面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

首頁 > 訪談·視點

陳怡平:統籌構建黃河流域生態系統新格局

2020-08-18 中國科學報
【字體:

語音播報

  黃河是中華民族的母親河,黃河流域是中華文明的重要發祥地,也是我國重要的生態屏障區域。2019年9月18日,習近平總書記在鄭州主持召開黃河流域生態環境保護和高質量發展座談會并發表了重要講話,為黃河生態環境保護與高質量發展導航定位。習近平總書記指出:“著力加強生態保護治理、保障黃河長治久安、促進全流域高質量發展、改善人民群眾生活、保護傳承弘揚黃河文化,讓黃河成為造福人民的幸福河?!?/p>

  黃河水沙關系是黃河流域生態環境保護與高質量發展的“牛鼻子”。近年來,在自然和人為因素耦合影響下,黃河徑流和泥沙量急劇減少,水沙關系不協調的頑疾依然存在;下游河口濕地連通阻斷,濕地萎縮,近30年濕地減少約500平方公里,導致河口三角洲生態系統退化,鹽漬化加劇。尤其是黃河上游甘肅段生態環境脆弱性沒有得到根本遏制;上游寧夏內蒙古段河床不斷抬升,尤其是內蒙古段,局部河段演變為懸河,最大高差已達4米,洪凌威脅逐漸加??;中游黃土高原生態格局不合理,生態建設與經濟社會沒有耦合發展。為此,建議統籌構建黃河流域生態系統新格局,促進流域高質量發展,改善人民群眾生活,讓黃河成為造福人民的幸福河。

  一、提升黃河甘肅段的生態屏障功能

  1.甘肅段生態環境現狀與問題

  黃河流經青海、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西等干旱半干旱地區,生態環境脆弱。水是制約該區域經濟社會發展、生態建設的限制性生態因子,尤其是甘肅省。甘肅是維護國家生態安全的重要屏障區域,是民族團結的橋梁紐帶,也是絲綢之路的咽喉。自1999年國家實施退耕還林草工程以來,黃河流域甘肅段累計完成退耕還林草面積約2845萬畝,有效改善了生態環境。據《甘肅省2017年統計年鑒》分析,2017年為1961年以來甘肅沙塵暴天氣最少年份,農業受災和成災面積分別較2000年下降了75%和82%。但是,甘肅黃河流域地域廣闊、自然條件嚴酷,退耕還林草工程取得的成就主要集中在條件較好的隴東地區(如慶陽植被高度提升了10個百分點),河西走廊生態環境保護依然任重道遠。

  黃河甘肅段地處干旱半干旱交匯區域,年平均降水量318毫米,蒸發量2084毫米。嚴酷的自然地理條件對氣候變暖響應敏感,近60年來氣溫呈現上升趨勢,平均氣溫以0.25℃/10年的速率增加,尤其是20世紀90年代后期增溫速率明顯加快?;诼摵蠂g氣候變化專門委員會(IPCC)氣候情景,預計未來 20 年黃河源區平均氣溫升高 0.85℃~0.91℃。受氣候變化和人類活動影響,黃河甘肅段草場沙化、水土流失日趨嚴重,湖泊、沼澤等濕地也日益萎縮,如瑪曲沙化面積約4萬平方公里?,敹喽?、瑪曲段沙漠—河流交織,共和盆地龍羊峽水庫西側有長達70多公里的流沙集中區,在強勁的西風和西北風吹襲下,黃河甘肅段每年輸入黃河的泥沙約4.9億噸,而這些泥沙幾乎全部淤積寧夏內蒙古河段,對寧夏內蒙古河段周邊人民群眾生命和財產安全造成極大威脅。因此,甘肅段生態屏障功能必須提升,以遏制巴丹吉林和騰格里沙漠“握手”和寧夏內蒙古地上懸河繼續抬升。

  2.全域水資源現狀與問題

  根據研究報道,1331至1949年,黃河徑流基本只受自然條件影響,這一時期黃河蘭州段年徑流量在225億~445億立方米,基準流量約為356億立方米;中游三門峽段年徑流在369億~716億立方米,基準流量約為547億立方米;下游花園口段的年徑流量約為441億~801億立方米,基準流量約為611億立方米。自上世紀50年代以來,黃河徑流量持續下降,尤其是2000年之后。1987年黃河蘭州段、三門峽段和花園口段徑流量基本處于正常閾值的下線,為此,黃委會制定了八七分水方案,核定了沿黃各省區用水指標,旨在節約黃河水資源,維護黃河流域健康運行。但是近15年來黃河流域各省區用水量持續增加,甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河南、山東平均用水量分別超出分配定額約46%、86%、71%、65%、4%、26% 和24%。

