中国水利学会

　　人类社会为了生存和发展的需要，采取各种措施，对自然界的水和水域进行控制和调配，以防治水旱灾害、开发利用和保护水资源。研究这类活动及其对象的技术理论和方法的知识体系称水利科学。用于控制和调配自然界的地表水和地下水，以达到除害兴利目的而修建的工程称水利工程。本综述报告所研究的“水利学科”的发展问题，涵盖了水利科学的主要内容，是对传统“水利工程学科”的拓展。

　　一、水利学科国内外发展状况

　　近年来，顺应国家对水利建设发展的战略需求，水利学科得到长足发展，取得了不少创新性和有发展前景的成果，如：基于人类活动影响的水循环理论；水旱灾害的管理与调控；水沙输移与水环境保护；农业高效用水；涉及水电工程建设中的一系列理论、方法与技术等研究成果，为我国重大相关规划、管理及水利水电工程实践提供了有效的科技支撑。但在一些领域相对于国外学科发展前沿仍存在一定差距，亟待赶上。

　　1．水力学

　　高速水流消能防冲的新型消能设施研究，在理论和应用实践上有较大进展。复杂水域动力场和浓度场的仿真模拟近年来发展迅速。国外基于计算水力学与信息技术建立的水利信息学，已在国内得到广泛认可。生态水力学在国际上得到较快发展，国内的相关研究开始起步。

　　2．水文与水资源

　　国内大江大河的水文测验基本实现了自动化、数字化和利用卫星进行信息传输。水文模拟技术取得若干突破，水文过程模拟研究向分布式物理性模型发展，实现了大尺度陆气耦合模拟，水文学研究拓宽到与环境、生态和经济社会发展密切联系的新的范畴。在水文气象研究方面，美国和欧洲处于领先水平。我国有关水文水循环对区域水资源影响及减缓和适应性的对策、数字高程模型、水文气象耦合，以及短、中、长期水文预报等研究取得了较大进展。

　　国际上水资源研究的前沿方向为变化环境下的水资源演变与评价、水资源开发利用与生态环境相互作用机制、水资源高效利用与非常规水源开发技术、可持续水资源管理与公共政策制定等。我国近年来在水资源的基础理论与基本规律、重大水战略问题与关键技术、区域水资源的科学开发利用、水资源综合管理与政策措施等方面的研究取得重大突破和若干原创性成果。以王浩院士领衔创立的“自然-人工”二元水循环理论，是近年来水资源学科领域理论研究的创新性突破。

　　国外对雨水的管理已从单纯的集蓄利用发展到对雨洪的调蓄减排以及回灌地下水、改善环境等，我国的对不同条件下的雨水集蓄利用模式和综合集成技术的研究取得显著进展，具有自己的特色。

　　3．河流泥沙

　　我国泥沙运动与河床演变的理论研究居世界前沿水平。近年来河流水沙运动的模拟技术、流域泥沙资源化和水沙资源优化配置等研究取得大的进展。世界上前所未有的黄河小浪底水库调水调沙试验，为有效提高黄河下游河道的输水输沙能力提供了重要科学手段。基于土壤侵蚀成因、机理、过程及治理措施的研究，初步建立了不同地区坡面与小流域侵蚀产沙预报模型，提出了一整套比较成熟的水土流失治理模式与配置技术。

　　4．水旱灾害管理

　　加强水旱灾害管理是国际社会治水方略调整的必然趋向。全球气候变化对洪水与干旱等极端事件的影响及未来水旱风险分布规律的情景研究得到普遍关注。国内研究提出了基于风险分析的洪水管理模式，将工程措施与非工程措施有机结合，辅以风险分担与风险补偿政策，形成与洪水共存的治水方略，并初步提出了我国洪水风险管理的基础理论与防洪安全保障体系。在洪旱灾情的监测、预报、预警、风险评估，及工程体系隐患监测、安全评价、除险加固与决策支持等方面，高新技术运用较为广泛。

