滦河流域水生态空间管控与保护对策研究

陈雨欣，何跃君，李文涛，肖思源，王雨萌，牛红杰，彭晓灿

(北华航天工业学院遥感信息工程学院，河北 廊坊 065000)

如何高效利用水资源，改善水环境质量，提升水生态服务功能，维护好重点流域生态健康，促进区域经济社会高质量发展，是我国“十四五”生态环境保护和生态修复的一项重点工作。水生态环境保护和修复是一项系统工程，与水生态、水资源和水环境(简称“三水”)联系紧密，任何“一水”都需要其他“两水”协同推进，统筹考虑“三水”成为流域未来水生态环境保护的现实选择和必要途径[1]。流域水生态环境问题是一个涉及土地利用、上下游相互关系、多种水体类型、多重污染类型的综合性问题，流域内社会经济活动及自然地理的空间异质性导致了流域水生态环境问题十分复杂，基于水环境空间差异的分区分类管控已经成为流域管理的重要手段和主要途径。河北省承德市位于滦河上、中游区域，承德市境内滦河流域面积2.63万km2，占承德全市总面积的66.6%，占整个滦河流域总面积的59%，滦河流域作为华北地区重要的水源供给地和京津冀的重要水源涵养区、生态保护区，对区域经济社会持续健康发展起着战略支撑作用。目前，滦河流域城镇截污管网建设缺口较大，雨污合流、污水直排现象依然存在；农村水生态环境面临威胁，化肥、农药使用量大，在降水和径流冲刷下大量污染物进入水体，面源污染较重；水资源时空分配不均衡，有雨时洪水泛滥，无雨时河道基流减少甚至断流；滦河中上游地区水土流失较为严重，区域内水土流失面积广泛，侵蚀强度多为中度以上；河湖两岸湿地生态功能退化，泥沙淤积、水电开发等原因，造成水源涵养能力降低。近年来，滦河流域水环境保护研究取得较大进展，但大多仅着眼于单一的水资源指标或水资源和水环境双指标，缺乏对“三水”统筹考虑，同时有关结合流域水生态环境修复管控分区划定的研究不足，不能满足日益繁重的水生态环境保护工作要求。

本研究以滦河流域承德段为研究区域，综合运用水生态、水资源、水环境统筹的理念，科学识别影响流域水生态系统水环境质量、水资源利用率、水生态用水的关键因子及主要问题。本着水陆统筹、全覆盖、可操作、功能区整合的原则，以滦河流域河流水系、水功能区以及控制单元为基础，划定滦河流域水生态空间管控分区，形成具有内部均一性、外部差异性和相对独立性的分区单元。针对各管控分区的生态特征，以“上游增能力，中游强管控，下游减负荷”为主线，提出差异化流域水生态管理与保护修复对策，实现流域水生态、水资源与水环境“三水”协同管理，为滦河流域及京津冀区域水生态文明建设和水环境保护建设提供科学依据，推动区域水生态和自然资源环境持续健康发展。

1 研究区的基本概况

滦河流域(承德段)总面积约2.63万km2，占承德市行政区总面积的66.6%，涉及双桥区、双滦区、鹰手营子矿区、承德县、隆化县、滦平县、围场满族蒙古族自治县、丰宁满族自治县、兴隆县、平泉市、宽城县等11个区县187个乡镇[2]。滦河流域特别是承德段的水生态环境安全，对于保障滦河的水生态环境健康和京津冀的水资源使用具有重要意义。

2 流域水生态主要问题诊断与识别

2.1 影响水环境质量的主要因素

2.1.1区县生活污水处理设施建设不完备

目前，滦河中上游建有的6个污水处理厂，收集处理的污水主要覆盖于滦平县、双滦区和隆化县伊逊河流域，丰宁县滦河干流、围场县小滦河和隆化县滦河干流污水处理规模相对不足。在每年汛期特别是急雨天气，大量雨水进入污水管网[3]，导致县城集中式污水处理厂部分时段达到满负荷运行，排水高峰期时经常出现污水溢流情况。污水处理厂尾水对河流水质影响较大，已建污水处理厂都执行GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准，虽然能够达标排放，但是按照地表水环境质量标准衡量，污水厂排放标准与断面控制标准相差悬殊。特别是每年冬季进入枯水期后，河道自然降水量减少，自净能力下降，河流中的地表水主要为污水处理厂尾水，占滦河干流枯水期水量的60%以上，造成下游河流断面水质不稳定，有超标现象。

