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生态学是研究包括人在内的生命与其物理和生物环境间相互关系的系统科学，是关于生命、环境和人类社会可持续发展的方法论科学。随着社会的发展和文明的进步，特别是人口、资源和环境问题的日益尖锐，生态学在自我完善的同时，表现了对人类文化和文明的强烈参与，成为连接自然科学和社会科学的桥梁，也成为可持续发展战略的理论基础。传统水利向现代水利、可持续发展水利的转变，正是人类文明发展到“生态文明”时代在水资源领域理论创新与实践创新的结果，有着深厚的生态学理论基础。
一、可持续发展水利的生态学理论基础
生态学的整体、平衡与协调和环境资源的有效极限规律等理论为可持续发展水利提供了坚实的生态学理论基础。
（一）生态系统的平衡与协调规律要求在治水中坚持人与自然和谐相处
在生态学中，一个稳定的生态系统表明生态系统的结构与功能、物质、能量和信息的输入输出都处于相对稳定的状态。当物质输入和输出不平衡超过自身调节范围时，就会引起生态系统结构和功能紊乱，使整个生态系统的平衡被打破，就会出现失衡现象。
水利活动改变了水资源的自然存在形态，对生态环境造成各种影响，包括直接的或间接的、短期的或长期的、诱发的或积累的、一次的或两次的等等。所有这些影响，都会打破原有的生态平衡。合理的开发行为，会促使生态环境良性循环，生态功能得到优化和加强；开发不当，可能造成生态环境的恶化和生态系统功能的退化。平衡与协调规律要求在治水中坚持人与自然的和谐共处，经济发展要与人口、资源、环境相协调。防洪问题上，既要治水又要规范人类自身活动，既要防洪又要给洪水以出路。用水问题上，要把生态用水提到重要议程，防止水资源枯竭对生态环境造成的破坏。对已形成严重生态问题的河流，采取节水、调整产业结构、调水等综合措施予以修复。
（二）资源的有效极限规律和生态可持续性法则要求水资源开发利用和排污不能超过水资源承载能力和水环境承载能力
任何生态系统中的各种环境资源，在数量、质量、空间和时间等方面都有一定限度，每一个生态系统对外来的干扰都有一定的忍耐极限。当外来干扰超过这个极限时，生态系统就会被损伤、破坏，甚至瓦解。所以，采伐森林、放牧等一切人类生产活动都不得超过资源的永续利用量。与环境资源的有效极限规律紧密联系的是生态可持续性法则，只要对生物和非生物资源的使用不超过他们自身的恢复再生能力，再生资源便可持续不断的更新。例如，地表水的最大持续产量是指水文循环中多年平均的地表水最大水量；对地下水而言，是指地下水能长久供给，而不是地下水位下降或水量减少的最大可供水量。可持续性法则同样要求人类生活生产活动的废弃物，不能超过环境容量或自净能力；否则，环境系统必将改变和损害。水资源是生态经济系统的组成部分，服从生态和经济规律的支配，为生态环境和社会经济服务。
环境资源的有效极限规律和生态可持续性法则要求水资源开发利用和排污要适应资源和环境容量的约束。一个地区、一个流域具有客观存在的水资源承载能力和水环境承载能力。要改变对水资源“取之不尽、用之不竭”的观念，要从传统的“以需定供”转为“以供定产”，注重水资源节约、保护和配置，提高承载能力，努力实现水资源的永续利用。
（三）竞争共生原理要求实现水资源优化配置
系统的资源承载力和环境容纳总量在一定时空范围内是恒定的，但分布是不均匀的。差异导致竞争，竞争促使资源的高效利用。生态系统的这种竞争作用强调有限资源的合理利用和潜力的充分发挥。
竞争共生原理要求实现水资源高效利用。为此宏观上要在产业间、区域间优化配置水资源，微观上要促进每个用水户高效用水、节约用水，同时要注重挖掘水资源的利用潜力和资源循环使用，实现水资源多层次利用和循环再生。
（四）系统相互依存与相互制约规律要求实行水资源统一管理
生态系统中生物与生物、生物与环境资源相互依存、相互制约，是一个有机的整体，也是构成生态系统的基础。自然生态系统有其自身运动规律，人为的切割会破坏其功能的运行。
