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中国水利发展阶段及未来“水利4.0”战略构想

时间:2017-04-05作者:浏览次数:880次

摘要科学分析和认识我国水利发展阶段进一步正确预测未来水利发展趋势具有重要意义。在深入分析我国建国以来水利发展的基础上阐述水利发展存在3个阶段即“工程水利”、“资源水利”、“生态水利”阶段分别称之为“水利1.0”、“水利2.0”、“水利3.0”。在此基础上从水利发展趋势的预测出发提出“水利4.0”的战略构想认为下一个水利发展阶段为“智慧水利”阶段并简要介绍了该阶段的轮廓框架和重点研究方向。


关键词中国水利发展阶段水利4.0工程水利资源水利生态水利智慧水利


1引言


    自1949年新中国成立以后我国政府始终重视国民经济建设经过60多年的发展取得了举世瞩目的伟大成就从一个一穷二白的落后国家逐步发展成为如今世界经济总值排名第二的最大发展中国家人民的生活水平也发生了天翻地覆的变化。在国民经济建设的同时我国水利事业得到蓬勃发展从建国初的落后水平逐步发展成为水利大国在水利建设、管理、科学研究、先进技术应用等方面接近或达到国际先进水平。与一般行业发展相同在我国建国以后的60多年中水利行业经历了从初级向高级的发展阶段每个阶段具有不同的特点和标志性事件。关于我国水利发展阶段已有一些研究如王亚华等[1]1949~2030年划分为7个水利发展阶段1949~2010年已经过去的50多年被分为4个阶段分别为大规模水利建设时期1949~1977、水利建设相对停滞期1978~1987、水利发展矛盾凸显期1988~1997、水利改革发展转型期1998~2010),2011~2050年被分为3个阶段分别为水利加快发展黄金期2011~2020、水利全面协调发展期2021~2030、人水关系趋向和谐期2031~2050。同时水利部部长陈雷[2]2009年在水利部纪念改革开放30周年干部大会上将改革开放301978~2008水利改革发展历程划分为3个阶段分别为水利改革发展艰难起步阶段1978~1987、水利改革发展逐步深入阶段1988~1997、水利改革发展加快推进阶段1998~2008。受工业发展阶段划分特别是“工业4.0”思想的启发[3]本文从更大尺度上、依据占主导作用的水利工作将我国建国以来水利发展分成了3个阶段闸述了各个阶段的特点并判断出未来的水利发展阶段类型为水利科技发展预测和科技布局提供了参考。


 

2新中国水利发展阶段划分


    根据不同时代的特点考虑水利工作的主导目标和主要治水思路以最具代表性水利类型来命名水利发展阶段1949年新中国成立到目前甚至再延续一段时间本文划分为3个水利发展阶段分别阐述如下。


2.1 1949~1999年“工程水利”阶段水利1.0


11949~1953年。为了尽快恢复生产国家集中力量整修加固江河堤防、农田水利灌排工程。19515月毛泽东题词“一定要把淮河修好”195210月毛泽东视察黄河时指出“要把黄河的事情办好”大大地推动了当时的水利建设。


21953~1965年。因国家发展工农业生产的迫切需要特别是大跃进时期开始了大规模的水利工程建设。这一时期全国各地兴起了修建水库的热潮约有半数以上水库始建于大跃进时期如北京十三陵水库和密云水库、河南鸭河口水库、浙江新安江大水库、辽宁汤河水库、广东新丰江水库等。这些水库多数发挥着供水、防洪、发电、养殖等功能对当地的发展起到重要作用。当然在当时有限的科技水平和认识水平特别是论证不充分的情况下难免出现了一些“弊大于利”甚至起到严重破坏作用的工程。


31966~1976年。中国经历了十年浩劫的“文化大革命”主要以阶级斗争为主水利建设基本处于停滞状态甚至有些工程遭到一定的破坏。


41978~1987年。提出改革开放阶段以经济建设为中心国家把抓经济建设作为提高人民生活质量的重要举措是弥补“文化大革命”十年浩劫出现落后状况的迫切需求和正确选择。在这一时期我国政府的工作重点是经济建设水利建设相对停滞。