2.1.2乡镇农村生活污水处理能力薄弱

流域内乡镇及农村生活污染源挥发性有机物(COD)、氨氮、总磷等主要污染物排放量较大，部分乡镇管网建设不完善，集中式污水处理设施尚未建设或污水处理设施呈分散式。流域干支流沿岸村庄，农村生活产生的污水和垃圾均采取出门就倒的方式排入河中。比如，沿岸建有的苏家店乡、小滦河御道口镇和滦河干流西沟屯镇，涉及人口133002人，大量生活污水、畜禽散养排污直排入河，农村生活垃圾随意丢弃在田间地头，2019年COD和总磷入河量分别为279.3t和3.373t。

2.1.3工业生产废水处置水平不高

流域内工业污染整体贡献较少，COD、氨氮等主要污染量排放量占比均不足1%，但流域内分布部分农产品加工、屠宰场等工业企业由于生产设施落后，导致废水外排的现象，对流域内河流底泥、水质造成较大影响。其中，农产品加工企业多为季节性生产，部分无污水处理设施或设备运行不稳定，废水直接排入河流；屠宰场、淀粉加工厂等排放废水有机物浓度高，处理较困难，个别时间出现超标排放情况，影响河水水质。此外，流域内约60%的企业为采矿业，其中以铁矿为主，矿区部分企业由于生产设施落后，存在粉尘和污水跑冒滴漏等问题，造成区域尾砂大量进入河道，造成河床淤积、水质超标等现象。

2.1.4农牧业产生废水处理效率不强

滦河干支流两岸已种满大量农作物，大多种在河边，农作物多为玉米和水稻，一年施肥两次以上，很少有天然植被或者人工滨岸带拦截在农作物和河道之间，汛期时随着降雨径流，大量氮、磷污染物进入水体，严重影响河流水质。

流域畜禽养殖业污染源排放比例较大，各个区县的生猪、奶牛、肉牛、羊和肉鸡等五类主要畜禽养殖场总养殖量共折合44万头猪当量。部分畜禽养殖产生的污水不能得到有效处理，直接或间接排入河流对流域水质产生影响。特别是隆化县、围场县、滦平县、丰宁县等涉水主要污染物排放量占流域七成以上。比如，2019年隆化县COD排放量占全流域的38.0%，氨氮排放量占全流域的40.8%，总氮排放量占全流域的37.9%，总磷排放量占全流域的28.2%。

流域总氮浓度较高，2019年总氮平均浓度为5.4mg/L，比河北省高出0.13倍，比海河流域高出0.2倍，比全国高出1.2倍。双峰寺水库取水口总氮浓度为5.35mg/L，若按照湖库型水质评价，超Ⅱ类标准9.7倍。

2.2 影响水资源利用效率的重要因子

2.2.1生产生活节水空间依然很大

流域农业用水生产率较低，流域内稻田以传统的串灌方式为主，平均每亩用水量为1200～2000m3；玉米、小麦等作物主要采用传统的地面灌溉方式，平均每亩用水量为300～400m3，平均每立方米水生产粮食达0.6kg，低于全国1kg/m3的平均水平。

虽然城镇生活节水器的普及以及农村给排水设施不断完善，但生活水平的提高仍然促使人均生活用水量有所增长。2018年滦河流域人均生活用水量112L/(人·d)，略高于河北省人均水平，低于全国平均水平。城镇生活节水器具普及率为83%，仅达到全国平均水平。

工业主要用水行业为金属冶炼、采矿业和加工业，以及电力、热力、燃气生产与供应业，合计用水量占工业用水总量的98%；工业耗水率为73.1%，高于河北省62.4%的平均水平；工业用水重复利用率为72%，低于全国平均水平[4]。

2.2.2水资源时空分布分配不均衡

滦河流域水资源主要依靠降水，平均年降水量为600mm。降水空间和时间分配不均匀，空间分布特征为西北少、东南多[5]；时间分布特征为汛期少、非汛期多，全年降水量的80%集中在6—9月，而在农业大量需水的4—5月降水量较小，导致4、5月份径流量最小，仅占全年径流量的10%左右。水资源年内分配的不均衡性给水资源利用带来困难，汛期洪水很难利用，旱季无水可用。

