陳蘊(yùn)真 江恩慧 李軍華

摘 要：20世紀(jì)90年代錢學(xué)森提出治黃必須從復(fù)雜巨系統(tǒng)的角度考慮才能解決。應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)的理論和方法，將治黃系統(tǒng)工程作為黃河流域復(fù)雜巨系統(tǒng)的組成部分，考察其形成、演化的過程和規(guī)律，有助于應(yīng)對治黃面臨的挑戰(zhàn)。近3 000 a治黃史顯示，秦漢時期治黃系統(tǒng)工程和黃河流域復(fù)雜巨系統(tǒng)同步形成、共同演化，治黃系統(tǒng)工程擁有超越狹義系統(tǒng)工程的四層級結(jié)構(gòu)，是一個充滿韌性的復(fù)雜系統(tǒng)工程。應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)方法，分析清代氣候變化、水、沙、糧食、人口、生態(tài)、治黃和治國之間的因果反饋關(guān)系，揭示晚清河患嚴(yán)重的深層原因。對比中外當(dāng)代治河史，發(fā)現(xiàn)發(fā)達(dá)國家治河系統(tǒng)工程演化由科技創(chuàng)新自下而上驅(qū)動，治黃系統(tǒng)工程演化由治國理政方針創(chuàng)新自上而下驅(qū)動。黃河流域是一個資源約束加大、加速演化、不確定性加大、機(jī)制不清的復(fù)雜巨系統(tǒng)。未來治黃系統(tǒng)工程需要協(xié)同黃河流域中所有6個層級的子系統(tǒng)，大力創(chuàng)新治河管理技術(shù)，實施跨領(lǐng)域的循證決策、適應(yīng)性規(guī)劃與管理，研發(fā)可持續(xù)工程和智能工程。

關(guān)鍵詞：治河史;復(fù)雜巨系統(tǒng);系統(tǒng)工程;系統(tǒng)科學(xué);黃河流域

中圖分類號：TV212.5+2;TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.013

引用格式：陳蘊(yùn)真，江恩慧，李軍華.治黃系統(tǒng)工程的形成、演化和未來[J].人民黃河，2022，44（2）：58-64，70.

Abstract：Investigating the process and pattern in the evolution of the Yellow River management from a systems perspective， can help to meet the challenges facing the river management. A historical investigation shows during the Qin and Han Dynasties， systems engineering for the Yellow River Basin formed and adopted a four-tier hierarchy， and hence is very resilient. The feedback analysis within and beyond the Yellow River Basin complex giant system， reveals the underlying political economic cause of serious flood disasters during the Qing Dynasty. The comparative study shows the evolution of river managements in developed countries was driven by technological innovations from the bottom up， while that of the Yellow River management was driven by innovations in governance principles from top to bottom. Future systems engineering for the Yellow River basin should establish a six-tier hierarchy， and implement cross-disciplinary evidence-based decision making， adaptive management， and sustainable and intelligent engineering.

Key words： history of river management;complex giant system;systems engineering;systems science;Yellow River Basin

1 引 言

系統(tǒng)工程是組織管理大系統(tǒng)的技術(shù)，既是一個技術(shù)過程，又是一個管理過程[1]。因此，系統(tǒng)工程除了要使用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，還需要先進(jìn)的管理技術(shù)，即良好的制度、體制和機(jī)制。不同于普通的系統(tǒng)工程，治黃系統(tǒng)工程的研究對象是黃河流域。黃河流域是一個在中國擁有戰(zhàn)略地位的地理系統(tǒng)，也是一個行為難以預(yù)測的復(fù)雜巨系統(tǒng)[2]。開發(fā)歷史悠久，治理難度極大，帝制時期舉國治黃。從某種意義上說，中華民族的治黃史也是一部治國史。

20世紀(jì)90年代，系統(tǒng)工程中國學(xué)派創(chuàng)建人錢學(xué)森了解治黃工作的復(fù)雜性后，感嘆道：“比起治河，那發(fā)射人造衛(wèi)星是件簡單工作了！” 他提出水利工作是地理系統(tǒng)建設(shè)的一個組成部分，治黃問題必須應(yīng)用復(fù)雜巨系統(tǒng)的理論及方法才能解決[3]。他建議：“黃河水利委員會的同志可以利用系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)和方法，發(fā)動同志們認(rèn)真總結(jié)過去的經(jīng)驗，討論上游、中游、下游全面治河，討論治河與農(nóng)、林生產(chǎn)，討論治河與人民生活，討論治河與社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)，以期取得共識，制定一個百年計劃，分期協(xié)調(diào)實施。這樣，最終可能達(dá)到或接近自古以來人們心目中的憧憬——黃河清！”[2]錢學(xué)森的治黃思想和21世紀(jì)發(fā)達(dá)國家的流域一體化管理理念完全一致，也和2019年習(xí)近平總書記的《在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上的講話》的核心思想一致。

當(dāng)前我國正在轉(zhuǎn)變治水思路，實施系統(tǒng)治理。本文應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)的理論和方法，考察近3 000 a來治黃系統(tǒng)工程作為黃河流域復(fù)雜巨系統(tǒng)的組成部分，是如何形成復(fù)雜的層級結(jié)構(gòu)的;借助系統(tǒng)動力學(xué)方法，分析清代治黃和治國之間的密切聯(lián)系。然后，通過對比當(dāng)代中外治河史，揭示治黃系統(tǒng)工程作為一個復(fù)雜系統(tǒng)的演化規(guī)律和驅(qū)動力，及其充滿韌性的原因。最后，討論治黃系統(tǒng)工程面臨的機(jī)遇、挑戰(zhàn)，以及應(yīng)對措施和發(fā)展趨勢。

