黑河流域生態調水重大問題思考

劉 鋼，杜得彥，董國濤

（1.黃河水利委員會黑河流域管理局，甘肅 蘭州730030；2.黑河水資源與生態保護研究中心，甘肅蘭州730030）

黑河是我國西北干旱區重要的內陸河之一，發源于祁連山北麓，流經青海、甘肅和內蒙古三?。▍^）。由于水資源總量不足，因此黑河流域中下游區域水資源供需矛盾突出。20世紀60—90年代，隨著中游人口的增加和人類對綠洲的大規模開發，加之大量水利工程的建設，進入下游的水量逐漸減少，下游額濟納三角洲河道斷流加劇、湖泊干涸、地下水位下降、水質礦化度明顯升高、天然林草覆蓋率大幅度降低，土地荒漠化和沙漠化迅速蔓延，為我國沙塵暴的重要策源地之一，對西部大開發戰略的實施、國防科研，以及穩固邊疆均帶來負面影響。

針對黑河水資源供需嚴重失衡、生態系統急劇惡化的狀況，國家在世紀之交決策開始實施黑河干流水量統一調度和流域治理。通過生態水量統一調度和流域治理，進入黑河下游的水量逐步增加，中下游用水不平衡問題初步解決，有效緩解了流域生態環境惡化的趨勢，局部地區生態環境明顯改善，全流域生活、生產和生態用水初步得到了合理配置，促進了中游節水型社會的建設，探索和實踐了流域管理與區域管理相結合的新途徑，產生了顯著的經濟、社會和生態效益。筆者系統總結了近期生態調水工作進展和成效，明確當前及今后一段時期黑河生態水量調度面臨的重大問題與關鍵技術，以期全面推進新時期黑河流域生態水量調度工作的發展。

1 近期主要工作進展與成效

1.1 水資源管理與調度

國內學者在黑河水資源管理與調度方面開展了廣泛研究。常炳炎［1］論述了黑河實施水量調度的技術路線，以及有關技術措施和行政措施；喬西現等［2］針對黑河水量統一調度實踐中存在的問題，提出了健全并完善水量調度管理體制和運行機制，以及盡快制定出臺相關法律法規和經濟補償機制的對策措施；王道席等［3］通過對黑河中游農作物用水規律、下游植被生態需水規律、維持東居延海適宜水量等的研究，提出了春季集中調度、適時洪水調度、秋季3個月連續調度的生態水量調度模式；李元紅等［4］探討了基于生態需水、水權框架、模擬模型和水資源信息系統的黑河流域水資源管理模式；王浩等［5］系統論述了黑河水資源調配層次化結構體系，通過構建流域水資源調配管理信息系統，為流域水資源的規劃配置和管理調度提供技術支撐。

黃河水利委員會黑河流域管理局積極開展黑河水資源管理與調度應用研究工作。黑河生態水量調度工作，在缺乏控制性調蓄工程，調度手段單一的情況下，經流域各方的艱辛探索和實踐，確定了年度總量控制、分級管理、分級負責，豐增枯減、逐月滾動修正的調度原則，提出了“確保當黑河上游鶯落峽斷面來水達到多年均值15.8億m3時，中游正義峽斷面下泄9.5億m3，并確保繼續調水進入東居延?！钡哪甓日{度目標，建立了涵蓋方案編制、協調溝通、調度督查和責任落實等各個環節的工作機制：一是創立了“全線閉口、集中下泄”措施，并適時采取限制引水和洪水調度措施，有效增加了正義峽斷面下泄水量；二是實現了由半年調度向全年調度、由應急調度向常規調度的轉變；三是更加注重過程控制，加大了春季調水工作力度，提高了春季水量配置比例，開展了生態水量調度探索與實踐；四是建立健全監督檢查制度，實施分級負責、分級督查，流域機構督查和聯合督查相結合的督查制度；五是實行水量調度行政首長負責制，2006年起，水利部每年都以公告形式向社會公布黑河各級水量調度行政首長責任人和聯系人名單，接受社會監督；六是不斷強化水量調度法規建設，2009年水利部發布《黑河干流水量調度管理辦法》，對黑河干流水量調度的原則、管理職責、調度責任制等做出了全面規定。

