黃河流域水問題發(fā)展態(tài)勢、癥結(jié)及綜合應(yīng)對

王慧亮 秦天玲 嚴(yán)登華

摘 要：黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)成為國家重大戰(zhàn)略，而黃河水問題是影響黃河治理與保護(hù)的主要因素之一，辨析黃河流域水問題并給出應(yīng)對策略成為亟待解決的科學(xué)問題。從水沙關(guān)系、水資源利用、水生態(tài)環(huán)境和水土資源等4個方面剖析了黃河流域現(xiàn)階段存在的主要水問題，并分析了其發(fā)展態(tài)勢，認(rèn)為黃河流域水問題的癥結(jié)在于水土資源功能不協(xié)調(diào)、水資源調(diào)配忽略“點(diǎn)-線-面”關(guān)系以及水資源管理存在地下水與地表水管控分離等3個方面。最后從“富自然-功能協(xié)調(diào)”流域的角度提出了應(yīng)對黃河流域水問題的主要思路，建議從水土資源聯(lián)合配置、立體水網(wǎng)構(gòu)建、精準(zhǔn)水沙調(diào)控和智慧監(jiān)管體系完善等4個方面系統(tǒng)應(yīng)對黃河流域水問題。

關(guān)鍵詞：水沙;水土資源;富自然-功能協(xié)調(diào)流域;黃河流域

中圖分類號：X22;TV213.4;TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.09.020

Abstract：Ecological conservation and high-quality development of the Yellow River Basin have become a major national strategy and the water issue is one of the main factors affecting the harnessing and protection of the Yellow River. This paper analyzed the main water problems in the Yellow River Basin at the present stage from the four aspects of water-sand relationship， water resources utilization， water ecological environment and soil and water resources and analyzed the development trend of the water issue in the Yellow River Basin. The crux of the water issue in the Yellow River Basin is the disharmony of water and soil resources and neglecting the “point-line-surface” relationship in water resources allocation and the separation of groundwater and surface water control in water resources management. Finally， from the perspective of "nature-function coordination"， this paper put forward the main ideas to deal with the water issues in the Yellow River Basin and proposed to systematically deal with the water issues in the Yellow River Basin from four aspects of joint distribution of water and soil resources， construction of three-dimensional water network， precise water and sediment regulation and improvement of intelligent supervision system.

Key words： water-sand relationship; water and soil resources; nature-function coordination basin; Yellow River Basin

黃河發(fā)源于青藏高原，流經(jīng)青海、四川、甘肅等9?。▍^(qū)），是中華民族的母親河，是中華文明的重要發(fā)源地。黃河寧，天下平。黃河既構(gòu)成了我國北方重要的生態(tài)屏障，也是我國重要的經(jīng)濟(jì)地帶和打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要區(qū)域。2019年9月18日，在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為國家重大戰(zhàn)略[1]。黃河水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)、水旱災(zāi)害頻發(fā)、水資源供需矛盾等水問題突出，成為影響黃河治理和保護(hù)的主要因素。鑒于此，辨析黃河流域水問題、把脈其癥結(jié)所在、提出應(yīng)對策略，成為社會關(guān)注的熱點(diǎn)[2]。筆者梳理了黃河流域現(xiàn)階段存在的主要水問題，并研判其發(fā)展趨勢，進(jìn)而提出黃河水問題的綜合應(yīng)對策略，以期為黃河流域治理和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 黃河流域水問題及成因診斷

1.1 水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)，水患災(zāi)害頻發(fā)

黃河屬于多泥沙河流，水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)是黃河的典型特征之一，其主要表現(xiàn)在“水少沙多”和“水沙異源”兩個方面[3]。黃河流域多年平均天然徑流量為535億m3，主要來自蘭州以上區(qū)域的冰川和降雪融水，其占全河的62.0%，而該段來沙量僅占全河的7.5%。黃河泥沙主要來自頭道拐與潼關(guān)之間，其來沙量占全河的91.0%，而來水量僅占全河的28.5%[4]。黃河流域來水來沙量在空間上呈現(xiàn)不均勻性，中游水土流失嚴(yán)重導(dǎo)致中下游河床淤積嚴(yán)重。黃河下游地上懸河長達(dá)800 km，其中299 km的游蕩型河段河勢未被完全控制[1，5]。另一方面，黃河流域水沙年內(nèi)和年際變化劇烈[6]。水沙調(diào)控能力不足是黃河流域長期面臨的主要問題，導(dǎo)致黃河流域旱災(zāi)和水災(zāi)頻繁發(fā)生。

