黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與水資源可持續(xù)利用

◎ 沈彥俊

隨著自然環(huán)境的變化和人類社會經(jīng)濟的發(fā)展，黃河流域的生態(tài)環(huán)境也正經(jīng)歷著巨大的變化，水資源、水環(huán)境、水生態(tài)問題和各種矛盾日益突出。從流域整體來看，上游植被退化、中游水沙銳減、下游用水緊張、河口三角洲退縮等，成為黃河流域面臨的新問題，對流域的生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提出新的挑戰(zhàn)。以下從氣候和社會經(jīng)濟變化兩個方面出發(fā)，基于流域水循環(huán)和生態(tài)水文學(xué)原理，對黃河流域面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行粗線條的梳理和解讀，以求為該流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展路徑選擇提供參考。

一、黃河流域水土資源概況及近期氣候變化背景

由于河水泥沙含量大，黃河歷史上曾發(fā)生過多次改道。黃河?xùn)|出洛陽后，下游河道發(fā)生大幅度擺動，沖擊形成華北平原，入海口位置北至天津，南達(dá)連云港以南。黃河流域的多年平均降水量為450毫米，多年平均徑流量560億立方米，年輸沙量16億噸。由于水資源管理粗放，在上世紀(jì)末期曾經(jīng)歷多次斷流，1997年下游最長斷流日數(shù)曾高達(dá)226天。

黃河流域的總?cè)丝诩s為1.13億，有效灌溉面積751萬公頃。目前，流域糧食產(chǎn)量占我國糧食總產(chǎn)量的11%，對保障國家糧食安全起到重要作用。隨著經(jīng)濟發(fā)展，流域取用水量也發(fā)生巨大增長，據(jù)《黃河流域水資源公報》顯示，偏豐水的2003年（降水距平+24%），流域的總?cè)∷?30億立方米，其中地表水為300億立方米，總耗水量為336億立方米，地表水消耗243億立方米；平水年的2013年（降水距平+8%），總?cè)∷吭鲩L到530億立方米，地表水為404億立方米，總耗水量為430億立方米，地表水消耗330億立方米。取水量和耗水量都有顯著增長，為流域水資源的管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)帶來較大挑戰(zhàn)。

黃河流域地跨多個氣候區(qū)，處于青藏高原的源流區(qū)，受氣候變化影響顯著。半個多世紀(jì)以來，以增溫和降水增多為特征的氣候變化使源流區(qū)冰凍圈發(fā)生巨大變化，主要表現(xiàn)為冰川融水增多和凍土層融化加速。伴隨增溫的影響，該區(qū)域雖然在局部地區(qū)出現(xiàn)沙化現(xiàn)象，但整體上植被生長趨好、耗水增多，因而源流區(qū)產(chǎn)水量呈現(xiàn)減少趨勢。蘭州以下的上游地區(qū)，灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，水電和灌溉的發(fā)展對黃河水資源影響增大，主要體現(xiàn)在河流水文受閘壩調(diào)節(jié)和農(nóng)業(yè)灌溉的影響上，面臨的主要問題是灌區(qū)節(jié)水與水鹽平衡的矛盾。自頭道拐到花園口的中游黃土高原地區(qū)是黃河泥沙最主要的來源區(qū)，過去40多年的水土流失治理和大小型水庫建設(shè)，對水量和泥沙都起到極大的削減與攔截作用。花園口以下的下游地區(qū)，黃河來水量極小，主要起到將水沙輸移入海和為下游引黃灌區(qū)提供灌溉水源的作用。相關(guān)的科學(xué)研究表明，氣候變化和人類活動對黃河水文水資源影響的貢獻(xiàn)率在上、中、下游有顯著的不同。在上游地區(qū)，氣候變化影響占主導(dǎo)作用，貢獻(xiàn)率可達(dá)75%以上；在中游地區(qū)，氣候變化的影響降為40%；而在下游地區(qū)，則主要受人類活動的影響，氣候變化的影響僅為1%左右。