  3.對策建議

  從黃河水資源現狀和流域各省區用水量綜合考慮,增加黃河流域各省區水資源分配指標似乎不太現實。目前黃河蘭州段徑流量低于基準值約100億立方米,上中游各省區生態文明建設、工農業生產用水、居民生活用水對黃河水資源需求量日益增長,現有水資源難以滿足需要;其次,在氣候變化和人類活動的雙重影響下,黃河源區水源涵養能力及流域自產水量不會大幅提高,即便全域節水,在全球水資源短缺的大背景下,未來黃河流域水資源緊缺的趨勢依然不會得到有效改善。因此,黃河上游水源補給勢在必行,補給水量應該不少于100億立方米。

  秦昭王末年(約公元前256—前251) ,蜀郡太守李冰父子在前人鱉靈開鑿的基礎上組織修建的大型水利工程都江堰,兩千多年來一直發揮著防洪灌溉的作用,至今灌區已達30余縣市,使成都平原成為沃野千里的“天府之國”。在上游補水不少于100億立方米的前提條件下,建議國家在黃河蘭州段開鑿一條新河道,與現有河道形成“弧弦雙流”格局,以潤澤隴原大地,提升甘肅生態屏障功能,為東部地區高質量發展筑牢生態安全屏障。

  蘭州河口鎮至靖遠石林呈弧形,從蘭州河口(海拔1560米)至白銀靖遠石林(海拔1347米)直線長(弦長)約113公里,坡度約為2‰。從河口鎮至石林開鑿一條人工河流(圖1),讓河水自上而下,與蘭州段老河道形成“弧弦雙流”格局。局部地區(五角星線部分)可利用風能、太陽能進行動力揚程,一方面可改善蘭州周邊5000平方公里的生態環境,減少泥沙入黃,緩解寧夏內蒙古段河床抬升的速率,另一方面可以減少調水后上游徑流量增大對蘭州市區的威脅,維護黃河蘭州段安瀾。

  二、遏制黃河寧夏內蒙古段河床抬升

  黃河流經鄭州邙山后進入平原區,落差驟然變小,流速緩慢,在過去幾百年時間里入黃泥沙不斷在下游河床淤積,致使黃河開封段河床以每年10厘米的速度抬升,日積月累,形成著名的地上河。距開封市北10千米處的河床已高出開封市區地平面7~8米,最高處高達10米以上,開封懸河時刻威脅著人民的生命與財產安全。

  1.黃河寧夏內蒙古段正在重蹈開封覆轍

  黃河上游寧夏內蒙古段在過去三十年里河床持續抬升,局部河段演變為地上懸河,最高落差達4米,洪凌威脅日益加劇??蒲腥藛T將這一現象歸結為劉家峽、龍羊峽、青銅峽等水庫聯合使用帶來的不良后果。研究報道黃河上游龍羊峽、劉家峽和青銅峽三大水庫修建之前, 寧夏內蒙古河段的泥沙淤積量相對較少;自20世紀80年代中期上游的水庫群聯合使用之后,寧夏內蒙古河段的天然徑流量開始大幅度下降,如內蒙古段徑流量從1986年前的每秒3500~4000立方米降至每秒1500立方米,局部河段甚至每秒不足1000立方米。徑流量減少導致水沙關系失調,寧夏內蒙古河段泥沙嚴重淤積,除水庫以外,內蒙古段淤積泥沙約占黃河干流河道淤積總量的45 %。

  2.抬升帶來的潛在危害

  寧夏內蒙古河段兩岸是我國西北地區社會經濟發展規模較大、灌溉農業發展較好的區域之一,涉及耕地78.33萬公頃、養育人口356萬,寧夏平原和河套平原75%以上的糧食產量和90%以上的工業產值均來源于黃河左岸的引黃灌區,因此,黃河寧夏內蒙古段的防凌安全直接關系到該區域社會經濟的可持續發展和國家糧食安全。由于黃河入寧后特殊的流向與水文氣象條件, 決定了黃河寧夏內蒙古河段解凍開河時間為先上后下,封凍時間為先下后上,封凍期與解凍期形成低流量高水位現象,從而造成嚴重的冰情災害。例如,1988年12月磴口縣糧臺鄉段、1990年2月達拉特旗大樹灣段、1993年2月烏前旗金星鄉白土圪卜段、1996年3月的烏海市黃柏茨灣段、2001年12月的烏達鐵路橋段、2003 年9月的毛不浪孔兌段、2008年3月的杭錦旗獨貴特拉奎素段、2015年12月的清水河縣喇嘛灣段發生較大凌汛災害。

