黑河流域生态调水重大问题思考

刘 钢，杜得彦，董国涛

（1.黄河水利委员会黑河流域管理局，甘肃 兰州730030；2.黑河水资源与生态保护研究中心，甘肃兰州730030）

黑河是我国西北干旱区重要的内陆河之一，发源于祁连山北麓，流经青海、甘肃和内蒙古三省（区）。由于水资源总量不足，因此黑河流域中下游区域水资源供需矛盾突出。20世纪60—90年代，随着中游人口的增加和人类对绿洲的大规模开发，加之大量水利工程的建设，进入下游的水量逐渐减少，下游额济纳三角洲河道断流加剧、湖泊干涸、地下水位下降、水质矿化度明显升高、天然林草覆盖率大幅度降低，土地荒漠化和沙漠化迅速蔓延，为我国沙尘暴的重要策源地之一，对西部大开发战略的实施、国防科研，以及稳固边疆均带来负面影响。

针对黑河水资源供需严重失衡、生态系统急剧恶化的状况，国家在世纪之交决策开始实施黑河干流水量统一调度和流域治理。通过生态水量统一调度和流域治理，进入黑河下游的水量逐步增加，中下游用水不平衡问题初步解决，有效缓解了流域生态环境恶化的趋势，局部地区生态环境明显改善，全流域生活、生产和生态用水初步得到了合理配置，促进了中游节水型社会的建设，探索和实践了流域管理与区域管理相结合的新途径，产生了显著的经济、社会和生态效益。笔者系统总结了近期生态调水工作进展和成效，明确当前及今后一段时期黑河生态水量调度面临的重大问题与关键技术，以期全面推进新时期黑河流域生态水量调度工作的发展。

1 近期主要工作进展与成效

1.1 水资源管理与调度

国内学者在黑河水资源管理与调度方面开展了广泛研究。常炳炎［1］论述了黑河实施水量调度的技术路线，以及有关技术措施和行政措施；乔西现等［2］针对黑河水量统一调度实践中存在的问题，提出了健全并完善水量调度管理体制和运行机制，以及尽快制定出台相关法律法规和经济补偿机制的对策措施；王道席等［3］通过对黑河中游农作物用水规律、下游植被生态需水规律、维持东居延海适宜水量等的研究，提出了春季集中调度、适时洪水调度、秋季3个月连续调度的生态水量调度模式；李元红等［4］探讨了基于生态需水、水权框架、模拟模型和水资源信息系统的黑河流域水资源管理模式；王浩等［5］系统论述了黑河水资源调配层次化结构体系，通过构建流域水资源调配管理信息系统，为流域水资源的规划配置和管理调度提供技术支撑。

黄河水利委员会黑河流域管理局积极开展黑河水资源管理与调度应用研究工作。黑河生态水量调度工作，在缺乏控制性调蓄工程，调度手段单一的情况下，经流域各方的艰辛探索和实践，确定了年度总量控制、分级管理、分级负责，丰增枯减、逐月滚动修正的调度原则，提出了“确保当黑河上游莺落峡断面来水达到多年均值15.8亿m3时，中游正义峡断面下泄9.5亿m3，并确保继续调水进入东居延海”的年度调度目标，建立了涵盖方案编制、协调沟通、调度督查和责任落实等各个环节的工作机制：一是创立了“全线闭口、集中下泄”措施，并适时采取限制引水和洪水调度措施，有效增加了正义峡断面下泄水量；二是实现了由半年调度向全年调度、由应急调度向常规调度的转变；三是更加注重过程控制，加大了春季调水工作力度，提高了春季水量配置比例，开展了生态水量调度探索与实践；四是建立健全监督检查制度，实施分级负责、分级督查，流域机构督查和联合督查相结合的督查制度；五是实行水量调度行政首长负责制，2006年起，水利部每年都以公告形式向社会公布黑河各级水量调度行政首长责任人和联系人名单，接受社会监督；六是不断强化水量调度法规建设，2009年水利部发布《黑河干流水量调度管理办法》，对黑河干流水量调度的原则、管理职责、调度责任制等做出了全面规定。

