人水關系學的基本原理及理論體系架構

左其亭

(1.鄭州大學水利科學與工程學院，河南 鄭州 450001； 2.鄭州大學水科學研究中心，河南 鄭州 450001)

人水關系(human-water relationship)是指“人”(人文系統)與“水”(水系統)之間復雜的相互作用關系[1]。人文系統、水系統本身都是十分復雜的巨系統，二者耦合形成的人水系統(human-water system)更是一個復雜的巨系統[2-3]。人類自出現就與水打交道，就存在人水關系，人水關系是人類與自然界關系中最早出現、最為重要的關系之一[4-5]。人水關系極其復雜，涉及面非常廣，如：大尺度上，全球氣候變化對人類的影響及適應性應對，人類活動對氣候變化的影響與響應[6-8]；中尺度上，國家重大戰略實施對水系統治理的作用或影響，退耕還林還草政策對水系統的作用或影響，跨流域特大調水工程、特大水利樞紐建設帶來的水生態與環境變化[9]及應對，自然水旱災害對人類的影響、成因及防治；小尺度上，水庫、閘壩、引水渠道等水工程建設以及城市化建設、產業布局、工農業生產等人類活動對水系統的影響評價、規劃設計、科學調控等；微觀尺度上，開采地下水對地下水位下降的作用，地表水開發對地下水的影響，人工回灌效果及可能的負面問題，水環境狀況對人體健康的影響及預防等。為了系統研究此類問題，筆者[3]于2021年首次提出人水關系學(human-water relationship discipline)，并介紹了人水關系學的構建思路和學科體系，目前亟須進一步梳理其基本原理及理論體系，豐富和完善該學科體系。

如果把與水相關的內容均納入人水關系研究范疇，涉及的內容就很多，如建壩、農墾、城市建設、調水等人類活動對水量、水質的影響作用研究[10-12]以及模擬模型[13]、相關規劃[14]、管理方式[15]、政策制度[16]等研究。專門針對人水關系的研究文獻不多，主要是一些宏觀思想或框架性研究，如張盛文[17]從哲學視角對人水關系的研究，以及筆者針對人水關系概念[1]、模擬模型[18]、影響因素辨識[19]、和諧關系評估[20]以及和諧調控[21]等的研究，并在此基礎上提出了人水關系學的學科體系及發展布局[3]。目前，還需要進一步研究人水關系學的基本原理及理論體系，豐富人水關系學內容。

1 人水關系學學科體系及分支學科

1.1 人水關系學學科體系概述

筆者在文獻[3]中詳細論述了人水關系學的提出背景及意義，首次給出了人水關系學的定義：人水關系學是指尊重水系統自然規律與經濟社會發展規律，借鑒水科學理論和多學科方法，來研究人水系統的作用機理、變化過程、數學模擬、科學調控、政策制度等理論方法的一門交叉學科，并運用這些理論方法為人類科學認識人水關系、應對水問題、制定水策略服務的知識體系。

此外，文獻[3]還提出了人水關系學的學科體系構架，包括研究對象、主要理論、研究方法、應用領域。人水關系學的研究對象是人水系統，主要理論包括水文學理論、水資源理論、水環境理論、水安全理論、經濟學理論、社會學理論、人水和諧論等。研究方法包括影響因素辨識方法、系統分析方法、評估方法、調控方法、優化方法等，應用領域包括人類活動對水系統作用、水系統對人類發展制約作用、人水關系的模擬模型、各種調控以及支撐體系等研究。

1.2 人水關系學的分支學科

在前期研究成果的基礎上，本文進一步提出人水關系學分支學科的5種劃分方案(圖1)：

a.按分區劃分，分為區域人水關系學、流域人水關系學。區域人水關系學是以“區域”為對象，研究不同區域尺度上的人水關系，如全國、省級行政區、城市/城市群以及其他行政區人水關系研究等。流域人水關系學是以“流域”為對象，研究不同流域尺度上的人水關系，如全國七大流域、二級支流流域、三級支流流域以及其他流域人水關系研究等。

