內河庫區水環境淺析

牟維邦

摘 要：近年來我省由于交通和能源發展的需要，在烏江、南、北盤江、紅水河、都柳江等主要河流上建設形成了很多的內河庫區。本文力圖在水環境科學的進展和社會的進步之間找到一種辨證的關系，并用來作為一種戰略思想指導作者從事水環境科學的研究。本文的研究方法主要是比較和統計分析法。研究發現水環境科學進展和社會進步是辨證統一的，在人類文明的進程中，水環境科學有著重要作用。研究結果還表明未來的水環境科學有著信息化和系統化的趨勢。

關鍵詞：水環境科學 社會進步 比較 統計分析 趨勢

文明的起源和發展都與支撐人類文明的自然環境密不可分，不論是古文明的搖籃還是現代文明社會都離不開人類賴以生存的環境。為了使環境朝著有利于社會進步的方向發展，我們必需時時注意調整自身與外界自然環境的關系，促進社會與環境的協調，防止環境的退化，這是人類社會發展的基本問題。

水環境科學是一門新興學科，其研究內容尚在探索與發展中。廣義地講，水環境科學研究與環境有關的水力學問題，傳統的研究領域有水污染、水生態問題等等。美國環境與水資源研究所水環境科學技術委員會提出“水環境科學特別著重于將物理因素（水動力學、泥沙輸移和地形條件）、化學因素（保守與非保守物質的傳輸、反應動力學和水質）和生物因素（生態學）作為一個系統來進行研究”。通俗地說，水環境科學主要研究地面及地下水域中物質的擴散、輸移和轉化規律，建立其分析計算方法，確定物質濃度的時空分布及其應用。

作為傳統水力學的一種發展，傳統水環境科學內容涉及水文學、水力學、水化學、水生物學、生態學、湖沼學和海洋學等，是一門綜合性很強的交叉學科。

1.環境科學的發展見證著社會的進步

隨著科技進步、工業化程度的提高以及人類對自然界認識的深化，社會對水環境重視程度日益加深。在工業化初期，16世紀的蒸汽時代，盡管由蒸汽機車驅動的船只和造船工業對河流產生了極大的污染，人們卻對此視而不見。在工業化中期的鋼鐵時代，冶金工業引發的環境問題更加嚴重，終于喚醒了人們對環境惡化的憂慮。此時，德國生理學家費克1855年提出的費克定律為污染物質在水體內隨分子運動而擴散的規律，標志著水環境科學的萌芽。在工業化后期的電氣時代，污染引發環境危機，發達資本主義國家基本上走的是一條先嚴重污染環境然后再來治理恢復的道路。這時才出現了泰勒（Taylor，1921）基于拉格郎日法的污染物紊動擴散理論，而且巴切勒（G.K.Batchelor）于1949年提出了基于歐拉法的污染物紊動擴散理論。直到20世紀70年代，世界經濟冠名為電子時代時，水環境對人類的重要性才真正被全世界所認識。

巧合的是環境水力學正式形成也是在20世紀70年代，以美國加州貝克利大學Hugo B.Fis- cher教授等所著《內陸與近海水域中的混合》（Mixing in Inland and Coastat Water）一書，在1979年的出版為標志。這本著作第一次比較系統的論述了污染物質在水域（包括河流、水庫、河口）中擴散和輸移的基本概念、基本原理和分析方法。

在我國，水環境科學的發展還刻畫著時代的印記。1949年～1965年，水環境科學初入我國，水環境研究主要借鑒國外經驗。此階段我國剛剛解放，全國上下開始興修水利，整治河道，而且工業化程度不高，故水生態環境相對解放前得到改善。

1965年～1980年，水環境科學進入我國重點高校，水環境研究主要以物理模型試驗為主，數學模型基本上是一維和二維水質模型，并開始有我國自己的創見。此階段我國水生態環境出現波折。全國大興水利，開挖渠道，完善農業灌溉系統，高度重視重工業，人口激增。這些做法減少了河道徑流，同時增加了工農業廢水，水污染問題開始凸顯。

