黃河流域水-能源-生態系統協同增效戰略體系構建研究

遲妍妍，王夏暉，劉斯洋，張麗蘋，王晶晶，付 樂，許開鵬，王金南

生態環境部環境規劃院，黃河生態文明研究中心，北京 100041

黃河流域是我國重要的生態屏障和經濟地帶.根據2021 年《黃河水資源公報》，黃河流域多年平均水資源量為719×108m3，占全國水資源總量的2.56%，其中地表水資源量為535×108m3，占全國地表水資源總量的1.98%.有限的水資源量承載了全國12%的人口、17%的耕地，灌溉全國13%的農田，生產全國13%的糧食.水資源短缺是黃河流域生態保護和高質量發展面臨的最大矛盾，黃河水資源總量不到長江的7%，人均水資源量不到全國平均的65%[1]，水資源開發利用率高達80%，遠超40%的生態警戒線.生態脆弱是黃河流域生態保護和高質量發展的最大問題，黃河流域位于干旱半干旱地區，流域內3/4 的區域為中度以上脆弱區，高于全國55%的平均水平.能源轉型是黃河流域生態保護和高質量發展的最大挑戰[2]，黃河流域被譽為中國的“能源基地”，2020 年煤炭產量約占全國總產量的80%，石油、天然氣產量占比均超過30%.

水資源是制約黃河流域保護和發展的核心要素，能源綠色低碳轉型是實現黃河流域高質量發展的關鍵要義[3]，生態安全又是黃河流域生態保護與高質量發展戰略的重大要求[4]，水-能源-生態系統三者形成互為基礎、相互依存、彼此促進的有機整體[5-7]，如何發揮三者之間協同增效潛力以推動落實黃河流域生態保護與高質量發展戰略具有重要意義.近年來，我國學者在黃河流域水資源利用[8-12]、能源利用[13-14]、碳排放[15-20]、生態保護修復[21-22]等領域開展了大量研究，但多集中在單一領域、單一要素，圍繞多領域跨學科的綜合研究相對較少.鑒于此，本文從黃河流域減污、降碳、擴綠、增長協同增效的角度，梳理黃河流域水-能源-生態系統紐帶關系，構建黃河流域多系統多維度協同增效戰略體系，以期為推動實現黃河流域生態保護和高質量發展目標提供支撐.

1 研究方法

1.1 水資源承載、生態系統、碳排放狀況評價方法

圍繞黃河流域生態保護和高質量發展戰略實施路徑，從水資源承載能力、“雙碳”目標實現、生態系統安全三個維度，選取水資源負載指數、碳排放量、生態系統敏感性和生態系統服務功能重要性評價來衡量黃河流域水-能源-生態系統狀況.

本文使用水資源負載指數對黃河流域水資源承載力進行評估[23]，分析黃河流域水資源量對區域人口和經濟規模的承載能力[24]，其計算公式為

式中：C為水資源負載指數；K為與降水量有關的系數；P為人口總量，104人；G為國內生產總值，108元；W為水資源總量，108m3.其中，系數K的取值與降水量的關系如下：

式中，H為年降水量，mm.

水資源負載指數評價標準見表1.水資源負載指數評價結果分為Ⅰ~Ⅴ共5 個級別，級別越低說明區域水資源利用程度越高、開發潛力越小、水資源壓力越大，級別越高則說明區域水資源開發利用程度越低、開發潛力越大、水資源壓力越小.

表1 水資源負載指數評價標準Table 1 The evaluation criteria of water resource load index

生態系統敏感性和生態系統服務功能重要性評價方法：采用多因子空間疊加評價[25]，其中，生態系統敏感性評價因子主要包括水土流失、土地沙化敏感性，分為極度敏感、重度敏感、中度敏感、不敏感4個等級.生態系統服務功能重要性評價因子主要包括水源涵養、土壤保持、防風固沙、生物多樣性維護，分為極重要、較重要、一般重要、不重要4 個等級.

式中，ES 表示生態系統敏感性，SES 表示水土流失敏感性，SAD 表示土地沙化敏感性.

式中，IES 表示生態系統服務功能重要性，IWCF 表示水源涵養功能重要性，ISCF 表示土壤保持功能重要性，IBMF 表示生物多樣性維護功能重要性.

