黄河流域水问题发展态势、症结及综合应对

王慧亮 秦天玲 严登华

摘 要：黄河流域生态保护和高质量发展已经成为国家重大战略，而黄河水问题是影响黄河治理与保护的主要因素之一，辨析黄河流域水问题并给出应对策略成为亟待解决的科学问题。从水沙关系、水资源利用、水生态环境和水土资源等4个方面剖析了黄河流域现阶段存在的主要水问题，并分析了其发展态势，认为黄河流域水问题的症结在于水土资源功能不协调、水资源调配忽略“点-线-面”关系以及水资源管理存在地下水与地表水管控分离等3个方面。最后从“富自然-功能协调”流域的角度提出了应对黄河流域水问题的主要思路，建议从水土资源联合配置、立体水网构建、精准水沙调控和智慧监管体系完善等4个方面系统应对黄河流域水问题。

关键词：水沙;水土资源;富自然-功能协调流域;黄河流域

中图分类号：X22;TV213.4;TV882.1 文献标志码：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

黃河发源于青藏高原，流经青海、四川、甘肃等9省（区），是中华民族的母亲河，是中华文明的重要发源地。黄河宁，天下平。黄河既构成了我国北方重要的生态屏障，也是我国重要的经济地带和打赢脱贫攻坚战的重要区域。2019年9月18日，在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上，黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家重大战略[1]。黄河水沙关系不协调、水旱灾害频发、水资源供需矛盾等水问题突出，成为影响黄河治理和保护的主要因素。鉴于此，辨析黄河流域水问题、把脉其症结所在、提出应对策略，成为社会关注的热点[2]。笔者梳理了黄河流域现阶段存在的主要水问题，并研判其发展趋势，进而提出黄河水问题的综合应对策略，以期为黄河流域治理和保护提供科学依据。

1 黄河流域水问题及成因诊断

1.1 水沙关系不协调，水患灾害频发

黄河属于多泥沙河流，水沙关系不协调是黄河的典型特征之一，其主要表现在“水少沙多”和“水沙异源”两个方面[3]。黄河流域多年平均天然径流量为535亿m3，主要来自兰州以上区域的冰川和降雪融水，其占全河的62.0%，而该段来沙量仅占全河的7.5%。黄河泥沙主要来自头道拐与潼关之间，其来沙量占全河的91.0%，而来水量仅占全河的28.5%[4]。黄河流域来水来沙量在空间上呈现不均匀性，中游水土流失严重导致中下游河床淤积严重。黄河下游地上悬河长达800 km，其中299 km的游荡型河段河势未被完全控制[1，5]。另一方面，黄河流域水沙年内和年际变化剧烈[6]。水沙调控能力不足是黄河流域长期面临的主要问题，导致黄河流域旱灾和水灾频繁发生。

1.2 水资源开发利用强度大，竞争性用水矛盾突出

黄河流域水资源量仅占全国的2%，人均水资源量仅为408 m3，不足全国平均水平的1/5，却承担着向全国15%耕地和12%人口供水的任务[7]。据统计，黄河流域水资源开发利用率已接近80%[3]，远远超过一般流域40%的生态警戒线，而且平原区地下水开采量已经占可开采量的81.1%[8]，是我国十大一级流域片区中水资源开发利用程度最高的。中上游地区矿产资源开发改变了地下水与地表水之间的水力学关系，水循环失调，水污染严重[9]。水资源开发程度高导致天然水循环过程被人工水循环过程大幅取代，引发流域生态环境系统与社会系统之间、各省区之间、流域上中下游之间、干支流之间以及流域内与流域外之间用水矛盾突出[10-12]。