51988~1999年。在经历了10多年的改革开放、经济建设之后我国出现了大规模开发利用水资源的局面也出现了污水大量排放、水环境不断恶化的环境灾难及工程建设带来的生态环境破坏、水土流失等问题导致洪涝、干旱灾害时有发生。特别是1998年长江、嫩江—松花江发生了历史上罕见的流域性大洪水中央作出灾后重建、整治江湖、兴修水利的重大战略部署大幅度增加了水利投入把水利建设列为国家的基础设施建设行列。


    回顾1949~199950年的水利发展历程可以看出除了基本停滞的年代就是以水利工程建设为主在科技界主要的研究方向和成果也以服务水利工程建设为主要目标。这些特征与这一时期的建国初期的大规模建设、改革开放后以经济建设为中心的战略部署有直接关系。因此这一时期我国水利工作的显著特征是以水利工程建设为代表可以用“工程水利”来表征称为“工程水利”阶段。仿照工业信息技术“版本”的提法本文称“工程水利”这一阶段为“水利1.0”。该阶段的特点是以水利工程建设、大规模开发利用水资源为目标和指导思想来开展水利工作。


2.2 2000~2012年“资源水利”阶段水利2.0


 

    自1998年长江、嫩江—松花江大洪水之后我国政府和学术界痛定思痛认真分析面临的水利形势和应对措施改变了一些传统的认识①强调水资源的基础属性和自然资源属性重视水资源的保护②提出走人与自然和谐发展之路强调在建设的同时必须与资源环境保护相协调。


 

    1999年时任水利部部长的汪恕诚提出“要搞好面向21世纪的中国水利必须实现工程水利到资源水利的转变”从政府层面提出了构建“资源水利”的初步构想。这是面对我国日益严峻的水资源短缺、生态环境恶化、洪涝灾害频发的形势所提出的必然选择和水利科学发展之路。21世纪伊始人水和谐思想才逐步被接受并成为我国治水的主导思想。


 

12000~2008年。2001人水和谐正式纳入到现代水利体系中2004中国水周活动主题为“人水和谐”人们对人水和谐的思想有了更深入的认识2005全国人大十届三次会议提出“构建和谐社会”的重大战略思想后人水和谐成为新时期治水思路的核心内容。这一时期是人水和谐治水思想提出到逐步被大多数人所接受的过程。


22009~2010年。出现的水灾害集中而且严峻引起我国政府和全社会的高度关注。2009全国大旱北方冬麦区30年罕见秋冬连旱南方50年罕见秋旱西藏10年罕见初夏旱广西、湖南、河南等多地同时干旱。2010云南遭遇百年一遇的全省特大旱灾。201087甘肃舟曲突发特大泥石流灾难造成严重的人员伤亡和财产损失。这些重大水旱灾害促使中央做出“水利欠账太多”、“水利设施薄弱仍然是国家基础设施的明显短板”的科学判断2011年中央一号文件做出了《关于加快水利改革发展的决定》。这是新中国成立62年来中央一号文件第一次重点关注水利改革发展也是中央文件首次对水利工作进行全面部署可能会指导未来10~20年水利发展方向[4]


32011~2012年。全面贯彻中央关于水利工作的战略部署将水利作为国家基础设施建设的优先领域。国家计划投入4万亿元力争通过5~10年努力从根本上扭转水利建设明显滞后的局面进一步完善优化水资源战略配置格局提高水资源支撑能力合理开发水资源和水能资源实现人与自然和谐相处。


    回顾2000~2012年的10多年水利发展历程可以看出这一时期首先是治水思想的变化从“重视水利工程建设”到“把水资源看成是一种自然资源、重视人水和谐发展”的转变强调水资源的自然资源属性。因此这一时期可以用“资源水利”来表征称为“资源水利”阶段本文称其为“水利2.0”。该阶段的特点是以重视水资源合理利用、实现人水和谐为目标和指导思想来开展水利工作。


