水科學的核心與紐帶
——人水關系學

左其亭

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

水是人類生存和發展不可或缺的一種寶貴資源，伴隨著社會發展，人與水的關系也越來越復雜。研究水的科學知識歷史悠久且非常廣泛，既有從自然科學角度的研究，也有從社會科學角度的研究，是一個典型的多學科交叉研究領域，統稱其為水科學。有關水科學、人水關系的研究內容非常廣泛，可以粗略地把與水有關的所有內容都歸結為水科學研究內容，把處理人與水的一切事務歸結為人水關系研究。迄今為止，關于水科學學科體系的專門論述比較少，筆者在文獻[1]中系統地論述了水科學的學科體系及研究框架，提出了水科學的10個研究領域；早期也有一些學者對水科學概念的討論，比如陳家琦[2]探討了水科學的內涵及其發展動力。相對地，針對人水關系的論述較多，但真正作為一個學科進行建設則出現較晚，筆者在文獻[3]中第一次提出人水關系學的概念及學科體系，在文獻[4]中詳細論述了人水關系學的基本原理及理論體系。另外，目前針對水系統[5]、人類活動對水系統影響[6]、水系統對人類的反作用或對人類活動的響應[7]以及人水關系[8]等領域的研究成果比較多，但基于人水關系學視角來研究水科學難點問題則比較少見。本文在前期研究成果的基礎上，分析相關研究文獻和實例，分析人水關系學研究是水科學的核心與紐帶，并選擇幾個典型的水問題，從人水關系學視角闡述其解決途徑。

1 水科學與人水關系學的關聯

1.1 水科學概述

最近20多年來水科學這一概念在社會各界應用非常廣泛，這對水科學的宣傳和普及起到非常重要的作用。為了深入研究和促進學科發展，需要對水科學的概念和學科體系進行研究。

筆者[1]于2011年提出，水科學是研究水的物理、化學、生物等特征，分布、運動、循環等規律，開發、利用、規劃、管理與保護等方法的一門學科，具有復雜的知識體系，并把水科學表達為水文學、水資源、水環境、水安全、水工程、水經濟、水法律、水文化、水信息、水教育等10個方面的集合。從這一界定來看，水科學由10個分支學科組成，研究內容可分3個層面，一是水的物理、化學、生物等基礎研究，二是水的分布、運動、循環等規律研究，三是水的開發、利用、規劃、管理與保護等人水關系研究。

自2011年提出水科學學科體系以來，水科學10個方面組成的學科體系得到廣泛應用和普遍認可。自2013年以來，每兩年出版一本《中國水科學研究進展報告》，至2021年已出版5本；自2007年以來，每年舉辦1屆水科學發展論壇，至2021年已成功舉辦15屆，并舉辦多次相關的專題研討會、學術講座和論壇。這些工作對系統總結水科學研究進展、探討水科學與實踐問題、傳播水科學知識都具有重要意義。

1.2 人水關系學概述

人類自一出現就與水打交道，早期主要為了生活用水、躲避洪水。隨著社會進步，人類開始生產用水，利用水利工程開發利用水，同時治理水災害的能力也在不斷提升。再后來，人類改造自然的能力越來越強，人水關系越來越密切?？梢哉f，人類發展的歷史，也是人類開發利用水的歷史，也是處理各種人水關系發展進步的歷史。

關于人水關系的研究，在水科學領域無處不在，但一直沒有形成自己的學科體系。筆者于2021年在文獻[3]中提出了人水關系學的概念及學科體系，給出人水關系學(human-water relationship discipline)概念的定義，人水關系學是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，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、制定水策略服務的一門交叉學科。此后，國內學者開始思考和討論人水關系學研究更具一般性和理論性問題，包括，人水關系學的基本原理及理論體系、主要研究方法、應用實踐等。這些內容以前可能分散于水科學的許多分支中，需要一些深入研究，不斷提升出來，專門用于指導人水關系研究。

