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邓铭江院士:干旱内陆河流域河湖生态环境复苏关键技术

2022-04-21   中国水利杂志   阅读量:466

    河湖生态系统是指河流、湖泊等水域空间和陆地河岸生态系统、水生生态系统、沼泽及湿地生态系统等一系列子系统组成的复合生态系统,具有物质输移、繁衍生物、防洪排涝、淡水供应和景观文化等自然、社会功能,是保障水资源可持续利用,维护生态环境需水和经济社会可持续发展的重要基石。基于贯彻落实习近平生态文明思想,2021年水利部印发《关于复苏河湖生态环境的指导意见》、水利部办公厅印发《“十四五”时期复苏河湖生态环境实施方案》,以指导河湖生态环境复苏,并再次明确复苏河湖生态环境是推动新阶段水利高质量发展的重要路径。

    干旱内陆河流域是我国生态文明建设的重要地带,主要分布在新疆、青海、甘肃、内蒙古等省(自治区),约占国土面积的29%,塔里木河、黑河、石羊河、疏勒河等流域是其典型代表。这些流域是我国经济欠发达地区、少数民族集聚区、能源资源富集区,同时也是西部大开发、丝绸之路经济带、区域协调发展等国家重大战略布局的核心区域。


    作为我国北方生态屏障的关键组成部分,干旱内陆河流域河湖生态环境是区域经济社会可持续发展最重要的载体,且河湖生态系统强烈依赖于流域有限的水资源。然而,高强度的人类活动对有限的水资源过度开发利用,侵占了河湖生态系统水域空间,降低了生态水资源供给率,导致河湖生态环境不断恶化,一度出现河道断流、尾闾湖干涸、“绿色走廊”严重萎缩等问题。虽然经过初步治理,河湖生态环境得到一定改善,但依然存在复苏程度不高、修复措施相对零散、与经济社会发展的协调性不足等一系列现实问题。流域河湖生态环境复苏仍然是当前区域经济社会高质量发展最为关键的问题之一。


    在河湖生态环境修复方面,国外于19世纪60年代开始,针对河湖生态系统植被退化、湖泊富营养化等问题进行了研究与实践,并取得了显著效果。我国河湖生态环境修复起步较晚,20世纪50年代开始逐步研究河湖生态环境恶化、生态系统功能退化等问题。通过长期的努力与实践,我国河湖生态系统趋于良性发展。为了科学、合理、高效地开展干旱内陆河流域河湖生态环境复苏工作,本文梳理总结了我国及其他国家典型流域河湖生态修复案例,明晰河湖生态环境复苏指导思想,探究复苏过程中的减碳理念,提出系统性修复途径与关键技术措施,为干旱内陆河流域打造幸福河湖提供参考。

    一、干旱内陆河流域河湖生态环境现状及存在的问题

    1.咸海危机与教训启示

    咸海是亚洲第二大内陆咸水湖,补给源是中亚最大的两条内陆河——阿姆河和锡尔河,两河多年平均径流量约1165亿m3,流域涉及哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦、乌兹别克斯坦、阿富汗、伊朗等七个国家。长期以来,咸海上游国家重经济发展,轻环境保护;重各自国家利益,轻流域协调;国家间的协调机制缺乏权威性,且执行不力;水资源开发利用不合理,利用效率低。流域农业用水约占地表水资源总量的90%,再加上工业和城镇生活用水的增加和大型水库的拦蓄调节,使阿姆河80%以上、锡尔河90%以上的入咸海水量被拦截分流,原有三角洲河网逐渐消失,95%的沼泽、湿地退化成盐漠,咸海面积从1950年的6.6万km2减少到1985年的4万km2、2020年的不足0.5万km2,由此引发了一系列生态环境问题,并转化成生态危机和社会危机,形成了举世瞩目的“咸海危机”。