碳排放量核算方法：IPCC 提出的碳排放系數法[26]是目前采用最多的方法，CO2排放量核算公式：

式中：E表示CO2排放量，104t；AD 表示為核算期內該省份能源消費總量(以標準煤計)，104t；EF 為碳排放因子，即1 t 標準煤完全燃燒產生的CO2的碳(C)排放系數，此處采用國家發展和改革委員會能源研究所推薦的標準煤的碳排放系數0.67 t/t 進行估算.

碳排放強度核算方法：碳排放強度是行政區域內單位地區生產總值的增長所帶來的CO2排放量，用來衡量經濟增長同碳排放量增長之間的關系，CO2排放強度核算公式：

式中，G表示行政區域內可比價地區生產總值(以2005 年為基準)，108元.

1.2 水-能源-生態系統(WEE)協同增效概念模型

水-能源-生態系統協同增效概念模型是三元一體的協同體系概念模型(見圖1)，是黃河流域水、能源、生態系統之間相互關系與協同增效研究的邏輯起點和理論基礎.水、能源、生態系統三個組成要素相互影響、相互依存、相互促進，其錯綜復雜的關聯模式是三者之間相互作用的表征方式.具體來說，該概念模型體現以下三方面特征：

圖1 水-能源-生態系統協同增效概念模型Fig.1 Conceptual model of water-energy-ecosystem collaborative system

a) 協同體系的多空間尺度.水-能源-生態系統協同增效概念模型是包括宏觀、中觀和微觀的多層尺度概念模型，既可揭示流域上游、中游、下游之間的流域空間協同，也能揭示跨省份之間的區域協同，還能揭示同一地區內不同地理單元之間的相互協同.

b) 協同體系的多圈層關聯.水-能源-生態系統協同增效概念模型既可表征流域內水資源配置對生態系統、能源開發的影響與制約，生態系統保護修復對涵養水源、優化能源開發布局的正向影響，化石能源開發對水資源占用、生態系統破壞的影響；又能揭示水資源、水生態、水環境、水安全與水文化之間的相互協同作用，“山水林田湖草沙冰”生命共同體相互依存、相互促進的關系；還能反映單一生態系統內部循環與聯動.

c) 協同體系的多要素協同.水-能源-生態系統協同增效概念模型的多要素協同體現在水資源、水環境、水生態、水安全、水文化等以水為主線的要素之間互相耦合，水環境、大氣環境、土壤環境、生態系統等以生態環境為主線的要素協同共治，森林、草地、濕地、荒漠、冰川、凍土、城鎮、農田等不同生態系統類型的要素之間相互依存，煤炭、石油、天然氣等化石能源與太陽能、風能等清潔能源的要素之間多元化利用，以及水、能源、生態系統等系列要素之間的相互作用、相互協同.

2 結果與分析

2.1 水-生態-環境-碳排放評估

2.1.1 黃河流域水資源承載力評估

評價結果顯示，黃河流域水資源嚴重超載.2021年黃河流域僅上游青海省水資源負載指數較低，為1.45，屬于水資源開發潛力較大地區；四川省水資源承載指數為5.14，屬于水資源開發水平較高地區；黃河流域其他省區水資源負載指數均超過10，全部屬于水資源開發潛力很小、需加大水資源節約的地區.從空間上來看，除寧夏回族自治區外，黃河流域水資源負載指數總體呈自上游到下游逐步升高的趨勢，該結果與中下游地區人口規模較大、工業占比以及工業農業集聚水平較高密切相關.其中，寧夏回族自治區水資源負載指數較高，一是受自然條件影響，全區2021 年降雨量僅274 mm，水資源總量較低；二是由于其產業結構以工業為主、農業生產以大水滿灌為主，水資源利用程度總體較高.

2.1.2 黃河流域生態系統綜合評估

根據2020 年生態系統類型空間分布數據評估，黃河流域生態系統敏感脆弱.黃河流域生態系統極度敏感和重度敏感區域面積占比共計52%，生態系統中度敏感區域面積占比為21.10%(見圖2).從空間分布看，極重度敏感區主要分布于黃河流域北部和中部，涉及內蒙古自治區、寧夏回族自治區、甘肅省、陜西省、山西省等.重度、中度敏感區主要分布于流域北部、西部等部分地區，涉及沿黃各省份.

