河湖水系連通的和諧問題及研究途徑

王妍 左其亭 史樹潔

摘要：在剖析河湖水系連通研究問題的基礎上，將和諧論引入河湖水系連通的研究中，詮釋了河湖水系連通研究中的和諧問題；從和諧的角度出發，利用和諧論方法，探索河湖水系連通研究的新途徑，提出和諧論在河湖水系連通中的應用研究框架；以鄭州市河湖健康狀況評估為例，說明了和諧論方法在河湖水系連通研究中的應用。研究認為：河湖水系連通問題復雜，存在大量的和諧問題需要研究，和諧論在河湖水系連通研究中有重要的應用前景；鄭州市應用實例表明，運用和諧論方法對河湖健康狀態的評價結果比較客觀和直觀，有助于及時掌握河湖水系連通整體狀況、指導河湖健康狀態改善。

關鍵詞：河湖水系連通；和諧論；和諧度方程；河湖健康；水資源利用

中圖分類號：TV213.9 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.05.011

我國水資源空間分布極不均勻，不同地區可利用的水資源量差異懸殊，供需矛盾突出，特別是一些地區水資源缺乏，嚴重制約了經濟社會的可持續發展。因此，對河流、湖泊有序開發，提高水資源的利用效率，合理分配用水量，已經成為缺水地區提高水資源配置能力、緩解河流污染的工作重點。水資源供需矛盾的解決，需要河湖水系連通、構建水資源統籌調配水網，即需要構建引得進、蓄得住、排得出、可調控的江河湖庫水網體系川。

河湖水系連通研究近年來受到國內外眾多學者的關注。李原園等[2]闡述了河湖水系連通研究中存在的問題和挑戰；崔國韜等[3]分析了河湖水系連通的功能及適應條件；竇明等[4]對河湖水系連通的特征（包括驅動因素、構成要素和連通方式等）進行了探討；L.J.Bracken等[5]闡述了水系連通性的概念及其在理解以徑流為主的地貌系統方面的作用；V.Jain等[6]介紹了連通性的概念、評估及其在Ganga河分散系統中的應用。實際上，河湖水系連通涉及許多難以調和的問題，比如：在氣候變化和人類活動影響下，如何發揮河湖水系連通的調水、配水、保證水安全、解決水污染等作用，使其社會功能和自然功能得以均衡發展；如何緩解河湖水系連通工程造成的負面影響，解決用水矛盾，實現人水和諧發展；河湖水系格局如何與經濟社會發展格局相互協調、相互適應。這些問題的解決還存在許多困難。從目前研究情況來看，將河湖水系連通作為一個和諧問題，利用和諧論方法來研究，成果較少?；谶@一現狀，筆者在介紹和諧論方法及其應用的基礎上，對和諧論在河湖水系連通中的應用進行研究，并以鄭州市的河湖健康狀況評估為例，介紹和諧度評價方法在河湖水系連通中的應用。

1 和諧論及其應用體系

1.1 和諧論概述

關于“和諧”一詞，目前還沒有形成統一的概念。左其亭于2009年將“和諧”定義為“為了達到協調、一致、平衡、完整、適應關系而采取的行動”，把研究和諧行為的理論和方法體系稱為和諧論，定義為研究多方參與者共同實現和諧行為的理論和方法[7]，并于2012年構建了以和諧論量化研究為主要特色的和諧論體系，其主要內容包括以下幾個方面。

（1）和諧論五要素。為了系統描述和諧問題，提出了和諧論五要素，即和諧參與者、和諧目標、和諧規則、和諧因素、和諧行為。在定量研究和諧問題時首先要研究其和諧五要素。

（2）和諧度方程[8]。為了定量表達和諧程度，提出了和諧度方程，它是定量表達和諧程度的基本方程。某一因素的和諧度方程為

HD=ai-bj（1）式中；HD為該因素對應的和諧度；a為統一度；b為分歧度；i為和諧系數；j為不和諧系數。HD∈[-1，1]；i、j∈[0，1]；a、b∈[0，1]，且a+b≤1。