此外，水资源的区域分布与生产力布局不相匹配[6]。2019年承德市中部地区的双滦区和双桥区人均水资源量为156.4m3，属人多、地少、经济发达水资源最为缺乏的地区。南部的兴隆县人均水资源量为2302.4m3，属人较少、地较多、经济一般发达水资源最为丰富地区。其它地区虽然人均资源量都在700m3以上，但北部的围场、丰宁、隆化以及中部的平泉市亩均水资源量却在600m3以下，这4个县的耕地面积占全市的71.7%，农业缺水比较严重。

2.3 影响水生态用水的关键环节

2.3.1部分河段生态用水不足

滦河水资源量已呈逐年减少趋势。小滦河作为流域重要支流，因其水资源匮乏和生态流量难以保障，已对滦河流域水环境改善产生关键性影响。小滦河南山咀等地区的部分河段基本断流，河道中央有较多泥沙淤积形成的滩地，河道已不具有自净和生态服务能力。为了提高滦河防洪标准，流域近几年先后建设了70余道橡胶坝工程[7]，总蓄水量达440万m3。双峰寺水库水电站也已基本建设完成，将进一步增强流域蓄水供水能力。然而，橡胶坝、双峰寺水库的建设造成河道下泄水量减少，下游部分河段枯水期生态流量将难以保障。

2.3.2水土流失现象较重

滦河流域土地沙化极敏感区面积约占1.6%。主要零散分布在围场县东北部及西北部、丰宁县西北部等地区。流域内水土流失面积约9424km2，占全市总面积的23.9%，占河北省水土流失总面积的23.6%[8]。尤其是流域上游地区，如从内蒙到承德的滦河入境处、小滦河御道口和南山咀等多处为沙土裸露地，植被覆盖率低，土壤沙化、干化严重，不同季节的风蚀和水蚀造成大量泥沙进入水体，使水体浑浊度高，导致污染物浓度超标倍数增大，生态环境日趋脆弱；同时泥沙含量大不利于橡胶坝等多种污水处理设施的实施，严重影响河流水体的整治。

2.3.3水电工程带来水沙问题

流域兴建了多个引水工程，形成以滦河流域为母体，辐射天津、唐山、秦皇岛3座城市的滦河水资源经济区[9]。监测表明泥沙含量大是总磷超标的主要问题之一。比如，丰宁抽水蓄能电站的改建，导致水库内原有拦截的泥沙大量下泄，这些泥沙常年拦截在水库中，携带者大量磷污染物，由于水电站拦蓄功能的丧失致使这些拦蓄的泥沙和上游水土流失的泥沙均卷带着污染物，在放水期间被冲入下游，严重影响河流水质。

3 流域水生态修复管控分区划定

3.1 管控分区划定的主要思路

本研究对划定滦河流域水生态修复管控分区主要基于三方面的考虑：一是凸显对滦河源头、中上游典型代表区域的保护力度，以全民意志实现对水土流失严重、自然景观独特、生物多样性丰富区域的优先保护。二是着力对滦河流域内的自然保护区等各类保护地进行组合，增强水域和陆域的联通性、协调性和完整性，结合乡级行政区划和自然地理界线[10]，合理划定管控分区范围。三是发挥滦河流域在承德市在高质量发展进程中的生态支撑作用，努力将水资源利用、水生态文化与地域文化相结结合，将流域人口、工业集聚度高的区域，划定为水生态修复管控重点区。

3.2 管控分区划定的基本原则

流域水生态空间管控分区划定的基本原则是划分技术流程实现的重要依据，由于管控分区划分是一个涉及多种要素的复杂的过程，为了与国家流域水环境精细化和差异化管理目标相匹配、相一致，需要根据管控分区划分的一些原则并结合实际情况甚至其他变通的途径来进行划定[11]。这些原则主要包括流域全覆盖和行政区划全覆盖原则，乡级行政区划为最小行政单位原则，控制断面自然汇水与水资源三级分区衔接原则，与水功能区衔接原则，以河湖水系自然汇水和水流特征确定陆域边界原则，诸多要素应统筹兼顾、突出重点原则，国家与地方分级负责、充分对接等原则。这些原则具有相互关联、相辅相成的关系。有些原则是强制原则，有些原则是经验原则，所以，在划分的实践中，还根据实际情况系统地、综合地运用这些原则。

