中國工程院院士、中國水利水電科學(xué)研究院原副院長胡春宏：我國復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境實(shí)踐與關(guān)鍵問題探討

胡春宏中國工程院院士、中國水利水電科學(xué)研究院原副院長

流域生態(tài)系統(tǒng)健康維系需要特定的生態(tài)過程支撐，包括水沙過程、物理化學(xué)過程、地形地貌過程、生物過程等。其中，水沙過程起主導(dǎo)作用，并影響其他過程。過去幾十年，受強(qiáng)人類活動和自然氣候演變的影響，我國江河流域生態(tài)過程特別是水沙過程和通量等發(fā)生了顯著變化，并帶來河流斷流干涸、地下水水位下降、生物多樣性降低、湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化等一系列問題。水資源過度開發(fā)、水利水電工程建設(shè)、圍湖造地、岸線開發(fā)、礦產(chǎn)資源開發(fā)、水土保持等強(qiáng)人類活動都直接影響到水沙過程的變化。

開展河湖生態(tài)復(fù)蘇是踐行習(xí)近平生態(tài)文明思想的重要舉措。復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境應(yīng)堅持的三個重要觀點(diǎn)：一是堅持以流域?yàn)閱卧瑥纳鷳B(tài)系統(tǒng)整體性和流域系統(tǒng)性出發(fā)；二是堅持系統(tǒng)治理，山水林田湖草沙系統(tǒng)施治；三是堅持協(xié)同治理，各個部門形成合力。

一、流域水沙演變及其生態(tài)影響

1.江河流域水沙過程演變

水沙演變包括水量過程、水流過程、水位過程和泥沙輸移過程變化等。對我國江河流域水沙演變的全面認(rèn)識，要從水資源量、水資源開發(fā)利用、徑流量變化、輸沙量變化、水流變化、水域面積變化、水質(zhì)變化及污水稀釋比等方面來綜合分析。

（1）水資源量

我國水資源總量居世界第6位，但人均水資源占有量僅為世界平均值的1/4，在全球排第120位左右。受季風(fēng)氣候和三級階梯地形影響，我國水資源時空變化大，水資源與經(jīng)濟(jì)布局、耕地分布不相匹配，開發(fā)利用難度較大。

（2）水資源開發(fā)利用

2013年以來，我國水資源利用量呈相對穩(wěn)定、略有降低的態(tài)勢，多年平均用水量約6 000億m3，水資源開發(fā)利用率21%。雖然我國水資源開發(fā)利用率整體不高，但區(qū)域差異顯著，北方地區(qū)開發(fā)利用程度是南方地區(qū)的3.5倍，黃河流域高達(dá)80%以上，南水北調(diào)工程通水以來，海河流域仍高于合理開發(fā)利用率上限。

根據(jù)中國水資源公報，2021年全國水資源總量2.96萬億m3，比多年平均值偏多7.3%，全國用水總量5 920億m3，全國人均綜合用水量419 m3，萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值（當(dāng)年價）用水量51.8 m3，萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值用水量和萬元工業(yè)增加值用水量均呈下降趨勢。

（3）徑流量變化

據(jù)統(tǒng)計，我國12條主要江河代表水文站多年平均總徑流量為14 035億m3。江河年總徑流量隨時間波動，但沒有明顯的變化趨勢，在多年平均值上下波動。如：20世紀(jì)50年代平均徑流量為15 237億m3，70年代減至13 997億m3，90年代增至15 212億m3，2010—2020年后又減至14 655億m3。

過去幾十年，各大江河流域年降水量變化總體相對穩(wěn)定，但不同地區(qū)江河徑流量變化過程特性是不同的，受強(qiáng)人類活動對下墊面的影響以及水資源過度開發(fā)，北方地區(qū)特別是海河、遼河、松花江和黃河流域地表水資源量呈減少趨勢。其中，2001—2016年與1956—1979年相比，海河流域年均降水量減少10%，主要河流出山口控制斷面實(shí)測徑流量減少78%；黃河流域降水量減少1.7%，利津斷面實(shí)測徑流量減少59%。此外，近二十年來，新疆降水量和水資源量呈增加趨勢。2001—2020年與1956—2000年相比，新疆年均降水量增加10%，河流來水量增加8%。

（4）輸沙量變化

實(shí)測資料分析表明，我國12條主要江河代表水文站多年平均總輸沙量為14.03億t，但年總輸沙量呈明顯的持續(xù)減小態(tài)勢，如：20世紀(jì)50年代平均輸沙量為26.52億t，70年代減小至19.41億t，90年代減小至13.04億t，2001—2010年減小為5.88億t，2011—2020年全國總輸沙量僅為3.81億t。

