近年來，我國水問題形勢嚴峻，生態空間侵占、生態環境用水擠占、水污染、地下水超采等問題突出，水生態環境保護治理和修復任務日益艱巨。從國家到地方水行政主管部門需要加快治水理念和技術轉變，實現從重水資源開發和工程建設向重水生態環境保護治理的轉型，但由于我國發展整體起步較晚，在水利發展思路轉變和技術創新上，與應對當前復雜嚴峻的水問題的需求仍有較大差距。一些學者對國外防洪管理、水資源開發利用、節水、水生態系統保護與修復等方面典型理念、實踐發展進行總結，較少從系統治水角度、治水理念到水生態治理具體措施的演變歷程進行系統研究。
本研究從防洪排澇減災、水資源開發利用、農田灌溉、水生態保護與修復、制度建設、資源環境監測等主要治水領域出發，對國外發達國家治水理念轉變和技術發展過程進行了系統梳理，總結提煉出可供進一步學習與思考的經驗與啟示，為中國與水相關行業治水理念和技術的生態化發展，提供了重要的借鑒。
1 防洪排澇減災
1.1 江河治理
早期河道治理強調防洪和排澇，忽略了河道的生態功能，因而大量采用裁彎取直、固化河岸等手段，并使用混凝土、塊石等硬質材料，影響了河流系統的自然形態、水生生境復雜度、生態水文過程的可持續性，帶來河道淤積、自凈能力減弱、生物多樣性遭破壞等一系列問題。這些問題的出現促使西方國家不斷反思傳統河道治理技術，從而產生了“近自然河道治理”的理念。1938 年德國Seifert 首先提出“近自然河溪治理”概念，1950 年代德國創立“近自然河道治理工程學”，1965 年德國Ernst Bittmann 在萊茵河用蘆葦和柳樹進行生態護岸試驗，1980 年代德國、瑞士提出了“河流再自然化”概念，將河流修復到接近自然的程度。
歸納起來，近自然河道治理是指基于對生態系統的深刻認識，為實現防洪減災、生物多樣性保護以及自然資源永續利用，以安全為原則、以生態為基礎，留足河流空間，對河湖進行近自然生態整治，有效降低人類行為對環境的沖擊，減少工程行為對自然生態的破壞，保留和恢復自然修復力。可表現為高壩低矮化、坡度緩坡化、材質自然化等，具體措施可包括修建魚類洄游通道、拆除高大陡峭護岸、恢復濕地、河岸緩沖帶等。
在近自然河道治理理念倡導下，德國、美國、日本、法國、瑞士、奧地利、荷蘭等國家紛紛大規模拆除了以前在河床上鋪設的硬質材料，代之可以生長灌草的土質邊坡，逐步恢復河道及河岸自然狀態。在保障安全的前提下，生態型護岸技術逐步成熟。河流整治中，在工程措施之外，防洪理念也不斷發生轉變，從“抵御洪水”“控制洪水”和“管理洪水”到“與洪水共存”“還河流以空間”不斷變化，通過建設分洪道和降低河漫灘高程等措施予以實施。近年來又興起了“洪水風險管理”“流域綜合整治”等新江河治理模式，治理目標由過去以防洪為主逐漸轉變為防洪減災、水資源保障、改善環境及生態系統等多目標綜合整治。
1.2 城市防洪除澇
早期城市防洪除澇主要依靠建設大規模排水系統，如倫敦和巴黎的下水道系統已經有150多年歷史，然而這種措施難以適應城鎮化快速發展帶來的挑戰，為此西方國家在城市規劃和建設過程中逐步形成了低影響開發(LID)、海綿城市等理念，經過不斷探索形成了現今較完善的城市雨洪管理體系。
LID從美國最佳管理措施(BMP)發展而來，是指在城市開發建設過程中采用源頭削減、中途轉輸、末端調蓄等多種手段，通過滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術，實現城市良性水文循環，提高對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放能力，維持或恢復城市“海綿”功能。20世紀70年代首先在美國出現“雨水花園”設計理念，90年代在馬里蘭州喬治王子縣形成真正意義的雨水花園，并推出第一部LID設計技術規范，現在美國已進入系統化、規范化LID應用階段。類似的做法在其他國家不斷出現，澳大利亞“水敏感城市設計(WSUD)”、英國“可持續排水系統(SUDS)”、新西蘭“低影響城市設計和開發(LIUDD)”等均強調在城市建設中充分考慮雨水資源利用與城市防洪除澇相結合，運用生態方法改善雨水系統條件，在源頭上避免雨水的匯聚，全面、持久地提升城市的防洪排澇效能。