1.2 水資源開發(fā)利用強(qiáng)度大，競爭性用水矛盾突出

黃河流域水資源量僅占全國的2%，人均水資源量僅為408 m3，不足全國平均水平的1/5，卻承擔(dān)著向全國15%耕地和12%人口供水的任務(wù)[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃河流域水資源開發(fā)利用率已接近80%[3]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般流域40%的生態(tài)警戒線，而且平原區(qū)地下水開采量已經(jīng)占可開采量的81.1%[8]，是我國十大一級流域片區(qū)中水資源開發(fā)利用程度最高的。中上游地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)改變了地下水與地表水之間的水力學(xué)關(guān)系，水循環(huán)失調(diào)，水污染嚴(yán)重[9]。水資源開發(fā)程度高導(dǎo)致天然水循環(huán)過程被人工水循環(huán)過程大幅取代，引發(fā)流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)與社會系統(tǒng)之間、各省區(qū)之間、流域上中下游之間、干支流之間以及流域內(nèi)與流域外之間用水矛盾突出[10-12]。

1.3 生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)退化與水環(huán)境惡化嚴(yán)重

黃河流域荒漠化和沙化土地分布集中、水土流失嚴(yán)重、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)和水資源短缺等問題并行存在，流域生態(tài)的自然屬性被嚴(yán)重破壞，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單一化，景觀破碎化較為嚴(yán)重，使黃河流域成為生態(tài)脆弱、敏感性極高的地區(qū)[13]。河源區(qū)草場退化和湖泊干涸問題凸顯，中游水土流失沒有得到有效控制，下游區(qū)域河槽淤積與黃河三角洲濕地退化并存[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃河流域湖泊濕地面積從1980年的2 702 km2降到2016年的2 364 km2，多種水生生物因水量生境萎縮面臨絕跡[14]。黃河流域生態(tài)基流滿足程度達(dá)到優(yōu)和良的斷面僅占調(diào)查總斷面的1/4，大部分?jǐn)嗝娲嬖谏鷳B(tài)水量不足的問題，汾河、延河、無定河、窟野河等先后出現(xiàn)季節(jié)性斷流[15]。適宜的水域空間、流量、流速和水位是保障河流生物多樣性的必要條件[10]，生態(tài)流量的不足加劇了黃河生態(tài)的退化和流域水環(huán)境的惡化。

1.4 水土資源空間不匹配，水量分配方案適應(yīng)性降低

黃河流域水資源匱乏，時空分布不均，水資源在空間上與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局不匹配[16]。黃河上游為水源涵養(yǎng)區(qū)，是黃河重要的水源補(bǔ)給區(qū)，而中下游為用水剛性需求區(qū)，水源與用戶異位[11]。近年，蘭州—西寧、寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)、關(guān)中—天水、呼包鄂榆、關(guān)中平原城市群、太原城市群和中原經(jīng)濟(jì)區(qū)等城市群迅速發(fā)展，各省區(qū)GDP占流域GDP的百分比發(fā)生了變化，與1980年相比，甘肅、山西和青海等省區(qū)的比例有所降低，內(nèi)蒙古、河南、陜西、山東、寧夏等省區(qū)的比例有所提高[17]。另一方面，農(nóng)業(yè)用水比例不斷下降，工業(yè)用水和生活用水比例不斷上升[18]?？傮w來說，流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和速度不一致改變了黃河流域的用水格局，流域用水彈性、用水結(jié)構(gòu)和效率發(fā)生了較大變化[19]，“八七”分水方案適應(yīng)性降低[8，18]。

2 黃河流域水問題發(fā)展的新態(tài)勢

2.1 來水來沙銳減但時空減幅不同步，水沙調(diào)控面臨新問題

黃河水量主要來自于上游，沙量主要來自于中游，潼關(guān)站控制91%的流域面積，控制徑流量和泥沙量分別為90%和100%。據(jù)胡春宏等研究，近70 a來，黃河干流年徑流量和輸沙量呈顯著減少趨勢，黃河徑流突變發(fā)生在1985年左右，水量減少主要集中在頭道拐以上，而沙量在2011年銳減，沙量減少區(qū)間則主要集中在頭道拐和潼關(guān)之間[4]。來水來沙銳減但時空減幅不同步，黃河水沙異源的空間格局持續(xù)存在，同時黃河流域汛期輸沙流量持續(xù)時間和相應(yīng)水量大幅減少以及水沙變化與水利工程建設(shè)的協(xié)同效應(yīng)，使得水沙調(diào)控面臨新的問題。