 

2.3 2013~2020年前后“生态水利”阶段水利3.0


 

    在2013年之前我国政府已经提出“生态文明”的判断和号召。20071015党的十七大将“建设生态文明”列为全面建设小康社会目标之一首次把“生态文明”概念写入党代会的报告中。2009918党的十七届四中全会将“生态文明建设”提升到与经济建设、政治建设、文化建设、社会建设并列的战略高度。2012118党的十八大单独成篇全面阐述“大力推进生态文明建设”的号召。这是我国面临“资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化”严峻形势的必然选择。


    水是生态之基水资源是生态文明建设的核心制约因素是生态文明的根本基础和重要载体[5]。为了贯彻落实党的十八大精神水利部于20131月印发了《关于加快推进水生态文明建设工作的意见》水资源[2013]1号文),提出加快推进水生态文明建设的部署。因此2013年开始以推进生态文明建设为主要目标的水利建设工作全面展开首先开始了城市水生态文明建设试点工作在全国范围内部署水生态文明建设工作。按照目前的部署和建设进程估计现阶段水生态文明建设还将持续一段时间至少可能延续到2020年前后。


    从2013年水利部提出《关于加快推进水生态文明建设工作的意见》作为标志性事件开始步入以“生态文明建设”为目标的水利新时代强调以建设水生态文明为目标的水利建设。因此这一时期可以用“生态水利”来表征称为“生态水利”阶段本文称其为“水利3.0”。该阶段的特点是以保护生态、建设生态文明为目标和指导思想来开展水利工作。


    因为这一阶段才走过2未来还会持续一段时间因此正确预测未来这一阶段水利工作重点和科技发展方向对支撑这一阶段水利工作和水利科学研究具有重要意义。本文对这一阶段的水利工作重点和水利科技重点研究方向进行了初步总结和判断。为了实现“生态水利”阶段的奋斗目标未来几年水利工作的重点应该包括①深化水利改革加强水生态文明制度建设为生态水利建设提供制度保障。②遵循“节水优先”原则崇尚节水文化全面建成节水型社会。③全面落实最严格水资源管理制度保障水资源可持续利用。④健全水资源保护与河湖健康保障体系保护生态环境。⑤优化水资源开发格局促进水资源与经济社会和谐发展。⑥加强水文化建设逐步形成全社会生态文明文化伦理形态。为了支撑“生态水利”工作“水利3.0”阶段未来几年水利科技重点研究方向应该是生态水利规划建设和管理关键技术见图1


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    具体研究要点包括①支撑生态水利建设的生态学基础研究。包括水利工程建设对生态的影响机理及评估、维持生态系统稳定的生态水文阈值、水生态红线理论及划定方法、生态水文过程研究以及生物多样性影响因素识别、关键物种筛选、生态系统稳定性维持研究等。②以生态水利建设为目标的水资源保障技术。包括充分考虑生态保护的水资源优化配置技术、水资源合理分配与调度技术、水利工程优化布局与规划建设关键技术生态需水保障技术河湖水系连通与河流健康保障技术防洪抗旱减灾自动监测、会商与体系建设水资源安全保障体系建设水资源开发利用自动监控、实时传输、会商决策技术等。③综合节水技术及节水型社会建设研究。包括先进的农业灌溉节水技术、工业生产节水技术、生活节水技术、输水管网漏损监测与智能控制技术、污废水再生回用技术研发节水型社会建设方案的规划、设计、实施方案论证综合节水自动监控与精确管理系统研发等。④水资源保护与生态建设关键技术。包括水资源保护理论方法与实施技术河湖健康理论方法与实施技术水土保持监测、评估与控制技术水污染物总量控制与和谐分配方法水资源保护工程建设技术水生态保护工程建设技术水利工程建设中的生态保护建设技术水生态补偿机制生态文明建设水平评估监控与快速判别和决策系统研发等。⑤水资源与经济社会发展和谐调控理论与技术。包括水资源开发与经济社会发展、生态环境保护和谐平衡研究水资源与经济社会发展和谐调控理论方法、调控模型、调控方案快速生成与评估、决策系统研发等。⑥水文化传承创新与水生态文明建设研究。包括现代水利工程研究中水文化分析方法水利工程建设中文化元素的融入方法水文化体系构建水生态文明建设理论及途径水生态文明判别标准及建设方向选择等。⑦适应生态水利建设的法律政策制度研究。包括水生态文明制度建设适应最严格水资源管理的法律体系构建最严格水资源管理制度体系水价值理论及水权、水市场等。


