中国岩溶区水资源与环境可持续发展的策略与技术

郭纯青 邓欢
(桂林工学院资环系，桂林541004)

1 引言

　　我们必须认识到地球的承载力是有限的。人类社会与地球的各层圈之间在一定程度上应处于协调发展。当今世界各国工业化进程给环境带来巨大的压力，局部地区（特别是岩溶地区）已大大超过环境的承载力，从而引发了水资源危机和环境灾难。可持续发展的核心是人与地球安全、协调、共容、共生。

2 中国岩溶区水资源与环境可持续发展的主题

　　岩溶地域水资源丰富，但生态脆弱，环境大多恶劣，为具有一定特殊性的人类生存区。中国岩溶地域面积约344×104km2（含埋藏在非可溶岩之下者）；按碳酸盐岩地层出露的面积计，为206×104km2；按碳酸盐岩出露面积计，有90.7×104km2；后者为急待开发治理的重要国土单元。
　　岩溶地区是一种适于水资源开发的区域。由于岩溶地区地表地下多具双层或多重结构，有成土条件差，水资源漏失，水土分离，土壤瘠薄，地质灾害与污染易发、多发等特点。早在1983年5月美国科学促进会年会，已正式把岩溶环境列为与沙漠边缘地区一样的脆弱环境，并引起各国政府和环境科学家的重视。
　　因封闭性、民俗性，难达性、脆弱性和边远性，岩溶地区最贫困地区是裸露型（半裸露型）岩溶石山区，也就是基岩大面积裸露的峰丛洼地区。中国西南岩溶石山区，岩溶强烈发育，地表水缺失，地下水快速流失；因生态失调，这里缺土、缺水、缺柴、缺粮、缺钱、戏称为金、木、水、火、土五行具缺，是人类生存环境十分困难的地方。在自然条件下，岩溶石山区大多是生物多样性较丰富，"水-土系统"十分脆弱的地区；由于地区经济、文化相对落后，环境保护和建设工作薄弱，人类经济、社会活动造成的环境恶化、水土流失、生态退化现象日益突出。
　　因此，中国岩溶地区水资源与可持续发展的主题是：
　　2.1 在研究岩溶地区水资源与环境的自然脆弱性和承灾易损性与人类各项活动破坏强度大和制约程度高的基础上，把握系统功能不守恒定律，选择不同尺度（大尺度思辨、研究，对比，小尺度调查、实验、建模）；确定岩溶地区水资源与环境可持续发展的理论模式；提出岩溶多重介质环境的概念。
　　2.2 规范人类各项社会活动的行为，加强水资源危机和岩溶灾害应急及应急系统工程的研究，加强安全文化体系的建设（含环境文化、生态文化、资源文化、绿色文化等）；以人类为主体，以地球四圈为主要对象，以"人地系统"为重心，致力于自然科学、社会科学、人文科学等多学科的相交、相融、相成，研究和探讨岩溶地区面临的水资源与环境等方面的重大安全问题。
　　2.3 探寻岩溶水资源合理开发利用的指标体系及实施方法（含水资源科学及其方法论体系和技术预警体系等），落实生态环境保护建设和减灾、防灾、无害的奋斗目标。
　　2.4 岩溶地区（特别是岩溶石山区）性质独特，地球系统科学机理深奥，是水资源利用、环境保护问题复杂而深刻的典型。对其研究应从其"水-土系统"脆弱性和承灾易损性入手，量化脆弱度和承灾力；系统思辨，实践致知，发展为本；拓宽岩溶地区水资源与环境开发与保护的内涵。

