黃河水資源保護科研進展與方向

張建軍 余真真 閆 莉

(黃河水資源保護科學研究院， 河南 鄭州 450004)

黃河水資源保護科研進展與方向

張建軍 余真真 閆 莉

(黃河水資源保護科學研究院， 河南 鄭州 450004)

本文總結了黃河水資源保護40年科研進展，分析了水資源保護面臨的形勢，識別了水資源保護急需解決的關鍵問題，提出了未來黃河水資源保護在生態環境監測與評價技術、生態環境系統演變規律與水資源作用機理、生態環境水量配置與調控管理、突發性水污染事件應急調度、水環境承載能力預警、重要生態水域保護與修復等主要研究方向和課題。

黃河； 水資源保護； 科研

1 黃河水資源保護科研進展

黃河流域水資源匱乏，現狀水資源供需矛盾突出。近年來，黃河干流及主要支流水功能區水質達標率不足50%，突發性水污染事件頻發，生產用水嚴重擠占河道內生態環境用水，黃河河道和河口濕地萎縮，水生環境破壞，水源涵養、生物多樣性等生態功能下降，嚴重威脅著黃河供水安全和河流健康[1]。

40年來黃河水資源保護科研重點圍繞多泥沙河流水質監測技術、污染物遷移轉化規律、水環境承載能力、水生態保護與修復、水資源保護綜合管理等方面開展了大量基礎和應用技術研究。

1.1 多沙河流水質監測技術

為加強水環境監測相關規范對黃河泥沙的適用性，重點以與泥沙關系密切的重金屬、砷、高錳酸鹽指數和氮等項目，開展了黃河水樣保存技術與前處理方法分析，研究了化學需氧量、汞、硒、氨氮、有毒有機物等因子監測技術，開展了多泥沙水體苯系物、氯苯類、揮發性鹵代烴監測的吹掃捕集方法研究，利用半被動采樣膜技術SPMD探索了黃河水體中多環芳烴、壬基酚等微量典型有毒有機污染物的監測技術方法[2]，制定了《多泥沙河流水環境樣品采集及預處理技術規程》，編制了統一規范《黃河水環境監測實施細則》。引進國際先進的自動監測站技術和設備，研發多種適用于多泥沙河流水質自動監測的關鍵設備，解決了多泥沙河流水質自動監測的泥沙前處理等技術難點,在黃河花園口、潼關等斷面建成我國多泥沙河流水質自動監測站，并出臺《黃河水質自動監測站建設技術導則》。引進與改良WinLIMS軟件，建立了黃河規范標準、科學先進、優化簡捷的實驗室控制管理體系。

1.2 污染物遷移轉化規律及水環境模擬技術

黃河水體中細顆粒泥沙對水質的影響是黃河污染物遷移轉化規律區別于其他清水河流的主要原因。通過對清、渾水及不同含沙量下黃河水體COD、氨氮、重金屬測定值的影響實驗研究，揭示了黃河水體中重金屬、COD等主要污染物與泥沙粒徑、含沙量及水溫等環境要素的關系[3]。通過歷次開展的黃河流域入河排污口調查，基本掌握了黃河入河排污口分布及主要污染物入河狀況，并在流域水污染各類危害的價值量化、量化模式參數的確定等方面進行了探索。針對有毒有機物，在黃河蘭州和花園口河段開展了多環芳烴、壬基酚等污染物在水相、泥沙、沉積物中的分布狀態、分配特征與轉化機理研究[2]，系統開展了小浪底水庫污染物分布規律研究，初步構建了小浪底水庫立面二維模型[4]。此外，系統分析了黃河突發性水污染事件特征，開展了黃河干流孟津——花園口段有機污染物的自凈能力研究，在黃河中下游以柴油、硝基苯等特征污染物為對象開展了室內自凈降解試驗、原型黃河縱向擴散系數試驗研究[5]，對黃河中下游重點河段的水沙動力學、計算邊界條件、污染物遷移轉化及建模概化技術等進行了研究，構建了黃河龍門以下河段不確定性水質模型、基于水動力學的一維水質模型，初步研發完成黃河龍門以下河段水質預警預報系統，實現了河流污染水團的動態演進、濃度演變和污染過程的預報，可用于黃河突發性水污染事件、日常水量調度狀況下河流大尺度污染物的預警和預報。

