水資源適應性利用理論及其在治水實踐中的應用前景

摘要：水系統受氣候變化和人類活動的影響，一直在不斷地變化，因此水資源的開發利用也應適應這種變化，而不能按照固定的控制閾值或約束條件來進行。當然，也不是被動的、隨意的去適應。在對水系統及其與環境變化關系剖析的基礎上，分析了水資源適應性利用的原理與模式；基于對環境變化下水資源適應性利用機理的認識，提出水資源適應性利用理論的框架體系，闡述了其基本理念和關鍵內容；基于對我國現代治水實踐的分析，分析了其暗含的水資源適應性利用理論的內容，以及我國治水實踐中存在的問題及應用水資源適應性利用理論解決這些問題的可能途徑。研究認為，水資源適應性利用理論對水資源合理開發、綜合利用、科學管理具有重要的指導作用，為環境變化下水資源利用研究與實踐奠定理論基礎。

關鍵詞：水資源適應性利用；理論體系；治水實踐；水資源適應性管理；水資源適應性利用模式

中圖分類號：TV213文獻標志碼：A文章編號：1672-1683（2017）01-0018-07

Abstract：Water system is constantly changing under the influences of climate changes and human activities so that the development and utilization of water resources should be adapted to these changes rather than conform to a fixed control threshold or certain constraints.Certainly，it is not a passive and freewheeling adaptation。Therefore，studying the adaptive utilization and management of water resources is of great significance.In this paper，the principle and mode of adaptive utilization of water resources （AUWR） is expounded based on the analysis of water system and its relationship with environmental changes.Based on the understanding of the mechanism of AUWR under environmental changes，the theory of adaptive utilization of water resources （AUWR theory） is put forward，a framework system of the theory is constructed，and its basic concepts and key contents are expounded.Based on the analysis of modern water management practices in China，this paper elaborates on the underlying AUWR theory，and the existing problems in modern water management practices in China as well as the possible solutions to these problems using the AUWR theory.The study shows that the AUWR theory can provide significant guidance on the rational development，comprehensive utilization，and scientific management of water resources，as well as lay the theoretical foundation for the research and practice of water resources utilization under environmental changes.

Key words：adaptive utilization of water resources （AUWR）；theoretical system；water management practices；adaptive management of water resources （AMWR）；adaptive utilization mode of water resources （AUWR mode）

自然界和人類社會處在不斷變化之中，也必然帶動與之相關聯的水系統的變化。特別是受人類活動和氣候變化的影響，自然水系統或社會水系統特征會發生或大或小的變化，比如，多年平均氣溫、降水量的增加或減少，徑流量過程和特征參數的變化（包括突變、增加或減少趨勢等特征）。水資源的開發利用應適應這些變化，來應對因環境變化帶來的水系統的變化。因此，研究環境變化下水資源適應性利用和管理問題具有重要的現實意義。

目前，關于氣候變化和人類活動影響下水系統演變的研究成果非常多，涉及許多方面，比如，氣候變化對水文水資源的影響[1-2]以及對與水有關聯的事件的影響[3]，人類活動對水資源的影響[2]以及為了適應氣候變化提出的水資源管理對策[4]。國外對社會-生態系統的適應性研究較多[5-6]，主要是從宏觀層面分析，對水資源適應性利用具體應用指導還有限。國際水文科學協會（IAHS）于2013啟動了未來十年水文科學計劃Panta Rhei（2013-2022）計劃[7]，強調自然與社會交叉研究人水關系，探索人水系統協同演化規律，積極推動人水關系適應性研究。國內文獻有水資源適應性管理的提法[8]，主要從適應性管理角度進行分析。從目前情況來看，為了應對環境變化，提出水資源適應性對策、適應性管理的研究較多[9-11]，但多數是從水系統的外部因素視角來分析由于環境變化帶來水系統內在因素變化的對策，很難從水系統與環境變化互饋關系整體高度提出水資源開發利用方略，還沒有上升到一種水資源利用模式，更沒有形成相應的理論體系。