1.3 生态环境脆弱，生态退化与水环境恶化严重

黄河流域荒漠化和沙化土地分布集中、水土流失严重、水沙关系不协调和水资源短缺等问题并行存在，流域生态的自然属性被严重破坏，生态系统服务功能单一化，景观破碎化较为严重，使黄河流域成为生态脆弱、敏感性极高的地区[13]。河源区草场退化和湖泊干涸问题凸显，中游水土流失没有得到有效控制，下游区域河槽淤积与黄河三角洲湿地退化并存[7]。据统计，黄河流域湖泊湿地面积从1980年的2 702 km2降到2016年的2 364 km2，多种水生生物因水量生境萎缩面临绝迹[14]。黄河流域生态基流满足程度达到优和良的断面仅占调查总断面的1/4，大部分断面存在生态水量不足的问题，汾河、延河、无定河、窟野河等先后出现季节性断流[15]。适宜的水域空间、流量、流速和水位是保障河流生物多样性的必要条件[10]，生态流量的不足加剧了黄河生态的退化和流域水环境的恶化。

1.4 水土资源空间不匹配，水量分配方案适应性降低

黄河流域水资源匮乏，时空分布不均，水资源在空间上与社会经济发展格局不匹配[16]。黄河上游为水源涵养区，是黄河重要的水源补给区，而中下游为用水刚性需求区，水源与用户异位[11]。近年，兰州—西宁、宁夏沿黄经济区、关中—天水、呼包鄂榆、关中平原城市群、太原城市群和中原经济区等城市群迅速发展，各省区GDP占流域GDP的百分比发生了变化，与1980年相比，甘肃、山西和青海等省区的比例有所降低，内蒙古、河南、陕西、山东、宁夏等省区的比例有所提高[17]。另一方面，农业用水比例不断下降，工业用水和生活用水比例不断上升[18]。总体来说，流域社会经济发展程度和速度不一致改变了黄河流域的用水格局，流域用水弹性、用水结构和效率发生了较大变化[19]，“八七”分水方案适应性降低[8，18]。

2 黄河流域水问题发展的新态势

2.1 来水来沙锐减但时空减幅不同步，水沙调控面临新问题

黄河水量主要来自于上游，沙量主要来自于中游，潼关站控制91%的流域面积，控制径流量和泥沙量分别为90%和100%。据胡春宏等研究，近70 a来，黄河干流年径流量和输沙量呈显著减少趋势，黄河径流突变发生在1985年左右，水量减少主要集中在头道拐以上，而沙量在2011年锐减，沙量减少区间则主要集中在头道拐和潼关之间[4]。来水来沙锐减但时空减幅不同步，黄河水沙异源的空间格局持续存在，同时黄河流域汛期输沙流量持续时间和相应水量大幅减少以及水沙变化与水利工程建设的协同效应，使得水沙调控面临新的问题。

2.2 控制水资源开发利用强度势在必行，水资源供需矛盾加剧

加强黄河流域生态保护和高质量发展，其首要任务是控制水资源开发利用强度，减缓社会水循环对自然水循环的干扰[3]。但是流域经济发展与生态环境改善的刚性需水仍会增长，城镇化进程和工业化进程的发展，使得流域生活需水保持增长趋势，工业需水逐渐达到峰值[18-19]。另一方面，随着黄河流域在保障国家粮食安全中的作用凸显，粮食安全用水需求下的农业用水不会大幅压缩[3]。可见，未来流域用水总量仍会保持一定的刚性增长，控制水资源开发利用会影响社会经济用水，加剧社会经济用水的供需矛盾。

2.3 上下游湿地退化，中游生态退化与过度生态修复并存

上游湿地“脱水”导致鼠类活动猖獗，密度及数量大增，同时大量的鼠洞打通了潜水蒸发的通道[20]，加快了湿地的萎缩和退化，严重削弱了径流的形成;下游河口地区水盐不协调，湿地退化严重[21];随着新时期治黄方略的推进，黄河中游坚持不懈地巩固和实施水土保持与沟壑治理工程，生态修复取得明显成效，然而局部地区水土保持过度对河道及其生态系统产生严重的负面影响[22]，中游生态退化与过度生态修复并存是黄河水问题新的发展态势之一。