1980年至今，水環境科學在我國高度發展，水環境研究主要數值模擬為主，物理模型作為補充，各種新方法和新思想層出不窮，能夠利用二維和三維水質-水流的紊動-擴散方程處理實際問題，模擬的變量由非生命物質如“三氧”（溶解氧、生物化學需氧及化學需氧）、“三氮”（氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮）等等向細菌、藻類、浮游動物、底棲動物等水生生物發展；應用范圍由河流、水庫、湖泊等單一水體向流域性綜合水域發展。此階段我國各流域和海域的水環境持續嚴重惡化。我國社會經濟高速發展，生產力布局、產業結構和經濟規模的調整沒有顧及水生態環境的承載能力，環境保護力度不夠，造成水環境惡化。在最近的一次由全國政協人口資源環境委員會和中國發展研究院舉辦的“保護長江萬里行”活動中，專家們吶喊：如果再不及時保護長江，十年內長江就可能變成第二條黃河。

2.社會的進步是水環境科學發展的基石

社會需要是科學技術發展的原動力。正如恩格斯所說：“社會一旦有技術上的需要，則這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進。”社會需要面越大，問題越嚴重，科學技術發展也越快。關于水環境和環境保護問題的發現及其對人類的嚴重影響，促進了水環境科學技術和環境保護工程迅速發展。從西方發達工業化國家所走過的水環境發展歷程可知，最初它們并沒有重視水環境污染問題，但是到了社會發展到一定程度時，它們卻相當重視環境問題，從而促進了水環境科學的發展。

我國的情況同樣如此。改革開放二十多年來，人們的生活質量有了質的飛躍。在短短的二十年間，水環境治理工程卻數不勝數。特別是從1996年起，國務院痛下決心實施“三河三湖”治理工程，其聲勢之大，投資之巨，前所未有。淮河、太湖、滇池和巢湖相繼開展了以工業污染治理為主的“零點行動”，流域內的絕大部分企業實現了達標排放。這些實際工程的實施在很大程度上發展了我國的水環境科學技術。

3.水環境科學的發展促進了社會的文明程度

社會的進步的核心表現是人們的生活水平的提高。社會的文明程度與水環境科學是始終聯系在一起的，兩者有著久遠的淵源關系。水是人類生命的搖籃，水也是人類文明的搖籃、文化的搖籃。遠古時期，人類就依水而居。有了水，人類不但解決了生存問題，而且以水為鏡，知道了美丑；后來人們通過水環境科學凈化了污染，萌生了美學，逐步發展成水文化；今天，水環境科學的發展就是要實現人與自然的和諧相處，創造優美的水環境和人文景觀，改善生態環境，美化人們的生存環境、生活環境，發展水利旅游，發展水文化，也就從實質上推進了社會的文明程度。endprint

4.環境科學的發展促進經濟的進一步增長

站在水環境科學的立場，環境問題是經濟活動的直接后果。大量的能量消耗、有機廢物的排放和自然資源的枯竭都可以直接歸咎于經濟的增長。要避免環境問題的發生，就必須改變現有的經濟增長模式和發展策略。而站在社會的立場，社會貧窮既是環境問題的原因，也是環境問題的結果。貧窮會導致人們對環境和資源的掠奪性和毀滅性的使用與開發，造成環境破壞和資源枯竭；而環境破壞和資源枯竭又會進一步導致社會的貧窮。在當前的社會經濟條件下，經濟增長不足或增長方式不當的主要原因是環境污染、 資源枯竭、生態破壞，貧困地區工業廢水直接排放、毀林開荒和陡坡種糧等粗放式的經濟發展方式造成水土流失和水環境惡化。如果經濟的發展從自然界獲取的資源在量上超過了自然的補給和再生能力，環境問題不可避免。總之，經濟的再生產能力是以自然的再生產能力為前提的，社會不能不顧自然的承載能力任意發展經濟。

因此，只有依靠先進的水環境科學，讓社會在可以容忍范圍的盡可能少的花費下治理水環境問題，減少社會對水環境和資源的破壞，才能讓經濟發展步入良性循環的軌道。

5.新世紀水環境科學和社會進步的關系

5 . 1未來環境水力學的發展趨勢

（1）水環境模擬和預測新方法

目前環境水力學數值模擬和預測的主要集中在水質—水流—生態的耦合計算上，其中湍流模型起著舉足輕重的作用，并取得較大進展。將來的湍流模型能夠真實地描述水流在各個方向的不同程度的擴散和對流作用。隨著各種新算法的出現，未來的環境水力學模擬和預測可能要更多的運用混沌理論、自組織過程理論和遺傳算法來解決日趨復雜的環境問題。

