內(nèi)河庫區(qū)水環(huán)境淺析

牟維邦

摘 要：近年來我省由于交通和能源發(fā)展的需要，在烏江、南、北盤江、紅水河、都柳江等主要河流上建設(shè)形成了很多的內(nèi)河庫區(qū)。本文力圖在水環(huán)境科學(xué)的進(jìn)展和社會的進(jìn)步之間找到一種辨證的關(guān)系，并用來作為一種戰(zhàn)略思想指導(dǎo)作者從事水環(huán)境科學(xué)的研究。本文的研究方法主要是比較和統(tǒng)計(jì)分析法。研究發(fā)現(xiàn)水環(huán)境科學(xué)進(jìn)展和社會進(jìn)步是辨證統(tǒng)一的，在人類文明的進(jìn)程中，水環(huán)境科學(xué)有著重要作用。研究結(jié)果還表明未來的水環(huán)境科學(xué)有著信息化和系統(tǒng)化的趨勢。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境科學(xué) 社會進(jìn)步 比較 統(tǒng)計(jì)分析 趨勢

文明的起源和發(fā)展都與支撐人類文明的自然環(huán)境密不可分，不論是古文明的搖籃還是現(xiàn)代文明社會都離不開人類賴以生存的環(huán)境。為了使環(huán)境朝著有利于社會進(jìn)步的方向發(fā)展，我們必需時(shí)時(shí)注意調(diào)整自身與外界自然環(huán)境的關(guān)系，促進(jìn)社會與環(huán)境的協(xié)調(diào)，防止環(huán)境的退化，這是人類社會發(fā)展的基本問題。

水環(huán)境科學(xué)是一門新興學(xué)科，其研究內(nèi)容尚在探索與發(fā)展中。廣義地講，水環(huán)境科學(xué)研究與環(huán)境有關(guān)的水力學(xué)問題，傳統(tǒng)的研究領(lǐng)域有水污染、水生態(tài)問題等等。美國環(huán)境與水資源研究所水環(huán)境科學(xué)技術(shù)委員會提出“水環(huán)境科學(xué)特別著重于將物理因素（水動力學(xué)、泥沙輸移和地形條件）、化學(xué)因素（保守與非保守物質(zhì)的傳輸、反應(yīng)動力學(xué)和水質(zhì)）和生物因素（生態(tài)學(xué)）作為一個(gè)系統(tǒng)來進(jìn)行研究”。通俗地說，水環(huán)境科學(xué)主要研究地面及地下水域中物質(zhì)的擴(kuò)散、輸移和轉(zhuǎn)化規(guī)律，建立其分析計(jì)算方法，確定物質(zhì)濃度的時(shí)空分布及其應(yīng)用。

作為傳統(tǒng)水力學(xué)的一種發(fā)展，傳統(tǒng)水環(huán)境科學(xué)內(nèi)容涉及水文學(xué)、水力學(xué)、水化學(xué)、水生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、湖沼學(xué)和海洋學(xué)等，是一門綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科。

1.環(huán)境科學(xué)的發(fā)展見證著社會的進(jìn)步

隨著科技進(jìn)步、工業(yè)化程度的提高以及人類對自然界認(rèn)識的深化，社會對水環(huán)境重視程度日益加深。在工業(yè)化初期，16世紀(jì)的蒸汽時(shí)代，盡管由蒸汽機(jī)車驅(qū)動的船只和造船工業(yè)對河流產(chǎn)生了極大的污染，人們卻對此視而不見。在工業(yè)化中期的鋼鐵時(shí)代，冶金工業(yè)引發(fā)的環(huán)境問題更加嚴(yán)重，終于喚醒了人們對環(huán)境惡化的憂慮。此時(shí)，德國生理學(xué)家費(fèi)克1855年提出的費(fèi)克定律為污染物質(zhì)在水體內(nèi)隨分子運(yùn)動而擴(kuò)散的規(guī)律，標(biāo)志著水環(huán)境科學(xué)的萌芽。在工業(yè)化后期的電氣時(shí)代，污染引發(fā)環(huán)境危機(jī)，發(fā)達(dá)資本主義國家基本上走的是一條先嚴(yán)重污染環(huán)境然后再來治理恢復(fù)的道路。這時(shí)才出現(xiàn)了泰勒（Taylor，1921）基于拉格郎日法的污染物紊動擴(kuò)散理論，而且巴切勒（G.K.Batchelor）于1949年提出了基于歐拉法的污染物紊動擴(kuò)散理論。直到20世紀(jì)70年代，世界經(jīng)濟(jì)冠名為電子時(shí)代時(shí)，水環(huán)境對人類的重要性才真正被全世界所認(rèn)識。