3.3 管控分区划定的主要步骤

滦河流域水生态修复管控分区主要依托国家重点流域控制单元划分结果进行划定[12]。本次研究，主要针对地方环境管理部门根据实际需要，遵循流域完整性保护和河流水系系统性要求，将14个国家控制单元进行整合，并探索内部建立污染源和水质清晰的输入响应关系。流域水生态空间管控划分工作程序如图1所示。

图1 流域水生态空间管控划分工作程序

3.4 流域水生态修复管控分区划定结果

结合国家开展的国控断面汇水范围(即控制单元)划定成果，将滦河流域(承德段)划分为10个管控分区。流域上游为坝上、围场高原区：主要有滦河郭家屯管控分区、伊逊河唐三营-李台管控分区，共2个分区。中游为冀北燕山丘陵区：主要有武烈河上二道河子管控分区、滦河兴隆庄(偏桥子大桥)管控分区、滦河上板城大桥-大杖子(一)管控分区、柳河三块石(26#大桥)-大杖子(二)管控分区、瀑河党坝-大桑园管控分区，共5个分区。下游为燕山山前平原：主要有潘家口水库管控分区、潵河蓝旗营管控分区、青龙河四道河管控分区，共3个分区。

本研究有效衔接国家划定结果，以10个管控分区为基础，强化空间管控措施。

4 流域水生态管理与保护修复对策

4.1 注重水环境兼顾水资源、水生态的具体措施

对于各管控分区，农田、果园分布较多，特别是沿河两岸的“田”系统，针对其存在的面源污染和生态服务价值低等问题，其修复措施主要包括：在农业地块上实行科学种植，推行测土配方施肥或用农家肥替代化肥[13]；开展农用地侵占河流生态空间情况调查，实施退耕还湿还林；实施农药包装物等农业废弃物无害化和资源化利用，对可生物降解的农业废弃物采取堆肥还田资源化利用。开展农业结构和功能的调整研究，引导农业由追求产量为主的单一目标向农业旅游、农业休憩的多功能目标转变[14]，提高农产品和服务质量，创造生态农业的经营模式，以提升农业生态服务价值，带动乡村振兴。

对农村生活污水进行无害化处理后再排放，生活垃圾分类收集、定期由垃圾车压缩转运、统一处理；逐步减少分散式畜禽养殖数量，大力支持兴建规模化养殖场，对养殖产生的废水、粪便等集中收集制作成有机肥料；创新农业清洁生产技术，充分利用空间形成立体化、系统化养殖与种植，种植业为养殖业提供饲料，养殖业为种植业制造肥料，总体减少污染排放。

对比汛期非汛期滦河流域主要河段入河污染物量，在汛期时，由于雨水冲刷，地表污染物经雨水携带带入流域中，汛期污染物总量比非汛期时污染物总量高。建议可以加大蓄水设施建设，一方面可以提高非汛期的水资源供应不足的应对能力，另一方面也可以强化汛期流域内的防洪体系。同时，对河道及支流两侧的植被进行修复、实施河湖生态隔离带和沿河水源涵养林建设也可在一定程度上起到水土涵养，减少土质中营养物质大量流失的作用，这在一定程度上也可以降低水体环境中总氮和总磷等指标。

4.2 注重水资源兼顾水环境、水生态的具体措施

严格按照管控分区管理，对相关的水域和岸线要定期进行调查，必须掌握并了解管理的范围、该区域生态环境情况、所有权属、水域岸线类型[15]等相关基本信息。根据不同河段的特点，需要明确岸线各方面的主要功能，考虑各种因素进行统一规划，合理考虑防洪治理、城市基础建设、河湖生态环境保护以及沿河地区国民社会经济发展的需求，科学界定岸线功能区，确定区域内资源环境保护利用的总体要求与规划。加强水资源保护规划、采砂规划、岸线利用管理规划等重要规划对河湖管理的指导和约束作用[16]。

科学制定滦河流域(承德段)节水制度体系，将每年的总用水需求调控在可循环、可更新、可补充的正常范围内。鼓励在农业生产中减少用水量，对以往的传统灌溉方法进行改进和创新，实行小畦灌溉、长畦短灌、窄畦速灌、细流沟灌，推广管灌、微灌、滴灌、喷灌，合理调整农业种植结构[17]，减少用水量较高的水作物种植面积，大力支持发展生产旱作农业，降低农业中的灌溉定额，将农田灌溉系数提高至或高于0.747(北京)和0.714(天津)。