（5）水流變化

河流的低流量、高流量以及洪水脈沖過程等具有重要的生態(tài)學(xué)指示意義。南方地區(qū)過去幾十年水資源量和實(shí)測徑流量并未發(fā)生趨勢性的變化，但受水庫調(diào)蓄等影響，河湖的水文節(jié)律發(fā)生了顯著變化，主要表現(xiàn)為河流漲水頻次、年內(nèi)極值比、最大日平均流量等指標(biāo)均呈減少降低趨勢。

控制性水庫群對河流水流過程的調(diào)蓄，影響到通江湖泊的水文節(jié)律。在長江流域，三峽及長江上游控制性水庫建成后，江湖關(guān)系發(fā)生深刻變化，8月下旬至10月下旬，洞庭湖、鄱陽湖水位消落幅度明顯增加，兩湖提前30～40天進(jìn)入枯水期，枯水期延長30～35天，兩湖濕地生態(tài)系統(tǒng)呈退化態(tài)勢；黃河上游梯級水庫建成后，汛期大流量過程顯著減少，汛期與非汛期來水比從天然狀態(tài)下的6∶4變?yōu)楝F(xiàn)狀的4∶6。

（6）水域面積變化

受人為侵占、水資源過度開發(fā)等影響，全國湖泊、沼澤總體呈萎縮態(tài)勢，且面積變化時空分布極不均衡。過去70年，全國約有250個湖泊面積萎縮，占湖泊總數(shù)的35%，萎縮面積1.28萬km2，占湖泊總面積的18%。從時間上來看，湖泊萎縮主要集中在1956—2000年；從空間上看，主要集中在長江流域、海河流域和西北諸河區(qū)。

（7）水質(zhì)變化

2000年以來，我國江河湖庫水質(zhì)呈總體改善的演變趨勢。大江大河水質(zhì)總體較好，但個別支流水質(zhì)較差，部分湖泊富營養(yǎng)化問題依然嚴(yán)峻。

（8）污水稀釋比

我國污水稀釋比總體呈減少態(tài)勢，在世界的排名仍然相對靠后。

2.江河流域水沙演變的生態(tài)影響

（1）河流斷流干涸

隨著水量的減少，河流斷流干涸日趨嚴(yán)重。1980年以來，全國有169條河流發(fā)生過斷流，斷流河段總長度1.2萬km，占相應(yīng)河流總長度的24%。斷流河流主要分布在北方地區(qū)，全國72%的斷流河流、93%的斷流河長分布在北方地區(qū)。

（2）地下水水位下降

長期以來，我國區(qū)域性地下水超采嚴(yán)重、地下水水位持續(xù)下降。2016年全國地下水超采191億m3，2016年與2001年相比，北方平原區(qū)地下水水位下降超過5 m的區(qū)域占北方平原區(qū)總面積的13%，下降超過10 m的占到6%，主要分布在太行山前、西遼河平原和天山北麓等。1959—2014年，華北平原淺層地下水平均埋深下降了9.5m且年均降幅越來越大。1980—2014年，華北平原深層地下水平均埋深下降了38.5 m。2000年之前降幅較大，年均降低1.23 m。

（3）魚類多樣性降低

江河流域水沙變化在一定程度上影響了魚類的產(chǎn)卵繁殖，加之過度捕撈等原因，導(dǎo)致魚類多樣性降低。長江生物完整性指數(shù)達(dá)到最差的“無魚”級；過去50年黃河干流魚類多樣性降低了50%以上。

（4）湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化

長江中下游通江湖泊枯水時間提前、枯水期延長，導(dǎo)致湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)退化。湖區(qū)植被已逐漸顯現(xiàn)出從水生、濕生植被為主向中生、旱生植被為主的正向演替，中生旱生植被分布高程下移、向湖心推進(jìn)，沉水植被面積萎縮、群落蓋度降低；越冬候鳥適宜生境的多樣性降低。

二、我國復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境理念變化與典型案例

隨著對生態(tài)系統(tǒng)認(rèn)知的深入，我國關(guān)于河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇理念和目標(biāo)也在不斷升華，實(shí)現(xiàn)了從“有水”（河流不斷流，湖泊不干涸）到“有一定量的水”（維持一定的水量和水域面積）再到“有適宜的水”（塑造適宜的水流、水溫、水沙過程等）的轉(zhuǎn)變。

