长江、黄河、塔里木河等江河流域的水电梯级开发, 如雨后春笋拔地而起。南水北调工程、山西的引黄入晋、山东的引黄济青、青海的引大济湟和引黄济宁、陕西的引汉济渭、辽宁的大伙房引水工程和辽西北引水工程、云南的滇中引水工程、新疆的北疆供水工程和艾比湖流域生态环境保护工程等一大批引(调)水工程开工建设并相继建成, 全国进入了规模空前的水利工程建设时期。

      水利工程极大地防御和减轻了洪旱自然灾害, 提高了水资源开发和综合利用水平, 促进了社会经济发展, 实现了防洪、灌溉、发电、供水、航运等巨大的社会经济效益。但同时也永久改变或影响了河流的连通性、水体的自净能力、河道的水生态环境、生物的多样性、生态系统的完整性和水资源的分配格局, 使河流生态环境长期处于胁迫状态, 甚至会造成流域性的生态灾难, 进而威胁人类赖以生存的生态环境, 苏联造成的中亚“咸海危机”就是典型的例证。虽然中国出台许多政策性、法规性、规范性、技术性文件, 并采取各种措施加强生态环境保护, 但由于人口迅速增加、农业用水规模巨大、城市化和工业化规模不断扩大、对水资源的需求不断增加, 导致水资源过度开发利用和生态环境恶化等问题。

      生态环境问题是当前社会各界关注的焦点, 也是水利水电事业发展面临的重大挑战。无论是水资源过度开发利用造成的生态环境恶化, 还是人们对美好生活、美丽环境、健康生态要求的不断提升, 都对新时期现代水利发展提出了新的、更高的要求。迫使人们更深刻地反思传统工程水利在规划、设计、运行和管理等各个环节存在的弊端, 进一步扩展对生态水利的认知, 着眼于生态系统循环-链接-转化-平衡全视角, 从流域复杂水系统演变过程中, 寻找水资源开发利用与生态环境保护之间的平衡点, 建立水利工程“规划设计—建设管理—运行调度”全过程生态安全保障体系, 形成人与自然和谐共生的现代生态水利新格局。同时, 还迫使人们重新认识人类自身对生态系统的组成结构、运作机理、服务功能等的依赖性和胁迫性, 从“生态环境-社会经济-水循环调控”多维度, 研究生态环境对生产和生活空间的反馈机制, 为实现“生产空间集约高效、生活空间绿色宜居、生态空间青山绿水”的国土空间均衡发展、优化布局提供科学支撑。

      广义生态水利是“生态文明”时代孕育出的一种生态环境保护、水资源开发利用全过程分析视角、多维度空间均衡的新理念、新途径。广义生态水利以尊重和维护生态环境为主旨, 开发水利、发展经济, 为国土空间优化布局和人类社会持续发展服务。其主要研究水利工程建设和运行对流域生态环境的影响以及在这种影响下生态系统的演变趋势;探索在水资源开发利用过程中既能满足人类社会需求、又能兼顾水生态系统健康和良性发展的各种措施和方法。随着气候变化、人类活动加剧、人口增长、经济发展、人民生活水平和人居环境质量的提高, 水资源所担负的角色越来越重要。因此, 坚持“绿水青山就是金山银山”、“山水林田湖草生命共同体”、“节水优先, 空间均衡, 系统治理, 两手发力”的科学发展观, 把握水利发展规律, 增强生态保护意识, 完善生态水利发展思路, 把控水利在生态环境保护和社会经济高质量发展过程中的关键定位, 进一步完善生态水利的理论、方法和技术, 具有重要的科学意义和实践价值。

    • “水利”一词出现在中国已有2 000多年的历史, 最早见于战国末期《吕氏春秋·慎人》篇: “掘地财, 取水利”。这里所讲“取水利”系指捕鱼之利。西汉司马迁《史记》中的《河渠书》堪称中国第一部水利通史, 该书记述了从大禹治水到汉武帝黄河瓠子堵口这一历史时期内一系列治河防洪、开渠通航和引水灌溉的史实, 感叹“甚哉水之为利害也”, 并指出“自是之后, 用事者争言水利”。从此, 水利一词就具有防洪、灌溉、航运等除害兴利的涵义。

      大禹“堵”与“疏”辩证的治水思想, 都江堰“以水治水, 乘势利导, 因时制宜”的成功范例, 时至今日依然闪烁着夺目的文化精神和深邃的哲学思想。西汉末年的治黄战略家贾让, 以“不与水争地”、“宽河行洪”为治河决策的基本点, 提出著名的“贾让三策”, 即:上策滞洪改河, 中策筑渠分流, 下策缮完故堤。将贾让治河思想转化为治河实践的是治黄史上享有盛名的“王景治河”[1]。明代嘉靖至万历年间, 四任总理河道的潘季驯(1521—1595年)提出的“束水攻沙”理论, 是治河防洪思想的一大转变, 在中国和世界治河史上有着崇高的地位。其核心治河思想是利用堤防“束水归槽”, 以期河槽刷深与稳定, 借水攻沙, 达到以河治河之目的。近代水利专家李仪祉评价说: “千古治河, 唯禹景二人, 潘靳氏称半治”[2]。这些卓见成效的治河思想, 对后世产生了重大影响, 极大地丰富了中华治水患、兴水利的历史文化宝库。

      1931年中国水利工程学会成立, 1933年第三次年会明确指出: “水利范围应包括防洪、排水、灌溉、水力、水道、给水、污渠、港工八种工程在内”。新中国成立后, 以“久患灾重”的海河、淮河、黄河治理为开端, 开启了现代工程水利的新篇章[3]。20世纪后半叶, 水利中又增加了水土保持、水资源保护、环境水利和水利渔业等新内容, 水利的涵义更加广泛。进入21世纪, 高坝大库、跨流域调水、水电开发、高效节水、生态恢复等成为水利建设的主旋律;同时“七大江河”流域以及干旱内陆河流域形成了各自的治理体系, 治水理念、理论研究、工程技术等取得了巨大进步。