1.2 水资源配置

黑河流域水资源配置基础研究方面，李福生等［6］基于地下水数值计算的黑河中游地表水、地下水转换及配置模型，解决了黑河中游灌区地表水-地下水转换及水资源配置问题；杨献献等［7］构建了黑河中游面向生态的单目标和多目标水资源优化配置模型；李扬等［8］建立了黑河中游地区水资源合理配置模型，并对2010水平年和2020水平年的水资源配置进行了优化；蒙吉军等［9］在研究中游绿洲灌区生态需水的基础上，结合实际引水量和单产耗水量，评估了绿洲灌区水资源配置效率；莫文春［10］构建了张掖市农业用水生产函数，分析了农业用水配置有效性和影响农业用水配置效率的主要因素；李云玲［11］建立了基于水资源合理配置的黑河下游生态恢复模拟系统，预测了不同水平年系列配水方案下天然绿洲恢复状况。

黑河流域管理局紧紧围绕中下游水资源需求，在中游水资源配置方面进行应用生产实践。先后开展了黑河流域中下游生态环境动态变化情况调查分析、黑河中游地区农业水资源利用效率评估、黑河中游地表水和地下水优化配置技术方案编制、水量调度模式等研究工作。通过项目的实施基本掌握了中游地区水资源开发利用规模、用水方式和特点，并在此基础上编制了水资源优化配置方案。对于强化中游地区水资源管理，合理压缩灌溉周期，最大限度延长集中调水时间，提升水量调度效果发挥了积极作用。在下游绿洲水资源配置方面，开展了黑河干流正义峡—狼心山河段渗漏损失量调查分析、黑河下游水资源优化配置研究、黑河下游生态水量调度指标及调度方案编制、黑河尾闾东居延海湿地生态系统健康评估、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“面向生态的黑河下游水资源配置方案研究”，获得黄河水利委员会科技进步一等奖。通过项目实施，分析不同来水条件下水流演进情况，编制实时水量调度和配置方案，保障各用水户基本需求，并在对下游绿洲进行生态分区的基础上，结合各河段来水情况，优化水资源配置，尽可能扩大林草地灌溉面积，对利用有限水资源实现生态效益最大化发挥了重要作用。根据苗政等［12］关于黑河生态水量调度的公众认可度调查，56.51%的受调查者对生态水量调度项目有基本认知，41.93%的受调查者认为环境保护和经济发展是同等重要的。

1.3 主要成效

（1）通过实施生态水量调度，进入下游的水量明显增加，河道断流天数逐年减少。据统计，黑河下游额济纳绿洲狼心山断面1995—1999年平均断流天数为250 d，实施水量统一调度后，2000—2018年平均断流天数为126 d，较1995—1999年减少了124 d。2000—2018年，正义峡断面累计下泄水量215.29亿m3，年下泄水量较20世纪90年代增加了3.55亿m3；累计进入额济纳绿洲的水量为119.09亿m3，年下泄水量较20世纪90年代增加了2.74亿m3。

（2）流域生态环境恶化的趋势得到遏制并有所改善。随着进入下游生态水量的增多，下游额济纳绿洲生态恶化趋势得到初步遏制，并有所改善，额济纳绿洲地下水均有不同程度的回升，下游一度濒临枯死的胡杨、柽柳得到抢救性保护。以草地、胡杨林和灌木林为主的绿洲面积增加了近200 km2。黑河尾闾东居延海自2004年8月以来已连续14 a不干涸，尾闾生态系统得到了有效改善和恢复。中游人工林面积增加，林地总面积减少的趋势较治理前有所缓解，盐碱化土地面积也有所减少。上游林草地退化和森林面积萎缩情况得到初步遏制，黑土滩和草地沙化治理项目区草地覆盖度增加近30%，水源涵养能力明显增强。

（3）全流域生活、生产和生态用水得到了合理配置。在优先满足流域生活用水的同时，中游地区农业用水基本得到保证，合理安排中下游地区的生产和生态用水，特别是中国酒泉卫星发射中心的国防科研用水得到合理配置，为神舟系列飞船的成功发射提供了基础保障。

（4）探索了我国内陆河流域管理的新模式。黑河流域水资源统一管理始终坚持可持续发展的理念，将黑河水资源的可持续利用和流域经济社会与资源环境的协调发展作为实施黑河流域管理的方向与目标，大胆探索，积极实践，开创了“统一规划、统一调度、统一管理”的新局面，通过实施“国家统一分配水量、水量断面控制、省区负责用水配水”，探索和实践了流域统一管理与区域管理的新途径，初步理顺了流域水权秩序，减少了水事纠纷，促进了流域经济社会与生态环境的协调发展，为我国内陆河管理提供了可供借鉴的经验。