如果和諧問題需要考慮多個因素，則需要在單因素和諧度的基礎上，按加權平均計算或指數權重加權計算來評估多因素綜合和諧度HD。根據和諧度HD值大小就可以劃分和諧等級。

（3）和諧平衡理論。為了尋找滿足一定目標的和諧狀態，提出了和諧平衡理論。和諧平衡是和諧參與者考慮各自利益和總體和諧目標而呈現的一種相對靜止的、和諧參與者各方暫時都能接受的平衡狀態[9]。和諧平衡是一種滿足和諧目標的和諧行為集合，集合中的一切行為都符合和諧的要求。然而，和諧平衡又并不總是存在的，在不同的情況下，它可以由一種平衡轉移到另一種平衡。所以，和諧平衡是一段時間在一定條件下的平衡，一般表現為一種相對靜止的狀態，具有動態性、空間性和層次性。

（4）和諧辨識方法。為了辨識出和諧問題中主要影響因素、不同影響因素的作用大小以及不同參與者的作用地位，提出了和諧辨識方法。和諧辨識是對和諧問題中各參與者或不同影響因素對和諧程度的貢獻大小或主次的辨識[10]。其研究對象既可以是整體上的多元復雜關系，又可以是相關方的下一層影響因子的和諧關系，甚至是更下層的和諧關系。因此，和諧辨識研究的關鍵就是建立不同層次之間的明確關系，通過和諧程度的計算，分析不同相關方、影響因子在研究時期內的相互作用，然后再進行對比分析，得到和諧辨識的結果。

（5）和諧評估方法。為了摸清和諧的水平或狀態，需要對和諧進行評估。和諧評估是對和諧參與者所處的狀態以及和諧程度進行的評估[7]。和諧評估方法包括和諧度評價方法和多指標綜合評價方法，前者一般是利用和諧度方程計算和諧程度，后者可以采用“單指標量化一多指標綜合一多準則集成”或“單指標量化一多指標綜合”評價方法。

（6）和諧調控方法。為了根據和諧評估結果采取一些必要措施來改善和諧狀況，使和諧程度滿足要求，提出了和諧調控方法。和諧調控就是針對存在的和諧問題采取一些調控措施以提高和諧程度[8]。最開始提出和諧調控方法的起因是為了研究水資源優化配置和水資源調控問題，來解決協調開發利用水資源、保護水環境中存在的各種矛盾，通常采用和諧行為集優選方法和基于和諧度方程的優化模型方法來進行定量研究。

1.2 和諧論的應用

和諧論在水科學和社會科學中都具有非常廣泛的應用，在水科學中的應用主要包括：用和諧論理念研究人與水的和諧關系、水資源開發利用與社會經濟發展的協調關系、和諧水文化等；針對水資源短缺、供需不平衡問題，利用和諧評估方法來建立水資源優化配置模型，對水資源進行合理配置，解決地區居民用水問題；對于旱澇災害，可以基于和諧思想，有效利用洪水資源，解決部分地區的干旱問題，以達到協調洪水與干旱的目的；關于水污染、水生態環境惡化問題，可以按照和諧論采取相應的達標排放和總量控制等手段改善環境，促進入與自然和諧相處。根據和諧論體系，可以把和諧論的應用分為以下幾個方面。

（1）和諧平衡。主要應用于尋找水資源與經濟社會發展的“平衡點”?？梢栽谒到y與社會、經濟、生態等系統中找到一種平衡，保障水資源與社會經濟均衡發展，解決不同用水戶爭水矛盾。同時，使人水關系達到一種平衡，實現水資源的可持續利用及對水環境與水生態的保護和修復。

（2）和諧辨識。一般可用于進行人水和諧程度的辨識，確定人水關系和諧變化過程中的主導方和關鍵影響因素；定量辨識兩個相關因素的作用關系；一些水文要素的變化趨勢辨識等。

（3）和諧評估。利用和諧度方程來定量刻畫和諧問題，度量和諧程度，然后根據和諧度來評估和諧程度等級。通過合理利用和諧評估方法可以研究人水和諧程度、水資源利用與社會經濟發展協調程度、河流的健康狀況等問題。