      水利是人们认识水、亲近水、利用水、改造水、呵护水的过程, 因之而开展的各项活动, 称水利工作;因之进行的各类工程建设, 称水利工程;研究这类活动及其对象的技术、理论和方法的知识体系, 称水利科学[4]。1992年出版的《大百科全书·水利卷》对“水利”的定义是:人类社会为了生存和发展的需要, 采取各种措施, 对于自然界的水和水域进行控制和调配, 以防止水旱灾害, 开发利用和保护水资源。2004年修订再版后的定义为:人类社会为了生存和可持续发展的需要, 采取各种措施, 适应、保护、调配和改变自然界的水和水域, 以求在与自然和谐共处、维护生态环境的前提下, 合理开发利用水资源, 并防治洪涝、干旱、污染等各种灾害。这一新的解释与原定义有四点显著的不同:一是在“发展”前增加了“可持续”;二是将原来“进行控制和调配……”的提法修改为“适应、保护、调配和改变……”, 刻意地弱化人对自然强力控制的指导思想;三是增加了“以求在与自然和谐共处、维护生态环境的前提下, ……”等限制词;四是将“污染”列入重要的防治灾害。

    • 近代以来, 经济社会的快速发展对水资源开发利用提出了多种需求, 水利发展的内涵和理念也随之发生结构性变迁。根据不同经济社会发展阶段和治水思路的差异以及主要水患灾害和需求矛盾的演化, 中国水利发展相继经历了工程水利、环境水利、资源水利、生态水利等4个认识与发展阶段(表 1)。其中, 工程水利是资源水利的基础, 资源水利是工程水利的发展和提高, 二者相互依存, 共同发展;环境水利主要是应对社会经济发展与工程水利带来的环境问题, 是建设生态水利的手段, 环境水利、资源水利的提出, 为发展生态水利奠定了基础, 并提供了重要保证。每一个发展阶段都是在原有基础上的提高, 是水利工作观念意识、管理体制、技术手段等方面的不断提升、完善, 是与该阶段社会经济发展水平和观念模式相适应的产物[5-7]。中国水利发展历程符合事物螺旋式上升的哲学原理, 同时也反映了为实现经济社会可持续发展, 人类统筹考虑生态、资源、环境等方面的决心。

      表 1  水利发展沿革与相关特性

      Table 1.  Evolution and related characteristics of water conservancy development

      发展阶段 需求 治水理念 水体功能 措施
      工程水利(1931—) 发展需求 征服改造自然, 人本理念 以开发利用水资源功能为主 工程化、单一化、规范化
      环境水利(1980—) 环保需求 防污、治理、环保, 污染控制 以保护水资源、水环境(水质)功能为主 人性化、多样化、法制化(水法颁布)
      资源水利(2000—) 可持续发展需求 开发、利用、治理、配置、节约和保护, 人水和谐 以水资源综合利用、水环境、基流功能为主 工程与非工程措施结合、流域化、数字化、标准化(“三条红线”)
      生态水利(2013—) 生态文明建设需求 生态保护, 生态伦理观念 资源、环境、生态功能辩证统一 自然化、智慧化、体系化(河长制)

      中国古代农业社会, 人类顺水之性的因任自然观, 产生了自然水利思想;近代工业社会征服自然的观点, 产生了工程水利思想;现代生态文明时代人与自然和谐相处, 产生了环境水利、资源水利、生态水利思想。然而, 伴随这一历史进程, 人与水关系经历了依存、开发、掠夺、和谐4个阶段。但是, 科学的治水思想总是落后于具体的治水实践, 也就是说科学的治水思想是在历史进程的反思和觉悟中不断形成与完善的, 即先有水事活动, 后有理论思想。盲目是必然的, 而过失和其所导致的不良后果则是无可奈何的, 有经验科学之称的水利科学不应被动地接受, 而应科学系统地思考人水关系, 形成健康和谐的治水思想。

    • 工程水利是指以水资源或水体作为开发、利用、保护对象, 采用工程技术手段, 对水资源或水体进行重新配置, 以解决除水患、兴水利等问题[8]。其内涵是研究水利与工程的关系, 特别是水资源规划、开发、利用的措施和理论以及工程的规划、设计、施工、运行与管理的理论与方法[9-10]。工程水利阶段, 针对保障和提高人民生存所需的生活用水和农业用水等, 人们面对水问题从消极躲避的思想转变为依靠工程手段解决, 包括修堤、筑坝、建库、凿井、开渠、隧洞等工程形式, 并以强化人对自然的控制为指导思想, 侧重点在于改造自然、征服自然。该阶段不仅在工程上以水利工程建设为主, 而且科研上主要的研究方向和成果也以服务水利工程建设为主要目标。

      水利建设的目标是“除水患, 兴水利”, 得到了人类社会的普遍重视。世界上著名的伊泰普水电站、胡佛大坝、罗贡坝、阿斯旺大坝乃至中国享誉世界的都江堰和三峡工程, 都是人类社会为满足自身需求, 改造自然而修建的水利工程。中国自建国以来, 围绕防洪、排涝、供水、灌溉、水力发电等, 开展了大规模的水利基础设施建设, 并取得了巨大的成效。例如, 1960年开始修建的红旗渠工程, 彻底改善了当地人民靠天等雨的恶劣生存环境, 实现了林州由山区贫困县向现代化新兴城市、生态旅游城市的跨越。三峡工程不仅提高了下游荆江地区的防洪标准, 同时也为华中电网提供了丰富的清洁能源, 并改善了川江通航条件, 发挥了防洪、发电、航运等社会和经济效益。2 200多年前修建的都江堰水利工程, 如今仍在从容有度地浇灌着“天府之国”的“沃野千里”, 发挥着巨大的综合效益。