巧合的是環(huán)境水力學(xué)正式形成也是在20世紀(jì)70年代，以美國加州貝克利大學(xué)Hugo B.Fis- cher教授等所著《內(nèi)陸與近海水域中的混合》（Mixing in Inland and Coastat Water）一書，在1979年的出版為標(biāo)志。這本著作第一次比較系統(tǒng)的論述了污染物質(zhì)在水域（包括河流、水庫、河口）中擴(kuò)散和輸移的基本概念、基本原理和分析方法。

在我國，水環(huán)境科學(xué)的發(fā)展還刻畫著時(shí)代的印記。1949年～1965年，水環(huán)境科學(xué)初入我國，水環(huán)境研究主要借鑒國外經(jīng)驗(yàn)。此階段我國剛剛解放，全國上下開始興修水利，整治河道，而且工業(yè)化程度不高，故水生態(tài)環(huán)境相對解放前得到改善。

1965年～1980年，水環(huán)境科學(xué)進(jìn)入我國重點(diǎn)高校，水環(huán)境研究主要以物理模型試驗(yàn)為主，數(shù)學(xué)模型基本上是一維和二維水質(zhì)模型，并開始有我國自己的創(chuàng)見。此階段我國水生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)波折。全國大興水利，開挖渠道，完善農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，高度重視重工業(yè)，人口激增。這些做法減少了河道徑流，同時(shí)增加了工農(nóng)業(yè)廢水，水污染問題開始凸顯。

1980年至今，水環(huán)境科學(xué)在我國高度發(fā)展，水環(huán)境研究主要數(shù)值模擬為主，物理模型作為補(bǔ)充，各種新方法和新思想層出不窮，能夠利用二維和三維水質(zhì)-水流的紊動-擴(kuò)散方程處理實(shí)際問題，模擬的變量由非生命物質(zhì)如“三氧”（溶解氧、生物化學(xué)需氧及化學(xué)需氧）、“三氮”（氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮）等等向細(xì)菌、藻類、浮游動物、底棲動物等水生生物發(fā)展；應(yīng)用范圍由河流、水庫、湖泊等單一水體向流域性綜合水域發(fā)展。此階段我國各流域和海域的水環(huán)境持續(xù)嚴(yán)重惡化。我國社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，生產(chǎn)力布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的調(diào)整沒有顧及水生態(tài)環(huán)境的承載能力，環(huán)境保護(hù)力度不夠，造成水環(huán)境惡化。在最近的一次由全國政協(xié)人口資源環(huán)境委員會和中國發(fā)展研究院舉辦的“保護(hù)長江萬里行”活動中，專家們吶喊：如果再不及時(shí)保護(hù)長江，十年內(nèi)長江就可能變成第二條黃河。

2.社會的進(jìn)步是水環(huán)境科學(xué)發(fā)展的基石

社會需要是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的原動力。正如恩格斯所說：“社會一旦有技術(shù)上的需要，則這種需要就會比十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進(jìn)?！鄙鐣枰嬖酱?，問題越嚴(yán)重，科學(xué)技術(shù)發(fā)展也越快。關(guān)于水環(huán)境和環(huán)境保護(hù)問題的發(fā)現(xiàn)及其對人類的嚴(yán)重影響，促進(jìn)了水環(huán)境科學(xué)技術(shù)和環(huán)境保護(hù)工程迅速發(fā)展。從西方發(fā)達(dá)工業(yè)化國家所走過的水環(huán)境發(fā)展歷程可知，最初它們并沒有重視水環(huán)境污染問題，但是到了社會發(fā)展到一定程度時(shí)，它們卻相當(dāng)重視環(huán)境問題，從而促進(jìn)了水環(huán)境科學(xué)的發(fā)展。

我國的情況同樣如此。改革開放二十多年來，人們的生活質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍。在短短的二十年間，水環(huán)境治理工程卻數(shù)不勝數(shù)。特別是從1996年起，國務(wù)院痛下決心實(shí)施“三河三湖”治理工程，其聲勢之大，投資之巨，前所未有?；春?、太湖、滇池和巢湖相繼開展了以工業(yè)污染治理為主的“零點(diǎn)行動”，流域內(nèi)的絕大部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。這些實(shí)際工程的實(shí)施在很大程度上發(fā)展了我國的水環(huán)境科學(xué)技術(shù)。

