黑河流域生態(tài)調(diào)水重大問題思考

劉 鋼，杜得彥，董國濤

（1.黃河水利委員會黑河流域管理局，甘肅 蘭州730030；2.黑河水資源與生態(tài)保護研究中心，甘肅蘭州730030）

黑河是我國西北干旱區(qū)重要的內(nèi)陸河之一，發(fā)源于祁連山北麓，流經(jīng)青海、甘肅和內(nèi)蒙古三?。▍^(qū)）。由于水資源總量不足，因此黑河流域中下游區(qū)域水資源供需矛盾突出。20世紀60—90年代，隨著中游人口的增加和人類對綠洲的大規(guī)模開發(fā)，加之大量水利工程的建設(shè)，進入下游的水量逐漸減少，下游額濟納三角洲河道斷流加劇、湖泊干涸、地下水位下降、水質(zhì)礦化度明顯升高、天然林草覆蓋率大幅度降低，土地荒漠化和沙漠化迅速蔓延，為我國沙塵暴的重要策源地之一，對西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施、國防科研，以及穩(wěn)固邊疆均帶來負面影響。

針對黑河水資源供需嚴重失衡、生態(tài)系統(tǒng)急劇惡化的狀況，國家在世紀之交決策開始實施黑河干流水量統(tǒng)一調(diào)度和流域治理。通過生態(tài)水量統(tǒng)一調(diào)度和流域治理，進入黑河下游的水量逐步增加，中下游用水不平衡問題初步解決，有效緩解了流域生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢，局部地區(qū)生態(tài)環(huán)境明顯改善，全流域生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水初步得到了合理配置，促進了中游節(jié)水型社會的建設(shè)，探索和實踐了流域管理與區(qū)域管理相結(jié)合的新途徑，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。筆者系統(tǒng)總結(jié)了近期生態(tài)調(diào)水工作進展和成效，明確當前及今后一段時期黑河生態(tài)水量調(diào)度面臨的重大問題與關(guān)鍵技術(shù)，以期全面推進新時期黑河流域生態(tài)水量調(diào)度工作的發(fā)展。

1 近期主要工作進展與成效

1.1 水資源管理與調(diào)度

國內(nèi)學(xué)者在黑河水資源管理與調(diào)度方面開展了廣泛研究。常炳炎［1］論述了黑河實施水量調(diào)度的技術(shù)路線，以及有關(guān)技術(shù)措施和行政措施；喬西現(xiàn)等［2］針對黑河水量統(tǒng)一調(diào)度實踐中存在的問題，提出了健全并完善水量調(diào)度管理體制和運行機制，以及盡快制定出臺相關(guān)法律法規(guī)和經(jīng)濟補償機制的對策措施；王道席等［3］通過對黑河中游農(nóng)作物用水規(guī)律、下游植被生態(tài)需水規(guī)律、維持東居延海適宜水量等的研究，提出了春季集中調(diào)度、適時洪水調(diào)度、秋季3個月連續(xù)調(diào)度的生態(tài)水量調(diào)度模式；李元紅等［4］探討了基于生態(tài)需水、水權(quán)框架、模擬模型和水資源信息系統(tǒng)的黑河流域水資源管理模式；王浩等［5］系統(tǒng)論述了黑河水資源調(diào)配層次化結(jié)構(gòu)體系，通過構(gòu)建流域水資源調(diào)配管理信息系統(tǒng)，為流域水資源的規(guī)劃配置和管理調(diào)度提供技術(shù)支撐。

黃河水利委員會黑河流域管理局積極開展黑河水資源管理與調(diào)度應(yīng)用研究工作。黑河生態(tài)水量調(diào)度工作，在缺乏控制性調(diào)蓄工程，調(diào)度手段單一的情況下，經(jīng)流域各方的艱辛探索和實踐，確定了年度總量控制、分級管理、分級負責，豐增枯減、逐月滾動修正的調(diào)度原則，提出了“確保當黑河上游鶯落峽斷面來水達到多年均值15.8億m3時，中游正義峽斷面下泄9.5億m3，并確保繼續(xù)調(diào)水進入東居延?！钡哪甓日{(diào)度目標，建立了涵蓋方案編制、協(xié)調(diào)溝通、調(diào)度督查和責任落實等各個環(huán)節(jié)的工作機制：一是創(chuàng)立了“全線閉口、集中下泄”措施，并適時采取限制引水和洪水調(diào)度措施，有效增加了正義峽斷面下泄水量；二是實現(xiàn)了由半年調(diào)度向全年調(diào)度、由應(yīng)急調(diào)度向常規(guī)調(diào)度的轉(zhuǎn)變；三是更加注重過程控制，加大了春季調(diào)水工作力度，提高了春季水量配置比例，開展了生態(tài)水量調(diào)度探索與實踐；四是建立健全監(jiān)督檢查制度，實施分級負責、分級督查，流域機構(gòu)督查和聯(lián)合督查相結(jié)合的督查制度；五是實行水量調(diào)度行政首長負責制，2006年起，水利部每年都以公告形式向社會公布黑河各級水量調(diào)度行政首長責任人和聯(lián)系人名單，接受社會監(jiān)督；六是不斷強化水量調(diào)度法規(guī)建設(shè)，2009年水利部發(fā)布《黑河干流水量調(diào)度管理辦法》，對黑河干流水量調(diào)度的原則、管理職責、調(diào)度責任制等做出了全面規(guī)定。

