胡春宏院士：我国复苏河湖生态环境实践与关键问题探讨

流域生态系统健康维系需要特定的生态过程支撑，包括水沙过程、物理化学过程、地形地貌过程、生物过程等。其中，水沙过程起主导作用，并影响其他过程。

过去几十年，受强人类活动和自然气候演变的影响，我国江河流域生态过程特别是水沙过程和通量等发生了显著变化，并带来河流断流干涸、地下水水位下降、生物多样性降低、湖泊生态系统退化等一系列问题。水资源过度开发、水利水电工程建设、围湖造地、岸线开发、矿产资源开发、水土保持等强人类活动都直接影响到水沙过程的变化。

开展河湖生态复苏是践行习近平生态文明思想的重要举措。复苏河湖生态环境应坚持的三个重要观点： 一是坚持以流域为单元， 从生态系统整体性和流域系统性出发； 二是坚持系统治理， 山水林田湖草沙系统施治； 三是坚持协同治理， 各个部门形成合力。

一、流域水沙演变及其生态影响

1.江河流域水沙过程演变

水沙演变包括水量过程、水流过程、水位过程和泥沙输移过程变化等。对我国江河流域水沙演变的全面认识，要从水资源量、水资源开发利用、径流量变化、输沙量变化、水流变化、水域面积变化、水质变化及污水稀释比等方面来综合分析。

（1）水资源量

我国水资源总量居世界第6位，但人均水资源占有量仅为世界平均值的1/4，在全球排第120位左右。受季风气候和三级阶梯地形影响，我国水资源时空变化大，水资源与经济布局、耕地分布不相匹配，开发利用难度较大。

（2）水资源开发利用

2013年以来，我国水资源利用量呈相对稳定、略有降低的态势，多年平均用水量约6000亿 m ³ ，水资源开发利用率21%。虽然我国水资源开发利用率整体不高，但区域差异显著，北方地区开发利用程度是南方地区的3.5倍，黄河流域高达80%以上，南水北调工程通水以来，海河流域仍高于合理开发利用率上限。

根据中国水资源公报， 2021年全国 水资源总量2.9 6万亿 m ³ ，比多年平均值偏多7.3%，全国用水总量5920亿 m ³ ，全国人均综合用水量419 m ³ ，万元国内生产总值（当年价）用水量51.8 m ³ ，万元国内生产总值用水量和万元工业增加值用水量均呈下降趋势。

（3）径流量变化

据统计，我国12条主要江河代表水文站多年平均总径流量为14035亿 m ³ 。江河年总径流量随时间波动，但没有明显的变化趋势，在多年平均值上下波动。如：20世纪50年代平均径流量为15237亿 m ³ ，70年代减至13997亿 m ³ ，90年代增至15212亿 m ³ ，2010—2020年后又减至14655亿 m ³ 。

过去几十年，各大江河流域年降水量变化总体相对稳定，但不同地区江河径流量变化过程特性是不同的，受强人类活动对下垫面的影响以及水资源过度开发，北方地区特别是海河、辽河、松花江和黄河流域地表水资源量呈减少趋势。其中，2001—2016年与1956—1979年相比，海河流域年均降水量减少10%，主要河流出山口控制断面实测径流量减少78%；黄河流域降水量减少1.7%，利津断面实测径流量减少59%。此外，近二十年来，新疆降水量和水资源量呈增加趋势。2001—2020年与1956—2000年相比，新疆年均降水量增加10%，河流来水量增加8%。

（4）输沙量变化

实测资料分析表明，我国12条主要江河代表水文站多年平均总输沙量为14.03亿t，但年总输沙量呈明显的持续减小态势，如：20世纪50年代平均输沙量为26.52亿t，70年代减小至19.41亿t，90年代减小至13.04亿t，2001—2010年减小为5.88亿t，2011—2020年全国总输沙量仅为3.81亿t。

▲各流域 近期年输沙量与多年平均值比较

（5）水流变化

河流的低流量、高流量以及洪水脉冲过程等具有重要的生态学指示意义。南方地区过去几十年水资源量和实测径流量并未发生趋势性的变化，但受水库调蓄等影响，河湖的水文节律发生了显著变化，主要表现为河流涨水频次、年内极值比、最大日平均流量等指标均呈减少降低趋势。

控制性水库群对河流水流过程的调蓄，影响到通江湖泊的水文节律。 在长江流域，三峡及长江上游控制性水库建成后，江湖关系发生深刻变化，8月下旬至10月下旬，洞庭湖、鄱阳湖水位消落幅度明显增加，两湖提前30～40天进入枯水期，枯水期延长30～35天，两湖湿地生态系统呈退化态势； 黄河上游梯级水库建成后，汛期大流量过程显著减少，汛期与非汛期来水比从天然状态下的6∶4变为现状的4∶6。