1.2 水資源配置

黑河流域水資源配置基礎研究方面，李福生等［6］基于地下水數值計算的黑河中游地表水、地下水轉換及配置模型，解決了黑河中游灌區地表水-地下水轉換及水資源配置問題；楊獻獻等［7］構建了黑河中游面向生態的單目標和多目標水資源優化配置模型；李揚等［8］建立了黑河中游地區水資源合理配置模型，并對2010水平年和2020水平年的水資源配置進行了優化；蒙吉軍等［9］在研究中游綠洲灌區生態需水的基礎上，結合實際引水量和單產耗水量，評估了綠洲灌區水資源配置效率；莫文春［10］構建了張掖市農業用水生產函數，分析了農業用水配置有效性和影響農業用水配置效率的主要因素；李云玲［11］建立了基于水資源合理配置的黑河下游生態恢復模擬系統，預測了不同水平年系列配水方案下天然綠洲恢復狀況。

黑河流域管理局緊緊圍繞中下游水資源需求，在中游水資源配置方面進行應用生產實踐。先后開展了黑河流域中下游生態環境動態變化情況調查分析、黑河中游地區農業水資源利用效率評估、黑河中游地表水和地下水優化配置技術方案編制、水量調度模式等研究工作。通過項目的實施基本掌握了中游地區水資源開發利用規模、用水方式和特點，并在此基礎上編制了水資源優化配置方案。對于強化中游地區水資源管理，合理壓縮灌溉周期，最大限度延長集中調水時間，提升水量調度效果發揮了積極作用。在下游綠洲水資源配置方面，開展了黑河干流正義峽—狼心山河段滲漏損失量調查分析、黑河下游水資源優化配置研究、黑河下游生態水量調度指標及調度方案編制、黑河尾閭東居延海濕地生態系統健康評估、春季融冰水量配置方案研究等工作。黑河流域管理局主持完成的“面向生態的黑河下游水資源配置方案研究”，獲得黃河水利委員會科技進步一等獎。通過項目實施，分析不同來水條件下水流演進情況，編制實時水量調度和配置方案，保障各用水戶基本需求，并在對下游綠洲進行生態分區的基礎上，結合各河段來水情況，優化水資源配置，盡可能擴大林草地灌溉面積，對利用有限水資源實現生態效益最大化發揮了重要作用。根據苗政等［12］關于黑河生態水量調度的公眾認可度調查，56.51%的受調查者對生態水量調度項目有基本認知，41.93%的受調查者認為環境保護和經濟發展是同等重要的。

1.3 主要成效

（1）通過實施生態水量調度，進入下游的水量明顯增加，河道斷流天數逐年減少。據統計，黑河下游額濟納綠洲狼心山斷面1995—1999年平均斷流天數為250 d，實施水量統一調度后，2000—2018年平均斷流天數為126 d，較1995—1999年減少了124 d。2000—2018年，正義峽斷面累計下泄水量215.29億m3，年下泄水量較20世紀90年代增加了3.55億m3；累計進入額濟納綠洲的水量為119.09億m3，年下泄水量較20世紀90年代增加了2.74億m3。

（2）流域生態環境惡化的趨勢得到遏制并有所改善。隨著進入下游生態水量的增多，下游額濟納綠洲生態惡化趨勢得到初步遏制，并有所改善，額濟納綠洲地下水均有不同程度的回升，下游一度瀕臨枯死的胡楊、檉柳得到搶救性保護。以草地、胡楊林和灌木林為主的綠洲面積增加了近200 km2。黑河尾閭東居延海自2004年8月以來已連續14 a不干涸，尾閭生態系統得到了有效改善和恢復。中游人工林面積增加，林地總面積減少的趨勢較治理前有所緩解，鹽堿化土地面積也有所減少。上游林草地退化和森林面積萎縮情況得到初步遏制，黑土灘和草地沙化治理項目區草地覆蓋度增加近30%，水源涵養能力明顯增強。

（3）全流域生活、生產和生態用水得到了合理配置。在優先滿足流域生活用水的同時，中游地區農業用水基本得到保證，合理安排中下游地區的生產和生態用水，特別是中國酒泉衛星發射中心的國防科研用水得到合理配置，為神舟系列飛船的成功發射提供了基礎保障。

（4）探索了我國內陸河流域管理的新模式。黑河流域水資源統一管理始終堅持可持續發展的理念，將黑河水資源的可持續利用和流域經濟社會與資源環境的協調發展作為實施黑河流域管理的方向與目標，大膽探索，積極實踐，開創了“統一規劃、統一調度、統一管理”的新局面，通過實施“國家統一分配水量、水量斷面控制、省區負責用水配水”，探索和實踐了流域統一管理與區域管理的新途徑，初步理順了流域水權秩序，減少了水事糾紛，促進了流域經濟社會與生態環境的協調發展，為我國內陸河管理提供了可供借鑒的經驗。

