[科普中國(guó)]-水利科技

水利科技是指人類在從事水利事業(yè)的各種活動(dòng)時(shí)，所包含的對(duì)江河湖海開發(fā)、治理與保護(hù)中，以及勘測(cè)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行與管理過程中的科學(xué)理論、方法、工程技術(shù)的知識(shí)體系。是水利事業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿εc基礎(chǔ)。水利事業(yè)不僅與自然界，也與人類社會(huì)有緊密關(guān)系。因此，水利科技融合了自然科學(xué)、工程科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、管理科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)與社會(huì)學(xué)等眾多學(xué)科內(nèi)容，其中也包含探討人與自然復(fù)雜關(guān)系的哲學(xué)內(nèi)容。1

簡(jiǎn)述水利科技是水利科學(xué)與水利技術(shù)的總稱，隨著水利科學(xué)與水利技術(shù)的不斷發(fā)展，兩者之間相互滲透，界線越來越模糊，以致很難準(zhǔn)確地說出哪些是水利科學(xué)，哪些是水利技術(shù)。

一般而言，水利科學(xué)偏重于對(duì)與水相關(guān)的自然界的探究，如水文學(xué)、水力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)等；水利技術(shù)偏重于與水相關(guān)的資料收集，興建水利工程等，如水文自動(dòng)測(cè)報(bào)技術(shù)、遙測(cè)技術(shù)、物理勘探技術(shù)、水利工程施工技術(shù)、防滲技術(shù)等。

20世紀(jì)以來，隨著水利建設(shè)不斷發(fā)展，規(guī)模不斷擴(kuò)大，水利與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境的關(guān)系越來越密切，影響也越來越大，水利科技得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，逐漸成為相對(duì)獨(dú)立的一類科學(xué)技術(shù)。

水利科技涉及勘測(cè)、規(guī)劃、水力計(jì)算、水文計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、工程管理、大壩監(jiān)測(cè)等各個(gè)方面，近十多年來又延伸到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等新領(lǐng)域。所以，水利科學(xué)技術(shù)是綜合了自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、工程技術(shù)許多方面的綜合的科學(xué)技術(shù)。

水利事業(yè)的實(shí)踐是水利科技發(fā)展的基礎(chǔ)，水利科技又給予水利事業(yè)發(fā)展以強(qiáng)大的推動(dòng)作用。要確保水資源的可持續(xù)利用，必須依靠水利科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，不斷開拓發(fā)展新的領(lǐng)域，不斷取得新的成果。2

特點(diǎn)根據(jù)水利的內(nèi)涵及其在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中的地位、作用，水利科技具有下列特點(diǎn)。

1．水利科技內(nèi)涵的廣泛性

水利科技既涉及探討人與自然復(fù)雜關(guān)系的人文社會(huì)科學(xué)層面，又包含了江河湖泊的規(guī)劃、開發(fā)、治理與保護(hù)及水利工程的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行與管理等所需要的各種基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)體系。水利科技融合了自然科學(xué)、工程科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、管理科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)與社會(huì)學(xué)等眾多學(xué)科的內(nèi)容。

2．水利科技效益的公益性、全局性和長(zhǎng)遠(yuǎn)性

水利科技服務(wù)于國(guó)家的發(fā)展目標(biāo)與行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，而江河流域治理方略的科學(xué)決策、重大水利工程體系的合理布局與運(yùn)用等，往往影響到廣闊的區(qū)域與大量的人口，涉及國(guó)計(jì)民生中利害關(guān)系的調(diào)整、公共安全的保障、人與自然的和諧。正確的決策，往往會(huì)帶來整體與長(zhǎng)遠(yuǎn)的巨大效益；而決策的失誤，也可能造成長(zhǎng)期難以挽回的惡果，甚至陷入惡性的循環(huán)。

