黄河水资源保护科研进展与方向

张建军 余真真 闫 莉

(黄河水资源保护科学研究院， 河南 郑州 450004)

黄河水资源保护科研进展与方向

张建军 余真真 闫 莉

(黄河水资源保护科学研究院， 河南 郑州 450004)

本文总结了黄河水资源保护40年科研进展，分析了水资源保护面临的形势，识别了水资源保护急需解决的关键问题，提出了未来黄河水资源保护在生态环境监测与评价技术、生态环境系统演变规律与水资源作用机理、生态环境水量配置与调控管理、突发性水污染事件应急调度、水环境承载能力预警、重要生态水域保护与修复等主要研究方向和课题。

黄河； 水资源保护； 科研

1 黄河水资源保护科研进展

黄河流域水资源匮乏，现状水资源供需矛盾突出。近年来，黄河干流及主要支流水功能区水质达标率不足50%，突发性水污染事件频发，生产用水严重挤占河道内生态环境用水，黄河河道和河口湿地萎缩，水生环境破坏，水源涵养、生物多样性等生态功能下降，严重威胁着黄河供水安全和河流健康[1]。

40年来黄河水资源保护科研重点围绕多泥沙河流水质监测技术、污染物迁移转化规律、水环境承载能力、水生态保护与修复、水资源保护综合管理等方面开展了大量基础和应用技术研究。

1.1 多沙河流水质监测技术

为加强水环境监测相关规范对黄河泥沙的适用性，重点以与泥沙关系密切的重金属、砷、高锰酸盐指数和氮等项目，开展了黄河水样保存技术与前处理方法分析，研究了化学需氧量、汞、硒、氨氮、有毒有机物等因子监测技术，开展了多泥沙水体苯系物、氯苯类、挥发性卤代烃监测的吹扫捕集方法研究，利用半被动采样膜技术SPMD探索了黄河水体中多环芳烃、壬基酚等微量典型有毒有机污染物的监测技术方法[2]，制定了《多泥沙河流水环境样品采集及预处理技术规程》，编制了统一规范《黄河水环境监测实施细则》。引进国际先进的自动监测站技术和设备，研发多种适用于多泥沙河流水质自动监测的关键设备，解决了多泥沙河流水质自动监测的泥沙前处理等技术难点,在黄河花园口、潼关等断面建成我国多泥沙河流水质自动监测站，并出台《黄河水质自动监测站建设技术导则》。引进与改良WinLIMS软件，建立了黄河规范标准、科学先进、优化简捷的实验室控制管理体系。

1.2 污染物迁移转化规律及水环境模拟技术

黄河水体中细颗粒泥沙对水质的影响是黄河污染物迁移转化规律区别于其他清水河流的主要原因。通过对清、浑水及不同含沙量下黄河水体COD、氨氮、重金属测定值的影响实验研究，揭示了黄河水体中重金属、COD等主要污染物与泥沙粒径、含沙量及水温等环境要素的关系[3]。通过历次开展的黄河流域入河排污口调查，基本掌握了黄河入河排污口分布及主要污染物入河状况，并在流域水污染各类危害的价值量化、量化模式参数的确定等方面进行了探索。针对有毒有机物，在黄河兰州和花园口河段开展了多环芳烃、壬基酚等污染物在水相、泥沙、沉积物中的分布状态、分配特征与转化机理研究[2]，系统开展了小浪底水库污染物分布规律研究，初步构建了小浪底水库立面二维模型[4]。此外，系统分析了黄河突发性水污染事件特征，开展了黄河干流孟津——花园口段有机污染物的自净能力研究，在黄河中下游以柴油、硝基苯等特征污染物为对象开展了室内自净降解试验、原型黄河纵向扩散系数试验研究[5]，对黄河中下游重点河段的水沙动力学、计算边界条件、污染物迁移转化及建模概化技术等进行了研究，构建了黄河龙门以下河段不确定性水质模型、基于水动力学的一维水质模型，初步研发完成黄河龙门以下河段水质预警预报系统，实现了河流污染水团的动态演进、浓度演变和污染过程的预报，可用于黄河突发性水污染事件、日常水量调度状况下河流大尺度污染物的预警和预报。