　　5．农田水利与小水电

　　在农田水分转换及水盐运移理论、节水灌溉技术、排水理论与技术、农业水资源高效利用优化调控理论与技术、劣质水灌溉利用的理论与技术、农业面源污染控制及农业水生态修复技术等方面的研究取得大的进展。国内自主研发的小水电机电设备已提供给国内外的广大用户。

　　6．环境水利

　　我国在相关的理论与实践研究、体制与规范建设等方面落后于发达国家，但环境保护与工程建设必须同步的理念已日趋得到认可。流域梯级电站建设的规划环评、广义水环境承载理论和可持续性评价指标与体系、满足生态需求的生态水过程、受损水体的水生态修复技术、河流健康和适应性管理方法等研究初见成果。初步提出了生态水工学的理论框架。国外在生态河道建设等方面已积累了比较丰富的实践经验。

　　7．水工混凝土结构与材料

　　一系列世界级高拱坝、混凝土重力坝、碾压混凝土坝的成功建设，标志着我国高混凝土坝的筑坝技术达到了世界先进水平。在建和拟建的高拱坝均采用了先进的优化设计手段，相关理论和模型位于国际领先水平。碾压混凝土坝的结构设计、材料、施工工艺研究等取得突破。混凝土坝温控防裂仿真模拟的理论、方法居世界领先水平。高混凝土坝抗震及安全研究实现了坝体结构与边界动力相互作用的全耦合模拟。初步建立了重大水工混凝土结构健康诊断体系。各类高性能水工混凝土、新型掺合料与添加剂、水工高分子材料在混凝土结构工程中得到广泛使用。国外在第三代减水剂和新型引气剂、液态速凝剂研究等方面发展较快。

　　8．岩土工程

　　我国已建和正在建设世界上最高的混凝土面板堆石坝和心墙堆石坝。大型混凝土面板堆石坝工程的理论、设计、施工、试验等均已成熟。接缝止水材料的研究位于国际先进水平。安全监测分析评价预报系统的研发为反馈分析大坝的安全性态提供了技术支持。自主开发的多功能三轴仪已用于高土石坝地震响应分析研究。粗粒土的变形和强度动力特性试验研究近年来有很大进展。多个水工隧洞和地下厂房均为世界级规模。边坡工程的稳定分析方法和离心机模型试验研究基本与国外同步。

　　9．水利工程勘测

　　工程地质、水利工程测量和钻探技术、物探技术等取到较大发展，国家基准网与卫星定位技术、堆石体密度测定的动力参数法等得到应用。

　　10．水利工程施工

　　大型工程导流隧洞的规模和设计流量达世界先进水平，三峡工程两次截流的流量、最大水深和最大抛石强度均居世界之首，但在施工导流的风险分析方面与发达国家有一定差距。宽级配砾石土心墙的施工设计理论和施工质量控制技术、混凝土浇筑技术等取得创新性突破，三峡工程的浇筑强度等多项指标达到世界领先水平。全面掌握了在各种气候与地域条件下的碾压混凝土筑坝技术，居世界领先水平。地基与基础工程施工、锚索最大锚固吨位、锚索锚固结构形式多样化等方面均居国际先进水平。混凝土防渗墙的施工能力已经达到超百米深度。特大型地下工程施工技术取得突破性进展。

　　11．水力机械

　　基于三维计算流体动力学理论与技术（CFD）的水力机械正问题计算已用于高性能水力机械的设计。水力机械流场、结构动力学与稳定性、空蚀和磨蚀、过渡过程等研究在理论和方法上与国外基本同步。成功实现了三峡工程特大型水轮发电机组的国产化，水电重大装备实现了30年的跨越。国外已开始关注新型水力机械研究，开发了考虑生态环境需要的水轮机等。水泵制造水平较之国外仍有较大的差距。

　　12．水利工程管理与信息技术

　　全球定位系统（GPS）和分布式大坝安全监测自动化系统广泛得到应用。水库群优化调度成为新的研究趋势。美国、加拿大、澳大利亚等国的大坝风险管理已进入实用阶段，我国的相关研究相对滞后。