（6）水域面积变化

受人为侵占、水资源过度开发等影响，全国湖泊、沼泽总体呈萎缩态势，且面积变化时空分布极不均衡。过去70年，全国约有250个湖泊面积萎缩，占湖泊总数的35%，萎缩面积1.28万km ² ，占湖泊总面积的18%。从时间上来看，湖泊萎缩主要集中在1956—2000年；从空间上看，主要集中在长江流域、海河流域和西北诸河区。

▲20世纪30年代以来，长江中下游湖泊面积变化统计

（7）水质变化

2000年以来，我国江河湖库水质呈总体改善的演变趋势。大江大河水质总体较好，但个别支流水质较差，部分湖泊富营养化问题依然严峻。

（8）污水稀释比

我国污水稀释比总体呈减少态势，在世界的排名仍然相对靠后。

▲2019年同2008年相比， 我国污水稀释比总体呈减少态势

2.江河流域水沙演变的生态影响 

（1）河流断流干涸

随着水量的减少，河流断流干涸日趋严重。1980年以来，全国有169条河流发生过断流，断流河段总长度1.2万km，占相应河流总长度的24%。断流河流主要分布在北方地区，全国72%的断流河流、93%的断流河长分布在北方地区。

（2）地下水水位下降

长期以来，我国区域性地下水超采严重、地下水水位持续下降。2016年全国地下水超采191亿 m ³ ，2016年与2001年相比，北方平原区地下水水位下降超过5m的区域占北方平原区总面积的13%，下降超过10m的占到6%，主要分布在太行山前、西辽河平原和天山北麓等。1959—2014年，华北平原浅层地下水平均埋深下降了9.5m且年均降幅越来越大。1980—2014年，华北平原深层地下水平均埋深下降了38.5m。2000年之前降幅较大，年均降低1.23m。

▲ 1959—2014年华北平原深层地下水埋深变化

（3）鱼类多样性降低

江河流域水沙变化在一定程度上影响了鱼类的产卵繁殖，加之过度捕捞等原因，导致鱼类多样性降低。长江生物完整性指数达到最差的“无鱼”级；过去50年黄河干流鱼类多样性降低了50%以上。

（4）湖泊生态系统退化

长江中下游通江湖泊枯水时间提前、枯水期延长，导致湖泊湿地生态系统退化。湖区植被已逐渐显现出从水生、湿生植被为主向中生、旱生植被为主的正向演替，中生旱生植被分布高程下移、向湖心推进，沉水植被面积萎缩、群落盖度降低；越冬候鸟适宜生境的多样性降低。

▲ 水文过程、湿地植被、越冬候鸟间的关系

二、我国复苏河湖生态环境理念变化与典型案例

随着对生态系统认知的深入，我国关于河湖生态环境复苏理念和目标也在不断升华，实现了从“有水”（河流不断流，湖泊不干涸）到“有一定量的水”（维持一定的水量和水域面积）再到“有适宜的水”（塑造适宜的水流、水温、水沙过程等）的转变。 

党的十八大以来，在习近平生态文明思想的引领下，复苏河湖生态环境的理念逐渐转变为要尊重自然，用自然的方法修复自然，宜林则林、宜草则草、宜荒则荒、宜水则水，形成了以提升水生态系统质量和稳定性为核心，树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，坚持山水林田湖草沙系统治理，加强河湖生态保护治理，加快地下水超采综合治理，科学推进水土流失综合治理，维护河湖健康生命，实现河湖功能永续利用，实现人水和谐共生。

▲南水北调一期工程水渠通水

水利部门从20世纪90年代就开始复苏河湖生态环境的探索与实践。1999年开始，按照国务院授权，水利部黄河水利委员会对黄河水量实施统一调度；2000年开始，新疆先后组织了23次向塔里木河下游生态输水；2000年开始，黑河干流实施水量统一调度；2011年开始，三峡水库开展了促进“四大家鱼”产卵的生态调度试验；2016年开始，南水北调中线一期工程向受水区沿线生态补水；2017年开始，连续实施永定河生态补水，实现永定河全线通水；2022年4月，京杭大运河全线贯通，实现全线通航……以下介绍几个典型案例及其成效。

1.塔里木河生态输水

2000—2021年，塔里木河连续开展了22次向下游集中生态输水，大西海子水库累计向下游输水87.9亿 m ³ 。输水效果分析表明： 一是地下水水位回升。 2018年与2001年相比，在离河50m处的地下水水位回升2.28～5.05m；离河1050m处的地下水水位回升0.52～1.65m。 二是台特玛湖“起死回生”。 2000年台特玛湖几乎干涸，生态输水后湖泊水域面积恢复扩大。2016—2021年，台特玛湖年均有效水域面积（6个月以上）达196.17 km ² ，年最高达239.69 km ² ， 2017年个别月份水域面积最大达到511 km ² 。 三是垂死的胡杨得到拯救。 2021年与2016年相比，输水区高覆盖胡杨林（>20%）较2016年增加了41.01%。

▲ 新中国成立以来塔里木河耕地灌溉面积变化

2.永定河水流全线贯通

2017年我国开始实施永定河综合治理与生态修复工程，通过当地水、引黄水、引江水（南水北调中线水）和再生水“四水统筹”，向永定河生态补水。2017年以来，累计向永定河生态补水21.5亿 m ³ 。2021年9月，永定河26年来（1996年断流之后）首次实现了全线水流贯通入海。