黨的十八大以來，在習(xí)近平生態(tài)文明思想的引領(lǐng)下，復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境的理念逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐鹬刈匀?，用自然的方法修?fù)自然，宜林則林、宜草則草、宜荒則荒、宜水則水，形成了以提升水生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性為核心，樹立尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念，堅持山水林田湖草沙系統(tǒng)治理，加強(qiáng)河湖生態(tài)保護(hù)治理，加快地下水超采綜合治理，科學(xué)推進(jìn)水土流失綜合治理，維護(hù)河湖健康生命，實(shí)現(xiàn)河湖功能永續(xù)利用，實(shí)現(xiàn)人水和諧共生。

水利部門從20世紀(jì)90年代就開始復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境的探索與實(shí)踐。1999年開始，按照國務(wù)院授權(quán)，水利部黃河水利委員會對黃河水量實(shí)施統(tǒng)一調(diào)度；2000年開始，新疆先后組織了23次向塔里木河下游生態(tài)輸水；2000年開始，黑河干流實(shí)施水量統(tǒng)一調(diào)度；2011年開始，三峽水庫開展了促進(jìn)“四大家魚”產(chǎn)卵的生態(tài)調(diào)度試驗(yàn)；2016年開始，南水北調(diào)中線一期工程向受水區(qū)沿線生態(tài)補(bǔ)水；2017年開始，連續(xù)實(shí)施永定河生態(tài)補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)永定河全線通水；2022年4月，京杭大運(yùn)河全線貫通，實(shí)現(xiàn)全線通航……以下介紹幾個典型案例及其成效。

1.塔里木河生態(tài)輸水

2000—2021年，塔里木河連續(xù)開展了22次向下游集中生態(tài)輸水，大西海子水庫累計向下游輸水87.9億m3。輸水效果分析表明：一是地下水水位回升。2018年與2001年相比，在離河50 m處的地下水水位回升2.28～5.05 m；離河1 050 m處的地下水水位回升0.52～1.65 m。二是臺特瑪湖“起死回生”。2000年臺特瑪湖幾乎干涸，生態(tài)輸水后湖泊水域面積恢復(fù)擴(kuò)大。2016—2021年，臺特瑪湖年均有效水域面積（6個月以上）達(dá)196.17 km2，年最高達(dá)239.69 km2，2017年個別月份水域面積最大達(dá)到511 km2。三是垂死的胡楊得到拯救。2021年與2016年相比，輸水區(qū)高覆蓋胡楊林（＞20%）較2016年增加了41.01%。

2.永定河水流全線貫通

2017年我國開始實(shí)施永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)工程，通過當(dāng)?shù)厮⒁S水、引江水（南水北調(diào)中線水）和再生水“四水統(tǒng)籌”，向永定河生態(tài)補(bǔ)水。2017年以來，累計向永定河生態(tài)補(bǔ)水21.5億m3。2021年9月，永定河26年來（1996年斷流之后）首次實(shí)現(xiàn)了全線水流貫通入海。

3.京杭大運(yùn)河全線水流貫通

2022年水利部聯(lián)合京津冀晉四?。ㄖ陛犑校┤嗣裾畬?shí)施京杭大運(yùn)河全線貫通補(bǔ)水工作，統(tǒng)籌南水北調(diào)東線水、引黃水、本地水、再生水及雨洪水等水源，向京杭大運(yùn)河補(bǔ)水。2022年4月28日山東德州的四女寺樞紐南運(yùn)河節(jié)制閘開啟，京杭大運(yùn)河全線水流貫通。京杭大運(yùn)河全線補(bǔ)水取得了顯著成效：一是地下水有效入滲回補(bǔ)；二是壓減深層承壓水開采；三是河湖生態(tài)環(huán)境改善；四是促進(jìn)大運(yùn)河文化保護(hù)傳承利用。

4.三峽水庫生態(tài)調(diào)度

2011年以來，三峽水庫實(shí)施了連續(xù)12年的以促進(jìn)“四大家魚”產(chǎn)卵繁殖為目的的生態(tài)調(diào)度。每年5月下旬至6月上旬，在適宜的水溫、流量等條件下，通過水庫調(diào)節(jié)塑造持續(xù)的漲落水過程，日均漲水流量1 500～2 000 m3/s、持續(xù)時間3～4天。生態(tài)調(diào)度期間，壩下產(chǎn)卵場水動力條件更為復(fù)雜，“四大家魚”魚苗徑流量顯著增加。

三、復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境有待研究解決的關(guān)鍵問題

復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境問題非常復(fù)雜、任務(wù)十分艱巨，現(xiàn)狀我國總體上科技支撐作用還遠(yuǎn)不夠，對一些科學(xué)的基礎(chǔ)問題和重要判別條件等問題研究還不深入。要從流域角度，深入研究生態(tài)系統(tǒng)需水特性，科學(xué)確定河湖生態(tài)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，高度重視河湖生態(tài)修復(fù)潛在影響，統(tǒng)籌水與生物、水與生境，制定合理方案。建議重點(diǎn)開展以下復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境關(guān)鍵問題研究。