2 歷史時期的治黃系統(tǒng)工程

2.1 治黃系統(tǒng)工程形成和演化的自然地理基礎(chǔ)

在黃河流域，大氣系統(tǒng)、河流系統(tǒng)和人類系統(tǒng)密切耦合，是治黃系統(tǒng)工程形成和演化的基礎(chǔ)。治黃的最大難點(diǎn)是水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致下游河道易于決徙。許多自然地理因素共同造成黃河水沙對氣候變化和人類擾動極其敏感、響應(yīng)很快[4]。其中最重要的因素是巖性，在黃土高原的黃土和砒砂巖地區(qū)，地表植被遭遇自然或人為因素破壞后，極易發(fā)生劇烈侵蝕，制造高含沙量的暴雨徑流。入黃泥沙屬于最容易起動的粉沙，由它們塑造出的下游河道也容易發(fā)生劇烈的沖淤變化。其次是氣候因素，近3 000 a來東亞夏季風(fēng)尾閭區(qū)南移到黃河中游，加大了流域降水對季風(fēng)氣候的敏感性，特大暴雨頻率高，徑流量的年際和年代際波動極大[5]。黃河源區(qū)位于青藏高原，徑流過程對全球氣候變化敏感。第三是植被因素，黃河中游多沙粗沙區(qū)以森林草原植被為主，這種植被類型對降水量變化很敏感。

2.2 治黃系統(tǒng)工程的歷史形成

歷史時期，中國實行“以農(nóng)為本”的治國之道，經(jīng)濟(jì)高度依賴傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。黃河流域耕地資源豐富，土壤肥沃，易于開墾，成為中國農(nóng)耕文明發(fā)源地。人河互動中，為適應(yīng)防洪和開發(fā)泛濫平原的需要，人工堤壩這項新技術(shù)在春秋時期出現(xiàn)，治河的核心科學(xué)技術(shù)形成。治河促進(jìn)農(nóng)業(yè)、航運(yùn)和沿河城鎮(zhèn)興旺，中下游社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。戰(zhàn)國時期，下游洪水致災(zāi)風(fēng)險加大，齊國置水官負(fù)責(zé)堤防修建和守護(hù)，治河管理技術(shù)萌芽[6]。公元前475—前221年大禹治水傳說成形，中國社會的重要意識形態(tài)之一形成[7]。秦代，黃河流域從小規(guī)模灌溉農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)向大規(guī)模治水農(nóng)業(yè)，為了大規(guī)模調(diào)動資源，修建大型水利工程，客觀上需要中國實施中央集權(quán)制度，穩(wěn)定的政治體制形成[8]。公元前109年漢武帝親臨瓠子口，領(lǐng)導(dǎo)數(shù)萬名士兵堵塞黃河決口，踐行“治國必先治水”理念。

秦統(tǒng)一中國，標(biāo)志著黃河流域復(fù)雜巨系統(tǒng)（以下簡稱黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)）的層級結(jié)構(gòu)形成，自上而下依次為意識形態(tài)、政治、社會經(jīng)濟(jì)、管理技術(shù)、科學(xué)技術(shù)和黃河自然系統(tǒng)6個層級?？茖W(xué)技術(shù)子系統(tǒng)的主體是治河科學(xué)技術(shù)，黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)是中國復(fù)雜巨系統(tǒng)的主體（見圖1）。

秦漢時期，治黃系統(tǒng)工程和黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)同步形成，前者是后者的主要組成部分，并從一開始就超越了普通系統(tǒng)工程的二層級結(jié)構(gòu)（科學(xué)技術(shù)加管理技術(shù)），擁有自上而下的四層級結(jié)構(gòu)：大禹治水等傳說構(gòu)成其意識形態(tài)子系統(tǒng)，“治國必先治水”的治國理政方針構(gòu)成其政治子系統(tǒng)，文職、武職兼?zhèn)涞乃僦贫葮?gòu)成其管理技術(shù)子系統(tǒng)，溝渠灌溉、堤防修守、人工運(yùn)河等技術(shù)構(gòu)成其科學(xué)技術(shù)子系統(tǒng)（見圖1）。從秦漢到明清的2 000多a里，中國一直處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)文明社會，因此治黃系統(tǒng)工程演化很慢，以上層級結(jié)構(gòu)保持不變，僅有治河的科學(xué)技術(shù)和管理技術(shù)發(fā)生一些進(jìn)步[6]。

對于治黃系統(tǒng)工程和黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)，中國復(fù)雜巨系統(tǒng)和地球表層系統(tǒng)是它們的外部環(huán)境，具體包括各種自然環(huán)境變化、中國的社會經(jīng)濟(jì)變化、世界的政治經(jīng)濟(jì)格局變化等。鑒于黃河流域的戰(zhàn)略地位，治黃系統(tǒng)工程和中國復(fù)雜巨系統(tǒng)存在密切的相互作用。在治黃系統(tǒng)工程內(nèi)部，各子系統(tǒng)之間也存在相互作用。底層的科學(xué)技術(shù)子系統(tǒng)直接和自然系統(tǒng)發(fā)生相互作用，變化快;越高層的子系統(tǒng)越穩(wěn)定，變化越慢;意識形態(tài)子系統(tǒng)變化最慢，已經(jīng)維持?jǐn)?shù)千年。