2.4 气候变化导致水土资源尤其是水资源的不确定性加剧

温升背景下的冻融过程变化导致上游水源涵养特性发生显著变化[23]。最近20 a来，黄河源区出现暖湿化现象，导致降水偏多、徑流量增加，但研究表明这一现象可能只是西北地区百年、千年尺度干旱化趋势的周期性震荡，暖湿化现象造成冰川退缩和冻土融化，未来可能会造成径流的断崖式减少[3]。另一方面，黄河源区的生态系统出现了普遍的干旱化趋势[24]。年度间、季节性的泉眼干涸、溪水断流，湖泊湿地萎缩、草皮低矮、融冻剥离，局部地区土壤旱化问题严重。可见，气候变化导致水土资源尤其是水资源的不确定性进一步加剧，适应性调控难度加大。

3 黄河流域水问题的症结

水循环及其伴生的水生态过程、水环境过程和水沙过程等是造成水问题的根源，黄河流域水问题归根结底是流域水循环分项或者伴生过程的失衡和失调[25]。随着人类文明的发展，长期以来，黄河流域水土资源的自然属性被大幅削弱，“山水林田湖草湿”不协调，水-土-沙失衡、失调和失控，其症结可以归纳为①水在一定时间内没有到它应该到的地方;②土地在一定时间内没有生长它应该生长的生物;③泥沙在一定时间内没有随水循环到它应该去的地方;④营养物等资源没有存储到它应该存储的地方。也就是说，造成水问题的原因是管控中出现了问题。

3.1 水资源与土地资源互为边界，未能融合两者的互馈作用

流域是以水为媒介，由水、土、大气等自然要素和人口、社会、经济等人文要素相互关联、相互作用而共同构成的“自然-社会-经济”复合系统。水资源分布影响社会水循环的各个环节，能够引起生产和生活用地布局及规模的变化，进而影响流域社会经济发展。反过来，土地资源及地表覆盖的变化影响到水循环的蒸发、水汽输送、产流与入渗等各个环节，进而影响水资源的分布[26]。水资源与土地资源存在相互反馈机制，而目前流域实际管控中，往往将水资源与土地资源互为边界，未能融合两者的互馈作用，导致水土资源“功能不协调”，引发了“水在一定时间内去了其不该去的地方”“土地在一定时间内没有生长其应该生长的生物”和“泥沙在一定时间内没有随水循环到它应该去的地方”，造成水资源供需矛盾和水沙关系不协调。

3.2 以“河-湖-库”为核心的“点-线”结合方式进行水资源调配，未能融合坡面与河道之间的水力联系

解决黄河水問题需要坡面工程与河道工程相结合。坡面工程主要是水土保持和水源涵养林建设，其核心是对坡面水沙过程进行调节。坡面工程有助于控制入黄泥沙，缓解黄河“沙多”的矛盾，但也会导致“减水”的效果[3]，坡面工程的过度减沙和保水在局部地区已对河道及其生态系统产生了重大影响;河道工程主要包括水库与堤防建设，其核心是对河道汇流过程进行调整，实现水资源的优化配置与调控[28]。目前流域水资源管理多以“河-湖-库”为核心的“点-线”结合方式进行水资源调配，忽略了坡面与河道之间的水力联系，导致水资源调配存在“末端治理”弊端，使坡面和河道工程的布置未能有机衔接，导致部分河道工程未能充分发挥其设计功能，使水利工程等灰色基础设施对水资源调配和水沙过程的调节性能不足。

3.3 地表水与地下水的分离管控，未能融合地表水与地下水的相互作用

天然水循环过程包括大气、地表、土壤和地下等要素过程，是地表-土壤-地下相联合，坡面-河道相制约的一个三维模式[27]。其中，植被、土壤、地下含水层等地理要素（绿色基础设施）对水资源具有调节作用，植被根系等的变化均会影响水循环的土壤和地下水过程。然而，黄河流域多年来地表水与地下水分离管控，未能融合地表水与地下水的相互作用，导致水资源管理存在“过程分离”现象，出现水资源开发程度高、超采地下水、严重的湿地萎缩等一系列生态环境问题，加剧了流域生态环境的脆弱性。

