现代水利工程及关键技术

潘益斌 黄自力

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司）

【摘 要】 21世纪以来，我国提出了从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变，以水资源的可持续利用促进社会经济可持续发展的治水新思路；并逐渐确立了以防洪排涝安全、供水充沛洁净、生态系统健康、环境整洁优美为主要目标和内容的治水新理念。本文从现代水利的特征、内涵、关键技术等方面全面论述了现代水利的核心价值体系，可为现代水利工程规划和建设提供参考和借鉴。

【关键词】 现代水利；可持续发展；关键技术

1　现代水利工程

水利工程是指为了控制、利用和保护地表及地下的水资源，达到除害兴利目的而修建的各项工程。水利工程一般包括防洪减灾工程、城镇供排水工程、农田水利工程、水力发电工程、水土保持工程、环境水利工程、渔业水利工程、海涂围垦工程、航道和港口工程等主要类别，以及为同时达到以上多项服务目标而规划建设的综合性水利工程。

自古以来，人类择水而居，文明沿河而兴。水利工程的规划和建设在人类的生存和发展中始终占据着十分重要的地位。几千年的历史表明，正是通过兴修水利，才逐步实现了山河整治、经济发展、家园建设。但随着社会的快速发展，人类需求逐步增加，近年来我国水旱灾害仍很频繁，水资源短缺、水生态损害等新老问题相互交织，水利建设需求也进一步加大。“十二五”期间，我国水利建设总投资达2万亿元，一大批控制性枢纽及大江大河治理工程发挥效益，流域区域水资源配置格局不断完善，农村饮水安全问题基本得以解决。

水作为经济社会发展和人类文明进步的核心要素其地位正在进一步加强。“河川之危、水源之危是生存环境之危、民族存续之危”，我国政府在总结长期治水经验的基础上，进一步提出了从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变，以水资源的可持续利用促进社会经济可持续发展的治水新思路。“十三五”期间，全国水利建设总投资预计将跃升至2.8万亿元（年均投资6000亿元左右）。2020年，预计将基本建成全国性的防洪抗旱减灾体系、水资源合理配置和高效利用体系、水资源保护和河湖健康保障体系以及有利于水利科学发展的制度体系。

现代水利是传统水利的延伸和升华，现代水利涵盖了传统水利防洪减灾的基本要求，在致力于解决水安全问题的同时，以水资源的优化配置为手段，加强水资源的节约和保护，全面推进生态水利建设，打造优美滨水环境，丰富河湖功能，构建现代水利工程技术体系，最终实现水与经济、社会、环境持续协调发展的最高建设目标。因此，现代水利本质特征就是人与自然的和谐相处，协调人与自然、生态、水之间的关系，追求流域内人类社会的可持续发展。

2　现代水利工程的内涵

现代水利工程内涵丰富，可以概括为通过流域的综合治理与管理，使水系的资源功能、环境功能、生态功能都能得到充分的发挥，使全流域的安全性、舒适性不断改善，并支持流域实现可持续发展。

现代水利工程可分为水安全工程、水资源工程、水生态及水环境工程等若干大类。同时，结合近年来快速发展的数字化技术，水工程信息化管理也已成为现代水利工程不可分割的一部分。

2.1　水安全工程

毋庸置疑，水安全是人类社会发展的永恒话题，也是现代水利工程建设的主要目标之一。近年来，随着我国工业化、城镇化的发展，以及全球气候变化影响的持续加大，水安全形势更趋严峻。一手防水灾，一手保供水，确保人民群众生命财产安全和生产生活水平的提高，已成为水利部门行政管理的主要工作内容。

“十三五”期间，我国各地区政府相继提出减灾保障体系建设计划，即以城镇为防范重点，重要堤防、水库防洪标准以及城乡排涝标准达到甚至超过国家标准，全面建成山洪灾害监测预警系统，建立健全全流域防洪排涝治理体系，水利防灾减灾能力与经济社会发展和人民生活水平提高的要求相适应。

2.2　水资源工程

适应经济社会发展对用水保障的需求，科学调配和保护水资源，建立高效益和可持续利用的水资源保障体系已成为水资源开发和利用的重要指导思想。

一方面，我国水资源总量和人均水资源量均显不足。据水利部统计，我国水资源可利用量仅28%，全国约2/3的城市存在资源型或水质型缺水；农业灌溉用水利用系数仅达到发达国家的50%左右；部分城市管网和用水器具的漏水损失高，工业用水重复利用率远低于发达国家水平，水短缺问题十分显著。

另一方面，虽然水资源开发各项技术已基本成熟，但开发深度仍显不足。作为最主要清洁能源的水电开发率仍低于发达国家水平；城镇化快速推进过程下，区域性缺水矛盾进一步凸显，跨区域调配水工程快速增加；渔业、港口航道开发仍有广阔的发展空间；滩涂资源尚未充分开发。