2.3 宋代至清代治黃和治國關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)動力學(xué)分析

宋代是中國經(jīng)濟(jì)和科技水平的巔峰時期，GDP約占當(dāng)時世界GDP總和的65%[9]。宋以后傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步緩慢，增產(chǎn)效益遞減。到了18世紀(jì)康乾年間，中國的科技進(jìn)步幾乎停滯，盡管GDP依然占世界總和的22%～33%，GDP較宋代增長了近2倍，但人口也因社會安定、引種高產(chǎn)美洲作物等增長了近2倍，人均GDP增長停滯[9]。而在歐洲，哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸，瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，工業(yè)革命拉開序幕，國際貿(mào)易日益發(fā)達(dá)。中國卻走向僵化和封閉，自我禁錮于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)社會中，經(jīng)濟(jì)有增長無發(fā)展。

宋代開始，在黃河中游地區(qū)開墾陡坡，黃河變成多沙河流[10]。下游河道淤積，決口、改道越來越頻繁。明末清初，黃河一年三決口，決口頻率達(dá)歷史時期之最，嚴(yán)重威脅漕運(yùn)?？滴醢选昂觿?wù)”“漕運(yùn)”和“三藩”并列為治國安邦的重大事務(wù)，河防歲修用銀約占清政府財政支出的4%[11]。清代治黃方略為“疏浚筑堤，蓄清刷黃”，防洪技術(shù)和管理比明代有較大進(jìn)步，黃河決口頻率較明末降低了約一半，但懸河局面日益嚴(yán)重。清代挽河復(fù)故道幾十次，最終未能阻止黃河于1855年發(fā)生大改道。

從系統(tǒng)動力學(xué)角度分析[12]，清代的中國復(fù)雜巨系統(tǒng)內(nèi)，黃河自然系統(tǒng)、治黃系統(tǒng)工程和中國的社會經(jīng)濟(jì)與政治系統(tǒng)之間，形成了3個緊密聯(lián)系、彼此增強(qiáng)的惡性循環(huán)[13]（見圖2），加速了中國淪落為半封建半殖民地社會。在中游地區(qū)，原產(chǎn)美洲的作物適合種植在旱坡地上，其引種加劇了濫墾濫伐，形成“人口增長，濫墾濫伐，土壤侵蝕加劇，陡坡耕地增加，土壤侵蝕進(jìn)一步加劇，糧食減產(chǎn)，貧困加劇，人口進(jìn)一步增長”的生態(tài)貧困惡性循環(huán)。這個循環(huán)驅(qū)動下游形成“泥沙淤積，河床抬升，洪災(zāi)加劇，高度依賴修堤堵口技術(shù)，河床進(jìn)一步抬升”的治河惡性循環(huán)。1855年下游河道已經(jīng)高出堤外地面10 m以上，僅靠土堤維持，極不穩(wěn)定。

清代末期，懸河局面加大了洪災(zāi)規(guī)模，治黃的經(jīng)濟(jì)收益遞減，治黃費(fèi)用飛漲。清政府不得不加強(qiáng)君主專制，以獲取更多的賦稅物資，建立更龐大的治河機(jī)構(gòu)，調(diào)動更多的人力，努力將河道固定下來，限制其隨意泛濫。僵化的體制和日益緊張的財政，使中國更不可能像歐洲那樣發(fā)生內(nèi)生的科技進(jìn)步，這也進(jìn)一步將中國禁錮在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)社會里。于是，在前兩個惡性循環(huán)的助推下，形成了更險惡的第三個惡性循環(huán)——產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)陷阱：治黃收益減少，國家財政緊張，自上而下控制增強(qiáng)、基層創(chuàng)新能力減弱，禁錮在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)社會，濫墾濫伐、制造懸河，治黃收益繼續(xù)減少。這個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)陷阱進(jìn)一步增強(qiáng)生態(tài)貧困和治河的惡性循環(huán)。就這樣，在晚清時期，3個惡性循環(huán)彼此增強(qiáng)，不但使黃河流域陷入生態(tài)危機(jī)，還間接加速中國淪落為半封建半殖民地社會。

1840年鴉片戰(zhàn)爭爆發(fā)，中國國力衰退。1840—1855年黃河下游進(jìn)入豐水期，特大洪水頻發(fā)。按照王國安等[5]推算，三門峽1840—1855年平均年徑流量達(dá)697億m3，比1700—1855年平均值增加32%，1843年洪峰流量達(dá)到36 000 m3/s[14]。1855年之前，黃河下游已經(jīng)發(fā)生了4次特大決口，清政府為堵口共花費(fèi)超過2 300萬兩白銀，而當(dāng)時政府的年財政收入總額為3 500萬兩白銀[11]。1855年黃河在銅瓦廂決口，奪大清河入渤海，其時清政府正在全力鎮(zhèn)壓太平天國起義，無力堵口，導(dǎo)致黃河大改道。

面臨內(nèi)憂外患，1874年李鴻章向同治皇帝上書說中國遭遇“數(shù)千年未有之大變局”。最終，中國依靠兩場政治革命推翻帝制，建立新中國。在中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)下，自上而下推進(jìn)工業(yè)革命、農(nóng)業(yè)革命和水利現(xiàn)代化，實行改革開放，打破了以上所有惡性循環(huán)，黃河得以長期安流。

3 近現(xiàn)代中外治河系統(tǒng)工程的演化及其異同點(diǎn)

工業(yè)革命以來，隨著科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會需求增加，以及對河流系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)識不斷深化，中外治河活動都逐漸發(fā)展為多目標(biāo)的系統(tǒng)工程。了解發(fā)達(dá)國家的現(xiàn)代治河歷程，回顧當(dāng)代治黃史，探尋中外治河系統(tǒng)工程的演化規(guī)律，分析異同點(diǎn)，有助于我們研判大勢，主動謀劃，吸取經(jīng)驗和教訓(xùn)，完善治黃系統(tǒng)工程。