（4）和諧調控。主要用于解決各方關系出現不和諧情況時的調控問題，通常可用來研究水資源優化配置、水資源調控，協調開發與保護之間的各種矛盾，具體表現在人水關系的和諧調控、水資源綜合調度、生態修復補償、節水技術、工程建設與安全防護、信息化與制度保障體系等方面。

2 河湖水系連通中的和諧問題

2.1 河湖水系連通概述

作為新時期的主要治水方針，河湖水系連通借助多種水利工程和自然水系的自我修復能力，構建具有蓄泄兼籌、豐枯調劑、引排自如、多源互補、生態健康等特點的河湖水系連通網絡體系，以解決水資源承載力不高等問題，實現水資源與社會經濟和諧發展[4]。

河湖水系連通具有提高水資源調配能力、防洪抗旱和改善河湖健康等功能。首先，河湖水系連通是緩解區域性水資源分配不均的重要措施之一，可以通過合理調水提高供水能力，解決地區的用水困難和水資源短缺問題。其次，河湖水系連通對防洪除澇有重要作用，一方面通過水系疏導維護蓄滯洪區，提高河湖的調蓄作用和防洪能力；另一方面建立干旱地區輸水通道，與各水源形成相互連通的水系網絡，保證干旱地區的日常用水需求，提高抗旱能力。另外，河湖水系連通對改善水質和生態修復有一定作用，能提高水環境承載能力，改善生態環境。

值得注意的是，河湖水系連通具有兩面性。雖然河湖水系連通對實現人水和諧和水資源可持續開發利用具有重要意義，但一般大型河湖水系連通工程對經濟、社會、生態的潛在影響十分復雜，河湖水系連通會產生一些負面影響和風險，應當引起重視。需要根據具體情況分析連通的必要性和可行性，不能只注意到建設連通工程的積極作用，而忽略其負面作用，要盡力使其正面效益得到最大化，同時將負面影響減小到最小。

2.2 河湖水系連通中的和諧問題

河湖的可利用水資源量、納污能力、可承載的經濟社會規模是有限的。不同區域、不同發展水平、不同觀念的差異，導致河湖開發方面存在差別，往往帶來人與水的矛盾、水資源與經濟社會發展的矛盾、河湖上下游（或左右岸）的矛盾。如何處理好這些矛盾，解決合理調水問題，提高水環境承載能力，減少洪澇災害的發生，達到水資源可持續利用與人水和諧的目標，都需要通過深入研究河湖水系連通來解決。可以將河湖水系連通中提到的這些矛盾用和諧論加以解決，使我國水資源條件與社會生產力相匹配、相協調，滿足生態文明建設要求，實現人與水、自然和諧發展。

從人水和諧的指導思想出發。水資源供需不平衡導致人們對水資源的開發強度日益增大，從而使水生態、水環境遭到破壞，河湖污染越來越嚴重。河湖水系連通工程可以改善人水關系，提高水系統和生態環境系統的自凈能力，改善河湖健康狀況。然而，實踐過程中不可避免會對河湖水系和自然造成不利影響。因此，如何保證和諧均衡地發揮河湖水系的自然及社會功能[11]，提高河湖水系的水質狀況，滿足河湖水系健康狀態，如何確保人文系統的可持續發展、人文系統和水系統之間的協調，緩解用水矛盾，實現人水和諧發展[12]，都是河湖水系連通中亟需解決的問題。

從可持續發展的指導思想出發。水系統與社會經濟系統、生態環境系統之間存在相互交織的關系，聯系十分緊密，因此水資源可持續利用是實現社會可持續發展的前提。然而，河湖水系連通工程通過合理開發利用河湖水資源，保障周邊地區社會經濟可持續發展的同時，如何使水資源與社會經濟協調發展，如何確定當前河湖水系的連通狀況是否能滿足未來人們對水資源的需求，實現可持續利用；為使河湖水系連通工程的效益更顯著，如何從定性和定量的角度分析區域水資源開發利用狀況；基于河湖水系的整體情況，如何選取合適的影響因子對河湖水系連通建設的可行性、必要性、合理性進行分析，以達到水資源可持續利用的目的，都可以利用和諧的思想加以解決。