1.3 人水關系學研究是水科學的核心與紐帶

人水關系學研究貫穿整個水科學，是水科學的核心內容，也是其重要的紐帶，這個紐帶把社會科學與自然科學聯系起來，把水科學的10個分支學科聯系起來。水科學與人水關系學的關聯以及人水關系學研究的核心和紐帶地位表述見圖1。

圖1 水科學與人水關系學的關聯

從水科學與人水關系學的起源來看，都源于對水的利用，重點都是在認識人水關系，通過一定的行為來改善人水關系。人類從早期開始觀察水、認識水的特性與規律，慢慢開始用于開發利用水、防治水害。因此，水科學的研究起源要比人水關系學的早些。從二者的研究對象來看水科學針對一切水以及與水有關的一切內容開展研究，其中的主要對象是“水與人”；人水關系學研究的對象是人水系統，包括“水與人”相關的一切內容。因此，水科學的研究對象要比人水關系學的范圍大些。從二者的研究內容來看，水科學的10個分支學科中廣泛存在人水關系研究實例，甚至一個復雜的人水關系研究實例貫穿多個分支學科。因此，水科學的研究內容與人水關系學的研究內容是復雜的交叉關系，人水關系學貫穿水科學10個分支學科，成為其交叉融合的紐帶。

2 水科學10個分支中的人水關系研究

水文學研究。水文學的研究內容按照其研究對象可以分為兩大類：一類是自然水循環過程及相關內容；一類是人類活動參與下的社會水循環過程及相關內容。除一部分純理論或機理研究外，大部分是研究人類活動參與下的水循環過程及相關內容。可以說，在水文學中涉及人水關系的內容比比皆是，只是多數情況下沒有把人水關系內容專門拿出來進行突出研究，而是自覺或不自覺地涉及人水關系問題。比如，水利工程建設對水文系統的影響作用研究，這方面的成果很多，包括各種工程建設對水文系統的影響作用[9]；再比如，城市化建設導致的水文過程的變化，相關研究也很多[10]。

水資源研究。水資源是人類生存和發展不可或缺的一種資源，水資源研究廣泛涉及人類生存和發展的方方面面，水資源的開發、利用、規劃、管理等各種行為都有人的參與，都可看作是處理人水關系，是人水關系學研究范疇。比如，修建興利水庫、引水渠、供水工程等開發利用水資源，通過工程建設調整人水關系，為了讓人類更好地利用水資源；修建防洪堤、建設蓄滯洪區、疏浚河道等防洪工作，通過調整人水關系，防御洪水對人類的傷害。還有一些更復雜的人類活動行為影響下的水資源研究，也是在探討人水關系問題，包括研究人類行為經濟與自然過程作用下的水資源系統模型[11]等。

水環境研究。水環境研究的內容可以分為三大類：第一類是針對水系統環境特征的研究；第二類是針對水污染治理的研究；第三類是針對水環境保護的研究。第一類中部分研究是針對自然水系統的環境特征研究，大部分還是研究有人類活動參與的水系統環境問題。第二類和第三類研究絕大多數都有人的活動或參與，也正是因為人類活動帶來水資源的消耗和水系統的污染，才促使人們研究水污染治理和水環境保護。水環境研究領域廣泛存在人水關系的內容，比如研究引調水工程對水環境質量的影響[12]，是因為人類活動改變了水系統結構和特征，可能是改善水環境也可能是惡化水環境。

水安全研究。水安全是國家安全的重要組成部分，是實現經濟社會可持續發展、生態文明建設、人與自然和諧共生的重要基礎。從水安全的內涵來看，水安全的主體是水，客體是人類社會及相關各種活動。水安全實質是自然界水系統對人類社會及其相關活動的安全保障狀態，因此水安全的特性反映了人水關系的狀態。從這個角度看，水安全研究都可以納入人水關系學研究中。這方面的實例舉不勝舉，包括研究高強度人類活動區人類開發利用水資源帶來水安全變化，如灌區水安全問題[13]等。