圖2 黃河流域生態系統敏感性和生態系統服務功能重要性評價結果Fig.2 Assessment of ecosystem sensitivity and the importance of ecosystem service functions in the Yellow River Basin

黃河流域是我國重要的生態屏障，擁有黃河天然生態廊道和三江源、祁連山、若爾蓋等多個重要生態功能區域，流域生態系統服務功能十分重要.黃河流域生態系統服務功能極重要、較重要區域面積占比共計63.20%(見圖2)，其中，生態系統服務功能極重要區域面積占比為39.40%，主要分布于流域北部、西部、南部等地區.

2.1.3 黃河流域污染與碳排放評價

根據《2021 年中國生態環境狀況公報》，黃河流域空氣質量與全國平均水平有明顯差距，局部地區空氣和水環境污染問題突出.2021 年黃河流域PM2.5和PM10濃度分別比全國平均值高6.67%和11.11%，空氣質量優良天數比例比全國平均值低5.10 個百分點[27].汾渭平原城市大氣污染嚴重，2021 年汾渭平原6 項污染物濃度均高于全國平均水平(見圖3)；優良天數比例為70.2%，與全國81.9%的平均水平相比明顯偏低；重度及以上污染天數比例為3.0%，高于全國0.9%的平均水平.根據生態環境部公布數據，2021 年全國168 個重點城市空氣質量排名后20 位城市中有17個位于黃河流域，其中5 個位于汾渭平原[28].黃河流域水環境形勢不容樂觀，2021 年水體水質總體差于全國和長江流域，主要污染物濃度高于全國和長江流域(見圖3).中游的汾河、三川河、黃甫川等主要支流缺少生態基流，且污染物排放強度高.2021 年劣Ⅴ類斷面主要分布在涑水河、苦水河等，主要污染因子為氨氮、化學需氧量和總磷等[29].

圖3 2021 年黃河流域大氣和水污染物濃度與其他區域對比Fig.3 The concentration of air and water pollutants in the Yellow River Basin in 2021 compared with other regions

流域碳排放評估結果顯示，2005-2021 年，黃河流域9 省區CO2排放量均呈現上升趨勢(見圖4)，其中，山東省、河南省、四川省和內蒙古自治區CO2排放量較高；內蒙古自治區、山東省和四川省CO2排放量增幅明顯，CO2排放年均增長量均超過1 500×104t.黃河流域CO2排放強度總體呈現下降趨勢(見圖4)，寧夏回族自治區、青海省和山西省CO2排放強度較高；青海省、甘肅省和山西省CO2排放強度下降明顯，其中，青海省CO2排放強度年均下降0.21 t/(104元)，陜西省CO2排放強度降幅較少，年均下降0.09 t/(104元).

圖4 2005-2021 年黃河流域二氧化碳排放量及其排放強度Fig.4 Carbon dioxide emissions and intensity in the Yellow River Basin from 2005 to 2021

2.2 水-生態-環境-碳排放問題驅動因素

自然生態本底敏感脆弱.黃河流域3/4 以上的區域屬于中度以上脆弱區，如上游河源區的典型高寒草原生態系統，一旦發生人為破壞，就會引起草原生態系統退化、土壤貧瘠化并向荒漠生態系統的負向演替，在短期內較難恢復；中游地區黃土高原的土質松軟、溝壑縱橫，極易受到水力和風力侵蝕，一旦植被破壞，水土流失將更加嚴重.相關研究[30]表明，相比于長江和珠江，黃河水沙通量對氣候變化或人類活動的影響更為敏感，反映出黃河的脆弱性更高.

黃河天然河川徑流量減少.根據黃河水利委員會水文站點資料，黃河干流代表性水文站不同階段實測年均徑流對比見表2.與1956-1979 年相比，2001-2018 年黃河源頭唐乃亥站年均實測徑流量減少了11.4×108m3、降幅為5.6%，蘭州站年均徑流量減少了38.5×108m3、降幅為11.7%，頭道拐站年均徑流量減少了75.5×108m3、降幅為30.7%，三門峽站年均徑流量減少了179×108m3、降幅為43.8%，利津站年均徑流量減少了244×108m3、降幅為59.3%.黃河徑流量不足全國總徑流量的2%，且未來仍可能出現持續減少，黃河流域水資源短缺問題依舊突出[31].