2 水資源開發利用與節約
2.1 水資源開發利用
隨著水利工程技術、混凝土筑壩技術的發展，在水資源相對豐沛地區，西方國家早期一般采取“以需定供”的原則，通過修建大量工程來加強對水資源的控制和調蓄，以滿足經濟社會對水資源的需求。然而，這些措施在不斷提高水資源保障能力的同時，帶來了一系列生態問題: 河流的連通性受到阻隔，無限制的水資源開發導致一些河流斷流萎縮。這些嚴重的問題促使人們進行反思，逐步提出了“水資源可利用量”和“環境流量”概念，進而以此為基礎，大力加強需水管理。
早期出現的“水資源”概念過于寬泛，經過多年演進，國外水資源可利用量定義基本涵蓋了經濟與經濟、生態環境需水量、工程措施、水權和回歸水等要素，是指在保護生態環境且經濟技術合理的前提下，在水資源總量中可供人類凈消耗的那部分按水權配置的水資源量。隨著各國對水資源、水能需求的日益增加，激發了河流水資源開發利用、生物多樣性保護、維持生態系統完整性之間的矛盾。到1970年代末以水文學法為代表的環境流量研究與實踐迅速興起，至今在美國、澳大利亞、南非、歐洲等各國都有廣泛的應用。環境流量也稱生態流量等，目前尚無統一明確的定義，可指在用水矛盾突出且水量可以進行調度的河流、湖泊、沼澤等區域，為維持其正常生態系統及功能需要保留的水量。隨著人們逐漸認識到環境流量的重要性，環境流量的概念從最小生態需水量擴展到具有消長節律的動態值，提出用河道內環境流量來控制水資源、水能開發利用量和過程，維持河湖、濕地等淡水生態系統健康。
隨著一些國家意識到高用水量將無法實現水資源可持續利用，決定大力加強需水管理。需水管理旨在通過控制需水，避免水資源系統衰退，確保水資源持續利用，其核心是通過工程、技術、法律、經濟等多種手段強化節水和水循環利用，遏制供水量增長。美國從1978年開始實施需水管理策略，迅速收到了效果，1980年美國供水量達到頂峰后，逐漸回落并基本穩定在5600億立方米上下；加拿大、瑞典、荷蘭、日本，先后實施了需水管理措施，逐步實現供水安全，先后進入需水量零增長的過程。
2.2 水資源節約
在控制需水增長的同時，很多國家把節水作為一項重要的戰略性措施，農業、工業生產用水和城市生活用水等各個領域都推廣了大批先進、適用的節水技術，取得了顯著成效。工業節水通過改進節水工藝和設備，加強污水治理回用，提倡一水多用和少用，技術主要有提高間接冷卻水循環、逆流洗滌和各種高效洗滌技術、物料換熱技術，此外各種節水型生產工藝、無水生產工藝都在不斷發展和完善。采用節水型公共和家庭衛生設施設備是許多國家城市的節水重點。發達國家農業節水技術包括實施精確灌水、培育新的節水品種、工程措施節水、推廣節水灌溉新技術、推廣增墑保水技術和機械化旱地農等。此外，各國均把降低供水管網系統漏損水量作為供水企業主要任務之一。
在加強節水的同時，缺水國家和科技先進國家把大力發展非常規水源利用作為開源重要措施。許多沿海國家工業用水量的接近一半用海水代替淡水，日本、美國、意大利、法國、以色列等每年都大量直接利用海水。德國發展成為雨水收集利用最先進的國家之一。新加坡超過一半國土面積成雨水收集區，新生水技術開發和利用走在世界前列。發達國家還特別重視廢污水治理、排放和回收利用。以色列把再生水作為國家水量平衡的重要組成部分，廢污水經處理46%用于農業灌溉；澳大利亞的再生水利用在2001—2003年全國干旱時期發揮重大作用，在缺水地區一度成為不可替代的飲用水源。
3 農田灌溉