▲1985—2020年咸海湖面萎缩变化


    干涸湖底形成盐漠,严重影响周边地区的气候和环境条件。由于湖泊萎缩、盐床裸露,风力作用引发的“盐沙暴”波及天山和帕米尔高原的冰川,加速了冰川消融,对邻接区域(约250km范围)气候和环境产生了较大影响,同时也使咸海周边近2万km2耕地和20%的牧场减产。

    水土环境污染严重,影响流域农业生产和居民健康。流域地表水和地下水受到严重污染,导致30%~60%的灌溉地被污染,污染物浓度超过极限允许浓度的20~40倍,盐碱地面积达到总灌溉面积的56%;同时,居民健康也受到严重影响,肠胃病、呼吸道疾病和癌症的发病率大增,成人和胎儿死亡率急剧升高。

    生物物种和数量减少,严重威胁中亚地区自然生态系统。随着咸海日益干涸,湖水含盐浓度由1951年的9.7g/L上升至2013年的114g/L。1970—1999年,阿姆河和锡尔河两河入湖三角洲地带胡杨林面积从3000km2缩减到300km2;1960—2000年,阿姆河三角洲内动物有6种或亚种绝迹,鸟类有30种消失,鱼类及其他野生动物的数量急剧减少,生物多样性遭到严重破坏。

    国家间关系恶化,严重威胁中亚地区稳定。咸海危机对经济社会、国家安全和地区稳定造成了严重威胁。周边居民生存环境恶化,制约了中亚地区经济社会的可持续发展;国家间关系不断恶化,威胁着中亚地区稳定;此外,跨境水资源问题使中亚地区的安全形势更加复杂和严峻。

    从1992年开始,哈、塔、乌、土、吉五国签订了一系列多边和双边合作协议,1993年成立了咸海委员会(ICAS),并建立了拯救咸海国际基金会(IFAS)及国家间水资源协调委员会(ICWC)。许多国家和国际组织纷纷出资,改革流域现行水管理体制,开展水利技术合作,建设水利基础设施。尽管如此,咸海问题仍未得到有效解决,一些学者认为,就现状和后果而言,咸海危机给人类社会带来的灾害要比切尔诺贝利核泄漏事故大得多。对咸海进行生态环境复苏,解决水资源开发利用中存在的问题是中亚国家亟须开展的工作。

    2.我国西北地区河湖生态环境情势

    我国西北干旱内陆河流域资源性缺水,生态环境脆弱。自20世纪50年代起,河湖生态环境用水不断被高强度的人类活动挤占,河湖生态环境急剧恶化。塔里木河下游357km河道断流,尾闾湖台特玛湖干涸;黑河33条支流相继断流,尾闾湖西居延海、东居延海分别于1961年和1992年完全干涸;石羊河下游主河道近乎干涸,民勤绿洲地下水水位持续下降,绿洲面积急剧萎缩;疏勒河植被衰亡,泉水衰减,沙漠化严重。

    党中央、国务院高度重视干旱内陆河流域严峻的河湖生态环境问题,自20世纪90年代开始,针对性地批准实施了一系列综合治理方案用于流域河湖生态环境治理,如黑河干流水量分配方案、黑河流域近期治理规划、塔里木河流域近期综合治理规划、石羊河流域重点治理规划、敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划等。上述方案的制定与实施,有效遏制了流域生态环境恶化趋势,取得了显著的经济、社会和生态效益,但距离实现人与自然和谐共生的现代化流域目标,形成“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的发展格局还有一定差距。主要存在以下问题。

    (1)复合系统耦合关系有待协调
    干旱内陆河流域资源性缺水、生态本底脆弱,加之区域经济社会的快速发展对河湖生态环境考虑不足,导致大量生态环境用水被挤占,生态修复压力大,水资源配置与经济社会发展需求不相适应。复苏河湖生态环境是一个长期、缓慢的过程,既要追求优美的生态环境,也要稳定流域经济社会发展,这就要着力打破水资源—生态系统—经济社会复合系统关系不协调的桎梏。