針對以上問題，本文從剖析水系統與環境變化互饋關系入手，分析水資源適應環境變化的原理，提出水資源適應性利用模式及其理論體系，并分析其在治水實踐中應用的可能性和發展方向。

1 水資源適應性利用原理與模式

1.1 水資源適應性利用原理

一方面，由于產生水資源的條件不斷變化（包括氣象條件變化、水文結構變化），從而帶來水系統本身的變化；另一方面，由于水系統以外的環境發生變化（比如，人工筑壩、引水、排水等），影響水系統變化。把因氣候變化、陸面變化（地震、火山噴發、地殼運動、地貌改變等）、人類活動等因素帶來的水系統變化稱為水系統的供給側變化。把因人類生活、生產、生態對水需求的變化稱為水系統的需求側變化。為了保障水系統良性循環，水系統的供給側與需求側應達到一種相對平衡狀態，當供給側發生變化時需求側也要適當作出調整，這就是水資源適應性利用。可以把其概念定義為：水資源適應性利用（adaptive utilization of water resources，簡稱AUWR）是指，在水資源開發利用過程中，遵循自然規律和社會發展規律，適應人類活動、氣候變化、陸面變化等環境變化帶來的影響，保障水系統良性循環，所選擇的水資源利用方式。簡言之，水資源適應性利用是一種適應環境變化且保障水系統良性循環的水資源利用方式。水資源適應性利用原理見圖1，其對應的管理模式稱為水資源適應性管理（adaptive management of water resources，簡稱AMWR）。

在解釋水資源適應性利用原理時，需要回答以下幾個問題。

（1）為什么要適應？一方面，因為產生水資源的條件不斷變化，比如，氣象因素變化、陸面變化。不顧及水系統變化的開發利用水資源是不科學的；另一方面，隨著社會的發展，人類活動對水系統的需求不斷變化。因此，從水系統的供給側和人類社會對水系統的需求側來看，都需要相互適應。否則，就可能會帶來水系統的破壞（包括水量、水質）或人水關系的不協調。

（2）誰適應誰？一方面，人類開發利用水資源要適應因環境變化帶來的水系統變化和與之相關聯的生態系統變化以及整個供給側的變化，不能超出水系統的承載能力；另一方面，水系統以及相關聯的生態系統按照自然規律應適應因不可抗力原因（如地震、河流改道、氣候變化）或人類必須開發因素（如引水工程、水力發電工程）帶來的環境變化。這種適應是自然界自身的調整或自適應，具有一定的適應極限。當然，如果超出某一極限，有可能帶來嚴重負面影響甚至是災難性后果。

（3）怎么樣適應？一種情況，由于水系統的自我調節能力和人類社會的發展規律，使水系統變化和人類適應水系統的變化在自覺或不自覺中進行。比如，因氣候變化導致來水的增加或減少，必然帶來與之相關聯的水生態系統和用水系統的漸進變化；另一種情況，因自然原因或人為原因，帶來水系統的破壞，導致人水矛盾突出，原本相互適應的人水關系被打破，被迫轉移到一種新的平衡。通常情況下，這種適應是被迫的，可能朝向更好的平衡狀態發展，也可能朝向不好的平衡狀態發展，因此需要人為科學調控。比如，因地震、火山爆發等因素帶來河流系統改變，導致水生態特征的改變時，在尊重自然規律和社會發展規律的情況下，通過人為科學調控，實現水資源可持續利用。這是水資源適應性利用研究的重點內容。

（4）適應后又如何？在內部或外部因素影響下，水系統發生變化，人水關系平衡狀態從一種平衡向另一平衡轉移。那么，是往好的平衡轉移，還是不好的平衡轉移？首先，需要對適應前后的狀態進行評估；其次，對轉移到好的平衡狀態，需要采取有效措施保持或維護好人水關系；如果轉移到不好的平衡狀態，需要采取必要的人為調控措施，使之向好的平衡狀態發展。因此，在水資源適應性利用中需要有一系列保障措施配套，進行科學調控。

