流域水環境管理的一般性研究框架初探

【摘要】本文在定義流域水環境管理相關概念和闡述其內涵的基礎上，基于流域的“自然-社會”二元水循環理論，提煉流域水環境系統的關鍵要素與過程，分析驅動水環境發生變化的主要因素，探尋流域水環境問題產生的癥結所在，然后針對水的“量”與“質”兩個方面，運用開放性復雜巨系統方法論，構建流域水環境管理的一般性研究框架。

【關鍵詞】流域；水環境管理；一般性研究框架

A preliminary study for the general research framework of watershed water-environment management

Jiang Jingyuan

Guangdong Provincial Academy of Environmental Science Guangzhou 510045

【Abstract】 Based on the definition of watershed water-environment management， the key constituents and processes of watershed water-environment system were extracted by using the theory of nature-society dualistic water cycle， and the main factors causing water problems were analyzed. Finally， the general research framework of watershed water-environment management was constructed in terms of both water quantity and water quality by using the methodology of complicated open giant system.

【Key words】 Watershed； Water-environment management； General research framework

前言

20世紀中葉以來，隨著經濟快速發展和人口劇增，人類對自然資源利用和環境破壞的強度不斷加大，生態環境問題日益突出，逐漸引起人們對環境保護的重視。1972年，具有里程碑意義的聯合國人類環境會議在瑞典斯德哥爾摩召開，與會各國代表共同發表了《人類環境宣言》，強調在保持經濟發展的同時，必須高度重視生態環境保護。而1992年在巴西里約熱內盧召開的聯合國環境與發展大會，討論并通過了《里約環境與發展宣言》與《21世紀議程》等綱領性文件，明確提出了“可持續發展”的新戰略和新理念，并認識到解決日益嚴重的人口、資源、環境與發展問題的有效途徑是以流域為單元對自然資源、生態環境及經濟社會發展進行系統的綜合管理[1]。

近年來我國環境保護雖然取得積極進展，但環境污染形勢嚴峻的狀況仍未改變，主要表現在主要水系污染未能得到有效遏制、湖泊水庫富營養化問題突出、飲用水源的環境安全受到威脅和流域生態用水無法保障等方面。當前，流域內水環境所面臨的一系列問題已經成為我國社會經濟發展的重大瓶頸。

傳統上，我國的水環境管理主要是以行政轄區為邊界實施的[2]，目標集中在特定的污染源/排污口或水體上，方法上以實施污染治理工程措施為主。這一管理方法對解決局部問題可能有效，但總體上未能擺脫重走發達國家“先污染，后治理”的道路，不能從根本上解決問題。面臨著越來越大的人口壓力和經濟發展需求，僅僅開展污染治理已無法有效應對水環境領域存在的問題以及社會經濟發展對水環境的更高要求，因此，在流域尺度開展系統性和預防性的水環境管理就顯得十分重要和迫切[3]。

我國在“十五”期間以及之前的研究中，更多地將重心放在單個污染的治理上，而忽視了從全流域尺度開展綜合性和交叉性的研究。我國“十一五”期間確定以流域為單位進行容量總量控制，首次提到并設立在流域尺度開展污染治理和生態系統管理的相關專題，標志著我國的水環境管理已步入流域尺度的新階段。但從總體上看，我國流域管理的相關研究尚處于起步階段，有關流域水環境管理方面的研究相對零散，未能很好地把握流域水循環多系統與多層次的特征，并將其體現在水環境的全流域、全要素、全過程的控制管理上，缺乏系統的理論框架和內容體系。

1 流域水環境管理概念辨析

水量與水質是水這一客體不可分割的兩種屬性，水資源和水環境都具有量與質的特性，都受到各種自然因素和人類活動的影響，兩個概念間的內涵存在大量交叉，難以截然分開。因此，水資源管理與水環境管理的對象和內容之間也存在許多交叉重疊，其內涵因管理的實施者而異。目前我國水環境管理主要由環保部門負責，側重水質管理和環境效益，偏向對污染的預防和治理，核心是對各種污染和破壞水環境的行為的控制。水資源管理主要由水利部門負責，側重水量管理和經濟效益，偏向對水資源的經濟性開發利用，核心是規范各種開發利用行為，以實現水資源的可持續利用。

我國現行的水資源管理與水環境管理體制，在一定程度上割裂了水的“量”與“質”兩個密切相關的屬性，雖然能發揮不同部門的管理優勢與技術，但同時也容易造成水量與水質不能有效兼顧，最終水環境質量下降、水資源枯竭的后果[4]。因此，科學有效的水環境管理應當有別于傳統上管理基本只圍繞水質保護的做法。

本文對流域水環境管理定義如下：流域水環境管理是在流域尺度上，基于水的循環特性，把自然水文過程、水資源開發利用、污染產生和排放等各部分視為有機整體，在現狀分析的基礎上，考慮自然條件變化和社會經濟發展的影響，模擬、預測水環境系統的變化趨勢，綜合運用技術、經濟、法規、政策、公眾參與等多種手段，研究與調控流域空間范圍內的水量和水質，以實現水體的水質水量滿足生態用水、生活用水及生產用水的規劃和決策過程。

2 流域水環境系統的關鍵要素與過程

在不受人類活動干擾的情況下，流域環境中各種形態的水通過蒸發蒸騰、水汽輸送、凝結降水、植被截留、地表填洼、土壤人滲、地表徑流、地下徑流和湖泊海洋蓄積等環節，周而復始地發生相態轉換和運動。人類活動打破了流域自然水循環系統原有的規律和平衡，極大地改變了降水、蒸發、人滲、產流和匯流等水循環各個過程，使原有的流域水循環系統由單一的受自然主導的循環過程轉變成受自然和社會共同影響、共同作用的新的水循環系統，這種水循環系統稱為流域“自然一社會”二元水循環系統[5]。

