未來“水利5.0”構想及研究展望

引言

自新中國成立以來，我國水利發展取得了舉世矚目的偉大成就，經歷了多個發展階段，目前已發展成為世界水利大國，為國民經濟和社會發展作出了巨大貢獻。我國政府和科教界始終高度重視水利工作和水利發展布局。水利工作非常重要且涉及許多方面，是一個十分復雜的領域，其工作開展和問題研究都需要超前研判預測。因此，科學分析水利發展形勢、提早謀劃水利發展布局、精心做好水利發展工作，對于國民經濟和社會發展以及水利事業本身，都具有重要意義。

關于我國水利發展階段和未來水利發展布局的討論，學術界從未間斷過。筆者于2015年對我國水利發展階段進行過總結，介紹了部分學者的研究成果，闡述了關于“水利1.0”“水利2.0”“水利3.0”“水利4.0”的劃分方案，并提出了“水利4.0”構想。自2015年以來，許多學者對水利發展階段和未來趨勢進行了深入研究，取得了一些新認識和新成果。比如，鄧銘江等針對生態水利的討論，王建華等針對智慧水利的討論，王亞華對我國水利發展新階段的討論，胡德勝等對我國水利事業發展階段的討論等。

在系統總結2015年以來相關研究成果和“水利4.0”發展過程基礎上，考慮人水關系演變趨勢和未來水利發展戰略需求，本文進一步研判未來“水利5.0”發展情形。

“水利4.0”提出以來的發展回顧

1.“水利4.0”的提出

2015年，筆者在《中國水利發展階段及未來“水利4.0”戰略構想》一文中，闡述了新中國水利發展階段劃分方案，提出了中國未來“水利4.0”構想。其主要內容是：把新中國成立以來的水利發展分為3個階段，分別為“水利1.0”（工程水利階段）、“水利2.0”（資源水利階段）、“水利3.0”（生態水利階段）；研判2021年之后進入“水利4.0”（智慧水利階段）。

當初研究的主要思路是：考慮水利工作的主導目標和治水思路，以最具代表性的水利類型來命名水利發展階段。1949—1999年，水利工作的重心是“建設工程，發展經濟”，因此定義為工程水利階段（“水利1.0”）；2000—2012年，更重視水的資源屬性，以保護水資源、走人水和諧之路為水利發展目標，因此定義為資源水利階段（“水利2.0”）；2013—2020年（2020年為筆者推斷的時間節點），我國步入生態文明建設新時代，強調以建設生態文明為目標的水利建設，因此定義為生態水利階段（“水利3.0”）。

筆者在2015年作出研判：“水利4.0”應該為智慧水利階段，時間上預計在2021年之后。該階段的特點是：以豐富的水利經驗為基礎，充分利用信息通信技術和網絡空間虛擬技術，使傳統水利向智能化轉型。這一研判是受“工業4.0”思路啟發，伴隨著新一代信息技術的興起和廣泛應用，智慧化時代已經到來并深入各個領域，當然包括水利領域。智慧化技術在水利領域具有廣闊的應用舞臺，包括智慧監測、智慧模擬、智慧決策、智慧工程、智慧服務、智慧管理等?？梢哉f智慧化業務會逐步深入水利工作的每一個角落。

2.對十年前“水利4.0”研判結果的評述

自2015年提出水利發展3個階段劃分方案和“水利4.0”構想之后，筆者在多次學術交流活動中介紹這一思想成果，得到大多數學者認可，并有很多學者和單位采納和應用。

2015—2020年間，水利部門及相關科技工作者在完成生態水利階段重點任務的同時，也在水利信息化建設和智慧化技術應用等方面做出了巨大努力，“水利4.0”（智慧水利階段）形勢初顯。

2021年至今又過去近五年，實踐證明，2015年的研判結論是正確的。2021年進入“水利4.0”（智慧水利階段）的標志性事件有：①開啟國家水網建設工作。2021年1月25日，全國水利工作會議提出以國家水網建設為核心，系統實施水利工程補短板；2021年5月14日，習近平總書記在推進南水北調后續工程高質量發展座談會上提出，加快構建國家水網主骨架和大動脈。②開啟數字孿生流域建設工作。2021年12月，水利部召開推進數字孿生流域建設工作會議；2022年2月，水利部組織開展數字孿生流域建設先行先試，7月，水利部完成“十四五”七大江河數字孿生流域建設方案。

