中國水利發展階段及未來“水利4.0”戰略構想

時間:2017-04-05作者:瀏覽次數:3098次

摘要科學分析和認識我國水利發展階段進一步正確預測未來水利發展趨勢具有重要意義。在深入分析我國建國以來水利發展的基礎上闡述水利發展存在3個階段即“工程水利”、“資源水利”、“生態水利”階段分別稱之為“水利1.0”、“水利2.0”、“水利3.0”。在此基礎上從水利發展趨勢的預測出發提出“水利4.0”的戰略構想認為下一個水利發展階段為“智慧水利”階段并簡要介紹了該階段的輪廓框架和重點研究方向。


關鍵詞中國水利發展階段水利4.0工程水利資源水利生態水利智慧水利


1引言


    自1949年新中國成立以后我國政府始終重視國民經濟建設經過60多年的發展取得了舉世矚目的偉大成就從一個一窮二白的落后國家逐步發展成為如今世界經濟總值排名第二的最大發展中國家人民的生活水平也發生了天翻地覆的變化。在國民經濟建設的同時我國水利事業得到蓬勃發展從建國初的落后水平逐步發展成為水利大國在水利建設、管理、科學研究、先進技術應用等方面接近或達到國際先進水平。與一般行業發展相同在我國建國以后的60多年中水利行業經歷了從初級向高級的發展階段每個階段具有不同的特點和標志性事件。關于我國水利發展階段已有一些研究如王亞華等[1]1949~2030年劃分為7個水利發展階段,1949~2010年已經過去的50多年被分為4個階段分別為大規模水利建設時期1949~1977、水利建設相對停滯期1978~1987、水利發展矛盾凸顯期1988~1997、水利改革發展轉型期1998~2010),2011~2050年被分為3個階段分別為水利加快發展黃金2011~2020、水利全面協調發展期2021~2030、人水關系趨向和諧期2031~2050。同時水利部部長陳雷[2]2009年在水利部紀念改革開放30周年干部大會上將改革開放301978~2008水利改革發展歷程劃分為3個階段分別為水利改革發展艱難起步階段1978~1987、水利改革發展逐步深入階段1988~1997、水利改革發展加快推進階段1998~2008。受工業發展階段劃分特別是“工業4.0”思想的啟發[3]本文從更大尺度上、依據占主導作用的水利工作將我國建國以來水利發展分成了3個階段閘述了各個階段的特點并判斷出未來的水利發展階段類型為水利科技發展預測和科技布局提供了參考。


 

2新中國水利發展階段劃分


    根據不同時代的特點考慮水利工作的主導目標和主要治水思路以最具代表性水利類型來命名水利發展階段1949年新中國成立到目前甚至再延續一段時間本文劃分為3個水利發展階段分別闡述如下。


2.1 1949~1999年“工程水利”階段水利1.0


11949~1953年。為了盡快恢復生產國家集中力量整修加固江河堤防、農田水利灌排工程。19515月毛澤東題詞“一定要把淮河修好”195210月毛澤東視察黃河時指出“要把黃河的事情辦好”大大地推動了當時的水利建設。


21953~1965年。因國家發展工農業生產的迫切需要特別是大躍進時期開始了大規模的水利工程建設。這一時期全國各地興起了修建水庫的熱潮約有半數以上水庫始建于大躍進時期如北京十三陵水庫和密云水庫、河南鴨河口水庫、浙江新安江大水庫、遼寧湯河水庫、廣東新豐江水庫等。這些水庫多數發揮著供水、防洪、發電、養殖等功能對當地的發展起到重要作用。當然在當時有限的科技水平和認識水平特別是論證不充分的情況下難免出現了一些“弊大于利”甚至起到嚴重破壞作用的工程。