2.2 控制水資源開發(fā)利用強(qiáng)度勢在必行，水資源供需矛盾加劇

加強(qiáng)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，其首要任務(wù)是控制水資源開發(fā)利用強(qiáng)度，減緩社會水循環(huán)對自然水循環(huán)的干擾[3]。但是流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境改善的剛性需水仍會增長，城鎮(zhèn)化進(jìn)程和工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，使得流域生活需水保持增長趨勢，工業(yè)需水逐漸達(dá)到峰值[18-19]。另一方面，隨著黃河流域在保障國家糧食安全中的作用凸顯，糧食安全用水需求下的農(nóng)業(yè)用水不會大幅壓縮[3]。可見，未來流域用水總量仍會保持一定的剛性增長，控制水資源開發(fā)利用會影響社會經(jīng)濟(jì)用水，加劇社會經(jīng)濟(jì)用水的供需矛盾。

2.3 上下游濕地退化，中游生態(tài)退化與過度生態(tài)修復(fù)并存

上游濕地“脫水”導(dǎo)致鼠類活動猖獗，密度及數(shù)量大增，同時大量的鼠洞打通了潛水蒸發(fā)的通道[20]，加快了濕地的萎縮和退化，嚴(yán)重削弱了徑流的形成;下游河口地區(qū)水鹽不協(xié)調(diào)，濕地退化嚴(yán)重[21];隨著新時期治黃方略的推進(jìn)，黃河中游堅(jiān)持不懈地鞏固和實(shí)施水土保持與溝壑治理工程，生態(tài)修復(fù)取得明顯成效，然而局部地區(qū)水土保持過度對河道及其生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響[22]，中游生態(tài)退化與過度生態(tài)修復(fù)并存是黃河水問題新的發(fā)展態(tài)勢之一。

2.4 氣候變化導(dǎo)致水土資源尤其是水資源的不確定性加劇

溫升背景下的凍融過程變化導(dǎo)致上游水源涵養(yǎng)特性發(fā)生顯著變化[23]。最近20 a來，黃河源區(qū)出現(xiàn)暖濕化現(xiàn)象，導(dǎo)致降水偏多、徑流量增加，但研究表明這一現(xiàn)象可能只是西北地區(qū)百年、千年尺度干旱化趨勢的周期性震蕩，暖濕化現(xiàn)象造成冰川退縮和凍土融化，未來可能會造成徑流的斷崖式減少[3]。另一方面，黃河源區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)了普遍的干旱化趨勢[24]。年度間、季節(jié)性的泉眼干涸、溪水?dāng)嗔?，湖泊濕地萎縮、草皮低矮、融凍剝離，局部地區(qū)土壤旱化問題嚴(yán)重?？梢姡瑲夂蜃兓瘜?dǎo)致水土資源尤其是水資源的不確定性進(jìn)一步加劇，適應(yīng)性調(diào)控難度加大。

3 黃河流域水問題的癥結(jié)

水循環(huán)及其伴生的水生態(tài)過程、水環(huán)境過程和水沙過程等是造成水問題的根源，黃河流域水問題歸根結(jié)底是流域水循環(huán)分項(xiàng)或者伴生過程的失衡和失調(diào)[25]。隨著人類文明的發(fā)展，長期以來，黃河流域水土資源的自然屬性被大幅削弱，“山水林田湖草濕”不協(xié)調(diào)，水-土-沙失衡、失調(diào)和失控，其癥結(jié)可以歸納為①水在一定時間內(nèi)沒有到它應(yīng)該到的地方;②土地在一定時間內(nèi)沒有生長它應(yīng)該生長的生物;③泥沙在一定時間內(nèi)沒有隨水循環(huán)到它應(yīng)該去的地方;④營養(yǎng)物等資源沒有存儲到它應(yīng)該存儲的地方。也就是說，造成水問題的原因是管控中出現(xiàn)了問題。