    (2)水资源集约利用水平有待提高
    水资源集约利用具有社会、生态和经济多重属性。干旱内陆河流域水资源安全保障水平偏低,单位水资源产出强度不高,水资源供给的多元化程度、配置能力和抗风险能力不足。亟须以水资源总量为刚性约束,提高流域水资源集约节约利用水平,获取生态环境—经济社会复合系统综合效益最大化。

    (3)调度运行科学体系有待完善
    干旱内陆河流域水资源形成区与消耗利用区相互分离,水文循环过程独特,地表水、地下水水体转换关系复杂。流域生态调度和运行管理模式需考虑上述特征,完善调度机制,提高来水、需水预测预报水平,明确不同时期生态环境用水保证目标,统筹考虑上下游、左右岸、干支流协调供水,建设全流域、全要素水资源配置及调度工程体系。

    (4)监测评价体系亟待健全提升
    河湖生态环境监测与评价是构建现代化治理体系的重要内容。干旱内陆河流域大数据、人工智能等信息技术应用不充分,流域上下游共同防范、互通信息、联合监测、协同处置的联动机制有待完善。评价体系方面依然存在考核评估体系不健全,监督管理和实施效果评估不及时,体现河湖水资源保障、水环境安全、水生态活力、水休闲魅力、水文化弘扬、水经济繁荣、水智慧赋能等方面的评价体系不完善等问题。

    二、河湖生态环境复苏指导思想与原则

    1.河湖生态环境复苏的目标与指导思想

    (1)河湖生态系统复苏目标
    复苏河湖生态环境必须完整、准确、全面贯彻新发展理念,树立和践行绿水青山就是金山银山理念,加强河湖、湿地生态保护治理,推动河湖岸线资源和水资源集约安全利用,提升水安全、水资源、水生态、水环境、水文化等领域公共产品的供给质量,维护河湖生态健康,支撑流域经济社会绿色低碳发展,维持河湖功能永续利用,最终实现人水和谐共生目标。

    (2)河湖生态环境复苏的指导思想
    生态水利是河湖生态环境复苏的指导思想,河湖生态环境复苏是生态水利的主要研究内容之一。生态水利从流域(区域)生态系统全视角、水循环—生态环境—经济社会统筹协调发展多维度、水利工程规划设计—建设管理—运行调度全过程出发,探索“三生空间”优化布局与“三生用水”合理配置,是研究水资源合理开发和高效利用等的原理与技术方法。其认知的系统性、要素的多维性、过程的完整性、结构的空间性、学科的交叉性对干旱区河湖生态环境复苏具有指导性意义。

    应用生态水利思想进行河湖生态环境复苏,需要系统分析河湖中水与生物群落(包括动物、植物和微生物)及其依存的食物链、养分循环、能量循环及气候水文循环系统之间相互交织、共存的特性,并合理利用生态系统的自然修复功能,避免在河湖生态环境复苏时,对生态系统造成结构性和功能性破坏。根据生态水利“多维度”特点,生态环境复苏应筛选出复合系统中总量、质量、结构、效率等主控多维要素,采用“生态环境—经济社会—水循环调控”复合系统交互耦合调控理论与技术,分析交互耦合的胁迫影响及临界阈值,基于水资源、生态约束下的经济发展模式,进行相关生态安全设计、生态调度和生态修复。

    2.河湖生态环境复苏的减碳理念

    “双碳”目标提出后,我国生态文明建设进入以减碳为重点战略方向的新阶段。聚焦河湖生态环境复苏,降低河湖生态环境修复过程中的碳排放、提升河湖生态环境固碳能力、充分发挥新技术和新制度在提升减碳效率中的作用,是河湖生态环境复苏中减碳理念的具体体现。

    (1)对碳排放做“减法”
    在河湖生态环境修复时采用“近自然状况”理念,尽量选取生态系统内本来的材料,营造利于水生植物生长、底栖动物和鱼类觅食与繁殖的自然环境,在保护生物多样性的同时,减少建筑、化工材料对生态系统的再次污染,避免碳排放量增加。加强对河湖岸边堆弃物以及河湖点、面源污染的监督及治理,集中处置河湖沿岸污水、垃圾等,控制碳排放。

