试论水生态文明建设的理论内涵与支撑技术

张 诚 ，严登华 ，秦天玲

（1.中国水利水电科学研究院，100038，北京；2.水利部水资源与水生态工程技术研究中心,100038,北京）

一、水生态文明建设的内涵

人类的无序发展给水生态系统带来巨大压力，如何开发利用好水资源，保护水生态，与水和谐相处，重塑新的文明状态是摆在人类面前的现实课题。当前，各地正在按照党中央、国务院的决策部署，开展水生态文明建设试点工作。但对其内涵与特征、理论基础尚未有统一的认识。笔者结合项目研究，从水生态文明的内涵、背景、理论基础几个方面入手，浅析水生态文明中的几个相关问题，为水生态文明建设提供一些参考与建议。

1.内涵剖析

在已有实践管理与学术研究基础上，笔者认为，水生态文明建设是以水生态系统为对象，通过工程性措施与非工程性措施建设，使其满足人类社会发展需求，并最终形成一种可自我更替、完善的良性演化过程。

2.主要特征

水生态文明建设具有三方面特征：

①人为主观意愿特征。人类对水生态的需求是随着生活水平的提高而提高，从被动适应到主动改造，再到“适应+改造”相结合，水生态文明建设中无处不体现出人类的主观意愿。②多学科交叉特征。水生态文明建设是对水生生态系统、有水力联系的陆地生态系统与城市水生生态系统的改造和适应过程，涉及的对象广泛、学科多样，具有明显的交叉特点，因此在建设过程必须统筹兼顾。③符合未来全球水资源管理理念的发展趋势。当前，世界各国在水资源管理中都非常强调人水和谐的理念，如荷兰开展了“予河流更多空间”的水生态系统改造工程，建设理念超前。水生态文明建设符合未来水资源管理的先进理念，是我国未来水资源管理的重要方向。

二、水生态文明建设产生的背景及主要任务

1.社会与科技背景

（1）社会背景

随着社会经济的快速发展，特别是改革开放以来，我国的水资源、水环境、水生态形势日益严峻，水问题成为制约社会经济和谐发展的主要瓶颈。尤其近些年，在人类活动与气候变化的叠加影响下，水生态系统退化趋势加剧，水环境问题凸显，严重影响了人类的生存与发展。

在这一大背景下，国家及时出台了一系列治水兴水政策。从2011年中央发布1号文件到党的十八大会议将生态文明建设放到突出位置以来，一系列文件明确提出要将水生态保护摆在社会经济发展全局中更加重要的地位。作为生态文明建设的重要一环，加快、加强水生态文明建设的重要性不言而喻。

（2）科学技术背景

通过几十年的发展，我国水利建设已经迈入新的阶段，规划、设计、施工、运行与管理的理论与技术水平已经有了显著提高，部分领域已达到世界领先水平。目前，我国已经开始从传统水利向现代水利转变，其中资源水利、环境水利与生态水利成为民生水利的主线，水利科技也随之得到迅猛发展。

水生态文明建设具有明显的交叉学科特点，主要包含四方面内容：①水资源。水资源评价、“自然-人工”二元水循环理论、水资源配置、水量-水质联合调度、水沙过程等研究内容的发展，为开展水生态文明中涉水的科研提供了重要支撑。②水生态。生态学、水文生态学、生态水文学、生态经济学等学科的研究内容都为开展水生态文明研究与建设提供了重要参考。③水利工程。水生态文明建设需要通过一系列工程性措施得以实施，涉及内容包括坝、闸、堤、渠道等水工建筑物，同时在建筑与运行过程中需要充分考虑生态环境需求，通过水利工程的修建提高当地的生态环境质量。④法律学、管理学与美学。在水利工程配套建设的基础上，需要开展法规、政策、立法、管理与美学等人文学科研究，为水生态文明建设提供有效的政策法律保障与人文观点，从而使这一项工作发挥最大效益。此外，随着“3S”技术、物联网与“云”技术等现代前沿技术的发展，将为水生态文明建设提供更为有效的解决方法。

