[科普中国]-水利科技

水利科技是指人类在从事水利事业的各种活动时，所包含的对江河湖海开发、治理与保护中，以及勘测、规划、设计、施工、运行与管理过程中的科学理论、方法、工程技术的知识体系。是水利事业发展的主要动力与基础。水利事业不仅与自然界，也与人类社会有紧密关系。因此，水利科技融合了自然科学、工程科学、环境科学、管理科学、经济学与社会学等众多学科内容，其中也包含探讨人与自然复杂关系的哲学内容。1

简述水利科技是水利科学与水利技术的总称，随着水利科学与水利技术的不断发展，两者之间相互渗透，界线越来越模糊，以致很难准确地说出哪些是水利科学，哪些是水利技术。

一般而言，水利科学偏重于对与水相关的自然界的探究，如水文学、水力学、河流动力学等；水利技术偏重于与水相关的资料收集，兴建水利工程等，如水文自动测报技术、遥测技术、物理勘探技术、水利工程施工技术、防渗技术等。

20世纪以来，随着水利建设不断发展，规模不断扩大，水利与社会经济、自然环境的关系越来越密切，影响也越来越大，水利科技得到了长足的进步，逐渐成为相对独立的一类科学技术。

水利科技涉及勘测、规划、水力计算、水文计算、结构设计、施工、工程管理、大坝监测等各个方面，近十多年来又延伸到社会经济、生态环境等新领域。所以，水利科学技术是综合了自然科学、社会科学、工程技术许多方面的综合的科学技术。

水利事业的实践是水利科技发展的基础，水利科技又给予水利事业发展以强大的推动作用。要确保水资源的可持续利用，必须依靠水利科学技术的不断进步，不断开拓发展新的领域，不断取得新的成果。2

特点根据水利的内涵及其在经济、社会发展中的地位、作用，水利科技具有下列特点。

1．水利科技内涵的广泛性

水利科技既涉及探讨人与自然复杂关系的人文社会科学层面，又包含了江河湖泊的规划、开发、治理与保护及水利工程的勘测、设计、施工、运行与管理等所需要的各种基础科学、应用科学与应用技术体系。水利科技融合了自然科学、工程科学、环境科学、管理科学、经济学与社会学等众多学科的内容。

2．水利科技效益的公益性、全局性和长远性

水利科技服务于国家的发展目标与行业的发展规划，而江河流域治理方略的科学决策、重大水利工程体系的合理布局与运用等，往往影响到广阔的区域与大量的人口，涉及国计民生中利害关系的调整、公共安全的保障、人与自然的和谐。正确的决策，往往会带来整体与长远的巨大效益；而决策的失误，也可能造成长期难以挽回的恶果，甚至陷入恶性的循环。

3．水利科技特点的区域性和流域性

人类的治水活动既要适应经济社会的发展规律，又要符合自然界的演变规律。对于不同特性的河流，治水的措施不能千篇一律；同一条河流的不同河段，治水的重点不会完全相同；即使同一条河流或同一个区域，在经济社会发展的不同阶段，治水的目标、要求、投入能力与管理水平也处于动态的变化之中。因而，水利科技必须依据流域、区域的特点来发展，切忌不同条件的照搬照抄。

4．水利科技的自主创新性

发达国家最近的治水理念，是在他们已经达到了经济高度发展，水资源得到充分利用和环境治理得到重视的条件下提出来的，我国与发达国家有着较大的差距。我国尚处于工业化时期，经济起点低，发展不平衡，人口与粮食需求极大，城市化进程异常迅猛，这些都使得我国水利科技遇到了比发达国家更为复杂、更为艰巨的新问题。因此，我国水利科技的发展，既要与时俱进，从发达国家的治水经历中吸取有益的经验，少走国外已经走过的弯路；也要坚持从基本国情出发，坚定地走自主创新之路。

5．水利管理科学的重要性

水的有效分配和利用，需要一个健全的管理体系，这需要国家为之付出很高的管理成本，市场经济改革进一步提高了这一成本。由于维持行政分配体系所需的管理成本严重不足，导致水的开发利用在很多情况下缺少制度约束，产生上、下游水冲突、水超采、水污染、水浪费和低效利用等结果，这些后果的累积和叠加就是所谓的“水危机”。因此，克服“水危机”的根本出路在于水治理模式的转型，即从过度依赖工程建设和扩大供给为主转向制度建设和激励节水为主，从以“控制”为核心的传统治理模式，转向以“良治”为目标的现代治理模式。例如防洪减灾从“控制洪水”向“洪水管理”的转变，水资源管理中的“供水管理”向“需水管理”“综合管理”的转变等。这就给水利科技提出了更为复杂的任务。3

成就水利作为国民经济的基础设施和基础产业有了很大发展，为水利科技的发展提供了重要机遇。以三峡、小浪底工程为代表的大型水利枢纽的设计论证工作，提出了在极为复杂的地质、水流和泥沙等条件下建造巨型、大型水利枢纽的一系列高难度课题，带动了结构、岩土、水力学、机电、自动化等学科分支的长足发展。我国防洪减灾的艰巨任务，又为高新技术在灾害预报、监测及评估方面的应用，提供了广阔的发展空间。水利科技成就表现为以下两方面：

