“南水北調(diào)”的工程學(xué)意義

□王　頔（美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)）

“南水北調(diào)”的工程學(xué)意義

□王頔（美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)）

南水北調(diào)工程是實(shí)現(xiàn)中國(guó)水資源優(yōu)化配置、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、保障和改善民生的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施。南水北調(diào)工程的開工建設(shè)，受到了一些爭(zhēng)議，但更多的是取得了舉世矚目的豐碩成果?；诖?，文章在介紹工程學(xué)及教育概念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)了南水北調(diào)工程在工程學(xué)上的貢獻(xiàn)，最后著重從學(xué)科建設(shè)、推廣教育、提升思維、挖掘文化等方面探討了南水北調(diào)的工程學(xué)意義。

南水北調(diào)；工程學(xué)；意義

1　工程學(xué)及其教育

1.1工程學(xué)定義

不同的研究者對(duì)于工程學(xué)有著不同的定義。1998年，著名學(xué)者伍爾夫（Wulf）提出，工程學(xué)是指“在約束條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)”。美國(guó)工程教育協(xié)會(huì)在2008年頒布的《基礎(chǔ)教育階段教育中的工程學(xué)》中指出，工程學(xué)是“設(shè)計(jì)人造世界的過(guò)程”。著名學(xué)者羅杰斯（Rogers）等人認(rèn)為，工程學(xué)是“工程師們利用學(xué)科知識(shí)和認(rèn)知過(guò)程來(lái)設(shè)計(jì)、分析和解決復(fù)雜的系統(tǒng)，從而滿足社會(huì)的需求”。這些設(shè)計(jì)、分析和解決問題的過(guò)程就是工程學(xué)的主要活動(dòng)，用來(lái)創(chuàng)造新的設(shè)備、過(guò)程和公共設(shè)施，或者改變已有的事物。美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)在2013年頒布的《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中指出，工程學(xué)是“參與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而解決特定的人類問題”。美國(guó)國(guó)家工程院在《基礎(chǔ)教育階段工程學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中指出，工程學(xué)是“為滿足人們的需求而進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)”。而中國(guó)比較廣泛接受的工程學(xué)定義，是通過(guò)研究與實(shí)踐應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)，來(lái)達(dá)到改良各行業(yè)中現(xiàn)有建筑、機(jī)械、儀器、系統(tǒng)、材料和加工步驟的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方式一門學(xué)科。

1.2工程學(xué)意義

工程學(xué)與科學(xué)、技術(shù)不同，科學(xué)的目的是研究自然世界，試圖揭示自然界的規(guī)律。技術(shù)則是指的各種類型的人工（人造）系統(tǒng)和進(jìn)程。而“工程學(xué)”指的是參與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而解決特定的人類問題，上述工程學(xué)定義雖然不同，但都主要涉及兩個(gè)元素，一個(gè)是“設(shè)計(jì)”，一個(gè)是“滿足人們的需求”。這也正是工程學(xué)的特殊意義。通過(guò)“設(shè)計(jì)”過(guò)程，人們能夠整合多種類型的技能和思維—分析、整合的能力，更深刻、細(xì)致、全面地理解問題，還能夠從中學(xué)會(huì)如何計(jì)劃和構(gòu)建問題，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中領(lǐng)會(huì)過(guò)程性的知識(shí)，理解、掌握陳述性的知識(shí)。通過(guò)“滿足人們的需求”，針對(duì)事物的功能、材料、結(jié)構(gòu)、安全、舒適和易用等要素，主要關(guān)注人類的生理需求和安全需求，解決存在的問題，使人類能夠更好地主宰這個(gè)世界，并享受這個(gè)世界。

1.3工程學(xué)教育

現(xiàn)在一些教育發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)工程學(xué)教育放在了突出的地位，在中小學(xué)基礎(chǔ)教育中也加強(qiáng)這方面的培養(yǎng)。美國(guó)工程教育協(xié)會(huì)（ITEEA）和美國(guó)國(guó)家工程院（NAE），呼吁更多關(guān)注與親身實(shí)踐、跨學(xué)科以及與社會(huì)相關(guān)的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育（STEM）方法，特別強(qiáng)調(diào)了要加強(qiáng)工程學(xué)教育，將其作為一門學(xué)科來(lái)發(fā)展。這對(duì)發(fā)展基礎(chǔ)教育階段科學(xué)教育也有著重要意義。在2013年美國(guó)頒布的《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中，工程學(xué)教育成為基礎(chǔ)教育階段科學(xué)教育框架中的新元素。我國(guó)教育工作者對(duì)此引起了關(guān)注和研究，提出要?jiǎng)?chuàng)造條件并逐步將工程學(xué)教育融入基礎(chǔ)教育理科課程中，探索出自己的工程學(xué)課程框架，為我國(guó)創(chuàng)新型國(guó)家的實(shí)現(xiàn)和學(xué)生科技素養(yǎng)的提高創(chuàng)設(shè)良好的教育條件。

