黃河流域不同區段水資源與水環境特征及生態保護路徑

宋夢林 王園欣 史玉仙

(1.遼寧省河庫管理服務中心(遼寧省水文局)，遼寧 沈陽 110000；2.信陽市水利勘測設計院，河南 信陽 464000；3.華北水利水電大學水資源學院，河南 鄭州 450046)

黃河流域承載著華夏文明的璀璨歷史，為華夏民族的繁衍昌盛作出了突出貢獻，但黃河流域的水患災害也一直困擾著沿途居民，從古至今人們對黃河的治理就不曾停歇。黃河流域生態保護和高質量發展座談會上將黃河流域生態保護與高質量發展作為國家重大戰略之一[1]，這一戰略的提出將黃河的治理保護推向了全新的高度。目前，針對黃河流域的橫向相關研究已經十分全面，涉及水文、地理、環境、文化、經濟等多個層面，但缺乏較為系統的縱向總結和比較，尤其是全流域的分區段梳理討論。因此，本文從水資源、水環境及水生態3個角度對黃河流域進行上、中、下游分區段比較分析，對科學保護黃河流域的生態環境和合理發展高質量的流域尺度經濟社會具有借鑒意義。

1 研究區概況

黃河是我國的第二大河，發源于青藏高原巴顏喀拉山北麓海拔4500m的約古宗列盆地，橫跨青藏高原、內蒙古高原、黃土高原和華北平原4個地貌單元[2]，地勢西高東低。干流河道全長5464km，落差4480m，流域面積79.5萬km2(包括內流區4.2萬km2)，見圖1。黃河上游河段為河源至內蒙古托克托縣河口鎮，干流河道長3472km，流域面積42.8萬km2，匯入較大支流43條，湟水、洮河是上游徑流的主要來源區。中游河段為河口鎮至河南鄭州桃花峪，干流河道長1206km，流域面積34.4萬km2，匯入較大支流30條，渭河是中游徑流、泥沙的主要來源區。下游河段為桃花峪至入?？赱3]，干流河道長786km，流域面積僅2.3萬km2，較大支流只有3條，大汶河為本河段最大支流，由于黃河泥沙量大，下游河段長期淤積形成著名的“地上懸河”，河床高出地表約4～6m[3]。

圖1 黃河流域分區概況

流域內人口分布不均，約70%的人口居住在32%的土地面積上，上游區間人口稀少，中游區間人口數量最多，下游區間人口密度最大。流域內經濟發展低于全國平均水平，流經省份人均GDP約6.02萬元(2020年)，低于同期的全國人均GDP(7.20萬元)。流域內產業結構復雜，上游區間的青藏高原和內蒙古高原是我國主要的畜牧業基地，同時還要兼顧水源涵養區的生態保護，上游偏下的寧蒙河套地區為重要糧食產區；中游區間蘊藏豐富的煤炭、有色金屬等礦產資源，工業基礎雄厚但也伴隨著諸多環境污染問題；下游區間承擔著十分重要的農業灌溉任務，引黃灌區橫跨黃淮海平原。流域涵蓋或途經了西寧、蘭州、銀川、太原、西安、鄭州、濟南7個省會城市，第三產業發展近年來突飛猛進，但其所占比重仍然低于全國平均水平[4]。

2 數據來源與研究方法

本研究中，水文及水資源長序列數據及部分水質數據取自2001—2019年《黃河水資源公報》，黃河流域自然條件及經濟社會狀況由《黃河流域綜合規劃》(2012—2030年)獲得，部分水質數據和水生態數據來源為已經發表的學術研究。文中采用累積距平曲線法[5]進行降水量的趨勢分析，運用水資源模數[6]進行不同分區水資源量的比較分析，采用文獻分析法[7]和比較法歸納不同分區的水生態環境狀況，明晰其異同之處。

3 黃河流域分區特征

3.1 水資源分區特征

3.1.1 降水量

黃河流域降水量呈現由上游到下游、由西北到東南遞增的趨勢。全流域多年平均降水量(1956—2019年)為452.1mm，其中上游為390.4mm，中游為523.7mm，下游為644.7mm，空間差異性十分明顯。對2001—2019年黃河流域降水進行距平和累計距平分析，結果顯示黃河流域降水量在近20年間高于多年平均值的有3年(占16%)，低于多年平均值的有7年(占37%)，接近的有9年(占47%)，枯水年頻次多于豐水年。另外，2011年為突變年份，2001—2010年降水量呈減少趨勢，2011年開始呈增加趨勢。

從黃河上中下游分區角度來看降水距平和累計距平分析結果(見圖2)，黃河上游降水量高于多年平均值的年份占21%，低于多年平均值的占37%，接近的占42%，豐平枯變化相對平穩，2016年以后降水量呈增加趨勢；黃河中游降水量高于、低于以及接近多年平均值的年份分別占32%、42%、26%，豐平枯變化同樣相對平穩，2003年開始降水量呈減少趨勢，2011年之后呈增加趨勢；黃河下游降水量高于、低于以及接近多年平均值的年份分別占37%、53%和10%，豐平枯變化十分劇烈，2003年開始降水量呈增加趨勢，2012年以后呈減少趨勢。