31966~1976年。中國經歷了十年浩劫的“文化大革命”主要以階級斗爭為主水利建設基本處于停滯狀態甚至有些工程遭到一定的破壞。


41978~1987年。提出改革開放階段以經濟建設為中心國家把抓經濟建設作為提高人民生活質量的重要舉措是彌補“文化大革命”十年浩劫出現落后狀況的迫切需求和正確選擇。在這一時期我國政府的工作重點是經濟建設水利建設相對停滯。


51988~1999年。在經歷了10多年的改革開放、經濟建設之后我國出現了大規模開發利用水資源的局面也出現了污水大量排放、水環境不斷惡化的環境災難及工程建設帶來的生態環境破壞、水土流失等問題導致洪澇、干旱災害時有發生。特別是1998年長江、嫩江—松花江發生了歷史上罕見的流域性大洪水中央作出災后重建、整治江湖、興修水利的重大戰略部署大幅度增加了水利投入把水利建設列為國家的基礎設施建設行列。


    回顧1949~199950年的水利發展歷程可以看出除了基本停滯的年代就是以水利工程建設為主在科技界主要的研究方向和成果也以服務水利工程建設為主要目標。這些特征與這一時期的建國初期的大規模建設、改革開放后以經濟建設為中心的戰略部署有直接關系。因此這一時期我國水利工作的顯著特征是以水利工程建設為代表可以用“工程水利”來表征稱為“工程水利”階段。仿照工業信息技術“版本”的提法本文稱“工程水利”這一階段為“水利1.0”。該階段的特點是以水利工程建設、大規模開發利用水資源為目標和指導思想來開展水利工作。


2.2 2000~2012年“資源水利”階段水利2.0


    自1998年長江、嫩江—松花江大洪水之后我國政府和學術界痛定思痛認真分析面臨的水利形勢和應對措施改變了一些傳統的認識①強調水資源的基礎屬性和自然資源屬性重視水資源的保護②提出走人與自然和諧發展之路強調在建設的同時必須與資源環境保護相協調。


    1999年時任水利部部長的汪恕誠提出“要搞好面向21世紀的中國水利必須實現工程水利到資源水利的轉變”從政府層面提出了構建“資源水利”的初步構想。這是面對我國日益嚴峻的水資源短缺、生態環境惡化、洪澇災害頻發的形勢所提出的必然選擇和水利科學發展之路。21世紀伊始人水和諧思想才逐步被接受并成為我國治水的主導思想。


12000~2008年。2001人水和諧正式納入到現代水利體系中2004中國水周活動主題為“人水和諧”人們對人水和諧的思想有了更深入的認識2005全國人大十屆三次會議提出“構建和諧社會”的重大戰略思想后人水和諧成為新時期治水思路的核心內容。這一時期是人水和諧治水思想提出到逐步被大多數人所接受的過程。


22009~2010年。出現的水災害集中而且嚴峻引起我國政府和全社會的高度關注。2009全國大旱北方冬麥區30年罕見秋冬連旱南方50年罕見秋旱西藏10年罕見初夏旱廣西、湖南、河南等多地同時干旱。2010云南遭遇百年一遇的全省特大旱災。201087甘肅舟曲突發特大泥石流災難造成嚴重的人員傷亡和財產損失。這些重大水旱災害促使中央做出“水利欠賬太多”、“水利設施薄弱仍然是國家基礎設施的明顯短板”的科學判斷2011年中央一號文件做出了《關于加快水利改革發展的決定》。這是新中國成立62年來中央一號文件第一次重點關注水利改革發展也是中央文件首次對水利工作進行全面部署可能會指導未來10~20年水利發展方向[4]


32011~2012年。全面貫徹中央關于水利工作的戰略部署將水利作為國家基礎設施建設的優先領域。國家計劃投入4萬億元力爭通過5~10年努力從根本上扭轉水利建設明顯滯后的局面進一步完善優化水資源戰略配置格局提高水資源支撐能力合理開發水資源和水能資源實現人與自然和諧相處。