近期，在社會經(jīng)濟取用水量快速增加的同時，黃河徑流量和輸沙量都呈顯著減少趨勢。目前，黃河的年輸沙量僅3億噸左右。黃河最突出的生態(tài)環(huán)境問題是源流區(qū)脆弱的生態(tài)及其退化風(fēng)險、上游灌區(qū)節(jié)水與水鹽平衡的矛盾、中游嚴(yán)重的水土流失和下游不斷抬升的河床?？焖僭鲩L的社會經(jīng)濟需水以及水沙情勢的變化，對黃河流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)提出更多新的挑戰(zhàn)。

二、黃河中游的水沙變化及其未來趨勢

過去40年間，國家在黃河中游地區(qū)實施了前所未有的水土流失治理工程，遙感監(jiān)測結(jié)果顯示，潼關(guān)以上的渭河流域林草覆蓋度自1978年以來顯著增加。2010年前后，黃河水利委員會對黃土高原50余處地點進(jìn)行無人機拍攝，相比于上世紀(jì)80年代中期的航拍照片，植被覆蓋度大幅度增加，曾經(jīng)的荒山荒坡都被繁茂的植被覆蓋。坡耕地的梯田化、護(hù)坡工程和大量不同規(guī)模的淤地壩等水保措施都發(fā)揮了顯著的水土保持效應(yīng)。以陜西省綏德縣韭園溝為例，1984年，兩道淤地壩都蓄積徑流，呈現(xiàn)中型塘壩的景觀；而2010年，則成為完全淤滿的壩地，呈現(xiàn)一片農(nóng)田景象，周邊山坡的植被也很繁茂。黃土高原發(fā)生的這些植被變化顯示生態(tài)明顯好轉(zhuǎn)，水土流失治理工程獲得了顯著的保水保沙效果。科學(xué)觀測數(shù)據(jù)也表明，當(dāng)小流域林草覆蓋度增加時，地表徑流量呈現(xiàn)明顯的減小趨勢，而地下徑流則隨植被覆蓋增加而增加，一定時期內(nèi)河流的總徑流量會呈現(xiàn)減小趨勢；而侵蝕產(chǎn)沙指數(shù)則隨著地表植被覆蓋度的增加呈更劇烈的減少。

除水土保持措施發(fā)揮的生態(tài)效應(yīng)外，疊加上近20多年來社會經(jīng)濟發(fā)生的巨大變化，如鄉(xiāng)村青壯年勞動力進(jìn)城務(wù)工和農(nóng)村能源從薪柴轉(zhuǎn)變?yōu)槊禾康纫蛩?，曾?jīng)的薪柴砍伐和坡地耕種等人類活動大量減少，這些都使植被覆蓋發(fā)生明顯好轉(zhuǎn)。此外，黃土高原地區(qū)在過去30多年間的年降水量也呈現(xiàn)不顯著的降低趨勢，對該區(qū)域產(chǎn)流和產(chǎn)沙的減少也有一定影響。

對于未來黃河中游地區(qū)的水沙情勢，我們可以參考Kuczera曲線進(jìn)行簡單分析預(yù)測。生態(tài)水文學(xué)家Kuczera曾以1939年澳大利亞森林大火后墨爾本附近8個小流域為例，分析了徑流對植被恢復(fù)過程的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)桉樹再生25～30年時流域產(chǎn)水量減少50%左右，約在40年后達(dá)到最小徑流量，之后產(chǎn)水量才緩慢恢復(fù)到火災(zāi)前水平，這個時間跨度長達(dá)80～100年。這是生態(tài)水文學(xué)中一個著名的關(guān)于植被生長發(fā)育影響流域產(chǎn)流量的例子。該觀測流域火災(zāi)前的平均徑流深是883毫米，屬于濕潤氣候條件，而黃土高原地區(qū)的徑流深均低于200毫米，屬半干旱到半濕潤氣候區(qū)，植被生長緩慢。據(jù)此推測，這種自上世紀(jì)80年代開始的水土保持工程和2000年前后開始的退耕還林還草工程，需要更長的時間才能達(dá)到植被的最大生物量。因此，隨著植被的進(jìn)一步恢復(fù)生長，至少在未來10～20年內(nèi)，黃土高原的產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量仍會繼續(xù)減小。