b.按專題劃分，分為水工程建設人水關系、土地利用/覆被變化人水關系、其他人類活動下人水關系、氣候變化/自然災害人水關系。水工程建設人水關系是針對水庫、調水工程、閘壩、水電站、灌溉引水工程等各種水工程建設帶來的各種水系統和人水關系變化以及科學調控展開的研究。土地利用/覆被變化人水關系主要是針對農田開發、城鎮化建設、退耕還林還草等帶來的各種水系統和人水關系變化以及科學調控展開的研究。其他人類活動下人水關系是針對水工程建設、土地利用/覆被變化兩大類以外的人類活動影響下的人水關系研究，如大型基建工程、礦山建設、工業企業生產等帶來的各種水系統和人水關系變化以及科學調控的研究。氣候變化/自然災害人水關系是分別針對氣候變化下人水系統演變及應對、洪澇和干旱等自然災害應對等的研究。

c.按方法劃分，分為人水關系實驗與監測、人水關系模擬與辨識、人水關系評估與調控。人水關系實驗與監測的研究內容包括針對各種水系統、人文系統以及二者耦合系統的監測、實驗、作用機理分析等的研究。人水關系模擬與辨識的研究內容包括水文、水資源、水環境模擬模型，人水系統耦合模擬模型，以及影響因素、作用關系等的系統辨識。人水關系評估與調控的研究內容包括人水關系狀態、和諧水平等評估，以及水資源分配、水資源保護、水生態修復與治理等各種調控方案與措施等。

d.按技術劃分，分為人水系統優化技術、水系統治理技術。人水系統優化技術是系統優化技術在人水系統中的應用，研究較多，專門作為一類，如人水系統優化調控、水資源優化配置、水網建設優化、水庫和調水工程優化運行等。水系統治理技術是針對水系統中出現的各種問題進行治理的各種技術，如水旱災害防治、水污染治理、水生態修復、節水、水利信息化建設等技術。

e.按視角劃分，分為宏觀人水關系學、微觀人水關系學。宏觀人水關系學是研究某一人水關系的總體問題，采用的是總量指標，反映總體情況。如研究某一區域/流域的人口、GDP、不同行業產值與水資源總量、供水量、不同行業用水量之間的關系。微觀人水關系學是研究某一人水關系的單個問題，采用的是具體指標，反映個體行為的情況。如研究某一區域/流域的某一產業投入對用水效率的影響，某一行業供水量對產值的制約作用，用水量對河流、地下水水質的影響。宏觀人水關系學和微觀人水關系學的根本區別在于研究的視角不同、層次不同。盡管本文第一次提出這樣的劃分并給出了二者的概念，而實際上二者涉及的內容已有很多的研究成果，只是沒有把它們歸類于宏觀人水關系學和微觀人水關系學。因此，建議通過這一學科的歸類，逐漸形成更加完善的體系。

圖1 人水關系學的分支學科Fig.1 The branches of human-water relationship discipline

2 人水關系學的基本原理

2.1 基本原理構架

基本原理是對具有普遍意義的基本規律的詮釋，是在大量觀察、實踐的基礎上，經過歸納、概括而得出的基本規律，既能經受實踐的檢驗，又能進一步指導實踐[22]。人水關系學的基本原理是對人水關系相互作用以及系統演變的基本規律的詮釋。人水關系復雜，人水關系學需要揭示其復雜關系應該遵循的基本原理，作為人水關系分析、研究、調控以及各種相關工作的科學依據。本文基于人文系統、水系統以及二者耦合系統的特征分析，主要依據系統內部的基本規律、作用關系以及演變特性，總結了人水關系學的基本原理，包括人水關系交互作用原理、人水系統自適應原理、人水系統平衡轉移原理、人水關系和諧演變原理，其基本原理和關聯結構如圖2所示。

圖2 人水關系學的基本原理示意圖Fig.2 The basic principle of human-waterrelationship discipline

2.2 人水關系交互作用原理

a.人水關系交互作用普遍存在，是人水關系的最基本特征，可以說，所有的人類活動都或多或少影響到水系統，水系統及其變化也會影響或制約人文系統的發展。例如，閘壩建設、閘壩調度對河流水質、水量以及相關聯的水生態系統帶來變化，至于這種變化是正面的還是負面的，需要進一步分析；城市化建設改變了地表徑流和地下徑流形成相關聯的下墊面，影響到水系統的形成結構和特性，導致水系統變化，如暴雨形成的時間縮短、洪峰增加。再以水系統作用為例，假如氣候變化導致徑流量減少，自然就造成人類用水更加緊張，水資源承載力下降。因此，基于這一原理，必須承認人類活動或多或少都會對水系統帶來影響。