    (2)对碳吸收做“加法”
    河湖生态系统主要以土壤、植被和水为载体进行固碳。通过开展水源涵养林建设,实施河岸植被保护和修复、河湖生态缓冲带和人工湿地建设等方式,涵养水土、保护植被、调节气候、净化环境、美化景观,为流域内土壤、植物和水体提供良好的自然生境,促进土壤、植物、水体碳吸收。由于河湖生态系统中水体与生物群落共存共生,以上措施可以保证生态系统各种生物链条正常运转,物种间联系更加密切,使河湖本身拥有自净能力。

    (3)对碳减排做“乘法”
    从“生态环境—水循环调控—经济社会”多维度采用新技术措施和新监管制度等,使碳减排产生倍增效益。通过利用在线监控、卫星遥感、大数据分析等科技手段开展非现场检查,结合生物群落动态监控、点面源监测分析、碳排放量监测计算等技术,实现智能监测、预警、溯源和辅助决策功能,有效感知系统内碳排放;将碳减排融入河湖生态环境复苏衍生的山水田园综合体、湿地公园、文化创意公园等新业态中,使其改善生态环境的同时改变传统生产模式,创造高效、节能、减碳的生产管理方式。

    3.河湖生态环境复苏的基本原则
河湖生态环境复苏应体现人水和谐共生的理念,达到建设造福人民的幸福河湖目标。根据目前现状及存在问题,河湖生态环境复苏需要遵循综合性、协调性、自然性和经济性原则。

    (1)综合性原则
    河湖生态环境复苏的综合性原则体现在河湖治理主体、治理手段和治理目标的复杂性和综合性。河湖生态环境复苏需要对河流、湖泊等水域空间和陆地河岸生态系统、水生生态系统、沼泽及湿地生态系统进行多维度、综合性考量,打破传统的“头疼医头,脚疼医脚”的方法。需要对破坏的生态系统采取污染控制、水质改善、生物修复、生态恢复、生态文明建设等综合性措施,建立多方统筹、区域协同、部门联动、全社会参与等多维度、综合性的治理体系,满足人水和谐共生综合性目标。

    (2)协调性原则
    河湖生态环境复苏的协调性原则指在保障生态基流、改善地下水超采现状、保护河湖物理结构、发挥水利工程设施生态调度功能等的基础上,充分考虑“水资源—生态环境—经济社会”多维度的协调发展需求,实现生态性功能、景观性功能的高质量耦合。将人文、历史、美学融入河湖生态环境治理之中,使治理后的河湖生态系统在保障河湖基本生态功能的同时,与周边区域的发展特点、流域文化特色与地域风情、沿线的整体风貌协调统一,提升景观欣赏价值水平,展现河湖生态系统景观魅力。

    (3)自然性原则
    河湖生态环境复苏应在尊重生态环境多样性、保障河湖安全性功能和社会功能的基础上,保持河湖自然形态。将“近自然状况”作为河湖生态复苏的依据,充分发挥河流生态系统的自我净化能力和自我调节能力,以自然修复为主、人工修复为辅,尽量就地选材、保留原有生物群落及其栖息地,实现河道生态系统的可持续发展,创造具有当地特色的生态河湖景观。

    (4)经济性原则
    河湖生态环境复苏应考虑经济方面的影响,同步考虑河湖环境与经济社会发展,在确保达到河湖生态环境复苏目标的前提下,合理统筹前期筹备、建设工作和后期监测管理等。应因地制宜、节能高效,最大限度地降低治理成本,使修复成本最小化,实现经济社会、生态环境、复苏质量等全方位、多维度可持续发展。