1．研究方向、内容和手段变化巨大

(1)研究内容既包括工程建设关键技术难题，又有水资源可持续利用宏观战略决策。

(2)科学研究组织从单一学科向交叉、综合、边缘学科发展，联合攻关。加强了科技成果的组装和集成。

(3)研究方法突破了以试验为主的传统方法，采用了试验、计算和现场观测相结合的技术路线。计算机技术得到了广泛的应用。

(4)科技成果转化率全面提高，周期缩短。水利科技开始面向经济、社会，实行全方位服务。

2．取得一系列重大成果

(1)水文水资源研究。水文测验技术的流量测验和雨量、水位观测技术全面改进，自动化程度和观测精度提高。泥沙测验技术和设备进步明显。水文基本数据采集取得进展，为建立国家水文数据库奠定了基础。在水文分析计算上，发展了洪峰、洪量和洪水过程随机模拟的综合分析法。在水资源研究上，探索了人类社会发展与生存环境演化过程中水供需矛盾的合理解决途径。

(2)水利水电工程建设。经过几十年的建设，我国的水利水电工程建设已在勘测、设计、科研、施工和安全监测等方面，建立了完整的技术体系，形成了具有中国特色的筑坝技术，许多技术取得突破性进展。

(3)防洪减灾研究。在暴雨洪水研究上，小尺度天气系统及大尺度气候环境的暴雨洪水分析和数值模拟取得大量成果。开展了旱情预报、土壤墒情监测技术、风暴潮、山洪、泥石流等灾害原因、机理、预报和对策等方面专题研究。

(4)节水灌溉和区域开发治理研究。从“六五”开始，节水灌溉技术开发及推广一直是水利科技的重点课题。农业高效节水技术包括工程措施、农业技术措施和管理措施三大类。工程措施包括，渠道防渗新型材料和结构，高效低耗防渗衬砌机械。

(5)水土保持研究。利用遥感和地理信息系统等高技术手段对我国西北部的黄土高原地区进行水土流失监测，基本掌握了土壤侵蚀的基本规律。在治理措施方面，结合群众经验，总结出由单一治理、局部治理，发展到以小流域为单元的综合治理体系，取得了丰富的经验。

(6)河流泥沙与河道整治研究。我国大部分河流的挟沙量较大，特别是黄河等北方河流，其挟沙量为世界罕见。通过长江、黄河等国家重点项目的泥沙试验研究，推动了河工模型试验技术发展。4

发展趋势纵观水利科技近几十年的研究历史与当前的热点动态，水利科技的发展趋势可概括为以下几个方面。

1．理论上多学科交叉

科学技术的迅速发展，尤其是高新技术的发展与可持续发展理论的提出，大大加强了水利学科与其他学科在理论上的交叉、融合发展，产生了许多新的学科分支，如遥感水文学、同位素水文学、随机水文学、计算水力学、水信息学等。生态水文学、生态水力学、生态水工学等新理论也逐渐得到了完善，并开始在区域水环境规划及治理、河湖等水体修复、大型水利工程建设等实践中开始得到应用。

2．方法上多对象、多要素系统分析

在水文循环方面，传统的水文学研究只考虑水量的自然变化，现代水文循环需要考虑地球生物圈、全球变化以及人类活动等方面的影响。由于水的流动与循环，水生态系统和水环境系统在不同时空尺度下进行能量、物质及生物体的循环交换并交互影响，现代水生态和水环境科学研究必须从系统的角度和时空的多尺度出发，从以单要素、小区域分析为主进入多种要素整合分析，全球、流域及区域的系统研究。在防洪减灾方面，从以往的以工程防洪为主，转向工程与非工程措施有机的结合，并与经济、社会因素相结合进行洪水风险分析。

3．层次上向宏观与微观两极发展

一方面，将水、土资源结合，从更宏观的角度研究人类所处的生态系统成为水生态与水环境学科未来的发展趋势；另一方面，水生态系统与水环境内在物理、化学、生物基本过程及其相互作用的微观机理研究也将得到加强。在农业节水方面，要用微观尺度的SPAC（土壤——植物——大气系统）水分传输原理解决流域尺度水转化过程的描述，有关农田表面的空间变异性、尺度转换、各部分介质的非线性相互作用等是进一步研究的重点。在大坝破坏分析方面，不仅要进行大坝——水体——地基（围岩）整个结构体系的分析，也要进行细观层次混凝土材料裂纹的产生、扩展机理的分析等等。

4．技术上多种技术有机集成与高新技术应用

水生态与水环境研究逐渐发展成将各专业技术有机集成，形成水生态与水环境综合分析技术系统，在技术应用中突出水生态、水环境与区域及流域经济活动的关系描述。在水力学与河流动力学的研究中，将数值模拟与物理模拟结合起来的“合交模型”，解决了不同尺度研究的衔接，提高了研究的精度。GIS、RS、DME等高新技术的发展，在水文、水环境、防洪减灾等领域中不断得到应用，极大程度地提高了信息丰富度和分析效率，提高了研究成果的决策支持能力。

5．研究基础越来越依赖于长期连续观测资料的积累与分析

客观上，水文循环、生态系统的演变以及人类活动对它们的影响往往是一个长期的渐变过程，揭示人类所面临的一系列水问题所产生的根源与发展规律，需要以长期连续的物理、生物、化学以及经济、社会等方面观测资料为基础。主观上，依照前面各点发展趋势开展研究的一个共同特点是：对各种第一性观测资料要求更加全面、更加综合、更长系列、更高精度，才可能使得科学研究顺利开展，并取得有价值的成果。总之，从实践一理论一实践，如此不断的螺旋式上升的研究路线，不但不能被高新技术的发展所取代，反而应得到进一步的加强。3

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学