（5）促进了节水型社会建设和流域社会经济发展。通过流域综合治理和水量统一调度，配合“总量控制、定额管理、以水定地、配水到户、公众参与、水票运转、城乡一体”的一整套运行机制和体制的建立，促进了干旱缺水地区节水型社会建设。

2 流域生态调水面临的重大问题

黑河生态调水已实施20 a，流域生态环境质量持续改善，但黑河生态治理保护依然存在很多困难和挑战，水资源供需矛盾依然尖锐，流域生态环境仍显薄弱，生态调度后评估体系尚未健全，节水潜力还有待提升。

2.1 水资源周期性变化复杂

过去几十年，黑河流域水资源量呈现较为明显的周期变化，丰枯交替周期为3～5 a。受全球气候变化影响，黑河流域山区水资源形成演变的时空格局发生了一定变化，2005年以来黑河出山口水量持续偏丰，已出现连续13 a丰水，莺落峡水文站年平均水量达19.7亿m3。就完成正义峡下泄指标而言，连续丰水对完成国务院分水指标造成很大困难，同时这种变化使预报精度难以满足水量调度工作要求。

2.2 用水管理亟待加强

由于来水偏丰，最大限度满足了流域各方的用水需求，在一定程度上掩盖了用水矛盾。一旦黑河来水偏枯，特别是出现连续枯水，水事矛盾将会进一步加剧，迫切需要加强农业灌溉用水过程控制，按照定额核定引水指标。黑河中游地区特殊的地形地貌导致降水、地表水、地下水三水转换频繁，水资源重复利用率高，区间引水量和实际耗水量存在很大差别，灌溉用水管理尚处于半粗放状态。

2.3 农业生产用水挤占生态用水

随着流域经济发展以及来水量增加，耕地面积进一步扩大，农业用水挤占生态用水日趋严重。在流域生态环境得到总体改善的同时，局部地区出现生态恶化，客观上降低了生态环境改善的效果。已有研究［13］对流域生态变化状况进行了描述，从数据展示到成因分析，回避了耕地变化等敏感问题，不能客观反映生态变化特征和驱动因素，降低了生态水量调度的实际效果，使人们对生态水量调度认识以及水资源配置产生误区，影响生态水量调度的科学性和合理性。

2.4 流域生态环境仍显薄弱

通过黑河干流水量统一调度，下游绿洲区河道过水时间、过水量明显增加，下游绿洲生态明显改善，东居延海实现连续14 a不干涸。这既得益于生态水量科学管理与调度，也得益于来水的持续偏丰，正所谓“人努力、天帮忙”，但黑河流域水资源短缺的局面仍未改变，如果来水减少或出现连续枯水，那么恢复和改善绿洲与保持东居延海不干涸必难做到两全。

2.5 节水潜力有待提升

流域转型升级用水需求大幅增加，水资源管理面临新的挑战。近年来随着黑河流域经济社会的发展，经济转型升级，生活、生产、生态用水需求增加，用水结构发生了较大改变，进一步加剧了用水矛盾。流域中下游地区部分用水户节水意识不强，用水方式过于粗放，用水效率较低，与国际先进水平相比尚有一定差距，节水潜力有待进一步提升。应大力推动节水制度和技术，创新节水机制，进一步提高水资源的利用效率和效益，以水资源的可持续利用支撑流域经济可持续发展和生态环境改善。

3 近期主要科技需求

深入推进黑河流域生态文明建设，积极践行中央“十六字”治水方针，持续维护黑河健康生命，围绕山水林田湖草系统治理，需要牵住牛鼻子、找准突破点、打好组合拳，强力推进黑河“一库一带一湖”建设的实施，需要加强以下六方面问题和关键技术的研究。

3.1 黑河上游降水径流预报

全球气候变化背景下水循环规律和水资源演化趋势研究是当今国际水科学研究的前沿，黑河上游是主要的产流区，目前对黑河上游产流区水循环过程的响应与未来演变趋势预测等方面的研究还缺乏系统性，没有形成一套比较完整的长、中、短期水文预报模型。应进一步加强上游山区水文循环过程驱动机制研究，进行长序列的趋势分析，建立和完善预测模型，提高近期和中、长期来水量变化趋势预测水平。目前黑河上游监测体系尚不完善，雨量监测站点偏少，信息化程度不高，应统筹考虑水资源管理与调度、黄藏寺工程建设和运行管理需要，加快建设黑河上游监测、预报和预警体系。