3．水利科技特點(diǎn)的區(qū)域性和流域性

人類的治水活動(dòng)既要適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展規(guī)律，又要符合自然界的演變規(guī)律。對(duì)于不同特性的河流，治水的措施不能千篇一律；同一條河流的不同河段，治水的重點(diǎn)不會(huì)完全相同；即使同一條河流或同一個(gè)區(qū)域，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的不同階段，治水的目標(biāo)、要求、投入能力與管理水平也處于動(dòng)態(tài)的變化之中。因而，水利科技必須依據(jù)流域、區(qū)域的特點(diǎn)來發(fā)展，切忌不同條件的照搬照抄。

4．水利科技的自主創(chuàng)新性

發(fā)達(dá)國(guó)家最近的治水理念，是在他們已經(jīng)達(dá)到了經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展，水資源得到充分利用和環(huán)境治理得到重視的條件下提出來的，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家有著較大的差距。我國(guó)尚處于工業(yè)化時(shí)期，經(jīng)濟(jì)起點(diǎn)低，發(fā)展不平衡，人口與糧食需求極大，城市化進(jìn)程異常迅猛，這些都使得我國(guó)水利科技遇到了比發(fā)達(dá)國(guó)家更為復(fù)雜、更為艱巨的新問題。因此，我國(guó)水利科技的發(fā)展，既要與時(shí)俱進(jìn)，從發(fā)達(dá)國(guó)家的治水經(jīng)歷中吸取有益的經(jīng)驗(yàn)，少走國(guó)外已經(jīng)走過的彎路；也要堅(jiān)持從基本國(guó)情出發(fā)，堅(jiān)定地走自主創(chuàng)新之路。

5．水利管理科學(xué)的重要性

水的有效分配和利用，需要一個(gè)健全的管理體系，這需要國(guó)家為之付出很高的管理成本，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)改革進(jìn)一步提高了這一成本。由于維持行政分配體系所需的管理成本嚴(yán)重不足，導(dǎo)致水的開發(fā)利用在很多情況下缺少制度約束，產(chǎn)生上、下游水沖突、水超采、水污染、水浪費(fèi)和低效利用等結(jié)果，這些后果的累積和疊加就是所謂的“水危機(jī)”。因此，克服“水危機(jī)”的根本出路在于水治理模式的轉(zhuǎn)型，即從過度依賴工程建設(shè)和擴(kuò)大供給為主轉(zhuǎn)向制度建設(shè)和激勵(lì)節(jié)水為主，從以“控制”為核心的傳統(tǒng)治理模式，轉(zhuǎn)向以“良治”為目標(biāo)的現(xiàn)代治理模式。例如防洪減災(zāi)從“控制洪水”向“洪水管理”的轉(zhuǎn)變，水資源管理中的“供水管理”向“需水管理”“綜合管理”的轉(zhuǎn)變等。這就給水利科技提出了更為復(fù)雜的任務(wù)。3

成就水利作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)有了很大發(fā)展，為水利科技的發(fā)展提供了重要機(jī)遇。以三峽、小浪底工程為代表的大型水利樞紐的設(shè)計(jì)論證工作，提出了在極為復(fù)雜的地質(zhì)、水流和泥沙等條件下建造巨型、大型水利樞紐的一系列高難度課題，帶動(dòng)了結(jié)構(gòu)、巖土、水力學(xué)、機(jī)電、自動(dòng)化等學(xué)科分支的長(zhǎng)足發(fā)展。我國(guó)防洪減災(zāi)的艱巨任務(wù)，又為高新技術(shù)在災(zāi)害預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)及評(píng)估方面的應(yīng)用，提供了廣闊的發(fā)展空間。水利科技成就表現(xiàn)為以下兩方面：

1．研究方向、內(nèi)容和手段變化巨大

(1)研究?jī)?nèi)容既包括工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)難題，又有水資源可持續(xù)利用宏觀戰(zhàn)略決策。

(2)科學(xué)研究組織從單一學(xué)科向交叉、綜合、邊緣學(xué)科發(fā)展，聯(lián)合攻關(guān)。加強(qiáng)了科技成果的組裝和集成。

(3)研究方法突破了以試驗(yàn)為主的傳統(tǒng)方法，采用了試驗(yàn)、計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)相結(jié)合的技術(shù)路線。計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。