3.水環(huán)境科學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了社會的文明程度

社會的進(jìn)步的核心表現(xiàn)是人們的生活水平的提高。社會的文明程度與水環(huán)境科學(xué)是始終聯(lián)系在一起的，兩者有著久遠(yuǎn)的淵源關(guān)系。水是人類生命的搖籃，水也是人類文明的搖籃、文化的搖籃。遠(yuǎn)古時(shí)期，人類就依水而居。有了水，人類不但解決了生存問題，而且以水為鏡，知道了美丑；后來人們通過水環(huán)境科學(xué)凈化了污染，萌生了美學(xué)，逐步發(fā)展成水文化；今天，水環(huán)境科學(xué)的發(fā)展就是要實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處，創(chuàng)造優(yōu)美的水環(huán)境和人文景觀，改善生態(tài)環(huán)境，美化人們的生存環(huán)境、生活環(huán)境，發(fā)展水利旅游，發(fā)展水文化，也就從實(shí)質(zhì)上推進(jìn)了社會的文明程度。endprint

4.環(huán)境科學(xué)的發(fā)展促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步增長

站在水環(huán)境科學(xué)的立場，環(huán)境問題是經(jīng)濟(jì)活動的直接后果。大量的能量消耗、有機(jī)廢物的排放和自然資源的枯竭都可以直接歸咎于經(jīng)濟(jì)的增長。要避免環(huán)境問題的發(fā)生，就必須改變現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)增長模式和發(fā)展策略。而站在社會的立場，社會貧窮既是環(huán)境問題的原因，也是環(huán)境問題的結(jié)果。貧窮會導(dǎo)致人們對環(huán)境和資源的掠奪性和毀滅性的使用與開發(fā)，造成環(huán)境破壞和資源枯竭；而環(huán)境破壞和資源枯竭又會進(jìn)一步導(dǎo)致社會的貧窮。在當(dāng)前的社會經(jīng)濟(jì)條件下，經(jīng)濟(jì)增長不足或增長方式不當(dāng)?shù)闹饕蚴黔h(huán)境污染、 資源枯竭、生態(tài)破壞，貧困地區(qū)工業(yè)廢水直接排放、毀林開荒和陡坡種糧等粗放式的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式造成水土流失和水環(huán)境惡化。如果經(jīng)濟(jì)的發(fā)展從自然界獲取的資源在量上超過了自然的補(bǔ)給和再生能力，環(huán)境問題不可避免。總之，經(jīng)濟(jì)的再生產(chǎn)能力是以自然的再生產(chǎn)能力為前提的，社會不能不顧自然的承載能力任意發(fā)展經(jīng)濟(jì)。

因此，只有依靠先進(jìn)的水環(huán)境科學(xué)，讓社會在可以容忍范圍的盡可能少的花費(fèi)下治理水環(huán)境問題，減少社會對水環(huán)境和資源的破壞，才能讓經(jīng)濟(jì)發(fā)展步入良性循環(huán)的軌道。

5.新世紀(jì)水環(huán)境科學(xué)和社會進(jìn)步的關(guān)系

5 . 1未來環(huán)境水力學(xué)的發(fā)展趨勢

（1）水環(huán)境模擬和預(yù)測新方法

目前環(huán)境水力學(xué)數(shù)值模擬和預(yù)測的主要集中在水質(zhì)—水流—生態(tài)的耦合計(jì)算上，其中湍流模型起著舉足輕重的作用，并取得較大進(jìn)展。將來的湍流模型能夠真實(shí)地描述水流在各個(gè)方向的不同程度的擴(kuò)散和對流作用。隨著各種新算法的出現(xiàn)，未來的環(huán)境水力學(xué)模擬和預(yù)測可能要更多的運(yùn)用混沌理論、自組織過程理論和遺傳算法來解決日趨復(fù)雜的環(huán)境問題。

而且未來水環(huán)境科學(xué)要解決和可以解決的問題會越來越復(fù)雜。除了傳統(tǒng)水環(huán)境科學(xué)的內(nèi)容外，未來水環(huán)境科學(xué)內(nèi)容還將涉及生態(tài)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)、空氣動力學(xué)等。如“三水”（天上水、地面水和地下水）轉(zhuǎn)換的水質(zhì)模擬涉及大氣污染、降水產(chǎn)流沙、地面及地下水污染，需要模擬的空間尺度很大，起碼是一個(gè)較大流域級的問題，一般是跨流域甚至跨國界的問題。由于以往的水質(zhì)與生態(tài)模擬只針對清水水域，挾沙水流的水質(zhì)與生態(tài)模擬對我國則更有實(shí)際意義。