水资源事关人类经济发展、社会进步，为治国安邦之大事。开源节流，加大城乡供水保障力度，深入开发水资源——如利用水能进行发电，依靠水体发展航运和渔业等，充分利用自然规律通过对水体的合理布局，使得同一地区或同一流域的水资源满足不同的需求，已成为新时期我国水利建设的重要着力点。

2.3　水生态及水环境工程

随着经济社会的快速发展，我国人均GDP已超过5万元，部分沿海区域（如京津冀、长三角、珠三角）人均GDP更是基本超过10万元，迈入中等发达国家水平。人水和谐、整治与保护并举，建立高质量的水生态及水环境体系成为必然选择，这也是现代水利区别于传统水利的重要特点之一。

以水土保持和河道综合整治为重点，以水域联通和水质提升为建设目标，水生态文明建设方兴未艾。以打造滨水环境、构筑黄金河岸、拉动沿岸经济产业带为抓手的水环境工程建设更是当前热点领域。坚持绿色发展，必须坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持可持续发展，坚定走生产发展、生活富裕、生态良好、风景优美的文明发展道路。水生态及水环境工程正是这一主旋律下的典型实践活动。

值得注意的是，现代水利工程中，水生态修复及水环境治理工程往往与水安全和水资源利用问题联系在一起，工程的综合性、系统性特征更加凸显。

2.4　水利信息化建设

信息化时代的到来，为现代水利的发展提供了绝好的技术手段和管理平台。水利工程涉及范围广、时间跨度大、信息量庞杂，全寿命周期纵向管理和水利调度横向管理，都可以通过信息化技术成为现实，现代水利工程也真正和社会整体发展需求实现了全面接轨。

近十年来，通过将“互联网+”的理念深入融合到水利信息化建设中，紧紧围绕现代水利发展要求，以“智慧水利”为目标。实现了水利全方位感知，搭建水利全业务数据库，打造水利全时空智能，已初步实现规模以上水利工程和业务水利信息的“所需即所见、所见即所得”，大大提升了水利管理的自动化、智能化和科学化水平。

3　现代水利工程关键技术

3.1　防洪排涝减灾技术

历史经验表明，通过在河流上游修建水库，下游加固堤防的方式抵御洪涝灾害是可行的。长江三峡大坝建成后，其高达221.5亿m3的防洪库容能够有效抵御千年一遇特大洪水；经水库调蓄后，长江中下游荆江河段防洪标准从十年一遇提高到百年一遇，武汉等大中型城市及广大的耕地农田防洪安全得到极大地缓解。

同时，对于城乡低洼地区，通过开挖、清理区内河道网络，扩大湖泊、湿地面积容积，建设灌排泵站，形成“自排、调蓄、电排”相结合的治涝体系，可以达到设计排涝标准。

随着我国城市化进程的加快，防洪排涝工程将更系统化、规模化。多流域综合水利规划、大型水利枢纽、大流量泵站、水利工程综合调度管理等技术问题也将是未来进一步深入研究的方向。

3.2　城乡供水保障技术

城乡供水保障立足于一大批水源工程和调配水工程的建设，将有限的水资源通过工程手段存留下来，并合理地调配出去，以充分利用。

水源工程除充分利用地形地质条件，新建、加固、扩建水库等集雨工程外，还应统筹布局水源地建设，研发雨洪综合利用技术，建设全地区多流域的水资源联调工程，形成“多水源供给、季节性调剂”的水源保障体系，在蓄水总量和平衡分布上做好规划和建设。

针对水资源分配地理上天然的不平衡，以及城镇化进程中产生的人口区域集中现象，长距离大管道调水工程应运而生。南水北调东线和中线的建设是克服我国南北水资源不平衡的重大国家战略。而国家重点城市长达数百公里、跨越多个地理单元的超远距离调水工程建设也正在全国范围如火如荼地开展，如杭州的千岛湖配水工程、湖北的鄂北引水工程、云南的滇中引水工程等，工程投资从数百亿到千亿元不等。

3.3　灌溉节水水利技术

从服务于现代农业发展需要出发，加快灌区骨干农田水利工程建设，在我国广大缺水地区开展高效的农业水资源管理体系建设是十分必要的。在这些地区，减少输水过程中的跑、冒、滴、漏以及入渗损失，减少水的无效蒸发，开展高效的节水技术也显得格外重要。

除灌区渠系建设外，还应全面推行喷灌、滴灌等先进的节水技术，在地表水源没有保证而地下水条件较好的地区推行机井灌溉。实践证明，若以低压管道输水代替田间土渠输水，百亩沙地全年可节水58%～83%；若采用细塑料管网，实现供水定时定量化、喷灌化、渗灌微灌化、滴灌化，还能进一步提高节水效果。

3.4　水资源综合利用技术

除城乡供水和农田水利外，水资源综合开发技术也已基本成熟。如利用水的势能转化为电能的水电开发技术、平衡峰谷电提高发电效益的抽水蓄能技术、沿海潮汐能开发应用技术、渔业综合开发技术、港口航道整治技术、近岸海域综合治理技术等。

