钱正英:水利创新的方向

2006年,我国报刊上最流行的词,可能是创新。 水利工作人员考虑最多的,可能是水利创新。如何推动创新?我认为:创新的基本动力是人类或人民的需求。自主创新就是运用自己的优势,想出最好的方法,解决自己的问题。一个新的理念必将带动一次创新的浪潮,新的理念也只有依靠创新才能实现。创新包括体制机制创新和科技创新,两者相辅相成。

在我国,人与自然和谐共处的新理念必将带动有关领域的创新浪潮。在水利工作中,人与自然和谐共处的重要关键是人与河流和谐发展。水利创新的一项重大任务是如何实现人与河流的和谐发展。

问题的提出

2005年发表的《人与河流和谐发展》,是一篇集体创作。当时的背景是:(1)社会上正在议论一些河流应否开发;(2)水利界在人与自然和谐共处的理念下,提出维持河流健康生命和保护河流健康等理念;(3)各地正在开展对河流生态需水量的研究。

经过多次讨论,我们提出“人与河流和谐发展”的理念,主要依据是:

1、河流作为地球表层的重要组成部分,有其不可取代、必须承担的环境功能,包括水文功能、地质功能和生态功能等,其中起决定作用的是河流的水文功能。

2、另一方面,人类为了发展,必需开发和改造河流,形成各种人工功能,如:为了开发洪泛平原、引水灌溉、排水、排污、航运、发电、水产…等,需要建筑堤防、开挖河渠、修建涵闸、设置抽水站、拦河筑堰及建设水库…等。

3、人类对河流的开发和改造如超过一定限度,必将影响它的自然功能;因此,开发必须适度,改造必须适当,必须从总体上不损害河流的自然功能,保持河流的永续利用,保证人与河流和谐发展。

我国河流的情况

我国河流由于开发的时间长、规模大,开发利用的成就和出现的问题,都超过其他国家。

主要问题:许多河流的水质严重污染;下游河湖干涸,地下水位下降;洪灾威胁依然严重;一些河口的近海海域生态系统退化;……等。产生这些问题的根本原因是水资源开发利用过度和开发利用的方式不当。由于自然与人为因素的交错作用,我国河流的情况和问题远比其他国家复杂严重。在我国今后的社会经济发展中,如何正确处理人与河流的关系,在世界上尚无先例可循。

因此,必须以自主创新的思维,来研究和解决我国人与河流和谐发展的问题。

我国河流按其改造程度,大体可分为三类:

第一类:完全或基本保持自然状态的河流系统:人类活动影响较小,基本上未建具有控制能力的水工程,开发利用程度小于10%,例如雅鲁藏布江、怒江、黑龙江等边境河流;

第二类:人工化与自然复合的河流系统:人类活动有一定影响,流域中建有具有一定控制能力的水工程,开发利用程度一般在10%~20%,有的甚至接近40%。这涵盖了我国的大多数河流,包括长江、珠江、松花江和东南沿海较大河流等;

第三类:人工化河流系统:人类活动影响较大,水工程控制程度较高,天然河流的形态已不复存在,成为不同类型的人工河流系统。

河流水质污染严重,开发利用程度在40%以上,甚至高达70%以上,例如淮河中下游、海河中下游、辽河中下游、黄河下游,以及一些内陆河流的中下游。

在总体上不损害我国河流的自然功能情况下,对各条河流的开发、利用和改造,必须分类指导,提出不同要求。当前,对第一类河流,应在保护生态与环境的前提下,有控制的开发利用;对第二类河流要适当调整原定规划,充分考虑河流的生态与环境需水,防治污染,保证人与河流的和谐发展;第三类河流的问题最为紧迫,需要尽早调整原定规划,对已有的工程设施和已定的水资源配置进行必要的改造和调整,大力防治污染,为人与河流和谐发展创造条件。

水利创新的方向

我国河流演变的情况充分说明,我国水利创新的总方向是通过建设高效、节水、防污和防洪安全的体系,达到人与河流的和谐发展。这就需要转变过去工作中的一些传统思维方式,例如:对节水防污的措施和作用研究不够,对社会经济需水增长的预测和规划偏高,对河道生态与环境需水考虑不足,对跨流域调水的规模偏大。