3.2 中游地区农业用水和“三水”转化规律研究

黑河中游是流域水资源的主要利用区，其中95%水量用于农业灌溉，用水量和用水方式对水量调度影响较大，因此强化中游地区用水管理，由断面控制向引水口门控制是实现精细化调度的关键。开展中游河段“降水-地表水-地下水”转换规律研究，系统监测各引水口门的水量，确定取用水指标和耗水指标的关系，使黑河分水方案与三条红线有效对接，提升水资源调度科学化管理水平。目前黑河中游地区地表水、地下水监测手段、监测范围尚不能满足水资源管理与调度的需要，应进一步加快流域水资源监控能力建设，提高信息化监控的覆盖度，适时开展黑河水量调度管理系统二期建设，建立和完善水资源管理与调度技术支撑体系。

3.3 黑河流域地下水和生态监测系统构建

随着黑河生态水量调度的持续开展，水资源配置更加注重过程控制，进入额济纳绿洲的水量在时空分布上逐步得到优化，生态恢复效果显著提高。但在实时调度过程中缺乏技术支撑手段，难以准确掌握绿洲灌溉区地下水变化和植被需水等情况，并且对于黑河生态恢复情况尚未做到实时动态监控。黑河流域水资源匮乏，如何提高水资源利用效率，让有限的水资源发挥最大的生态效益，是当前面临的重要问题。应进一步完善黑河流域地下水和生态监测系统，增加监测的覆盖范围；定期开展遥感监测，及时掌握生态状况动态变化；开展生态调度后评估，科学评价生态调度成效及存在的不足，提高生态调度的科学决策能力。

3.4 不同来水条件下黑河下游生态保护目标研究

黑河流域来水进入丰水期已十几年，转入枯水期的概率加大，届时进入下游额济纳绿洲的水量将锐减。因此，应开展不同来水条件下生态保护目标研究，合理确定下游绿洲规模及不同来水条件下生态保护重点区域；科学评估东居延海周边生态恢复所需基本水量及湿地规模，尽快开展采取工程措施保护和修复东居延海的可行性研究，通过工程措施，尽可能减少东居延海水量损失，最大限度发挥水资源生态效益。

3.5 黄藏寺水库调度运行方式研究

随着流域经济的快速发展，用水需求逐年增加，水资源管理与调度面临极大挑战，特别是黄藏寺工程建成运行后，黑河流域水资源在时空分布上将发生较大变化。结合2000年以来黑河干流实施水量统一调度中存在的主要问题，为充分发挥黄藏寺水库在黑河水资源合理配置中的重要作用，亟待开展黄藏寺水库调度运行方式研究，制定切实可行、公正合理、可操作性强的水库运用方案，提高黑河水量调度的科学性和时效性，为长久完成国务院批复的黑河干流水量分配方案和实现黑河流域生态治理目标提供技术保障。

3.6 智慧黑河关键技术与示范研究

开展智慧黑河关键技术与示范相关研究，以水利信息化带动水利现代化，以信息化推动黑河流域管理的规范化。强力推进物联网、大数据、云计算、空天地一体化监测等信息技术应用，研发适用于流域不同尺度的水资源管理模型，以网络实时动态观测为基础形成水利物联网，构建黑河流域经济社会发展、生态环境保护、水资源管理与调度大数据系统平台和决策支持系统，实现实时感知、过程跟踪、智能处理的现代化流域综合管理体系，综合分析不同气候变化和人类活动情景下，流域上中下游生态水文响应机制，提升流域科学管理与决策能力，将黑河流域建设成为动态精细调度和全面监管的智慧流域。

4 结 语

未来黑河流域生态调水工作仍面临着巨大挑战和困难，积极开展相关基础研究和应用研究，提高水利科技创新能力和水资源管理水平十分迫切。黑河生态水量调度是黑河流域统一管理的核心工作，是推进流域可持续发展和生态文明建设的重要支撑。坚持“节水优先，空间均衡，系统治理，两手发力”治水方针，按照“水利工程补短板、水利行业强监管”的治水总基调，加快推动黑河“一库一带一湖”建设，集中力量加大对生态调水工作的深入探索。跟踪国内外水利科技前沿，探索适应黑河流域的生态调度新理论、新技术和新方法，提升流域生态调度工作的水平，推动黑河生态调水的良性有序发展，打造西北内陆河流域管理标杆。