自2021年以來，部署開展智慧水利有關工作一直是水利部門的工作重點。根據這項工作的難度和水利發展目標，考慮國家智慧化建設需求，現階段智慧水利工作將依然會持續一段時間，預計會延續到2035年。

3.智慧水利階段的重點方向總結

2015年在《中國水利發展階段及未來“水利4.0”戰略構想》一文中研判智慧水利階段的重點研究方向是智慧水利支撐基礎、技術集成及服務體系，并闡述了4個方面的研究要點?？偨Y2015年以來十年間的相關研究工作，可以看出：

①2015—2020年間，水利部門及相關科技工作者把工作重心集中在水利工作智能化、水系統精準監測及大數據高效傳輸與存儲、復雜水系統模擬、水資源優化配置、智能水決策和水調度等方面，與筆者提出的需要在2015—2020年間為“水利4.0”做準備的內容基本一致。

②2021年以來，在全面建設社會主義現代化國家的背景下，我國政府作出了一系列重大治水部署，包括國家水網建設、數字孿生水利建設、水旱災害防御、河湖生態環境復蘇、水資源剛性約束制度實施、水利智能業務應用等。這些內容與筆者提出的“水利4.0”水利科技重點研究方向高度契合。

③水利部提出完善“天空地水工”一體化監測感知體系，為水系統快速監測與信息通信技術應用奠定基礎；數字孿生流域建設，為水利大數據傳輸與存儲技術、網絡空間虛擬技術應用奠定基礎；數字孿生水網和數字孿生工程建設，為智能水決策和水調度快速生成與執行系統建設提供硬件支持；水旱災害防御體系建設與水資源剛性約束制度體系建設，需要耦合集成水系統模擬、水資源高效利用、水環境保護、水資源實時調度、防洪抗旱減災指揮等各類模型，為智慧水利“大腦中樞”建設奠定基礎；水利智能業務應用工作，是構建智慧水利“決策與服務體系”的基礎工作。這些工作都與智慧水利階段目標和研究方向一致。

“水利5.0”研判與構想

1.“水利5.0”的提出及緣由

以2021年代表性事件開啟“國家水網建設工作”“數字孿生流域建設工作”為起點，我國水利發展進入“水利4.0”（智慧水利階段）。2015年，筆者研判“水利4.0”時間預計在2021—2050年，但本文考慮到水利工作重心的變化以及國家智慧化建設投入的加大，并結合國家對“碳達峰、碳中和”目標和中國式現代化建設目標的預期，將推測的2021—2050年時段進行細化和細微調整，即2021—2035年為“水利4.0”，2036—2060年為“水利5.0”。根據目前的水利發展趨勢，預計到2035年基本建成智慧化的水利體系，即“天空地水工”一體化水利監測感知體系基本建成，數字孿生流域基本成型，國家水網建設規劃綱要基本完成，水旱災害防御體系達到建設目標，水資源剛性約束制度基本得到有效落實，水利智能業務應用工作基本能滿足使用要求等。

受“人類命運共同體”“人與自然和諧共生”思想啟發，考慮人水關系演變趨勢，特別是考慮到追求人水和諧目標的初衷和意志始終未變，筆者認為下一個水利發展階段（“水利5.0”）應該為共生水利階段，時間上預計在2036—2060年。該階段的特點是：以比較完善的水工程建設、生態水利建設、智慧技術應用為基礎，以人水關系和諧共生為基本水情，開展綜合性“大水利”工作。

提出“水利5.0”框架，緣由主要有以下4個方面。

①人水關系演變進入共生水利階段。基于人水關系學理論，從人水關系演變趨勢來分析，“水利1.0”（工程水利階段）是以大規模開發水資源為主要特征，表現為“人為開發為主”的人水關系；“水利2.0”（資源水利階段）是以保護水資源、實現水資源可持續利用為主要特征，表現為“開發與保護水資源相協調為主”的人水關系；“水利3.0”（生態水利階段）是以保護水生態、實現生態文明建設為主要特征，表現為“以保護生態為主導”的人水關系；“水利4.0”（智慧水利階段）是以智慧化技術應用、促進水利發展為主要特征，表現為“智慧化技術應用為主要驅動力”的人水關系。隨著人水關系演變，必將進入人與水和諧共生階段，該階段將以人水關系和諧共生為主要特征，表現為“和諧共生”的人水關系。

