長江流域四水變化趨勢及治理技術體系集成研究

Discussion on the Changing Trend of the Four Water in the Yangtze River and the Construction of Restoration Technology Integration System

Bao Haiqin1，Dong Lei2，3，Pan Xiong2，3，Lin Li2，3

（1.Hainan Tropical Ocean University，Sanya 5720oo，China；

2.Basin Water Environmental Research Department，Changjiang River ScientificResearchInstitute，Wuhan 430o，China；

3.Innovation TeamforBasin Water Environmental Protectionand Governanceof Changjiang WaterResources Commision， Wuhan 430010，China）

Abstract：ThispaperconductsacomprehensiveanalysisandreviewofthechangingtrendsintheFourWaterschalengeintheYangtzeRiverbasinItproposesongtermtargetrequirementsforthehigh-qualitydevelopmentofwaterresourcesintheYangzeRiver. Basedntheatuityectivessndsustaiabiltyfcholo，etofpriplesforengndtegatioloi thecordinatedgoveranceoftheFour Watersisformulated.Utilizingthefivestagetheory，thematurity（SRL）matrixbasedtechn logicalintegrationmetodisotiiedfortegoveanceofeFourWatersFollwingteprnciplesofquantfingthdamagecused bytheFourWatersallngesinteYangtzeRverandbalancingteultidimensioalsystemgoveanceagainsttecholoicalefits， atechnologicalintegrationframeworkforterotectionanddevelopmentofwateresoucesintheYagtzeRiverisonstructedThee searchaistocomprehensivelydiagnosetheissuesregardingtheproblemof“fourrivers”intheYangtzeRiverandprovideintegrated technical solutionsand theories fortheeficientutilizationand protectionof the waterresourcesoftheYangtze River.

Key words：changing trend；target requirements；technological integration framework；application case

前言

長江經濟帶作為中國經濟重心所在、活力所在，對國家經濟社會發展具有重要意義[1]。然而長江流域經濟高位增長的同時，長期高強度開發的累積效應和缺乏科學的空間開發管控，導致流域生態環境安全狀況面臨一系列的問題，主要表現為：（1）水資源：長江沿線用水過分依賴地表水和過境水，沿線城市用水安全和保證率不高；流域內 70% 面積的山丘區由于水利工程缺乏，存在工程性缺水[2]。（2）水環境：長江流域水質總體較好，但部分支流水質較差、磷污染成為主要制約因素，湖庫富營養化和水華問題依舊突出。（3）水生態：長江水生態問題涉及多個方面，包括生物多樣性減少、水系連通受阻、水資源萎縮等，這些問題相互聯系、相互影響。 （4）水災害：流域洪澇和干旱等極端水文事件發生頻率呈持續上升趨勢，例如2020年長江流域出現了歷時長、范圍廣、雨區重疊的強降雨[3]

文章基于長江流域各方面的長系列觀測數據及文獻資料，從流域水系統角度對長江水資源、水環境、水生態及水災害等問題基本態勢及其關聯關系進行了剖析，對四水變化趨勢進行預測，提出中長期目標需求。針對目標需求，構建長江水資源保護與開發技術集成體系框架，以期推進長江水資源利用與保護理論和技術的高質量發展。

1長江四水問題變化趨勢及高質量發展目標需求

1.1長江四水問題變化趨勢

1. 1.1 水資源

根據長江流域1953年－2005年的氣溫、降水和徑流量觀測資料，研究人員對未來100年的徑流量進行了估算，結果顯示未來20年至30年，長江流域地表徑流量可能略微減少，之后呈現明顯增加的趨勢。此外，根據氣候模式預測信息估算，未來100年（2001年-2100年）長江流域的水資源量變化情況總體上呈現前40年逐漸減少，之后總體逐漸增加的趨勢。而近期的研究預估表明：2001年至2030年地表水資源量整體呈下降趨勢，而在2030年之后有望增加?？傮w上可得出，未來長江流域水資源量先有逐漸減小趨勢，之后總體呈逐漸增大的趨勢。

1.1.2 水環境

（1）湖庫富營養化趨勢總體減緩，但是營養化水平仍然整體較高。

藍藻水華污染仍然是太湖、巢湖、滇池等湖泊需要面臨的突出水環境問題。洞庭湖、鄱陽湖局部水域水華發生面積可能有增加風險。受三峽庫區蓄水引起水力條件的變化等，三峽水庫支流整體上由蓄水前的貧-中營養狀態向中－富營養狀態轉變，目前總體處于中－富營養水平，且富營養化程度有加重趨勢。