　　我国已建立水利信息化综合体系、信息采集与工程监控体系、水利信息通信与网络体系和信息存贮与服务体系，国家防汛抗旱指挥系统工程、水资源调度与管理系统等一大批应用系统已相继投入运行。

　　二、近3年本学科国内发展主要成就、重大进展、重要成果、标志性学术论文、最有影响的科技人物

　　近年来，水利学科紧紧围绕国家的战略需求，在许多领域实现了重大突破，总体水平实现了与国际先进水平的对接：水文水资源理论和应用、河流泥沙、农田节水、坝工技术等研究水平已位于世界前列；特大型水轮机组制造和安装技术等方面显著缩小了和国外先进水平的差距；水旱灾害管理、生态友好的水利水电工程建设理念和技术、水环境保护等方面的相关研究日趋得到重视并起步发展；信息技术已广泛用于水利建设的各个相关领域。

　　近3年来，本学科每年均有多项成果获国家科技进步二等奖。以2006年获奖的《黄河流域水资源演变规律与二元演化模型》为例，第一获奖人王浩是改革开放后清华大学培养学生中的第一个中国工程院院士。该项目获得了“国际领先”、“对世界水文水资源研究领域有重大影响”的高度评价，其中流域水资源全面系统的动态评价方法、水资源二元演化模型、人类活动影响下的流域水资源演变规律为3项原创性成果，相关的理论方法和模型技术已在我国得到广泛采纳和应用。

　　各个分支学科均有诸多代表性的专著，如《西北地区水资源配置、生态环境建设和可持续发展战略研究》、《中国防洪减灾对策研究》、《黄河水沙过程变异及河道的复杂响应》、《分布式流域水文模型原理与实践》、《拱坝设计与研究》、《节水农业技术研究与示范》、《高混凝土面板堆石坝新技术》等。

　　三、目前本学科发展存在的不足以及与国际先进水平的比较

　　较之国外先进水平，我国还存在创新型成果较少、一些重大科技问题和关键技术亟待解决等问题。

　　（1）水力学。掺气减蚀机理、长距离输水工程中的水力控制仿真技术等还比较薄弱，生态水力学基础性研究与国外先进水平相差甚远等。

　　（2）水文与水资源。水文预报结果不确定性估算理论和方法的研究还较薄弱，气候变化对水文循环影响的研究、单项工业节水技术、非常规水资源开发利用技术、水资源的信息化管理技术落后于世界先进水平等。

　　（3）环境水利。瑞士和美国等已建立了绿色水电和低影响水电认证的导则，我国才刚起步研究。水生态修复、生态需水等研究与国外相比存在差距，水体富营养化控制缺乏有效手段等。

　　（4）水旱灾害管理。国内水旱灾害管理理念的转变滞后于国外先进国家。在相关的基础研究、管理技术与方法、法律法规体系建设和水旱灾害管理社会化体系构建方面也相对落后等。

　　（5）泥沙科学与河道治理。将流域和河流作为一个完整系统加以研究和管理的理念晚于发达国家，在流域综合管理与环境泥沙结合等方面的研究和实践相对落后等。

　　（6）水工程建设。新坝型、新型结构等原创性技术大多由国外引进，特殊土类试验方法的研究、非饱和土性质的试验研究滞后于理论研究等。

　　（7）农田水利。在节水灌溉设备研发、劣质水资源化利用、精准灌溉、农业水环境和水生态、农村饮用水安全方面的研究还相对落后等。

　　（8）水利工程管理与信息技术。流域综合管理体系尚未形成，水利信息学科总体发展、在线分析、信息资源集成与综合开发利用方面与国际先进水平相比有明显差距等。

　　四、水利学科国内外发展趋势、特点、展望

　　1．水利学科发展的总趋势及特点

　　伴随着全球气候变化和人类活动日趋剧烈的影响，21世纪的水利学科在国内外都将直面应对发展和保护之间的矛盾和关系，进入一个更加综合发展的阶段，研究的对象将是宏观、细观以至微观的深层次结合，研究的尺度将是区域、流域以至全球的平行与转换。