1.2 水資源配置

黑河流域水資源配置基礎(chǔ)研究方面，李福生等［6］基于地下水數(shù)值計算的黑河中游地表水、地下水轉(zhuǎn)換及配置模型，解決了黑河中游灌區(qū)地表水-地下水轉(zhuǎn)換及水資源配置問題；楊獻獻等［7］構(gòu)建了黑河中游面向生態(tài)的單目標和多目標水資源優(yōu)化配置模型；李揚等［8］建立了黑河中游地區(qū)水資源合理配置模型，并對2010水平年和2020水平年的水資源配置進行了優(yōu)化；蒙吉軍等［9］在研究中游綠洲灌區(qū)生態(tài)需水的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際引水量和單產(chǎn)耗水量，評估了綠洲灌區(qū)水資源配置效率；莫文春［10］構(gòu)建了張掖市農(nóng)業(yè)用水生產(chǎn)函數(shù)，分析了農(nóng)業(yè)用水配置有效性和影響農(nóng)業(yè)用水配置效率的主要因素；李云玲［11］建立了基于水資源合理配置的黑河下游生態(tài)恢復(fù)模擬系統(tǒng)，預(yù)測了不同水平年系列配水方案下天然綠洲恢復(fù)狀況。

黑河流域管理局緊緊圍繞中下游水資源需求，在中游水資源配置方面進行應(yīng)用生產(chǎn)實踐。先后開展了黑河流域中下游生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化情況調(diào)查分析、黑河中游地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源利用效率評估、黑河中游地表水和地下水優(yōu)化配置技術(shù)方案編制、水量調(diào)度模式等研究工作。通過項目的實施基本掌握了中游地區(qū)水資源開發(fā)利用規(guī)模、用水方式和特點，并在此基礎(chǔ)上編制了水資源優(yōu)化配置方案。對于強化中游地區(qū)水資源管理，合理壓縮灌溉周期，最大限度延長集中調(diào)水時間，提升水量調(diào)度效果發(fā)揮了積極作用。在下游綠洲水資源配置方面，開展了黑河干流正義峽—狼心山河段滲漏損失量調(diào)查分析、黑河下游水資源優(yōu)化配置研究、黑河下游生態(tài)水量調(diào)度指標及調(diào)度方案編制、黑河尾閭東居延海濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評估、春季融冰水量配置方案研究等工作。黑河流域管理局主持完成的“面向生態(tài)的黑河下游水資源配置方案研究”，獲得黃河水利委員會科技進步一等獎。通過項目實施，分析不同來水條件下水流演進情況，編制實時水量調(diào)度和配置方案，保障各用水戶基本需求，并在對下游綠洲進行生態(tài)分區(qū)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各河段來水情況，優(yōu)化水資源配置，盡可能擴大林草地灌溉面積，對利用有限水資源實現(xiàn)生態(tài)效益最大化發(fā)揮了重要作用。根據(jù)苗政等［12］關(guān)于黑河生態(tài)水量調(diào)度的公眾認可度調(diào)查，56.51%的受調(diào)查者對生態(tài)水量調(diào)度項目有基本認知，41.93%的受調(diào)查者認為環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展是同等重要的。

1.3 主要成效

（1）通過實施生態(tài)水量調(diào)度，進入下游的水量明顯增加，河道斷流天數(shù)逐年減少。據(jù)統(tǒng)計，黑河下游額濟納綠洲狼心山斷面1995—1999年平均斷流天數(shù)為250 d，實施水量統(tǒng)一調(diào)度后，2000—2018年平均斷流天數(shù)為126 d，較1995—1999年減少了124 d。2000—2018年，正義峽斷面累計下泄水量215.29億m3，年下泄水量較20世紀90年代增加了3.55億m3；累計進入額濟納綠洲的水量為119.09億m3，年下泄水量較20世紀90年代增加了2.74億m3。