未來，隨著河湖水環境治理的深人，長江流域湖泊營養狀態指數將普遍呈下降趨勢，但是沿江大城市、人口密度等流域人口活動情況將對湖泊富營養化狀態產生一定影響，可能會導致巢湖、太湖等人口密度大的地區和城市湖泊營養狀態指數普遍高于長江流域營養狀態指數平均水平。

（2）總磷仍然是制約長江水質改善的主要因素，水庫群對總磷沿程演變影響將更為明顯。

基于收集整理的國家生態環境監測網2016年-2019年長江流域實測615個斷面的化學需氧量、氨氮、總磷逐月監測數據，總磷對長江流域水環境污染貢獻最大，斷面超標率一直排在首位。研究認為十四五期末長江總磷污染問題可能主要表現在以下方面： ① 總磷濃度將持續下降，但總磷污染來源空間分布仍然與現狀類似； ② 總磷污染的結構組成將進一步發生變化，面源污染占比將進一步增加[4]； ③ 長江干支流水庫群建成運行對總磷滯留效應將更加明顯，長江上游梯級水庫運行會導致庫區水沙條件變化和泥沙攔蓄，對磷通量有削弱作用，改變壩下水體泥沙顆粒級配、磷濃度及形態組成，影響磷污染沿程演變[5]

（3）化工圍江、排污和突發水污染事故等威脅長江水環境安全，部分區域水環境風險依然較大。

長江干流沿江化工企業分布較密集，“化工圍江”取水口和排污口分布犬牙交錯，飲用水安全風險較大，主要表現在： ① 港口碼頭與船舶航運風險;② 長江及重要支流沿線化工園區及企業環境風險；③ 尾礦庫污染風險； ④ 底泥重金屬潛在風險。

（4）新污染物可能有加重趨勢。

沿江化工企業的增加可能會導致長江流域持久性污染物濃度上升，比如長江中下游江段微塑料的平均濃度在全球河流中處于中等偏高的水平[6]新污染物包括持久性污染物、內分泌干擾物、抗生素、微塑料等，可能在未來相當長一段時間內成為長江流域需重點關注的突出水環境問題。

1.1.3 水生態

通過對長江典型河段水生態問題的剖析與研判，未來制約長江經濟帶發展的主要水生態問題包括：（1）長江上游水電梯級開發導致的水文情勢（溫度和流速）變化，對魚類群落結構和多樣性的累積效應；（2）長江中游河湖連通性變化對四大家魚洄游過障入湖的影響；（3）長江下游水環境污染對魚類洄游路徑順利通過造成的影響。

1.1.4 水災害

近10年來，長江洪水發生頻次與量級有增多趨勢[7]。通過對歷年來長江流域水資源與水災害問題的分析及其演變規律的認識，清水下泄導致中下游干流河道長距離沖刷，影響河勢穩定，極端天氣造成的短歷時強降雨事件頻發也給流域防洪帶來挑戰。

長時間序列氣象學觀測與分析顯示，長江上游總體有變干旱趨勢，長江中下游總體有變濕潤趨勢；長江流域旱澇具有較強的區域性特征，且長江中下游區域性強于長江上游；長江流域的降水呈現明顯的季節性特征，降水季節性指數從西向東逐漸減小;干旱特征變量與降水季節性指數之間在空間上存在較好的線性關系，即降水季節性越不顯著的區域，干旱越嚴重（干旱歷時越長、干旱烈度越大）?？傮w上長江流域的降水呈現明顯的季節性特征，降水季節性指數從西向東逐漸減小。

1.2 中長期目標需求

結合“美麗中國”和生態環境保護中長期目標，2035年，隨著水生態環境安全已經提升到較高水平，長江經濟帶的戰略目標將由水生態環境安全提升轉向水生態環境健康改善。長江經濟帶的戰略目標將由水環境健康改善轉向生態環境健康改善，真正實現水陸統籌、江湖庫一體、區域協調和多要素融合。未來長江流域水質型缺水基本解決，極端氣候變化影響下的長江流域水資源空間分布不均問題將逐漸凸顯，未來形勢下的高效節水、水生態健康保障及水災害防控技術需進一步研究。具體表現為：構建長江流域從源頭到龍頭的全鏈條節水體系，完善國家供水基礎設施網絡；構建“區域聯動，多源互補”的水資源保障體系，提升水源水質、供水保障率和抗風險的能力；優化水資源配置格局，增強流域水資源整體調控能力。