  河道的沖淤平衡是河道健康的重要指標之一,泥沙淤積,抬高河床,不利于汛期排洪,洪災風險加大,進而威脅到兩岸灌區農業生產和人民財產安全。同時,高泥沙水對水利設施(如電站內水輪機、泵站水泵)等造成破壞,降低了水利機械生產效率和使用壽命,增加了檢修工作量和費用投入。

  3.對策建議

  黃河從景泰縣五佛川地邊緣穿越黑山峽谷進入寧夏平原。黑山峽全長約71公里,始于甘肅省靖遠大廟村,終于中衛市小灣村,因山體錳等元素含量較高,呈現青黑色而得名。大多數水利專家認為黑山峽是黃河上游唯一可以修建高壩水庫的峽谷河段。為此,1955年7月,全國人大一屆二次會議審議通過《黃河綜合利用規劃技術經濟報告》,擬在距峽谷進口21公里的甘肅景泰縣境內的小觀音修建高壩水庫,在其下游約48公里處的大柳樹建設低壩水庫。1958年經過水利專家勘察后,發現在寧夏大柳樹建設一級高壩大庫,更有利于發揮河段工程的綜合效能,因此,提出在寧夏大柳樹建設一級高壩的方案。但是,因利益沖突導致樞紐電站被擱置半個多世紀。

  物質世界的萬事萬物都具有兩面性,利弊兼有,絕無百利而無一害之事。黑山峽水庫從整體利益而言,利大于弊,但是從局部利益考慮,寧夏絕對受益,而甘肅景泰縣則面臨著移民、幾十公里川地被淹沒的問題。從黃河小浪底水庫調水調沙效果來看,為確保黃河寧夏內蒙古段的安瀾,協調水沙關系,防凌防洪、發展干旱農業、促進上游生態環境保護與黃河高質量發展,改變西北脆弱生態環境,黑山峽水庫建設勢在必行。但是,黑山峽水庫給景泰縣帶來的潛在風險必須科學評估,合理補償。

圖1.有蘭州人工河流示意圖

  三、優化黃土高原生態格局

  黃土高原總面積約64萬平方公里,是中華民族古代黃土高原文明的發祥地之一。第四紀以來,在地殼運動、風化作用、降雨侵蝕、流水侵蝕等內外力相互作用下,形成支離破碎、千溝萬壑的獨特地貌景觀。黃土高原屬典型的溫帶大陸季風氣候,降水年際變化大,季節分配不均,年降水量150~750毫米,多集中于7~9月這三個月,且以暴雨為主。易于侵蝕的黃土、長期不合理的人為擾動,加之千溝萬壑的特殊地貌,導致黃土高原成為世界上水土流失最為嚴重的區域之一。經歷了70多年的科學治理,尤其近20年來,黃土高原水土流失治理取得了顯著效果。

  1.植被蓋度大幅增加

  從1999年開始,我國實施了世界上規模最大的退耕還林草工程,在2000~2015年期間,黃土高原共完成退耕還林工程建設任務581.12萬公頃,其中退耕還林215.07萬公頃、荒山造林328.65萬公頃、封山育林37.5萬公頃。黃土高原植被蓋度由1999年的31.6% 提高到2017年的65%,尤其是延安地區,2017年植被覆蓋度達到81%,森林覆蓋率達到46%,有效遏制了水土流失。

