水利是农业的命脉、国民经济的基础、生态文明的保障。水资源有效利用和保护是人类社会赖以生存和经济发展的基础。随着社会经济的发展，包括防洪安全、供水安全、粮食安全、生态安全、水污染防治在内的水资源安全问题日益成为关系我国可持续发展和国家安全的战略性问题。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》把发展能源、水资源以及环境保护技术放在优先位置。进入21世纪，中国水安全形势尤为严峻，已经成为我国社会经济可持续发展的重要制约因素。

我国水安全问题新老交织，突出表现在水资源短缺严重、水污染问题突出、水灾害威胁加重、水生态退化严重等方面。从技术层面来看，存在以下四个方面的挑战。

一、 全球气候变化与社会经济快速发展下的水资源安全

我国水资源严重短缺。我国水资源总量2.8万亿m³，占全球总量6%，可利用水资源量仅8140亿m³。我国人均水资源量为全球人均的28%，人均年用水量为全球人均的75%。我国当前年用水总量6200亿m³，农田灌溉用水量占55%，高于发达国家的40%；单方灌溉水粮食产量仅1.1kg/m³，低于发达国家的2.5~3.0kg/m³；灌溉水有效利用系数仅为0.5，低于发达国家的0.7~0.8。

我国水资源时空分布极不均匀。在空间分布上，占耕地70%的北方仅占有全国水资源的16%；在时间分布上，汛期4个月水量占全年水量的60~80%。在农业用水上，南方地区占其总用水量的51%，北方地区占其总用水量的74%，其中西北地区占其总用水量的90%以上。

我国水资源未来供需矛盾愈加突出，变化趋势具有很大的不确定性。近30年来，由于气候变化及水资源的过度开发利用，我国北方黄、海、淮三大流域的河川径流量呈下降趋势，减少约15~40%，未来的变化仍具有很大不确定性。据联合国世界水发展报告，2025年我国北方将面临物理性缺水的严重压力。随着我国向“两个100年”宏伟目标的稳步迈进，在农业年用水量3700亿m3基本保持不变的条件下，我国工业用水、生态用水和人民生活用水量都将大幅增加，水资源供需矛盾将越来越突出。

二、泥沙与生态环境剧变下的河流-湖泊-近海水系安全

我国河湖水系泥沙与生态环境问题突显。河湖水系是水沙输移的通道和水生态的载体，水沙输移等物质通量平衡，维持着河湖的正常功能。由于水资源过度消耗、工农业发展和城镇化引起的过度排放、以及坝库拦截泥沙等人类活动影响以及气候变化因素，我国河流-湖泊-近海的物质通量发生了巨大变化，河流梯级化明显，已经出现泥沙与生态环境的系列问题。

我国河、湖、湿地大幅减少，功能衰减，污染严重。按全国水利普查公报（2013），流域面积100km²以上的河流总数2.3万条，与上世纪中叶相比已大幅度减少。由于泥沙淤积，有近1/2河流功能衰减、1/3河流淤积萎缩。河流、湖泊、水库、地下水污染问题仍然严峻。黄、海、淮、辽四大流域仍有40~60%的河段水质属Ⅳ-Ⅴ与劣Ⅴ类，重点湖泊富营养化比例占25%。近30年来，由于梯级水库的拦截与水土保持的作用，黄河、长江的来沙量逐年减少，河口海岸开始退蚀，生态系统受到影响。长江下游控制站大通站2003~2011年平均年输沙量是1951~2011年平均年输沙量37%；长江口底栖生物种类2010年比1980年减少80%，生物量减少58%。导致上述问题的原因主要是水资源过度消耗，工农业发展使水体污染，坝库拦截泥沙等人类活动影响以及气候变化因素。

三、严酷自然条件下的高坝水库群安全

我国水电能源储量居世界首位。我国水电装机已有300GW，占电力总装机的22.7%，仍有约45%水电资源正在或有待开发。截止到2010年，我国已建在建坝高30m以上大坝5564座，发挥了防洪、发电、灌溉、供水、航运等巨大作用。在“科学-绿色-低碳”能源战略和风、光、水调峰补偿功能等保障能源安全的战略部署下，预计到2050年，我国在西南诸河流域仍将新增水电装机270GW。