1.3 水環境承載能力及水污染控制

早期以黃河中下游河段為重點，開展了黃河流域水資源質量調查與評價，探索了黃河流域能源化工有色金屬工業、蟒河入黃等對黃河水質影響[6]。2002年后，開展了黃河重點河段水功能區劃及入河污染物總量控制研究[7]，研究了黃河干流和主要支流水功能區劃，提出了黃河納污能力核定和入河污染物控制原則、方法等。探索了黃河重點水功能區水環境承載水平及協控能力[8]，多環芳烴、壬基酚等有毒有機物在黃河蘭州段的承納水平，及黃河流域面源污染調查估算及對水質的影響[2]。根據黃河水量調度需要，研究提出了2003年旱情緊急情況下黃河干流龍門以下河段入河污染物總量限排預案、2003—2004年引黃濟津期黃河水污染控制預案。結合黃河流域水資源綜合規劃、黃河流域綜合規劃等，系統提出了黃河流域水功能區劃分方案、納污能力核定及入河污染物總量控制方案成果，并開展黃河入河排污口布局關鍵技術研究，提出了黃河入河排污口布設區域的劃分方法和方案。

1.4 生態環境水量及水生態保護與修復

“九五”后逐步開展了黃河生態環境水量和水生態保護與修復方面的研究。依托“九五”“十一五”國家重點科技攻關、水利部公益性科研專項等項目，清晰地界定了黃河生態環境需水量的概念及內涵，識別確定了黃河水生態系統主要保護目標，探索性地建立了黃河重點河段代表物種棲息地適宜度模型，利用生態水文學等方法對黃河自凈水量、河流生態水量進行了研究，提出了黃河及主要支流重要水文斷面的環境流量。在中荷雙邊合作的黃河口環境需水研究項目中，深入研究了基于生態水文學的河口濕地生態維護、修復的需水機理和過程，選用景觀生態學原理和方法對黃河河口關鍵物種棲息地的生境生態需水進行了研究等。近幾年，陸續開展了黃河調水調沙的河口生態效應、黃河河湖健康評價等研究，系統地調查評價了黃河下游生態環境健康狀況，分析了黃河三角洲多年生態環境、濕地景觀格局變化及與黃河水沙之間的關系。此外，隨著流域經濟社會發展對生態脅迫的加大，重點對湟水、伊洛河、洮河、沁河等主要支流水生態保護與修復總體布局進行了探討，形成了西北地區典型河流水生態保護與修復工作的技術思路和方法體系，建立了水生態保護與修復的工程與非工程措施。

1.5 水資源保護綜合管理

隨著黃河水資源保護“實現從過去以水質監測為主向以監督管理為主的轉變”，近10年在探索黃河水資源保護綜合管理方面開展了大量實踐與探索。系統地進行了河流納污能力使用權制度[9]建立的理論、法律和政策分析，初步建立起制度的理論框架，進行了黃河流域河流納污能力使用權制度的設計。開展了黃河流域省界緩沖區、重要水功能區監管考核指標體系[10][11]研究，設計監管考核總體方案，建立考核指標體系，制訂監管考核的流程，最后提出了監管考核方法和程序。

2 面臨的形勢及科研需求分析

未來，隨著《黃河流域綜合規劃》的實施，黃河上游梯級開發將逐步深入，水沙調控體系與水資源合理配置和高效利用體系將不斷完善，隨著能源基地的建設開發，黃河人工化程度將進一步加大、人工調控化將進一步加劇，流域水資源與泥沙時空分布將進一步發生改變，水污染潛在風險進一步加大，流域水環境污染加重、生態環境質量總體下降的問題將難以短期解決，黃河治理開發與河流生態保護之間的矛盾將在一定時期內長期存在。近期，隨著國家“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”治水新思路、實施最嚴格水資源管理制度等總體要求的提出，黃河水資源與水生態保護工作將面臨更大的嚴峻挑戰。

黃河治理開發與保護將維持黃河健康生命、謀求黃河長治久安、支撐流域經濟社會可持續發展作為黃河治理開發與保護的長遠目標，協調黃河治理開發與生態環境保護的關系是黃河綜合治理的重要任務。黃河水資源與水生態保護基礎薄弱，生態環境保護問題復雜，今后黃河水資源與水生態保護將圍繞水功能區水質目標實現、水生態功能恢復的總體目標，針對水質、水生態存在的主要問題，重點就水資源與水生態演變規律、減少和控制流域污染物入河量、保障河流生態環境用水及環境流量管理、加強流域水資源保護監測體系建設、水生態保護與修復等各種措施手段開展基礎和應用技術研究，減緩各類經濟社會活動對黃河生態環境的影響，保護和恢復黃河生態系統功能。