  2.泥沙急劇減少

  黃河從內蒙古一路南下,穿越晉陜大峽谷(圖2),將黃土高原劈成兩半。20世紀50至70年代末期黃土高原每年向黃河輸沙16億噸,梯田、淤地壩、退耕還林草等措施在控制水土流失方面發揮了重要作用。有研究表明,黃土高原淤地壩可減少約52%的徑流泥沙,淤地壩每年減少進入黃河的泥沙達到300萬~500萬噸。水平梯田可減少約70%地表徑流,梯田每年減少約350萬~550萬噸入黃泥沙。經過70多年的艱辛治理,黃土高原林草覆被率由20世紀80年代總體不到20%增加至2017年65%,黃土高原地區土壤侵蝕面積與強度顯著減少。2018年水土保持公報顯示,水土流失面積已減小至21.37萬平方公里,比2011年第一次水利普查結果減少2.15萬平方公里,減幅9.13%。黃土高原侵蝕產沙強度由1956~1979年的7013t/(km2·a)減少到21世紀的1598t/(km2·a)。目前黃河輸沙量已降低至2億噸左右,黃河輸沙量的顯著下降,減緩了下游河床淤積抬高的速度。

  圖2.黃河晉陜大峽谷

  3.對策建議

  黃土高原支離破碎的地貌特征決定了其生態的脆弱性和治理的艱巨性,取得顯著成績的同時,局部地區生態環境依舊脆弱,水沙關系依然不協調,生態與經濟社會發展依然雙軌運行,只見綠水青山,不見金山銀山,黃土高原依然是精準扶貧的關鍵區域。如何實現生態效益、經濟效益和社會效益三者有機耦合是未來亟須解決的問題。為此,提出如下三點建議,旨在推進生態建設與鄉村振興有機結合,助力黃河流域高質量發展。

圖3.延安市安塞區高橋鎮南溝村人工湖

 ?。?)實施千湖百池生態工程

  黃土高原降雨主要集中在7~9月份,極端降雨會產生劇烈土壤侵蝕,導致嚴重水土流失。董志塬地處黃土高原中心,塬面積2260平方千米,是中國優質蘋果適生區和隴東糧倉。董志塬年平均降雨量550毫米,上世紀80年代,地勢平坦的董志塬輸入黃河的泥沙每年高達1.684億噸,占黃河流域入黃泥沙的十分之一。黃土塬區長期抽提地下水導致黃土高原地下水補給嚴重不足,地下水位持續下降,長此以往將帶來嚴重生態災難,嚴重影響區域經濟社會可持續發展。例如,洛川塬水資源主要依賴地表水、地下水和天然降水。多年平均降雨量622毫米, 蒸發總量高達98618萬立方米,占年降水量的87%, 地下水補給嚴重不足。洛川人均占有水資源量約為326立方米, 畝均水資源占有量約為25立方米, 水資源極度貧乏。此外,以往的小流域治理對洪澇缺乏科學運算,遇強降雨時垮壩事故時有發生。例如,2013年7月26日在延安發生特大水災,多處水壩被沖垮;2017年7月25~26日榆林綏德發生特大強降雨,岔巴溝水庫被沖垮,造成巨大災難。

  為此,建議在黃土高原實施千湖百池生態工程(也可稱之海綿農村),將降雨就地攔截儲存,一則補充地下水資源,二則可以為農業灌溉提供足夠水資源。湖池工程設計以水文學、土壤侵蝕學、侵蝕地貌學為基本理論指導,結合地理信息系統(GIS)中數字地形分析及情景分析等相關方法,對黃土高原洪峰量、溝道農業需水量與流域產流當量關系進行研究。同時,要結合歷史文獻學資料,在系統論思想指導下,科學設計湖池數量,洪峰期可以蓄水、減少水災,遇極度干旱年份可以滿足農田灌溉水量。例如,延安安塞區南溝村以水定湖池,根據流域面積設計100年一遇的三個連體的、不同容量的湖池,溝道上游人工湖容量飽和后,水通過自溢流向下一個湖里,當二級湖池水量飽和,自溢流向下游三級湖,既減少了洪澇災害,也滿足了平時山頂農田的灌溉和生態用水(圖3)。同時,可以補給地下水,維護水資源動態平衡。

 ?。?)構建丘陵溝壑區三元景觀

  占黃土高原總耕地面積約80%的坡耕地是黃土高原“跑水、跑土、跑肥”的“三跑”地。有研究表明,坡耕地每年流失表土1厘米以上,土壤流失速度比土壤形成速度快120~400倍。為此,20世紀50年代至60年代中期,黃土高原丘陵溝壑區的坡面治理主要是在山體上開挖梯田,以減少土壤侵蝕,兼顧增加土地面積和糧食產量。根據各地水保實驗觀測數據分析,坡耕地改梯田后可攔蓄約70%的徑流量,保土效率約為90%,土壤水分增加約4%~12%,土壤有機質含量增加約1倍,全氮含量增加約2.5倍,有效磷含量增加約1倍。但是,水土流失問題沒有得到有效遏制。