    回顧2000~2012年的10多年水利發展歷程可以看出這一時期首先是治水思想的變化從“重視水利工程建設”到“把水資源看成是一種自然資源、重視人水和諧發展”的轉變強調水資源的自然資源屬性。因此這一時期可以用“資源水利”來表征稱為“資源水利”階段本文稱其為“水利2.0”。該階段的特點是以重視水資源合理利用、實現人水和諧為目標和指導思想來開展水利工作。

 

2.3 2013~2020年前后“生態水利”階段水利3.0


    在2013年之前我國政府已經提出“生態文明”的判斷和號召。20071015黨的十七大將“建設生態文明”列為全面建設小康社會目標之一首次把“生態文明”概念寫入黨代會的報告中。2009918黨的十七屆四中全會將“生態文明建設”提升到與經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設并列的戰略高度。2012118黨的十八大單獨成篇全面闡述“大力推進生態文明建設”的號召。這是我國面臨“資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化”嚴峻形勢的必然選擇。


    水是生態之基水資源是生態文明建設的核心制約因素是生態文明的根本基礎和重要載體[5]。為了貫徹落實黨的十八大精神水利部于20131月印發了《關于加快推進水生態文明建設工作的意見》水資源[2013]1號文),提出加快推進水生態文明建設的部署。因此2013年開始以推進生態文明建設為主要目標的水利建設工作全面展開首先開始了城市水生態文明建設試點工作在全國范圍內部署水生態文明建設工作。按照目前的部署和建設進程估計現階段水生態文明建設還將持續一段時間至少可能延續到2020年前后。


    從2013年水利部提出《關于加快推進水生態文明建設工作的意見》作為標志性事件開始步入以“生態文明建設”為目標的水利新時代強調以建設水生態文明為目標的水利建設。因此這一時期可以用“生態水利”來表征稱為“生態水利”階段本文稱其為“水利3.0”。該階段的特點是以保護生態、建設生態文明為目標和指導思想來開展水利工作。


    因為這一階段才走過2未來還會持續一段時間因此正確預測未來這一階段水利工作重點和科技發展方向對支撐這一階段水利工作和水利科學研究具有重要意義。本文對這一階段的水利工作重點和水利科技重點研究方向進行了初步總結和判斷。為了實現“生態水利”階段的奮斗目標未來幾年水利工作的重點應該包括①深化水利改革加強水生態文明制度建設為生態水利建設提供制度保障。②遵循“節水優先”原則崇尚節水文化全面建成節水型社會。③全面落實最嚴格水資源管理制度保障水資源可持續利用。④健全水資源保護與河湖健康保障體系保護生態環境。⑤優化水資源開發格局促進水資源與經濟社會和諧發展。⑥加強水文化建設逐步形成全社會生態文明文化倫理形態。為了支撐“生態水利”工作“水利3.0”階段未來幾年水利科技重點研究方向應該是生態水利規劃建設和管理關鍵技術。


    具體研究要點包括①支撐生態水利建設的生態學基礎研究。包括水利工程建設對生態的影響機理及評估、維持生態系統穩定的生態水文閾值、水生態紅線理論及劃定方法、生態水文過程研究以及生物多樣性影響因素識別、關鍵物種篩選、生態系統穩定性維持研究等。②以生態水利建設為目標的水資源保障技術。包括充分考慮生態保護的水資源優化配置技術、水資源合理分配與調度技術、水利工程優化布局與規劃建設關鍵技術生態需水保障技術河湖水系連通與河流健康保障技術防洪抗旱減災自動監測、會商與體系建設水資源安全保障體系建設水資源開發利用自動監控、實時傳輸、會商決策技術等。③綜合節水技術及節水型社會建設研究。包括先進的農業灌溉節水技術、工業生產節水技術、生活節水技術、輸水管網漏損監測與智能控制技術、污廢水再生回用技術研發節水型社會建設方案的規劃、設計、實施方案論證綜合節水自動監控與精確管理系統研發等。④水資源保護與生態建設關鍵技術。包括水資源保護理論方法與實施技術河湖健康理論方法與實施技術水土保持監測、評估與控制技術水污染物總量控制與和諧分配方法水資源保護工程建設技術水生態保護工程建設技術水利工程建設中的生態保護建設技術水生態補償機制生態文明建設水平評估監控與快速判別和決策系統研發等。⑤水資源與經濟社會發展和諧調控理論與技術。包括水資源開發與經濟社會發展、生態環境保護和諧平衡研究水資源與經濟社會發展和諧調控理論方法、調控模型、調控方案快速生成與評估、決策系統研發等。⑥水文化傳承創新與水生態文明建設研究。包括現代水利工程研究中水文化分析方法水利工程建設中文化元素的融入方法水文化體系構建水生態文明建設理論及途徑水生態文明判別標準及建設方向選擇等。⑦適應生態水利建設的法律政策制度研究。包括水生態文明制度建設適應最嚴格水資源管理的法律體系構建最嚴格水資源管理制度體系水價值理論及水權、水市場等。