（2）流域生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢得到遏制并有所改善。隨著進入下游生態(tài)水量的增多，下游額濟納綠洲生態(tài)惡化趨勢得到初步遏制，并有所改善，額濟納綠洲地下水均有不同程度的回升，下游一度瀕臨枯死的胡楊、檉柳得到搶救性保護。以草地、胡楊林和灌木林為主的綠洲面積增加了近200 km2。黑河尾閭東居延海自2004年8月以來已連續(xù)14 a不干涸，尾閭生態(tài)系統(tǒng)得到了有效改善和恢復(fù)。中游人工林面積增加，林地總面積減少的趨勢較治理前有所緩解，鹽堿化土地面積也有所減少。上游林草地退化和森林面積萎縮情況得到初步遏制，黑土灘和草地沙化治理項目區(qū)草地覆蓋度增加近30%，水源涵養(yǎng)能力明顯增強。

（3）全流域生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水得到了合理配置。在優(yōu)先滿足流域生活用水的同時，中游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水基本得到保證，合理安排中下游地區(qū)的生產(chǎn)和生態(tài)用水，特別是中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的國防科研用水得到合理配置，為神舟系列飛船的成功發(fā)射提供了基礎(chǔ)保障。

（4）探索了我國內(nèi)陸河流域管理的新模式。黑河流域水資源統(tǒng)一管理始終堅持可持續(xù)發(fā)展的理念，將黑河水資源的可持續(xù)利用和流域經(jīng)濟社會與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展作為實施黑河流域管理的方向與目標，大膽探索，積極實踐，開創(chuàng)了“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理”的新局面，通過實施“國家統(tǒng)一分配水量、水量斷面控制、省區(qū)負責用水配水”，探索和實踐了流域統(tǒng)一管理與區(qū)域管理的新途徑，初步理順了流域水權(quán)秩序，減少了水事糾紛，促進了流域經(jīng)濟社會與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，為我國內(nèi)陸河管理提供了可供借鑒的經(jīng)驗。

（5）促進了節(jié)水型社會建設(shè)和流域社會經(jīng)濟發(fā)展。通過流域綜合治理和水量統(tǒng)一調(diào)度，配合“總量控制、定額管理、以水定地、配水到戶、公眾參與、水票運轉(zhuǎn)、城鄉(xiāng)一體”的一整套運行機制和體制的建立，促進了干旱缺水地區(qū)節(jié)水型社會建設(shè)。

2 流域生態(tài)調(diào)水面臨的重大問題

黑河生態(tài)調(diào)水已實施20 a，流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，但黑河生態(tài)治理保護依然存在很多困難和挑戰(zhàn)，水資源供需矛盾依然尖銳，流域生態(tài)環(huán)境仍顯薄弱，生態(tài)調(diào)度后評估體系尚未健全，節(jié)水潛力還有待提升。

2.1 水資源周期性變化復(fù)雜

過去幾十年，黑河流域水資源量呈現(xiàn)較為明顯的周期變化，豐枯交替周期為3～5 a。受全球氣候變化影響，黑河流域山區(qū)水資源形成演變的時空格局發(fā)生了一定變化，2005年以來黑河出山口水量持續(xù)偏豐，已出現(xiàn)連續(xù)13 a豐水，鶯落峽水文站年平均水量達19.7億m3。就完成正義峽下泄指標而言，連續(xù)豐水對完成國務(wù)院分水指標造成很大困難，同時這種變化使預(yù)報精度難以滿足水量調(diào)度工作要求。

2.2 用水管理亟待加強

由于來水偏豐，最大限度滿足了流域各方的用水需求，在一定程度上掩蓋了用水矛盾。一旦黑河來水偏枯，特別是出現(xiàn)連續(xù)枯水，水事矛盾將會進一步加劇，迫切需要加強農(nóng)業(yè)灌溉用水過程控制，按照定額核定引水指標。黑河中游地區(qū)特殊的地形地貌導(dǎo)致降水、地表水、地下水三水轉(zhuǎn)換頻繁，水資源重復(fù)利用率高，區(qū)間引水量和實際耗水量存在很大差別，灌溉用水管理尚處于半粗放狀態(tài)。