3.1 發(fā)達(dá)國家治河史簡述

19世紀(jì)末以來，發(fā)達(dá)國家大河的開發(fā)與治理經(jīng)歷了4個階段[15-22]（見圖3）。1920年以前為初級利用階段，水輪機(jī)運(yùn)行效率低，人們沒有能力大規(guī)模開發(fā)水電資源。經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中第一產(chǎn)業(yè)比重大，粗放的農(nóng)業(yè)和采礦業(yè)造成嚴(yán)重的水土流失和洪水泛濫。人們筑堤防洪，筑低壩主要用于灌溉。1919年卡普蘭式水輪機(jī)問世，將水輪機(jī)運(yùn)行效率提升到84%[23]，水力發(fā)電進(jìn)入快速發(fā)展時期。

第二階段為20世紀(jì)20—60年代，發(fā)達(dá)國家開展流域梯級開發(fā)和綜合治理，通過渠化、裁彎取直、取消分流河道等措施將河道運(yùn)河化，提高通航能力，促進(jìn)貿(mào)易發(fā)展。19世紀(jì)50年代是發(fā)達(dá)國家筑壩的高峰時期。廉價的水電促進(jìn)第二產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，第一產(chǎn)業(yè)比重下降且不斷集約化，水土流失問題得以解決。此時許多發(fā)達(dá)國家的支柱產(chǎn)業(yè)為高污染的鋼鐵和化工產(chǎn)業(yè)，人居環(huán)境和水生態(tài)不斷惡化，民間環(huán)保運(yùn)動興起。1970年4月22日第一個世界地球日活動在美國舉辦。

20世紀(jì)70—80年代，發(fā)達(dá)國家治河進(jìn)入大力治理水污染和美化城市濱水景觀的第三階段，推動治污技術(shù)在80年代末取得重大進(jìn)步。該階段發(fā)達(dá)國家的核能進(jìn)入發(fā)展的黃金時期，水電開發(fā)基本飽和，修壩速度減慢。

圖3 19世紀(jì)末以來世界筑壩大河數(shù)目的年代變化[16]

第四階段為20世紀(jì)90年代至今。發(fā)達(dá)國家將制造業(yè)外遷，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，點(diǎn)源污染問題基本解決。隨著能源結(jié)構(gòu)多樣化，發(fā)達(dá)國家對水電的依賴性不斷減小，修壩熱潮退卻。同時，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展，對農(nóng)業(yè)用地的需求減少。90年代，萊茵河和密西西比河頻發(fā)特大洪水，堤防幾乎潰決，損失慘重。人們意識到未來氣候變化愈演愈烈，越來越多老壩退役，僅靠工程措施不足以抵御極端洪水。發(fā)達(dá)國家治河進(jìn)入河流修復(fù)階段，一方面通過“還地于河”、發(fā)布洪水風(fēng)險圖、完善洪水預(yù)警系統(tǒng)等措施，主動遠(yuǎn)離洪水;另一方面實施水庫生態(tài)調(diào)度，恢復(fù)河流連通性，重建魚類生境。這些措施意在恢復(fù)河流系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和支撐功能，既能保障防洪安全，也能保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)。

二戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展，水風(fēng)險提高，治河需求增加，發(fā)達(dá)國家治河的管理技術(shù)水平隨之不斷提高。水安全出現(xiàn)新問題時，出臺具有開創(chuàng)意義的新法規(guī)，推行新機(jī)制，通過非工程措施應(yīng)對風(fēng)險。發(fā)達(dá)國家還不斷變革治河體制，擴(kuò)大流域管理機(jī)構(gòu)的職能和權(quán)力，形成流域防洪、通航、水資源、水生態(tài)一體化管理體制。

發(fā)達(dá)國家治河管理技術(shù)變革的新趨勢是實施流域一體化管理，即實施流域社會、經(jīng)濟(jì)、水資源和水生態(tài)的綜合管理[24]。流域一體化管理和20世紀(jì)30—40年代以田納西河為代表的流域綜合治理，在目標(biāo)和手段上完全不同。流域綜合治理是從水資源供給出發(fā)，依賴工程手段開發(fā)與利用水資源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。流域一體化管理是為了應(yīng)對日益增加的水資源需求、日益提高的水風(fēng)險，從需求出發(fā)，主要利用管理手段開展跨部門、跨區(qū)域協(xié)作，保障水安全，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，維護(hù)社會穩(wěn)定[25]。澳大利亞墨累—達(dá)令河流域的一體化管理采用雙層管理體制，其中流域部級理事會為最高決策機(jī)構(gòu)，流域委員會為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時設(shè)置社區(qū)咨詢委員會，解決或減緩了自然資源退化和土著文化保護(hù)問題，是流域一體化管理的典范[26]。

3.2 當(dāng)代治黃史簡述

隨著新中國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，治國理政方針與時俱進(jìn)，當(dāng)代治黃走過了4個階段，黃河水沙變化顯著（見圖4）。1960年以前是“以農(nóng)為本”的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)文明尾聲階段，黃土高原水土流失極其嚴(yán)重，下游河道持續(xù)淤積抬升，洪災(zāi)風(fēng)險巨大。1958—1960年的“大躍進(jìn)”運(yùn)動中“以鋼為綱”“以糧為綱”的方針加劇了水土流失，但“大躍進(jìn)”運(yùn)動開啟了社會主義建設(shè)道路的艱辛探索，同時掀起了興修水利的高潮。