2長江四水問題技術篩選及集成方法確認

2.1 技術篩選

針對長江四水問題系統治理技術方略，篩選成熟度高、技術效果好、經濟合理的單項技術，結合技術的兼容性、差異性，整理總結適用于長江四水問題治理的技術清單。采用就緒度評價方法，評價單項技術的成熟度、技術效益、可持續性，分別建立水資源、水環境、水生態及水災害四水問題技術包，其中水資源包括水資源合理分配技術包、節水減排技術包等；水環境包括工業水污染全過程控制技術包、城鎮水污染控制與水環境綜合整治技術包、流域面源污染治理技術包、水環境管理技術包等；水生態包括湖泊生態修復技術包、河流生態修復技術包、水生態管理技術包等；水災害包括洪水資源化利用技術包、節水抗旱技術包、抗澇技術包、防洪工程建設與調度技術包等。技術包中每項技術包括技術就緒度、適用范圍、技術原理及工藝、主要技術指標和參數等。

2.2集成方法的篩選

針對長江四水問題技術清單，需篩選合適的集成方法，對單項技術進行集成。現階段主要技術集成方法包括：（1）加權法；（2）技術成熟因子法；（3）系統成熟度SRL矩陣計算法。目前系統集成技術的成熟度評價通常采用系統成熟度SRL矩陣法，取值范圍為0～1 ，數值越高代表技術系統越成熟。系統成熟度SRL矩陣法分為5個階段：理論凝練階段（SRL：0.10～0.39 ）、技術發展階段（ SRL：0.40～0.59 ）、系統發展驗證階段（SRL：0.60＼～0.79）、生產階段（SRL：0.80＼～0.89）操作與維護階段（ 'SRL：0.90～1.00? 。具體評價流程如下：首先將成套技術、集成技術分解至單項技術，構建技術架構樹狀圖;隨后從單項技術向集成技術、成套技術逐級評價，評價的先后步驟依次為單項技術成熟度矩陣構建、集成技術成熟度矩陣構建、集成技術成熟度計算、成套技術成熟度矩陣構建與規范化、成套技術成熟度計算。因此，在遵循山水林田湖草沙生命共同體的整體性、系統性和內在規律性原則下，采用該方法對四水問題進行技術集成。

3長江經濟帶水資源保護與開發技術集成體系框架構建

針對長江流域重點區域存在的重大約束性水問題，結合已構建的包括成熟度、技術效益、可持續性等評價參數的水資源、水環境、水生態、水災害等“四水問題”治理技術包，以長江四水問題的損害及其多維系統治理與保護技術效益平衡為原則，從技術包中選擇合適技術，采用系統成熟度SRL矩陣法進行集成和評價，構建長江水資源保護與開發技術集成體系框架。

3.1長江四水問題的損害量化

3.1.1 水資源

針對長江水資源問題，利用基于工程成本與水資源調控效益分析，綜合運用科學技術和專業知識，評估長江流域水資源短缺和水質性缺水所造成的損害數額。在基于工程成本與水資源調控效益分析中應重點關注：水資源調控利用效益分析的統一性和完整性、洪水資源利用經濟社會效益的界定和計算，以及效益評估方法的選取、用水效益和用水結構的內在聯系，以及用水結構的演化趨勢。

3.1.2 水環境

根據國家生態環境部公布的技術規范《環境損害鑒定評估推薦方法（第Ⅱ版）》，可采用虛擬治理成本法來計算長江水環境損害，該方法主要過程包括：污染物排放量的確定[8]、虛擬治理成本的計算[9]。污染物排放量的核算方法主要有實測法、物料衡算法和經驗計算法等[8]。排放至環境中的污染物全部處理所需要的治理成本，采用治理成本法計算虛擬治理成本（污染物排放量 × 污染物單位治理成本）。單位治理成本指工業生產企業或專業污染治理企業治理單位廢水所發生的費用，包括能源消耗、設備維修、人員工資、管理費、藥劑費等處理設施運行費及固定資產折舊費等有關的其他費用[9]

3.1.3 水生態

根據國家環保部公布的技術規范《生態環境損害鑒定評估技術指南總綱》，采用生態環境損害評估方法來計算長江水生態損害。生態環境損害評估方法包括替代等值分析方法和環境價值評估方法，替代等值分析方法又包括資源等值分析法、服務等值分析法、價值-價值法和價值－成本法[10]。在確定生態環境損害評估時應優先考慮替代等值分析方法，利用虛擬治理成本法，綜合運用科學技術和專業知識，評估長江流域污染環境或破壞生態行為所致環境損害的范圍和程度，及其與環境損害間的因果關系，確定生態環境恢復至基線狀態并補償期間損害的恢復措施，量化損害數額。

3.1.4 水災害

針對長江水災害問題，利用洪水災害易損性量化模型，并基于土地利用變化研究洪水災害易損性動態演化過程，確定水災害受損區域恢復至基線狀態，量化水災害損害數額。圍繞洪水災害易損性量化主要關注：構建洪水災害易損性量化模型、基于土地利用變化的洪水災害易損性動態演化分析、極端暴雨事件對長江流域洪水災害人的易損性影響分析。