3 中国未来“水利4.0”战略构想


3.1“水利4.0”战略的提出


    “工业4.0Industry 4.0是德国政府在《高技术战略2020》中确定的未来十大项目之一旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新已上升为德国国家战略。“工业4.0”的主要特点是充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟技术使传统的制造业向智能化转型。目前的高新技术为“工业4.0”奠定了基础未来的工业将逐步向这一阶段迈进。


 

    受国际上“工业4.0”战略的启发本文提出“水利4.0”的战略构想。“水利4.0”即为“智慧水利”阶段时间上预计在2021~2050年前后。该阶段的特点是以丰富的水利经验为基础充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟技术使传统水利向智能化转型。


    实际上智慧水利并不是新概念最近几年已有研究此外也有相关联的一些概念如智能水利、水联网等。如王忠静等[6]比较系统地阐述了智慧水利的概念及总体框架。


3.2“水利4.0”战略轮廓框架描述


    从20世纪末发展起来的现代信息通讯技术、网络空间技术为工业向智能化转型准备了条件也为传统水利向智慧水利转型奠定基础。此外智慧水利涉及的内容非常广泛除了充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟技术外还需要基于水文学、水资源、水环境、水安全、水工程、水经济、水法律、水文化等科技成果。因此从这一角度看智慧水利的前期准备工作早已开始至少从21世纪初开始进入信息时代2013~2020年前后虽然以“生态水利”为主但同时有大量的智慧水利的讨论、研究、技术准备等工作预计到2021年真正进入以“智慧水利”为主的新水利时代。本文将这一水利阶段的轮廓框架描述为①各项水利工作以充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟技术为主要手段以水利工作智能化为主要表现形式。②实现水系统监测自动化、资料数据化、模型定量化、决策智能化、管理信息化、政策制度标准化。③集“河湖水系连通的物理水网、空间立体信息连接的虚拟水网、供水—用水—排水调配相联系的调度水网”为一体的水联网是智慧水利的重要基础平台。④集“基于现代信息通讯技术的快速监测与数据传输、基于大数据和云技术的数据存储与快速计算、基于通讯技术和虚拟技术的智能水决策和水调度”为一体的智慧中枢是智慧水利的核心高科技。⑤集“实时监测、快速传输、准确预报、优化决策、精准调配、高效管理”为一体的多功能、多模块无缝连接系统实现软件系统高度融合。⑥是集“水循环模拟、水资源高效利用、水环境保护、水安全保障、水工程科学规划、水市场建设、水法律政策制度建设、水文化传承建设、现代信息技术应用”为一体的巨系统集成体系是基于比较成熟的水利工作经验的产物。