      随着人类活动加剧, 诸如水利、农业、城市发展、矿产开发、畜牧、旅游、林业生产等, 都会对河流生态系统从结构到功能产生不同程度的影响。水利工程在给人类社会带来生产力和经济效益的同时, 也打破了原有自然生态模式, 并引起其他的生态环境与社会问题。大坝阻断河流廊道的连续性, 对河流的水力学特征、泥沙的输移以及水生生物的栖息和迁移都将造成影响;水库的径流调节作用, 在满足人类社会需求的同时, 也对河道内水量、水质、水温、水生植物等产生一定影响;跨流域调水和水库移民带来调出与调入、迁出与迁入地区的利益分配、环境改变等问题;工程水利多关注于水资源开发利用和水利工程建设, 而对于节水、治污、配套、环保、管理等方面, 由于关注度不够, 落实力不强, 从而导致水资源过度开发、粗放管理和生态环境破坏。进入21世纪以来, 水利工程的规模化、大型化发展, 对河流生态系统的不利影响更应引起我们的高度关注。

    • 人类社会在进步的同时逐渐意识到了保护生态环境的重要性, 忽视水体和河流自身的需求而存在的水利工程必将受到生态环境的反噬。水利部于20世纪80年代初开始推动环境水利工作, 这一时期, 中国刚刚开始改革开放, 人口增速快、工农业和城市化加速发展, 水利工程及水资源过度开发引起的生态环境恶化问题呈现不断加剧的趋势。在这种背景情况下, 中国专家学者在传统水利工程领域, 汲取更多环境科学的新成果, 率先提出的全面系统研究水利与环境相互关系的新学科—环境水利学应运而生, 并开始将环境影响评价纳入水利工程立项建设的必要程序[11-12]

      环境水利是传统工程水利的结合扩展与深化发展, 是实现生态水利的手段。1982年在阿根廷召开的世界水资源大会上, 中国专家宣读了《中国的环境水利工作》论文, 国际同行给予高度评价。1983年方子云[13]提出了环境水利学的定义、内容及三大主要任务, 即:研究因水利工程而引发的环境问题并事先提出对策、充分发挥水利工程保护环境改善水质的作用、研究保护和利用水环境。1990年出版的《中国水利百科全书》将“环境水利”列为分支学科之一, 2003年再版为《环境水利》分册。1999年沈坩卿[14]将生态经济相关内容纳入环境水利, 基于可持续发展思想, 建立了生态经济型的环境水利新模式。乔凯华[15]提出通过大环境综合治理, 以期从根本上治理水害、防止干旱、制止水污染, 最终实现“营造一个安全的水环境”、“营造一个布局合理、水资源合理开发利用的水环境”、“营造一个清洁和美化的水环境”的环境水利目标。

      广义的环境水利是研究水与环境的关系, 包含的内容十分丰富, 解决的问题既包括与环境有关的水利问题, 如排放污水引起的河流污染、水土流失引起的河道和水库淤积;同时, 也包括与水利有关的环境问题, 如建库后水库上下游河道的变形、库周区土地盐碱化、水生生态系统改变等, 为环境水利相关措施的落实提供理论与技术支撑;狭义的环境水利是研究人类用水过程及其对水环境的影响以及水环境科学的理论和方法体系, 使地表、地下水资源更好地为生产、生活服务。环境水利的内容兼容了社会科学、自然学科、工程技术、文化历史等相关内容, 具有跨学科、综合性强的特点, 在不同时代对人类社会提出的要求也不尽相同。

      30多年来, 环境水利坚持防污、治理、环保的理念, 研究水与环境的关系以及水环境科学的理论和方法体系, 促进了环境水利学科的发展, 在河流水环境、非点源污染防治、水污染处理、多自然河流建设、水景观工程等方面取得了显著进展[16-18]。但因现阶段处理环境水利问题的技术和手段的局限性, 其仍是当前及今后水资源开发利用方面的研究难点和热点。

    • 20世纪90年代, 中国洪涝灾害、水资源短缺和水污染等问题尤为突出。如1997年黄河下游断流达到226 d, 断流河段约700 km, 并且第一次出现汛期断流;1998年长江流域发生自1954年以来又一次全流域大洪水, 嫩江、松花江流域发生150年来最严重的全流域大洪水;90年代中期中国水污染造成的损失占全部环境损失的76.2%, 水污染问题进一步加剧了水资源短缺。针对这些问题, 中国政府和学术界认真分析面临的水利形势和应对措施, 改变了一些传统的认识, 强调水资源的基础属性和自然资源属性, 重视水资源的保护, 提出走人水和谐发展之路, 强调在建设的同时必须与资源环境保护相协调。

      时任水利部部长汪恕诚[19]提出了资源水利的新理念, 其内涵包括水资源开发、利用、治理、配置、节约和保护等6个方面, 理论基础是水权和水市场理论, 体制保障是流域统一管理与准市场的统一结合, 实现目标是从工程水利向资源水利、从传统水利向现代水利、可持续发展水利的转变。在这一理念的指导下, 人水和谐思想逐步被接受, 成为中国治水的主导思想, 并取得了显著成效。例如, 黄河水利委员会正式启动黄河水量统一调度, 实现了连续20年不断流, 保障了流域供水安全, 生态环境持续改善[20];王浩等[21]首次提出的“模拟—配置—评价—调度”水资源调控模型, 为黑河流域水量调度和张掖市节水型社会建设提供了较为完整的理论框架体系;塔里木河开始向断流近30 a的下游河道实施生态输水, 抢救濒于毁灭的绿色走廊[22]