圖2 2001—2019年黃河流域分區段降水距平和降水累計距平結果

3.1.2 水資源量

2001—2019年黃河流域水資源總量與20世紀六七十年代相比有減少趨勢，較20世紀90年代有增多趨勢，總體呈現先減少后增多、整體下降的趨勢，與降水量變化趨勢吻合。水資源總量及其組成所占比重見圖3。

圖3 黃河流域水資源量時空分布情況

由圖3可知，黃河上游水資源總量呈現先減少后增多的趨勢，多年平均水資源總量2001—2019年較1956—1986年減少了8.47%，較1987—2000年增加了4.96%。從組成成分上來看，地表水資源量平均值約為地下水資源量的12.0倍，地表水資源量遠高于地下水資源量。

黃河中游水資源總量呈現出先減少后保持穩定的趨勢，多年平均水資源總量2001—2019年較1956—1986年減少18.11%，與1987—2000年幾乎持平。從組成成分上來看，地表水資源量平均值約為地下水資源量的2.4倍，與上游的水資源總量組成比例有明顯不同。

黃河下游水資源總量在過去60余年間(1956—2019年)變化趨勢與上游和中游區段明顯不同，呈現持續上漲趨勢，且在近20年漲幅明顯。多年平均水資源總量2005—2019年較1956—1986年增加42.11%，較1987—2000年增加40.12%，主要原因為地表水資源量增加明顯。同上游、中游進行比較可以看出，下游流域水資源總量十分稀少，少于上游和中游區域一個數量級，這與該區域的流域面積和產水條件相一致。并且，下游區段水資源總量十分不穩定，近年來有逐漸減少的趨勢，特別是境內大汶河2016年以后徑流量驟減，對干流影響巨大，只能依靠中游區域的客水補給。

3.2 水環境分區特征

黃河上游包括蘭州以上區域和蘭州至頭道拐區間兩部分，水量主要來自蘭州以上區域，用水主要在蘭州以下區域。隨著黃河上游經濟社會發展，可分為人類干擾微弱的源頭區域和人類干擾稍強的偏下區域。位于青藏高原部分的黃河源頭區域受人類活動影響小，污染來源少，水質狀況持續良好，為Ⅰ～Ⅱ類水質。青藏高原向黃土高原過渡的黃河上游偏下區域，受人類活動影響顯著增強，主要污染物包括高錳酸鹽指數、氨氮以及重金屬等，水質狀況有所下降[8]。

黃河中游影響干流水質的因素主要有：?灌區退水影響，灌溉退水的含鹽量遠高于天然河水，對黃河水質產生了較大的影響[9]；?沿途城市生活、生產排污影響，黃河中游頭道拐站至龍門站之間的水質日益惡化，1990年以前水質保持在Ⅲ類及以上，1990年以后水質下降到Ⅳ～Ⅴ類，給局部生態環境造成了災害[10]；?礦產業、重工業導致的水質污染。近年來，針對黃河污染的治理力度逐漸加大，治理效果十分顯著，2006—2021年間黃河流域地表水質總體呈好轉趨勢，截至2021年黃河中游大部分河段穩定在Ⅱ類水[11]。但是劉彥龍等[11]的最新研究表明，汾河匯入干流斷面長期處于劣Ⅴ類水質，這是由汾河流域內的礦業生產和化肥使用造成的，因此中游水污染防治壓力依然巨大。

黃河下游1980年以前水質狀況良好，地表水水質為Ⅰ～Ⅱ類，80年代以后水質下降到Ⅱ～Ⅲ類，進入90年代Ⅳ類水出現的頻率逐漸增多，2000年Ⅳ類水占比達75.00%，氮、磷、高錳酸鹽指數等含量急劇上升，2002年幾個重要監測斷面水質出現Ⅴ類甚至劣Ⅴ類[12]。小浪底水庫調水調沙以后，隨著黃河下游水量的增多、入河污染物的減少，水質狀況逐漸好轉，2007—2009年河口斷面水質全年維持在Ⅲ類[13]，污染物的空間分布呈現出從上游至下游逐漸減少的特征，這與河水沿程自凈有很大關系[14]。隨后，黃河山東段2015—2017年水質達到了Ⅰ～Ⅱ類，水質狀況良好[15]。

總體來看，黃河流域2020年監測的137個水質斷面中，Ⅰ～Ⅲ類水質斷面占比達84.70%，無劣Ⅴ類水，水質狀況較好。其中，干流水質為優(全為Ⅰ～Ⅱ類)，主要支流水質良好。