    三、干旱内陆河流域河湖生态环境复苏关键技术措施

    1.国外典型河湖生态环境修复
第二次工业革命以后,经济的飞速发展、城市的快速扩张、人口的大量增加消耗了大量的水资源,农业化肥的施用使许多污染物排入河湖,引发了河流断流、水质变差、水生生物死亡甚至灭绝等一系列河湖生态环境问题。欧洲于19世纪60年代开启河湖生态复苏的历史进程,随后日本、美国等国家相继加入,经过一个多世纪的研究与实践,出现了很多值得借鉴的成功案例。

    (1)莱茵河生态环境修复
    莱茵河是欧洲最大的河流,流域内工业分布集中,人口高度密集。由于在早期开发阶段未能平衡河流开发利用与生态环境保护的关系,莱茵河在19世纪下半叶出现严重生态问题,具体表现为:

    ①水质严重污染,河流内重金属、有毒物质和生活垃圾含量高。

    ②大量水生生物资源丧失,鳗鱼、鳟鱼、水鸭等水生动物大量死亡,洄游鱼类数量显著减少。

    针对以上河流生态问题,莱茵河沿岸国家于1950年成立了保护莱茵河国际委员会,先后开展了“莱茵河行动计划”“鲑鱼计划”“莱茵河2020行动计划”等河流专项治理行动。行动主要包括以下内容:

    ①成立全流域综合管理国际组织,将河流、沿岸以及有关区域作为一个整体进行综合考虑,确定了河流水质、地下水乃至整个河流生态系统的修复目标。

    ②兴建污水处理厂,采用环保新技术,减少生产活动和意外事故造成的污染风险。

    ③通过降低支流水系堰坝、修建鱼道、障碍改造等方式使鲑鱼等高营养级物种重返原来的栖息地。

    ④引入贫营养水,添加化学稀释物质,利用食物链原理通过下行效应提升河流水质,改善富营养化环境。

    ⑤充分运用经济和法律手段引导沿岸产业向环境友好的方向发展。

    (2)北美五大湖生态环境修复
    北美五大湖(伊利湖、苏必利尔湖、安大略湖、密歇根湖和休伦湖)分布在美国与加拿大之间,五大湖东西延伸1383km,南北宽达1125km,总面积24.5万km2,是世界上最大的淡水湖群。20世纪50年代,五大湖周边化工业冶金业向湖泊内排入了大量未经处理的废水,造成了湖区水体严重污染。随着人们对湖泊自然功能认识的深入,美、加两国政府开始着手治理五大湖生态环境问题。

    2005年,基于“必须留给后代更好的大湖区”的思想,美国提出了“五大湖恢复行动计划”。该行动于2010年正式启动,拟定了为期十年的湖泊修复计划,分为两个阶段:第一阶段为2010—2014年,政府、机构和民间组织共同参与,形成以委员会和行动组为代表的分级管理体系;搭建跨部门的组织对话平台,开展跨地区协作;开展全面、深入的生态环保教育和五大湖行动宣传计划;建立大湖环境数据库,开展“合作与监测计划”。第二阶段为2015—2019年,主要工作是通过种植遮盖作物和草带、实行作物轮作、恢复湿地等措施实现净化水质目标,并创造大量就业机会,促进区域经济增长,有效提高周围居民参与湖泊治理的积极性。同时,加强清理污染严重的湖区,避免富营养化导致有害藻类暴发。

    (3)美国哈肯萨克湿地保护区生态环境修复
    伴随长期农业开垦、气候变化和人为因素的干扰,美国新泽西州北部哈肯萨克湿地保护区面积持续大幅萎缩,由原来的200km2缩减至70km2,同时还产生了景观破碎化、外来物种入侵、河湖水污染增加、水体咸化等生态问题。为了保护湿地生态系统,维持该地区经济合理增长,美国各级多部门联合制定并实施了一项综合性的湿地可持续利用计划,即特殊地区管理计划。该计划包括以下内容:

    ①确定湿地生态功能区划:明确可用于经济发展和交通改善的最大面积范围,明确用于恢复的退化湿地范围及面积,以及保留30.7km2湿地永久保护区。

    ②调整湿地保护区内的产业结构。

    ③以实地调查为基础,对湿地内动植物建立“生物检验”数据库,定量分析退化湿地的生态恢复过程。

    纵观一个多世纪的河湖生态复苏研究与实践,不难发现国外侧重于生态完整性保护与近自然状态恢复,复苏目标在于兼顾河湖生态系统完整性与社会服务价值。我国干旱内陆河流域河湖生态环境复苏,可在借鉴其他国家的先进理念、技术和经验的基础上,结合区域经济社会发展和河流自然环境特点,以生态水利为指导思想,开展针对性的复苏工作。

    2.干旱内陆河流域河湖生态环境复苏关键技术

    结合近年来我国典型干旱内陆区河湖生态复苏案例,分别针对水域湿地面积减小、生态用水被挤占、生物数量和种类减少、河湖富营养化加剧等问题,提出河湖生态复苏途径和技术措施。

▲干旱区河湖生态环境修复措施


    (1)河湖生态空间优化布局
    生态空间是生态水文过程产生和维持的主要空间场所。干旱内陆区河湖生态空间呈现湿地游移和退化以及湿地和湖泊面积减小的趋势。河湖生态空间优化布局,可采取的措施包括退耕还湖还湿,扩大湿地湖泊面积;治理河湖滨岸带,构建湖泊湿地与陆生系统过渡带;人工湿地协同自然湿地系统等。

    案例一:博斯腾湖湿地生态环境修复

    近几十年,在人类大规模开发和气候变化的影响下,博斯腾湖生态空间出现一系列问题,较为明显的是20世纪80年代初期,湖泊水位下降,自出流困难。1983年开始,国家开展博斯腾湖治理行动:

    ①采取退耕还湖还湿的策略。通过人工修复与自然修复相结合的方法,建设自然湿地保育和生态技术修复研究示范区,以人工修复促进自然修复。

    ②构建近原湖区的自然生态系统。通过扩大湿地湖泊空间,建立人工湿地,填筑湖体洼地,种植芦苇等经济、抗水、生长周期长的水生植物等方式,打造贴近原湖区的自然生态系统。目前已建成46km2人工湿地,协同博斯腾湖原生态湿地,形成了天然稳固的防护屏障。

    ③建设湖滨湿地。将湖滨湿地作为博斯腾湖与陆生系统的过渡带和缓冲带,达到修复及保护水生态环境的目的。

    ④加大湖体水量循环。通过向黄水沟输水,形成黄水沟水流入湖和博斯腾湖扬水泵站出流的良性循环,促进湖体水量循环,并严格实行城镇污废水达标排放制度,COD浓度由2013年的28.68mg/L降至2016年的21.50mg/L。

    (2)生态需水保障
    “绿洲经济、灌溉农业”是干旱内陆区经济的显著特征,由于水资源量匮乏、水资源利用效率偏低,生态用水被经济社会用水长期挤占。为满足生态需水,主要可从以下几个方面开展工作:统一管理地表水和地下水;通过水系连通工程以及水工程调度,构建多通道联合生态输水方式,逐步退还被挤占的生态水量,同时扩大生态用水的惠及面积;规范调水行为,实现有序调水,采用高效节水技术,提高各领域用水效率。

    案例二:塔里木河流域生态需水保障

    塔里木河流域是中国乃至欧亚大陆最为干旱、生态最为脆弱的地区之一。受20世纪50年代开始的大规模灌溉农业、过度水土资源开发利用等因素影响,1972年以后,塔里木河下游长达357km的河道断流,持续近30年。2001年,国家启动塔里木河流域近期综合治理规划,开始实施生态输水工程,截至2021年,累计向塔里木河下游生态输水87.9亿m3,下游生态环境得到初步改善,2017年尾闾台特玛湖形成最大面积511km2的水面,远大于综合治理规划提出的200km2湖面恢复目标。通过采用“双通道+沟道、汊河”的面状生态输水方式以及“汊渗轮灌”的胡杨林灌溉技术,既最大限度地满足了河岸植被的河道外生态水量需求,又不至于将从源流、上游输送至下游的生态水直接汇流至尾闾湖泊,导致台特玛湖面积无序扩大、水资源无效蒸发增加等问题。除转变生态输水方式以外,塔里木河生态需水保障措施还包括:采用水资源集约利用策略,以源流区山区水库替代平原水库;各水库遵循“夏蓄-秋供-冬蓄-春供”的中长期调度方式,充分满足流域生态需水。