3.1 水資源與土地資源互為邊界，未能融合兩者的互饋?zhàn)饔?/p>

流域是以水為媒介，由水、土、大氣等自然要素和人口、社會、經(jīng)濟(jì)等人文要素相互關(guān)聯(lián)、相互作用而共同構(gòu)成的“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”復(fù)合系統(tǒng)。水資源分布影響社會水循環(huán)的各個環(huán)節(jié)，能夠引起生產(chǎn)和生活用地布局及規(guī)模的變化，進(jìn)而影響流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。反過來，土地資源及地表覆蓋的變化影響到水循環(huán)的蒸發(fā)、水汽輸送、產(chǎn)流與入滲等各個環(huán)節(jié)，進(jìn)而影響水資源的分布[26]。水資源與土地資源存在相互反饋機(jī)制，而目前流域?qū)嶋H管控中，往往將水資源與土地資源互為邊界，未能融合兩者的互饋?zhàn)饔?，?dǎo)致水土資源“功能不協(xié)調(diào)”，引發(fā)了“水在一定時間內(nèi)去了其不該去的地方”“土地在一定時間內(nèi)沒有生長其應(yīng)該生長的生物”和“泥沙在一定時間內(nèi)沒有隨水循環(huán)到它應(yīng)該去的地方”，造成水資源供需矛盾和水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)。

3.2 以“河-湖-庫”為核心的“點(diǎn)-線”結(jié)合方式進(jìn)行水資源調(diào)配，未能融合坡面與河道之間的水力聯(lián)系

解決黃河水問題需要坡面工程與河道工程相結(jié)合。坡面工程主要是水土保持和水源涵養(yǎng)林建設(shè)，其核心是對坡面水沙過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。坡面工程有助于控制入黃泥沙，緩解黃河“沙多”的矛盾，但也會導(dǎo)致“減水”的效果[3]，坡面工程的過度減沙和保水在局部地區(qū)已對河道及其生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了重大影響;河道工程主要包括水庫與堤防建設(shè)，其核心是對河道匯流過程進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置與調(diào)控[28]。目前流域水資源管理多以“河-湖-庫”為核心的“點(diǎn)-線”結(jié)合方式進(jìn)行水資源調(diào)配，忽略了坡面與河道之間的水力聯(lián)系，導(dǎo)致水資源調(diào)配存在“末端治理”弊端，使坡面和河道工程的布置未能有機(jī)銜接，導(dǎo)致部分河道工程未能充分發(fā)揮其設(shè)計(jì)功能，使水利工程等灰色基礎(chǔ)設(shè)施對水資源調(diào)配和水沙過程的調(diào)節(jié)性能不足。

3.3 地表水與地下水的分離管控，未能融合地表水與地下水的相互作用

天然水循環(huán)過程包括大氣、地表、土壤和地下等要素過程，是地表-土壤-地下相聯(lián)合，坡面-河道相制約的一個三維模式[27]。其中，植被、土壤、地下含水層等地理要素（綠色基礎(chǔ)設(shè)施）對水資源具有調(diào)節(jié)作用，植被根系等的變化均會影響水循環(huán)的土壤和地下水過程。然而，黃河流域多年來地表水與地下水分離管控，未能融合地表水與地下水的相互作用，導(dǎo)致水資源管理存在“過程分離”現(xiàn)象，出現(xiàn)水資源開發(fā)程度高、超采地下水、嚴(yán)重的濕地萎縮等一系列生態(tài)環(huán)境問題，加劇了流域生態(tài)環(huán)境的脆弱性。

4 黃河流域水問題綜合應(yīng)對

4.1 總體思路

針對黃河流域水問題，可以歸納為在水資源管理中存在“功能不協(xié)調(diào)”“末端治理”“過程分離”等現(xiàn)象，建議基于建設(shè)“富自然-功能協(xié)調(diào)”流域[24]的基本模式綜合應(yīng)對黃河水問題。

黃河流域的問題表象在黃河（點(diǎn)-線），根子在流域（面）[1]，從本質(zhì)上說，黃河流域的水、沙均來自流域（面），應(yīng)對黃河水問題的基本思路是：從流域生態(tài)完整性和高質(zhì)量發(fā)展的角度，從“點(diǎn)-面”結(jié)合的一維管理模式向“點(diǎn)-線-面-體”相結(jié)合的立體水網(wǎng)管理模式轉(zhuǎn)變，從“狀態(tài)改變”理念向“狀態(tài)提升”理念轉(zhuǎn)變，更加注重“綠色（林、草等）、棕色（土壤）、藍(lán)色（地下水庫、地下蓄水層等）和灰色（各類水利工程）