3 中國未來“水利4.0”戰略構想


3.1“水利4.0”戰略的提出


    “工業4.0Industry 4.0是德國政府在《高技術戰略2020》中確定的未來十大項目之一旨在支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新已上升為德國國家戰略。“工業4.0”的主要特點是充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬技術使傳統的制造業向智能化轉型。目前的高新技術為“工業4.0”奠定了基礎未來的工業將逐步向這一階段邁進。


 

    受國際上“工業4.0”戰略的啟發本文提出“水利4.0”的戰略構想。“水利4.0”即為“智慧水利”階段時間上預計在2021~2050年前后。該階段的特點是以豐富的水利經驗為基礎充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬技術使傳統水利向智能化轉型。


    實際上智慧水利并不是新概念最近幾年已有研究此外也有相關聯的一些概念如智能水利、水聯網等。如王忠靜等[6]比較系統地闡述了智慧水利的概念及總體框架。


3.2“水利4.0”戰略輪廓框架描述


    從20世紀末發展起來的現代信息通訊技術、網絡空間技術為工業向智能化轉型準備了條件也為傳統水利向智慧水利轉型奠定基礎。此外智慧水利涉及的內容非常廣泛除了充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬技術外還需要基于水文學、水資源、水環境、水安全、水工程、水經濟、水法律、水文化等科技成果。因此從這一角度看智慧水利的前期準備工作早已開始至少從21世紀初開始進入信息時代2013~2020年前后雖然以“生態水利”為主但同時有大量的智慧水利的討論、研究、技術準備等工作預計到2021年真正進入以“智慧水利”為主的新水利時代。本文將這一水利階段的輪廓框架描述為①各項水利工作以充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬技術為主要手段以水利工作智能化為主要表現形式。②實現水系統監測自動化、資料數據化、模型定量化、決策智能化、管理信息化、政策制度標準化。③集“河湖水系連通的物理水網、空間立體信息連接的虛擬水網、供水—用水—排水調配相聯系的調度水網”為一體的水聯網是智慧水利的重要基礎平臺。④集“基于現代信息通訊技術的快速監測與數據傳輸、基于大數據和云技術的數據存儲與快速計算、基于通訊技術和虛擬技術的智能水決策和水調度”為一體的智慧中樞是智慧水利的核心高科技。⑤集“實時監測、快速傳輸、準確預報、優化決策、精準調配、高效管理”為一體的多功能、多模塊無縫連接系統實現軟件系統高度融合。⑥是集“水循環模擬、水資源高效利用、水環境保護、水安全保障、水工程科學規劃、水市場建設、水法律政策制度建設、水文化傳承建設、現代信息技術應用”為一體的巨系統集成體系是基于比較成熟的水利工作經驗的產物。