      广义的资源水利是研究水与土地、能源、矿产等资源合理开发和优化配置的方式和手段;狭义的资源水利是研究水资源本身, 包括大气水、地表水和地下水的有效利用和优化配置、水的多功能与综合利用、水资源的区域性配置等理论、方法和手段[23]。其基本要求体现在4个方面:人与自然和谐, 实现社会经济可持续发展;在重视水资源的治理、开发和利用的同时, 更加重视水资源的配置、节约和保护;建立合理的水价形成机制, 积极探索建立水权制度和水市场, 促进水资源的优化配置;改革水的管理体制, 加强水资源的统一管理和科学管理。通过综合开发, 优化配置, 科学管理, 使水资源在整体上发挥最大的经济效益、社会效益和环境效益, 实现水资源的可持续利用[19]

      资源水利是面对中国日益严峻的水资源短缺、洪涝灾害频发、生态环境恶化形势下的必然选择, 是水利科学发展必由之路。资源水利治水思路是可持续发展理论在水资源管理中的具体应用, 体现了水利科学与时俱进的科学理论品质, 是中国水利事业逐步转入健康发展轨道的关键标志。中国的水利从最初的“除水患, 兴水利”、“人定胜天, 人本理念”, 不断朝着“天人合一”、“人与自然和谐共处”的方向发展。要实现这一最终目标, 达到环境资源的良性循环、水资源的可持续利用和经济社会的稳步推进, 更需要各方面的协调配合、统筹发展。由此, 催生了更为全面的生态水利。

    • 广义生态水利的发展理念, 是在生态文明社会建设的新时代背景下提出的, 是对工程水利、环境水利、资源水利的传承和发展。要全面实现人与自然和谐共生的现代化建设新格局, 应当跳出水利看水利, 将水作为关键生态要素之一, 从生态系统全视角、水资源-生态环境-社会经济统筹协调发展多维度、水利工程规划设计—建设管理—运行调度全过程, 建立广义生态水利的学科及理论技术体系, 科学把控水利在生态环境保护和社会经济高质量发展过程中的定位。当我们局限在工程水利及水资源开发利用-社会经济发展这个平面二维圈子里, 感到困惑无策、徘徊不前时, 必然要用环境水利、资源水利、生态水利的思想升维。在这个过程中, 就会觉得水利科学和人与自然和谐共生最终会走到一起, 且越往山顶爬它们就越接近。在向自然科学顶峰攀登时, 一定要有人文思想浇灌, 这就是我们中华民族积淀历久的水文化。

    • 关于生态水利的研究, 最早主要聚焦在研究水利工程建设、河道治理、水污染、水生动植物、河岸带植物景观等方面[23-25], 始于20世纪五六十年代。狭义的生态水利是研究水资源开发利用对生态环境的影响、水利工程建设与生态系统演变关系等[26]。国外并没有创建生态水利这一学科分支, 只停留在一些概念、名词、方法等层面, 而中国由于对生态保护高度重视和迫切需求, 尤其是“生态文明建设”已提升到国家战略, 因此亟待发展生态水利的内涵、理论方法和学科体系。广义的生态水利是以人口、资源、环境与经济协调发展为前提, 应用生态经济学原理、可持续理论、系统科学等, 提出水资源的合理开发、利用、科学管理和保护生态环境的方式和措施, 满足代内人和代际人用水需要, 走良性发展的道路[27]。生态水利主要研究内容包括水循环和生态系统平衡、水资源优化配置和水资源可持续利用, 以维护生态环境为主旨, 实现人与自然和谐相处[28]。其发展大体经历了“生态工程—生态水利工程—生态水利”3个阶段(图 1)。其中, 生态工程与生态水利工程侧重于从工程学与水利工程学角度出发, 重点解决生态保护、修复或改善目标下的工程建设问题;生态水利则要求用生态学的基本观点, 解决水利工程规划、设计、建设与运行全过程问题, 为生态系统健康发展与水资源高效开发利用服务。

      图  1  生态水利发展历程

      Figure 1.  Development course of ecological water conservancy

    • 工业革命以后, 伴随着欧美等西方发达国家经济发展, 大量消耗能源和自然资源, 导致生态环境急剧恶化, 如英国相继发生伦敦烟雾事件与泰晤士河污染事件, 使得人们对生态环境的关注程度日益上升, 并相继进行了诸多生态改善与修复的尝试, 为生态学理论与技术的产生和发展提供了基础。1953年, 美国学者Odum[30]出版《生态学基础》标志着现代生态学的形成。1962年Odum[31]提出生态工程概念, 旨在促进生态学与工程学相结合, 其含义是:为了自然环境和人类社会两方面的利益而对工程进行设计, 采用工程措施进行生态修复, 使生态系统得以更新。20世纪80年代后, 生态工程快速发展[12, 32-33], 并相应提出了生态工程技术, 即“在环境管理方面, 根据对生态学的深入了解, 花最小的代价、对环境的损害也最小的一些技术和措施”[34-35]。1989年Mitsch等对于“生态工程学”给出定义, 1993年美国科学院所主办的生态工程研讨会中根据Mitsch的建议, 对“生态工程学”定义为“将人类社会与其自然环境相结合, 以达到双方受益的可持续生态系统的设计方法”。

      生态工程的范围很广, 包括河流、湖泊、湿地、矿山、森林、土地及海岸等的生态建设问题。整体来看, 生态工程涵盖了林业生态工程、农业生态工程、牧业生态工程、环境生态工程、水利生态工程等多类生态工程。如美国佛罗里达的世界人工淡水湿地—大沼泽生态恢复区[36]、北非五国绿色坝工程[37]、中国的基塘农业生态工程、三北防护林建设工程等。中国生态工程概念最早由马世骏先生于1984年提出[12], 即生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理、结构与功能协调原则, 结合系统分析最优化方法, 设计促进分层多级利用物质的生产工艺系统。生态工程研究与处理的对象, 不仅是自然或人为构造的生态系统, 更多的是社会-经济-自然复合生态系统, 生态工程建设目标是使人工控制的生态系统具有强大的自然再生产和社会再生产的能力。