▲ 永定河雾凇

3.京杭大运河全线水流贯通

2022年水利部联合京津冀晋四省（直辖市）人民政府实施京杭大运河全线贯通补水工作，统筹南水北调东线水、引黄水、本地水、再生水及雨洪水等水源，向京杭大运河补水。2022年4月28日山东德州的四女寺枢纽南运河节制闸开启，京杭大运河全线水流贯通。

京杭大运河全线补水取得了显著成效：一是地下水有效入渗回补；二是压减深层承压水开采；三是河湖生态环境改善；四是促进大运河文化保护传承利用。

4.三峡水库生态调度

2011年以来，三峡水库实施了连续12年的以促进“四大家鱼”产卵繁殖为目的的生态调度。每年5月下旬至6月上旬，在适宜的水温、流量等条件下，通过水库调节塑造持续的涨落水过程，日均涨水流量1500～2000 m ³ /s、持续时间3～4天。生态调度期间，坝下产卵场水动力条件更为复杂，“四大家鱼”鱼苗径流量显著增加。

三、复苏河湖生态环境有待研究解决的关键问题

复苏河湖生态环境问题非常复杂、任务十分艰巨，现状我国总体上科技支撑作用还远不够，对一些科学的基础问题和重要判别条件等问题研究还不深入。要从流域角度，深入研究生态系统需水特性，科学确定河湖生态修复标准，高度重视河湖生态修复潜在影响，统筹水与生物、水与生境，制定合理方案。建议重点开展以下复苏河湖生态环境关键问题研究。

1.厘清河湖生态系统演化及形成机制

生态系统始终处于动态演变过程中，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。全球变化背景下的河湖生态系统演化及其形成机制既是生态学的基础理论问题,也是复苏河湖生态环境实践中亟需认识的关键应用问题。需要深入研究生态系统演化规律，弄清楚生态系统演替的驱动力是什么，哪些是自然的、哪些是人类活动引起的，生态系统未来朝哪个方向演化等。

2.深入研究河湖生态环境复苏标准

生态系统具有一定弹性和自我重构能力，退化的河湖生态系统在一定时间、一定范围内又形成新的平衡。复苏河湖生态环境是否要打破现有平衡、重构新的平衡，最终要达到什么标准等，尚没有达成共识或明确的结论。在我国北方地区，复苏河湖生态环境水量是关键，节水与调水并重，复苏河湖生态环境不仅是生态环境问题，还是一项经济问题。河湖生态环境复苏标准将直接影响国家水网工程总体布局和规模。需要深入研究西北内陆河流尾闾湖泊合理的水域面积、华北平原浅层地下水的恢复水平，以及南水北调东中线受水区生态环境需水、黄河的输沙水量等生态环境需水等问题。

3.深入研究重大工程相关生态环境问题 

2021年5月14日，习近平总书记主持召开推进南水北调后续工程高质量发展座谈会并发表重要讲话，为做好南水北调各项工作提供了根本遵循和行动指南。国家相关部委正在逐步推进南水北调后续工程相关工作，需要深入论证涉及生态环境的相关问题，包括：黄淮海流域节水潜力评价和需水预测研究，雨洪资源利用潜力和关键技术研究，南水北调东中线受水区生态环境需水，黄河的输沙水量等生态环境需水，河湖生态安全前提下西线水源区可调水量等。

▲塔里木 河水资源配置的三个层次：宏观、中观、微观

加强研究塔 里木河二期综合治理中的生态环境问题。 塔里木河流域水地矛盾突出，发展与保护的水资源竞争长期并存。 水资源合理配置是塔里木河二期综合治理规划中要回答的关键问题，要从宏观、中观、微观三个层次开展研究。  

4.构建流域水循环整体模型平台

山水林田湖草沙是一个生命共同体，水是其中最能动的因子。水土保持措施在减沙的同时也减水，水利水电工程在支撑经济社会发展的同时又对河湖生态系统造成一定影响，水沙一体驱动着河湖的冲淤演变。要统筹山水林田湖草沙系统治理，就要构建流域水循环整体模型平台，进行多要素、全过程的模拟，在利与弊之间找到最佳平衡点。

5.建设数字孪生国家水网工程平台

实施国家水网工程是优化配置水资源、全面提高水安全保障能力的根本举措，是复苏河湖生态环境的有效手段。国家水网是一个多目标、多功能、多尺度复合系统，供水、防洪、生态、水电、航运等功能竞争融合，工程调度要求高、难度大，需要建设数字孪生国家水网工程平台，支撑水网工程的规划调度管理等。

来源 |  《中国水利》2022年第15期“丝路水论坛专题”

作者 |  胡春宏（中国工程院院士、中国水利水电科学研究院原副院长）

责编 |  李卢祎

校对 |  王慧

审核 |  车小磊

监制 |  赵洪涛 轩玮