2.主要任务

2013年，水利部1号文件指出水生态文明建设的八项工作，明确了水生态文明建设今后一个时期工作重点。笔者在上述主要任务的基础上，认为在开展区域水生态文明建设过程中应考虑建设以下六大体系：建设以国土生态空间规划为指导框架体系；构建重大水生态修复工程体系；增强生态产品的生产能力保障体系；提出支持生态建设的水资源政策体系；加强水生态文化建设体系；健全面向生态安全的水资源管理制度体系。

三、水生态文明建设的关键支撑技术

1.水生态文明内涵分析

（1）“自然-人工” 二元水循环及其伴生过程

水生态文明的发展是自然与人类活动驱动的必然结果，因此水生态文明建设具有典型的“自然-人工”二元特性，可以说是“自然-人工”二元水循环及其伴生过程与生态系统发生紧密作用后的结果。天然状态下，流域水分在太阳辐射能、势能和其他能量的作用下不断运移转化，其循环内在驱动力表现为“一元”的自然力。而随着人类活动对于流域水循环过程影响的深度和广度加深，已直接或间接改变了全球淡水系统。流域水循环的内在驱动力呈现出明显的二元结构，在人类活动强烈干扰地区，这种人工作用影响越来越大，在某些方面甚至超过了天然作用的影响。此外，水量—水生态—水化学—水沙耦合过程是二元水循环过程中的主要伴生过程，深刻影响着水生态系统的结构、功能与布局。

（2）生态水文过程

水生态系统首先是水文各要素过程与生态过程耦合作用的产物，水文过程是生态系统过程的联结纽带，其中生物过程是生态过程的基础，水文过程是指水循环所涉及的相关要素过程。生态水文耦合作用机制主要包括水文过程对生态的决定性作用和生态过程对水循环影响。水生态系统中更关注水分与水生生境的关系，其中水分与水生植物、水生微生物、动物以及与有水力联系的陆生生境的相互联系同样也会影响水生态系统。

（3）水的生态服务功能

水的生态服务功能是指水为水生生态系统、有水力联系的陆生生态系统中生境与人类社会提供的服务总和。科学量化水生态服务功能是开展水生态文明建设的切入点，这样可以搞清楚一个流域、一个地区哪些是水提供的主要生态服务功能，抓住主要生态服务功能也就可以抓住生态文明建设的主要目标。以上水生态文明内涵分析，详见图1表示。

图1 水生态文明建设发展阶段

2.关键问题与支撑技术

水生态文明建设的关键问题包括两个方面，一是科学理解和评价水生态文明，包括水生态文明建设由哪些内容组成、如何建立符合区域的评价指标体系、如何科学评价水生态文明等；二是建设水生态文明，包括区域水生态文明建设的原则如何设定、针对某一地区或流域，设计什么样的水生态文明建设方案以及应采取哪些关键技术措施等。

各地开展试点工作，应包括自然文明、用水文明、管理文明以及文化文明四个方面的建设内容；其指标体系应以地区自然、人文、经济社会禀赋条件为基础进行设计，并开展水生态文明评价。结合未来区域发展目标，提出符合区域特性的水生态文明建设原则，设计区域水生态文明建设总体方案，以关键技术作为支撑开展区域水生态文明建设工作。

为此，涵盖在水生态文明建设中的主要关键技术应包括：

①水循环及其伴生过程的模拟技术。包括流域“自然—社会”水循环整体模拟、流域分布式产沙模拟、水文—生态耦合模拟、多源复合水污染模拟以及水循环及伴生过程多源数据同化技术。

②水的生态服务功能评价、生态评估与补偿技术。水的生态服务功能评价技术、区域/流域生态目标的科学确定、水生态系统生态需水核算、流域/区域生态需水整合、基于生态服务功能的生态需水核算技术。

③面向生态的水资源合理配置与调度技术。基于低碳模式的水资源配置技术、生态用水与生态用地的联合配置、多目标水沙资源化配置、复杂水利工程群联合生态调度。

④水生态修复技术。水污染防治技术、水污染处理技术、人工湿地、环境生态数值模拟技术、除藻技术、富营养化处理技术。

⑤“智能水网”技术。二元水循环理论为核心的水生态系统监测系统、云计算、无线移动传输技术、物联网技术与智能水网调度技术等。

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