(4)科技成果轉(zhuǎn)化率全面提高，周期縮短。水利科技開始面向經(jīng)濟(jì)、社會(huì)，實(shí)行全方位服務(wù)。

2．取得一系列重大成果

(1)水文水資源研究。水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)的流量測(cè)驗(yàn)和雨量、水位觀測(cè)技術(shù)全面改進(jìn)，自動(dòng)化程度和觀測(cè)精度提高。泥沙測(cè)驗(yàn)技術(shù)和設(shè)備進(jìn)步明顯。水文基本數(shù)據(jù)采集取得進(jìn)展，為建立國(guó)家水文數(shù)據(jù)庫奠定了基礎(chǔ)。在水文分析計(jì)算上，發(fā)展了洪峰、洪量和洪水過程隨機(jī)模擬的綜合分析法。在水資源研究上，探索了人類社會(huì)發(fā)展與生存環(huán)境演化過程中水供需矛盾的合理解決途徑。

(2)水利水電工程建設(shè)。經(jīng)過幾十年的建設(shè)，我國(guó)的水利水電工程建設(shè)已在勘測(cè)、設(shè)計(jì)、科研、施工和安全監(jiān)測(cè)等方面，建立了完整的技術(shù)體系，形成了具有中國(guó)特色的筑壩技術(shù)，許多技術(shù)取得突破性進(jìn)展。

(3)防洪減災(zāi)研究。在暴雨洪水研究上，小尺度天氣系統(tǒng)及大尺度氣候環(huán)境的暴雨洪水分析和數(shù)值模擬取得大量成果。開展了旱情預(yù)報(bào)、土壤墑情監(jiān)測(cè)技術(shù)、風(fēng)暴潮、山洪、泥石流等災(zāi)害原因、機(jī)理、預(yù)報(bào)和對(duì)策等方面專題研究。

(4)節(jié)水灌溉和區(qū)域開發(fā)治理研究。從“六五”開始，節(jié)水灌溉技術(shù)開發(fā)及推廣一直是水利科技的重點(diǎn)課題。農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)包括工程措施、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施和管理措施三大類。工程措施包括，渠道防滲新型材料和結(jié)構(gòu)，高效低耗防滲襯砌機(jī)械。

(5)水土保持研究。利用遙感和地理信息系統(tǒng)等高技術(shù)手段對(duì)我國(guó)西北部的黃土高原地區(qū)進(jìn)行水土流失監(jiān)測(cè)，基本掌握了土壤侵蝕的基本規(guī)律。在治理措施方面，結(jié)合群眾經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出由單一治理、局部治理，發(fā)展到以小流域?yàn)閱卧木C合治理體系，取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

(6)河流泥沙與河道整治研究。我國(guó)大部分河流的挾沙量較大，特別是黃河等北方河流，其挾沙量為世界罕見。通過長(zhǎng)江、黃河等國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目的泥沙試驗(yàn)研究，推動(dòng)了河工模型試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展。4

發(fā)展趨勢(shì)縱觀水利科技近幾十年的研究歷史與當(dāng)前的熱點(diǎn)動(dòng)態(tài)，水利科技的發(fā)展趨勢(shì)可概括為以下幾個(gè)方面。

1．理論上多學(xué)科交叉

科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是高新技術(shù)的發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展理論的提出，大大加強(qiáng)了水利學(xué)科與其他學(xué)科在理論上的交叉、融合發(fā)展，產(chǎn)生了許多新的學(xué)科分支，如遙感水文學(xué)、同位素水文學(xué)、隨機(jī)水文學(xué)、計(jì)算水力學(xué)、水信息學(xué)等。生態(tài)水文學(xué)、生態(tài)水力學(xué)、生態(tài)水工學(xué)等新理論也逐漸得到了完善，并開始在區(qū)域水環(huán)境規(guī)劃及治理、河湖等水體修復(fù)、大型水利工程建設(shè)等實(shí)踐中開始得到應(yīng)用。