表2 黃河流域代表水文站不同階段年均實測徑流量統計Table 2 Average annual measured runoff at different stages of representative hydrology stations in the Yellow River Basin 108 m3

供水量相對平穩但耗水量總體增加.據相關統計數據，1980 年以來黃河流域供用水量總體呈增加態勢，2015 年開始實施最嚴格的水資源管理制度，黃河流域供用水量略有降低.2016-2018 年平均供水量516.7×108m3，其中流域內供水414.5×108m3，占總供水量的80%；向黃河流域外供水102.2×108m3，占總供水量的20%.黃河流域地表水資源開發利用率高達80%，在全國各大流域中最高.

用水結構不合理.近年隨著節水技術進步、產業結構優化等，黃河流域用水結構不斷調整，根據《2021 年黃河水資源公報》，2021 年黃河流域農業用水、工業用水占比較2017 年分別下降了10.03%和3.67%，生態用水與生活用水則較2017 年分別上升了4.82%和8.87%(見圖5).但根據《2021 年黃河水資源公報》數據進行測算，農業用水、工業用水、生態用水、生活用水占比分別為60.16%、9.16%、15.61%、14.83%，流域農業用水占比依然較高.

圖5 2017-2021 年黃河流域用水結構與用水效率變化Fig.5 Changes of water use structure and water use efficiency in the Yellow River Basin from 2017 to 2021

上游地區用水效率不高.根據《2021 年黃河水資源公報》，黃河流域萬元GDP 用水量由2017 年的60.65 m3降至2021 年的43.00 m3，用 水效率提 升了41.04%(見圖5).中下游的山東省、陜西省、山西省、河南省、四川省等地萬元GDP 用水量均低于全國平均水平(51.8 m3)，上游的青海省、內蒙古自治區、甘肅省、寧夏回族自治區等地萬元GDP 用水量遠高于全國平均水平，未來節水空間較大.

黃河流域生態保護修復成效顯著.根據相關研究，2000-2020 年，黃河流域84.88%的區域植被覆蓋度呈現上升趨勢，總體提升了15 個百分點，植被“綠線”(以植被覆蓋度20%為分界線)向西移動了約300 km[32].流域上游生態系統水源涵養量增加9.56%，42.74%的區域水源涵養功能呈增加趨勢.黃土高原水土流失面積治理近50%，林草植被覆蓋率達63%，黃土高原主色調由“黃”變“綠”，水土流失情況有所緩解，水土保持等累計攔減泥沙193.6×108t，平均每年減少入黃泥沙近3×108t[33].

流域能源消費以煤炭為主.根據沿黃9 省區統計年鑒，近年，黃河流域整體能源生產總量持續上升，能源生產總量排在前三位的省份是山西省、內蒙古自治區和陜西省，能源生產總量占黃河流域9 省區生產總量的75%以上，2021 年山西省原煤生產比例最高，為95.69%(見圖6).黃河流域9 省區以煤炭為主的能源消費結構仍未改變，寧夏回族自治區、陜西省、內蒙古自治區、河南省、山東省和甘肅省6 個省份的煤炭消費占比均超過50%，占比最高的寧夏回族自治區、陜西省和內蒙古自治區3 個省份煤炭消費占比超過70%(見圖6).

圖6 2021 年黃河流域能源生產結構和能源消費結構Fig.6 Energy production structure and energy consumption structure in the Yellow River Basin in 2021

3 水-能源-生態系統(WEE)紐帶關系

黃河流域水-能源-生態系統之間相互依存、彼此制約，關系密切且復雜.黃河流域的資源稟賦和發展狀況決定了其是水-能源-生態系統矛盾突出且集中的典型區域.基于水-能源-生態系統協同體系概念模型，摸清水、能源、生態系統多要素之間的相互作用關系，黃河流域水-能源-生態系統協同關系如圖7 所示.生態用水是保障黃河流域水生態系統健康的關鍵，當流域生態系統受生態用水不足影響時，生態脆弱和水土流失問題嚴重；反之，當流域生態系統處于穩定狀態時，就會提供水源涵養、凈化水質、蓄水防洪等重要生態系統服務功能，對水文過程和地表水、地下水資源的凈化和補給發揮著重要作用.能源生產和消費消耗水資源，能源生產和消費過程會產生污染物排放；同時，水資源開發利用過程也需要消耗能源.生態系統提供能源生產必要的土地資源和礦產資源，能源生產和消費造成生態系統破壞、環境污染以及碳排放.森林、河流等生態系統可提供生物質能或用于發電，有利于能源多元化發展，而水電開發也會破壞河流生態系統連通性.黃河流域水-能源-生態系統之間相互關聯相互影響，具體表現在以下幾個方面.