西方發達國家早期基本都經歷過開放式、無組織、無計劃的土地開發和無節制的大水漫灌階段，這導致了一系列嚴重的生態環境問題。如著名的“咸海危機”是由于在注入咸海的主要河流沿岸大量發展灌溉面積，導致注入咸海的水量急劇減少，咸海水位逐年降低，呈現始料不及的災難性生態后果。水資源短缺、土壤板結和荒漠化、土壤污染等問題促使人類開始轉變灌溉方式，不斷推進節水灌溉。到1970年代中期，澳大利亞、以色列、墨西哥、新西蘭、南非和美國等6個國家開始推廣滴灌，自動化灌溉普遍使用。以色列人提出“澆灌作物而不是澆灌土壤”的灌溉理念，目前以色列所有灌溉農田均采用滴灌和噴灌的高效節水灌溉技術。低壓節能是目前節水灌溉技術的發展方向，地下滴灌顯示出廣闊的發展前景。在源頭減少灌溉用水的同時，一些國家也加強了渠系防滲。一些發達國家的管道輸水灌溉技術應用十分廣泛，甚至有逐步代替田間地面渠道灌溉系統的趨勢。此外，優化配水、自動化配水灌溉技術在美國、日本、法國等國家應用較廣，起源于無土栽培的水肥一體化在近40多年里伴隨高效節水灌溉技術的發展在全世界迅猛發展。在加強節水的同時，美國、英國、德國、日本等國家將灌區生態健康作為重要目標，以避免對生態系統造成負面影響。
4 水生態保護與修復
面對日益嚴重的水生態環境問題，進入20世紀以來西方主要發達國家逐漸加強了水生態保護與修復，治理與修復的對象、手段、措施、范圍經歷了一個從點源向面源、從局部到流域、從工程到制度的不斷演化過程。在治理對象上，早期點源污染問題較為突出，水生態治理以控制點源污染為主，隨著點源污染逐步得到控制，非點源污染、洪泛平原污染沉積物等持久性的、相對難以察覺的和難以控制的污染成為主要問題。美國在控制非點源污染過程中，提出了“實施最佳管理實踐”(BMP)理念，并且認識到系統解決水生態問題的有效途徑是流域綜合管理。在治理手段和范圍上，隨著發達國家水污染問題逐步得到緩解，水生態系統載體—河湖濕地生態退化、結構和功能受損得到重視，治理重點逐步轉移到河流生態修復，并且從區域治理轉變到流域系統修復，從僅注重水環境改善轉變到兼顧河湖形態修復、水生動植物修復、棲息地保護、親水空間建設的人—水—自然關系全方位改善。韓國清溪川整治、萊茵河“2000年鮭魚計劃”、美國洛杉磯河修復、RushCreek流域生態恢復等，均體現出以保持河流生態系統生態整體性為目標，實現河流景觀與其周圍環境相和諧的流域尺度下河流生態修復理念和做法。
發達國家水生態系統保護與修復都是首先借助物理或化學手段進行水質治理，除源頭控污治污外，稀釋沖刷法、生態清淤和曝氣法是使用較早、收效明顯、廣為采用的改善水體水質技術。生態—生物法是國外近年來發展最快的方法，主要憑借自然修復能力自凈水體，其中有水生植物修復、生物調控、生物修復、生物膜等技術方法。目前整體發展趨勢逐漸演變成在流域尺度借助生態水利工程進行治理。
除河道整治措施外，目前國外河流生態修復技術主要有:通過建設低壩并設置魚道以及堤防拆除或后退等恢復河流縱向和橫向連續性、河流蜿蜒性恢復、河道岸坡生態防護、河流深槽和淺灘序列重建、洪泛區濕地特征創建、河流內棲息地結構加強(如遮蔽物、遮蔭、導流設施等)親水設施建設、河道浚挖泥土利用等。目前國外至少有幾十條河流已經進行或正在進行水庫生態調度實踐，其中美國數量上遠超過其他國家。
5 制度建設
伴隨著水生態治理的不斷深入，西方國家逐步意識到必須要通過制度建設，建立長效機制。隨著認識和探索的不斷深入，水生態保護與治理體制機制等制度建設經歷了從分散到集中、從松散到強化、從低級到高級、從政府到市場的轉變過程。
為改變由于長期以來采取分割式管理模式所帶來不同程度資源破壞與生態環境惡化問題，人們逐漸意識到，以流域為整體單元進行資源可持續開發利用、生態環境整治和社會經濟可持續發展統一規劃和綜合管理，才能達到人與自然和諧的可持續發展目標，推進流域綜合管理需要在政府、企業和公眾等共同參與下，應用行政、市場、法律手段，對流域內全面實行協調的、有計劃的、可持續的管理，促進流域公共福利最大化。