1.2 水資源適應性利用模式

目前，水資源利用已出現多種模式，如水資源綜合利用模式、水資源可持續利用模式、水資源優化配置利用模式等。水資源適應性利用是一種新的模式，其是在氣候變化、人類活動對水系統影響日益加重的情況下，提出的一種新的水資源利用模式，即水資源適應性利用模式adaptive utilization mode of water resources （AUWR模式）。該模式的特征和大致輪廓表述如下。

（1）人類開發利用水資源需要考慮環境變化對水系統的影響，適應因環境變化帶來水系統的變化，使水系統的承載能力在良好的、可控范圍內。

（2）正確理解因環境變化帶來的人水關系從一種平衡轉移到另一種平衡，但可以通過人水關系調控，避免出現人水矛盾惡化，使人水關系朝著更好的平衡轉移。

（3）水資源適應性利用同樣追求水資源利用的社會效益、經濟效益、環境效應的綜合效益最大化，尋求水資源優化配置利用，實現水資源可持續利用。因此，水資源適應性利用模式涵蓋水資源綜合利用模式、水資源優化配置利用模式，并追求實現水資源可持續利用模式的目標。水資源適應性利用是實現水資源可持續利用的具體手段。

（4）水資源適應性利用是針對“環境變化-水系統變化-生態系統變化”以及“水系統供給側-需求側變化”一體化的適應，不是簡單的某一方面對另一方面的適應。比如，針對氣候變化提出的水資源適應性對策，這種提法不全面，應該從“導致水系統變化的總體狀態”高度，系統提出調控對策。

2 水資源適應性利用理論體系及關鍵內容

水系統是一個十分復雜的大系統，水資源利用涉及到水系統以及與其相關聯的生態系統和經濟社會系統，因此水資源利用本身是一個十分復雜的問題。再加上環境變化的復雜性，水資源適應性利用就更加復雜。為了更好地應用水資源適應性利用原理，需要構建一套有指導作用的理論體系，即本文提出的水資源適應性利用理論。

2.1 理論體系框架

對水資源適應性利用理論的主體內容描述如下（見圖2）。需要補充說明的是，圖2只是完整表達水資源適應性利用理論的主體內容，各組成部分間不是嚴格的并列關系，可能存在一定的交叉與因果關系。

（1）研究對象：人水系統。人水系統是以水循環為紐帶，將人文系統與水系統聯系在一起，組成的一個復雜大系統。其中，人水關系是人文系統與水系統之間復雜的相互作用關系[12]。

（2）實現目標：通過水資源適應性利用，實現水資源可持續利用，達到人水和諧的目標。

（3）驅動因子：人類活動、氣候變化、陸面變化。針對具體的區域或流域，其驅動因子也比較具體，這是促進水資源適應性利用的源動力，也是進行科學調控的主要因子。

（4）辯證關系：水資源開發與保護并存，水資源利用帶來的影響正面與負面并存，水系統供給側與需求側并存。水資源開發利用存在復雜的辯證關系，需要引用辯證唯物主義哲學思想來分析其中蘊藏的錯綜復雜的關系。

（5）順應規律：在水資源開發利用過程中，必須遵循自然規律和社會發展規律。

（6）演變過程：正確認識人水關系的平衡轉移，從一種平衡轉移到另一種平衡，可能是進步的轉移，也可能是倒退的轉移。水資源適應性利用需要考慮人水關系的平衡轉移。

（7）和諧調控：通過一系列調控手段，實現適應環境變化的和諧平衡轉移，朝向人水和諧方向發展。

（8）理論方法：指應用于水資源適應性利用的已有理論方法，包括指導性理論方法、基礎性理論方法。其中，指導性理論有：人水和諧理論、水資源可持續利用理論；基礎性理論方法有：水循環理論、水量平衡原理、水系統模擬方法、優化技術方法、和諧平衡理論、和諧調控方法等。