（5）促進了節水型社會建設和流域社會經濟發展。通過流域綜合治理和水量統一調度，配合“總量控制、定額管理、以水定地、配水到戶、公眾參與、水票運轉、城鄉一體”的一整套運行機制和體制的建立，促進了干旱缺水地區節水型社會建設。

2 流域生態調水面臨的重大問題

黑河生態調水已實施20 a，流域生態環境質量持續改善，但黑河生態治理保護依然存在很多困難和挑戰，水資源供需矛盾依然尖銳，流域生態環境仍顯薄弱，生態調度后評估體系尚未健全，節水潛力還有待提升。

2.1 水資源周期性變化復雜

過去幾十年，黑河流域水資源量呈現較為明顯的周期變化，豐枯交替周期為3～5 a。受全球氣候變化影響，黑河流域山區水資源形成演變的時空格局發生了一定變化，2005年以來黑河出山口水量持續偏豐，已出現連續13 a豐水，鶯落峽水文站年平均水量達19.7億m3。就完成正義峽下泄指標而言，連續豐水對完成國務院分水指標造成很大困難，同時這種變化使預報精度難以滿足水量調度工作要求。

2.2 用水管理亟待加強

由于來水偏豐，最大限度滿足了流域各方的用水需求，在一定程度上掩蓋了用水矛盾。一旦黑河來水偏枯，特別是出現連續枯水，水事矛盾將會進一步加劇，迫切需要加強農業灌溉用水過程控制，按照定額核定引水指標。黑河中游地區特殊的地形地貌導致降水、地表水、地下水三水轉換頻繁，水資源重復利用率高，區間引水量和實際耗水量存在很大差別，灌溉用水管理尚處于半粗放狀態。

2.3 農業生產用水擠占生態用水

隨著流域經濟發展以及來水量增加，耕地面積進一步擴大，農業用水擠占生態用水日趨嚴重。在流域生態環境得到總體改善的同時，局部地區出現生態惡化，客觀上降低了生態環境改善的效果。已有研究［13］對流域生態變化狀況進行了描述，從數據展示到成因分析，回避了耕地變化等敏感問題，不能客觀反映生態變化特征和驅動因素，降低了生態水量調度的實際效果，使人們對生態水量調度認識以及水資源配置產生誤區，影響生態水量調度的科學性和合理性。

2.4 流域生態環境仍顯薄弱

通過黑河干流水量統一調度，下游綠洲區河道過水時間、過水量明顯增加，下游綠洲生態明顯改善，東居延海實現連續14 a不干涸。這既得益于生態水量科學管理與調度，也得益于來水的持續偏豐，正所謂“人努力、天幫忙”，但黑河流域水資源短缺的局面仍未改變，如果來水減少或出現連續枯水，那么恢復和改善綠洲與保持東居延海不干涸必難做到兩全。

2.5 節水潛力有待提升

流域轉型升級用水需求大幅增加，水資源管理面臨新的挑戰。近年來隨著黑河流域經濟社會的發展，經濟轉型升級，生活、生產、生態用水需求增加，用水結構發生了較大改變，進一步加劇了用水矛盾。流域中下游地區部分用水戶節水意識不強，用水方式過于粗放，用水效率較低，與國際先進水平相比尚有一定差距，節水潛力有待進一步提升。應大力推動節水制度和技術，創新節水機制，進一步提高水資源的利用效率和效益，以水資源的可持續利用支撐流域經濟可持續發展和生態環境改善。

3 近期主要科技需求

深入推進黑河流域生態文明建設，積極踐行中央“十六字”治水方針，持續維護黑河健康生命，圍繞山水林田湖草系統治理，需要牽住牛鼻子、找準突破點、打好組合拳，強力推進黑河“一庫一帶一湖”建設的實施，需要加強以下六方面問題和關鍵技術的研究。

3.1 黑河上游降水徑流預報

全球氣候變化背景下水循環規律和水資源演化趨勢研究是當今國際水科學研究的前沿，黑河上游是主要的產流區，目前對黑河上游產流區水循環過程的響應與未來演變趨勢預測等方面的研究還缺乏系統性，沒有形成一套比較完整的長、中、短期水文預報模型。應進一步加強上游山區水文循環過程驅動機制研究，進行長序列的趨勢分析，建立和完善預測模型，提高近期和中、長期來水量變化趨勢預測水平。目前黑河上游監測體系尚不完善，雨量監測站點偏少，信息化程度不高，應統籌考慮水資源管理與調度、黃藏寺工程建設和運行管理需要，加快建設黑河上游監測、預報和預警體系。