    • 生态水利工程是生态工程的一种, 是传统水利工程和生态工程的融合, 其设计、建设需遵循水利工程原理与生态工程原理, 且相较传统水利工程更加倾向于对生态系统的改善与修复。20世纪50年代德国正式创立了“近自然河道治理工程学”, 提出要在河道工程设计中吸收生态学的原理和知识, 河道的整治应符合植物化和生命化的原理[29];在此基础上, 1965年德国率先开创近自然河道修复技术, 随后, 美国、荷兰、英国、日本等国家相继开展了河道生态治理。

      二次大战以后莱茵河沿岸国家工业急剧发展, 污染不断蔓延、生物物种减少, 标志生物—鲑鱼开始死亡。莱茵河保护国际委员于1987年提出了莱茵河行动计划, 以生态系统恢复作为莱茵河重建的主要指标。该计划详细提出了要使生物群落重返莱茵河及其支流所需要提供的条件, 治理总目标是莱茵河要成为“一个完整的生态系统的骨干”。20世纪80年代莱茵河的治理为生态水利工程技术提供了新的经验, 促进了生态水利工程的发展[38-41]。以德国生态治理理念为基础, 1990年, 日本结合国家自身资源条件以及河道生态问题, 推出生态水利工程的“多自然型建设工法”(又称近自然工法), 并应用于全国600余条河流治理试验工程中[42-43];1980年, 美国提出“多自然河道修复技术”概念[44], 并对Oichtenbach河流域和Melk河流域进行“近自然治理”, 取得明显成效。前者的动物种类由44种增加到133种, 后者每100 m河段的鱼类数量由150条增加到410条。在此之后, 生态水利工程不再局限于某些河段或者河道本身的恢复, 开始着眼于全流域尺度生态系统, 如1990年美国的密西西比河、伊利诺伊河等流域生态系统整体恢复以及2005年德国的Emscher流域生态修复等。

      在中国, “生态水利工程”一词最早出现于1992年张利等[45]撰写的《海河平原区生态水利工程体系研究》一文。2003年董哲仁[46]针对水利工程对河流生态系统胁迫问题, 首次定义了生态水利工程的内涵, 即:对于新建工程, 是指进行传统水利建设的同时, 兼顾河流生态修复;对已建工程, 则是对被严重干扰的河流进行生态修复。2019年董哲仁出版《生态水利工程学》专著[47], 改进和完善了传统水利工程学的规划设计方法, 为水生态系统保护与修复提供理论与技术支持。2010年蔡守华[48]初步构建了水生态工程理论的框架, 并具体阐述了生态学及生态工程学原理在水利工程各领域中的应用。于修建[49]认为生态水利工程是把人和水体置于整个生态系统中, 研究人和自然对水利的共同需求, 从生态的角度出发进行水利工程建设, 建立良性循环和可持续利用的水利体系, 从而达到可持续发展以及人与自然和谐的目的。李雅萍和徐瑞兰[50]认为生态水利工程是按照生态学原理, 遵循生态平衡的法则和要求, 从生态的角度出发进行水利工程建设, 建立满足良性循环和可持续利用的水利体系, 从而达到可持续发展和人与自然相处所采取的工程或非工程措施。2019年段红东[51]在梳理生态水利工程相关研究成果的基础上, 提出生态水利工程是指遵循人与自然和谐共生的理念而规划设计建设的, 以保护、修复或改善流域或区域自然生态与环境为主要目标, 在保障人类对水资源开发利用必要需求的前提下, 体现水资源合理利用与生态保护间的平衡关系, 注重生态健康和可持续发展、文化传承, 使河湖的生态系统具有强大的自然和社会再生产能力, 实现经济、社会、生态效益相统一的防洪、发电、灌溉、供水等为人类服务功能的水利工程。

    • 生态水利思想内涵丰富, 不同时期、不同领域、不同专业对生态水利内涵的理解和研究侧重有所不同。国外对于生态水利的研究开始较早, 1987年可持续发展理论的提出可以认为是该阶段的开始, 通过近20年的不断探索与实践, 生态水利逐步被人们关注。

      国内关于生态水利的研究起步略晚。1999年刘昌明[52]提出了水转化是水资源评价的基础, 从理论角度论述了生态水利的四大平衡, 即水热平衡、水盐平衡、水沙平衡、区域水量与供需平衡, 并建议在水资源供需平衡的研究中, 将生态水利和环境水利相结合, 实现水资源可持续利用。2000年傅春和冯尚友[27]提出生态水利的本质为可持续水利, 是人类文明发展到“生态文明”时代的水资源利用的一种途径和方式。2002年穆宏强和蔡长治[8]认为生态水利是研究水资源的开发利用对生态环境的影响、水利工程建设与生态系统演变的关系, 以及研究在进行水资源开发、利用、保护和配置方面, 提高水资源的有效利用水平、节约用水的条件下, 保证生态系统的自我恢复和良性发展的途径和措施。孙宗凤[28]认为生态水利涵盖了水利事业和水利产业目标, 又突出了环境目标, 生态水利是包括规划、设计、建设管理的系统工程。2008年代锋刚等[26]初步探讨了生态水利的理论内涵及影响因素。2015年姜翠玲和王俊[53]定义生态水利内涵为“研究水利工程建设和运行对流域生态环境的影响以及在这种影响下生态系统的演变趋势, 探索在水资源开发利用过程中, 采取的既能满足人类社会需求、又能兼顾水生态系统健康和良性发展的各种措施和方法”。2019年程冬兵和周蕊[54]结合中国生态文明建设、水资源管理等领域所提出的一系列方针举措, 如“山水林田湖草系统治理”、“人与自然是生命共同体”、“水利工程补短板, 水利行业强监管”等, 扩展了生态水利的内涵。