水资源系统同样也是一个完整的有机的整体，在构建水资源管理体制时，应充分考虑整个系统内各种相互依存、相互制约的关系，在时间和空间上全面考虑，统筹兼顾。要协调上下游、左右岸、干支流之间的关系，统筹考虑水的多种功能，以流域为单元实行水资源统一管理，统一规划，统一调度。实行区域范围内涉水事务一体化管理。
二、水危机的生态学分析
新中国成立50年来，水利事业得到了迅猛发展，水利建设取得了举世瞩目的成就。但洪涝灾害、干旱缺水、水土流失、水污染四大问题还远没有解决。特别是在经济发展中一度忽略了生态建设和生态保护，靠牺牲环境谋求一时的经济发展，从而导致了生态环境的大范围急剧恶化。从生态学的角度分析，水生态系统存在的问题，可归纳为水资源量收支失衡、水环境污染、生物多样性衰退、水景观萎缩和水灾害频繁5 个方面。如河道断流、地下水超采、湿地生物多样性受到严重影响与威胁等。产生这些问题的原因在于人类活动对环境和资源的影响导致水资源循环在时间、空间上的滞留和耗竭，引起水生态系统在结构、功能关系上的错位和失协。
（一）过量用水或排污导致生态耗竭或阻滞
水生态系统是一个开放系统，水体自然生态系统与经济社会系统构成社会-自然复合生态系统，具有生产、生活、供给、接纳、控制和缓冲等生态功能。它不断地与外部环境进行物质、能量和信息的交换，并有趋向输入与输出平衡的趋势。
由于社会经济的迅速发展，当水资源需求量远远超过当地水资源供应，将形成水资源的生态耗竭。而水体中输入的污染质总量大于输出的总量，大大超过水体本身的自净能力就会造成生态阻滞，引起水质恶化。洪水年份和雨季期间，输入水量大于水体调蓄能力及输出水量，形成生态阻滞，导致水灾频繁。沙量失衡将形成水体内泥沙的生态阻滞。
（二）不合理开发水资源引发水生态系统结构的破碎与功能的板结
长期的人类开发活动中，一些不合理的开发行为，引起生态系统的系统耦合在结构和功能关系上的错位和失谐，导致结构的破碎和功能的板结。如人类过渡开发占用水面和湿地，导致水面和湿地面积越来越小，随道路及建筑物的扩大，地表硬化覆盖面积越来越大，水文循环的紊乱，土壤调节水分能力削弱和部分生物群落的消失，使得自然系统服务功能减弱。破坏了水生态系统原有的格局，影响了水的连通程度和循环速度，破坏了原有的景观廊道，还改变了水生生物的生境，使生物和景观的多样性不断下降。
（三）水生态调控机制匮缺和水生态意识低下导致人与环境的行为冲突
目前在涉及水与水体的利用和保护的问题中，往往条块分割，缺少统一的规划。在整体上，水生态调控机制匮缺，管理体制紊乱。缺乏生态意识也是造成对水的社会行为在经济和生态关系上的冲突和失调的重要原因之一。如城区沿河两岸部分居民直接向河中倾倒垃圾，一些水产养殖户在天然水体中过度网围养殖与投饵等，不顾对水体生态系统结构和功能的破坏。
三、可持续发展水利的生态学内涵
可持续发展水利强调人与自然和谐相处，注重在水资源开发利用中维护良好的水生态系统，按生态学原理协调环境与发展的关系，树立正确的生态观，处理好经济社会发展要求与水资源承载能力和水环境承载能力的关系，实现可持续发展的目标。
（一）树立正确的生态观念
1.人与自然相协调的发展观。在水资源开发利用中要保护自然环境、尊重自然规律，强调人与自然协调发展。既要促进经济增长，又要维持水的持续性、可再生性和生态系统整体性，充分考虑生态用水，维持地下水适宜水位、维持河道生态基流、保持河道泥沙冲淤平衡、维持城市水环境景观等生态环境需水。
2.时间与空间统筹考虑的生态整合观。要以生态学方法为基础，运用生态整合方法，通过各种技术、行政和行为诱导的手段，从时间和空间上调节水-经济-社会复合生态系统内部各种不合理的耦合关系，促使水资源在时间和空间上合理配置，提高水生态系统的自我调节能力，实现系统稳定和可持续发展。