3 水資源保護科研發展方向及重點

3.1 黃河生態與環境監測及評價技術

黃河生態與環境監測及評價技術是黃河水資源保護的重要基礎工作，在黃河生態與環境監測方面，將重點開展水源地有毒有機物監測技術、典型污染物源解析、有毒有機物在黃河水環境中的遷移轉化規律及環境歸趨、風險識別、風險評價體系建立、水源地優先控制污染物研究。多泥沙河流水生生物監測技術，黃河典型河段水生生物監測與評價指標篩選，水生態數據庫管理信息系統，生物監測評價指標體系建立、試點應用。

此外，流域地下水調查評價，主要污染物源解析，典型區域主要污染物在地下水中的遷移，地下水污染的修復技術以及試點應用也是地下水保護工作的重點。

發揮遙感技術，不斷提高在遙感信息的獲取、圖像預處理及解譯，遙感數據與主要污染物定量關系，遙感技術在入河排污口、水庫富營養化、突發性水污染等監測中的試點應用。

3.2 黃河生態環境系統演變規律與水資源作用機理

為探究黃河生態環境系統演變規律與水資源作用的復雜關系，將開展黃河河道、河口生態系統格局結構、黃河重要生態目標功能與生態價值評估，近30年黃河水生態及水環境演變規律及發展趨勢研究，黃河水利水電工程、人類活動等對生態環境影響及變化成因分析。同時需建立黃河生態健康評價指標體系，對黃河重要河湖水生態動態變化評估，分析重要生態保護目標所需的水力學條件和水文過程及生物、信息流連續性需求，研究水生生境、河道生物種群與水資源作用機理，構建黃河河道、河口等重要保護區域水生態棲息地模型，提出與黃河水資源條件相適應的生態布局、規模及適宜性保護對策。

3.3 黃河生態環境水量配置與調控管理

科學配置黃河水量，并加強調控管理是保護流域生態環境的需求，在黃河生態環境水量配置方面將開展黃河重點河段生物繁衍與河川徑流及其季節變化響應規律研究，黃河生態系統需水和需水規律研究，基于河流生態系統保護和修復的黃河水資源生態配置方案，與黃河水資源及流域社會經濟用水的協調性分析。

另外，黃河生態環境水量調控管理將開展基于水庫優化調度的黃河生態需水調控情景模型及適應性管理技術研究，對水庫群聯合生態調度系統進行仿真模擬，構建生態水量調控方案的效果監測體系。建立生態調度效應評估技術及反饋機制，基于水庫優化調度的黃河生態需水調控及監測管理技術方案。提出關鍵生態目標或生態單元的水資源配置綜合對策措施，兼顧生態保護的水庫聯合調度示范。

3.4 黃河突發性水污染事件應急調度

黃河流域突發性水污染事件，嚴重影響了黃河供水安全，給流域內外經濟社會發展造成巨大損失，直接影響社會的穩定與可持續發展。針對黃河突發性水污染事件應急調度，將開展黃河重點危險污染源識別及風險評價，建立危險源數據庫，研究蘭州、寧蒙、龍三、花園口河段不同類別污染物在黃河水體——懸浮泥沙——底泥之間遷移轉化機理，污染物自凈降解機制及縱向、橫向擴散規律等，構建主要水庫水質模型庫和參數庫，對河段水動力及水文學模塊開展參數選取和率定，建立黃河水質預警預報系統。另外，還將研究突發性水污染事件應急處置效應，具體為：水庫、水庫群和多種水源工程調度作用范圍、作用程度分析。

3.5 黃河水環境承載能力預警

黃河水資源在滿足經濟社會發展的同時，又作為載體，接納所產生的廢污水，其水環境承載能力是有限的，黃河水環境承載能力預警是今后研究的重點方向，研究將開展重點區域經濟社會發展與黃河水環境和水生態演變關系分析，具體包括區域水資源——經濟發展——水環境承載能力關系，尤其重點研究節水減污可控水平，分析分區域水安全要求與能源戰略布局協調、流域能源基地建設對生態環境的影響、重點區域水權轉換生態風險評估、流域水資源與水環境相互作用下的復合承載力和協調控制機制建立。