2.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水擠占生態(tài)用水

隨著流域經(jīng)濟發(fā)展以及來水量增加，耕地面積進一步擴大，農(nóng)業(yè)用水擠占生態(tài)用水日趨嚴重。在流域生態(tài)環(huán)境得到總體改善的同時，局部地區(qū)出現(xiàn)生態(tài)惡化，客觀上降低了生態(tài)環(huán)境改善的效果。已有研究［13］對流域生態(tài)變化狀況進行了描述，從數(shù)據(jù)展示到成因分析，回避了耕地變化等敏感問題，不能客觀反映生態(tài)變化特征和驅(qū)動因素，降低了生態(tài)水量調(diào)度的實際效果，使人們對生態(tài)水量調(diào)度認識以及水資源配置產(chǎn)生誤區(qū)，影響生態(tài)水量調(diào)度的科學(xué)性和合理性。

2.4 流域生態(tài)環(huán)境仍顯薄弱

通過黑河干流水量統(tǒng)一調(diào)度，下游綠洲區(qū)河道過水時間、過水量明顯增加，下游綠洲生態(tài)明顯改善，東居延海實現(xiàn)連續(xù)14 a不干涸。這既得益于生態(tài)水量科學(xué)管理與調(diào)度，也得益于來水的持續(xù)偏豐，正所謂“人努力、天幫忙”，但黑河流域水資源短缺的局面仍未改變，如果來水減少或出現(xiàn)連續(xù)枯水，那么恢復(fù)和改善綠洲與保持東居延海不干涸必難做到兩全。

2.5 節(jié)水潛力有待提升

流域轉(zhuǎn)型升級用水需求大幅增加，水資源管理面臨新的挑戰(zhàn)。近年來隨著黑河流域經(jīng)濟社會的發(fā)展，經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級，生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水需求增加，用水結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大改變，進一步加劇了用水矛盾。流域中下游地區(qū)部分用水戶節(jié)水意識不強，用水方式過于粗放，用水效率較低，與國際先進水平相比尚有一定差距，節(jié)水潛力有待進一步提升。應(yīng)大力推動節(jié)水制度和技術(shù)，創(chuàng)新節(jié)水機制，進一步提高水資源的利用效率和效益，以水資源的可持續(xù)利用支撐流域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善。

3 近期主要科技需求

深入推進黑河流域生態(tài)文明建設(shè)，積極踐行中央“十六字”治水方針，持續(xù)維護黑河健康生命，圍繞山水林田湖草系統(tǒng)治理，需要牽住牛鼻子、找準突破點、打好組合拳，強力推進黑河“一庫一帶一湖”建設(shè)的實施，需要加強以下六方面問題和關(guān)鍵技術(shù)的研究。

3.1 黑河上游降水徑流預(yù)報

全球氣候變化背景下水循環(huán)規(guī)律和水資源演化趨勢研究是當今國際水科學(xué)研究的前沿，黑河上游是主要的產(chǎn)流區(qū)，目前對黑河上游產(chǎn)流區(qū)水循環(huán)過程的響應(yīng)與未來演變趨勢預(yù)測等方面的研究還缺乏系統(tǒng)性，沒有形成一套比較完整的長、中、短期水文預(yù)報模型。應(yīng)進一步加強上游山區(qū)水文循環(huán)過程驅(qū)動機制研究，進行長序列的趨勢分析，建立和完善預(yù)測模型，提高近期和中、長期來水量變化趨勢預(yù)測水平。目前黑河上游監(jiān)測體系尚不完善，雨量監(jiān)測站點偏少，信息化程度不高，應(yīng)統(tǒng)籌考慮水資源管理與調(diào)度、黃藏寺工程建設(shè)和運行管理需要，加快建設(shè)黑河上游監(jiān)測、預(yù)報和預(yù)警體系。

3.2 中游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水和“三水”轉(zhuǎn)化規(guī)律研究

黑河中游是流域水資源的主要利用區(qū)，其中95%水量用于農(nóng)業(yè)灌溉，用水量和用水方式對水量調(diào)度影響較大，因此強化中游地區(qū)用水管理，由斷面控制向引水口門控制是實現(xiàn)精細化調(diào)度的關(guān)鍵。開展中游河段“降水-地表水-地下水”轉(zhuǎn)換規(guī)律研究，系統(tǒng)監(jiān)測各引水口門的水量，確定取用水指標和耗水指標的關(guān)系，使黑河分水方案與三條紅線有效對接，提升水資源調(diào)度科學(xué)化管理水平。目前黑河中游地區(qū)地表水、地下水監(jiān)測手段、監(jiān)測范圍尚不能滿足水資源管理與調(diào)度的需要，應(yīng)進一步加快流域水資源監(jiān)控能力建設(shè)，提高信息化監(jiān)控的覆蓋度，適時開展黑河水量調(diào)度管理系統(tǒng)二期建設(shè)，建立和完善水資源管理與調(diào)度技術(shù)支撐體系。