3.开发与保护相协调的资源观。既要努力实现水资源的高效利用和合理分配，又要注重保护与增强水环境的生产力和资源再生能力，保护水资源使其有利于经济的发展。要建设节水防污型社会，既满足人类社会经济的发展需要，同时保护人类及其他生物赖以生存的环境。
（二）把握好水资源承载能力和水环境承载能力
可持续发展水利强调水利发展的可持续性、协调性、公平性，强调发展不能脱离自然资源与环境的约束，在实践中，就要把握好水资源承载能力和水环境承载能力，根据水资源承载能力和水环境承载能力，确定合理的人口与社会经济的发展速度与发展规模。
1、水资源承载能力
水资源承载能力是天然水资源的可供水量能够支持人口、环境与经济协调发展的能力或限度，是一个国家或地区持续发展的一种基础性保障或支撑能力。水资源承载能力分析关系到地区发展规模和代际持续发展的前景。区域水资源承载能力一般是指水资源数量的供应能力、水环境质量保护能力和水害防御能力的综合，通过分别和综合分析，找出促进或制约地区发展的有利和不利因素，为地区制定社会经济发展战略提供可靠的科学依据。
水资源承载能力是水利规划和发展的重要依据。保持生态系统自身的结构和功能不被破坏是维持系统良性循环的基本条件，水资源状况的变化往往导致区域环境的变化、土地利用和土地覆被的改变以及社会经济发展方式的变化等，这就要求水利开发不能超出水资源的承载力状况。水利规划要以水资源的承载能力为前提，着眼于经济社会的可持续发展，确定流域或区域内的生态环境目标，确保流域或区域生态系统健康，防止处理不当导致环境质量和生态系统的恶化，引发生命支持系统的破坏。
水资源承载能力是确定流域或区域综合发展规模的依据。保证区域水资源承载能力与区域经济和产业布局统一，才能够保障生态-经济-社会系统的可持续发展。根据区域内自然环境、自然资源和生态过程的分异特征，以及生态环境的综合评价，将区域划分为生态功能不同的地区，为制定区域合理的水资源开发利用策略和发展策略提供生态学基础。
水资源承载能力是水资源配置的基础。以“维护生态环境良性循环”为条件，可明确划分生产用水、生活用水和生态用水的比例和用量，促进人与自然和谐相处，做到既能满足经济社会发展的用水需要，又能保障水资源的永续利用，维持流域水循环的可再生性。
2、水环境承载能力
水环境承载能力本质上体现了人类活动所应遵循的自然规律。在可持续发展水利的实施过程中，水环境承载力是对水环境系统内在规律的客观反映，是人类自我设定的限制其活动、规模的阈值，与经济社会发展的程度密切相关。从可持续发展水利管理的角度来划分，水环境具有两个方面的功能：水环境承载污染物的能力；由单要素包括水体、河道及河岸构成的特定水环境的服务功能，该功能除包括传统水利意义上的供水、行洪、发电、航运等，还包括为水利和人类社会经济可持续发展的生物多样性的维持和生态服务等。
承载能力为保护水环境结构不发生不利于人类生存的方向性改变、保障水环境系统功能的可持续正常发展提供了理论体系和评价方法。承载压力超过一定的极限将导致水环境结构的破坏并引发某些生态功能丧失。依据水环境可持续承载力理论可以对区域性的人类活动进行规范，对人类经济发展行为在规模、强度或速度上提出限制。由于人类活动的规模和强度越来越大，它对于本来脆弱的生态环境带来了附加的压力。对淡水资源和水生动植物的完整性进行恢复和维护，正日益受到重视。在许多国家，生态系统的恢复已经成为其可持续发展政策的重要组成部分。根据水环境承载系统中的纳污能力，可以对流域水环境分区实施污染物总量控制；基于生态系统的调节能力，可以从宏观的角度对流域或区域水环境制定保护规划和调控措施，协调经济-社会-环境系统的关系。
需要强调的是，分析水资源承载能力和水环境承载能力，是以可持续发展为目标，是为实现可持续发展服务的。因此，我们并不是被动的受水资源和水环境承载能力的约束，而是积极主动地调整经济社会发展的结构和规模，适应环境和资源承载能力的要求；同时要积极主动地采取措施，利用现代科技手段和管理方法，提高水资源承载能力和水环境承载能力。