1.3 水环境承载能力及水污染控制

早期以黄河中下游河段为重点，开展了黄河流域水资源质量调查与评价，探索了黄河流域能源化工有色金属工业、蟒河入黄等对黄河水质影响[6]。2002年后，开展了黄河重点河段水功能区划及入河污染物总量控制研究[7]，研究了黄河干流和主要支流水功能区划，提出了黄河纳污能力核定和入河污染物控制原则、方法等。探索了黄河重点水功能区水环境承载水平及协控能力[8]，多环芳烃、壬基酚等有毒有机物在黄河兰州段的承纳水平，及黄河流域面源污染调查估算及对水质的影响[2]。根据黄河水量调度需要，研究提出了2003年旱情紧急情况下黄河干流龙门以下河段入河污染物总量限排预案、2003—2004年引黄济津期黄河水污染控制预案。结合黄河流域水资源综合规划、黄河流域综合规划等，系统提出了黄河流域水功能区划分方案、纳污能力核定及入河污染物总量控制方案成果，并开展黄河入河排污口布局关键技术研究，提出了黄河入河排污口布设区域的划分方法和方案。

1.4 生态环境水量及水生态保护与修复

“九五”后逐步开展了黄河生态环境水量和水生态保护与修复方面的研究。依托“九五”“十一五”国家重点科技攻关、水利部公益性科研专项等项目，清晰地界定了黄河生态环境需水量的概念及内涵，识别确定了黄河水生态系统主要保护目标，探索性地建立了黄河重点河段代表物种栖息地适宜度模型，利用生态水文学等方法对黄河自净水量、河流生态水量进行了研究，提出了黄河及主要支流重要水文断面的环境流量。在中荷双边合作的黄河口环境需水研究项目中，深入研究了基于生态水文学的河口湿地生态维护、修复的需水机理和过程，选用景观生态学原理和方法对黄河河口关键物种栖息地的生境生态需水进行了研究等。近几年，陆续开展了黄河调水调沙的河口生态效应、黄河河湖健康评价等研究，系统地调查评价了黄河下游生态环境健康状况，分析了黄河三角洲多年生态环境、湿地景观格局变化及与黄河水沙之间的关系。此外，随着流域经济社会发展对生态胁迫的加大，重点对湟水、伊洛河、洮河、沁河等主要支流水生态保护与修复总体布局进行了探讨，形成了西北地区典型河流水生态保护与修复工作的技术思路和方法体系，建立了水生态保护与修复的工程与非工程措施。

1.5 水资源保护综合管理

随着黄河水资源保护“实现从过去以水质监测为主向以监督管理为主的转变”，近10年在探索黄河水资源保护综合管理方面开展了大量实践与探索。系统地进行了河流纳污能力使用权制度[9]建立的理论、法律和政策分析，初步建立起制度的理论框架，进行了黄河流域河流纳污能力使用权制度的设计。开展了黄河流域省界缓冲区、重要水功能区监管考核指标体系[10][11]研究，设计监管考核总体方案，建立考核指标体系，制订监管考核的流程，最后提出了监管考核方法和程序。

2 面临的形势及科研需求分析

未来，随着《黄河流域综合规划》的实施，黄河上游梯级开发将逐步深入，水沙调控体系与水资源合理配置和高效利用体系将不断完善，随着能源基地的建设开发，黄河人工化程度将进一步加大、人工调控化将进一步加剧，流域水资源与泥沙时空分布将进一步发生改变，水污染潜在风险进一步加大，流域水环境污染加重、生态环境质量总体下降的问题将难以短期解决，黄河治理开发与河流生态保护之间的矛盾将在一定时期内长期存在。近期，随着国家“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水新思路、实施最严格水资源管理制度等总体要求的提出，黄河水资源与水生态保护工作将面临更大的严峻挑战。

黄河治理开发与保护将维持黄河健康生命、谋求黄河长治久安、支撑流域经济社会可持续发展作为黄河治理开发与保护的长远目标，协调黄河治理开发与生态环境保护的关系是黄河综合治理的重要任务。黄河水资源与水生态保护基础薄弱，生态环境保护问题复杂，今后黄河水资源与水生态保护将围绕水功能区水质目标实现、水生态功能恢复的总体目标，针对水质、水生态存在的主要问题，重点就水资源与水生态演变规律、减少和控制流域污染物入河量、保障河流生态环境用水及环境流量管理、加强流域水资源保护监测体系建设、水生态保护与修复等各种措施手段开展基础和应用技术研究，减缓各类经济社会活动对黄河生态环境的影响，保护和恢复黄河生态系统功能。