水工程研究。水工程研究的對象是關于水工程建設有關的前期論證、規劃設計、施工安裝以及建設后的運行管理等，其目標都是通過人類建設工程來改變人水關系，為人類獲得更大的綜合效益。因此，水工程研究屬于人水關系學研究的一部分，只是偏重于水工程建設方面，包括通過水庫建設、水庫群運行來改善水系統和人水關系[14]等。

水經濟研究。水經濟研究涉及與水有關的所有經濟學內容，比如水利活動經濟評價、水利產業經濟、水價與水市場、工程運行經濟管理、水工程投資與概預算、投入產出計算、水電站(群)廠內經濟運行、投資與回報等。這些都是在人類參與下開展的經濟活動，也可以界定為人水關系的經濟學行為。比如，針對水電經濟運行評價的研究[15]就是運用經濟學理論方法來研究人類開發利用水能資源問題，實現水能資源利用的經濟效益最大化。

水法律研究。水法律研究涉及與水有關的所有法律、政策、制度、行政規章等內容，包括河流立法、與水相關的各種法律(水法、防洪法、水污染防治法、水土保持法)、行政法規和法規性文件(河道管理條例、防汛條例、抗旱條例、城鎮排水與污水處理條例)以及用水權制度、河流分水方案、水法律理論及法律基礎研究等，都是針對人水關系或人們對水開發利用的約束性法律問題。比如，對水權轉讓的法律問題研究[16]，需要清晰界定水權界限、制定水權在人(或單位集體)與人(或單位集體)轉讓程序規則等法律措施。

水文化研究。水文化研究涉及與水有關的文化領域，包括河流文化、河流水系變遷、科技文明史、水利史、水工程歷史價值、水工程文化表象、生態環境歷史變遷與治理文化以及水文化挖掘、詩歌、工具等，都是有人類參與或人類挖掘的文化形態。比如，針對歷史水利工程的文化價值挖掘與傳承等[17]。

水信息研究。水信息研究涉及與水有關的所有信息監測、傳輸、儲存、分析、模擬、預測、評價、管理、決策等內容，是水科學研究的重要信息源和信息分析工具，包括水信息遙感監測和各種觀測技術研究、水信息數據挖掘、水信息應用實踐、決策支持系統開發、智慧水利建設等，這其中包括大量與人水關系有關的信息。比如，基于多源信息融合診斷大壩安全并研發智能診斷系統[18]。

水教育研究。水教育研究涉及與水有關的所有教育、宣傳、交流等內容。大學和研究生的水科學教育、水利辦學的研究[19]、中小學的水科普教育、水情宣傳及公眾科普讀物傳播、世界水日和中國水周宣傳、水政策法律宣傳等都是向公眾普及水科學知識，為人水和諧關系的建立提供公眾支持。

3 幾個焦點問題的解決途徑——基于人水關系學視角

3.1 跨流域調水工程論證問題

為了解決水資源空間分配不均、供需水矛盾，可以通過跨流域人工調水工程實現水資源空間再分配。調水工程古今中外都大量存在，如：我國早期的邗溝工程、鴻溝工程、都江堰引水工程、鄭國渠、靈渠等；國外如古埃及的尼羅河引水灌溉工程、現代的以色列北水南調工程等。

目前我國推行的國家水網建設，在一定程度上也是通過調水工程實現水系連通、水資源空間均衡。無論古代還是現代，通過調水工程使水資源優化分配，發揮水資源的最大效益，取得了矚目的成就。當然，如果論證不充分，可能會帶來規劃設計和建設運行的重大問題。

3.1.1存在的問題及難點

針對跨流域調水工程論證，常出現以下問題。

問題一：絕大多數論證工作都強調調水工程的必要性，忽視對不利地區的影響。如果主要從受益方來考慮，調水的必要性是肯定的。其難點在于：受益方的呼聲較大，主要基于有利推論來做論證工作；不利方的呼聲較弱，形成了不對稱局面。一般是，先有受益方或政界學界對調水的提議，再有不利方的反對，后者處于守勢。