4 黄河流域水问题综合应对

4.1 总体思路

针对黄河流域水问题，可以归纳为在水资源管理中存在“功能不协调”“末端治理”“过程分离”等现象，建议基于建设“富自然-功能协调”流域[24]的基本模式综合应对黄河水问题。

黄河流域的问题表象在黄河（点-线），根子在流域（面）[1]，从本质上说，黄河流域的水、沙均来自流域（面），应对黄河水问题的基本思路是：从流域生态完整性和高质量发展的角度，从“点-面”结合的一维管理模式向“点-线-面-体”相结合的立体水网管理模式转变，从“状态改变”理念向“状态提升”理念转变，更加注重“绿色（林、草等）、棕色（土壤）、蓝色（地下水库、地下蓄水层等）和灰色（各类水利工程）

”基础设施对水循环的多过程调节作用。同时开展水土资源的联合管控，从根子上维护“山水林田湖草湿”生命共同体，对水土资源的组合特性、利用效率与效益进行联合评价与管控，实现多层级、多用户、多阶段、多目标的协同，满足“既能支撑经济社会发展，又能适应气候变化，更能提质升级生态环境”的总体需求，各在其位、各司其职、功能协调。

4.2 关键任务

（1）水土资源联合配置。以“山水林田湖草湿”系统为基础，考虑水资源与土地资源的互馈条件，分析黄河流域水土资源系统，识别黄河水沙不协调的关键过程;揭示黄河流域水土资源协同演化机理，构建黄河流域生态水文模型;研究流域水土资源综合承载能力，坚持以水定城、以水定地、以水定人、以水定产，把水资源作为最大的刚性约束，研究黄河流域水土资源联合配置。以黄河流域水土资源协调发展为目标，配对水土资源，实现宜水则水、宜山则山、宜粮则粮、宜农则农、宜工则工、宜商则商的水土资源格局，解决黄河流域分水方案等问题。

（2）立体水网构建。以水循环为主线，在水土资源合理配置的基础上，充分挖掘自然地理要素对水循环的调节作用，尽量减少人类对自然水循环的干扰，系统布设和规划绿色、棕色、灰色和蓝色基础设施，充分发挥分类基础设施的调控能力，提升流域的整体调节性能，实现地表-土壤-地下多层次、水质-水量-泥沙-水生态多要素的联合调控，系统解决黄河流域水问题。

（3）精准水沙调控。充分结合水循环及其伴生的水沙过程的自然属性特征，融合泥沙运动规律，结合各类土地资源和地表覆被在水沙调控中的作用，确定合理的减沙阈值;充分利用黄河流域梯级水库，对水沙进行科学管理与联合调控，解决小浪底水库调水调沙后续动力不足的难题，协调水沙关系;充分发挥水沙调控体系的整体合力，完善水沙调控体系，进行流域尺度精准水沙调控。

（4）智慧监管体系完善。整合人工智能和大数据技术，完善智慧水网与智慧水务建设，构建智慧化监管体系，实施黄河大脑战略，围绕黄河水沙调控、水旱灾害、水资源和水环境问题需求，突破水沙调控与水生态保护和水环境协同治理的基础理论及关键技术，构建水资源节约集约利用、水生态水环境协调治理体系，实现多场景下黄河水问题应对的沙盘推演与实时模拟仿真。

5 结 语

（1）黄河流域水问题主要表现在水沙关系不协调、水患灾害频发，水资源利用强度大、水资源竞争性用水矛盾突出，生态环境脆弱、水生态与水环境恶化，水土资源空间不匹配、水资源分配方案适应性差等4个方面。

（2）黄河流域水问题归根结底是流域水循环分项或者伴生过程的失衡和失调。未能融合水资源与土地资源的互馈作用、坡面与河道的水力学联系以及地下水与地表水的相互作用是黄河流域水问题的主要症结。

（3）建议基于“富自然-功能协调”流域理念，從水土资源联合配置、立体水网构建、精准水沙调控和智慧监管体系完善4个方面应对黄河水问题。

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【责任编辑 张 帅】