3 水资源保护科研发展方向及重点

3.1 黄河生态与环境监测及评价技术

黄河生态与环境监测及评价技术是黄河水资源保护的重要基础工作，在黄河生态与环境监测方面，将重点开展水源地有毒有机物监测技术、典型污染物源解析、有毒有机物在黄河水环境中的迁移转化规律及环境归趋、风险识别、风险评价体系建立、水源地优先控制污染物研究。多泥沙河流水生生物监测技术，黄河典型河段水生生物监测与评价指标筛选，水生态数据库管理信息系统，生物监测评价指标体系建立、试点应用。

此外，流域地下水调查评价，主要污染物源解析，典型区域主要污染物在地下水中的迁移，地下水污染的修复技术以及试点应用也是地下水保护工作的重点。

发挥遥感技术，不断提高在遥感信息的获取、图像预处理及解译，遥感数据与主要污染物定量关系，遥感技术在入河排污口、水库富营养化、突发性水污染等监测中的试点应用。

3.2 黄河生态环境系统演变规律与水资源作用机理

为探究黄河生态环境系统演变规律与水资源作用的复杂关系，将开展黄河河道、河口生态系统格局结构、黄河重要生态目标功能与生态价值评估，近30年黄河水生态及水环境演变规律及发展趋势研究，黄河水利水电工程、人类活动等对生态环境影响及变化成因分析。同时需建立黄河生态健康评价指标体系，对黄河重要河湖水生态动态变化评估，分析重要生态保护目标所需的水力学条件和水文过程及生物、信息流连续性需求，研究水生生境、河道生物种群与水资源作用机理，构建黄河河道、河口等重要保护区域水生态栖息地模型，提出与黄河水资源条件相适应的生态布局、规模及适宜性保护对策。

3.3 黄河生态环境水量配置与调控管理

科学配置黄河水量，并加强调控管理是保护流域生态环境的需求，在黄河生态环境水量配置方面将开展黄河重点河段生物繁衍与河川径流及其季节变化响应规律研究，黄河生态系统需水和需水规律研究，基于河流生态系统保护和修复的黄河水资源生态配置方案，与黄河水资源及流域社会经济用水的协调性分析。

另外，黄河生态环境水量调控管理将开展基于水库优化调度的黄河生态需水调控情景模型及适应性管理技术研究，对水库群联合生态调度系统进行仿真模拟，构建生态水量调控方案的效果监测体系。建立生态调度效应评估技术及反馈机制，基于水库优化调度的黄河生态需水调控及监测管理技术方案。提出关键生态目标或生态单元的水资源配置综合对策措施，兼顾生态保护的水库联合调度示范。

3.4 黄河突发性水污染事件应急调度

黄河流域突发性水污染事件，严重影响了黄河供水安全，给流域内外经济社会发展造成巨大损失，直接影响社会的稳定与可持续发展。针对黄河突发性水污染事件应急调度，将开展黄河重点危险污染源识别及风险评价，建立危险源数据库，研究兰州、宁蒙、龙三、花园口河段不同类别污染物在黄河水体——悬浮泥沙——底泥之间迁移转化机理，污染物自净降解机制及纵向、横向扩散规律等，构建主要水库水质模型库和参数库，对河段水动力及水文学模块开展参数选取和率定，建立黄河水质预警预报系统。另外，还将研究突发性水污染事件应急处置效应，具体为：水库、水库群和多种水源工程调度作用范围、作用程度分析。

3.5 黄河水环境承载能力预警

黄河水资源在满足经济社会发展的同时，又作为载体，接纳所产生的废污水，其水环境承载能力是有限的，黄河水环境承载能力预警是今后研究的重点方向，研究将开展重点区域经济社会发展与黄河水环境和水生态演变关系分析，具体包括区域水资源——经济发展——水环境承载能力关系，尤其重点研究节水减污可控水平，分析分区域水安全要求与能源战略布局协调、流域能源基地建设对生态环境的影响、重点区域水权转换生态风险评估、流域水资源与水环境相互作用下的复合承载力和协调控制机制建立。