1960年三門峽水庫建成，黃河流域進(jìn)入傳統(tǒng)工業(yè)文明起步階段;1986年龍羊峽水庫建成，黃河流域進(jìn)入工業(yè)文明加速發(fā)展階段。這兩個階段對應(yīng)發(fā)達(dá)國家治河的第二階段，即綜合治理和梯級開發(fā)階段。黃土高原大規(guī)模的石化能源開發(fā)，創(chuàng)造城鄉(xiāng)就業(yè)機(jī)會，大量農(nóng)村勞動力從農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)向工業(yè)與服務(wù)業(yè)，使大規(guī)模退耕還林還草成為可能，入黃泥沙不斷減少。一系列水庫和標(biāo)準(zhǔn)化堤防體系提高了防洪安全。沿黃引水量增加，水資源供需矛盾出現(xiàn)。從 1972 年開始，下游河道頻頻斷流。1987年國務(wù)院批轉(zhuǎn)了《黃河可供水量分配方案》，號召節(jié)水。20世紀(jì)90年代以來，流域干旱少雨，引水量不斷增加，1997年黃河斷流達(dá)226 d。1999年水利部發(fā)出《關(guān)于加強(qiáng)黃河取水許可管理的通知》，實施黃河取水總量控制管理。這標(biāo)志著生態(tài)文明理念開始指導(dǎo)治黃事業(yè)，治黃進(jìn)入第四階段。

進(jìn)入21世紀(jì)，在西部大開發(fā)戰(zhàn)略推動下，黃河流域的GDP高速增長，水資源短缺、水污染嚴(yán)重、水生態(tài)惡化成為制約流域可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。同時，治黃的管理技術(shù)加速發(fā)展。2003年黃河水利委員會在寧夏、內(nèi)蒙古兩區(qū)開展水權(quán)轉(zhuǎn)讓試點(diǎn)工作，利用政府統(tǒng)籌和市場調(diào)節(jié)相結(jié)合的機(jī)制，優(yōu)化配置水資源。2012年國務(wù)院頒布“水資源三條紅線”管理指標(biāo)，標(biāo)志著水資源從供給管理轉(zhuǎn)向需求管理。2017年推行河長制，強(qiáng)化群防群治機(jī)制。

在第四階段，通過構(gòu)建水沙調(diào)控、防洪減淤、水土流失綜合防治體系，借助最嚴(yán)格的水資源管理制度，創(chuàng)新水資源優(yōu)化配置機(jī)制，治黃調(diào)動了一系列科學(xué)技術(shù)和管理技術(shù)。黃河再無斷流現(xiàn)象發(fā)生，水質(zhì)由中度污染改善為輕度污染，流域生態(tài)改善。水土保持對減沙的貢獻(xiàn)率超過70% [27-28]，調(diào)水調(diào)沙使下游主河槽平均下降超過2 m[29]，改寫了下游河床抬升的歷史。

但是，隨著社會經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展，氣候變化影響加劇，黃河流域的水安全形勢依然嚴(yán)峻。加速推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，提升水安全，已成為黃河流域可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。2019年習(xí)近平總書記的《在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上的講話》將“生態(tài)保護(hù)”列入治黃主要目標(biāo)，標(biāo)志著治黃進(jìn)入生態(tài)文明建設(shè)的新階段。

3.3 中外治河系統(tǒng)工程演化的異同點(diǎn)

流域是具有層級結(jié)構(gòu)的復(fù)雜巨系統(tǒng)，河流自然系統(tǒng)位于最底層。河流作為一個生態(tài)系統(tǒng)，有供給、調(diào)節(jié)、支撐、文化娛樂等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。淡水、水力、航道、土地等供給品的價值只是流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的一部分[30]，而且這些供給品或已有替代品，或可通過集約利用減少需求量。因此，治河無疑應(yīng)優(yōu)先保護(hù)流域生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和支撐功能，才能保障人類社會可持續(xù)發(fā)展。

然而，在工業(yè)化初期，科技落后，資源利用率低，對河流供給品的依賴大，流域開發(fā)與保護(hù)、防洪的矛盾激化，中外治河都很難顧及生態(tài)保護(hù)。在發(fā)達(dá)國家，到工業(yè)化后期，科技創(chuàng)新驅(qū)動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，資源利用效率提高，出現(xiàn)替代水電的新能源，對流域供給品的依賴下降，以上矛盾弱化，治河才得以優(yōu)先考慮保護(hù)目標(biāo)。

中外治河史都顯示，當(dāng)治河面臨新挑戰(zhàn)，舊的科學(xué)技術(shù)作用有限時，人們訴諸改革管理技術(shù)，即通過制度、機(jī)制和體制創(chuàng)新，來應(yīng)對新挑戰(zhàn)，并為下一輪科技創(chuàng)新贏得時間。進(jìn)入21世紀(jì)后，資源約束趨緊，社會發(fā)展更加注重公平，治河的挑戰(zhàn)越來越大。當(dāng)科學(xué)技術(shù)、法律約束、市場機(jī)制創(chuàng)新、水資源一體化管理都不足以應(yīng)對挑戰(zhàn)時，發(fā)達(dá)國家一些流域率先將治河系統(tǒng)工程的研究對象擴(kuò)展到社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，實施流域一體化管理。