(三)注重生态系统的恢复和重建
实现水资源可持续利用，在根据水资源和水环境承载能力开发利用水资源的同时，要加大水生态系统的保护，对过去由于水资源不合理地过度开发利用引起的生态系统破坏和退化，进行恢复和重建，遏制生态恶化趋势。
生态恢复要遵循生态系统自身规律，通过人类的作用，根据技术上可行、经济上合理的原则，实施生态工程，使受害或退化的生态系统得以重构和再生。由于生态系统的复杂性，各种生态因子和实施工程的时序性，都会对实施的生态工程的效果产生巨大的影响，因此实施生态恢复和重建必须将自然规律和生态工程原理结合起来，遵循生态系统整体、协调、自生、再生循环的要求，运用合理的组织和实施形式，促进水生态系统良性发展。
生态学研究和实践证明，充分发挥自然的力量，依靠生态的自我修复能力治理水土流失，不仅在降雨量较多的地区效果明显，而且在干旱半干旱地区也能取得较好的效果，能够大面积改善生态环境，快速减轻水土流失程度。从水生态系统自身规律出发，水生态恢复和重建要把人工措施与自然修复结合起来。要针对不同类型区水生态系统存在的问题以及各自的自然条件和社会条件，按照因地制宜、生态系统综合治理相结合的原则，提出不同类型区生态系统恢复和重建的主要措施。因此，实施可持续发展水利，要注意发挥生态自我修复作用，把适合以自然力量为主恢复生态的区域划分出来，在地广人稀、水土流失轻微和降雨量较多的地区，明确生态自我修复的分区、目标、任务与措施，统筹考虑多种措施促进生态自我修复。
四、实现可持续发展水利的生态措施
逆转自然生态的退化趋势、恢复自然的生态潜能是提出可持续发展水利的生态措施的根本出发点，要从技术、体制、文化及认识领域调节社会的生产关系、生活方式、生态意识，建立良好的生态秩序，在资源承载能力和环境容量许可的前提下，促进人与自然在时间、空间、数量、结构及功能上的可持续发展。
（一）实施生态和谐行动
造成水资源系统不可持续的主要原因是人为干扰过度，如果人类能够正确认识人与生态系统之间的关系，减少不和谐行为，就可以降低水资源系统的脆弱程度。另一方面，对于已破坏的生态环境，应有计划有步骤地进行恢复，如退耕还湖、还林、还草，河湖清淤和河道治理，清除泄洪障碍。
节约用水不仅能节约资源、提高资源的循环利用，而且能减少污水排放，减少污水所占用的生态服务功能，是一种有效增加水环境容量的生态策略，具有双重效益。合理用水、节约用水和污水资源化是改善环境和提高资源利用效率的最合理选择，是人与生态系统和谐发展的有效方法，是可持续发展水利的必由之路和最佳选择。
（二）推行生物、工程措施一体化
生物措施是改善脆弱生态环境的最直接有效的手段，在实践中只有把生物措施和工程措施两种措施结合起来综合使用，才能取得最佳效果。修建水利工程设施时，要在其周围和上游地区植树造林，充分发挥森林植被涵养水源、保护水土，调节地表径流等方面的特有功能，一方面增加水资源存量，另一方面加强水利设施的安全保障。另外，还要采取适当的经济措施，充分调动人民群众的治理积极性。
（三）建立水资源统一管理体制
水资源开发要考虑到上中下游、流域间以及地域间、乃至于各种资源间的辩证关系，这是河流或水体生态功能整体性发挥的基础；同时也要考虑到资源、经济、社会之间的辩证关系。实践证明，实行水资源统一管理，是一种对生态系统负责的体制，生态系统的安全性能才能得到保证，才能发挥水的生态效益。同时，可持续发展水利要求实行真正的流域管理，对流域内的水资源开发、防洪、水资源的保护进行有效的流域统一管理，保持流域的生态特征及其多样性。
（四）加强生态文化建设
加强生态教育，提高人们的生态保护意识。通过宣传、教育向公众普及可持续发展意识、生态学知识和环境法律知识, 将生态文化观念纳入到教育体系之中，进行生态环境文化教育，培育新的环境价值观念，树立新的行为规范。
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