同时,也需突破江河治理中的一些历史难点,并确保在特大自然灾害袭击时堤坝的安全。抓住以上问题,在某种意义上,就是抓住了水利创新的方向。现就这些问题提出初步认识,供讨论指正。

一、拓宽节水和防污的思路

在过去水利工作中,研究节水的措施一般限于灌溉工程。灌溉工程的节水一般限于从水源到田间的输水过程,包括渠道衬砌、管道输水、灌溉方法和喷灌、滴灌等设施。

节水的指标一般限于输水效率。供水的水源一般限于江河径流和地下水资源。

事实上,社会经济节水的指标,应当首先表现在每立米水的GDP产出。农业节水的指标应首先表现在每立米水的农业产值和粮食等各种农作物的产出。水源应涵盖广义的水资源,即大气降水;并开发非传统的水资源。因此,节水措施应涵盖经济结构的调整和经济技术水平的提高,例如发展循环经济等问题。

农业节水应涵盖农业结构的调整和农业生产技术水平的提高,并考虑如何充分利用大气降水和合理利用土壤水,以及开发微咸水利用、污水回用等非传统水资源。

例如:中国工程院在研究西北地区和东北地区的水资源问题时,认为在有些半干旱地区,现有的以农为主的农业结构应转变为以牧为主、农牧结合的农业结构,一部分种植农作物的农田宜改种苜蓿等牧草,这样既可提高产值、增加农民收入,又可大量节约灌溉用水,保护生态与环境。

水利工作者的职责,不仅仅是发展灌溉,还要在不应发展灌溉和不需发展灌溉的地方,压缩灌溉面积,指导发展现代化的雨养农业。

在防治污染方面,水利工作往往限于监督污水的达标排放,对于在水利工作本身范围内可能采取的各种可能措施,至今还只是在北京、上海、江苏、河北、浙江、深圳、武汉等省、市个别试点,而且多数是由其他部门研究机构进行的小规模试验。

这类措施包括:清除河、湖底部的污染淤泥;在河道两侧和湖泊水库周边,采用水生生物和生物膜等技术手段,建设防治水体污染的过渡带,包括人工湿地、稳定塘、生物浮床、生物廊道、生物隔栅、生物和生物膜护坡等各种人工措施。

建议各级水利部门按照《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中重大专项“水体污染的控制与治理”的要求,向其他部门虚心学习,积极协作,广泛开展试验和建设,并逐步制定相应的规程规范。

二、正确认识社会经济需水增长的规律

首先要防止对需水增长的认识误区:误以为随着经济的增长和社会的发展,社会经济用水必须不断增长,误以为水利部门的职责就是以增加供水来保证社会经济的发展。事实上,各发达国家的经验都说明:随着经济的增长,用水效率和效益应当不断提高,在现代化的过程中,社会经济用水总量应从微增长到零增长到负增长。水利部门的职责是在加强需水管理的基础和保证生态与环境的前提下,合理配置和指导社会经济用水。

以最近二十多年的实践来检验,可以看出,各地对社会经济需水增长的预测几乎都是偏高的。中国工程院2000年《中国可持续发展水资源战略研究的综合报告》中提出,“过去对需水量的预测普遍偏高,造成对供水规划和供水工程在不同程度上的误导。”并指出:“80年代初,水利部门预测2000年的用水需求量为7096亿m

,…实际1997年全国的用水量为5566亿m

,预测明显偏高。”在工程院报告以后,从1997~2005年连续八年的社会经济年用水量都没有超过5600亿m

。看来,工程院对2030年社会经济用水总量7000~8000亿m

的预测,仍然偏高。天津市近年来经济增长很快,但用水量并未增加。最近报道,河北省在“十五”期间,GDP每年增长10%,而用水量由“十五”前的220亿m

/年降为“十五”末的200亿m

/年以下。 对社会经济需水量预测偏高的基本原因是对节水治污的措施和作用研究不够,因而对社会经济需水增长的规律发生误解。我们不仅要正确认识社会经济需水增长的规律,准确预测,做好水利规划;而且要主动运用需水增长的规律,加强对社会经济需水的指导和管理。

