河湖水系连通的和谐问题及研究途径

王妍 左其亭 史树洁

摘要：在剖析河湖水系连通研究问题的基础上，将和谐论引入河湖水系连通的研究中，诠释了河湖水系连通研究中的和谐问题；从和谐的角度出发，利用和谐论方法，探索河湖水系连通研究的新途径，提出和谐论在河湖水系连通中的应用研究框架；以郑州市河湖健康状况评估为例，说明了和谐论方法在河湖水系连通研究中的应用。研究认为：河湖水系连通问题复杂，存在大量的和谐问题需要研究，和谐论在河湖水系连通研究中有重要的应用前景；郑州市应用实例表明，运用和谐论方法对河湖健康状态的评价结果比较客观和直观，有助于及时掌握河湖水系连通整体状况、指导河湖健康状态改善。

关键词：河湖水系连通；和谐论；和谐度方程；河湖健康；水资源利用

中图分类号：TV213.9 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.05.011

我国水资源空间分布极不均匀，不同地区可利用的水资源量差异悬殊，供需矛盾突出，特别是一些地区水资源缺乏，严重制约了经济社会的可持续发展。因此，对河流、湖泊有序开发，提高水资源的利用效率，合理分配用水量，已经成为缺水地区提高水资源配置能力、缓解河流污染的工作重点。水资源供需矛盾的解决，需要河湖水系连通、构建水资源统筹调配水网，即需要构建引得进、蓄得住、排得出、可调控的江河湖库水网体系川。

河湖水系连通研究近年来受到国内外众多学者的关注。李原园等[2]阐述了河湖水系连通研究中存在的问题和挑战；崔国韬等[3]分析了河湖水系连通的功能及适应条件；窦明等[4]对河湖水系连通的特征（包括驱动因素、构成要素和连通方式等）进行了探讨；L.J.Bracken等[5]阐述了水系连通性的概念及其在理解以径流为主的地貌系统方面的作用；V.Jain等[6]介绍了连通性的概念、评估及其在Ganga河分散系统中的应用。实际上，河湖水系连通涉及许多难以调和的问题，比如：在气候变化和人类活动影响下，如何发挥河湖水系连通的调水、配水、保证水安全、解决水污染等作用，使其社会功能和自然功能得以均衡发展；如何缓解河湖水系连通工程造成的负面影响，解决用水矛盾，实现人水和谐发展；河湖水系格局如何与经济社会发展格局相互协调、相互适应。这些问题的解决还存在许多困难。从目前研究情况来看，将河湖水系连通作为一个和谐问题，利用和谐论方法来研究，成果较少。基于这一现状，笔者在介绍和谐论方法及其应用的基础上，对和谐论在河湖水系连通中的应用进行研究，并以郑州市的河湖健康状况评估为例，介绍和谐度评价方法在河湖水系连通中的应用。

1 和谐论及其应用体系

1.1 和谐论概述

关于“和谐”一词，目前还没有形成统一的概念。左其亭于2009年将“和谐”定义为“为了达到协调、一致、平衡、完整、适应关系而采取的行动”，把研究和谐行为的理论和方法体系称为和谐论，定义为研究多方参与者共同实现和谐行为的理论和方法[7]，并于2012年构建了以和谐论量化研究为主要特色的和谐论体系，其主要内容包括以下几个方面。

（1）和谐论五要素。为了系统描述和谐问题，提出了和谐论五要素，即和谐参与者、和谐目标、和谐規则、和谐因素、和谐行为。在定量研究和谐问题时首先要研究其和谐五要素。

（2）和谐度方程[8]。为了定量表达和谐程度，提出了和谐度方程，它是定量表达和谐程度的基本方程。某一因素的和谐度方程为

HD=ai-bj（1）式中；HD为该因素对应的和谐度；a为统一度；b为分歧度；i为和谐系数；j为不和谐系数。HD∈[-1，1]；i、j∈[0，1]；a、b∈[0，1]，且a+b≤1。

如果和谐问题需要考虑多个因素，则需要在单因素和谐度的基础上，按加权平均计算或指数权重加权计算来评估多因素综合和谐度HD。根据和谐度HD值大小就可以划分和谐等级。

（3）和谐平衡理论。为了寻找满足一定目标的和谐状态，提出了和谐平衡理论。和谐平衡是和谐参与者考虑各自利益和总体和谐目标而呈现的一种相对静止的、和谐参与者各方暂时都能接受的平衡状态[9]。和谐平衡是一种满足和谐目标的和谐行为集合，集合中的一切行为都符合和谐的要求。然而，和谐平衡又并不总是存在的，在不同的情况下，它可以由一种平衡转移到另一种平衡。所以，和谐平衡是一段时间在一定条件下的平衡，一般表现为一种相对静止的状态，具有动态性、空间性和层次性。