泰晤士河治理過程中有超過200多個管水單位合并，改變了以往水管理各環節之間相互牽制和重復勞動的局面，成立泰晤士河水務管理局(后為公司)，引入市場機制，向排污者收取排污費，并發展沿河旅游娛樂業，多渠道籌措資金。萊茵河流域各國認識到憑借自身力量無法解決跨界河流萊茵河問題，建立萊茵河保護國際合作治理機制，使得萊茵河成為目前世界上管理得最好的一條河，協調合作機制建立的基礎是各方參與者形成統一認知并致力于共同治理。同時，生態補償、水污染稅等經濟手段逐步出現，德國、法國、荷蘭等許多發達國家早已全面征收水污染稅，對向水域(包括地表水和地下水)直接或間接排放廢棄物、污染物和有毒物質的單位或個人征收水污染稅，并且效果十分明顯。美國、英國、澳大利亞等發達國家明確水權界定，開展水權交易，近年來引入水銀行，在加州等地成功實踐。
6 資源環境監測
監測工作是進行生態保護和修復的基礎性工作。西方國家環境監測大體上經歷了3個發展階段，早期以典型污染事故調查監測，逐步發展為以污染源監督性監測，到目前以環境質量監測為主。早期，由于無法明確環境污染事故發生的物理機制和引發原因，政府只能組織技術人員開展針對性的調查監測，查明起因。隨著環境保護相關法律的完善，企業排污被嚴格監控限制，極大地推動了污染源監測工作的進步。20世紀70年代以來，隨著西方國家對生態環境問題認識的不斷加深，監測工作的重點從對污染源監控轉移到對環境質量監控上來，同時隨著自動化技術的迅速發展和遙感技術、無線傳輸應用，使得對大區域環境質量系統監控成為現實，在線監測是未來發展方向，可以在極短時間內觀察到水體污染濃度變化，預測未來環境質量，實現污染的預警預報。西方國家努力提高流域水環境綜合管理技術、監控和預警技術以及綜合整治技術，以構建水資源合理開發、水污染控制和水環境改善的技術體系，從而達到有效改善流域水循環和水環境，治理流域水污染的目的。
近幾十年來，水生生物監測逐步開展。2000年出臺的《歐盟水框架指令》是歐盟各國開展水生態與生物監測提供操作標準和技術規范。生物完整性指標是目前水生態系統研究中應用最廣泛的指標之一，其研究對象從最初的魚類，發展到目前的底棲動物、浮游生物、附著生物等。
7 經驗與啟示
縱觀國外發達國家治水發展，普遍經歷了“先污染后治理”“先末端后前端”“先工程后制度”“先單一后系統”的歷程，從早期采用破壞自然的手段與技術，單純為滿足人類需求而興建防洪、供水、灌溉設施的治水理念，以不斷升級的水生態環境治理技術為手段，逐步把傳統水利建設各個領域與水生態保護修復緊密相連，將治水理念與可持續發展等生態理念相結合。國外發達國家在上述領域生態化進程中的主要做法和經驗，為中國提供了提供了重要啟示。
啟示一
治水理念轉變和技術生態化是相輔相成的長期過程。治水理念轉變引領技術發展，技術革新推動理念進步。以色列、新加坡自建國伊始就將水資源作為國家戰略資源管理，為貫徹理念大力發展水資源節約和高效利用技術，成為全球技術領先理念超前的節水大國。“低地之國”荷蘭持續創新技術，治水思想逐步從過去圍海造田、“人與水抗爭”轉向“人與洪水共存”和“還河流以空間”。澳大利亞長期重視河流環境流量，墨累—達令流域從19 世紀開始分水，關注墨累河干流下游有最低限度的水流，到21 世紀開展墨累河生命行動計劃改善河流健康狀況，政府從農民手中回購水權用于河流生態修復。美國開展水庫生態調度，實施環境流量管理需要較長的時間才能見到明顯實效，而長期生態環境調查和信息積累過程也為技術創新找到了突破口。泰晤士河從開始立法全面控制污染到水質恢復，百年間不斷完善優化治理措施，不斷調整思路，技術與理念相互促進，最終實現魚類重返。
啟示二