b.人水關系存在著作用與反作用的辯證關系，人類不能一味地追求“以我為中心”，在改造甚至破壞水系統的同時一定要意識到可能會導致水系統的反作用。例如，在進行大型跨流域調水工程論證時，既要計算調水對調入區的正面影響，也要計算對調入區的負面影響以及對調出區帶來的負面影響，不能一味強調調水工程的作用和必要性，還要充分考慮帶來的負面影響。這一原理符合自然辯證法，也符合系統論思維。基于這一原理，必須承認人類活動的影響作用以及水系統對人類的反作用，有些作用是正面的，也有些是負面的，可能是正面作用大于負面作用，也可能是正面作用小于負面作用。

c.人水關系交互作用是極其復雜的，很難理清楚有時也不必要理清楚其關系，需要堅持系統的思維和方法來處理人水關系問題。例如，在建立分布式水循環模型時，科學家期望把各種水循環路徑搞清楚，實際上幾乎不可能，只能基于有限的認知，建立缺資料或少資料模型；在開展水資源評價、水資源規劃工作時，首先盡可能理清水系統結構、人水關系作用路徑，其次在此基礎上，采用系統分析方法，進一步辨識和分析水資源時空特征，評價水資源數量、質量及其開發利用狀況，規劃不同水平年水資源開發利用方案。這些都是針對極其復雜的人水關系和人水系統常常采用的研究方法。

2.3 人水系統自適應原理

a.人水系統是一個巨系統，受到任何外界或內部營力的作用，都會按其自身的變化規律而變化，人水系統會表現出一定的“韌性”，來減小帶來的影響，適應條件的變化。這就是人水系統自適應原理。

b.人們要認識到人水系統的自適應特征。在人類活動影響的同時，系統可能會表現出一定的自適應反映。例如：①在河流上游修建大型水庫，改變了水系統，特別是對水生態系統產生比較大的影響，很多人也因此否定上游水庫建設。除了肯定會帶來上游水系統比較大的擾動外，實際上人們也應看到水系統在一定程度上會有自適應特性，不斷適應新的環境，產生新的生態系統。當然，是否可以接受這種變化，還要看擾動和自適應的博弈結果。②應對氣候變化問題，也應該看到包括水系統在內的自然界本身的適應性特性，既要防止氣候災害帶來的影響，同時也要看到自然界具有的自適應能力。

c.應重視人水關系的“相互制約”博弈與“自適應”協同的辯證關系。從宏觀上看，人水關系既存在“相互制約”的博弈關系，即存在作用與反作用關系，也存在“自適應”的協同關系。例如，在水資源可利用總量有限的情況下，生態用水與經濟用水是“相互制約”的博弈關系，如果經濟用水多了，自然就會導致生態用水減少，可能帶來生態系統退化，逐漸轉變為新的狀態，表現為水系統的自適應作用，當然，也可能是負面作用。如果負面作用可以接受即在允許范圍內，這種系統自適應特性起到了一定的作用。根據這一原理，可以揭示水系統的“韌性”特性。

2.4 人水系統平衡轉移原理

a.由于存在人水關系交互作用原理、人水系統自適應原理，人水系統在一定時間空間范圍內，就可以達到一種相對平衡狀態；如果外界或內部營力發生變化，平衡狀態就可能被打破，在一定條件下慢慢又形成一種新的相對平衡狀態。也就是說，從一種平衡狀態轉移到另一種平衡狀態，這就是人水系統平衡轉移原理。

b.要認識到人水系統平衡狀態不是不變的，在一定條件下會從一種平衡狀態轉移到另一種平衡狀態。例如：①在河流上游修建攔河大壩，必然改變河流水系統結構，在長期新的運行條件下會慢慢形成新的平衡狀態。當然，這種平衡狀態的改變可能是正面的、可接受的，也可能是負面的、具有惡化趨勢的變化。②因上游用水增加導致下游用水減少，帶來下游供需水平衡的變化，長期運行下去就會慢慢形成新的平衡狀態。當然，因可利用水量減少，所形成的狀態是用水形勢更加緊張的平衡狀態。

c.要充分利用好平衡轉移原理，科學調控人水關系，構建新的系統平衡。例如：①應對氣候變化帶來的水系統變化問題，人們應主動采取行動，調整用水結構、水旱災害應對，以適應水系統變化，慢慢形成新的、可接受的平衡狀態。②上文提到的在河流上游修建攔河大壩問題，可以采取一系列的工程措施，如修建人工魚道、劃定自然保護區、人工制造洪峰、修建生態廊道等，盡量減少對生態系統的擾動或破壞，形成可接受的新的平衡狀態。