      生态水利是新时代社会文明进步的产物。2013年水利部发布的《关于加快推进水生态文明建设工作的意见》明确了中国水利工作对生态文明建设的支撑形式, 标志着中国水利发展正式步入生态水利阶段。进入新时代, 中国现代水利事业将汇集工程水利、环境水利、资源水利的发展成果, 融合自然和人工生态系统以及社会-经济-自然复合生态系统, 站在生态文明及中华民族永续发展的高度, 科学系统地研究建立生态水利学科, 全面深入地发展生态水利事业。

    • 结合国内外相关的研究成果及生态水利的涵义, 广义生态水利可定义为:从流域(区域)生态系统全视角、水循环-生态环境-社会经济统筹协调发展多维度、水利工程规划设计—建设管理—运行调度全过程, 探索“三生空间”优化布局与“三生用水”合理配置, 研究水资源合理开发、高效利用、生态调度、生态修复、生态安全等原理与技术方法的交叉学科。该定义具有以下5层含义:

      (1) 认知的系统性。流域生态系统从动物、植物和微生物的微观用水需求, 从微型生态系统平衡的维持, 到中观流域生态结构、景观格局的塑造, 甚至到宏观更大区域范围乃至地球生物圈中的水汽环流, 是一个循环作用的大系统。水与种群庞大的动、植物, 通过食物链、养分循环、能量交换、水文循环以及气候系统, 相互交织在一起, 处于复杂的平衡之中。在这5种循环和作用中, 水资源专家多关注水文循环及运移转化规律研究, 生态、环境专家多关注水在生态系统中与生物群落之间进行的能量交换、食物链、养分循环。生态水利是将二者结合起来, 竭尽努力防止对生态系统造成结构性、功能性破坏, 并充分利用生态系统的自然修复功能, 努力恢复受损的生态系统。

      (2) 要素的多维性。从传统的工程水利, 演变为环境水利、资源水利、生态水利, 从行业利益、工程思维, 升华到整体的、系统的、和谐的综合科学思维, 从单元的、单维度的水利过程, 升维到全过程的、多维度的、可持续的综合调控过程, 满足更多方位、更大区域、更广空间协调平衡发展的要求, 是广义生态水利的核心思想, 而“生态环境-社会经济-水循环调控”复合系统主控要素的交互耦合调控理论与技术则是其核心理论技术。因此, 筛选复合系统中总量、质量、结构、效率等主控多维要素, 分析交互耦合的胁迫影响及临界阈值, 基于水资源、生态约束下的经济发展模式, 进行相关生态安全设计、生态调度、生态修复等, 可为工程建设、流域管理提供科学依据, 以利提高“水事行为”的主动性、前瞻性、科学性和有效性。

      (3) 过程的完整性。水利工程规划设计—建设管理—运行调度是一个完整的过程, 在这个过程中必须全面贯穿生态水利的思想, 特别是工程建成之后, 全生命周期的工程安全和生态安全, 是两项最为重要的使命和责任。河流上每一座重要的水利工程, 都应当纳入全流域水资源综合利用和生态环境保护行动, 从将“生态目标”嵌入兴利调度的简单调控过程, 转变为“后坝工时代”大尺度生态调度的综合调控过程, 即:全流域-大空间尺度、长系列-大时间尺度、水循环-大系统尺度, 充分发挥生态调度对生态恢复和保护的重要作用。将水利工程全生命周期的生态调度和生态安全纳入生态水利, 是该定义的一个重要内涵。

      (4) 结构的空间性。针对人口膨胀、土地紧缺、资源低效、环境污染等“城市病”以及空心化、老弱化、污损化、非农化等“乡村病”, 面对未来发展资源约束趋紧、环境污染加重、生态系统退化的危机和挑战, 十八大提出构建生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀的“三生空间”优化目标和原则。因此, 为“三生空间”优化布局提供决策支撑, 为“三生用水”合理配置提供保障服务, 成为了新时期生态水利的重要任务。如:干旱内陆河“山区—人工绿洲—荒漠”是完整的水循环过程, 对应的“径流形成—水资源利用—径流耗散”和“草原生态退化—绿洲次生盐碱化—河流下游荒漠化”的演变过程, 就完整地体现了生态水利的空间结构。

      (5) 学科的交叉性。生态水利需融合水文学、水力学、地貌学、地理学、生态学、环境学、资源学、水利工程学等传统学科与现代信息技术, 在吸收传统学科理论知识和技术方法的基础上, 力图构建以生态健康为目标的流域水资源开发利用管理的方法技术体系。将水利工程与生态建设相结合, 探索将“绿水青山”转化为“金山银山”的创新路径, 是可持续发展的必然选择。要按照生态学和水文学原理、水资源高效利用原则、遵循自然平衡法则和发展规律要求, 建立良性循环和可持续利用的生态水利体系。通过生态规划、生态设计、生态监控, 建设与自然和谐相处、与周边景观协调的以人为本的水利工程, 以实现生态修复和生态安全, 提高城乡居民的生活质量和环境质量[11]

    • 空间格局是资源空间、城市空间、工业空间、农业空间和生态空间等在国土空间开发中的反映, 是经济结构和社会结构的空间载体, 在一定程度上决定着经济发展方式及资源配置效率。西方发达国家如德国、法国、美国、英国等在工业化、城镇化发展过程中, 曾同样遭遇过“城市病”“乡村病”的困境。这些国家采取了优化国土空间、重视环境保护的发展策略[55], 对于指导中国解决当前城乡发展困境, 按照生产发展、生活富裕、生态良好的要求调整空间布局, 具有借鉴意义和参考价值。