3 基于和諧論的河湖水系連通研究途徑

3.1 研究途徑及框架

和諧論在水科學中的應用非常廣泛，目前已積累了不少研究成果。在河湖水系連通工程中涉及的一些水資源問題可以利用和諧論來處理，例如：針對河湖水量分配問題，可以采用人水和諧的理念來進行研究，以達到區域水資源的合理分配；對于河湖水系連通與經濟社會和諧發展的問題，可以利用和諧論進行評價；針對各種用水矛盾、供需矛盾以及各種關系中存在的矛盾，可以用和諧的思想來處理；針對河湖的分水問題、跨流域調水問題，也可以用和諧的思路，構建人水和諧發展的途徑。可以說，在研究河湖水系連通中應用和諧論有很強的可行性。

基于對和諧論和河湖水系連通的認識，總結出和諧論在河湖水系連通中的應用研究框架（見圖1）。從圖1可以看出，應用和諧論能從定性和定量兩個方面研究河湖水系連通問題。

從定性角度分析，主要是綜合利用和諧論五要素和和諧度方程來評判河湖水系連通與社會經濟發展以及生態環境之間的和諧關系，便于了解河湖水系連通對社會經濟系統和生態環境系統的整體影響，有針對性地分析或判斷河湖水系連通工程中的布局問題，同時還可以解決河湖徑流中的水資源開發協商等問題。

從定量角度分析，包括和諧平衡理論、和諧辨識、和諧評估及和諧調控等方法?？梢酝ㄟ^和諧辨識方法識別出河湖水系連通中的影響因子，明確關鍵的、起絕對性的河湖水系問題；為保證河湖水系連通與經濟社會協調發展，可以采用和諧平衡理論化解人水矛盾，有效解決周邊地區的水資源短缺問題；采用和諧度評價方法或多指標綜合評價方法，通過計算和諧程度評估河湖健康狀況及河湖水系連通狀況等，有利于優化水系連通方案；利用和諧調控方法可以研究調控河湖水系連通中的人水關系以及江河湖庫的水資源優化配置等問題，還可以用來分析河湖水系的水資源綜合調度問題，保證用水安全。

3.2 應用舉例

和諧論涉及的方法較多，本文僅以鄭州市的河湖健康狀況評價為例，介紹和諧論在評價河湖水系健康狀況中的應用，有助于有關方面了解河湖水系連通整體狀況，改善其健康狀態。為計算方便，將鄭州市分為鄭州市區、新鄭市、登封市、鞏義市、榮陽市、中牟縣和新密市7個計算分區。采用和諧評估方法，評估鄭州市7個計算分區在河湖水系連通下的河流健康狀況。

3.2.1 數據資料

結合河湖水系連通的內涵及水環境、水生態的特征，構建河流健康狀況指標體系。該指標體系由目標層、準則層、指標層組成（見表1），其中：目標層為河流健康狀況；準則層包括水資源狀況、水生態與水環境狀況、水系連通性；指標層為河流健康情況的具體量化指標。指標數據來源于《鄭州市統計年鑒》《鄭州市水資源公報》等，限于篇幅，僅選取2011年的指標數據進行計算，對各個指標進行歸納整理后，得到的具體結果見表2。

3.2.2 計算過程

采用和諧評估方法中的單指標量化一多指標綜合評價方法[8]，計算鄭州市各計算分區河流的和諧度。首先，計算各單指標（均為正向指標，和諧度隨指標值增大而增大）的子和諧度SHDk，計算公式為式中：特征值ak、bk、ck、dk、ek分別為指標x的最差值、較差值、及格值、較優值和最優值。

在充分考慮鄭州市經濟社會發展情況的基礎上，參考其他地區指標水平，結合鄭州市水資源情況，確定各評價指標的特征值。其中：ak和ek由鄭州市各計算分區的最小值與最大值分別乘以一定系數確定；ck為鄭州市多年平均值；bk和dk通過插值確定[9]。