發(fā)達(dá)國家流域復(fù)雜巨系統(tǒng)的演化規(guī)律符合復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)（Complex Adaptive Systems）理論[31-32]，即底層的科技創(chuàng)新自下而上驅(qū)動其他系統(tǒng)進(jìn)化，因此治河系統(tǒng)工程演化的第一驅(qū)動力是科技創(chuàng)新（少數(shù)時期例外，如羅斯福新政期間美國治河的驅(qū)動力是治國理政方針[17，22]）?！白韵露稀蹦Ｊ降膬?yōu)點(diǎn)是市場機(jī)制活躍，基層的創(chuàng)新能力強(qiáng)，靈活性好。不過，科技創(chuàng)新具有高度不確定性，無法規(guī)劃。作為先發(fā)國家，發(fā)達(dá)國家缺乏經(jīng)驗，在等待先進(jìn)科技出現(xiàn)的時期，不得不走了“先破壞后治理”的道路。發(fā)達(dá)國家大都缺乏集中力量辦大事的制度優(yōu)勢，在基本實現(xiàn)治污目標(biāo)后，人均GDP達(dá)到2萬美元左右時，才開始修復(fù)河流的生態(tài)系統(tǒng)，但是多年的嚴(yán)重破壞導(dǎo)致水生態(tài)修復(fù)困難不小[19-20]。

黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)自秦代形成以來，其演化規(guī)律符合貝塔朗菲的一般系統(tǒng)論[33]和協(xié)同學(xué)理論[34]，即政治系統(tǒng)通過推行國家發(fā)展戰(zhàn)略和創(chuàng)新治國理念，自上而下驅(qū)動其他系統(tǒng)進(jìn)化。因此，治黃系統(tǒng)工程演化的第一驅(qū)動力是治國理念創(chuàng)新。以黃河水沙變化為例（見圖4），從黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)演化角度看，執(zhí)政黨的治國理政方針變化驅(qū)動經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和治河活動創(chuàng)新，是水沙長期變化的最重要原因?！白陨隙隆蹦Ｊ降膬?yōu)點(diǎn)是有長遠(yuǎn)觀點(diǎn)和系統(tǒng)思維。國務(wù)院早在1987年就希望沿黃省市節(jié)水和制定用水規(guī)劃;2011年中央一號文件提出我國水利要實現(xiàn)跨越式發(fā)展，以免重蹈發(fā)達(dá)國家“先破壞后治理”的覆轍?！白陨隙隆蹦Ｊ降娜秉c(diǎn)是基層的創(chuàng)新積極性弱，適應(yīng)變化慢，靈活性差。因此，執(zhí)政黨大力推行創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，提出堅持宏觀調(diào)控和市場機(jī)制“兩手發(fā)力”。

4 治黃系統(tǒng)工程是充滿韌性的復(fù)雜系統(tǒng)工程

受資源約束突出、科技水平落后等影響，歷史時期對黃河實施了一些不利于生態(tài)保護(hù)的改造活動，如陡坡開墾、筑堤制造懸河等。但是黃河流域的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)文明維持了三千多年，中華文明成為世界歷史上唯一連綿不斷的文明，而同樣以水利著稱的兩河流域、吳哥、印度河流域哈拉帕等古文明，生態(tài)退化多是直接導(dǎo)致它們崩潰的主要原因，或在外敵入侵時起了加速衰亡的作用[35]。這歸因于自古以來治黃系統(tǒng)工程就是一項組織嚴(yán)密、充滿韌性的復(fù)雜系統(tǒng)工程。這項工程不斷進(jìn)化，經(jīng)受了各種不確定性因素的沖擊，承擔(dān)了巨大的治理壓力，為中華文明的傳承和發(fā)展提供了強(qiáng)大的支撐。

治黃系統(tǒng)工程的韌性，源自其超越狹義治河技術(shù)的多層級結(jié)構(gòu)，將黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)中上至意識形態(tài)、下至科學(xué)技術(shù)的多個子系統(tǒng)都協(xié)同起來治河。

這首先得益于政治制度。在古代，中央集權(quán)國家有舉國抗洪救災(zāi)能力，使系統(tǒng)具有更大的韌性，使系統(tǒng)崩潰延遲發(fā)生，直到技術(shù)變革等機(jī)遇出現(xiàn)，逆轉(zhuǎn)乾坤?！爸螄戎嗡钡闹螄碚结槾_保帝王把治黃當(dāng)作治國安邦的頭等大事。新中國成立以來，中國共產(chǎn)黨積極探索中國特色社會主義建設(shè)道路，與時俱進(jìn)的治國理政方針是協(xié)同治黃的行動指南。

其次，三四千年來，中國人在與黃河洪水抗?fàn)幍倪^程中，形成了“大禹治水”傳說，形成了“黃河寧，天下平”的民族心理，也塑造了中華民族堅韌團(tuán)結(jié)、自強(qiáng)不息的民族品格。這些穩(wěn)定的意識形態(tài)，一直發(fā)揮著凝聚人心、協(xié)同治黃的作用。未來，保護(hù)、傳承、弘揚(yáng)黃河文化，依然是治黃系統(tǒng)工程的重要組成部分。