（4）和谐辨识方法。为了辨识出和谐问题中主要影响因素、不同影响因素的作用大小以及不同参与者的作用地位，提出了和谐辨识方法。和谐辨识是对和谐问题中各参与者或不同影响因素对和谐程度的贡献大小或主次的辨识[10]。其研究对象既可以是整体上的多元复杂关系，又可以是相关方的下一层影响因子的和谐关系，甚至是更下层的和谐关系。因此，和谐辨识研究的关键就是建立不同层次之间的明确关系，通过和谐程度的计算，分析不同相关方、影响因子在研究时期内的相互作用，然后再进行对比分析，得到和谐辨识的结果。

（5）和谐评估方法。为了摸清和谐的水平或状态，需要对和谐进行评估。和谐评估是对和谐参与者所处的状态以及和谐程度进行的评估[7]。和谐评估方法包括和谐度评价方法和多指标综合评价方法，前者一般是利用和谐度方程计算和谐程度，后者可以采用“单指标量化一多指标综合一多准则集成”或“单指标量化一多指标综合”评价方法。

（6）和谐调控方法。为了根据和谐评估结果采取一些必要措施来改善和谐状况，使和谐程度满足要求，提出了和谐调控方法。和谐调控就是针对存在的和谐问题采取一些调控措施以提高和谐程度[8]。最开始提出和谐调控方法的起因是为了研究水资源优化配置和水资源调控问题，来解决协调开发利用水资源、保护水环境中存在的各种矛盾，通常采用和谐行为集优选方法和基于和谐度方程的优化模型方法来进行定量研究。

1.2 和谐论的应用

和谐论在水科学和社会科学中都具有非常广泛的应用，在水科学中的应用主要包括：用和谐论理念研究人与水的和谐关系、水资源开发利用与社会经济发展的协调关系、和谐水文化等；针对水资源短缺、供需不平衡问题，利用和谐评估方法来建立水资源优化配置模型，对水资源进行合理配置，解决地区居民用水问题；对于旱涝灾害，可以基于和谐思想，有效利用洪水资源，解决部分地区的干旱问题，以达到协调洪水与干旱的目的；关于水污染、水生态环境恶化问题，可以按照和谐论采取相应的达标排放和总量控制等手段改善环境，促进入与自然和谐相处。根据和谐论体系，可以把和谐论的应用分为以下几个方面。

（1）和谐平衡。主要应用于寻找水资源与经济社会发展的“平衡点”。可以在水系统与社会、经济、生态等系统中找到一种平衡，保障水资源与社会经济均衡发展，解决不同用水户争水矛盾。同时，使人水关系达到一种平衡，实现水资源的可持续利用及对水环境与水生态的保护和修复。

（2）和谐辨识。一般可用于进行人水和谐程度的辨识，确定人水关系和谐变化过程中的主导方和关键影响因素；定量辨识两个相关因素的作用关系；一些水文要素的变化趋势辨识等。

（3）和谐评估。利用和谐度方程来定量刻画和谐问题，度量和谐程度，然后根据和谐度来评估和谐程度等级。通过合理利用和谐评估方法可以研究人水和谐程度、水资源利用与社会经济发展协调程度、河流的健康状况等问题。

（4）和谐调控。主要用于解决各方关系出现不和谐情况时的调控问题，通常可用来研究水资源优化配置、水资源调控，协调开发与保护之间的各种矛盾，具体表现在人水关系的和谐调控、水资源综合调度、生态修复补偿、节水技术、工程建设与安全防护、信息化与制度保障体系等方面。

2 河湖水系连通中的和谐问题

2.1 河湖水系连通概述

作为新时期的主要治水方针，河湖水系连通借助多种水利工程和自然水系的自我修复能力，构建具有蓄泄兼筹、丰枯调剂、引排自如、多源互补、生态健康等特点的河湖水系连通网络体系，以解决水资源承载力不高等问题，实现水资源与社会经济和谐发展[4]。