保德縣佃則梁村（1984—2010）

綏德縣韭園溝（1984—2010）

（航拍照片來自：董保華、殷鶴仙、廖義偉、劉曉燕）

根據(jù)上述分析可見，中游地區(qū)整體上植被明顯好轉(zhuǎn)，面源侵蝕大幅度減輕，重力侵蝕也在減弱，徑流量和產(chǎn)沙量在近期一段時間仍會大概率地繼續(xù)減少。這些變化一方面會使下游水資源量減少，影響到豫魯兩省的社會經(jīng)濟用水，造成下游引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水的緊缺，可能會對國家糧食安全造成一定程度的影響；另一方面，河流輸沙量進(jìn)一步下降，入海泥沙量減少，對三角洲和河口地區(qū)的生態(tài)將造成負(fù)面影響，并且將使下游河床進(jìn)一步被沖刷侵蝕，增加下游引黃灌區(qū)的取水成本。

三、黃河上游灌區(qū)的節(jié)水和水鹽平衡問題

在中游產(chǎn)水減少的大背景下，通過上游灌區(qū)節(jié)水來增加流域可利用水資源量成為一個值得探討的途徑。黃河上游地區(qū)除青海的一些小型灌區(qū)外，主要有寧夏灌區(qū)和河套灌區(qū)，按照“八七”分水方案，目前寧夏每年的用水指標(biāo)為40億立方米，內(nèi)蒙古的用水指標(biāo)為58.6億立方米，均為凈耗用水量。兩個區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉均占總用水量的80%以上，灌溉定額大，具有較大的節(jié)水潛力。然而，由于節(jié)水灌溉技術(shù)和信息化管理尚不完備，節(jié)水和排鹽缺乏科學(xué)有效的技術(shù)手段和管理途徑，目前該區(qū)域農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的進(jìn)一步挖掘面臨較大困難。

以河套灌區(qū)為例，該灌區(qū)地處半干旱與干旱區(qū)交接地帶，年降水量僅186厘米，若無灌溉將是一派荒漠景象。由于黃河水的及時灌溉，目前該灌區(qū)已是我國第三大灌區(qū)，成為我國西部地區(qū)最大的綠洲之一，農(nóng)作物總播種面積超過1000萬畝，以種植食葵、小麥和玉米為主。河套灌區(qū)從磴口縣的三盛公水利樞紐取水，通過幾條干渠進(jìn)入農(nóng)田，灌區(qū)排水經(jīng)北部的總排渠匯入烏梁素海，經(jīng)過濕地的凈化后排入黃河。

河套灌區(qū)的節(jié)水需要整體考慮節(jié)水與生態(tài)的問題，主要是水鹽平衡問題。1997年黃河下游發(fā)生最長時間和最長河段的斷流后，自1998年實行黃河水量統(tǒng)一調(diào)度，嚴(yán)格執(zhí)行“八七”分水方案。河套灌區(qū)實施了一系列節(jié)水改造措施，包括干渠和支渠的渠道襯砌、水價改革、水權(quán)轉(zhuǎn)換等，取得了較好的節(jié)水效果。灌溉水有效利用系數(shù)從1986年的0.305提高到2012年的0.409；與此同時，高耗水的小麥種植面積從1997年的379萬畝縮減到2013年的63萬畝，葵花和玉米的種植面積大幅增加；通過渠道改造和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，河套灌區(qū)的單位面積灌溉量從1990年代末的每公頃11000立方米下降到目前的約7000余立方米。但另一方面，河套灌區(qū)的灌溉面積也伴隨著節(jié)水的提升快速增加，因此，灌區(qū)總的引水量并未明顯減少。

伴隨節(jié)水而來的是鹽分累積問題，這也成為灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的一大隱憂。目前，灌區(qū)年引黃水量為50億立方米，按照取水口的平均鹽分含量每升0.5 克計算，每年輸入灌區(qū)的鹽分為250萬噸；年均排水量3億立方米，排水平均鹽度每升4.0克，則年排入烏梁素海的鹽分總量為120萬噸，因此，每年約有130萬噸的鹽分累積在灌區(qū)內(nèi)。這些鹽分或儲存在灌區(qū)的深層土壤、地下水中，或富集在區(qū)內(nèi)微地形較高的荒丘地帶，對灌區(qū)土壤生產(chǎn)力的可持續(xù)性和生態(tài)安全造成極大威脅。究其根源，在于對灌區(qū)水循環(huán)和水鹽平衡缺乏整體認(rèn)識，對生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)節(jié)水的機理認(rèn)識不足，對農(nóng)業(yè)-水-生態(tài)的協(xié)同發(fā)展和優(yōu)化管理缺乏系統(tǒng)管理等。