圖7 黃河流域水-能源-生態系統紐帶關系Fig.7 Water-energy-ecosystem linkage in the Yellow River Basin

a) 水量減少影響流域生態系統質量.據相關研究，黃河源頭區1997-2006 年水量減少明顯，河源區唐乃亥站以上的水沙量減幅明顯，與1970-1996 年均水沙量相比，水量減幅在15.7%~76.4%之間，沙量減幅在22.6%~81.1%之間，尤其是黃河沿站水量、沙量減幅最大，減幅分別為76.4%、81.1%[34].黃河源頭區降水量偏少、冰川退縮、部分地區湖泊濕地萎縮、河川徑流減少，甚至出現斷流現象[35].近年來隨著上游來水來沙量的減少，海岸蝕退和海水侵蝕問題突出，河口三角洲土壤鹽堿化程度提高，生境質量有所下降，近30 年入海口自然濕地面積減少一半以上[36-37].

b) 干流高度人工化嚴重影響河流縱向連通性.據統計，截至2015 年黃河流域共建成水電站568 座，其中大型水電站15 座、中型水電站24 座、小型水電站529 座.河道徑流受水量調度高度影響，造成汛期河道水量明顯下降，河流洪水過程、水文情勢、生態系統服務功能受到嚴重影響，河水難上灘，河流河岸生態系統受損，河流縱向連通性遭到結構性破壞.

c) 水資源過度開發利用引發生態環境問題.過去較長時期內，黃河流域經濟社會快速發展導致對水資源開發利用的需求不斷增加，水資源利用結構不合理，全流域水資源開發利用率高達80%，局部地區水資源開發利用已接近甚至超過水資源承載能力.加之氣候變化影響[38]，黃河流域天然徑流量不斷減少，2001-2017 年平均天然徑流量比1956-2000 年平均水平衰減14%，這又進一步加劇了黃河流域人河爭水的矛盾，部分支流斷流、生態流量難以保障，進而引起湖泊濕地萎縮、水生生物多樣性受到嚴重威脅等生態退化問題.

d) 生態系統變化影響流域水循環.植被變化通過改變下墊面地形地貌條件、植被覆蓋面積、土壤理化性質、植物水分吸收和利用效率等影響土壤入滲、根層水分去向和蒸散[39]，進而影響流域的徑流量、洪水過程及地表和地下水資源的補給.對于干旱、半干旱乃至半濕潤生態系統，其水分絕大部分通過蒸散消耗，對于草地生態系統該比例可達95%[40]，在黃土高原地區也大于90%[41]，因而蒸散及其組分分配是水循環的重要樞紐.根據相關研究，不同年齡樹種的水分吸收和利用特征不同，不同植物和植物群落在水分吸收節律、利用效率和年需水總量上也相差較大.

e) 忽略水資源承載的生態治理引發新問題.黃土高原既是世界上水土流失最嚴重的地區，也是我國開展水土保持和生態建設的重點地區.有些地區人工林耗水接近水資源承載力閾值[39]，黃土高原東南部子午嶺、黃龍山林區等區域植被覆蓋度已在90%以上[33]，植被蒸騰導致土壤水分不斷消耗，出現了土壤干化和植物群落生長衰退等問題[42]，植被恢復的可持續性面臨威脅，不合理的人工林建設對區域水文循環和社會用水需求造成不利影響[43].另一方面，黃土高原土壤侵蝕強度顯著下降的同時，導致向下游輸沙量大幅減少，對小浪底水庫的水沙調控能力及下游河道與河口濕地生態安全有著重要影響.近年來，小浪底水庫單庫調水調沙后續動力不足，河道沖刷效率明顯降低，黃河下游濕地植物和水生生物健康狀況顯著下降[44]，黃河三角洲濕地面積減少，濱海濕地碳儲量減少[45-46].