　　（1）更重视水资源的可持续利用、生态与环境保护、人与自然的和谐。

　　（2）更重视对宏观问题的探索，在更大的空间尺度和时间尺度上研究水的迁移、演变规律。河流将被视为一个具有生命的、流动的及与自然-经济-社会复合的生态系统加以研究。

　　（3）更重视学科之间的交叉、融合、渗透和新的边缘学科的产生。

　　（4）进一步加强相关政策、管理体制与机制的研究。

　　（5）高新技术将对促进水利传统学科的发展起重要作用。

　　2．水利学科发展的关注点和研究重点

　　（1）水力学。开展新的、复杂的工程水力学问题的研究。加强与环境水力学、生态水力学等学科的交叉与渗透研究等。

　　（2）水文与水资源。加强气候变化与人类活动对水文循环影响的研究和地表水与地下水相互作用的研究。进一步发展和完善风险分析的理论与方法。加强对现代环境下的流域水循环演变与水资源评价、生态系统需水、水资源综合管理与合理配置、节水与非常规水综合利用、地下水资源保护、都市水文、局部暴雨洪水规律数值模拟等研究。

　　（3）环境水利。改善水质和控制非点源污染的研究、流域梯级开发对生态环境累积影响的评价理论与方法、受损水生态系统的恢复技术、兼顾生态的水工程调度技术、重大水污染事件的应急体制等研究。

　　（4）水旱灾害管理。应对重大突发性洪水的应急管理体制与对策、蓄滞洪区等安全建设与风险管理、国家防汛抗旱指挥系统现代化，以及大范围旱情动态监测、评估、预警、灾害综合管理与对策等研究。

　　（5）河流泥沙。高含沙河流的治理方略、基于完整系统的河流管理、生态健康、水土保持、环境泥沙、河口整治和泥沙管理、土壤侵蚀机制、适合于我国的土壤侵蚀预报模型及土壤侵蚀监测与水土保持效益的评价体系等研究。

　　（6）水工程建设。特高混凝土坝的设计标准和安全评价准则。基于现代计算机和网络技术的大坝设计、科研、施工和管理为一体的数字化、可视化、智能化和网络信息化技术。面向流域的高坝安全风险评价与管理。超高面板堆石坝和心墙堆石坝高应力和复杂应力条件下筑坝材料工程特性和本构关系、变形性状、动力性状和抗震措施。大型深埋超长隧洞地质灾害的成灾基础理论、围岩稳定性分析评价和超前预报新方法。复杂地质超大地下洞室施工、监测、信息化等研究。 1 000MW级水轮机的自主研发与制造、水轮发电机组状态监测与故障诊断等研究。

　　（7）农田水利与小水电。节水灌溉设备、精准灌溉、农村饮用水安全保障的战略、标准、处理技术和相关政策等研究。小水电将面向农村电气化、成套设备标准化和“走出去”的战略方向发展。

　　（8）水利工程管理与信息技术。加强基于风险的大坝安全评价方法、风险标准和区划、大坝安全信息监测及预警等实用技术研究。研发基于网络的流域级或国家级的遥感监测体系、水利信息化体系等。

　　五、促进本学科发展的措施和建议

　　（1）水利学科的发展要切实处理好历史与现实、继承与发展、理论与实践、问题与方法的关系。

　　（2）从人与自然和谐的角度辨析水利学科的内涵与发展方向，抓紧开展水利学科的发展战略研究。

　　（3）大力加强基础科学、前沿科学、重大水利科技问题研究和科技基础条件平台建设，积极推进和加强相关的国家实验室和工程研究中心建设，促进水利科技资源的高效配置和综合利用。