第三，治黃技術(shù)不斷進(jìn)步。為了適應(yīng)黃河水沙變化，中國人不斷創(chuàng)新治黃技術(shù)。新技術(shù)作為一種外部擾動，必定使黃河水沙發(fā)生新變化。為適應(yīng)新變化，中國人繼續(xù)改進(jìn)、升級治河技術(shù)，并在人河互動中不斷加深對自然規(guī)律的認(rèn)識。以防洪技術(shù)為例，兩千多年來，從漢代賈讓的“不與水爭地，開渠引水”，到明代潘季馴的“束水攻沙，蓄清刷黃”，清代靳輔“疏浚筑堤”，再到20世紀(jì)40年代以后的“寬河固堤”“蓄水?dāng)r沙”“上攔下排、調(diào)水調(diào)沙”“攔、排、用、調(diào)”，直到今天的“攔、調(diào)、排、放、挖” 綜合治理體系，防洪科學(xué)技術(shù)不斷加速進(jìn)步。同時，隨著經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，洪災(zāi)風(fēng)險不斷加大，單純靠科學(xué)技術(shù)無法應(yīng)對洪災(zāi)風(fēng)險時，人們訴諸改革治河機(jī)構(gòu)，創(chuàng)新治河制度。從戰(zhàn)國時期臨時差遣的地方性水官，宋代在工部常設(shè)水部司，清代的河防歲修制度，到1998年《中華人民共和國防洪法》實施等，防洪管理技術(shù)也在加速進(jìn)步。

5 治黃系統(tǒng)工程的未來

5.1 機(jī)遇和挑戰(zhàn)

治黃系統(tǒng)工程的最大機(jī)遇，無疑是當(dāng)前中國處于近代以來最好的發(fā)展時期。社會安定，國力上升，2019年中國人均GDP超過1萬美元。2020年3月水利部提出未來三年重大水利工程投資規(guī)模將超萬億元，提高了治河經(jīng)費(fèi)保障。更重要的是，隨著人類知識不斷積累，中國社會主義建設(shè)實踐經(jīng)驗增加，中國共產(chǎn)黨擁有開放、包容、敏銳的變革意識，治國理政能力不斷提升。2012年黨的十八大確定的“五位一體”總體布局中將生態(tài)文明建設(shè)確定為社會主義建設(shè)的基礎(chǔ)，提出要“尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然”。這意味著未來治黃工程要謀求與自然“合作”，而非與之對抗。2014年習(xí)近平總書記“3·14 講話”進(jìn)一步提出“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的十六字治水方針，并指出要加快改革水治理體制，破解“九龍治水”難題。2019年習(xí)近平總書記的《在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上的講話》強(qiáng)調(diào)黃河生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展密不可分，為在不同層面上實踐治黃工程提出了宏觀的戰(zhàn)略、先進(jìn)的理念、科學(xué)的方針和明確的要求。未來治黃系統(tǒng)工程的基本框架已經(jīng)搭建（見圖5），流域一體化管理體制將治黃系統(tǒng)工程的研究對象上延到社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。基于這個框架，治黃系統(tǒng)工程可將黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)里6個子系統(tǒng)協(xié)同起來，推動流域可持續(xù)發(fā)展。

從黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)外部環(huán)境變化和演化的內(nèi)在規(guī)律考察，未來治黃的挑戰(zhàn)無疑日益嚴(yán)峻。首先，中國面對“百年未有之大變局”，治黃肩負(fù)著加速實現(xiàn)民族偉大復(fù)興事業(yè)的重任，需求越來越多，資源越來越少，資源約束趨緊，水安全已亮紅燈。其次，社會經(jīng)濟(jì)和科技加速發(fā)展，不斷產(chǎn)生無法預(yù)見的新問題，治黃形勢變化越來越快。第三，系統(tǒng)演化的不確定性加大，無法準(zhǔn)確預(yù)測。一方面，科技進(jìn)步加速，地球進(jìn)入人類世（Anthropocene），人類活動對自然過程的干預(yù)能力越來越大，水沙過程變異，河流響應(yīng)復(fù)雜化。另一方面，市場經(jīng)濟(jì)、經(jīng)濟(jì)全球化、文明沖突與融合等導(dǎo)致人類社會變得極度復(fù)雜。對于今天的黃河和中國復(fù)雜巨系統(tǒng)，氣候變化、水、沙、糧食、能源、生態(tài)、治黃、治國之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，我們已經(jīng)無法繪制出圖2那種簡單明了、風(fēng)險容易識別的因果反饋關(guān)系圖。風(fēng)險隱藏在錯綜復(fù)雜的因果反饋關(guān)系中，不易識別，卻能快速傳播，引發(fā)嚴(yán)重的連鎖反應(yīng)。

5.2 應(yīng)對措施和發(fā)展趨勢

5.2.1 流域管理技術(shù)創(chuàng)新

為了盡快實現(xiàn)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)，治黃除了要按“十六字治水方針”，著力創(chuàng)新制度和機(jī)制，還要改革流域管理體制。除了要大力推進(jìn)水量、水質(zhì)和水生態(tài)一體化管理，還需要將治黃系統(tǒng)工程的研究對象漸漸擴(kuò)展到社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。這既是尊重流域復(fù)雜巨系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，也是治河系統(tǒng)工程演化的大勢所趨，更是在流域?qū)用嫔吓浜现袊陌l(fā)展戰(zhàn)略、統(tǒng)籌推進(jìn)十八大“五位一體”總布局的要求。黃河流域一體化管理可借鑒澳大利亞墨累—達(dá)令河流域管理的經(jīng)驗，采取最高決策機(jī)構(gòu)加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的雙層管理體制。最高決策機(jī)構(gòu)的運(yùn)作采取多部門協(xié)商機(jī)制，從短期合作開展具體項目開始，不斷深化合作，漸進(jìn)轉(zhuǎn)變?yōu)榘凑諈f(xié)議運(yùn)作的常設(shè)機(jī)構(gòu)。