問題二：從專業論證或行業資助情況來看，沒有或極少設立反方課題進行專門研究。盡管很多項目會有一部分內容論述調水工程帶來的影響，但相對其論證調水必要性來說，明顯相對弱化。其難點在于：專業論證或行業資助的出發點從開始就偏向支持調水，反對方則支持渠道較少。

問題三：從個人、地區、部門利益出發，有一部分人長期致力于相關方面的研究、提議，甚至影響學術界和政府決策，而反對陣營常常難以形成長期、持續的聲音。其難點在于：因為所處位置和立場不同，多數從有利于自己一方出發，難以客觀、系統、科學地分析論證。

問題四：跨流域調水工程涉及面廣，一般的研究深度和有限的經費支持難以從全局高度進行系統分析，有時還存在急迫上馬的心態，從而做出實施調水的決策。其難點在于：因為論證的復雜性、艱巨性，可能在論證深度不足的情況下做出決策。

3.1.2解決途徑討論

以上問題歸根結底都可以認為是對人水關系認識方面存在不足。基于人水關系學視角，對應提出以下解決途徑：

要從人水系統的總體來分析論證，特別要關注“小因素帶來的大問題”。在論證調水工程必要性時，要重點論證其帶來的不利影響以及解決途徑，更多聽取不利方的呼聲，解決不利方的訴求。

要基于人水關系交互作用原理，從正面和負面兩方面來分析論證。應專門設立反方科研項目，形成學術討論的兩個陣營，通過討論慢慢形成趨于一致的意見，有利于政府作出更科學的決策。

要基于人水系統論、人水博弈論的思維來獨立、科學分析論證。在最終決策前政府部門不宜提出導向性意見，由科學技術界進行自由充分地論證，最好由第三方進行分析論證，主管部門不宜插手太多，防止以個人、地區、部門名義進行提議和宣傳。

要堅持人與自然和諧共生的理念，科學論證。因為跨流域調水工程影響大、問題復雜、論證困難，要長期支持論證工作，貫穿人與自然和諧共生的理念，從全局高度系統分析論證，確保論據充分、科學，杜絕調水工程草率上馬。

3.2 大江大河干流水利樞紐建設問題

人類為了更多地利用水資源和水能資源，從早期攔河取水，到現代大江大河攔河水利樞紐建設，為人類開發利用水資源和水能資源提供了便利，大大促進了經濟社會的發展。隨著人類建設能力的提升，攔河建設水利樞紐工程的規模也越來越大。比如，長江上的三峽水利樞紐、黃河上的小浪底水利樞紐等。

攔河水利樞紐的建設，把原本自然通暢的河流改造為由人類控制的、有限聯系的河流連通。因為有高壩阻隔，下游魚類難以洄游到上游，形成不可逆回的水力連通狀態。因此，大型水利樞紐工程建設必然會帶來自然水系統比較大的結構改變，這也是攔河筑壩建設受到反對和質疑的主要原因之一。但是，為了開發利用水資源，又需要進行大型水利樞紐建設。到底如何科學論證和選擇，一直是個焦點問題。

3.2.1存在的問題及難點

問題一：過于樂觀，即積極主張在河流干流上修建骨干水利樞紐。認為筑壩攔截河流對某些生物特別是特殊魚類的影響，可通過人工魚道或人工放養等措施來解決。其難點在于：因為自然界的復雜性，人類對自然的認知非常有限。必須承認，人類的任何活動都是對自然界的擾動甚至破壞。那么，在什么閾值情況下可以允許這種擾動？很難給出答案。

問題二：過于消極，即因為骨干水利樞紐攔截河流，對水生態系統帶來較大影響，因此就極力否決水利樞紐工程建設，沒有看到自然界本身具有的自恢復功能和自適應能力。其難點在于：人類在生存和發展過程中在一定程度上必然要改造自然，自然界本身對人類活動和氣候變化有一定的適應能力，會從一種平衡狀態轉移到另一種平衡狀態。那么，在什么條件下轉移到的平衡狀態是可接受的？比較難以把握。