三、保证各条江河的生态与环境需水

和过高预测社会经济用水量相反,过去对江河生态与环境需水量的考虑明显不足。当年对黄河、淮河、海河、辽河的流域规划,只考虑如何满足社会经济的用水要求,根本没有想到为维持河流本身生态与环境需要保留的水量,以致造成当前的困境。目前许多地方对江河本身的生态与环境需水量的计算仍明显偏低,这个偏向如不改正,将使其他江河继续受到损害。

20世纪70年代以后,国外对河流生态需水提出各种计算方法,一般偏重于在中小河流上保证水生生态系统的生长环境。国内对河流生态需水量的计算,很多沿用国外的方法,得出的成果大约是年径流量的10%左右,我们称之为狭义的河流生态需水。

如果这些中小河流是独立入海,或仅是江河流域个别的、对总径流量不产生影响的中小支流,这种成果可能是符合实际的;但如果对江河的所有支流都按此计算,将产生很大偏差。因为我国江河干流必须保持的最小水量,除河道内水生生态系统的需水外,至少还需考虑四种因素:(1)保证枯水和中水季节的航运;(2)保证河流在枯水季节对已达标排放污水的稀释作用;(3)保持河流下游洪水河床的形态和排泄能力;(4)保持河口在枯水季节抵御咸潮的能力和近海海域生态系统对淡水的需求。

为满足以上四种因素,河流本身需要保持的水量一般为年径流量的70%以上,大大超过上述的狭义生态需水量,我们称之为广义的河流生态需水量。对内陆河流,为了维持沙漠内的天然绿洲,必须保持河流终端湖泊的格局,经验证,其生态需水量至少也需年径流量的50%以上。

因此,为了保证人与河流和谐发展,必须审慎研究确定每条河流的生态需水量和流量的时段分配,相应规划合理的开发利用方式。

四、合理规划跨流域调水

不同地区的自然环境塑造不同特性的河流;同时,河流的活动也不断影响流域内自然环境的演化。因此,河流与其所在流域的自然环境是息息相关,互为影响的整体。

由于水资源的空间分布不完全符合人类社会经济的发展,人类在开发河流水资源的基础上,进一步开发了跨流域调水的技术,展示了人类改造河流的巨大能力。但如果跨流域调水的力度过大,也将影响人与河流的和谐发展。

在我国历史上,广西兴安县灵渠的“湘桂分流”,山东京杭运河上“三分朝天子,七分下江南”的戴村坝分水和四川都江堰的引水工程,都是跨流域调水的成功杰作。新中国成立后,沂、沭河的“东调南下”,黄河上、中、下游的各项引黄工程,新疆的“北水南调”,东北地区的“东水西引”、“北水南调”,以至全国规模的“南水北调”工程,更将跨流域调水推向空前的规模。

当前,需要深入研究已建跨流域调水工程的实际运用情况,总结经验,并复核正在和尚未开工建设的跨流域调水工程规划,警惕过度调水对生态和经济可能引发的负面影响,防止不适当的调水和调水规模过大。

中国工程院关于东北地区水土资源配置的综合报告提出:“在东北地区,一定范围的跨流域调水是必要的,但必须在当地大力节水防污的基础上进行,不能影响调水区的生态与环境,并充分注意调水的经济可行性。” 对东北西部的半干旱草原地带,农业发展的方向应当是农牧结合,以牧为主,对过量用水的农业结构,应进行必要的调整;远距离调水只可补充一部分城市工业用水,不可能发展农田灌溉,更不应发展水稻。

原规划“北水南调”的规模过大,将影响调水区嫩江和松花江干流的生态与环境,也将误导受水区的经济发展,建议适当调整压缩。

2000年中国工程院上报国务院的《中国可持续发展水资源战略研究综合报告》中,否定了当时“南水北调”的“大西线”方案,对黄河水利委员会提出的西线方案,原则肯定,并建议在2020~2050年逐步实施。在2003年《西北地区》的报告中,建议抓紧前期工作,建设西线工程,争取提前到2015年开工。

