1、内河库区水环境浅析 摘 要：近年来我省由于交通和能源发展的需要，在乌江、南、北盘江、红水河、都柳江等主要河流上建设形成了很多的内河库区。本文力图在水环境科学的进展和社会的进步之间找到一种辨证的关系，并用来作为一种战略思想指导作者从事水环境科学的研究。本文的研究方法主要是比较和统计分析法。研究发现水环境科学进展和社会进步是辨证统一的，在人类文明的进程中，水环境科学有着重要作用。研究结果还表明未来的水环境科学有着信息化和系统化的趋势。 关键词：水环境科学 社会进步 比较 统计分析 趋势 文明的起源和发展都 与支撑人类文明的自然环境密不可分，不论是古文明的摇篮还是现代文明社会都离不开人类赖以生存的环
2、境。为了使环境朝着有利于社会进步的方向发展，我们必需时时注意调整自身与外界自然环境的关系，促进社会与环境的协调，防止环境的退化，这是人类社会发展的基本问题。 水环境科学是一门新兴学科，其研究内容尚在探索与发展中。广义地讲，水环境科学研究与环境有关的水力学问题，传统的研究领域有水污染、水生态问题等等。美国环境与水资源研究所水环境科学技术委员会提出 “ 水环境科学特别着重于将物理因素（水动力学、泥沙输移和地形条件） 、化学因素（保守与非保守物质的传输、反应动力学和水质）和生物因素（生态学）作为一个系统来进行研究 ” 。通俗地说，水环境科学主要研究地面及地下水域中物质的扩散、输移和转化规律，建立其分
3、析计算方法，确定物质浓度的时空分布及其应用。 作为传统水力学的一种发展，传统水环境科学内容涉及水文学、水力学、水化学、水生物学、生态学、湖沼学和海洋学等，是一门综合性很强的交叉学科。 1.环境科学的发展见证着社会的进步 随着科技进步、工业化程度的提高以及人类对自然界认识的深化，社会对水环境重视程度日益 加深。在工业化初期， 16 世纪的蒸汽时代，尽管由蒸汽机车驱动的船只和造船工业对河流产生了极大的污染，人们却对此视而不见。在工业化中期的钢铁时代，冶金工业引发的环境问题更加严重，终于唤醒了人们对环境恶化的忧虑。此时，德国生理学家费克 1855 年提出的费克定律为污染物质在水体内随分子运动而扩散的
4、规律，标志着水环境科学的萌芽。在工业化后期的电气时代，污染引发环境危机，发达资本主义国家基本上走的是一条先严重污染环境然后再来治理恢复的道路。这时才出现了泰勒（ Taylor， 1921）基于拉格郎日法的污染物紊动扩散理论，而且 巴切勒（ G.K.Batchelor）于 1949 年提出了基于欧拉法的污染物紊动扩散理论。直到 20世纪 70年代，世界经济冠名为电子时代时，水环境对人类的重要性才真正被全世界所认识。 巧合的是环境水力学正式形成也是在 20 世纪 70 年代，以美国加州贝克利大学 Hugo B.Fis- cher 教授等所著内陆与近海水域中的混合（ Mixing in Inland
5、 and Coastat Water）一书，在 1979 年的出版为标志。这本著作第一次比较系统的论述了污染物质在水域（包括河流、水库、河口）中扩散和输移的 基本概念、基本原理和分析方法。 在我国，水环境科学的发展还刻画着时代的印记。 1949年 1965年，水环境科学初入我国，水环境研究主要借鉴国外经验。此阶段我国刚刚解放，全国上下开始兴修水利，整治河道，而且工业化程度不高，故水生态环境相对解放前得到改善。 1965年 1980年，水环境科学进入我国重点高校，水环境研究主要以物理模型试验为主，数学模型基本上是一维和二维水质模型，并开始有我国自己的创见。此阶段我国水生态环境出现波折。全国大兴水
6、利，开挖渠道，完善农业灌溉系统，高度重视重工业，人口 激增。这些做法减少了河道径流，同时增加了工农业废水，水污染问题开始凸显。 1980 年至今，水环境科学在我国高度发展，水环境研究主要数值模拟为主，物理模型作为补充，各种新方法和新思想层出不穷，能够利用二维和三维水质 -水流的紊动 -扩散方程处理实际问题，模拟的变量由非生命物质如 “ 三氧 ” （溶解氧、生物化学需氧及化学需氧）、 “ 三氮 ” （氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮）等等向细菌、藻类、浮游动物、底栖动物等水生生物发展；应用范围由河流、水库、湖泊等单一水体向流域性综合水域发展。此阶段我国各流域和海域的水环境持续严重 恶化。我国社会经济高