      (1) 集约生产空间, 提高资源配置效率。一、二、三产的空间布局和结构功能, 要与天然生态系统和资源环境保持很好的协调性, 促进人口、经济、资源环境的空间均衡;人口和经济规模以及产业结构, 要充分考虑水资源和环境的承载能力, 引导人口相对集中分布、产业相对集中布局, 走生产空间集约利用、产城融合布局、宜居易业的发展道路(图 2)。节能减排, 中水回用, 工业结构体系要按照发展循环经济和有利于污染集中治理的原则集中布局。发展有机绿色农业, 满足居民对农产品和生态产品的需求。

      图  2  “三生空间”与生态水利空间格局关系

      Figure 2.  Relationship between "three living spaces" and ecological water conservancy spatial pattern

      (2) 拓展生活空间, 美化绿色宜居环境。城市空间在向城市群、一体化发展的同时, 还应因地制宜建设好各具特色的中小城镇, 为农村人口进入城镇预留生活空间, 扩大居住、公共设施和绿地等建设空间, 优化与之相适应的人口经济规模以及产业结构。坚持最严格的耕地保护制度, 根据农村人口向城市转移的规模和速度, 逐步将闲置的农村居民点等复垦整理成农业生产空间或绿色生态空间。统筹城乡发展, 不断提高农村牧区基础设施和公共服务设施建设水平, 完善城镇乡村路网交通体系, 美化、拓展城乡生活空间和宜居环境。

      (3) 保护生态空间, 构建山水林田湖草生命共同体。生态空间包括绿色生态空间和其他生态空间。绿色生态空间包括天然草地、林地、湿地、水库、河流、湖泊和冰川及永久积雪等;其他生态空间包括荒草地、盐碱地、高原荒漠和裸地沙地等。要按照宜农则农、宜草则草、宜林则林、宜荒则荒的原则, 合理开发利用和保护生态空间。探索“绿水青山”转化为“金山银山”的创新路径, 留够河道内自然生态用水, 修复“河湖廊道”生态景观和生物群落, 建设城镇、乡村、农田供水渠(管)网和绿色林网, 构建各生态单元互动连通的山水林田湖草“大生态”系统。

    • 生态水利是一个“生态环境-社会经济-水循环调控”的多维度复合系统, 应用生态水利理念指导水资源开发利用, 其目标不是片面追求生态系统的改善、忽视流域经济社会发展, 而是围绕生态环境保护与经济社会高质量耦合发展理念, 从“生态环境-社会经济-水循环调控”多维度, 建设生态协调、环境优美、水资源持续利用并获得最佳生态、经济和社会效益的流域生态经济系统, 实现人与自然的和谐相处, 为实现“生产空间集约高效、生活空间绿色宜居、生态空间青山绿水”的国土空间均衡发展、优化布局提供科学支撑。

      (1) 生态环境保护维度。生态环境是指整个人类社会赖以生存的自然环境的总和, 它包括除人以外的一切活生物体和非生物体, 前者指植物、动物和微生物, 后者包括大气层、光、热、水、矿物质、土壤等。在生态水利研究中, 重点关注水生生态系统、陆生生态系统及其水陆交错生态系统。旱区是地球自然生态系统中的脆弱区域, 面临着严重的生态环境危机, 如河道断流、湖泊干涸、水质污染、天然植被覆盖率低、生物多样性下降、土地沙漠化、土壤盐碱化等, 旱区生态水利必须运用生态学原理, 有效地改善生态环境, 促进人与自然的和谐相处。

      (2) 社会经济发展维度。社会经济活动是人类物质资料的生产和消费过程中, 各种地区、部门、单位和环节等所构成的统一体, 包括人类社会、经济活动、物质生产和非物质生产4个要素。社会经济是生态水利的主要研究对象, 一方面, 社会经济发展时刻离不开生态环境提供的物质、能量和信息, 可以说, 生态环境是社会经济系统存在的必要条件。另一方面, 社会经济系统也会强烈地影响生态环境的变化, 干扰和影响生态秩序, 甚至恶化生态环境。同时, 生态环境状况与经济增长的稳定性和社会发展的质量之间也有密切的关系, 良好的生态环境可以提供经济系统的投入产出效率, 提升人们生活质量, 反之则会对社会经济系统带来负面影响。

      (3) 水循环调控维度。水循环包括自然水循环和社会水循环, 其中自然水循环系指大气水、地表水、土壤水和地下水4个子系统之间的转化;社会水循环主要包括供水、用(耗)水、排水和回用4个子系统。耗水系统是社会水循环的核心, 也是社会经济活动使水资源价值流不断耗散的主要环节, 而排水系统是社会水循环与自然水循环的联结节点。因此, 以社会经济系统为中介, 水循环过程与生态环境系统也存在着联系。对于天然水循环, 生态水利关注的是不同尺度、不同区域水循环的过程和规律;社会水循环是生态水利调控的主要范畴, 过去工程水利都是针对自然水循环采取各种措施进行调控, 而生态水利主要针对社会水循环进行调控, 使人类少从自然水循环取水, 少向自然水循环排污水, 使治水遵循流域水循环系统演变规律, 维护水循环过程中的更新水资源、净化环境与维持生态系统完整的三大基本功能, 以维持自然与社会水循环的平衡。

      (4) 生态水利复合系统交互耦合与优化调控。打破旱区弱水资源承载力、高生态胁迫压力、低经济发展能力的桎梏, 对“三生空间”用水结构和“三生用水”供需平衡进行双向优化(图 3)。基于长序列水资源数据、生态调查数据和社会经济统计数据, 通过灰色关联分析、聚类分析和主成分分析等方法[56], 从生态环境-社会经济-水循环调控复合系统中, 筛选出总量、质量、结构、效率等关键要素及其临界指标[57], 揭示关键主控要素的时空演变特征及其交互耦合的生态环境效应, 应用耦合度模型[58]、结构方程模型[59-60]、动态仿真模拟[61]、协调度模型[62]、多目标优化模型等综合测度三者之间的相互作用程度, 提出良性耦合协调的发展模式及对策建议。