生態化的治水思路必須依靠系統化的保護和治理措施實現。水生態環境涉及因素眾多，情況復雜多變，決定了治水必須以流域為單元，采取系統綜合措施，協調多部門間利益關系，協調不同政府間沖突和矛盾，取得社會、經濟、生態效益的協調。以萊茵河治理為例，上萊茵河“河道倍增”恢復河流空間，“2000 年鮭魚計劃”加強排污企業管控、修復河流生態廊道、開展增殖放流以恢復生物多樣性，“歐盟水框架指令”從制度上約束開發行為，萊茵河保護國際合作治理機制協調各方行動致力于萊茵河生態修復。這些不同措施相互配合，多國不同部門相互協調，最終推動了萊茵河的系統治理。
啟示三
涉水基礎設施建設生態化是推進理念與技術生態化的重要抓手。美國芝加哥水環境治理、俄羅斯莫斯科河生態化治理等都是依托水系連通工程、發揮工程生態效益改善河流水環境的成功案例。萊茵河鮭魚歸來離不開對現有水壩增加魚道建設，伊菲茨海姆水電站就耗時3 年建造了當時歐洲最大的魚道，幫助鮭魚等洄游魚類重返家園。萊茵河、泰晤士河等污染嚴重河流治理的基礎是源頭控制，1859 年倫敦在泰晤士河南北兩岸修建污水支線管網并接入排污干渠，但是未經處理將污水轉移到海洋，19 世紀末以來倫敦建設了數百座小型污水處理廠，并最終合并為幾座大型污水處理廠。新加坡加冷河河道恢復和韓國清溪川整治均采用了生態化的治理工程措施。由于工程實施和裝備較為完善先進，發達國家對敏感區水生態環境的監測、對水資源和洪水的管理調度、對河湖環境流量的調控能力以及對受損河湖的修復能力等方面均達到了比較高的水平。
啟示四
營造良好的市場氛圍可以帶動治水技術創新的經濟動力。活躍的市場可以吸引資金流入與水相關的科研領域，通過政企合作可以將技術高效精準投入實施與運用，進一步開拓市場潛力，形成良性循環，而市場內競爭又激發公共機構和私人企業界緊密合作、優勢互補、最終雙方共贏，實現國家水生態環境良好保護和治理。如以色列和新加坡水資源節約利用、泰晤士河治理、歐盟《水框架指令》實施等實踐，均采用了一定的市場手段，有效推動了相關措施的實施。
啟示五
因地施策、因勢利導是治水理念與技術實現生態化的方式。不同地區、同一地區不同經濟社會發展階段的水問題不同、治理技術不同、經濟承受能力不同，需要針對不同階段特點，采取有針對性的措施。英國泰晤士河治理從早期修建管道隔離排污，到控制污染物排放，到采取流域綜合管理，到引入市場機制，有效的改善了泰晤士河水生態環境。澳大利亞墨累—達令流域生態用水保障也經歷了為保障河道最低流量進行分水，發展到水市場交易促進節水，到近期通過政府購買返回部分水權給河流。
啟示六
制度和文化建設是在理念轉變與技術發展的過程中起著關鍵作用。歐盟的《水框架指令》、新加坡的水文化建設等，都體現出制度和文化建設對于形成全社會合力共同推進水生態保護修復的重要性，用制度保護環境，用文化養成氛圍，使新理念傳播到大眾心中，使新技術發揮到細節之處。歐盟《水框架指令》是國際上流域綜合管理和保護水資源較為成功的典范，執行不力的羞恥感極力促進各成員國維護其生效和實施。新加坡政府使環境危機感變成了全民共同的憂患意識，強烈憂患意識成為新加坡環境保護的主要動力。
8 結語
隨著國際上對水生態環境重視程度加大，水生態保護地位愈加突出，從頂層設計到項目施工，從理念到技術都有了日新月異的變化。從各國防洪排澇、水資源開發利用與節約、農田灌溉、水生態保護與修復、制度建設、資源環境監測等方面的生態變化看，治水理念與技術生態化是伴隨著人類進步緩慢發展的，理念和技術是相互支撐的螺旋上升過程；生態化的治水思路必須依靠系統化措施實現；生態化的出發點和落腳點都在水利基礎設施上；市場可以促進生態化歷程的加快；生態化也需要結合當地實際情況，因地制宜；水生態相關的制度與文化也對推進治水理念和技術生態化具有重要影響。未來中國在治水思路與技術的生態化發展任重而道遠。
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