②邁進“水利5.0”的基礎已基本形成。從“水利1.0”（工程水利階段）、“水利2.0”（資源水利階段）、“水利3.0”（生態水利階段）到“水利4.0”（智慧水利階段），通過不斷遞進式發展，完成了水工程建設、生態水利建設、智慧化工程建設，為進入人與自然和諧共生的新時代奠定了很好的水利基礎。

③實現人水關系和諧共生是水利發展追求的目標。2017年10月，黨的十九大報告提出：“堅持人與自然和諧共生”，“我們要建設的現代化是人與自然和諧共生的現代化”；2022年10月，黨的二十大報告提出：“推動綠色發展，促進人與自然和諧共生”，“中國式現代化是人與自然和諧共生的現代化”。實現人水關系和諧共生目標，是人與自然和諧共生思想在水利事業中的重要體現。

④形成綜合性“大水利”的時機已經成熟。江河流域治理需要戰略思維、系統思維。解決水問題不是一個部門、一個學科、一個地區所能完成的，需要綜合應對，水利部門的職能需要擴展，需要逐步形成人水關系和諧共生涉及相關領域的“大水利”。

需要補充說明的是，從“水利1.0”到“水利5.0”是有重疊的遞進關系，不是線性疊加，可能是融合、跨越甚至可能出現迂回的遞進?！八?.0”是在前面各階段基礎上的遞進關系，并非完全取代“水利4.0”，而是以“水利4.0”為基礎進行范式升華，智慧水利仍是“水利5.0”的重要基礎內容，但該階段已表現為以人水關系和諧共生為主要特征。

2.“水利5.0”框架描述

從21世紀初開始，就為“水利5.0”做了前期準備。2001年開始使用“人水和諧”一詞，2004年“中國水周”活動的主題為“人水和諧”，這時已經把人水和諧思想引進到治水實踐中。2005年國家提出“構建和諧社會”的部署，“人水和諧”成為當時治水工作的核心內容。大約從2005年起我國學者開始了人水和諧理論與實踐研究工作，取得了一系列理論和應用研究成果，直到目前我國治水始終堅持人水和諧思想。2017年10月，黨的十九大報告提出：“堅持人與自然和諧共生”。人水和諧是人與自然和諧共生的重要組成部分，人水和諧論研究成果也為人與自然和諧共生思想的形成奠定了基礎。從該角度看，多年前就開始了共生水利的前期準備，至少從2001年起，“水利2.0”（資源水利階段）和“水利3.0”（生態水利階段）都已把人水和諧、人與自然和諧共生作為治水的重要指導思想。即使到2021年進入以“智慧水利”為主的“水利4.0”，也同樣有大量的人水和諧、人與自然和諧共生的討論、研究、技術準備等工作。2035年之前是“水利5.0”的準備階段，預計到2036年起進入共生水利階段。下圖展示了“水利5.0”的框架和重點研究方向，筆者對這一階段的輪廓框架描述如下。

“水利5.0”（共生水利階段）框架與重點研究方向

①形成水利相關的多層面和諧共生局面。包括全球-國家-流域-區域多層級、人與自然關系、人水關系、水資源-經濟社會-生態環境多系統以及多部門、多學科等和諧共生局面。共生水利的具體表現內容有：人水系統命運共同體、人與自然和諧共生、人水和諧共生、經濟社會與生態用水和諧共生、經濟社會各部門用水和諧共生、多水源多過程供水和諧共生、與水相關的多部門和諧共生、涉水研究的自然科學與社會科學共生、理論-技術-工程-投資-制度-監控-管理-文化多體系共生。

②達到水利有效支撐人與自然和諧共生。生態文明建設取得顯著成效，流域綠色發展步入正軌，碳達峰目標已經實現，正積極走向碳中和目標，形成以高效節水節能為代表的現代化農業和工業產業結構，智慧化技術逐步普及生產生活的各個方面。