流域水環境系統就是以“自然一社會”二元水循環為紐帶，自然與社會、經濟活動在流域中相互聯結，并互相影響而形成的一個復雜的自然、社會、經濟綜合系統。本文基于流域的“自然-社會”二元水循環理論，對流域水環境系統的關鍵要素與過程進行分析，結果如圖1所示。

3 流域水環境變化的驅動因素

流域水環境變化是自然條件、社會、經濟、科技、文化、政策法規、管理措施等眾多因素綜合作用的結果，過程十分復雜。針對水的“量”與“質”兩個方面，結合流域水環境的關鍵要素與過程，對驅動流域水環境發生變化造成水量、水質問題的主要因子進行分析，探尋流域水環境問題產生的癥結，結果如圖2所示。

流域水環境問題的直接動因包括氣候變化、水動力條件改變、社會經濟發展對水資源粗放的索取和利用、生活和生產排放的點源污染負荷增加、土地高強度開發利用改變下墊面條件進而導致的非點源污染加劇等。總的說來，人類活動強度超出了水資源承載能力和水環境容量是造成流域內水環境問題的根本原因。

4 流域水環境管理的一般性研究框架

要實現有效的流域水環境管理，需要解答以下關鍵問題：（1）如何評價研究流域水環境目前的狀態，診斷存在的主要問題？（2）如何預測分析流域水環境未來的發展趨勢及其影響？（3）現有對策措施能否應對已有及未來可能出現的流域水環境問題？如不能，那么應該采取什么樣的對策措施？對于不同的流域管理情景，流域各子系統會有什么樣的響應？（4）如何進行方案優選，為管理者提供決策支持？

流域作為一個相對獨立的自然—社會—經濟復合系統，成為大氣圈、巖石圈、陸地水圈、生物圈和人文圈相互作用的聯結點，是各種人類活動和自然過程對環境影響的匯集地和綜合反映，是一個要素眾多、關系錯綜、目標功能多樣的復雜開放巨系統。我國著名科學家錢學森提出了處理開放的復雜巨系統的方法[6]，即定性定量相結合的綜合集成方法，通過將專家群體（ 各種有關的專家） 、數據和各種信息與計算機技術進行有機結合， 綜合各種學科的科學理論和人的經驗知識，采取既從整體到部分從上而下，又自下而上由部分到整體的研究路線，最終實現從整體上研究和解決問題的目的。

綜合流域水環境系統的關鍵要素與過程、流域水環境問題的成因分析，針對流域水環境管理所要解決的關鍵問題，運用開放性復雜巨系統方法論，本文構建了流域水環境管理的一般性研究框架，如圖3所示。

流域水環境管理應當涵蓋的主要研究內容和基本研究步驟包括：

（一）開展流域水環境基礎資料收集與調查。

（二）構建流域社會經濟發展模型，對現狀及規劃年限的需水量及污染負荷進行核算與預測。

（三）構建流域-水體連接模型，包括：（1）建立流域分布式水文模型，對流域流域水循環的植物截留、下滲、土壤蓄水量、蒸散發、地表徑流、壤中流等眾多水文過程以及污染物的輸移進行定量描述與模擬；（2）建立水體的數學模型，對水動力狀況以及污染物的遷移轉換過程進行定量描述與模擬；（3）計算流域水資源承載能力與水環境容量；根據需水量及污染負荷核算結果，對流域現狀的水資源與水環境容量使用情況進行分析，分析流域主要環境問題及成因。

（四）預測規劃年限內自然、社會、經濟變化對流域水量水質的影響，包括：（1）利用建立的流域分布式水文模型，研究氣候與土地利用變化對流域徑流和非點源污染產出的影響；（2）結合需水量及污染負荷預測結果，對規劃年限內水資源與水環境容量使用的情況進行預估，分析流域水環境未來可能面臨的問題。

（五）提出流域水環境管理對策，并對各種對策措施的實施效果進行模擬及綜合評價，包括：（1）根據水資源與水環境容量使用情況的分析預估結果，提出相應的流域水環境管理對策；（2）利用建立的流域-水體連接模型，對各種管理對策的實施效果進行模擬；（3）基于DPSIR框架選擇評價指標，對流域水環境管理對策進行綜合評價，進行方案優選，為管理者提供決策支持。

5 結論

本文對流域水環境管理的一般性研究框架進行了探討研究，提出流域水環境管理應當涵蓋的主要研究內容和基本研究步驟，構建的框架中所含的研究要素包括分析流域水環境自然、社會、經濟復合系統的主要動力過程，提取關鍵因素進行概念模型、數值模型以及評價模型的構建，對關鍵因素、過程和結果進行相應地合理地定性描述及定量表達；通過流域建模及仿真，經濟、科學、高效地分析流域水環境問題及其成因，對流域未來的環境條件以及社會經濟發展狀況進行預測，分析和比較備選決策方案實施的可能后果，從而選擇最佳的決策方案或對決策方案進行合理調整，減少流域決策實施的盲目性，以期最終實現流域可持續發展的終極目的。該框架能為實施將水環境保護、水資源開發利用與自然-社會-經濟綜合系統緊密結合起來的流域水環境管理提供技術支撐。

參考文獻：

[1]楊桂山， 于興修， 李恒鵬等. 流域綜合管理發展的歷程、經驗啟示與展望[J].湖泊科學， 2004，（16）：1-10.

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[6] 錢學森，于景元，戴汝為. 一個科學新領域——開放的復雜巨系統及其方法論[J]. 自然雜志，1990，（01）：3-10+64.

作者簡介：蔣婧媛（1985-），女，博士，工程師，研究方向為流域水環境模擬。