2.2 基本理念

（1）客觀面對因環境變化帶來的水系統變化，辯證分析水資源開發與保護、影響正面與負面、供給側（各種水源）與需求側（生活生產生態用水）的關系，正確認識人水關系的平衡轉移，水資源利用應適應水系統變化和人水關系的平衡轉移。

（2）在水資源開發利用過程中，必須遵循自然規律和社會發展規律，辨識主要驅動因子，通過一系列調控手段，實現適應環境變化的和諧平衡轉移，朝向人水和諧方向發展。

（3）綜合運用已有的理論方法，實現水資源利用綜合效益最大化，研究和諧平衡狀態的水資源利用方案。在沒有達到人水和諧狀態的情況下可以運用和諧調控方法，選擇較優的水資源利用方案。

（4）水資源適應性利用是一個巨大的復雜工程，需要有一定的科技支撐、政策支撐。科技支撐包括創新供水、用水、排水、治污、回用水等技術以及水文學、水資源、水環境、水生態、系統分析等科學方法，政策支撐包括健全政策法規、管理體制、監控管理制度等。

（5）水資源適應性利用理論是一個實踐性很強的理論，在實踐中產生，又用以指導實踐。在我國治水實踐中，蘊含著水資源適應性利用理論的思想，但距水資源適應性利用理論要求還存在較大差距，該理論可進一步指導治水實踐。

2.3 關鍵內容

（1）人水關系分析及關鍵因子識別。

水資源適應性利用理論的研究對象—人水系統，通常情況下是一個十分復雜的系統，需要針對具體問題進行深入的分析。可以引用系統分析方法、數學方法、辨識方法等手段，分析人水關系的內在聯系和關鍵閾值（具有變化特征），識別關鍵因子及指標。這是進行水資源適應性利用的重要基礎和關鍵內容之一。

（2）人水關系演變過程分析與定量模擬。

在環境發生變化的條件下，水系統不斷變化，人水關系也處于演變之中，需要對這一復雜的演變過程進行分析，特別是需要依據水循環理論、水量平衡原理、水系統模擬方法，構建人水關系演變模擬模型。這是進行水資源適應性利用優化方案選擇的重要基礎模型。

（3）水資源適應性利用方案優選。

水資源適應性利用的目標是，通過一系列措施，實現水資源可持續利用，達到人水和諧。因此，在水資源適應性利用方案優選中，首先要用到人水和諧理論、水資源可持續利用理論；其次基于人水關系演變模擬模型，依據和諧平衡理論[13]，建立和諧調控模型；再采用優化技術方法，優選水資源適應性利用方案。這是優選水資源適應性利用方案的重要基礎，目前缺少這方面的深入研究。

（4）水資源適應性利用支撐體系。

包括科技支撐和政策支撐兩大組成部分。一方面，通過科技創新，提高供水效率，降低用水成本，節約用水，減少排污，增加水回用率，提高水環境質量，改善生態環境等。另一方面，通過制度建設、政策支持，依法管水、嚴格管水、科學管水，保障水資源高效利用、節約利用、可持續利用。其支撐體系建設是水資源適應性利用重要保障和關鍵內容之一。

3 我國治水實踐及存在的問題和解決途徑

盡管水資源適應性利用理論剛被提出，但在治水實踐中，很多地方已經表現出該理論的思想，或者說與該理論不謀而合。為了說明水資源適應性利用理論的應用前景，下文將選擇我國目前4種主要的治水實踐，闡述其蘊含的水資源適應性利用理論，分析其與水資源適應性利用理論要求存在的差距，并進一步說明運用該理論的可能解決途徑。

3.1 和諧發展篇：貫徹人水和諧的治水思想

（1）概述。我國政府層面正式提出人水和諧治水思想始于2001年，真正在全國得到認可始于2004年，這一年“中國水周”的主題為“人水和諧”。自此以后，“人水和諧”一直是我國水利部門貫徹的治水思想。其基本思想是，人類在開發利用水資源的過程中，必須協調好人水關系，使水資源能為人類生存和經濟社會可持續發展提供久遠的支撐和保障[12]。人水和諧的實質是要求人類適度開發利用水資源，保障人水關系處于一種協調狀態。這與水資源適應性利用的思路是一致的，目標是相同的，都強調人水關系協調、水資源適度開發的思路。當然，也有較大的區別：人水和諧思想主要從宏觀層面、總體思想、理論指導；水資源適應性利用理論主要從適應環境變化、具體操作層面進行指導。

