摘要：21世纪水问题将是中国经济发展的首要制约因素。半个世纪来兴建的水利工程，成绩是巨大的、也是有目共睹的[1]。但是随着人口的增加，经济的发展，生活质量的提高，水资源短缺、洪水、干旱、水土肥流失、水污染仍然是严重的问题。20世纪80年代完成的全国土壤侵蚀遥感调查[2]，使笔者有机会到各个流域与省区进行路线考察。在复杂的人地系统中，认识到解决中国的水问题，必须依靠水利 － 地理系统工程来解决。由此提出全国水系网络化与渤海淡化的思考[3]，这是一个世纪工程，需要得到有识之士的共识，并且进一步地探讨与论证。
关键词：水资源 水灾害 水土肥流失 水污染 天地信息网络系统 虚拟水环境
20世纪后半叶，新中国成立以来，中国的水利建设突飞猛进，从1950年只有8座高15 m以上的水库[4]，发展到大中小型水库8.5万座，其中大型水库355座，大中型共计3 300余座，全国水库总库容5 200多亿m3；蓄滞洪区总面积达 3.5万km2；中国的江河大多数自西往东流，中下游地区人口稠密，城市集中，几乎所有的沿岸城镇都受到两岸堤防的保护，大中小河流的堤防近27万余km；中国历代都有开渠种田的习惯[5]，半个世纪以来修复与修建的灌渠规模之大，网络之密是历史上无法比拟的，东中部几乎所有的平原与盆地都布满了密度不等的灌渠网络，全国有效灌溉面积0.567亿hm2，接近总耕地的1/2（2003年水利部信息中心数据库），结束了完全靠天吃饭的历史。中国水利建设的巨大成就举世瞩目，1/7的世界耕地，1/4的世界人均水资源，养活世界1/5人口，本身就说明了中国对水资源的利用是费尽心血的。
但是，随着人口的增加，经济的发展，产业种类的增加，生活质量的提高，生态环境的改善，生产用水、生活用水、生态用水、环境用水所需要的淡水水量日益增加、水质要求日益提高。水资源的短缺仍然是制约中国经济、社会、环境协调发展的首要问题。解决淡水资源短缺问题，有识之士提出了各种解决途径。有人提出海水淡化的途径、有人提出凿开喜马拉雅山与青藏高原，把印度洋的水汽引到西北干旱区、有人提出将渤海的海水引入大西北[6]，等等。笔者研究认为需要统筹解决洪旱灾害、水质污染、水土肥流失、水资源利用的水利系统工程。在已建水利工程的基础上，首先解决南水北调三纵四横的网络工程，然后考虑全国河流水系网络化以及渤海淡化工程的问题。
已建3 300多座大中型水库，占据了许多优良坝址。黄河流域的大中型水库的总库容，仅8座大型水库库容501亿m3[7]，已经超过了黄河全年的径流总量500亿m3。除了西南地区大江大河尚有一些优良坝址外，很难再找出几千个优良坝址。由于大江大河上游山区的水土流失，中下游河床淤积抬高，半个世纪来大堤普遍加高加厚，显然大堤是不可能无限加高加厚的。盆地与平原区的灌渠网络化，历史悠久，大都是考虑自流灌溉。就是南水北调除了少数地段需要提水外，也是尽量地走自流的路线。沿河工业的点源污染与流域面上的农肥、农药的面源污染使得大江大河也免不了受到污染的侵袭。近十多年来全国加强了水土流失的治理力度，是卓有成效，但是水土肥流失的面积大，流失的强度也大，水土肥流失仍然严重。上游山区水土肥的流失，不仅使中下游河道河床淤积，还使河水污染。由于河床继续抬高，洪水位随着抬高，年内出现洪水的频率增加、洪水的强度也增加。1998年长江的洪水，抗洪非常艰巨，惊心动魄的一场苦战，保证了两岸城镇免受洪灾之苦[8]。冷静下来思考，浩浩荡荡一江淡水资源都被驱赶到大海中去了，换来的是第二年上下游的偏干旱。
中国大陆上空多年平均含水汽总量为1 445亿m3，总降水量约是6万亿m3，44％转变为地表径流量，地表径流量约为2.7万亿m3[9]，可见雨水的直接应用是很有潜力的。在2.7万亿m3的地表径流中，每年大约有1/4～1/3作为洪水排泄到海洋中去。大约有7 000～9 000万m3的洪水，虽然被已建水库拦蓄了一部分（最大容量5 200万m3），但是每年季节性的洪水由南向北，从2—3月份开始到8—9月份终止，依次从珠江、长江、淮河、黄河、海河、松辽河按照不同的概率发生。同时春旱、夏旱、秋旱，在北方、南方交替发生，而西北地区是长年干旱的。这种季节性的水量空间分布的不均衡性，使得我们不得不在建设了许多水库的前提下，考虑用系统论的思想[10]，水系网络化的对策来均衡水量。