　　（4）加强先进技术的集成、推广应用和科技成果的转化研究，着力推动高新技术特别是信息技术在现代水利行业中的应用。

　　（5）研究全面推进水利科技创新体系建设和推动科技成果应用和转化的相关问题，提高科技资源的整合力度，建立学科间交叉融合和资源共享的长效机制。

　　（6）强化人才和重点科技攻关团队的培养，加强科技人员学风建设和道德教育。广泛深入开展国内外学术交流与合作。

Hydroscience

　　In recent years, great progress has been made in the theory and practice of the studies on the high-velocity flow of dam and new energy dissipation facilities. Hydro-informatics and eco-hydraulics have attracted wide attention and launched relevant research. Breakthroughs have been made in areas such as hydrological process simulation, fundamental theory of water resources and research on water-related strategic issues, rational allocation of regional water resources, etc. Theoretical research on sediment movement and river-bed evolution is in a leading position in the world. The studies on sediment resources utilization in river basin and optimal allocation have been progressing well. Remarkable progress have been made in the studies in connection with flood and drought risk management, risk-sharing and compensation pattern, structural and non-structural measures for mitigating water-related disasters, etc. Great progress has been made in the studies on the efficient utilization, optimal regulation and control of agricultural water resources, etc. Preliminary results have been gained on environmental impact assessment for river basin planning and development, carrying capacity of water environment in a broader sense as well as ecological water-demanding process, etc. As a result, theoretical framework of eco-hydraulic engineering has been suggested basically. A series of world-class large dams have been constructed successfully such as high arch dams, concrete gravity dams, roller compacted concrete dams, faced rockfill dams and core wall type rockfill dams. That indicates that significant breakthroughs have been made in the studies on structure design, materials and construction technology of high dams in China and these studies have reached a leading level in the world. The studies on hydro-mechanical flow field, structural dynamics and stability, cavitations and abrasion, etc. have basically reached the same level as the similar studies in the world. Remarkable progress is also witnessed in the studies on optimal multi-reservoir operation based on advanced monitoring, measurement and control.

　　In the past 3 years, research activities in the hydroscience are recorded with rich and substantial results, winning 12 national second-class awards. Each of the branch subjects of the hydroscience has published a large number of influential papers and books. Great attention has been given to protection of intellectual property rights of software and application for patent.

　　In summary, the general level of the hydroscience in China has been basically brought in line with international practice. In particular, such studies as the theory and application of water resources, dam construction technology, agricultural water-saving and irrigation, river sediment have been in the world’s leading position, whereas some branch subjects do not have sufficient ability in independent innovation with some theories and key technologies legging behind the advanced level in the world. Emphasis should be put on such research subjects as eco-hydraulics, uncertainty estimation theory and method for flood forecast, water cycle and water resources security under the impact from both natural change and human activity, ecology-friendly hydraulic project construction, ecological recovery of water, new type dams and structures, dynamic and static analytical theory and method, control and management of flood and drought disaster, integrated river basin management.

　　With an increasingly tremendous impact from global climate change and human activities, the hydroscience in the 21st century will face the challenge of development and protection and enter into a new phase of development in a more balanced manner. The branch subjects of the hydroscience such as hydraulics, hydrology and water resources, water environment and ecology, hydraulic project construction, flood and drought disaster control and sediment science will pay more attention to the sustainable utilization of water resources, ecological and environmental protection, harmony between human and nature. More attention should also be paid to exploration of macro-issues, considering rivers as an integrated part of the compound system of human socio-economic activities. High-tech will play an important role in promoting the development of the traditional hydroscience.

　　In order to further promote the development of the hydroscience, China should discriminate between the connotation and development direction of the hydroscience from the viewpoint of the harmony between people and nature and pay close attention to the research on the development strategy of the hydroscience. The fundamental and interdisciplinary research related to the national water security and construction of science and technology infrastructure should be strengthened. High-tech should be applied to the hydroscience more widely. It is necessary to formulate the policy related to the promotion of technological innovation and result transfer, to further combine science and technology resources and to establish an interdisciplinary and resource-sharing mechanism between different branch subjects. Finally, it is important to further strengthen the capacity building of research personnel and promote academic exchange and cooperation both at home and abroad.