做好宣传工作，提高公众保护水资源的意识，需要政府、社会组织和公众共同努力，其中包括通过政府宣传、媒体宣传、社区教育等形式，向公众宣传水资源的珍贵性、保护水资源的重要性以及节约用水的意义，提高公众保护水资源的意识。通过开展节水宣传活动，向公众传授用水知识，如合理使用家用电器、安装水-saving装置、建立高效灌溉系统等方法，鼓励公众采取实际行动，减少用水量，保护水资源。

4.3 注重水生态兼顾水资源、水环境的具体措施

在流域上游坝上、围场高原区，通过实施涵养林草植被保护和建设，建设百里水质净化长廊，在流域内适量栽植芦苇、香蒲等具有净化能力的水生植物，可以恢复生态系统的自我修复能力。滦河上游地区56个乡镇共有133处水土流失重点关注区域，针对这些区域可以采取对沟壑区固沟保塬、侵蚀沟、坡耕地综合治理共同强化的方法。以传统适合水土资源维持技术方法(包括水平条、梯田、树盘)为基础[18]，考虑土壤流失的相关特点，针对包括经济林、建设项目中的水土流失等重点问题开展研究与布局。中游冀北燕山丘陵区由于种植了大量的杏树，导致了该区域水土流失较为严重，针对该问题，需要采取攻关工程、耕作与管理机制共同实施的方法，例如采用林草、林药复合系统，对采摘技术进行改进，在禁止对林区喷施农药的同时对该区域农户进行相关资金补贴等综合方式进行修复治理。

由于滦河兴隆庄(偏桥子大桥)管控分区、滦河上板城大桥-大杖子(一)管控分区等区域人口居住范围较为集中，在此生活居民的活动强度较大，想要将河流治理后的成效达到近自然状态有着极大的难度，因此，应结合生态系统所具有的修复能力，采用近自然的方法，使河流最大程度的恢复到无人为干预的生态环境。针对修复改善水体的生态环境、改善水质条件、保障防洪、防汛的规划治理以及提高河流观赏价值等问题，建立防洪排涝的空间、恢复加强各个河流之间的连通性、修复流域的水文地貌、改善休闲亲水环境。

注重开展岸带生态恢复，改变传统浆砌石混凝土治河技术，可依据具体情况进行调整设计，可使用种植草沟、天然材料垫、铺设透水砖等方式，增加河岸或湖岸的植被覆盖率和植被多样性，从而减缓水流速度，减少水土流失和侵蚀作用，通过恢复优化已有岸线和利用水体所具有的净化能力，达到更加优异的水体污染治理效果，同时可以有效地保护河岸或湖岸，减少岸线的侵蚀和破坏，增加岸线的生态价值和景观价值。对于滨岸坡面或直立的岸堤，可以采用近自然岸堤、以绿化混凝土护坡、石笼护岸、栅栏护岸及藤蔓植物仿自然等技术对滨岸带进行生态化改造，去除硬质化、渠系化及“三面光”河道[19]。

5 结论

“三水”统筹实施系统治理是全面改善水生态环境质量的根本路径。本研究基于“三水”统筹识别滦河流域水生态环境的主要问题，以流域水生态环境修复对策实施更加精确、可行为目的，采取流域水生态环境修复空间管控分区的方法，针对各管控分区的生态特征，总结创新了注重“三水”统筹的管控分区差异化生态保护与修复对策，实现了流域水资源、水环境与水生态“三水”以及空间管控分区协同管理，可为当前我国开展“三水”统筹和空间管控管理工作提供参考和借鉴。

但在研究过程中，未结合“三线一单”成果提出差别化水生态空间管控政策、指标、准入要求以及准入清单，后续还需完善水环境质量改善目标的设定及改善措施设计的理论系统和技术方法，在空间管控分区成果的基础上，将结合水生态保护红线、水环境质量底线、水资源利用上线等要求作为地区资源开发利用、产业布局调整、城镇建设、重大项目选址、相关规划编制的重要依据，推动空间管控分区划定方法和“三线一单”成果向水资源综合利用、陆海统筹、地上-地下水环境协同管理以及应对气候变化等领域延伸。