此外，為研究黃河水環境承載能力預警還需確立黃河水環境承載能力優化配置模型及評價指標體系，提出基于生態環境安全的流域經濟發展和水資源持續利用調控模式，水安全、生態安全保護與修復對策措施，產業發展格局生態調控策略建議。建立黃河流域典型能源重化工基地水資源保護試點，探索黃河流域工業園區水資源保護管理模式、制度。

3.6 黃河重要生態水域生態保護與修復

針對黃河重要生態水域開展保護與修復是今后水資源保護工作的內容之一，為今后更加有序、有效地進行水資源保護工作，將開展黃河水沙調控體系對生境影響研究，提出黃河水生態與水環境保護分區分類適應性措施，構建黃河水生態與水環境保護及修復工程布局，總結黃河水生態水環境修復效果評估技術方法，建立黃河河口等重要水域生態保護與修復試點。

其中，黃河河口生態保護與修復試點開展的研究包括：黃河河口三角洲濕地演變規律、天然淡水濕地需水過程和需水規律分析，提出不同規模濕地生態需水指標及黃河口濕地生態恢復水量，分析水沙調控體系對黃河河口三角洲生態環境的影響，并開展河口生態環境演變趨勢預測，最終提出河口三角洲生態修復技術、方案及示范。

4 結 語

通過持續研究，揭示黃河生態環境系統演變規律，探討生態環境與水資源作用機理，建立黃河河道內、河道外生態環境需水指標體系，提出生態環境水量配置方案與調控模式，搭建黃河水環境承載能力優化配置模型，構建黃河突發性水污染事件應急調度決策支持與應急會商平臺，預測黃河水沙調控體系對河流生態環境影響、流域能源化工基地對生態環境影響等，提出黃河重要生態保護單元生態保護與修復方案。研究成果將為新形勢下可持續水利事業的發展、維持黃河流域生態文明及河流健康生命提供宏觀決策支持。

[1] 水利部黃河水利委員會.黃河流域綜合規劃(2012—2030年)[M].鄭州：黃河水利出版社，2013.

[2] 南開大學環境科學與工程學院,等.黃河蘭州段典型污染物遷移轉化特性及承納水平研究[M].北京：化學工業出版社，2006.

[3] 黃河流域水資源保護局.黃河水資源保護科技成果與論文選編[M].鄭州：黃河水利出版社，2005.

[4] 肖翔群,夏潤亮，毛予捷,等.小浪底庫區污染物時空分布規律及出庫水質預測[M].鄭州：黃河水利出版社，2015.

[5] 曾永,張建軍，肖翔群,等.黃河下游水污染應急調度關鍵技術研究[R].鄭州：黃河水資源保護科學研究院，2014.

[6] 黃河流域水資源保護局.黃河水資源保護30年[M].鄭州:黃河水利出版社，2005.

[7] 尚曉成,等.黃河重點河段水功能區劃及入河污染物總量控制方案研究[R].鄭州：黃河流域水資源保護局，2002.

[8] 連煜,黃錦輝，彭勃,等.黃河重點水功能區水環境承載水平及協控能力研究[R].鄭州：黃河流域水資源保護局，2008.

[9] 司毅銘，張學峰，高俊杰,等.黃河流域河流納污能力使用權制度理論研究與應用設計[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[10]司毅銘,張曙光,等.黃河流域省界緩沖區水資源保護監督管理理論研究與實踐[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[11]司毅銘,等.黃河流域重要水功能區監督管理考核指標體系研究[R].鄭州：黃河流域水資源保護局，2011.

Scientific research progress and direction of Yellow River water conservation

ZHANG Jianjun, YU Zhenzhen, YAN Li

(YellowRiverWaterResourcesProtectionResearchInstitute,Zhengzhou450004,China)

In the paper, scientific research progress of Yellow River water conservation for 40 years is summarized. Situation faced by water resources protection is analyzed. Key problems that should be urgently solved in water resources protection are identified. Yellow River water resources protection are proposed in the future in the aspects of ecological environment monitoring and evaluation, ecological environment system evolution law, water resources function mechanism, ecological environment water quantity allocation and regulation management, sudden water pollution incident emergency scheduling, early warning of water environment carrying capacity, important ecological water protection and restoration waters as well as main research direction and topics.

Yellow River; protection of water resources; scientific research

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.002

TV213.4

A

1005-4774(2015)03-0008-05