水资源的开发利用，是人类改造自然、利用自然的一个方面。随着工农业的不断发展，正逐渐变为多目的、综合性的开发利用。如水电枢纽工程，既能够利用水力发电，还能防御洪水灾害、远距离向城乡供水，并能发展库区渔业、促进流域航运发展。

3.5　水生态及水环境修复技术

实施生态系统保护和修复工程，优化生态安全屏障体系，提升生态系统质量和稳定性是新时期生态文明建设的重要抓手。水生态文明则是生态文明的重要组成和基础保障。

为此，应顺应自然发展规律，以生态系统自我设计、自我恢复为原则，保持和恢复河流多样性，必要时推进江河湖泊水系连通工程建设，增强水体自净和自我修复能力，以水质提升为核心考核指标，构建引排顺畅的江河湖库水网体系。

目前正在建设的北京通州港沟河水生态及水环境修复工程，通过底泥清淤、沿岸截污纳管，沿线配置若干座污水处理厂，已逐步改变原河道静滞水体黑臭问题。工程完工后，港沟河必将恢复历史上河清水秀的优美环境。

3.6　水景观开发整理技术

传统水利在设计过程中主要考虑水利工程本身的设计，而往往会忽略对水利工程与周围风景协调性的关注。现代水利工程经过不断地发展已与传统水利工程有了很大的变化——现代水利除一如既往地注重水利工程的功能性外，对水利工程的外形也给予了充分的关注，将美学引入到工程设计中去，让水利工程兼具实用与欣赏的双重价值——这是现代水利工程的突出特点。这有利于现代水利工程与当地环境景观的和谐，维护了当地的人文风貌，从而使人类密集生产生活区域内的水体更趋于自然和原生态，是以人为本的观念在现代水利工程设计中的具体体现。

现代水利工程以打造滨水景观为主要任务，坚持科学发展观和可持续发展观，积极探索并有效结合生态环境科学的相关理论和工程技术，高效推进水量与水质的同步科学配置。特别应该通过深入了解当地的文化风俗、人情历史，尊重沿岸景观的原生态性，使项目的整个文化内涵与区域城镇的文化品位浑然一体。

1998年，浙江省绍兴市以“河通、水清、岸绿”为指导思想，在国内率先提出了现代治水理念，规划了包括河道整治、驳岸、清淤和滨水景观工程为主要内容的水环境综合治理系统工程。项目建成后，已成为水利部现代治水的优秀示范项目。

3.7　智慧水利技术

水利工程也是一个信息密集化的行业，从规划、设计、建设、运维都必须建立在海量信息的基础上，利用智能感知技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统，结合云计算、云储存技术、物联网技术等，对水利工程、设备、运维进行全过程信息采集、处理、更新，为决策、评价、监管提供依据。

目前，以三维数字化和信息化为代表的智慧水利技术，已逐步应用于水利工程管理、水政管理、水资源调度管理等现代水利全寿命周期管理领域。水利信息化、智慧化带动水利现代化发展，推进行业转型升级，提升防灾减灾安全保障能力、水利管理水平和公共服务能力，促进水利事业快速发展，并使其更好地服务于社会经济发展。

深圳某数字化水利工程项目部，采用全景真三维技术机载方式获取多角度倾斜影像数据，自动化生成全景真三维立体影像。全景系统可以为水利工程规划、设计、管理提供形象、直观、翔实的地理信息；也可实时把水利工程施工情况进行现场全景图像获取，用网络传输到监测中心，与设计三维模型对比，使工程管理部门在第一时间掌握施工进度，及时纠偏，掌握工程建设关键线路，做出准确决策，大大提高工程管理水平。

4　结语

水利是关系国计民生，必须超前发展的首要基础设施和基础产业。以水安全、水资源利用为基础的水生态、水环境提升是现代水利工程的重要特征，而以大数据为基础的水利信息化工程直接带动了水利现代化的发展。同时，水利工程在综合性及规模化方面的要求更加突显，更加注重工程措施和非工程措施的结合，重视工程的后期管理，水资源开发利用方式也更加多元，并将不断向保护生态环境、开发人居旅游资源等生态效益、社会效益和经济效益并举的方向发展。

近年来我国在现代水利工程建设中取得了可喜的成就，综合技术能力也不断提高，已形成了一整套系统的河湖治理理论体系及技术方法，确立了以防洪排涝安全、供水充沛洁净、生态系统健康、环境整洁优美为主要目标和内容的治水新理念。但在综合性水利工程的前期规划、科研成果向建设生产的深度转化、技术创新性等方面仍有不少提升空间。

综上所述，现代水利涵盖了传统水利防洪排涝减灾的基本要求，同时也确定了新的治水原则和理念，反映了时代性，也展现了先进性、科学性和合理性。广大水利工作者应努力实现从传统水利向现代水利的转变，把先进的科学技术应用于水利建设和管理中，使水利工作走上良性循环轨道，从而全面实现水利现代化的目标。

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