f) 煤炭開采加劇水資源短缺，造成生態惡化.黃河流域是我國重要的能源戰略區與煤炭生產基地，黃河流域內有9 個國家大型煤炭基地，煤炭年產量約占全國總量的70%[47].煤炭開采會擾動生態環境，誘發植被破壞、景觀破碎、生態退化等系列問題[48].采煤耗水量巨大，開采1 t 煤炭平均要消耗水資源約2 t[49]，按照煤炭年產量28×108t 計算，消耗的水資源超過56×108t，若加上煤化工企業用水，黃河流域煤礦區每年增加的用水量超過100×108t，加劇了流域水資源短缺，造成地下水位下降.高強度采煤不僅會加重風沙區沙漠化態勢，也會脅迫黃土區水土流失[50].

g) 區域生態保護定位優化能源開發布局.木里煤田地處黃河重要支流大通河源頭，位于25 個國家級重點生態功能區之一的祁連山冰川與水源涵養生態功能區內，生態環境十分脆弱.曾經大規模露天開采，高寒草原濕地生態遭到破壞，2014 年全面生態環境綜合整治之前，礦區水源涵養功能下降約40%，礦區開發活動區域及周邊高寒沼澤草甸向高寒草甸進行了不可逆的演替.為深入落實習近平總書記重要指示批示精神，強化祁連山生態保護，2014 年和2020 年青海省先后開展木里礦區生態環境綜合整治，木里煤田停止開采，人工修復為自然恢復創造條件，促使木里礦區高寒草甸、高寒濕地和凍土生態系統正向演替和良性發展.

h) 水資源、能源利用效率低不利于污染物和CO2協同減排.據測算，黃河流域國家級工業園區水資源產出率平均值為0.25×104元/m3，青海省、甘肅省、寧夏回族自治區、內蒙古自治區、河南省的國家級工業園區水資源產出率低于全國平均水平.黃河流域國家級工業園區能源產出率(以標煤計)平均值為7.25×104元/t，低于國家生態工業示范園區標準中能耗強度標準〔0.5 t/[104元(工業增加值)]，折算為能源產出率為10×104元/t〕.青海省、甘肅省、寧夏回族自治區、內蒙古自治區的國家級工業園區能源產出率距全國平均水平有較大差距.產業結構偏重導致能源利用效率較低，以消耗大量能源來維持地區經濟增長的發展現狀未得到根本改變，由于黃河流域能源消費仍然以煤為主，能源大量消耗導致污染物和碳排放.黃河流域各省區的國家級工業園區單位地區生產總值溫室氣體排放量(以CO2當量計)整體處于3~10 t/(104元)，整體排放量仍較高.其中，寧夏回族自治區、內蒙古自治區、山東省、陜西省、甘肅省等省區的國家級工業園區單位地區生產總值溫室氣體排放量相對較高.

4 水-能源-生態系統協同增效戰略體系框架

黃河流域當前面臨生態脆弱、水資源短缺、資源環境承載能力弱等問題突出，同時又相互作用相互影響，成為流域實現生態保護和高質量發展目標的制約因素.針對這些問題，需要打破單一要素、單一領域界限，從流域系統整體謀劃，基于系統與系統之間的協同增效視角，構建水-能源-生態系統協同增效戰略體系，并在全球氣候變化背景下，從系統工程和全局角度出發，開展多維度多目標多系統協同治理.

水資源不僅是黃河流域水-能源-生態系統紐帶關系中的關鍵，也是黃河流域保護與發展最突出的矛盾焦點.因此，把水資源作為黃河流域最大的剛性約束，生態保護修復以及能源、產業發展都必須適應水資源承載力，以水資源承載作為基準制定生態保護修復方案、調整以煤為主的能源結構從而減緩水資源壓力是黃河流域水-能源-生態系統協同增效戰略的關鍵要點.立足黃河流域整體和長遠利益，依據“共同抓好大保護，協同推進大治理”的核心思想，建立區域之間、要素之間、政策之間的協同發展機制是黃河流域水-能源-生態系統協同增效戰略的根本前提.實施優化水資源配置的一體化工程、基于水資源約束的生態保護修復工程以及基于資源環境承載的能源發展工程，是黃河流域水-能源-生態系統協同增效戰略落地實施生效的重要途徑.