”基礎(chǔ)設(shè)施對水循環(huán)的多過程調(diào)節(jié)作用。同時開展水土資源的聯(lián)合管控，從根子上維護(hù)“山水林田湖草濕”生命共同體，對水土資源的組合特性、利用效率與效益進(jìn)行聯(lián)合評價與管控，實(shí)現(xiàn)多層級、多用戶、多階段、多目標(biāo)的協(xié)同，滿足“既能支撐經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，又能適應(yīng)氣候變化，更能提質(zhì)升級生態(tài)環(huán)境”的總體需求，各在其位、各司其職、功能協(xié)調(diào)。

4.2 關(guān)鍵任務(wù)

（1）水土資源聯(lián)合配置。以“山水林田湖草濕”系統(tǒng)為基礎(chǔ)，考慮水資源與土地資源的互饋條件，分析黃河流域水土資源系統(tǒng)，識別黃河水沙不協(xié)調(diào)的關(guān)鍵過程;揭示黃河流域水土資源協(xié)同演化機(jī)理，構(gòu)建黃河流域生態(tài)水文模型;研究流域水土資源綜合承載能力，堅(jiān)持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)，把水資源作為最大的剛性約束，研究黃河流域水土資源聯(lián)合配置。以黃河流域水土資源協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)，配對水土資源，實(shí)現(xiàn)宜水則水、宜山則山、宜糧則糧、宜農(nóng)則農(nóng)、宜工則工、宜商則商的水土資源格局，解決黃河流域分水方案等問題。

（2）立體水網(wǎng)構(gòu)建。以水循環(huán)為主線，在水土資源合理配置的基礎(chǔ)上，充分挖掘自然地理要素對水循環(huán)的調(diào)節(jié)作用，盡量減少人類對自然水循環(huán)的干擾，系統(tǒng)布設(shè)和規(guī)劃綠色、棕色、灰色和藍(lán)色基礎(chǔ)設(shè)施，充分發(fā)揮分類基礎(chǔ)設(shè)施的調(diào)控能力，提升流域的整體調(diào)節(jié)性能，實(shí)現(xiàn)地表-土壤-地下多層次、水質(zhì)-水量-泥沙-水生態(tài)多要素的聯(lián)合調(diào)控，系統(tǒng)解決黃河流域水問題。

（3）精準(zhǔn)水沙調(diào)控。充分結(jié)合水循環(huán)及其伴生的水沙過程的自然屬性特征，融合泥沙運(yùn)動規(guī)律，結(jié)合各類土地資源和地表覆被在水沙調(diào)控中的作用，確定合理的減沙閾值;充分利用黃河流域梯級水庫，對水沙進(jìn)行科學(xué)管理與聯(lián)合調(diào)控，解決小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙后續(xù)動力不足的難題，協(xié)調(diào)水沙關(guān)系;充分發(fā)揮水沙調(diào)控體系的整體合力，完善水沙調(diào)控體系，進(jìn)行流域尺度精準(zhǔn)水沙調(diào)控。

（4）智慧監(jiān)管體系完善。整合人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，完善智慧水網(wǎng)與智慧水務(wù)建設(shè)，構(gòu)建智慧化監(jiān)管體系，實(shí)施黃河大腦戰(zhàn)略，圍繞黃河水沙調(diào)控、水旱災(zāi)害、水資源和水環(huán)境問題需求，突破水沙調(diào)控與水生態(tài)保護(hù)和水環(huán)境協(xié)同治理的基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建水資源節(jié)約集約利用、水生態(tài)水環(huán)境協(xié)調(diào)治理體系，實(shí)現(xiàn)多場景下黃河水問題應(yīng)對的沙盤推演與實(shí)時模擬仿真。

5 結(jié) 語

（1）黃河流域水問題主要表現(xiàn)在水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)、水患災(zāi)害頻發(fā)，水資源利用強(qiáng)度大、水資源競爭性用水矛盾突出，生態(tài)環(huán)境脆弱、水生態(tài)與水環(huán)境惡化，水土資源空間不匹配、水資源分配方案適應(yīng)性差等4個方面。

（2）黃河流域水問題歸根結(jié)底是流域水循環(huán)分項(xiàng)或者伴生過程的失衡和失調(diào)。未能融合水資源與土地資源的互饋?zhàn)饔?、坡面與河道的水力學(xué)聯(lián)系以及地下水與地表水的相互作用是黃河流域水問題的主要癥結(jié)。

（3）建議基于“富自然-功能協(xié)調(diào)”流域理念，從水土資源聯(lián)合配置、立體水網(wǎng)構(gòu)建、精準(zhǔn)水沙調(diào)控和智慧監(jiān)管體系完善4個方面應(yīng)對黃河水問題。

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