2　南水北調(diào)工程在工程學(xué)上的貢獻(xiàn)

南水北調(diào)工程是當(dāng)今世界規(guī)模最大的調(diào)水工程，是支撐中國(guó)北方地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和保障中國(guó)水資源安全的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，更是歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)、寄寓著中華民族走向自強(qiáng)與復(fù)興征途的歷史性工程。單單南水北調(diào)中線工程就有1432km，跨越越過(guò)705條河道、1300多條道路、近60次橫穿鐵路，要攻破一系列重大技術(shù)難題，其規(guī)模及難度國(guó)內(nèi)外均無(wú)先例，在工程學(xué)上具有非常重要的意義。

2.1規(guī)劃設(shè)計(jì)論證充分，形成了一批理論和實(shí)踐成果

從1952年設(shè)想的提出，僅規(guī)劃論證就整整用了50 a。1959年《長(zhǎng)江流域利用規(guī)劃要點(diǎn)報(bào)告》中，提出南水北調(diào)總的布局是從長(zhǎng)江上、中、下游分別調(diào)水。1978年10月，水電部以急件發(fā)文《關(guān)于加強(qiáng)南水北調(diào)規(guī)劃工作的通知》，要求抓緊進(jìn)行南水北調(diào)的規(guī)劃修改補(bǔ)充工作上報(bào)。1980年，水利部組織有關(guān)省市、部委、科研部門及大專院校的領(lǐng)導(dǎo)、專家、教授對(duì)中線工程水源區(qū)及渠首到北京的線路進(jìn)行了全面勘查。1990年1月水利部發(fā)文要求“抓緊完成丹江口水利樞紐后期完建工程及調(diào)水方案的可行性研究和設(shè)計(jì)任務(wù)書工作”。1991年11月長(zhǎng)江委提出了《南水北調(diào)中線規(guī)劃報(bào)告（1990年9月修訂）》和《南水北調(diào)中線工程初步可行性研究報(bào)告》。1995年國(guó)家環(huán)保局也正式批準(zhǔn)了《南水北調(diào)中線工程環(huán)境影響報(bào)告書》。1995年，國(guó)務(wù)院決定對(duì)東、中、西三條線由水利部組織論證、國(guó)家計(jì)委組織審查，論證審查工作持續(xù)到1998年3月。2000年9月水利部于提出《南水北調(diào)工程實(shí)施意見》，國(guó)務(wù)院總理主持召開南水北調(diào)工程座談會(huì)進(jìn)行論證。南水北調(diào)工程總體規(guī)劃在2002年8月23日由國(guó)務(wù)院總理辦公會(huì)審議通過(guò)，10月9日經(jīng)國(guó)務(wù)院總理辦公會(huì)復(fù)議，10月10日由中共中央政治局常務(wù)會(huì)討論通過(guò)。除了總體規(guī)劃以外，還形成了節(jié)水、治污和生態(tài)環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)規(guī)劃，南水北調(diào)工程沿線44座城市水資源配置規(guī)劃，南水北調(diào)工程總體布局和分期實(shí)施方案擬定和水價(jià)形成機(jī)制和管理體制研究等。這中間廣大科技工作者做了大量的野外勘查和測(cè)量，7位院士、6 000人次專家，開了100多次研討會(huì)，對(duì)50多種方案進(jìn)行比選，獲得了一大批富有價(jià)值的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和論證成果，極大地豐富和發(fā)展了規(guī)劃設(shè)計(jì)的理論和實(shí)踐。

2.2攻堅(jiān)克難世界性工程難題，取得了一大批技術(shù)成果

南水北調(diào)中線工程共取得新產(chǎn)品、新材料、新工藝、新裝置、計(jì)算機(jī)軟件等成果63項(xiàng)；申請(qǐng)國(guó)內(nèi)專利成果110項(xiàng)，其中發(fā)明專利66項(xiàng)；獲得專利授權(quán)59項(xiàng)，其中發(fā)明專利授權(quán)16項(xiàng)。比如，渡槽是南水北調(diào)中線工程的重要交叉建筑物之一，在這1000多公里的中線工程中，就薈萃了27個(gè)不同類型的渡槽，實(shí)至名歸，堪稱“渡槽博物館”。再如，降服“工程癌癥”膨脹土，南水北調(diào)中線總干渠穿越膨脹土（巖）渠段累計(jì)近400 km，膨脹（巖）土是一種具有特殊性質(zhì)的（巖）土，其處理技術(shù)難度、處理工程量和投資都比較大，是南水北調(diào)中線工程面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，是世界公認(rèn)的“工程癌癥”。再如“3毫米奇跡”創(chuàng)造世界工程極限。南水北調(diào)中線北京段西四環(huán)暗涵工程，創(chuàng)下暗涵結(jié)構(gòu)頂部與地鐵結(jié)構(gòu)距離僅3.67m、地鐵結(jié)構(gòu)最大沉降值不到3mm的紀(jì)錄，挑戰(zhàn)了極限，創(chuàng)下了世界之最。