然后，根據多指標加權方法，計算各分區河流的和諧度HD：式中：μk為權重。

最后，根據計算的和諧度對河流健康狀況進行等級劃分，結果見表3。

3.2.3 結果分析

利用上述方法對鄭州市各計算分區各個指標的子和諧度進行計算，結果見表4。除了鄭州市區外，其他市區生態用水所占比例均小于最差值，所以其和諧度值取0。

在計算不同分區的和諧度時，首先運用層次分析法確定各評價指標的權重為0.154、0.204、0.164、0.115、0.078、0.085、0.087、0.113，然后運用式（3）計算得出各個計算分區河流的和諧度，和諧等級與河湖健康狀況相對應.最后根據各分區和諧程度得到不同計算分區的河流健康狀態（見表5）。

由表5可看出：鞏義市和榮陽市的和諧度相對較大，河湖呈現出較健康的狀態；而其他計算分區的和諧度相對較小，其河流健康狀況表現出接近不健康的狀態，原因可能是其河段受自然和人為因素的影響相對較大，如水污染嚴重、水質達標河長比例過低等。

實例表明，利用和諧評估方法對河湖健康狀態進行評價有助于全面掌握河湖水系連通的整體情況，并能夠針對其評價結果采取相應措施，如強化用水總量控制和重要斷面流量控制、科學調控河川徑流、調整河湖受水區水資源配置模式等[13]，從而改善河湖水系的健康狀況。

4 結語

河湖水系連通已經成為我國新時期治水的重大戰略之一，能夠對水資源進行統籌調度，提高水資源利用效率，改善河湖健康狀況及水生態環境，并減少水旱災害的發生。在深入理解和諧論和河湖水系連通的前提下，本文分析了河湖水系連通中存在的和諧問題，并利用和諧辨識、和諧評估、和諧平衡、和諧調控等方法，提出了相應的解決途徑，從定性和定量兩方面指導河湖水系連通工作，有助于全面掌握河湖水系的連通狀況，實現水資源可持續利用及人水和諧發展，具有較大的現實意義。

參考文獻：

[1]陳雷.關于幾個重大水利問題的思考：在全國水利規劃計劃工作會議上的講話[J].中國水利，2010（4）：1-7.

[2]李原園，酈建強，李宗禮，等.河湖水系連通研究的若干問題與挑戰[J].資源科學，2011，33（3）：386-391.

[3]崔國韜，左其亭，李宗禮，等.河湖水系連通功能及適應性分析[J].水電能源科學，2012，33（2）：1-5.

[4]竇明，崔國韜，左其亭，等.河湖水系連通的特征分析[J].中國水利，2011（16）：17-19.

[5]BRACKEN L J，CROKE J.The Concept of Hydrological Con-nectivity and Its Contribution to Understanding RunoffDominated Geomorphic Systems[J].Hydrological Processes，2007，21； 1749-1763.

[6]JAIN V，TANDON S K.Conceptual Assessment of（Dis）Connectivity and Its Application to the Ganga River DispersalSystem[J].Geomorphology，2010，118（3-4）：349-358.

[7]左其亭.和諧論的數學描述方法及應用[J].南水北調與水利科技，2009，7（4）：129-133.

[8]左其亭.和諧論理論、方法、應用[M].2版.北京：科學出版社，2016：1-228.

[9]左其亭，趙衡，馬軍霞.水資源與經濟社會和諧平衡研究[J].水利學報，2014，45（7）：785-792.

[10]左其亭，劉歡，馬軍霞.人水關系的和諧辨識方法及應用研究[J].水利學報，2016，47（11）：1363-1370.

[11]劉昌明，劉曉燕.河流健康理論初探[J].地理學報，2008，63（7）：683-692.

[12]左其亭，崔國韜.河湖水系連通理論體系框架研究[J].水電能源科學，2012，30（1）：1-5.

[13]李可任，左其亭.基于和諧論的黃河下游河段健康評價[J].水電能源科學，2013，33（1）：68-72.