第三节 水环境学理论体系简介

人类在生存和发展的实践中，特别是在寻求解决环境问题有效途径的过程中，不断对水环境系统进行认识和探索，逐步形成了有关水环境方面的专业知识和经验。但在相当长的时间内，这些知识都融合在其他早期形成的学科中^［2］，如环境科学、水文学、地理学、自然资源学等。进入20世纪80年代，随着人们对水环境问题认知水平的提高，国际社会开始重视这一领域的研究，这极大地促进学术界的研究热情。在不断认识和积累经验的基础上，吸取其他基础科学的思想、理论、方法，逐渐形成了自成体系的水环境学。

一、水环境学的概念

水环境学（Water environment science），是针对日益突出的水环境问题，综合应用环境科学、水利科学以及地理学、生态学、化学等其他相关学科的基本理论知识，研究水环境的形成和演变规律，特别是人类活动对水环境系统的组成、结构、性质和状况的影响，进而指导水环境保护相关业务（如水环境监测、调查、评价、预测、规划、治理、管理等）开展的知识体系。

水环境学是在20世纪60年代形成环境科学这门独立的、新兴的学科之后，以地球系统中水圈这一环境要素作为研究对象，将环境科学与水利科学交叉融合而形成的一个新学科。它主要用于研究人类在开发和利用水资源过程中出现的一切与环境有关的新问题，揭示经济社会发展、水资源开发利用与环境保护之间对立统一关系，从而有效掌握区域或流域水环境演变规律，并充分利用人类对自然环境的改造和能动作用，抑制和消除水环境污染带来的消极影响，使水环境系统朝着有益于人类发展和有利于生态平衡维护的方向发展。

二、水环境学的发展沿革

水环境学的发展经历了由萌芽到成熟、由定性到定量、由经验到理论的过程，大致可分为如下三个阶段。

（一）第一阶段：萌芽阶段（20世纪80年代以前）

人为的环境问题，是随人类的诞生而产生、并随着人类社会的发展而发展的。到了20世纪50～60年代，全球性的环境污染与破坏，引起人类思想的极大震动和全面反省。环境学作为一门科学，开始发展起来。此后，地学、生物学、化学、物理学、公共卫生学、工程技术科学等原理和方法在环境研究领域的应用，极大丰富了环境学的内涵，并由此衍生出了环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理学、环境医学、环境工程学等一系列的边缘性分支学科。此时，受人们的认识能力所限，对水环境系统了解不够、认知不深，水环境学被包含在相关学科中加以研究，不可能上升到水环境学理论高度、形成独立的学科体系，因此这一发展过程仅称得上是水环境学的发展起源或萌芽阶段。

尽管在这一漫长阶段还没有形成水环境学，但是通过人类的长期生产实践，获得和积累了大量的有关水环境方面的知识和经验，为后来水环境学的形成奠定了基础。

（二）第二阶段：形成阶段（20世纪80～90年代末）

随着科学技术的迅速发展以及人类对水环境认识的不断深入，水环境在整个环境系统中的地位日益凸现，针对水环境领域的研究工作也越来越多。此时，传统的环境学已不能满足水环境领域的研究需要，更多涉及水环境方面的内容不断加入进来，并衍生出与水环境学相关的分支学科，如环境水利学、水环境化学、生态水文学等。这些学科可作为水环境学独树一帜的前奏，但由于其所侧重的研究方向和内容不同，尚不能称作真正意义上的水环境学。在这一时期，由于出现的水环境问题越来越突出，对水环境的认识也越来越深刻，并发现了一些水环境学的基本原理，从而奠定了水环境学的基础，逐步形成了水环境学的雏形。同时，人们对水环境的一些看法也出现了重大转变，例如从早期“以牺牲环境为代价去追求经济效益”的观点，转变为“以环境为本、与环境共生”的理念等，并逐步重视水环境的调查、评价、规划、管理等工作，丰富了水环境学的内容。

（三）第三阶段：初步发展阶段（21世纪初至今）

21世纪初以来，随着计算机技术的发展和遥感及信息技术的应用，一些新理论和边缘学科的不断渗透，使得水环境研究增添了许多新的技术手段、理论与方法，由此也使得水环境学理论更加丰富。同时，由于人类对环境改造能力的不断增强，活动范围不断扩大，再加上人口快速增长，也使水环境学面临更多的机遇与挑战，并极大地促进了水环境学的蓬勃发展。但值得一提的是，到目前为止还没有正式以水环境学命名的教材。本教材首次从一个学科领域的视角对水环境学进行了凝练和提升，力图使之成为一个完整的学科体系。