③建成比較完善的水利硬件支撐體系。包括國家水網、數字孿生流域、水旱災害防御、河湖生態環境復蘇、水利智能業務應用、智慧水利基礎平臺等建設工作基本完成。后續工程建設主要針對特大型工程建設、水利補短板工程建設、已建工程的維護與提質改造。

④實現江河流域的系統治理、綜合治理。江河流域治理的關鍵是處理好復雜的人水關系。需要站在人水關系學高度認識具體問題，基于人水關系多學科交叉研究難點問題，以人水關系全系統調控制定解決對策，真正實現江河流域的系統治理、綜合治理。已經建成集水資源高效利用、水環境保護、水安全保障、水市場建設、水法律政策制度建設、水文化傳承弘揚為一體的系統治理體系。

⑤形成“大水利”行政與科技教育體系。形成全社會節水型社會和生態文明文化倫理形態，水文化傳承與弘揚極大促進人與自然和諧共生的現代化建設。形成綜合處理水問題的多部門融合的“大水利”行政管理體系、多學科交叉“大水利”學科體系，培養具有多學科視野、文理交叉的綜合素質人才。形成水利工程、生態工程、人工智能、信息技術、系統科學、社會學、經濟學等學科交叉的綜合研究平臺，重點突破跨學科復雜技術。

3.“水利5.0”到來前的應有準備

根據以上分析，大約于2036年步入“水利5.0”，從2025年到2035年的十年間，應積極為迎接“水利5.0”做準備，主要表現在以下幾方面。

①思想準備。隨著我國水利事業的發展，已從工程水利、資源水利階段發展到生態水利、智慧水利階段，基本上達成了水利工程支撐經濟社會發展的格局和需求。未來共生水利工作趨于綜合，與其他行業的界限趨于模糊，不可能“就水利論水利”，會擴展水利工作范疇，步入“大水利”發展態勢。這一趨勢對傳統水利人的心理提出挑戰，需要積極調整心態，做好思想準備。

②行政準備。如上所述，共生水利表現為多層面和諧共生，不斷走向涉水多部門、多學科、多系統和諧共生局面，目前的水利行政隸屬關系和管理體系將進行必要調整，向工作內容綜合性、行政管理綜合性轉變。因此要做好準備迎接涉水工作內容綜合性改革或形成“大水利”行政管理體系。

③工程準備。在2025—2035年期間，要盡快完成大江大河治理、國家水網、水旱災害防御、河湖生態環境復蘇、農田水利等工程建設，做好進入共生水利階段的工程準備。同時，要把傳統水利工程規劃設計與建設隊伍的層次提升，形成高層次、復合型人才團隊和建設隊伍，提早謀劃向“一帶一路”國家進行勞動力、科技、裝備和產能的輸送。

④技術準備。在近幾年主要研究生態水利、智慧水利相關技術的同時，還要積極做好共生水利相關的理論方法和關鍵技術研究，作為進入“水利5.0”的技術儲備。最近幾年應重點研究人與自然和諧共生關鍵技術、江河流域系統治理和綜合治理、生態產品價值實現與水經濟水產業水市場構建、水資源剛性約束制度落實、“四水四定”關鍵技術研發等。

⑤教育準備。水問題的解決不是一個學科可以完成的，需要多學科從不同視角、不同理論、不同思維去關注和研究水的特征或人水關系問題；需要形成研究水問題的綜合性交叉學科體系，比如人水關系學。水利工程專業不能僅僅針對傳統的水利工作，更需要關注新興學科、多學科交叉學科，或者發展成為一個關于水的由多個學科組成的大學科群。因此，在專業調整、人才培養、學科建設等方面需要為“水利5.0”做好準備。

“水利5.0”科技重點研究方向展望

為了支撐“水利5.0”（共生水利階段）的工作，需展望2035年之后水利科技重點研究方向及具體研究要點。重點研究方向可歸結為共生水利基礎理論、技術集成與服務體系，分理論方法、技術研發、工程建設、運行管理4個方向，具體研究要點包括：