3.2 中游地區農業用水和“三水”轉化規律研究

黑河中游是流域水資源的主要利用區，其中95%水量用于農業灌溉，用水量和用水方式對水量調度影響較大，因此強化中游地區用水管理，由斷面控制向引水口門控制是實現精細化調度的關鍵。開展中游河段“降水-地表水-地下水”轉換規律研究，系統監測各引水口門的水量，確定取用水指標和耗水指標的關系，使黑河分水方案與三條紅線有效對接，提升水資源調度科學化管理水平。目前黑河中游地區地表水、地下水監測手段、監測范圍尚不能滿足水資源管理與調度的需要，應進一步加快流域水資源監控能力建設，提高信息化監控的覆蓋度，適時開展黑河水量調度管理系統二期建設，建立和完善水資源管理與調度技術支撐體系。

3.3 黑河流域地下水和生態監測系統構建

隨著黑河生態水量調度的持續開展，水資源配置更加注重過程控制，進入額濟納綠洲的水量在時空分布上逐步得到優化，生態恢復效果顯著提高。但在實時調度過程中缺乏技術支撐手段，難以準確掌握綠洲灌溉區地下水變化和植被需水等情況，并且對于黑河生態恢復情況尚未做到實時動態監控。黑河流域水資源匱乏，如何提高水資源利用效率，讓有限的水資源發揮最大的生態效益，是當前面臨的重要問題。應進一步完善黑河流域地下水和生態監測系統，增加監測的覆蓋范圍；定期開展遙感監測，及時掌握生態狀況動態變化；開展生態調度后評估，科學評價生態調度成效及存在的不足，提高生態調度的科學決策能力。

3.4 不同來水條件下黑河下游生態保護目標研究

黑河流域來水進入豐水期已十幾年，轉入枯水期的概率加大，屆時進入下游額濟納綠洲的水量將銳減。因此，應開展不同來水條件下生態保護目標研究，合理確定下游綠洲規模及不同來水條件下生態保護重點區域；科學評估東居延海周邊生態恢復所需基本水量及濕地規模，盡快開展采取工程措施保護和修復東居延海的可行性研究，通過工程措施，盡可能減少東居延海水量損失，最大限度發揮水資源生態效益。

3.5 黃藏寺水庫調度運行方式研究

隨著流域經濟的快速發展，用水需求逐年增加，水資源管理與調度面臨極大挑戰，特別是黃藏寺工程建成運行后，黑河流域水資源在時空分布上將發生較大變化。結合2000年以來黑河干流實施水量統一調度中存在的主要問題，為充分發揮黃藏寺水庫在黑河水資源合理配置中的重要作用，亟待開展黃藏寺水庫調度運行方式研究，制定切實可行、公正合理、可操作性強的水庫運用方案，提高黑河水量調度的科學性和時效性，為長久完成國務院批復的黑河干流水量分配方案和實現黑河流域生態治理目標提供技術保障。

3.6 智慧黑河關鍵技術與示范研究

開展智慧黑河關鍵技術與示范相關研究，以水利信息化帶動水利現代化，以信息化推動黑河流域管理的規范化。強力推進物聯網、大數據、云計算、空天地一體化監測等信息技術應用，研發適用于流域不同尺度的水資源管理模型，以網絡實時動態觀測為基礎形成水利物聯網，構建黑河流域經濟社會發展、生態環境保護、水資源管理與調度大數據系統平臺和決策支持系統，實現實時感知、過程跟蹤、智能處理的現代化流域綜合管理體系，綜合分析不同氣候變化和人類活動情景下，流域上中下游生態水文響應機制，提升流域科學管理與決策能力，將黑河流域建設成為動態精細調度和全面監管的智慧流域。

4 結 語

未來黑河流域生態調水工作仍面臨著巨大挑戰和困難，積極開展相關基礎研究和應用研究，提高水利科技創新能力和水資源管理水平十分迫切。黑河生態水量調度是黑河流域統一管理的核心工作，是推進流域可持續發展和生態文明建設的重要支撐。堅持“節水優先，空間均衡，系統治理，兩手發力”治水方針，按照“水利工程補短板、水利行業強監管”的治水總基調，加快推動黑河“一庫一帶一湖”建設，集中力量加大對生態調水工作的深入探索。跟蹤國內外水利科技前沿，探索適應黑河流域的生態調度新理論、新技術和新方法，提升流域生態調度工作的水平，推動黑河生態調水的良性有序發展，打造西北內陸河流域管理標桿。