河湖水系连通具有提高水资源调配能力、防洪抗旱和改善河湖健康等功能。首先，河湖水系連通是缓解区域性水资源分配不均的重要措施之一，可以通过合理调水提高供水能力，解决地区的用水困难和水资源短缺问题。其次，河湖水系连通对防洪除涝有重要作用，一方面通过水系疏导维护蓄滞洪区，提高河湖的调蓄作用和防洪能力；另一方面建立干旱地区输水通道，与各水源形成相互连通的水系网络，保证干旱地区的日常用水需求，提高抗旱能力。另外，河湖水系连通对改善水质和生态修复有一定作用，能提高水环境承载能力，改善生态环境。

值得注意的是，河湖水系连通具有两面性。虽然河湖水系连通对实现人水和谐和水资源可持续开发利用具有重要意义，但一般大型河湖水系连通工程对经济、社会、生态的潜在影响十分复杂，河湖水系连通会产生一些负面影响和风险，应当引起重视。需要根据具体情况分析连通的必要性和可行性，不能只注意到建设连通工程的积极作用，而忽略其负面作用，要尽力使其正面效益得到最大化，同时将负面影响减小到最小。

2.2 河湖水系连通中的和谐问题

河湖的可利用水资源量、纳污能力、可承载的经济社会规模是有限的。不同区域、不同发展水平、不同观念的差异，导致河湖开发方面存在差别，往往带来人与水的矛盾、水资源与经济社会发展的矛盾、河湖上下游（或左右岸）的矛盾。如何处理好这些矛盾，解决合理调水问题，提高水环境承载能力，减少洪涝灾害的发生，达到水资源可持续利用与人水和谐的目标，都需要通过深入研究河湖水系连通来解决。可以将河湖水系连通中提到的这些矛盾用和谐论加以解决，使我国水资源条件与社会生产力相匹配、相协调，满足生态文明建设要求，实现人与水、自然和谐发展。

从人水和谐的指导思想出发。水资源供需不平衡导致人们对水资源的开发强度日益增大，从而使水生态、水环境遭到破坏，河湖污染越来越严重。河湖水系连通工程可以改善人水关系，提高水系统和生态环境系统的自净能力，改善河湖健康状况。然而，实践过程中不可避免会对河湖水系和自然造成不利影响。因此，如何保证和谐均衡地发挥河湖水系的自然及社会功能[11]，提高河湖水系的水质状况，满足河湖水系健康状态，如何确保人文系统的可持续发展、人文系统和水系统之间的协调，缓解用水矛盾，实现人水和谐发展[12]，都是河湖水系连通中亟需解决的问题。

从可持续发展的指导思想出发。水系统与社会经济系统、生态环境系统之间存在相互交织的关系，联系十分紧密，因此水资源可持续利用是实现社会可持续发展的前提。然而，河湖水系连通工程通过合理开发利用河湖水资源，保障周边地区社会经济可持续发展的同时，如何使水资源与社会经济协调发展，如何确定当前河湖水系的连通状况是否能满足未来人们对水资源的需求，实现可持续利用；为使河湖水系连通工程的效益更显著，如何从定性和定量的角度分析区域水资源开发利用状况；基于河湖水系的整体情况，如何选取合适的影响因子对河湖水系连通建设的可行性、必要性、合理性进行分析，以达到水资源可持续利用的目的，都可以利用和谐的思想加以解决。

3 基于和谐论的河湖水系连通研究途径

3.1 研究途径及框架

和谐论在水科学中的应用非常广泛，目前已积累了不少研究成果。在河湖水系连通工程中涉及的一些水资源问题可以利用和谐论来处理，例如：针对河湖水量分配问题，可以采用人水和谐的理念来进行研究，以达到区域水资源的合理分配；对于河湖水系连通与经济社会和谐发展的问题，可以利用和谐论进行评价；针对各种用水矛盾、供需矛盾以及各种关系中存在的矛盾，可以用和谐的思想来处理；针对河湖的分水问题、跨流域调水问题，也可以用和谐的思路，构建人水和谐发展的途径。可以说，在研究河湖水系连通中应用和谐论有很强的可行性。

基于对和谐论和河湖水系连通的认识，总结出和谐论在河湖水系连通中的应用研究框架（见图1）。从图1可以看出，应用和谐论能从定性和定量两个方面研究河湖水系连通问题。

从定性角度分析，主要是综合利用和谐论五要素和和谐度方程来评判河湖水系连通与社会经济发展以及生态环境之间的和谐关系，便于了解河湖水系连通对社会经济系统和生态环境系统的整体影响，有针对性地分析或判断河湖水系连通工程中的布局问题，同时还可以解决河湖径流中的水资源开发协商等问题。