3 中国岩溶区水资源与环境可持续发展研究工作的思路和特点

　　中国岩溶区水资源与环境可持续发展研究工作的思路和特点是综罗百科，广博微精。研究从宏观、中观、微观三个层次进行。针对以往研究工作的薄弱环节，强调向六个方面的转化和深入研究。
　　3.1 在宏观层次上，对中国岩溶地区水资源与环境可持续发展的研究主要表现为整体化、高度数学化和近代高新技术应用一体化，以大尺度范围强化研究的抽象性、普遍性、特殊性和统一性。
　　3.2 从定性研究向定量转化和深入。对岩溶水的"源"（补给域、补给量和补给方式）、"流"（岩溶水的有机循环与无机循环）、"场"（钙通量转移与岩溶空隙的建造与改造及水化学、水动力和水温度场的分布）、"蓄"（水资源生成条件、转换过程和岩溶空隙空间体）、"排"（泉流、地下河流、潜流、人工开采等）加强定量分析，取得准确、可靠的资源数据和环境资料和信息。
　　3.3 在中观层次上，从静态研究向动态研究转化与深入。加长时间序列，长期定位监测及RS图像资料解译，分析水资源动态变化，圈定水资源富集区；研究区域主要含水层系统类型，水资源量与质的转化，环境质量和灾变的动态过程。
　　3.4 在微观层次上，加强室内室外模拟、实验、分析。对岩溶介质空隙空间形态、组构类型、其内水流运移机理及岩溶化过程中生物物理化学等作用的临界转换与合成的时空界面进行重点研究。
　　3.5 从单一学科研究向综合集成研究转化和深入。在岩溶地区内，对涉及水资源与环境相关的难点和疑点问题，要进行多学科联合攻关，综合集成研究论证。
　　3.6 从地域研究向地球系统（全球变化）相联系上转化和深入。从整体上研究岩溶系统周界形成演化、水资源产生与消耗、环境变迁和特有的岩溶含水层系统对全球变化的影响和响应。
　　为此，水资源与环境可持续发展应将地球系统科学作为规划与对策的科学基础，从满足其可持续发展面临的紧迫问题和远期战略两大方面着手进行当前任务和基础理论研究。其特点是：
　　3.6.1 岩溶地区水资源与环境可持续发展的核心是人与地球岩溶地区相容共生。在指导思想上，要全面改变科学研究相当一个时期存在的偏重追随模仿的倾向，加强自主创新意识，化被动为主动。
　　3.6.2 以地球系统科学为理论指导，在继承传统研究方法的基础上，将系统科学和探索复杂性的非线性科学理论有机地结合起来，充分发挥中国岩溶地域独特的优越条件，走具中国特色的岩溶水资源与环境可持续发展之路。
　　3.6.3 提倡岩溶水资源与环境科学研究与高新技术、新方法相融合，特别注意我国科学工作者提出的新技术、新方法和新理论的引用，加强自然科学之间、自然科学和社会科学之间的学科交叉，同时更要强调野外实地考监测与室内模拟实验、测试并重，宏观、中观、微观并重，不可偏废。

4 中国岩溶区水资源与环境可持续发展的重大理论与技术攻关课题

　　从系统的角度，我们认为应从以下7个方面来考虑中国岩溶区水资源与环境可持续发展的重大理论与技术攻关课题。
　　4.1 中国岩溶区水资源评估与合理开发。重点研究区内岩溶水资源的时空组合与分布关系、层次性和环境效应等，为水资源合理安全开发利用和配置与经济建设布局打下基础。
　　4.2 中国岩溶区水环境综合治理与保护。主要涉及旱涝灾害、生态恶化与石漠化、岩溶地面塌陷、城市污水和固体废弃物处理、水库渗漏和库区浸没灾害、岩体崩塌、地表地下水体污染与含水层除污治理、矿坑隧道水患、地面开裂、水资源衰竭及特殊地球化学环境下产生的水体危害等问题。
　　4.3 岩溶区域水资源可持续发展研究。包括对晋陕蒙能源基地、乌江渡水电站、红水河梯级开发，南水北调工程，六盘水煤炭基地，珠江流域开发与建设、长江流域经济带及城市供水等重要问题加以论述。
　　4.4 岩溶石山区"水-土系统"脆弱性防治与生态农业持续发展试验研究。含"水-土系统"脆弱性成因的理论模式、脆弱性和承灾易损性的因果关系与类型划分，生态农业的水资源与环境的生产力和恢复力、生态农业发展和利用战略等。
　　4.5 中国岩溶区水资源与环境可持续发展的安全文化体系建立。主要研究内容有：理论模式研究，指标体系及实施方法，水资源与安全文化建设等。
　　4.6 中国岩溶区水资源与环境基础信息系统的建立。主要包括有关水资源与环境指标体系数据库。
　　4.7 中国岩溶区水资源应急系统的确定与建立。该系统应包括水资源预测、应急人力、物力与技术储备，水资源危机处理与救护机制，有关理论、政策，实用技术方法研究四大部分。
　　针对中国岩溶区水资源与环境面临的重大科学问题，开展如下相应的，具有基础性、战略性、前瞻性、综合性的专题研究：
　　4.7.1 中国岩溶区水资源综合利用战略研究，
　　4.7.2 岩溶区地表地下水资源开发的地质环境效应，
　　4.7.3 复杂岩溶介质空隙空间体系水流运移的非线性理论与方法研究，
　　4.7.4 岩溶区流域水能资源开发及重大工程建设的环境效应，
　　4.7.5 岩溶地下河系时空分布定位、水资源开发与灾害防治，
　　4.7.6 岩溶区水资源类型划分，开发、利用集成规划理论研究，
　　4.7.7 岩溶区水资源与环境综合评价和防灾预测的"3S"技术，
　　4.7.8 岩溶石山区水文过程与水资源变化，
　　4.7.9 岩溶区水资源承载力评价指标体系，
　　4.7.10 岩溶区河流保护与管理，
　　4.7.11 岩溶水资源综合评价、管理与可持续发展方略，
　　4.7.12 岩溶区雨水集蓄、地表水拦蓄、地下水提蓄工程与环境效应。

5 结语

　　中国岩溶区水资源合理开发与环境有效保护是其可持续发展的根本。纵观古今中外地区发展史，不难发现，没有良好的水资源与环境的利用和保护的基础设施、政策和文化观念，就不可能有该地区的繁荣与持续发展，特别是在当代，地区水资源与环境合理利用、保护和建设的作用就更加重要。