1.厘清河湖生態(tài)系統(tǒng)演化及形成機(jī)制

生態(tài)系統(tǒng)始終處于動態(tài)演變過程中，并在一定時期內(nèi)處于相對穩(wěn)定的動態(tài)平衡狀態(tài)。全球變化背景下的河湖生態(tài)系統(tǒng)演化及其形成機(jī)制既是生態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)理論問題,也是復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境實(shí)踐中亟需認(rèn)識的關(guān)鍵應(yīng)用問題。需要深入研究生態(tài)系統(tǒng)演化規(guī)律，弄清楚生態(tài)系統(tǒng)演替的驅(qū)動力是什么，哪些是自然的、哪些是人類活動引起的，生態(tài)系統(tǒng)未來朝哪個方向演化等。

2.深入研究河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇標(biāo)準(zhǔn)

生態(tài)系統(tǒng)具有一定彈性和自我重構(gòu)能力，退化的河湖生態(tài)系統(tǒng)在一定時間、一定范圍內(nèi)又形成新的平衡。復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境是否要打破現(xiàn)有平衡、重構(gòu)新的平衡，最終要達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)等，尚沒有達(dá)成共識或明確的結(jié)論。在我國北方地區(qū)，復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境水量是關(guān)鍵，節(jié)水與調(diào)水并重，復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境不僅是生態(tài)環(huán)境問題，還是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)問題。河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇標(biāo)準(zhǔn)將直接影響國家水網(wǎng)工程總體布局和規(guī)模。需要深入研究西北內(nèi)陸河流尾閭湖泊合理的水域面積、華北平原淺層地下水的恢復(fù)水平，以及南水北調(diào)東中線受水區(qū)生態(tài)環(huán)境需水、黃河的輸沙水量等生態(tài)環(huán)境需水等問題。

3.深入研究重大工程相關(guān)生態(tài)環(huán)境問題

2021年5月14日，習(xí)近平總書記主持召開推進(jìn)南水北調(diào)后續(xù)工程高質(zhì)量發(fā)展座談會并發(fā)表重要講話，為做好南水北調(diào)各項(xiàng)工作提供了根本遵循和行動指南。國家相關(guān)部委正在逐步推進(jìn)南水北調(diào)后續(xù)工程相關(guān)工作，需要深入論證涉及生態(tài)環(huán)境的相關(guān)問題，包括：黃淮海流域節(jié)水潛力評價和需水預(yù)測研究，雨洪資源利用潛力和關(guān)鍵技術(shù)研究，南水北調(diào)東中線受水區(qū)生態(tài)環(huán)境需水，黃河的輸沙水量等生態(tài)環(huán)境需水，河湖生態(tài)安全前提下西線水源區(qū)可調(diào)水量等。

加強(qiáng)研究塔里木河二期綜合治理中的生態(tài)環(huán)境問題。塔里木河流域水地矛盾突出，發(fā)展與保護(hù)的水資源競爭長期并存。水資源合理配置是塔里木河二期綜合治理規(guī)劃中要回答的關(guān)鍵問題，要從宏觀、中觀、微觀三個層次開展研究。

4.構(gòu)建流域水循環(huán)整體模型平臺

山水林田湖草沙是一個生命共同體，水是其中最能動的因子。水土保持措施在減沙的同時也減水，水利水電工程在支撐經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的同時又對河湖生態(tài)系統(tǒng)造成一定影響，水沙一體驅(qū)動著河湖的沖淤演變。要統(tǒng)籌山水林田湖草沙系統(tǒng)治理，就要構(gòu)建流域水循環(huán)整體模型平臺，進(jìn)行多要素、全過程的模擬，在利與弊之間找到最佳平衡點(diǎn)。

5.建設(shè)數(shù)字孿生國家水網(wǎng)工程平臺

實(shí)施國家水網(wǎng)工程是優(yōu)化配置水資源、全面提高水安全保障能力的根本舉措，是復(fù)蘇河湖生態(tài)環(huán)境的有效手段。國家水網(wǎng)是一個多目標(biāo)、多功能、多尺度復(fù)合系統(tǒng)，供水、防洪、生態(tài)、水電、航運(yùn)等功能競爭融合，工程調(diào)度要求高、難度大，需要建設(shè)數(shù)字孿生國家水網(wǎng)工程平臺，支撐水網(wǎng)工程的規(guī)劃調(diào)度管理等。 ■