  新中國成立后的淤地壩建設在黃土高原水土保持、攔蓄泥沙、防洪抗旱、增產保收方面發揮了重要作用。截至2015年,黃土高原7個省區239個縣累計建設淤地壩5.92萬座。但是至2000年,入黃泥沙依然保持在5億噸左右。1999年以后的退耕還林草工程對黃土高原水土流失治理起到顯著成效。至2017年植被蓋度達65%,入黃泥沙減少至2億噸左右,但是從鄉村振興戰略角度評估退耕還林草,這一工程仍有待完善與提升。退耕還林草工程實施初期,為了鼓勵25度以上坡面進行退耕還林還草,國家給予糧食補貼和經濟補貼,退耕還林還草主要以生態治理為核心,山上退耕還林還草主要以楊樹和洋槐等速生物種為主要建群種,讓黃土高原盡快綠起來,沒有考慮經濟和社會效益。而且,洋槐等速生物種過量消耗黃土高原有限的水分,導致黃土高原“土壤干層”面積逐步擴大。

  綜合考慮梯田、淤地壩和退耕還林草成績與問題,后退耕還林草時代,丘陵溝壑區應該構建三元景觀模式,實現生態效益、經濟效益和社會效益耦合發展,把綠水青山變成金山銀山:① 山頂陽光充足,適宜削峁建盆地(邊沿稍高,中心稍低,有利于降水就地入滲果園),發展果業,增加經濟收入,實現生態與經濟雙贏效果。②山腰進行植被建設。根據植物學原理,草本植物主要為須根系,根系數量多,扎根相對較淺,而喬灌木主要為直根系,根系少,但是往往扎根較深。因此,山腰以種草為主、灌木為輔,草本植物根系多,相互之間盤根錯節,形成網狀結構,有利于減少水土流失。③ 山下科學建設湖池,一則滿足山上集約農業滴灌水資源需求,二則可以補給地下水水源,從而形成三元景觀結構。

 ?。?)變綠水青山為金山銀山

  農業是國家發展的基礎,也是其他產業的支柱,農村的繁榮與穩定關乎全面小康社會的成敗。我國耕地面積人均僅有1.2畝,僅為美國人均耕地的10%、法國的28.5%、世界人均耕地的32%。我國過去10年糧食持續增加除科技進步因素外,很大程度上是過量使用化肥帶來的效益,但是過量使用化肥導致了土壤酸化以及農業面源污染。因此,農業內部不平衡不充分的問題十分突出,農業生產與農業生態功能不平衡,施肥與農業環境需求不平衡,農業化肥不能充分利用,生態功能不能充分發揮。高投入、高消費、高污染的現代工業化農業生產方式解決了人民對糧食數量的基本需求,但是新的矛盾重新產生,人民對健康綠色食品的需求日益增長。黃土高原光熱條件好,只要解決滴灌問題,發展果業可以緩解我國糧食生產壓力。2020年肆虐全球的新冠肺炎疫情改變了世界發展的格局,后疫情時代國家糧食安全理應受到更多重視。因此,從鄉村振興和維護國家糧食安全角度考慮,后退耕還林草時代,建議循序漸進優化黃土高原植被結構,把刺槐林、楊樹林等高耗水植被逐步替換為既有經濟社會效益又有生態效益的經濟林,為食物安全提供保障。同時,探索林下經濟(如藥材等),促進生態、資源環境與經濟社會耦合發展,把綠水青山變成金山銀山,走出一條綠色高質量發展道路。

  生態文明是指人類在適應自然、利用自然和改造自然過程中遵循生態平衡這一自然法則,對自然資源取之有度、用之有節,達到人、自然、社會、經濟和諧發展的狀態。在生態文明的框架下,構建黃河流域生態系統新格局是黃河流域生態環境保護的有效措施。

 ?。愨?,中國科學院地球環境研究所研究員、博士研究生導師)

打印 責任編輯:侯茜
  • 白春禮 | 完善科技創新人才發現培養激勵機制

掃一掃在手機打開當前頁

© 1996 - 中國科學院 版權所有 京ICP備05002857號 京公網安備110402500047號

地址:北京市三里河路52號 郵編:100864

電話: 86 10 68597114(總機) 86 10 68597289(值班室)

編輯部郵箱:casweb@cashq.ac.cn

  • 彩票大厅