此外，为研究黄河水环境承载能力预警还需确立黄河水环境承载能力优化配置模型及评价指标体系，提出基于生态环境安全的流域经济发展和水资源持续利用调控模式，水安全、生态安全保护与修复对策措施，产业发展格局生态调控策略建议。建立黄河流域典型能源重化工基地水资源保护试点，探索黄河流域工业园区水资源保护管理模式、制度。

3.6 黄河重要生态水域生态保护与修复

针对黄河重要生态水域开展保护与修复是今后水资源保护工作的内容之一，为今后更加有序、有效地进行水资源保护工作，将开展黄河水沙调控体系对生境影响研究，提出黄河水生态与水环境保护分区分类适应性措施，构建黄河水生态与水环境保护及修复工程布局，总结黄河水生态水环境修复效果评估技术方法，建立黄河河口等重要水域生态保护与修复试点。

其中，黄河河口生态保护与修复试点开展的研究包括：黄河河口三角洲湿地演变规律、天然淡水湿地需水过程和需水规律分析，提出不同规模湿地生态需水指标及黄河口湿地生态恢复水量，分析水沙调控体系对黄河河口三角洲生态环境的影响，并开展河口生态环境演变趋势预测，最终提出河口三角洲生态修复技术、方案及示范。

4 结 语

通过持续研究，揭示黄河生态环境系统演变规律，探讨生态环境与水资源作用机理，建立黄河河道内、河道外生态环境需水指标体系，提出生态环境水量配置方案与调控模式，搭建黄河水环境承载能力优化配置模型，构建黄河突发性水污染事件应急调度决策支持与应急会商平台，预测黄河水沙调控体系对河流生态环境影响、流域能源化工基地对生态环境影响等，提出黄河重要生态保护单元生态保护与修复方案。研究成果将为新形势下可持续水利事业的发展、维持黄河流域生态文明及河流健康生命提供宏观决策支持。

[1] 水利部黄河水利委员会.黄河流域综合规划(2012—2030年)[M].郑州：黄河水利出版社，2013.

[2] 南开大学环境科学与工程学院,等.黄河兰州段典型污染物迁移转化特性及承纳水平研究[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3] 黄河流域水资源保护局.黄河水资源保护科技成果与论文选编[M].郑州：黄河水利出版社，2005.

[4] 肖翔群,夏润亮，毛予捷,等.小浪底库区污染物时空分布规律及出库水质预测[M].郑州：黄河水利出版社，2015.

[5] 曾永,张建军，肖翔群,等.黄河下游水污染应急调度关键技术研究[R].郑州：黄河水资源保护科学研究院，2014.

[6] 黄河流域水资源保护局.黄河水资源保护30年[M].郑州:黄河水利出版社，2005.

[7] 尚晓成,等.黄河重点河段水功能区划及入河污染物总量控制方案研究[R].郑州：黄河流域水资源保护局，2002.

[8] 连煜,黄锦辉，彭勃,等.黄河重点水功能区水环境承载水平及协控能力研究[R].郑州：黄河流域水资源保护局，2008.

[9] 司毅铭，张学峰，高俊杰,等.黄河流域河流纳污能力使用权制度理论研究与应用设计[M].郑州：黄河水利出版社，2011.

[10]司毅铭,张曙光,等.黄河流域省界缓冲区水资源保护监督管理理论研究与实践[M].郑州：黄河水利出版社，2011.

[11]司毅铭,等.黄河流域重要水功能区监督管理考核指标体系研究[R].郑州：黄河流域水资源保护局，2011.

Scientific research progress and direction of Yellow River water conservation

ZHANG Jianjun, YU Zhenzhen, YAN Li

(YellowRiverWaterResourcesProtectionResearchInstitute,Zhengzhou450004,China)

In the paper, scientific research progress of Yellow River water conservation for 40 years is summarized. Situation faced by water resources protection is analyzed. Key problems that should be urgently solved in water resources protection are identified. Yellow River water resources protection are proposed in the future in the aspects of ecological environment monitoring and evaluation, ecological environment system evolution law, water resources function mechanism, ecological environment water quantity allocation and regulation management, sudden water pollution incident emergency scheduling, early warning of water environment carrying capacity, important ecological water protection and restoration waters as well as main research direction and topics.

Yellow River; protection of water resources; scientific research

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.002

TV213.4

A

1005-4774(2015)03-0008-05