2．方法上多對(duì)象、多要素系統(tǒng)分析

在水文循環(huán)方面，傳統(tǒng)的水文學(xué)研究只考慮水量的自然變化，現(xiàn)代水文循環(huán)需要考慮地球生物圈、全球變化以及人類活動(dòng)等方面的影響。由于水的流動(dòng)與循環(huán)，水生態(tài)系統(tǒng)和水環(huán)境系統(tǒng)在不同時(shí)空尺度下進(jìn)行能量、物質(zhì)及生物體的循環(huán)交換并交互影響，現(xiàn)代水生態(tài)和水環(huán)境科學(xué)研究必須從系統(tǒng)的角度和時(shí)空的多尺度出發(fā)，從以單要素、小區(qū)域分析為主進(jìn)入多種要素整合分析，全球、流域及區(qū)域的系統(tǒng)研究。在防洪減災(zāi)方面，從以往的以工程防洪為主，轉(zhuǎn)向工程與非工程措施有機(jī)的結(jié)合，并與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素相結(jié)合進(jìn)行洪水風(fēng)險(xiǎn)分析。

3．層次上向宏觀與微觀兩極發(fā)展

一方面，將水、土資源結(jié)合，從更宏觀的角度研究人類所處的生態(tài)系統(tǒng)成為水生態(tài)與水環(huán)境學(xué)科未來的發(fā)展趨勢(shì)；另一方面，水生態(tài)系統(tǒng)與水環(huán)境內(nèi)在物理、化學(xué)、生物基本過程及其相互作用的微觀機(jī)理研究也將得到加強(qiáng)。在農(nóng)業(yè)節(jié)水方面，要用微觀尺度的SPAC（土壤——植物——大氣系統(tǒng)）水分傳輸原理解決流域尺度水轉(zhuǎn)化過程的描述，有關(guān)農(nóng)田表面的空間變異性、尺度轉(zhuǎn)換、各部分介質(zhì)的非線性相互作用等是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。在大壩破壞分析方面，不僅要進(jìn)行大壩——水體——地基（圍巖）整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的分析，也要進(jìn)行細(xì)觀層次混凝土材料裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展機(jī)理的分析等等。

4．技術(shù)上多種技術(shù)有機(jī)集成與高新技術(shù)應(yīng)用

水生態(tài)與水環(huán)境研究逐漸發(fā)展成將各專業(yè)技術(shù)有機(jī)集成，形成水生態(tài)與水環(huán)境綜合分析技術(shù)系統(tǒng)，在技術(shù)應(yīng)用中突出水生態(tài)、水環(huán)境與區(qū)域及流域經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的關(guān)系描述。在水力學(xué)與河流動(dòng)力學(xué)的研究中，將數(shù)值模擬與物理模擬結(jié)合起來的“合交模型”，解決了不同尺度研究的銜接，提高了研究的精度。GIS、RS、DME等高新技術(shù)的發(fā)展，在水文、水環(huán)境、防洪減災(zāi)等領(lǐng)域中不斷得到應(yīng)用，極大程度地提高了信息豐富度和分析效率，提高了研究成果的決策支持能力。

5．研究基礎(chǔ)越來越依賴于長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)資料的積累與分析

客觀上，水文循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)的演變以及人類活動(dòng)對(duì)它們的影響往往是一個(gè)長(zhǎng)期的漸變過程，揭示人類所面臨的一系列水問題所產(chǎn)生的根源與發(fā)展規(guī)律，需要以長(zhǎng)期連續(xù)的物理、生物、化學(xué)以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面觀測(cè)資料為基礎(chǔ)。主觀上，依照前面各點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)開展研究的一個(gè)共同特點(diǎn)是：對(duì)各種第一性觀測(cè)資料要求更加全面、更加綜合、更長(zhǎng)系列、更高精度，才可能使得科學(xué)研究順利開展，并取得有價(jià)值的成果?？傊?，從實(shí)踐一理論一實(shí)踐，如此不斷的螺旋式上升的研究路線，不但不能被高新技術(shù)的發(fā)展所取代，反而應(yīng)得到進(jìn)一步的加強(qiáng)。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

陳紅 - 副教授 - 西南大學(xué)