从定量角度分析，包括和谐平衡理论、和谐辨识、和谐评估及和谐调控等方法。可以通过和谐辨识方法识别出河湖水系连通中的影响因子，明确关键的、起绝对性的河湖水系问题；为保证河湖水系连通与经济社会协调发展，可以采用和谐平衡理论化解人水矛盾，有效解决周边地区的水资源短缺问题；采用和谐度评价方法或多指标综合评价方法，通过计算和谐程度评估河湖健康状况及河湖水系连通状况等，有利于优化水系连通方案；利用和谐调控方法可以研究调控河湖水系连通中的人水关系以及江河湖库的水资源优化配置等问题，还可以用来分析河湖水系的水资源综合调度问题，保证用水安全。

3.2 应用举例

和谐论涉及的方法较多，本文仅以郑州市的河湖健康状况评价为例，介绍和谐论在评价河湖水系健康状况中的应用，有助于有关方面了解河湖水系连通整体状况，改善其健康状态。为计算方便，将郑州市分为郑州市区、新郑市、登封市、巩义市、荣阳市、中牟县和新密市7个计算分区。采用和谐评估方法，评估郑州市7个计算分区在河湖水系连通下的河流健康状况。

3.2.1 数据资料

结合河湖水系连通的内涵及水环境、水生态的特征，构建河流健康状况指标体系。该指标体系由目标层、准则层、指标层组成（见表1），其中：目标层为河流健康状况；准则层包括水资源状况、水生态与水环境状况、水系连通性；指标层为河流健康情况的具体量化指标。指标数据来源于《郑州市统计年鉴》《郑州市水资源公报》等，限于篇幅，仅选取2011年的指标数据进行计算，对各个指标进行归纳整理后，得到的具体结果见表2。

3.2.2 计算过程

采用和谐评估方法中的单指标量化一多指标综合评价方法[8]，计算郑州市各计算分区河流的和谐度。首先，计算各单指标（均为正向指标，和谐度随指标值增大而增大）的子和谐度SHDk，计算公式为式中：特征值ak、bk、ck、dk、ek分别为指标x的最差值、较差值、及格值、较优值和最优值。

在充分考虑郑州市经济社会发展情况的基础上，参考其他地区指标水平，结合郑州市水资源情况，确定各评价指标的特征值。其中：ak和ek由郑州市各计算分区的最小值与最大值分别乘以一定系數确定；ck为郑州市多年平均值；bk和dk通过插值确定[9]。

然后，根据多指标加权方法，计算各分区河流的和谐度HD：式中：μk为权重。

最后，根据计算的和谐度对河流健康状况进行等级划分，结果见表3。

3.2.3 结果分析

利用上述方法对郑州市各计算分区各个指标的子和谐度进行计算，结果见表4。除了郑州市区外，其他市区生态用水所占比例均小于最差值，所以其和谐度值取0。

在计算不同分区的和谐度时，首先运用层次分析法确定各评价指标的权重为0.154、0.204、0.164、0.115、0.078、0.085、0.087、0.113，然后运用式（3）计算得出各个计算分区河流的和谐度，和谐等级与河湖健康状况相对应.最后根据各分区和谐程度得到不同计算分区的河流健康状态（见表5）。

由表5可看出：巩义市和荣阳市的和谐度相对较大，河湖呈现出较健康的状态；而其他计算分区的和谐度相对较小，其河流健康状况表现出接近不健康的状态，原因可能是其河段受自然和人为因素的影响相对较大，如水污染严重、水质达标河长比例过低等。

实例表明，利用和谐评估方法对河湖健康状态进行评价有助于全面掌握河湖水系连通的整体情况，并能够针对其评价结果采取相应措施，如强化用水总量控制和重要断面流量控制、科学调控河川径流、调整河湖受水区水资源配置模式等[13]，从而改善河湖水系的健康状况。

4 结语

河湖水系连通已经成为我国新时期治水的重大战略之一，能够对水资源进行统筹调度，提高水资源利用效率，改善河湖健康状况及水生态环境，并减少水旱灾害的发生。在深入理解和谐论和河湖水系连通的前提下，本文分析了河湖水系连通中存在的和谐问题，并利用和谐辨识、和谐评估、和谐平衡、和谐调控等方法，提出了相应的解决途径，从定性和定量两方面指导河湖水系连通工作，有助于全面掌握河湖水系的连通状况，实现水资源可持续利用及人水和谐发展，具有较大的现实意义。

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