基于水-能源-生態系統協同增效(WEE)概念模型，水-能源-生態系統協同應聚焦在5 個方面：一是針對黃河流域缺水的現狀，全面實行流域水資源的剛性約束，增加上游河道外生態用水配給，在中下游實施用水指標水權置換，建立城、田、河、水、灘、林等多樣性生態景觀來提高洪旱災害應對能力，體現了WEE 概念模型中的多空間尺度和多要素協同；二是基于水資源承載力開展生態系統保護修復，因地制宜、量水而行，宜林則林、宜草則草、宜濕則濕、宜荒則荒，制定適應水資源承載能力的林草植被恢復方案，體現了WEE 概念模型中的多要素協同和多圈層關聯；三是充分考慮能源系統與生態系統、水系統之間的權衡關系，加快綠色低碳能源轉型，發展清潔能源，體現了WEE 概念模型中的多要素協同和多圈層關聯；四是完善區域協同、要素協同、政策協同，創新協同推進機制，保障黃河流域水-能源-生態系統之間協同增效，體現了WEE 概念模型中的多空間尺度和多要素協同；五是配套實施重大工程，包括實施水資源-水生態-水環境-水安全-水文化一體化建設重大工程、基于不同空間資源環境承載的能源發展工程、基于不同空間水資源約束的生態安全保障工程，體現了WEE 概念模型中的多空間尺度、多圈層關聯和多要素協同.基于水-能源-生態系統紐帶關系分析，通過實施以“剛性約束”為核心的水資源開發利用戰略、以“清潔低碳”為核心的能源轉型戰略和“以水定綠”為核心的生態保護修復戰略，創新區域協同、要素協同、政策協同的“多方聯動”協同機制，實施“工程引領”為核心的落地機制，構建黃河流域水-能源-生態系統協同增效戰略體系(見圖8).

圖8 黃河流域水-能源-生態系統協同增效戰略體系框架Fig.8 Framework of water-energy-ecosystem synergy strategy system in the Yellow River Basin

4.1 以“剛性約束”為核心綜合調控水資源

堅持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產，推進水資源集約節約利用.一是優化水資源配置.基于黃河流域水沙條件，適當降低黃河河道內的輸沙水量，增加黃河上游河道外生態用水配給，充分考慮河道外荒漠治理、湖泊維系等生態環境用水量；在黃河中下游實施用水指標水權置換，在超指標用水的山東和未達用水指標的山西、陜西、河南之間開展用水指標水權置換.二是提高水資源利用效率.從農業、工業和生活領域全方位，以及取水、供水到耗水全過程進行節水，強化節約用水監管.加快大中型灌區續建配套和現代化改造，推進農業水價改革，優化灌溉定額，提高農業用水效率.嚴格控制高耗水工業發展，實施工業節水改造.嚴格控制人工大水面等不合理的生態需水，協調好水資源與灌溉面積、糧食產量的關系.三是提高洪旱災害應對能力.統籌考慮未來全球氣候變化趨勢，以極端天氣引發的洪災、旱災等為重點，系統制定洪澇災害高風險和重點防控區應急預案，建立城、田、河、水、灘、林等多樣性生態景觀和開放式生態防洪與城市海綿系統.

4.2 以“以水定綠”為核心實施一體保護修復

堅持以水定林草的理念，研究適應于水資源承載力的林草植被配置模式，優化自然保護地體系，實施“山水林田湖草沙”一體化保護修復.一是實施以水定綠.制定適應水資源承載能力的林草植被建設與保護方案，優化林草植被建設布局.對流域西北部的荒漠區、東部以森林向灌叢退化為主的局部水資源超載地區進行林草植被改造，栽植或播種相應灌木或草本植物物種，逐漸將現有植物群落恢復到適宜該區域水資源承載能力的植物群落，促進植物群落穩定發展；對流域南部以草原向灌叢和森林提升為主、中部以荒漠向灌叢提升為主的局部水資源承載力有盈余地區，適度優化配置適水性植被，遵循地理與生態規律，植被沿經度與緯度的水平地帶性分布規律、沿海拔的垂直地帶性分布規律以及陰坡陽坡由水分與熱量不同導致的差異，因地制宜地適當擴大森林與灌木植被.二是整體設計建設自然保護地體系.將祁連山國家公園體制試點轉為正式國家公園，近期建設青海湖、山東黃河口國家公園，遠期以賀蘭山、寧夏六盤山、內蒙古大青山、陜西延安子午嶺等為重點建設國家公園.適當增加流域下游自然保護區的數量和面積，關鍵在于提質增效，彌補保護空缺，提高自然保護區的管理成效.