2.3建成世界最大的調(diào)水工程，獲得了巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和生態(tài)效益

南水北調(diào)總體規(guī)劃推薦東線、中線和西線三條調(diào)水線路。通過(guò)三條調(diào)水線路與長(zhǎng)江、黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，構(gòu)成以“四橫三縱”為主體的總體布局，以利于實(shí)現(xiàn)中國(guó)水資源南北調(diào)配、東西互濟(jì)的合理配置格局。整個(gè)工程供水面積145萬(wàn)km2，受益人口4.38億人。一是社會(huì)效益?？v橫供水區(qū)內(nèi)的京廣、隴海、京浦、焦枝、京九、蘭新等鐵路沿線有眾多的工業(yè)城鎮(zhèn)，是中國(guó)生產(chǎn)力布局的重要區(qū)域。南水北調(diào)工程實(shí)施后，將通過(guò)改善中國(guó)資源自然分布的空間格局，鞏固和促進(jìn)供水地區(qū)的生產(chǎn)力布局和發(fā)展，提高人民的生存與發(fā)展環(huán)境質(zhì)量。南水北調(diào)工程的開工建設(shè)，需要大量的人力、物力，從而增加了工程周遍地區(qū)人們的就業(yè)機(jī)會(huì)。同時(shí)，南水北調(diào)工程實(shí)施之后，由于缺水而使一些處于停產(chǎn)和半停產(chǎn)狀態(tài)的企業(yè)重新恢復(fù)生產(chǎn)建設(shè)，從而為再就業(yè)人員提供了機(jī)會(huì)，也保障了社會(huì)的穩(wěn)定和繁榮。二是經(jīng)濟(jì)效益。除明顯的社會(huì)效益外，南水北調(diào)工程的經(jīng)濟(jì)效益依然顯著。據(jù)測(cè)算，在年均調(diào)水量380～480億m3情況下，可直接計(jì)算的各項(xiàng)綜合效益，按目前價(jià)格水平，東中線年均經(jīng)濟(jì)效益將到達(dá)600～800億元，西線的經(jīng)濟(jì)效益粗略估算，超過(guò)480億元。三是生態(tài)和環(huán)境意義。可以增加供水區(qū)城市生活、工業(yè)用水，改善衛(wèi)生條件，有利于城市環(huán)境治理和綠化美化，促進(jìn)城市化建設(shè)。增加農(nóng)林牧業(yè)灌溉用水，改善農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)條件，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，提高土地利用率。還可改污水灌溉為清潔水灌溉，減輕耕地污染及對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品的危害?？梢詼p少對(duì)地下水的超采，補(bǔ)充地下水，改善水文地質(zhì)條件，控制地面沉降造成對(duì)建筑物的危害。通過(guò)合理調(diào)度，可向干涸的洼、淀、河、渠、濕地補(bǔ)水，改善水質(zhì)，恢復(fù)生機(jī)，促進(jìn)水產(chǎn)和水生生物資源的發(fā)展，使區(qū)域生態(tài)環(huán)境向良性方向發(fā)展。

3　應(yīng)充分挖掘南水北調(diào)工程的作用

3.1建立南水北調(diào)工程學(xué)學(xué)科，豐富和發(fā)展工程學(xué)科建設(shè)

南水北調(diào)工程跨國(guó)多個(gè)流域，有些地區(qū)地形及地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，在這些地區(qū)興建一些水利工程，需要應(yīng)用“大型渠道設(shè)計(jì)與施工新技術(shù)研究”、“丹江口大壩加高工程關(guān)鍵技術(shù)研究”、“大型貫流泵關(guān)鍵技術(shù)與泵站聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化”等多個(gè)工程重大關(guān)鍵技術(shù)，妥善解決軟土地基問題、膨脹土問題、濕陷性黃土狀土問題、飽和砂土震動(dòng)液化問題、岸坡穩(wěn)定問題、斷裂構(gòu)造問題、渠道滲漏等一系列地質(zhì)工程問題。通過(guò)建立南水北調(diào)工程學(xué)學(xué)科，對(duì)南水北調(diào)工程進(jìn)行專項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提煉解決工程建設(shè)中重大關(guān)鍵樞紐和典型工程建筑物的結(jié)構(gòu)、材料、施工技術(shù)與工藝、設(shè)備等難題的辦法，對(duì)于工程地質(zhì)科學(xué)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也將起到示范、推動(dòng)和促進(jìn)作用。