（2）存在的問題。我國新時期提出的人水和諧治水思想，是針對20世紀末期日益嚴峻的水問題所開的一副“良藥”，具有重要的理論和實際指導意義。當然，因其主要從宏觀層面指導，缺少具體的實施措施或工作抓手，在很多情況下感到無從下手，或不知道怎么在工作中“落地”，特別是對環境變化下水資源開發利用的指導不具體。

（3）解決途徑。水資源適應性利用理論在一定程度上能彌補人水和諧治水思想存在的不足，在貫徹人水和諧治水思想的同時，遵循自然規律和社會發展規律，注重環境變化下的和諧平衡轉移，通過建立水資源適應性利用調控模型，尋求適應環境變化的水資源利用優化方案。

3.2 嚴格管理篇：實行最嚴格水資源管理制度

（1）概述。最嚴格水資源管理制度是我國政府于2009年提出，于2012年在全國推行的一種新的水資源管理模式。為了考核該項制度實施效果，于2013年發布了考核辦法。該制度的核心內容包括“三條紅線”、“四項制度”[14]，從源頭上實行水資源利用總量控制，從過程上實行用水效率控制，從末端上實行排污總量控制。這與水資源適應性利用理論的某些思路是一致的，比如，將水資源利用量控制在某一程度內，都強調水資源適度開發。當然，也有較大的區別：最嚴格水資源管理制度是具體操作、剛性約束（即紅線指標是固定的閾值）；水資源適應性利用理論對適應環境變化的具體操作層面進行指導，具有適應變化的柔性約束特點。

（2）存在的問題。無論在2012年發布的《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，還是在2013年發布的《實行最嚴格水資源管理制度考核辦法》中，所提到某一階段的考核指標都是相對固定的閾值，這便于考核，但針對環境變化（包括氣候變化、人類活動）的考慮顯然不足。環境發生變化，考核指標的閾值是否需要變化，如何變化，如何考核？需要另找答案。

（3）解決途徑。水資源適應性利用理論提倡適應環境變化，正好是對最嚴格水資源管理制度的有益補充。在最嚴格水資源管理制度“三條紅線”剛性約束閾值制定方面，考慮環境變化帶來的影響，制定特定條件下剛性約束閾值和環境變化條件下柔性約束閾值（即約束指標的閾值可隨環境變化而變化），實行最嚴格水資源管理制度與水資源適應性管理相結合的模式。

3.3 生態文明篇：推行水生態文明建設

（1）概述。人類在經歷原始文明（即狩獵文明）、農業文明、工業文明之后，將逐步轉到生態文明階段。因為進入工業文明后，人類改造自然界的能力迅速加大，破壞自然的事件時有發生，并逐步影響到人類賴以生存的環境，迫使人類不得不重新審視自己的行為，走可持續發展道路。面對我國日益緊張的資源問題、環境問題，2012年11月中國共產黨十八大報告獨立成篇專門闡述“大力推進生態文明建設”，2013年1月水利部印發了《關于加快推進水生態文明建設工作的意見》，隨后在全國范圍內逐步推行水生態文明建設。水生態文明是人類遵循人水和諧理念，以實現水資源可持續利用，支撐經濟社會和諧發展，保障生態系統良性循環為主體的人水和諧文化倫理形態[15]。這與水資源適應性利用的目標是一致的，不過，水資源適應性利用偏于具體措施層面，是水生態文明建設的主要抓手，也是最基本的要求。