驱动我国水电能源继续较快开发的因素：一是我国的“科学-绿色-低碳”能源战略要求逐渐减少对占70%的化石能源的依赖，以缓解环境-生态的压力；二是CO2等温室气体减排的迫切需求，我国目前的CO₂排放量已超过90亿t，减排压力巨大；三是大规模风电、太阳能发电并网和水电（包括抽水蓄能发电）的调峰补偿功能要求水电加快发展；四是中小型水电对三农的支撑作用。因此，我国在2020年前预计新增装机约100GW，集中于西南诸河流域和黄河上游；2020-2030年内有90GW，集中于西南诸河上游；2030-2050年有80GW，集中于西藏与云南两地。

由于水电能源开发需要修建一系列梯级高坝水电站，且集中在我国西南西北地区。该区自然条件极其复杂严酷，因此高坝水电站长期运行安全是重大关键问题。超强地震、超标洪水及特大地质灾害等因素，威胁高坝水电站长期安全运行，甚至诱发高坝失事、危害下游人民生命财产安全。在大坝安全史上，1959年法国Malpasset拱坝坝基失稳溃坝，造成巨大损失；1975年我国板桥水库、石漫滩水库溃坝，造成巨大灾难。我国高坝梯级水电站建设主要集中的西南地区，自然条件复杂而严酷。坝址处于地震高烈度区，一般设防烈度8~9度以上；地质条件复杂，地下电站规模巨大；坝高达300m级，库容达几十亿至百亿m³；设计洪水流量达2~5万m³/s，泄洪能量集中，消能难度大。我国300m级高坝水库群安全需要切实保障。

四、水旱灾害频繁发生下的公共安全

受极端气候条件影响，我国水旱灾害频繁发生。归纳起来，水旱五大灾害包括：(1) 江河洪水，主要发生于沿江平原区；(2) 城市洪涝，集中于大中城市区；(3) 山洪与滑坡泥石流，主要集中于山地丘陵区；(4) 沿海风暴潮，主要集中于沿海地区；(5) 干旱，遍及全国各区。

水旱灾害带来重大人员伤亡与巨大经济损失，如上世纪洪涝灾害年平均死亡人数达4000人以上，本世纪降为1400人，但直接经济损失仍占GDP的0.64%；中小河流与山洪泥石流灾害也极其严重，其经济损失占洪涝灾害的80%，死亡人数占洪涝灾害的76%；此外近年来一个大的特点是城市洪涝灾害增加，从2006年以来，每年遭受城市洪涝灾害的县级以上城市超过100个。

近来来，北京、重庆、天津、武汉、杭州、成都、南京、广州、深圳等大城市都发生过大的洪涝灾害，其原因可能与城市化导致区域气候环境变化引起所谓孤岛热效应——使暴雨频率增大，城镇化导致地表硬化—入渗减少，以及各大城市原有防洪设施标准偏低等有关。

风暴潮对沿海的威胁也很严重，仅2012年17个省、753个县受灾经济损失达650亿元。此外，我国有71%的干旱县、干旱年均损失为1500亿元。

本世纪以来的重大旱灾包括2000、2001年的全国大旱，2006年川渝大旱、2009年北方大旱、2010年西南五省特大旱，2011年北方、长江中下游大旱等。

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本文由刘四旦摘编自国家自然科学基金委员会、中国科学院编《中国学科发展战略·水利科学与工程》一书“综论”，有删减，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-047110-9

以《国家中长期科学和技术发展规划纲要》为基础，突出水利科学自身发展规律和特点，兼顾近期进展和未来展望、传统学科与新兴学科的交叉趋势和发展方向，重视国家重大需求与科学前沿的统一，强调变化自然环境条件下应用与基础研究的前瞻性，形成内容丰富、观点鲜明、前瞻性、指导性强的研究报告，起到指导把握学科方向，引导研究选题，为科研管理部门提供重要的咨询意见的重要作用。具体包括：（1）通过对水利学科发展战略研究，对其未来发展方向和趋势做出科学的判断和预测；（2）指导学术界和科研机构把握学科发展方向；（3）为科研管理部门决策提供咨询意见；（4）引导科研人员选择前沿课题和围绕国家重大需求开展创新研究。

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