5.2.2 適應(yīng)性規(guī)劃與管理

黃河流域是一個機(jī)制不清、不確定性大、加速演化的復(fù)雜巨系統(tǒng)，需要實施適應(yīng)性規(guī)劃與管理，在持續(xù)學(xué)習(xí)中不斷改進(jìn)規(guī)劃與管理。適應(yīng)性規(guī)劃與管理有4個難點(diǎn)：第一，從全局出發(fā)，找到并化解顛覆性的風(fēng)險，確保風(fēng)險態(tài)勢總體可控;第二，抓住機(jī)遇，識別“機(jī)會窗口”;第三，在信息不足的情況下，克服非理性思維，分清權(quán)宜之計和長遠(yuǎn)之策，避免規(guī)劃與管理成為現(xiàn)實壓力下的被動應(yīng)付;第四，研發(fā)靈活性高、便于拆除、升級和改造的治河工程。為此，科研、決策、監(jiān)測和工程技術(shù)等部門需要長期密切合作、信息共享，加快實施“監(jiān)測—反饋—調(diào)整”動態(tài)控制過程。

5.2.3 可持續(xù)工程和智能工程

未來治黃工程要謀求與自然“合作”，才具有可持續(xù)性，才能適應(yīng)風(fēng)險管理的需求。探索基于自然的解決方案，研發(fā)可持續(xù)工程，不給后代留下難題。進(jìn)入21世紀(jì)以來，控制論發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入智能控制階段，研究如何調(diào)控高度不確定性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。智能控制的最高境界是實現(xiàn)自組織控制，即當(dāng)外部環(huán)境或其他條件發(fā)生劇烈變化時，系統(tǒng)發(fā)生可控的突變和自組織演化，及時調(diào)整自身結(jié)構(gòu)，自己找到新的穩(wěn)定狀態(tài)，避免引發(fā)災(zāi)變[36]。黃河下游現(xiàn)在是受大堤和生產(chǎn)堤約束的半人工河流，需大力研究下游河道的自適應(yīng)、自組織演化規(guī)律，研發(fā)河勢和河床高程的自適應(yīng)、自組織控制工程，以便用最小的干預(yù)創(chuàng)造最佳的控制效果，確保未來拆除生產(chǎn)堤“還地于河”時，不增加洪災(zāi)風(fēng)險，實現(xiàn)防洪和生態(tài)修復(fù)雙重目標(biāo)。

5.2.4 循證決策

治黃系統(tǒng)工程的決策過程復(fù)雜，需要平衡多種需求;決策具有高度不確定性，需從中選擇無悔政策（Non-regret policy）防控風(fēng)險。未來的治黃決策必須實施跨領(lǐng)域循證決策。為此，首先需要高質(zhì)量的科研成果，水利學(xué)、生態(tài)水文學(xué)、社會水文學(xué)、生物地貌學(xué)、人為地貌學(xué)等學(xué)科需要在應(yīng)用環(huán)境中大力合作，開展跨學(xué)科研究。其次，需要大力研究循證決策的程序，開發(fā)實用工具。建設(shè)治黃系統(tǒng)工程決策的證據(jù)體系，包括科研成果、專家經(jīng)驗、政治判斷和信念、文化價值觀等。各部門組織專門的科研人員系統(tǒng)搜集、 梳理和甄別相關(guān)的信息（包括不一致的研究結(jié)論），通過科學(xué)加工和通俗化闡釋，將其轉(zhuǎn)化為決策者可直接參考的證據(jù)，納入跨部門決策證據(jù)的公共數(shù)據(jù)庫，以便決策者全面了解和有效利用證據(jù)。同時，大力開發(fā)人機(jī)結(jié)合、多重情景分析的決策工具，例如聯(lián)結(jié)水、沙、糧食、能源、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型，動態(tài)評估治黃工程的成本效益，權(quán)衡河流的開發(fā)、防洪和保護(hù)目標(biāo)的工具等。

6 結(jié) 論

應(yīng)用復(fù)雜系統(tǒng)演化理論分析近3 000 a治黃史，顯示秦漢時期治黃系統(tǒng)工程與黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)同步形成，是一個四層級結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)，包含了意識形態(tài)、政治、治河管理技術(shù)和治河科學(xué)技術(shù)等子系統(tǒng)。自構(gòu)建初始，治黃系統(tǒng)工程就能調(diào)動黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)里自上而下多個子系統(tǒng)的能動性，協(xié)同治河，因此具有超強(qiáng)的韌性，成為中華文明傳承和發(fā)展的強(qiáng)大支撐。應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)，分析宋代至清代治黃和治國的因果反饋關(guān)系，揭示治國理政理念落后、經(jīng)濟(jì)有增長無發(fā)展是晚清河患嚴(yán)重的深層原因。對比中外治河史，發(fā)現(xiàn)發(fā)達(dá)國家治河系統(tǒng)工程的演化由科技創(chuàng)新自下而上驅(qū)動，治黃系統(tǒng)工程的演化由治國理政方針創(chuàng)新自上而下驅(qū)動。黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)的演化加速且具有高度不確定性，社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的資源約束趨緊。因此，未來治黃系統(tǒng)工程需要將研究對象進(jìn)一步擴(kuò)展到社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，同時謀求與自然“合作”而非對抗，以便將黃河復(fù)雜巨系統(tǒng)內(nèi)所有6個層級的子系統(tǒng)協(xié)同起來，推動流域可持續(xù)發(fā)展。實施流域一體化管理，開展跨領(lǐng)域的循證決策、適應(yīng)性規(guī)劃與管理，研發(fā)可持續(xù)工程和智能工程，是未來治黃系統(tǒng)工程的發(fā)展趨勢。

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【責(zé)任編輯 許立新】