3.2加強(qiáng)南水北調(diào)工程的教育，推動(dòng)工程學(xué)基礎(chǔ)教育

在基礎(chǔ)教育階段開展工程學(xué)教育有重要的意義，基礎(chǔ)教育階段工程學(xué)教育對(duì)于實(shí)施科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育以及學(xué)生將來(lái)的職業(yè)發(fā)展有著重要的作用；工程學(xué)教育能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生數(shù)學(xué)、科學(xué)的學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生對(duì)工程和技術(shù)的理解；工程學(xué)的設(shè)計(jì)任務(wù)能提高學(xué)生解決問題的能力、交流的技能以及團(tuán)隊(duì)合作的能力；工程學(xué)教育促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育學(xué)科概念的理解，增強(qiáng)人們對(duì)于“工程學(xué)在支持、促進(jìn)人類社會(huì)中扮演重要角色”的認(rèn)識(shí)。目前比較成熟的工程學(xué)教育項(xiàng)目主要有“基礎(chǔ)工程學(xué)”項(xiàng)目和“項(xiàng)目引領(lǐng)學(xué)習(xí)”項(xiàng)目，而項(xiàng)目引領(lǐng)學(xué)習(xí)更是受到師生的高度認(rèn)可。利用南水北調(diào)工程作為案例教學(xué)，以其生動(dòng)、形象、具體的特征，將工程學(xué)教育變得更加具體化、形象化、直觀化。

3.3加強(qiáng)南水北調(diào)教育基地建設(shè)，提高全社會(huì)工程學(xué)思維

國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為工程學(xué)的“思維習(xí)慣”是21世紀(jì)所必需的技能。這些“思維習(xí)慣”主要包括系統(tǒng)思考的能力、創(chuàng)造力、樂觀主義、合作能力、交流能力和考慮道德倫理的能力等。中國(guó)一些學(xué)者還認(rèn)為工程學(xué)思維還有利于解決國(guó)人

工作中的目標(biāo)虛化、部署泛化、過(guò)程浮化、責(zé)任模糊化等問題，甚至有的學(xué)者還提出來(lái)在社會(huì)治理實(shí)踐中強(qiáng)調(diào)工程學(xué)思維運(yùn)用，運(yùn)用社會(huì)工程學(xué)的理論和方法，因地制宜地進(jìn)行通盤設(shè)計(jì)。因此建議在南水北調(diào)關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵地段，結(jié)合人文地理特點(diǎn)，要認(rèn)真落實(shí)《南水北調(diào)中線生態(tài)文化旅游產(chǎn)業(yè)帶規(guī)劃綱要》，建好12處工程景觀節(jié)點(diǎn)（丹江口大壩、引江濟(jì)漢及興隆樞紐工程、陶岔渠首、沙河渡槽、穿黃工程、焦作城區(qū)段、穿漳工程、洺河渡槽、滹沱河倒虹吸、漕河渡槽、團(tuán)城湖、曹莊泵站及王慶坨水庫(kù)），建設(shè)集工程學(xué)教育和景觀游覽、文化娛樂、城市游憩、生態(tài)休閑、科普教育等功能于一體的生態(tài)文化旅游帶。

3.4總結(jié)南水北調(diào)工程精神，挖掘工程學(xué)文化內(nèi)涵

在南水北調(diào)工程規(guī)劃建設(shè)當(dāng)中，可以總結(jié)的文化和精神有很多。幾十萬(wàn)移民群眾為了庫(kù)區(qū)建設(shè)，拋家舍業(yè)、背井離鄉(xiāng)，在實(shí)踐中形成了“忠誠(chéng)報(bào)國(guó)、無(wú)私奉獻(xiàn)”的移民精神。無(wú)數(shù)名工程師為了攻克重大技術(shù)難題，大膽探索，開拓創(chuàng)新，用行動(dòng)詮釋了“精益求精，精雕細(xì)琢”的工匠精神。這些工程文化資源彌足珍貴，值得深刻總結(jié)、概括、提升，使之成為展現(xiàn)南水北調(diào)建設(shè)成果的重要途徑，成為砥礪國(guó)人團(tuán)結(jié)奮進(jìn)、和衷共濟(jì)的強(qiáng)大動(dòng)力。特別是當(dāng)前面臨經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)，要推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，更有必要進(jìn)一步喚醒全社會(huì)對(duì)工程文化的自覺意識(shí)，重點(diǎn)培養(yǎng)工程師的匠人精神，讓“中國(guó)制造”在激烈競(jìng)爭(zhēng)中引領(lǐng)世界潮流。

（責(zé)任編輯：劉長(zhǎng)垠韋詩(shī)佳）

TV 68

B

1673-8853（2016）08-0027-03

2016-05-03