而且未來水環境科學要解決和可以解決的問題會越來越復雜。除了傳統水環境科學的內容外，未來水環境科學內容還將涉及生態學、地質學、氣象學、空氣動力學等。如“三水”（天上水、地面水和地下水）轉換的水質模擬涉及大氣污染、降水產流沙、地面及地下水污染，需要模擬的空間尺度很大，起碼是一個較大流域級的問題，一般是跨流域甚至跨國界的問題。由于以往的水質與生態模擬只針對清水水域，挾沙水流的水質與生態模擬對我國則更有實際意義。

水環境科學向著水生態環境科學發展。20世紀60年代以前，環境水力學僅限于研究水域中非生命物質的擴散、輸移與轉化規律，70年代以來，隨著水體富營養化等生態問題的突出，其研究對象擴展到藻類、浮游動物、魚類、底棲動物等水生生物。目前可以模擬的狀態變量由開始的幾個增加到二三十個，如圖一所示。將來可以對整個水生態圈進行模擬。威脅著人類生存的“赤潮”和“水華”災害將會得到徹底治理。

（2）水環境治理的信息化趨勢

我們正處于知識爆炸的信息社會。信息化是一個趨勢，速度和效率是決定成敗的關鍵。隨著我國各行各業“數字化”進程的加快，治理水環境，進行環境水力學的預報和模擬，必須跟上社會信息化的趨勢，加快實施“數字化”。具體做法是充分利用“3S”技術（GIS—地理信息系統，GPS—全球定位系統，RS—遙感技術）的海量存儲、即時查詢和人機交互的功能，為環境水力學服務。

5 . 2水環境、科技和人類的“天人合一”與可持續發展戰略

展望未來，人口必須控制在適當水平，對不可再生資源的依賴程度必須減小，可再生資源應當得到持續利用，環境應該得到治理和保護從而實現人和自然的關系協調。具體地來說，根據我國古代“天人合一”的觀點，人和自然關系的協調就意味著正確認識和處理人、自然和社會之間的關系，把握自然規律，自覺地改造和適應自然規律，在相適應的過程中，求得人類的發展和與自然的和諧。

在人對自然的認識過程中，人類首先認識到了人與自然的區別，認識到人與自然并不是同一的。人類基于這一認識不斷認知世界、克服自然，推動著科學技術的快速發展。今天的人類還應該認識到人類行為的選擇自由是有限度的，它被自然界整體結構的生態極限所束縛，必須保持在自然系統價值的限度內。所有的生物都是生命的核心，都有自身的利益，都有平等的內在價值。人類自命不凡地認為自己有特殊價值已經導致了人類賴以生存的生態秩序的大規模破壞。科學技術只有從天人合一的生態倫理出發，致力于人與自然的協調發展，共同進退，超越主客二分的對象性思維方式，才有助于建立一個“可持續生態圈”。

而科學技術仍然是社會進步的主導力量，但是科技發展必須兼顧人類和自然兩者的利益。目前我國實施的可持續發展目標，以關心自然、尊重生命、保護環境為核心內容，要求每個人，每個企業、團體，每個政府、組織都要把自己的行為置于環境道德和生態道德的制約之下，為解決這一問題提供了方法論基礎。

5 . 3水環境治理是一個系統工程

事物之間是相互關聯的，正確處理人類和自然之間關系，必須把它們放在人類——社會——自然這個大系統內來研究。首先，社會要充分重視科技和環境對人類發展的重要作用，支持依靠科技進步治理環境問題。環境水力學的任務就是利用科技進步研究水環境的運動規律和影響因子，由于它與很多因素有關，需要采用系統科學的觀念對它們進行耦合研究。重要的是，在環境水力學有了正確的成果之后，社會要予以重視，并制定遵守相關規則來保證成果的實施，推行清潔生產，綠色消費。科技則一方面被用來治理環境，另一方面會因為環境問題的改善和資源的有效應用而繼續進步。

參考文獻：

[1]張書農.環境水力學[J].河海大學出版社，1988，12.

[2]Hugo B.Fischer，Mixing in Inland and Coastat Water[M].Academic press，1979.

[3]劉則淵.現代科學技術與發展導論[J].大連理工大學出版社.2003，8.

[4]華祖林.湍流模型在環境水力學研究中的應用[J].水科學進展，2001，9.

[5]馬克思恩格斯選集（第4卷）[M].北京：人民出版社.

[6]沈永明等.近岸海域污染物遷移轉化的三維水質動力學模型[J].自然科學進展，2004，6.

[7]楊立新.人與自然和諧的科學發展觀與全民環境文明意識[J].求實，2004，6.endprint