流域系统科学初探(2)

2.1.2 从流域到流域系统 1980年代以来，随着社会经济的快速发展，人类社会对河流/流域的干扰不断增强，成为影响流域演变的重要因素。在水文水资源研究方面，随着世界性水危机凸现，从河流/流域层面开展研究已经不能满足需求，王浩等[26-27]构建了自然-社会二元水循环评价体系，充分考虑了人类活动对水文过程和水资源循环过程的影响。刘宁[28]提出了水基系统，将其视为水及与其相关的涉水介质和涉水工程构成的基础生境承载系统。李少华等[29]提出了水资源复杂巨系统的概念，将水资源、人口、社会、经济、生态、环境等均视为水资源系统的子系统。在泥沙研究方面，随着大规模的人类活动改变了流域下垫面条件，进而深刻影响了流域侵蚀产沙过程与进入河流的水沙关系，使得人为因素对流域水沙关系的影响成为当前研究重要内容之一[30-32]。

随着河流污染的加剧和社会生态环境保护意识的觉醒，流域环境治理与生态修复日益受到人们的重视。其中，流域环境治理的概念发展同样经历了从河流到流域系统的发展过程，研究者的关注重点从直接的河湖水质污染控制与治理逐渐发展到了陆域-水域的系统环境治理[33]，通过产业结构调整、生产生活用水全过程污染控制、末端治理等手段，实现流域面源、点源污染的源头控制和逐步消减；而流域生态的研究对象也从生物及其与生境之间的关系，逐渐拓展到生态系统的结构和功能，及其与河流和人类社会的相互作用关系。河流生态学在发展过程中不断与其他学科进行交叉[34]，流域生态学[35]、区域生态学[36]应运而生，以流域为整体开展生态修复[37-38]，将生态环境子系统和社会经济子系统结合起来进行研究的思想日渐深入人心。

在流域管理方面，由于涉及到不同的利益相关方，流域管理机构、地方政府、各类企业、社会大众等，基于不同的权力、利益诉求，往往存在着各种矛盾和冲突[39]，导致一些流域重大决策长期议而不决，如黄河上游黑山峡河段的综合利用、西线南水北调工程的论证等，原因之一就是缺乏站在流域尺度和国家安全的高度，统筹考虑生态安全、供水安全、能源安全等方面的长远战略需求和布局，统筹考虑流域间不同区域和流域内上下游的博弈协同关系。因此，流域层面涉及的水文、泥沙、生态、管理、人类活动等问题，已经超出了其自身学科的范围，彼此之间的相互作用、相互制约及互馈效应，都需要研究者从流域系统的角度去审视和深入探讨，系统研究流域系统治理保护面临的各种挑战和问题，谋划流域社会经济可持续发展和治理保护的战略布局，阐明其长远效应和利弊趋避策略。

2.2 从系统科学到流域系统科学

2.2.1 从系统科学到地球系统科学 系统普遍存在于自然界和人类社会[40]，系统科学是研究系统内部运行过程及系统间复杂作用关系的一门学科。狭义的系统科学一般是指贝塔朗菲著作《一般系统论：基础、发展和应用》中所提出的将数学系统论、系统技术、系统哲学三个方面归纳而成的学科体系[41]，而更广义的系统科学则包括系统论、信息论、控制论、耗散结构论、协同学、突变论等一大批学科在内，是20世纪中叶以来发展最快的一门综合性科学，并已在各行业得到广泛应用[42-45]。此后，研究者们又提出了地球系统科学，把地球看成一个统一系统，探索大气、海洋、冰、固体地球以及生物系统等各部分以及不同时间尺度的过程之间的相互作用[46]。在该学科体系内，研究者认为地球已进入了人类世的新纪元[47-48]，面临温室效应、物种灭绝、淡水资源短缺等全球环境问题[46]，必须把地球作为一个由相互作用着的各组元或子系统组成的统一系统，才能回答人类所面临的一系列紧迫环境问题[49-50]。我国学者也开展了相关研究，提出了地球系统科学与可持续发展战略科学基础[51]，形成了地球系统科学与地球信息科学[52]等理论技术体系。

2.2.2 从地球系统科学到流域系统科学 在地球系统科学的基础上，研究者提出了未来地球计划和数字地球[53]。2012年，国际科学联盟发起了未来地球研究计划，整合了世界气候研究计划、国际地圈生物圈计划、国际生物多样性计划和国际全球环境变化人文因素计划[54]，开展自然科学和社会科学的联合研究。数字地球是一个开放的复杂的巨系统[55]，其核心思想是用数字化手段最大限度地利用信息资源[56]，将区域可持续发展问题与全球变化、大尺度资源环境问题和全球经济一体化紧密联系起来。

文章来源：《系统科学学报》 网址: http://www.xtkxxb.cn/qikandaodu/2021/0207/332.html