    (3)生物栖息地保护与修复
    为保障河湖生态系统的完整性,可以从以下几方面进行生物栖息地保护与修复:打造河流生态廊道,通过配置乔、灌、草相结合的植被群落,构建植被缓冲带;开展生态调度,营造河水漫溢条件,形成适宜河岸带植被系统修复和动植物生存的水文条件;通过保持或恢复泥质、石质和沙质等自然形态,营造有利于水生植物生长、底栖动物和鱼类的觅食与繁殖的自然环境。

    案例三:湟水流域生物栖息地修复

    湟水流域是青藏高原与黄土高原的生态过渡带,生境类型多样、生态环境脆弱。湟水干流已建、在建水电站超过30座,水电站密集且开发无序,河流纵向连通性较差,引发了河流生态功能退化、生物栖息地改变等问题。2011年,我国将“祁连山冰川与水源涵养生态功能区”划定为湟水流域重要湿地保护区与流域水源重点涵养区,开展生物栖息地修复治理行动。行动主要内容包括:

    ①明确生物生存所需环境。根据生物多样性以及鱼类的濒危程度、土著意义和保护级别,明确主要保护鱼类品种、栖息地所在地及生存所需的栖息地环境条件。

    ②确定分段分级保护方案。采取“重点保护区特殊保留河段禁止开发,重点保护河段限制开发,水电站开发河段建设过鱼设施并进行增殖放流,限制河道挖沙采石和河滩地洗沙加工”的分级原则进行栖息地保护修复。

    ③制定基于生态环境保护的水电站运行调度方案。在一系列栖息地修复措施下,湟水湿地保护区生态系统不断改善,湿地面积从2.41km2增长至8.29km2,湿地率从4.5%提高至64.67%;湿地内生物多样性持续改善,在新建的100多处鸟类“生境岛”的保障下,鸟类由45种增加到现在的152种。2020年,湿地生态系统服务价值达6.18亿元。

    (4)水质改善与维护
    河湖水质改善与维护主要是为了解决湖泊富营养化、湖泊沼泽化、黑臭水体等水质性缺水问题,增加区域可用水量。具体措施包括:加强饮用水水源保护;开展点、面源综合治理,加大污染水体防治力度,从陆域污染源到内源河流污染源进行全过程治理;加强流动源环境风险防范,对危险有毒有害物质的运输、储存实施全过程监管,提升风险管理水平。

    案例四:乌梁素海水质改善与维护
    乌梁素海流域是黄河中上游最大的农业用水区,也是国家生态安全战略格局中“北方防沙带”的重要组成部分。20世纪80年代以来,由于农业化肥的大量施用和城市污水的汇入,乌梁素海湖区水质咸化趋势明显,富营养化日益严重,湖泊沼泽化趋势加剧。为解决上述问题,当地政府和环保部门采取了一系列水质改善与维护措施,包括:

    ①划定饮用水水源保护区。监测饮用水水源水质,控制乌梁素海流域水污染物的产生和流通。

    ②开展点、面源综合治理。在黄河灌区回收处理城镇污水和工业园区废水,推进中水回用,实现“点源污水零入海”的目标。开展“控化肥、控农药、控用水、控地膜”四项行动,采取灌排分离等措施控制农田氮磷流失。