問題三：以人類需求導向為主。在工程規劃和論證階段，更多強調人類的需求，而對自然界的需求了解有限，甚至研究不深入，還存在較大偏差。其難點在于：如何尋找人類需求和自然界需求的一種平衡？還存在較大困難。

3.2.2解決途徑討論

要從人水關系的正面和負面兩方面來分析論證。必須認識到人類對自然界的改造作用，既有有利方面，也有不利方面；盡可能地采取一系列措施，把不利方面降到最低，采用可以實施的措施來彌補對自然界的傷害，比如對洄游魚類的影響。

要遵循人水系統自適應原理和平衡轉移原理，努力使人水系統向良性方向轉移。自然界具有一定的自恢復、自適應能力，在受到人類活動的作用后，在一定范圍內可以再恢復，也可能逐漸形成一種新的平衡狀態。攔河水利樞紐建設必然會帶來河流水生態系統的變化，需要調控和論證其轉變后的系統是可接受的。

要基于人水和諧論[20]，堅持人與自然和諧共生的理念來科學論證。實現人與自然和諧共生是新時代的重大需求，在論證是否建設水利樞紐工程時，要充分考慮自然界的需求，鼓勵和支持一部分人站在自然界角度，與工程論證者對話。

3.3 洪澇與干旱災害防治問題

洪澇與干旱是自然界非常常見的兩種與水有關的災害。從全球范圍來看，洪澇和干旱現象時有發生，在一個地區干旱的同時可能伴隨另一地區的洪澇，一個地區某一段時期干旱而在另一段時期又洪澇。

因為洪澇和干旱都會帶來一定的損害，有時甚至是嚴重的人員傷亡災害，所以人類在發展過程中也時常伴隨著與洪澇、干旱的斗爭，并積累了豐富的經驗，但是在對待洪澇與干旱災害態度方面一直存在一些問題。

3.3.1存在的問題及難點

問題一：想完全控制或消除災害，即遇到洪澇，就想盡一切辦法要完全控制住洪水；遇到干旱，就窮盡手段進行抗旱。一般公眾和不了解專業的官員有這個想法非常正常，但作為專業人士需要理性思考、科學應對。其難點在于：洪澇和干旱都是普遍存在的自然災害，人類不可能完全消滅自然災害的存在。

問題二：把洪澇災害、干旱災害看成一個獨立災害事件來應對。實際上，洪水也是一種資源，可以利用；洪水過后可能就是干旱，洪水資源可以供干旱時期使用；為了抗旱，隨意引水或開采地下水，可能帶來水系統的破壞。這種破壞帶來的影響可能遠超出防災帶來的效益。其難點在于：洪澇和干旱都是水系統循環過程的一個節點，不是一個孤立事件。

問題三：把洪澇災害、干旱災害按突發災害來應對。應對突發災害的特點就是災害來時加大應對力度，災害去時則疏于防范。其難點在于：洪澇災害、干旱災害的應對既包括應急措施，其應對能力更涉及工程抗災能力建設、預警預報、快速決策、緊急應對、抗災救災等系統性工作。

3.3.2解決途徑討論

要從人水關系學基本理論出發，學會與洪澇、干旱打交道。對待洪水，首先應提升河湖水系防洪排澇能力，其次做好洪水預報預警、洪澇災害緊急應對等工作，此外要學會避讓洪水，適應洪水，給洪水以出路，與洪水共處。同樣，在對待干旱問題上，首先應提高抗旱能力，其次做好干旱預報預警、干旱緊急應對等工作，此外應學會通過節水、改善農作物適應干旱品種、工業低耗水生產設備，來適應干旱。