    此外不能認為智慧水利主要是信息科學的事需要充分利用積累的水利建設和治水經驗是傳統水利與現代技術的有機結合。


3.3“水利4.0”戰略的準備及科技重點研究方向


    預測在2020年之前的這幾年應從以下幾方面努力提前為“水利4.0”作準備①信息通訊技術和網絡空間虛擬技術的進一步研發及其在水利領域中的示范應用為水利工作智能化提供高新技術支撐。②進一步研究基于現代信息通訊技術的水系統快速、準確監測及數據高效傳輸與大數據存儲技術及示范應用為水系統監測自動化、資料數據化奠定基礎。③進一步研究基于復雜水系統模擬、面向人水關系和諧發展的水資源優化配置模型包括水系統模擬、水資源高效利用、水環境保護、人水和諧目標量化、保障體系分方案模擬、水資源實時調度、防洪抗旱減災指揮等各種模塊或功能逐步實現所有所需模塊的定量化并能基于大數據和云技術進行快速計算。④進一步研究基于通訊技術和虛擬技術的智能水決策和水調度逐步實現決策智能化、管理信息化。⑤進一步研究完善適應現代治水思想的各種政策制度逐步實現政策制度的標準化為水利工作提供科學的保障同時也為政策模擬和水決策提供系統輸入條件。


    為了支撐“智慧水利”工作“水利4.0”階段2021~2050的水利科技重點研究方向應該是智慧水利支撐基礎、技術集成及服務體系。

 

    具體研究要點包括①信息通訊技術和網絡空間虛擬技術應用研究。這是智能化高新技術在水利領域的推廣應用也是水利工作智能化的標志性技術全面應用于水利工作中構建“物理水網、虛擬水網、調度水網”于一體的水聯網實現軟件系統高度融合建成多功能、多模塊無縫連接系統。②水系統快速監測、大數據傳輸與存儲技術。基于現代信息通訊技術對水系統進行快速監測與數據傳輸基于大數據和云技術對數據進行存儲和交互使用實現水系統監測自動化、資料數據化達到實時監測、快速傳輸的目標構建水系統“立體感知體系”為智能水利提供數字化信息源。監測和存儲數據包括水文、氣象、供水、用水、排水、水質、生態、水權交易以及經濟社會指標等。③復雜水系統模擬及人水關系調控模型集成。耦合集成水系統模擬、水資源高效利用、水環境保護、人水和諧目標量化、保障體系分方案模擬、水資源實時調度、防洪抗旱減災指揮等各種模塊實現人水關系和諧調控模型定量化并基于大數據和云技術進行快速計算達到快速計算、準確預報的目標構建智能水利的“模塊集成系統”。④智能水決策和水調度快速生成與執行系統。構建基于通訊技術和虛擬技術的智能水決策和水調度系統實現管理信息化、決策智能化達到優化決策、精準調配、高效管理、自動控制、主動服務的目標構建智能水利的“決策與服務體系”。隨時為客服提供個性化訂單式服務實現水管理精準投遞涉及水利工程建設與維護、防洪抗旱減災、供水分配、節水、水環境保護、水安全保障、水權交易、水法律政策制度、水文化傳承建設等各方面需求。


4 結論


a.本文將建國后的水利發展階段分為3個階段并在對未來水利發展趨勢進行判斷的基礎上提出“水利4.0”的戰略構想簡要介紹了該階段的輪廓框架和重點研究方向可為水利科技發展預測和科技布局提供參考。


b.科技預測工作比較困難但意義重大可能會指引未來幾十年的發展方向影響國家有關科技布局工作本文僅是對水利科技發展預測的一些思考和總結可能還存在很多不足未來仍需不斷完善。


參考文獻

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[2]陳雷.繼往開來與時俱進在新的歷史起點上推進水利又好又快發展———在水利部紀念改革開放30周年干部大會上的講話[J].中國水利200824):1-8.

[3]陳志文.“工業4.0”在德國從概念走向現實[J].世界科學20145):6-613.

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[5]左其亭.水生態文明建設幾個關鍵問題探討[J].中國水利20134):1-36.

[6]王忠靜王光謙王建華.基于水聯網及智慧水利提高水資源效能[J].水利水電技術2013441):1-6

 

(來源:水電能源科學2015年第4期)

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