（2）存在的問題。水生態文明概念自2013年1月提出之后，在全國范圍內進行了一些試點工作，取得一些成效，但多數仍流于表面，重“工程建設”、輕“文明內涵建設”，對如何保障人與自然和諧的理論研究和實踐經驗不足，對具體區域和特殊環境下、環境變化下的水資源利用方案和管理模式研究不足，甚至沒有深入研究或分析。

（3）解決途徑。水資源適應性利用理論強調人水和諧、適應環境變化下水資源適度開發，可以作為水生態文明建設“落地”的措施。同時，應用水資源適應性利用理論也是水生態文明建設的重要需求，在水生態文明建設中必須要考慮水資源開發利用適應環境變化的需求。

3.4 河湖連通篇：實施河湖水系連通戰略

（1）概述。在我國政府文件中最早提出實施河湖水系連通戰略，是在2011中央一號文件中。關于河湖水系連通戰略的研究基本從2011年開始，隨后一些地區進行了相關的規劃和建設工作。河湖水系連通工程在國內外、古代和現代都有成功案例，比如，古埃及的尼羅河引水灌溉工程，蘇伊士運河和巴拿馬運河工程，美國中央河谷工程，中國古代的邗溝工程、都江堰引水工程，現代的引灤入津工程、引大入秦工程、南水北調工程等。河湖水系連通用作水資源調配、水質改善、水災害防御的工程手段，在歷史發展和現代化建設中發揮了重要作用。但也必須看到，由于大規模的人類活動，特別是對水系統的改變，可能會帶來負面影響，特別是對水生態系統的影響可能是不可逆的[16-17]。所以，很多人士對河湖水系連通戰略有顧慮，也是可以理解的。

（2）存在的問題。實施河湖水系連通戰略的一個重要前提問題需要解決，那就是人類活動對水系統的影響如何？以及如何適應這些影響？針對河湖水系連通工程建設論證來說，需要科學回答三個具體問題：“能不能連通？”“如何連通？”“連通了又怎么樣？”

（3）解決途徑。河湖水系連通的核心問題是：大規模的連通工程建設活動，改變了陸面形態，改變了水系統結構，改變了生態系統，那么人類如何適應這一系列的變化，在河湖水系連通戰略中還沒有良策。水資源適應性利用理論正好彌補了這一重大缺陷，為河湖水系連通工程建設帶來的環境變化提供適應性開發利用水資源的理論指導。基本的觀點是，河湖水系連通工程的前提是要滿足水資源適應性利用的要求。

4 結語

本文在對水資源開發利用模式思考的基礎上，剖析水系統與環境變化之間的互饋關系，提出了水資源適應性利用的概念，并闡述其基本原理。在對環境變化下水資源適應性利用機理分析的基礎上，提出水資源適應性利用理論，并構建其框架體系，闡述其基本理念和關鍵內容。分析認為，水資源適應性利用是人類社會應對氣候變化和人類活動環境效應的必然選擇，是開發利用水資源的基本要求；水資源適應性利用理論對水資源合理開發、綜合利用、科學管理具有重要的指導作用；我國現代治水思想中蘊含著水資源適應性利用理論的思想，但仍需借助該理論進一步指導和完善治水實踐。

由于本文僅僅是第一次提出水資源適應性利用理論的思考，還沒有深入進行研究，期待更進一步的應用實例和研究成果。根據筆者的分析，未來應加強以下幾方面的研究：（1）加強水資源適應性利用機理研究，識別水資源適應性利用主要驅動因子；（2）加強環境變化下的水系統演變過程研究，進一步研究復雜條件下水系統模擬模型；（3）加強環境變化下的水系統和諧平衡研究，定量確定關鍵因子的可變化閾值，量化研究和諧平衡的轉移條件和趨勢；（4）加強環境變化下的水系統和諧調控研究，量化研究和諧調控對策方案，使系統朝向好的平衡轉移；（5）加強水資源適應性利用理論的應用研究，通過該理論的應用進一步完善人水和諧治水思想、最嚴格水資源管理制度、水生態文明建設、河湖水系連通戰略，豐富我國治水理論。

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