三、水环境学的研究对象及内容

水环境学的研究对象是由自然界各类水体形成的水环境以及与其相互作用的人类社会所构成的复杂大系统，归纳起来可分为两个方面：一是对水环境自身规律的认识，包括水环境天然化学组成、污染物在水环境中的转化规律、水环境数学建模、水环境质量评价、水环境容量计算等；二是对人类社会对水环境影响作用的认识，包括污染源调查、水环境监测、水污染控制措施制定、水生态修复与保护、水环境保护规划编制、水环境管理等。

水环境学由层次递进、相互联系的三部分内容组成：首先，是水环境中溶质形成和转化规律。将介绍水体中的溶质组成、来源以及溶质在水环境中的物理、化学和生物过程等。这是学习水环境学的基础知识，也是对水环境基本特征和规律的初步认识，是学习后续章节的基础。其次，是水环境分析与控制技术方法。将介绍水环境学的三大基础研究方法，即水环境检测分析方法、水环境数学模型、水污染控制技术。这是水环境学成为一门学科的理论支撑，也是后续章节中有关水环境保护主体工作开展的重要理论依据。最后，是水环境保护主体工作内容。将介绍污染源调查、水环境监测、水环境质量评价、水环境保护规划、水环境管理方面的知识。这是水环境保护工作的主体内容，也是水环境学服务于人类社会的重要体现。

四、水环境学的理论体系

根据水环境学的研究对象和研究内容，可以把本课程分成层次递进的三大部分内容，即“水环境中溶质形成与转化基本原理”、“水环境分析与控制方法”、“水环境保护主体工作”，组成水环境学的学科体系，本书编撰了11章，如图1-1所示。

五、水环境学的特点

水环境学不仅仅研究水环境系统自身，而且涉及与之有关的经济社会系统、生态系统以及它们之间的相互协调，研究的问题不仅有水环境问题，还有社会问题、生态问题，涉及的学科多、内容广。概括起来，有以下特点。

1.交叉性

支撑水环境学的知识体系涉及了环境科学、水文学、化学、地质学、水力学、生物学、生态学等自然科学和经济学、社会学、法学、管理学等社会科学中与水有关的学科内容，所以它是交叉性很强的边缘学科。例如，在水污染治理工作中，要用到化学、生物学、生态学知识来设计不同的水污染处理工艺和流程；在对水污染进行预警预报时，要用到水文学、水力学、数学、计算机科学知识来研制水环境数学模型，有效模拟污染物在水体中的迁移转化规律；在水环境保护规划工作中，要综合运用社会学、经济学、系统科学知识对经济社会发展规模进行论证，为污染源控制方案的编制奠定基础；在面对水环境管理的复杂问题时，要借助法学、管理学、经济学知识，实现水环境管理的科学化、制度化。

2.综合性

水环境学是将整个水圈作为研究对象，而水圈在地球系统中本身就是一个非常复杂的子系统，它涉及动物、植物、微生物等组成的生命系统和岩石、大气等组成的非生命系统，既涉及自然系统，又涉及人、社会、经济等社会系统。各个系统之间存在着多层次、多方位的复杂关系。所以水环境学是一门综合性很强、涉及面很广的科学。

3.前沿性

水环境学作为一门新兴的边缘学科，随着人们环保意识的不断增强，其研究呈现出蓬勃发展的生机。近年来，各种具有前沿性的新观点、新理论、新方法研究成果不断涌现。同时，水环境学的发展还与当前的水环境管理政策、理念密切相关。随着近年来人类对水环境问题认识的不断深入，以及水环境保护理念的不断升华，水环境学也正朝着全新的方向快速发展和提升。

4.应用性

水环境学是一门直接服务于人类社会的学科，其产生的目的就是为了解决水环境管理工作中遇到的实际问题，其主要工作内容就是解决现实中出现的水环境问题，如污染源调查、水污染治理、水环境修复等。因此，水环境学是一门应用性很强的学科，需要在实践的基础上不断完善和发展，再反过来指导生产实践。