水環(huán)境科學(xué)向著水生態(tài)環(huán)境科學(xué)發(fā)展。20世紀(jì)60年代以前，環(huán)境水力學(xué)僅限于研究水域中非生命物質(zhì)的擴(kuò)散、輸移與轉(zhuǎn)化規(guī)律，70年代以來，隨著水體富營養(yǎng)化等生態(tài)問題的突出，其研究對象擴(kuò)展到藻類、浮游動物、魚類、底棲動物等水生生物。目前可以模擬的狀態(tài)變量由開始的幾個(gè)增加到二三十個(gè)，如圖一所示。將來可以對整個(gè)水生態(tài)圈進(jìn)行模擬。威脅著人類生存的“赤潮”和“水華”災(zāi)害將會得到徹底治理。

（2）水環(huán)境治理的信息化趨勢

我們正處于知識爆炸的信息社會。信息化是一個(gè)趨勢，速度和效率是決定成敗的關(guān)鍵。隨著我國各行各業(yè)“數(shù)字化”進(jìn)程的加快，治理水環(huán)境，進(jìn)行環(huán)境水力學(xué)的預(yù)報(bào)和模擬，必須跟上社會信息化的趨勢，加快實(shí)施“數(shù)字化”。具體做法是充分利用“3S”技術(shù)（GIS—地理信息系統(tǒng)，GPS—全球定位系統(tǒng)，RS—遙感技術(shù)）的海量存儲、即時(shí)查詢和人機(jī)交互的功能，為環(huán)境水力學(xué)服務(wù)。

5 . 2水環(huán)境、科技和人類的“天人合一”與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

展望未來，人口必須控制在適當(dāng)水平，對不可再生資源的依賴程度必須減小，可再生資源應(yīng)當(dāng)?shù)玫匠掷m(xù)利用，環(huán)境應(yīng)該得到治理和保護(hù)從而實(shí)現(xiàn)人和自然的關(guān)系協(xié)調(diào)。具體地來說，根據(jù)我國古代“天人合一”的觀點(diǎn)，人和自然關(guān)系的協(xié)調(diào)就意味著正確認(rèn)識和處理人、自然和社會之間的關(guān)系，把握自然規(guī)律，自覺地改造和適應(yīng)自然規(guī)律，在相適應(yīng)的過程中，求得人類的發(fā)展和與自然的和諧。

在人對自然的認(rèn)識過程中，人類首先認(rèn)識到了人與自然的區(qū)別，認(rèn)識到人與自然并不是同一的。人類基于這一認(rèn)識不斷認(rèn)知世界、克服自然，推動著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展。今天的人類還應(yīng)該認(rèn)識到人類行為的選擇自由是有限度的，它被自然界整體結(jié)構(gòu)的生態(tài)極限所束縛，必須保持在自然系統(tǒng)價(jià)值的限度內(nèi)。所有的生物都是生命的核心，都有自身的利益，都有平等的內(nèi)在價(jià)值。人類自命不凡地認(rèn)為自己有特殊價(jià)值已經(jīng)導(dǎo)致了人類賴以生存的生態(tài)秩序的大規(guī)模破壞?？茖W(xué)技術(shù)只有從天人合一的生態(tài)倫理出發(fā)，致力于人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展，共同進(jìn)退，超越主客二分的對象性思維方式，才有助于建立一個(gè)“可持續(xù)生態(tài)圈”。

而科學(xué)技術(shù)仍然是社會進(jìn)步的主導(dǎo)力量，但是科技發(fā)展必須兼顧人類和自然兩者的利益。目前我國實(shí)施的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，以關(guān)心自然、尊重生命、保護(hù)環(huán)境為核心內(nèi)容，要求每個(gè)人，每個(gè)企業(yè)、團(tuán)體，每個(gè)政府、組織都要把自己的行為置于環(huán)境道德和生態(tài)道德的制約之下，為解決這一問題提供了方法論基礎(chǔ)。

5 . 3水環(huán)境治理是一個(gè)系統(tǒng)工程

事物之間是相互關(guān)聯(lián)的，正確處理人類和自然之間關(guān)系，必須把它們放在人類——社會——自然這個(gè)大系統(tǒng)內(nèi)來研究。首先，社會要充分重視科技和環(huán)境對人類發(fā)展的重要作用，支持依靠科技進(jìn)步治理環(huán)境問題。環(huán)境水力學(xué)的任務(wù)就是利用科技進(jìn)步研究水環(huán)境的運(yùn)動規(guī)律和影響因子，由于它與很多因素有關(guān)，需要采用系統(tǒng)科學(xué)的觀念對它們進(jìn)行耦合研究。重要的是，在環(huán)境水力學(xué)有了正確的成果之后，社會要予以重視，并制定遵守相關(guān)規(guī)則來保證成果的實(shí)施，推行清潔生產(chǎn)，綠色消費(fèi)?？萍紕t一方面被用來治理環(huán)境，另一方面會因?yàn)榄h(huán)境問題的改善和資源的有效應(yīng)用而繼續(xù)進(jìn)步。

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