我个人根据近年来各方面的反映,认为对西线方案需要谨慎,建议在充分研究其他跨流域调水工程运营经验的基础上,进行充分的论证比较,再确定实施方案和实施时间。

目前已开工的南水北调中线工程,也需要认真考虑河北省“十五”期间用水负增长带给我们的信息。

我个人认为,中线南水北调的主要意义是以南水北调的水量置换黄河以北由于城市工业用水超采的地下水和挤占的农业用水,而不是大量增加城市工业的用水。要研究和吸取“引黄济青”、 “万家寨引黄”等工程建成后运营困难的经验和教训,复核中线规划所依据的需水预测,并建立体现规划意图的相应机制。

五、突破江河治理的历史难点

我国江河治理起源于围垦洪泛平原,与洪水争夺蓄泄空间。今后江河治理的要点是如何使人与洪水和谐共处,达到长治久安。但黄河、长江和淮河在长期治理开发中,都形成了各自的历史难点。

黄河治理的历史难点在于如何处理下游河道“善淤、善决、善徙”的问题,达到河道的长治久安,以及如何处理三门峡水库对渭河的不利影响。

当前的难点在于如何妥善解决下游河滩地181万居民的生产生活和今后发展问题。

长江治理的历史难点在于如何处理长江与两岸湖泊的关系,首先是长江与洞庭湖的关系。洞庭湖的难点是如何摆脱“蓄洪、淤积、围垦、溃决”的怪圈,使江湖都能长治久安,并适应三峡建成后长江下游河道从冲刷到回淤的变化过程。

淮河治理的历史难点在于如何处理河湖关系,即淮河中游与洪泽湖的关系,达到既保持淮河下游的水利,又解决淮河中游的洪涝灾害。

这些都是中国水利史上的难题,新中国成立后经过艰巨努力,虽然取得很大进展,仍未能根本解决。希望今后在“人与河流和谐发展”的理念下,开拓新的思路,突破这些难题。

六、研究在特大自然灾害时,确保堤坝安全的对策

堤防和水库,是人类战胜洪水的武器,但也是一种双刃剑,如果万一被摧毁,将使人类遭受更大的毁灭性灾害。1975年8月在特大暴雨袭击下,淮河流域板桥和石漫滩两座水库垮坝造成的惨痛灾害,就是严重的教训。

就目前情况看来,大型水库采取万年一遇甚至更高的防洪校核标准,只要设计、施工和管理运行的质量可靠,是可以确保安全的。但是中、小水库由于经济可行性的限制,只能采用一定的防洪标准,而且许多中、小水库还存在不同程度的安全隐患,并面临老化的问题。现在比较普遍采取的保安措施是加强暴雨预报,事先腾空水库。如何确保大量中、小水库的安全,是水利工作中的一个难点,应作为今后水利科研的一个重点。

江河湖海的堤防,都有一定的标准,如何应对超标准的洪水或风暴潮,需有可以操作的预案。2005年“卡特利娜”飓风对美国新奥尔良市造成的毁灭性灾害,就是由于防洪堤的决口,我们不可不防。

还需要考虑在其它自然灾害下,如在地震等灾害下确保堤坝安全的对策。这些都需要我们在堤防和水库建设中的创新。

以上所举的六个问题,希望能起抛砖引玉的作用。解决这些问题,不仅需要科技创新,而且需要科技创新和体制机制创新的密切配合,需要跨学科和跨部门的协作。

中国的河流孕育了中华民族,只有与河流和谐发展,才能保证中华民族的可持续发展。在中国,经过漫长的历史演变,人与河流的关系已到了关键时刻。

中国水利必须走出一条新的道路,创新是当代水利工作者的历史责任。近年来,水利部作了许多有益的工作,并且取得很大成绩和创新成就,相信在党中央和国务院的领导下,在科学发展观的指导下,水利将为人民做出新的贡献,推向新的水平!

参考文献

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[2] 钱正英,张光斗. 中国可持续发展水资源战略研究[M].水利水电出版社,2001,3

[3] 钱正英,沈国舫,潘家铮. 西北地区水资源、生态环境建设和可持续发展战略研究[M].科学出版社,2004,5

[4] 钱正英,沈国舫,石玉林. 东北地区有关水土资源配置、生态与环境保护和可持续发展的若干战略问题研究[R].2006,1

[5] 钱正英. 水利科技的新课题[J].2005,12