四、黃河流域水資源可持續(xù)利用和生態(tài)文明建設(shè)的對策建議

針對以上分析和認(rèn)識，對黃河流域水資源可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提出如下幾條建議：

1.面對流域整體缺水形勢和經(jīng)濟社會進(jìn)一步發(fā)展需求，應(yīng)將節(jié)水優(yōu)先作為流域水土資源綜合治理的最基本原則。流域的生態(tài)保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展需從全局和長遠(yuǎn)出發(fā)，考慮不同區(qū)段的水生態(tài)功能和生產(chǎn)功能，合理制定水管理政策。如源流區(qū)借助三江源國家公園建設(shè)契機，將區(qū)內(nèi)牧民進(jìn)行異地搬遷安置，降低三江源區(qū)的畜牧業(yè)生產(chǎn)功能，僅保留少量的畜牧業(yè)以維護(hù)當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)文化和畜牧業(yè)景觀，使該區(qū)域的生態(tài)植被盡快恢復(fù)，發(fā)揮高原水塔的生態(tài)功能；上游灌區(qū)進(jìn)一步大力推行節(jié)水農(nóng)業(yè)，考慮水、沙、鹽的變化規(guī)律，采取跨季節(jié)和年際的綜合調(diào)控，生長季采取工程和農(nóng)藝的節(jié)水技術(shù)大力節(jié)水，非生長季，充分發(fā)揮好秋灌的生態(tài)作用，進(jìn)行灌區(qū)洗鹽，以維持灌區(qū)水鹽平衡和可持續(xù)的生產(chǎn)力。

2.對于中游地區(qū)，黃土高原的水土保持和生態(tài)治理需要考慮其長期效應(yīng)。黃土高原目前的植被情況總體上是好轉(zhuǎn)的，根據(jù)生態(tài)水文學(xué)原理的預(yù)測，短期（10～20年）內(nèi)產(chǎn)水量和產(chǎn)沙量仍會進(jìn)一步減少。一方面，應(yīng)充分研究論證，評估水沙雙減對黃河下游及河口地區(qū)的綜合影響，合理制定應(yīng)對策略；另一方面，中游黃土溝壑區(qū)建設(shè)的大量淤地壩因農(nóng)村青壯勞動力的外遷，大多疏于管理，應(yīng)建立管理和維護(hù)機制，以防范在極端降雨時發(fā)生垮塌和大面積土沙流出的風(fēng)險。

3.應(yīng)盡快改革流域水量分配制度，探索動態(tài)的分水協(xié)商機制，建立科學(xué)的生態(tài)補償和水權(quán)轉(zhuǎn)讓制度，實現(xiàn)全流域水資源生態(tài)效益和經(jīng)濟效益的最大化。

4.綜合來看，目前對黃河流域水沙和水鹽問題的認(rèn)識仍有局限性，支撐重大政策的科學(xué)和理論依據(jù)不足，尤其是在涉及一些長期效應(yīng)的預(yù)測方面缺乏科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。建議國家加大對黃河流域水-沙-鹽傳輸轉(zhuǎn)化規(guī)律和水文-農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)同發(fā)展理論方面的科學(xué)研究投入，提升對流域水沙關(guān)系、水沙與河道和河口生態(tài)安全的關(guān)系、灌區(qū)節(jié)水-生產(chǎn)力-水鹽平衡等關(guān)系的科學(xué)認(rèn)識，為更科學(xué)合理地進(jìn)行流域綜合管理和實現(xiàn)生態(tài)文明發(fā)展路徑提供理論保證。

（致謝：黃河水利委員會劉曉燕副總工，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)張圣微、屈振江、史海濱教授，中科院地理所李發(fā)東研究員）