①和諧共生水利理論體系與方法體系研究。包括：和諧共生理論、人水和諧論、水資源節約-綠色低碳-高質量發展理論方法、水資源與經濟社會發展和諧調控理論方法等。

②人水關系和諧共生技術研發及應用研究。包括：人水關系耦合與協調、水土資源匹配優化配置、山水林田湖草沙協同治理和流域綜合管理、水-能源-糧食-生態-“雙碳”目標協同調控、水沙調控-水資源利用-災害防治-生態保護綜合治理等技術與應用。

③生態水利規劃建設管理關鍵技術與應用研究。包括：基于生態安全的水資源合理分配與調度、水利工程優化布局與規劃建設、水資源保護與河湖生態環境復蘇等。

④水利領域智慧技術集成研發與服務體系研究。包括：“天空地水工”一體化監測、分布式人水關系模擬、智慧水決策與服務體系等。

⑤面向人水關系和諧共生的水利工程技術研究。包括：面向人水關系和諧共生的水利工程規劃、考慮生態效益的綠色水利設計、生態施工技術應用、高效與可持續水利工程運行、水工程高質量維護與升級改造等。

⑥“大水利”發展的政策制度與運行管理研究。包括：適應共生水利階段“大水利”發展的政策制度、氣候變化與人類活動-水平衡轉移-生態系統綜合監測與控制、適應“大水利”發展的行政管理改革、智慧水系統決策與調度平臺、水文化傳承創新與體系建設、“大水利”學科專業改革與人才培養體系建設等。

結語

筆者在2015年提出“水利4.0”基礎上，總結10年來（2015—2025年）水利發展形勢，基于人水關系學理論，考慮水利工作重心的變化以及數字中國建設投入的擴大，并結合國家對“碳達峰、碳中和”目標和中國式現代化建設目標的預期，對未來水利發展再次進行研判，提出“水利5.0”構想，推測“水利4.0”（智慧水利階段）將持續到2035年，“水利5.0”（共生水利階段）大約始于2036年。同時提出“水利5.0”的輪廓框架和重點研究方向，以及此前應做好的諸項準備，可為水利戰略布局和水利科技發展預測提供參考。

本文僅僅是筆者基于發展趨勢分析，對未來水利發展階段的探討和預判，結論不一定準確，也難以給出十分確鑿的理由，結論僅供參考。盡管如此，科技預測工作意義重大，可能會指引未來幾十年的工作方向，面向未來發展需求提早準備、提早布局，更有利于與未來快速發展相銜接。期待與同行們共同討論。

Abstract: Water conservancy is an important support and fundamental guarantee for national economic and social development. Scientifically assessing the future development trends of water conservancy and preparing to meet new challenges and historical missions are of great significance. On the basis of reviewing “water conservancy 4.0”, the conception of “water conservancy 5.0” is proposed, with a preliminary judgment that “water conservancy 5.0” will be the stage of symbiotic water conservancy during 2036-2060. Its main characteristics are: relying on relatively sound water engineering construction, ecological water conservancy construction, and intelligent technology application, and taking the harmonious symbiosis of human-water relationship as the fundamental water situation, to carry out comprehensive “grand water conservancy” work. The reasons for proposing “water conservancy 5.0” are explained, and the framework of “water conservancy 5.0” is described, namely that at this stage a multi-dimensional harmonious symbiosis of water conservancy, a relatively well-developed supporting system, and a harmonious symbiosis development pattern should have been formed. Preparations to be initiated in the decade before its arrival (2025-2035) are planned in advance, including ideological, administrative, engineering, technological, and educational readiness. Finally, the key research directions of the “water conservancy 5.0” stage (2036-2060) are briefly predicted in six aspects: theory and methodology, technological research and development, ecological construction, intelligent services, engineering construction, and operational management, providing a reference for the strategic layout of water conservancy and the prediction of water science and technology development.

Keywords“water conservancy 5.0”; strategic conception; symbiotic water conservancy; harmonious symbiosis between human and nature; human-water relationship discipline; water science and technology; smart water conservancy

本文引用格式：

左其亭未來“水利5.0”構想及研究展望[J].中國水利，2025（19）：14-19.

封面供圖湖州市水利局

責編董林玥

校對｜呂彩霞

審核王慧

監制楊軼

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