7、速发展，生产力布局、产业结构和经济规模的调整没有顾及水生态环境的承载能力，环境保护力度不够，造成水环境恶化。在最近的一次由全国政协人口资源环境委员会和中国发展研究院举办的 “ 保护长江万里行 ” 活动中，专家们呐喊：如果再不及时保护长江，十年内长江就可能变成第二条黄河。 2.社会的进步是水环境科学发展的基石 社会需要是科学技术发展的原动力。正如恩格斯所说： “ 社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。 ” 社会需要面越大，问题越严重，科学技术发展也越快。关 于水环境和环境保护问题的发现及其对人类的严重影响，促进了水环境科学技术和环境保护工程迅速发展。从西方发达工业化
8、国家所走过的水环境发展历程可知，最初它们并没有重视水环境污染问题，但是到了社会发展到一定程度时，它们却相当重视环境问题，从而促进了水环境科学的发展。 我国的情况同样如此。改革开放二十多年来，人们的生活质量有了质的飞跃。在短短的二十年间，水环境治理工程却数不胜数。特别是从 1996 年起，国务院痛下决心实施 “ 三河三湖 ” 治理工程，其声势之大，投资之巨，前所未有。淮河、太湖、滇池和巢湖相继开展了以工 业污染治理为主的“ 零点行动 ” ，流域内的绝大部分企业实现了达标排放。这些实际工程的实施在很大程度上发展了我国的水环境科学技术。 3.水环境科学的发展促进了社会的文明程度 社会的进步的核心表现
9、是人们的生活水平的提高。社会的文明程度与水环境科学是始终联系在一起的，两者有着久远的渊源关系。水是人类生命的摇篮，水也是人类文明的摇篮、文化的摇篮。远古时期，人类就依水而居。有了水，人类不但解决了生存问题，而且以水为镜，知道了美丑；后来人们通过水环境科学净化了污染，萌生了美学，逐步发展成水文化；今天，水 环境科学的发展就是要实现人与自然的和谐相处，创造优美的水环境和人文景观，改善生态环境，美化人们的生存环境、生活环境，发展水利旅游，发展水文化，也就从实质上推进了社会的文明程度。 4.环境科学的发展促进经济的进一步增长 站在水环境科学的立场，环境问题是经济活动的直接后果。大量的能量消耗、有机废物
10、的排放和自然资源的枯竭都可以直接归咎于经济的增长。要避免环境问题的发生，就必须改变现有的经济增长模式和发展策略。而站在社会的立场，社会贫穷既是环境问题的原因，也是环境问题的结果。贫穷会导致人们对环境和资 源的掠夺性和毁灭性的使用与开发，造成环境破坏和资源枯竭；而环境破坏和资源枯竭又会进一步导致社会的贫穷。在当前的社会经济条件下，经济增长不足或增长方式不当的主要原因是环境污染、 资源枯竭、生态破坏，贫困地区工业废水直接排放、毁林开荒和陡坡种粮等粗放式的经济发展方式造成水土流失和水环境恶化。如果经济的发展从自然界获取的资源在量上超过了自然的补给和再生能力，环境问题不可避免。总之，经济的再生产能力是
11、以自然的再生产能力为前提的，社会不能不顾自然的承载能力任意发展经济。 因此，只有依靠先进的水环境科学，让社 会在可以容忍范围的尽可能少的花费下治理水环境问题，减少社会对水环境和资源的破坏，才能让经济发展步入良性循环的轨道。 5.新世纪水环境科学和社会进步的关系 5 . 1 未来环境水力学的发展趋势 （ 1）水环境模拟和预测新方法 目前环境水力学数值模拟和预测的主要集中在水质 水流 生态的耦合计算上，其中湍流模型起着举足轻重的作用，并取得较大进展。将来的湍流模型能够真实地描述水流在各个方向的不同程度的扩散和对流作用。随着各种新算法的出现，未来的环境水力学模拟和预测可能要更多的运用 混沌理论、自组