上述分析促使人们思考，21世纪中国的水利建设方略是什么？如何统筹解决洪旱灾害、水质污染、水土肥流失、水资源利用的水利系统工程？在已建、在建、未建水库的基础上，水库与水库之间以地上或地下的方式连接起来，形成水库之间的连通管道，从而使得全国的大江大河、小江小河构成网络化水系。这意味着，从小流域开始，只要发生洪水，立即分流到邻近流域中去，小流域的洪水不再全部汇流到主流、干流中去。大江大河之间的洪水通过大型水库之间的连通相互调剂。使得洪水的频率降低，洪水的强度降低，逐步调平洪水。在水利建设上需要突破一些观念，例如调水的单向性转变为调水的双向性，不仅是南水北调，也可以北水南调，西水东调与东水西调；自流为主转变为提水与自流并重；地表调水转变为地上、地下连通并重；建设地表水库转变为地表水库与地下水库建设并重；工程中应考虑土与肥保留在原地，水通过下渗流出流域；等等。总之，目标是尽可能地将降水量（6万亿m3）拦蓄在陆地上，增加植被涵养水分的能力，促使降水下渗，先形成地下水（对污染水质可以起到降解的作用），由地下水补给河川径流，人工建设三维的立体水系网络，经过多次地上、地下循环使用，剩余优质淡水集中引导到渤海里去。这是一揽子考虑防止洪水、抗御干旱、水资源充分利用、水土肥保持、降解水污染的水利系统工程。
渤海湾是地壳沉降区，也是中国地形的最低处，因此网络水系中的弃水最后可注入渤海湾，依托渤海湾的山东半岛与辽东半岛之间的庙岛列岛（现在的长山县），建立海闸、海坝，变渤海为淡水湖。渤海是我国内海，在辽东半岛与山东半岛之间建闸建坝是国内问题，没有国际纠纷。渤海平均水深18 m，老铁山海沟最深处不足80 m，面积约7.7万km2（相当于台湾岛与海南岛面积之和），可容纳1.4万亿m3的淡水（长江年总水量不足1万亿m3，相当于1.5年长江的总径流量），全国的水量调配得好，2～3年渤海就能淡化，或者说2～3年渤海的淡水就可以更新一次。建闸建坝可依靠中国自己的力量，水深从0～80 m，坝长120余km（依托庙岛列岛），开若干个闸门，坝顶修建高速公路。可解决华北京津唐地区与环渤海地区的淡水紧缺问题，还能使环渤海真正构成一个循环交通物流的环渤海经济区。渤海从海水转变为淡水湖，是海域生态与环境系统转变为淡水湖生态与环境系统的问题，生态系统的转化将会带来哪些有利与不利的问题，必须在事先研究清楚。例如中国4大盐田，3个在渤海湾沿岸，究竟是盐田搬家，还是用漂浮输水管道将海水从渤海外传送到盐田？渤海海底是石油油田，究竟是水上开采还是陆上开采？渤海湾的海产是移至渤海湾以外，还是预留海水通道，进行养殖？凡此种种都需要经过严密地论证。这是以水利工程为主导的地理系统工程。
为此，首要的任务是调查各大中小河流，流域的大气降水、地表水、地下水、壤中水、生态用水、环境用水（所谓环境用水是指河流、湖泊、沼泽、湿地都是有一定容积的水量的，河流中没有了常年流水，就不成其为河流了；湖泊中没有一定水位的水量，也就不成其为湖泊了，所以必须保证河流中的常年流水，湖泊中一定水位的水量，这就是环境用水。）、生产用水、生活用水的自然水分循环与人工水分循环的两环嵌套的水分循环，并按时序过程进行水量平衡、含沙量与输沙量、水质分级等计算，然后进行河流水系网络化的勘探与设计；其次是河流水系网络化与城镇体系系统的网络化、基础设施系统的网络化、国民经济系统的网络化等，需要协调一致地建设。前者为水利系统工程，后者为地理系统工程 [11]。
调研与论证应该采用高新技术，应用天地信息一体化网络系统[12]，遥感数据、遥测数据、定位数据与通讯网络、计算机网络结合，计算与设计可以先在计算机上进行虚拟研究，然后再进行物理模型与原型的研究。
参考文献：
[1] 钱正英. 中国水利[M]. 北京: 水利电力出版社, 1991 87－663.[2]水利部遥感技术应用中心. 全国土壤侵蚀遥感调查统计表 [M]. 内部资料，1990 1－226.
[3] 马蔼乃. 21世纪黄河系统工程方略[A]. 首届黄河论坛暨王化云治黄思想研讨会集[C]. 郑州：黄河水利出版社,2002.
[4] 曹楚生. 中国的坝工[A]. 钱正英. 中国水利[M]. 北京: 水利电力出版社, 1991 478.
[5] 朱惠琴. 中国的水利史[A]. 钱正英. 中国水利[M]. 北 京: 水利电力出版社, 1991 43－59.
[6] 陈昌礼. 海水西调与我国沙漠和沙尘暴的根治[J]. 中国工程科学，2001, 3（10）：13－21, 27.
[7] 陈霁巍. 黄河治理与水资源开发利用（综合卷）[M]. 郑 州:黄河水利出版社, 1998 308.
[8] 李德华、丘久钦. 众志成城 ''98长江抗洪图[M]. 武汉:湖北教育出版社, 1998 1－241.
[9] 水利电力部水文局. 中国水资源评价[M]. 北京: 水利电力出版社, 1987 15, 21, 46.
[10] 钱学森，于景元，戴汝为. 一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论[A]. 钱学森. 论地理科学[M]. 杭州: 浙江教育出版社, 1994 94－112.
[11] 马蔼乃. 论地理科学[J]. 地理与地理信息科学，2003，1（1）：1－6.
[12] 马蔼乃. 航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用[J]. 北京大学学报（自然科学版），1998， 34(4): 533－541.
减小字体
增大字体