3.3 黑河流域地下水和生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建

隨著黑河生態(tài)水量調(diào)度的持續(xù)開展，水資源配置更加注重過程控制，進入額濟納綠洲的水量在時空分布上逐步得到優(yōu)化，生態(tài)恢復(fù)效果顯著提高。但在實時調(diào)度過程中缺乏技術(shù)支撐手段，難以準確掌握綠洲灌溉區(qū)地下水變化和植被需水等情況，并且對于黑河生態(tài)恢復(fù)情況尚未做到實時動態(tài)監(jiān)控。黑河流域水資源匱乏，如何提高水資源利用效率，讓有限的水資源發(fā)揮最大的生態(tài)效益，是當前面臨的重要問題。應(yīng)進一步完善黑河流域地下水和生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，增加監(jiān)測的覆蓋范圍；定期開展遙感監(jiān)測，及時掌握生態(tài)狀況動態(tài)變化；開展生態(tài)調(diào)度后評估，科學(xué)評價生態(tài)調(diào)度成效及存在的不足，提高生態(tài)調(diào)度的科學(xué)決策能力。

3.4 不同來水條件下黑河下游生態(tài)保護目標研究

黑河流域來水進入豐水期已十幾年，轉(zhuǎn)入枯水期的概率加大，屆時進入下游額濟納綠洲的水量將銳減。因此，應(yīng)開展不同來水條件下生態(tài)保護目標研究，合理確定下游綠洲規(guī)模及不同來水條件下生態(tài)保護重點區(qū)域；科學(xué)評估東居延海周邊生態(tài)恢復(fù)所需基本水量及濕地規(guī)模，盡快開展采取工程措施保護和修復(fù)東居延海的可行性研究，通過工程措施，盡可能減少東居延海水量損失，最大限度發(fā)揮水資源生態(tài)效益。

3.5 黃藏寺水庫調(diào)度運行方式研究

隨著流域經(jīng)濟的快速發(fā)展，用水需求逐年增加，水資源管理與調(diào)度面臨極大挑戰(zhàn)，特別是黃藏寺工程建成運行后，黑河流域水資源在時空分布上將發(fā)生較大變化。結(jié)合2000年以來黑河干流實施水量統(tǒng)一調(diào)度中存在的主要問題，為充分發(fā)揮黃藏寺水庫在黑河水資源合理配置中的重要作用，亟待開展黃藏寺水庫調(diào)度運行方式研究，制定切實可行、公正合理、可操作性強的水庫運用方案，提高黑河水量調(diào)度的科學(xué)性和時效性，為長久完成國務(wù)院批復(fù)的黑河干流水量分配方案和實現(xiàn)黑河流域生態(tài)治理目標提供技術(shù)保障。

3.6 智慧黑河關(guān)鍵技術(shù)與示范研究

開展智慧黑河關(guān)鍵技術(shù)與示范相關(guān)研究，以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化，以信息化推動黑河流域管理的規(guī)范化。強力推進物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、空天地一體化監(jiān)測等信息技術(shù)應(yīng)用，研發(fā)適用于流域不同尺度的水資源管理模型，以網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)觀測為基礎(chǔ)形成水利物聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建黑河流域經(jīng)濟社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護、水資源管理與調(diào)度大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺和決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)實時感知、過程跟蹤、智能處理的現(xiàn)代化流域綜合管理體系，綜合分析不同氣候變化和人類活動情景下，流域上中下游生態(tài)水文響應(yīng)機制，提升流域科學(xué)管理與決策能力，將黑河流域建設(shè)成為動態(tài)精細調(diào)度和全面監(jiān)管的智慧流域。

4 結(jié) 語

未來黑河流域生態(tài)調(diào)水工作仍面臨著巨大挑戰(zhàn)和困難，積極開展相關(guān)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，提高水利科技創(chuàng)新能力和水資源管理水平十分迫切。黑河生態(tài)水量調(diào)度是黑河流域統(tǒng)一管理的核心工作，是推進流域可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的重要支撐。堅持“節(jié)水優(yōu)先，空間均衡，系統(tǒng)治理，兩手發(fā)力”治水方針，按照“水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管”的治水總基調(diào)，加快推動黑河“一庫一帶一湖”建設(shè)，集中力量加大對生態(tài)調(diào)水工作的深入探索。跟蹤國內(nèi)外水利科技前沿，探索適應(yīng)黑河流域的生態(tài)調(diào)度新理論、新技術(shù)和新方法，提升流域生態(tài)調(diào)度工作的水平，推動黑河生態(tài)調(diào)水的良性有序發(fā)展，打造西北內(nèi)陸河流域管理標桿。