    ③河湖内源综合治理。合理收获沉水植物,阻止芦苇蔓延,科学实施重污染底泥环保疏浚,有效处理与处置疏浚污泥,加速湖水更新,避免二次污染。

    通过以上措施,乌梁素海水质逐步好转,湖体生态功能逐渐恢复。2013年到2019年,乌梁素海氨氮、总氮、总磷和化学需氧量质量浓度年均下降率分别为12.7%、8.9%、10.9%和2.5%,各入湖口主要污染物指标均可达到Ⅴ类标准。乌梁素海保护修复案例入选国家自然资源部与世界自然保护联盟(IUCN)联合发布的《基于自然的解决方案中国实践典型案例》。

    (5)监测与制度建设
    完善监测与制度建设是实现河湖生态环境复苏的必要保障,各类河湖生态复苏技术措施的推行程度依赖于数据的监测精度,政策的制定与细化,以及各项措施实施效果的及时反馈。可通过河湖管理制度、水生态保护补偿、河湖生态监测等方面的建设,建立健全水生态保护和修复的长效管理体制和机制。
案例五:黑河流域水量调度管理建设

    黑河是我国西北地区第二大内陆河,源于祁连山区,穿越河西走廊,流域占地面积约13万km2,是重要的商品粮生产基地。黑河流域水资源极度紧缺,中游地区经济社会用水和下游生态用水矛盾十分尖锐。国家先后批复了一系列水资源利用与管理制度:

    ①“九二”分水方案。1992年,原国家计委在“关于《黑河干流水利规划》的批复”中,批准了多年平均情况下的黑河干流水量分配方案,即近期当莺落峡多年平均河川径流量15.8亿m3时,正义峡下泄水量9.5亿m3。

    ②“九七”分水方案。为提高分水方案的可操作性,1997年水利部以“九二”分水方案为基础,对不同来水情况下的水量进行了分配,提出了莺落峡—正义峡水量分配方案,经国务院审批,由水利部转发甘肃省和内蒙古自治区人民政府执行。

    ③2001年国务院批复《黑河流域近期治理规划》,明确要求“流域内各省(自治区)实行区域用水总量控制行政首长负责制,各级人民政府按照黄河水利委员会黑河流域管理局制定的年度分水计划,负责各自辖区的用配水管理”。2009年水利部下发《黑河干流水量调度管理办法》,按照年度水量调度方案、月水量调度方案和实时调度指令相结合的方式开展水量调度。1999—2019年莺落峡断面年平均下泄水量达19.0亿m3。

    2005年以来,黑河尾闾东居延海水域面积长年保持在40km2左右,以草地、胡杨林和灌木林为主的绿洲面积增加超200km2。

    四、结论

    河湖生态环境复苏是维护河湖健康生命的重要手段,是实现人水和谐共生的必要举措,也是推动新阶段水利高质量发展的重要途径。干旱内陆河流域生态本底脆弱,水文循环过程独特,水资源量匮乏,且被过度开发利用,是河湖生态环境复苏的重点难点地区。

    河湖生态环境复苏应以维持河湖功能永续利用、实现人水和谐共生为目标,以生态水利为指导思想,兼顾减碳理念,遵循综合性、协调性、自然性、经济性等原则。干旱内陆河流域河湖生态环境现阶段存在复合系统关系不协调、水资源集约利用水平低、调度运行科学体系不完善等问题。通过剖析国内外河湖生态环境复苏典型案例,围绕河湖生态空间优化布局、生态需水保障、生物栖息地保护与修复、水质改善与维护、监测与制度建设五大途径,提出了干旱内陆河流域河湖生态环境复苏的关键技术措施。

    此外,新时期开展河湖生态环境复苏还应基于智慧水利总体框架,强化科技支撑作用,充分利用卫星遥感、无人机、视频监控等各类手段,夯实“生态环境数据底座”;将数字孪生、虚拟现实、3DGIS+BIM、大数据、物联网等新理念和新技术应用到河湖生态保护与治理工作中,建立河湖生态多维空间数字孪生体,形成信息感知迅速、资料公开共享、技术安全经济、管理长期有效的河湖生态环境智慧复苏模式。


    来源/《中国水利》2022年第7期

    作者/邓铭江(中国工程院院士)

    责编/王慧

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