4.3 以“清潔低碳”為核心加快能源多元轉型

依托風電和光伏發展潛力，增加可再生能源比重，提高能源利用效率，發展建設現代化清潔低碳能源流域.一是發展多元化能源體系.推動燃煤型發電向“清潔煤電+風電+光伏+生物質+硅能源+氫能源”多元化能源體系發展.上游充分利用沙漠、戈壁、荒漠地區風光資源發展光伏、風電等新能源；中游地區充分發揮石化能源優勢，建立風光火儲一體化開發基地，推動氫能產業鏈發展；下游地區依托“三角洲”臨海優勢，發展海上風電，建立液化天然氣接卸基地.二是提高能源利用效率.黃河流域應逐步推動煤電節能降碳改造、靈活性改造、供熱改造“三改聯動”.推進重點用能行業節能技術工藝升級，鼓勵電力、鋼鐵、有色、石化化工等行業企業對主要用能環節和用能設備進行節能化改造.加大氫能、生物燃料、垃圾衍生燃料等替代能源在鋼鐵、水泥、化工等行業的應用.

4.4 以“多方聯動”為核心推進流域協同治理

通過區域協同、要素協同、政策協同，創新協同推進機制，使水資源保護利用、生態保護修復與經濟發展之間形成聯動效應.一是強化區域協同.探索建立黃河流域上中下游生態環境保護聯動機制[51].統籌推進上游地區水源涵養、中游地區水土保持以及下游灘區治理和防洪，實現流域一體化水沙協同共治[51].建立跨省區突發水污染事件聯防聯控機制，推動流域毗鄰省區協同開展水環境污染治理.支持引導沿黃省份建立多元化生態補償機制，發揮黃河流域生態補償機制管理平臺作用.二是加強要素協同.以水為主線，將水資源、水生態、水環境、水安全、水文化統籌考慮，制定“五水”協同保護治理實施路線圖.從黃河流域生態系統整體性出發，布局生態保護修復和環境污染治理任務和工程，形成縱橫交錯的生態環境治理網絡，協同推進全流域水、大氣、土壤環境與生態系統保護治理.三是創新政策協同.建立流域保護和發展統籌協調機制，將區域聯動、部門合作等融入黃河流域保護治理綜合決策.推動建立政府搭建溝通平臺、企業主體深度參與、社會組織發揮積極作用的跨區域合作機制.發揮市場在資源配置中的決定性作用，建立以市場為主體的生態環境治理多元投資機制.

4.5 以“工程引領”為核心推動協同目標實現

以水資源、清潔能源、生態保護修復等重大工程為載體，圍繞黃河流域水-能源-生態系統協同增效戰略目標，增強工程實施關聯性、協同性、多目標性，帶動引領黃河流域水-能源-生態系統協同增效戰略體系落地見效.一是實施水資源-水生態-水環境-水安全-水文化一體化建設重大工程.通過實施一批水資源優化配置工程，扭轉部分河段持續淤積局面，通過水庫聯合調度，維持下游河道河槽的行洪輸沙功能，緩解“二級懸河”不利態勢.基于黃河未來可能的水沙條件預測，進一步優化水資源工程目標和建設規模，提升水體凈化能力，保障水安全，豐富水文化.二是實施基于資源環境承載的能源發展工程.基于黃河流域水資源承載和環境容量空間差異，合理布局能源基地建設和規模，大力發展清潔能源.在黃河上游青海省推動風光水儲一體化基地建設，打造國家清潔能源示范省.在中游內蒙古自治區、寧夏回族自治區“幾”字彎地區推進源網荷儲一體化、風光火儲一體化綜合應用示范.持續推進河西特大型新能源基地建設，全鏈條布局清潔能源產業，深化煤炭產業綠色高效發展，嚴格控制新增煤電規模，持續提高存量煤電的綠色低碳和清潔高效利用.三是建設基于水資源約束的生態安全保障工程.嚴格遵循“以水定綠”，依據水資源條件確定生態保護修復模式，優化黃土高原水土流失治理方案.開展關鍵輸沙區等重點地區治理，建設黃河流域嚴重輸沙區基于水資源承載約束的多元防御性生態屏障.全面實行灌區控化肥、控農藥、控農膜、控水量和畜禽糞污資源化、秸稈資源化，形成綠色低碳循環農業生產模式.在重點生態功能區、生態退化區等新建一批“山水林田湖草沙”一體化保護修復重大工程，提升生態系統多樣性、穩定性、持續性.