要堅持人與自然和諧共生的理念，學會和諧并存。洪澇的本質是水太多，干旱的本質是水太少，二者似乎是對立的，實際上二者可能會在一個人水系統中交替出現。在遭遇洪澇災害之后，可能會在不遠的將來再遇到干旱缺水。因此，二者可以統籌調控，實現洪澇、干旱和諧并存。

要基于人水系統論的思維，構建一體化防災救災體系。防洪、抗旱是一個系統工程，首先應提升硬件能力，其次應加強防洪抗旱知識的科普教育，形成“政府指揮、部門主導、公眾參與”的防災救災體系。

3.4 跨界河流分水問題

跨界河流是指跨越兩個或兩個以上行政區的河流，比如長江跨11個省區市、黃河跨9個省區。其中，跨越兩個或兩個以上的國家的河流又稱為國際河流。因為一條河流的可利用水資源量是有限的，不同國家或行政區對水資源的需求不斷增加，帶來供需水矛盾、人類與自然界爭水現象。一方面，這是因為有限的水資源不能滿足各個地區的用水需求，每個地區又都想獲得更多的水資源，從而帶來分水的困難。另一方面，分水問題又受到不同地區經濟社會發展水平、科技實力、民族和政治等因素的影響，不是一個單純的分水事宜。因此，跨界河流分水問題歷來都是一個難題。以黃河分水為例，隨著黃河流域9省區經濟社會發展，對水需求不斷增加，引用黃河水量急劇增長，導致20世紀80年代到90年代黃河斷流，帶來了嚴重的河流健康危機，1987年國家頒布實施了黃河分水方案(即黃河“八七”分水)。30多年之后，河流狀態和外部條件發生非常大的變化，重新進行黃河分水勢在必行，但因其難度太大，至今沒有制定新的分水方案。

3.4.1存在的問題及難點

針對跨界河流分水問題，常出現以下問題。

問題一：基于水資源供需分析，進行水資源優化分配，來計算確定河流分水量?？傮w思路正確，但實際操作很難進行?？缃绾恿鞣炙婕耙蛩囟?，很難用統一的標準來計算，不能僅僅考慮水資源供需關系，也不可能完全按照水資源總體最大效益來優化確定。其難點在于：河流水資源是有限的，而各個地區都希望擁有更多的水資源，導致分水的困難性。如果按照各地區的用水需求，肯定不夠分。

問題二：從某一有利角度，制定跨界河流特別是國際河流的分水方案。此種分水方案往往帶來上下游緊張關系，最終導致河流開發的無序。在緊張的關系中，自然界用水需求容易被忽視，難以保障留有足夠的水來滿足河流生態環境與支撐河流健康。其難點在于：自然界用水需求與人類用水需求之間的矛盾、不同地區用水需求之間的矛盾都難以協調。國際河流分水除考慮用水的協調外，還涉及政治、經濟、軍事、外交和國際地位等方面，其分水問題顯得更加復雜。

3.4.2解決途徑討論

要基于人水系統論的思維來計算和確定跨界河流分水量。要綜合考慮影響分水的多種因素，對比分析國內外已經執行的跨界河流分水方法，通過協調人與人之間的關系，采用大范圍專家抽樣打分的方法，制定分水計算方法和流程。

要基于人水和諧論樹立和諧分水思想。采用和諧分水思路和計算方法，確保河流生態用水，實現人與自然和諧共生,協調好不同地區的關系、用水問題與經濟社會以及其他因素的關系，實現和諧共處。

4 結 語

本文分別從水科學的10個學科分支論述了人水關系學研究是水科學的核心與紐帶,并且針對4個典型問題，包括跨流域調水工程論證、大江大河干流水利樞紐建設、洪澇與干旱災害防治、跨界河流分水問題,從人水關系學視角來闡述其解決途徑。

本文沒有列舉詳細的計算實例，實際上目前很多文獻已經有了相應的研究成果，比如，關于和諧分水的計算實例研究。歡迎廣大讀者針對本文提出的人水關系學研究思路和典型問題的解決途徑進行討論，以促進水科學與人水關系學的發展和完善。