    此外不能认为智慧水利主要是信息科学的事需要充分利用积累的水利建设和治水经验是传统水利与现代技术的有机结合。


3.3“水利4.0”战略的准备及科技重点研究方向


    预测在2020年之前的这几年应从以下几方面努力提前为“水利4.0”作准备①信息通讯技术和网络空间虚拟技术的进一步研发及其在水利领域中的示范应用为水利工作智能化提供高新技术支撑。②进一步研究基于现代信息通讯技术的水系统快速、准确监测及数据高效传输与大数据存储技术及示范应用为水系统监测自动化、资料数据化奠定基础。③进一步研究基于复杂水系统模拟、面向人水关系和谐发展的水资源优化配置模型包括水系统模拟、水资源高效利用、水环境保护、人水和谐目标量化、保障体系分方案模拟、水资源实时调度、防洪抗旱减灾指挥等各种模块或功能逐步实现所有所需模块的定量化并能基于大数据和云技术进行快速计算。④进一步研究基于通讯技术和虚拟技术的智能水决策和水调度逐步实现决策智能化、管理信息化。⑤进一步研究完善适应现代治水思想的各种政策制度逐步实现政策制度的标准化为水利工作提供科学的保障同时也为政策模拟和水决策提供系统输入条件。


    为了支撑“智慧水利”工作“水利4.0”阶段2021~2050的水利科技重点研究方向应该是智慧水利支撑基础、技术集成及服务体系见图2

 

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    具体研究要点包括①信息通讯技术和网络空间虚拟技术应用研究。这是智能化高新技术在水利领域的推广应用也是水利工作智能化的标志性技术全面应用于水利工作中构建“物理水网、虚拟水网、调度水网”于一体的水联网实现软件系统高度融合建成多功能、多模块无缝连接系统。②水系统快速监测、大数据传输与存储技术。基于现代信息通讯技术对水系统进行快速监测与数据传输基于大数据和云技术对数据进行存储和交互使用实现水系统监测自动化、资料数据化达到实时监测、快速传输的目标构建水系统“立体感知体系”为智能水利提供数字化信息源。监测和存储数据包括水文、气象、供水、用水、排水、水质、生态、水权交易以及经济社会指标等。③复杂水系统模拟及人水关系调控模型集成。耦合集成水系统模拟、水资源高效利用、水环境保护、人水和谐目标量化、保障体系分方案模拟、水资源实时调度、防洪抗旱减灾指挥等各种模块实现人水关系和谐调控模型定量化并基于大数据和云技术进行快速计算达到快速计算、准确预报的目标构建智能水利的“模块集成系统”。④智能水决策和水调度快速生成与执行系统。构建基于通讯技术和虚拟技术的智能水决策和水调度系统实现管理信息化、决策智能化达到优化决策、精准调配、高效管理、自动控制、主动服务的目标构建智能水利的“决策与服务体系”。随时为客服提供个性化订单式服务实现水管理精准投递涉及水利工程建设与维护、防洪抗旱减灾、供水分配、节水、水环境保护、水安全保障、水权交易、水法律政策制度、水文化传承建设等各方面需求。


4 结论


 

a.本文将建国后的水利发展阶段分为3个阶段并在对未来水利发展趋势进行判断的基础上提出“水利4.0”的战略构想简要介绍了该阶段的轮廓框架和重点研究方向可为水利科技发展预测和科技布局提供参考。


b.科技预测工作比较困难但意义重大可能会指引未来几十年的发展方向影响国家有关科技布局工作本文仅是对水利科技发展预测的一些思考和总结可能还存在很多不足未来仍需不断完善。


参考文献

[1]王亚华黄译萱唐啸.中国水利发展阶段划分理论框架与评判[J].自然资源学报2013286):922-930.

[2]陈雷.继往开来与时俱进在新的历史起点上推进水利又好又快发展———在水利部纪念改革开放30周年干部大会上的讲话[J].中国水利200824):1-8.

[3]陈志文.“工业4.0”在德国从概念走向现实[J].世界科学20145):6-613.

[4]左其亭张保祥王宗志.2011年中央一号文件对水科学研究的启示与讨论[J].南水北调与水利科技201195):68-73.

[5]左其亭.水生态文明建设几个关键问题探讨[J].中国水利20134):1-36.

[6]王忠静王光谦王建华.基于水联网及智慧水利提高水资源效能[J].水利水电技术2013441):1-6

 

(来源:水电能源科学2015年第4期)

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