2.5 人水關系和諧演變原理

a.人水和諧狀態是人水關系追求的一種良性循環狀態。在一定條件下，人水關系總會發生變化并演變到和諧狀態。人水關系和諧演變原理揭示人水關系演變規律以及人水關系走向和諧狀態的基本規律[22]。也就是說，在人水關系發展過程中，在經歷了人水關系惡性循環階段之后，都希望改善人水關系，走人水和諧之路。

b.要順應自然規律和經濟社會發展規律，堅持辯證唯物主義哲學思想，堅定認為人水系統必須走和諧發展之路。例如，在應對水旱災害問題時，既要順應水旱災害形成的自然規律，又要順應水旱災害治理的經濟社會發展規律，不能一味地追求“治”，還要學會與洪水和諧相處，干旱與洪水系統“和諧并舉”治理。

c.應積極采取一系列措施來改變人水關系，使人水關系適應條件變化而得到改善，不能因為條件變化導致人水關系變差或惡化，即人水關系演變總體趨勢是提升總體和諧水平，最終實現人水和諧的目標。例如，在進行水資源規劃時，應基于人水和諧目標，通過水資源規劃方案的實施，不斷提升和諧水平，最終實現人水和諧的目標。

3 人水關系學的理論體系及應用前景

因為人水關系學剛剛提出，其理論體系還不完善，從形成一個完善的學科體系來講，需要構建一個相對完善的理論體系，包括人水關系學的理論基礎以及其基本理論。

3.1 理論基礎

人水關系學是基于水文、水資源、水環境、水安全、經濟、社會等學科發展起來的一門交叉學科，這些基礎學科是人水關系學的理論基礎。因為這些學科都是傳統的學科，其理論介紹比較多，在此不再贅述。

3.2 基本理論及應用前景

根據人水關系學的基本原理和主要研究內容，概括為8個基本理論，有些是比較成熟的理論，有些是本文新提出的，以下僅對各個理論作簡要概述，并對應用前景作初步分析。

a.人水系統論。人水系統是一個巨系統，許多問題的解決需要采用系統論方法，也是系統論非常好的“用武之地”。人水系統論就是把系統論理論方法應用于人水系統中，解決人水系統中廣泛存在的系統科學問題和技術問題。人水系統論大致興起于20世紀80年代，研究內容有水資源系統工程、水資源系統優化等。人水系統論具有廣泛的應用領域，如水資源系統分析、水資源系統優化配置、水庫群優化調度、河湖水系連通方案優化、地表水-地下水聯合調度、水-能源-糧食耦合分析、水系統模型參數優化、水資源開發利用綜合評價等。

b.人水控制論。20世紀30—40年代建立的控制論，是研究各類系統中共同的控制規律的一門學科，廣泛應用于工程、生物、經濟、社會、人口等領域。人水控制論是控制論在人水系統中的應用，大致興起于20世紀90年代，研究內容有水資源調控、水資源優化控制、水力控制論等。人水控制論應用廣泛，如多水源聯合調度、調水工程自動控制系統、閘壩調度、多級水力發電站聯合調度等。

c.人水和諧論。人水和諧論是筆者于2009年提出的一門專門研究人水和諧問題的理論方法體系。到2018年，人水和諧論框架已基本形成，包括明確的研究對象、基本概念、主要理念、理論體系、方法論和應用實踐[22]。人水和諧論具有廣泛的應用，如區域/流域和諧水平評價、水資源規劃、水戰略制定、跨界河流分水、河湖水系連通布局、調水工程運行管理、水旱災害應對、經濟與生態用水協調、經濟社會供需水平衡分析、水資源開發與保護協調等。