12、织过程理论和遗传算法来解决日趋复杂的环境问题。 而且未来水环境科学要解决和可以解决的问题会越来越复杂。除了传统水环境科学的内容外，未来水环境科学内容还将涉及生态学、地质学、气象学、空气动力学等。如 “ 三水 ” （天上水、地面水和地下水）转换的水质模拟涉及大气污染、降水产流沙、地面及地下水污染，需要模拟的空间尺度很大，起码是一个较大流域级的问题，一般是跨流域甚至跨国界的问题。由于以往的水质与生态模拟只针对清水水域，挟沙水流的水质与生态模拟对我国则更有实际意义。 水环境科学向着水生态 环境科学发展。 20 世纪 60 年代以前，环境水力学仅限于研究水域中非生命物质的扩散、输移与转化规律， 70
13、年代以来，随着水体富营养化等生态问题的突出，其研究对象扩展到藻类、浮游动物、鱼类、底栖动物等水生生物。目前可以模拟的状态变量由开始的几个增加到二三十个，如图一所示。将来可以对整个水生态圈进行模拟。威胁着人类生存的 “ 赤潮 ” 和 “ 水华 ” 灾害将会得到彻底治理。 （ 2）水环境治理的信息化趋势 我们正处于知识爆炸的信息社会。信息化是一个趋势，速度和效率是决定成败的关键。随着我国各行各业 “ 数字化 ” 进程的 加快，治理水环境，进行环境水力学的预报和模拟，必须跟上社会信息化的趋势，加快实施“ 数字化 ” 。具体做法是充分利用 “3S” 技术（ GIS 地理信息系统， GPS全球定位系统，
14、 RS 遥感技术）的海量存储、即时查询和人机交互的功能，为环境水力学服务。 5 . 2 水环境、科技和人类的 “ 天人合一 ” 与可持续发展战略 展望未来，人口必须控制在适当水平，对不可再生资源的依赖程度必须减小，可再生资源应当得到持续利用，环境应该得到治理和保护从而实现人和自然的关系协调。具体地来说，根据我国古代 “ 天人合一 ” 的观点，人和自然关系的协调就意味着正确认识和处理人、自然和社会之间的关系，把握自然规律，自觉地改造和适应自然规律，在相适应的过程中，求得人类的发展和与自然的和谐。 在人对自然的认识过程中，人类首先认识到了人与自然的区别，认识到人与自然并不是同一的。人类基于这一认识
15、不断认知世界、克服自然，推动着科学技术的快速发展。今天的人类还应该认识到人类行为的选择自由是有限度的，它被自然界整体结构的生态极限所束缚，必须保持在自然系统价值的限度内。所有的生物都是生命的核心，都有自身的利益，都有平等的内在价值。人类自命不凡地 认为自己有特殊价值已经导致了人类赖以生存的生态秩序的大规模破坏。科学技术只有从天人合一的生态伦理出发，致力于人与自然的协调发展，共同进退，超越主客二分的对象性思维方式，才有助于建立一个 “ 可持续生态圈 ” 。 而科学技术仍然是社会进步的主导力量，但是科技发展必须兼顾人类和自然两者的利益。目前我国实施的可持续发展目标，以关心自然、尊重生命、保护环境为
16、核心内容，要求每个人，每个企业、团体，每个政府、组织都要把自己的行为置于环境道德和生态道德的制约之下，为解决这一问题提供了方法论基础。 5 . 3 水 环境治理是一个系统工程 事物之间是相互关联的，正确处理人类和自然之间关系，必须把它们放在人类 社会 自然这个大系统内来研究。首先，社会要充分重视科技和环境对人类发展的重要作用，支持依靠科技进步治理环境问题。环境水力学的任务就是利用科技进步研究水环境的运动规律和影响因子，由于它与很多因素有关，需要采用系统科学的观念对它们进行耦合研究。重要的是，在环境水力学有了正确的成果之后，社会要予以重视，并制定遵守相关规则来保证成果的实施，推行清洁生产，绿色消
17、费。科技则一方面被用来治理环境，另一方面会因为环境 问题的改善和资源的有效应用而继续进步。 参考文献： 张书农 .环境水力学 J.河海大学出版社， 1988， 12. Hugo B.Fischer， Mixing in Inland and Coastat Water 刘则渊 .现代科学技术与发展导论 J.大连理工大学出版社 .2003， 8. 华祖林 .湍流模型在环境水力学研究中的应用 J.水科学进展， 2001， 9. 马克思恩格斯选集（第 4 卷） M.北京：人民出版社 . 沈永明等 .近岸海域污染物迁移转化的三维 水质动力学模型 J.自然科学进展， 2004， 6. 杨立新 .人与自然和谐的科学发展观与全民环境文明意识 J.求实，2004， 6.