      图  3  生态水利复合系统交互耦合关系

      Figure 3.  Interactive coupling diagram of ecological water conservancy complex system

      (5) 生态水利与流域高质量发展评价体系。不同学者对高质量发展内涵的理解不同, 对高质量发展水平的测度角度与方式也不尽相同。有学者从经济增长质量的角度, 用全要素生产率进行表征[63], 大部分学者从高质量发展的广义角度建立高质量发展评价指标体系, 多层次综合测度区域的高质量发展水平[64-65]。流域高质量发展可从生态环境-社会经济-水循环调控3个维度, 围绕总量、质量、结构、效率等关键要素, 从经济发展、创新效率、民生改善、环境状况和生态状况等5个方面, 建立三级评价指标体系, 运用评价方法如熵权法对流域和区域高质量发展水平进行测度, 从时间和空间2个维度分析高质量发展水平和演变规律[66-68]

    • 生态水利注重在水利工程的全生命周期, 即“规划设计—建设管理—运行调度”全过程, 都应遵循自然规律, 将生态环境保护与修复的要求贯穿到各个环节, 并采取相应的措施。

      (1) 规划设计空间定位模式。在宏观战略层面, 按照“以水定地, 以水定城, 以水定产, 适水发展”的原则, 合理确定“生态保护红线, 基本农田边界、城乡开发边界”, 为“三生空间”优化布局提供决策支撑;同时, 也为优化后的“三生空间”合理配置“三生用水”提供明确目标。在流域规划设计层面, 以“三条红线—用水总量、用水效率、限制纳污”为前置条件, 制订水资源开发利用和河流生态环境保护总体规划方案, 统筹考虑供水、发电、防洪等工程布局, 重点关注维持生物群落多样性和栖息地空间的异质性, 注重干支流、上下游、左右岸以及河道、岸线、陆地生态功能协调性, 充分发挥工程体系的整体效益, 尽量降低对生态环境的干扰。

      (2) 建设管理自然生态模式。在工程设计方面, 加强生态水工建筑物的设计和应用, 如结合河流地貌特点做好河势规划, 保持河道的自然蜿蜒性、水流纵向上的连续性、横向上的连通性以及岸边和底质材料的透水性等。在建设过程中, 减小对河流侵蚀影响, 多采取带鱼道的水坝、缓坡或多段式跌水等, 对河流自然形态和天然水流形态改变相对较小的工程结构;通过建设洄游通道、增殖放流、异地建立保护区等措施保护关键水生生物;通过在河床上设置深潭-浅滩、岸边设置沼泽湿地、修建半空砌石护岸、种植林草带等, 为生物营造适宜的栖息环境。在运行管理阶段, 依照生态学原理进行河流的治理, 如采用木材、竹笼、石块等生态友好型工程材料, 尽可能避免全部采用混凝土等硬质不透水材料, 恢复水域形态及地貌特征, 重构生物及鱼类生境条件。

      (3) 运行调度全域拓展模式。“后坝工时代”已开始深刻影响未来水资源开发、利用、保护与管理。水利工程从建成到长期服役是一个漫长的过程, 各自为阵的水库兴利调度已不能适应流域水安全的综合要求。必须从全流域-大空间尺度、长系列-大时间尺度、水循环-大系统尺度, 重新审视我们的水事行为, 兼顾上下游、干支流、左右岸, 建立水利工程全生命周期生态安全、联合调度体系和运行管理制度, 将河流生态保护纳入其全服役期, 根据河道的生态需水量和需水过程确定水量调度规则, 尽可能恢复流量、水温、洪水脉冲等自然水文情势, 保护与修复库区及大坝下游河流生态系统, 实现防洪兴利和生态保护的双赢。必要时, 牺牲部分经济效益也在所不惜。

    • (1) 从时间来看, 生态水利是社会文明进步的时代产物。生态水利汇集和传承了工程水利、环境水利、资源水利的发展成果, 从多维度、全过程的视角拓展广义生态水利的内涵和理念, 融合现代科学技术和人类文明思想, 站在生态文明及中华民族永续发展的高度, 探索未来生态保护与高质量发展之路, 推动生态水利事业创新发展。

      (2) 从空间来看, 生态水利是“三生关系”耦合的系统升维。应当跳出水利看水利, 从“生态环境-社会经济-水循环调控”3个维度统筹协调, 站在国土资源高效利用、空间均衡、优化布局、高质量发展的顶层, 科学把控水利在生态保护和高质量发展中的定位, 为优化后的“三生空间”合理配置“三生用水”。

      (3) 从过程来看, 水利工程规划设计(前)—建设管理(中)—运行调度(后)是一个完成水事行为的全过程, 生态水利既要管前, 也要管中, 更要管后。管前, 应将规划前移至“三区三线, 多规合一”的国土空间规划体系;管中, 应在水利工程建设管理期, 采取尽可能的措施避免对生态环境产生过大的扰动;管后, 应将生态恢复和生态调度后沿至水利工程全“服役期”, 针对“后坝工时代”河流生态系统胁迫问题, 开展全流域大尺度生态调度。

      (4) 本文给出了广义生态水利的定义和内涵, 提出生态水利发展的空间格局、结构维度、过程控制、发展模式等, 还是一个初步的研究框架。若作为水利发展的一种新动态、新理念, 仍需广大学者开展广泛深入的研究。当前, 长江大保护和黄河协同推进大治理已提上国家议程, 塔里木河、黑河等干旱区内陆河流域弱水资源承载力、高生态胁迫压力、低经济发展能力的问题十分突出, 为生态水利的研究、示范和实践提供了平台。因此, 选择典型流域或区域, 开展纵深化的研究与实践正逢其时。

参考文献 (68)

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