3.2多維系統治理與保護技術效益時空量化

現有技術評價多偏重于效益和單項技術的評價，對技術本身、技術應用效果和推廣潛力等方面的綜合性評價研究較少，導致不同區域在技術選擇方面存在一定的盲區。針對前述對單項技術的成熟度、經濟性、使用范圍及作用效益等進行量化處理后建立技術包，以重點城市群、典型河湖庫為對象，找準存在的重大約束性四水問題及驅動機制（如圖1所示）；針對中長期四水目標，從技術包中選擇合適技術（兼顧技術兼容性、差異性），構建長江四水協同治理技術評價原則，綜合評價技術的應用效果和推廣潛力，形成相應的技術評價指標體系，基于系統成熟度矩陣的集成技術評價方法，對系統集成技術體系進行賦分，為進一步優化篩選四水治理技術體系提供技術支撐。

3.3長江水資源保護與開發技術集成框架

以長江四水問題的損害及其多維系統治理與保護技術效益平衡為原則，遵循山水林田湖草沙復合系統的整體性、系統性和內在規律性，在專業上考慮不同水問題的特性及其內在關系，在空間上統籌考慮江河湖泊、上中下游、干支流，在時間上重點考慮不同階段主導性的水問題及治理目標，進而結合流域節水減排監管、重點區域水環境管控、江湖水系生境修復、水量水質水生態聯合調控、洪水管理與旱澇風險防控等多目標需求，利用信息數據綜合平臺，從管理、技術、法規、經濟與人文等多學科融合角度，統籌集成四水問題治理的系列性保護開發技術，構建長江水資源保護與開發技術集成體系框架（見圖2）。

4結論

長江流域水問題治理取得了較大進展，但仍需持續關注和積極應對不斷變化的挑戰。針對長江四水問題的變化趨勢，文章系統構建了長江水資源保護與開發技術集成框架。但考慮到近年來極端氣候變化與國家經濟產業鏈供給側改革，長江防洪減災體系仍然存在薄弱環節，水生態環境問題仍舊突出，后續需不斷完善長江經濟帶水資源保護與開發技術集成體系框架構建，推動多維系統治理與保護，最終實現長江流域的“四水共治”。

參考文獻：

[1]袁亮，祁煜智，何偉軍，等.新發展理念下長江經濟帶可持續發展能力評價及空間關聯特征分析[J].長江流域資源與環境，2023：1-20.

[2]MATHIEUA，JEANS，KATRINET，etal.Reservoirs regulatedbysmall damshavea similarwarmingeffect than lakes on the summer thermal regime of streams[J].Science of The Total Environment，2023，869：161445.

[3]魯芳，劉艷麗，朱士江，等.2020年主汛期我國暴雨洪澇災害概況分析與初步思考[J].水電能源科學，2022，40（5）：68-71;150.

[4]ZHANGH，ZHOUXY，LVXB，etal.Explorationof the factors that influence total phosphorus in surface water and an evaluation of surfacewater vulnerabilitybased onanadvanced algorithm and traditional index method[J].Journal of Environmental Management，2023，342：118155.

[5]LIQZ，GUOY，YUJQ，etal.Constructionofhybrid constructed wetlands for phosphorus chemical industry tailwater treatmentin themiddle Yangtze riverbasin：Responses of plant growth and root-associated microbial communities.Water BiologyandSecurity，2023，2（3）：100144.

[6]YANGH，SUNFH，LIAO HQ，etal.The pollution of microplastics in sediments of the Yangtze River Basin：Occurrence，distribution characteristics，and basin-scale multilevel ecological risk assessment.WaterResearch，2023，243：120322.

[7]JIARUIY，LEIZ，JUNX，etal.Investigating the spatial- temporal changes of flood events across the Yangtze River Basin，China：Identification，spatial heterogeneity，and dominant impactfactors[J].Journal ofHydrology，2023，621：129503.

[8]趙瀚森，劉峰均，張夏夏，等.工業園區大氣污染物排放總量核算模型優化算法反演性能對比[J].環境工程技術學報，2024，14（4）：1232-1238.

[9]郭超，王偉，張博，等.基于虛擬治理成本法的地表水污染類公益訴訟生態環境損害鑒定評估的審查要點研究[J].農業環境科學學報，2023，42（12）：2787-2793.

[10]孫希超，熊明民，王偉.《生態環境損害鑒定評估技術指南生態系統第1部分：農田生態系統》解讀[J].農業環境科學學報，2024，43（6）：1199－1204.