d.人水博弈論。博弈論是20世紀20年代創立的一門現代數學分支，是研究具有斗爭或競爭性質現象的理論和方法，已廣泛應用于經濟學、軍事、談判、各種比賽等，在水資源、土地資源、工程建設等領域也有廣泛應用。人水博弈論是博弈論在人水系統中的應用，大致興起于20世紀90年代，已具有廣泛的應用，如跨界河流分水、水資源分配、水權分配、水市場構建、生態補償價格制定、調水工程水源區與受水區利益分析、水-風-火電收益分配、水戰略制定、水資源規劃、水旱災害應對、水資源開發策略、工程項目監管、水污染治理、水資源沖突與合作等。

e.人水協同論。協同論是20世紀70年代創立的一門新興學科，是系統科學的分支理論，已廣泛應用于物理、化學、生物、天文、經濟、社會以及管理等許多領域。人水協同論是協同論在人水系統中的應用，大致興起于20世紀90年代，具有廣泛的應用，如水資源協同配置、水資源協同發展模式，水環境多部門協調治理，水污染治理協同立法、協同治理、協同保護，人水系統協同演化與調控，水-能源-糧食協同安全，用水過程協同優化調控等。

f.水危機沖突論。沖突論是20世紀50年代形成的西方社會學的一個分支，主要研究社會沖突的本質、根源、類型和預防等內容。水危機是指在發生自然災害或經濟社會突發事件時，對正常的水供給或水災害防御造成威脅的狀態。顯然，在水危機應對中可以借鑒沖突論的思路和成果。因此，本文提出“水危機沖突論”的設想，建議學者開展這方面的研究。根據筆者的理解，至少可以開展以下研究：暴雨、山洪、城市內澇、干旱、臺風、地震、泥石流等自然災害應對，人為水污染、水工程破壞、供水設施破壞等危機應對，疾病、恐怖活動、爆炸等引發水污染、供水危機等應對，國際形勢突變帶來的水危機應對等。

g.人水關系辯證論。人水關系復雜，需要運用自然辯證法的思想來分析人水關系問題，尋找解決人水關系問題的途徑。因此，本文提出人水關系辯證論，就是運用自然辯證法來研究人水關系問題。根據筆者的理解，至少可以開展以下研究：水資源短缺分析與應對、洪澇災害分析與應對、河湖水系連通分析與規劃、分水制度分析與制定、水處理路徑分析與選擇、水資源開發利用途徑選擇與分析、水污染源與水環境治理辯證關系、水壩建設利弊分析、節水與用水辯證分析、經濟用水與水資源保護辯證分析、水-能源-糧食辯證關系分析、治水方略制定等。

h.人水關系可持續發展論。可持續發展是一種既滿足當代人的需求又不對后代人滿足其需求產生危害的發展模式，其理念得到國際社會的廣泛認可。可持續發展思想是我國治水的基本指導思想，在水資源規劃與管理、水污染治理、水旱災害防治等工作中發揮著重要作用。人水關系可持續發展論，就是運用可持續發展思想和理論來研究人水關系問題。根據筆者的理解，至少可以開展以下研究：水資源可持續利用評價、規劃、管理、對策，水資源承載能力與水資源配置，水污染治理，水旱災害防治，水資源利用、保護、開發方略制定，河湖水系連通工程規劃，水生態文明建設，最嚴格水資源管理，河長制實施等。

4 結 語

本文是在筆者提出人水關系學學科體系之后，對人水關系學的分支學科、基本原理和理論體系進一步思考的框架性總結。介紹了按照5種方法劃分分支學科，其中包括本文首次提出的區域人水關系學、流域人水關系學、宏觀人水關系學、微觀人水關系學；總結了4個基本原理來闡釋人水關系學基本特征；按照理論基礎、基本理論兩部分總結了人水關系學的理論體系，重點介紹了8個基本理論，其中包括本文首次提出的水危機沖突論和人水關系辯證論，并展望了各種基本理論的應用前景，可為進一步完善人水關系學內容、深入研究各種人水關系提供理論基礎。

然而，本文僅僅是一個框架性的總結，多以定性論述和介紹為主，缺乏定量研究和應用實例驗證，有些可能僅僅是筆者的一點不成熟思考或初步設想，歡迎廣大讀者交流討論。