3.3 水生態分區特征

3.3.1 浮游植物分區特征

黃河上游的黃河源頭地區受到的人類活動干擾較少，浮游植物群落整體發展較好，硅藻、綠藻、藍藻等密度和生物量占有絕對優勢，其浮游植物群落結構特征為典型的高原河流型[16]。龍羊峽至蘭州區間河段受各類廢水及污水影響，水體處于中、富營養類型，這與水體中氮和磷的含量有著密切的關系。蘭州至頭道拐段受黃河水沙條件、水體理化性質等影響，水生生物種類相對較為貧乏，浮游植物種類和密度皆呈現出河段中部種類較多，而靠近河段(蘭州至頭道拐段)兩端較少的分布特點。

黃河中游河南段的浮游植物共8門73種(屬)，其中以綠藻門、硅藻門、藍藻門為優勢物種，其分布呈現水庫和黃河支流豐度大于黃河干流，夏秋季節豐度大于冬春季，冬季豐度最低的特征規律[17]。黃河中游段的浮游植物特征與黃河水體透明度低、含沙量大、流速快、腐殖質少等有很大關系，這些環境條件給浮游植物的生存帶來了較大壓力。

黃河下游綠藻門種類最多，藍藻和硅藻次之，與20世紀80年代相比，該流域浮游植物物種數顯著降低，而細胞數及生物量稍有增加[18]。浮游植物年內基本上呈現夏季>秋季>春季的趨勢。但是，河口浮游植物的種類較單一，物種豐富度欠佳，物種分布較為均勻，其特征明顯有別于海水和淡水中的浮游植物特征[19]。

3.3.2 浮游動物分區特征

黃河上游干流區域浮游動物的數量及種類較少，黃河源頭區域幾乎沒有大型浮游動物存在，主要是原生動物，其次是輪蟲類，大型枝角類和橈足類數量較少[20]。該地區現有浮游動物主要是中、小型個體，密度和生物量較小[21]。

黃河中游陜西段浮游動物群落結構在種類組成上主要以輪蟲為主，結構較為單一，群落穩定性較差，浮游動物的密度和生物量均較小。與上游段相比，陜西段浮游動物種類數雖有所減少，但是密度和生物量都有所增加[22]。

黃河下游以原生動物、輪蟲為主，橈足類、枝角類較少。與20世紀80年代相比，當前黃河下游浮游動物物種數顯著降低，種類組成有較大變動，尤以輪蟲和枝角類減少明顯；同時，浮游動物數量和生物量均顯著增加[18]。

黃河上中下游浮游動物密度和生物量雖有差異，但整體差異較小，這與黃河水體獨有的特征有很大關系，說明浮游動物類群對水域環境的時空變化表現出敏感的響應能力，以逐漸適應環境從而保持其結構穩定性。

3.3.3 對調水調沙的響應特征

小浪底水庫位于黃河中游偏下位置，水庫調水調沙導致黃河下游水體紊動較強，泥沙含量高，對黃河下游浮游生物群落的影響明顯。豐水期河道中浮游生物多樣性總體較低，甚至部分點位浮游動物完全消失，生境趨于單一化[23]。小浪底庫區及上游河道的浮游生物種群被沖刷至下游，浮游植物多樣性增加，浮游動物多樣性下降，對下游河道整體浮游植物的多樣性具有正面影響，對浮游動物具有負面影響。但是調水調沙過程對于浮游生物的影響均存在一定的影響范圍，在影響范圍之外浮游生物的多樣性和生物量可以逐漸恢復[24]。

4 黃河流域分區特征驅動因素

黃河流域生態保護和高質量發展座談會上指出，治理黃河，重在保護，要在治理。黃河生態系統是一個有機整體，只有充分考慮黃河流域上中下游的差異，統籌落實“四水四定”原則，加強協同配合，具體問題具體分析，才能有力推動黃河流域生態保護和高質量發展。

4.1 上游區段以自然條件為主導

水資源方面，區位和地勢因素是上游地區水資源特征賦存的主因，氣候變化對其影響巨大，人類活動因素具有次要影響。黃河上游區段位于青藏高原及蒙古高原地帶，距離海洋相對較遠，水汽輸送能力有限，因此流域內降水補給明顯少于中下游，但黃河源冰川融水補給在一定程度上彌補了降水方面的不足。黃河源區被廣袤的草原覆蓋，具有極強的水源涵養能力，持續不斷地為黃河(唐乃亥站)貢獻了55.60%的徑流量(1956—2000年)[25]，但是近年來這一數值有所下降，其主要原因可能是氣溫升高導致蒸發量增大及凍土層的蓄水減少。此外，黃河源區過度放牧帶來了草地退化和濕地萎縮等諸多問題，這直接導致了水源涵養能力的降低。黃河源以下的上游區段，人類活動逐漸劇烈[26]，城市用水、農業灌溉等加劇了該區域水資源短缺的問題，尤其是在甘肅、寧夏以及內蒙古境內土地荒漠化最為嚴重的地區，人均水資源占有量遠低于全國平均水平。

水環境方面，黃河源區人類活動稀少，水質狀況持續良好；源區以下部分水質污染狀況隨著人類活動增加而加劇[27]，主要體現在城市生活排污、工業廢水、農業面源污染3個方面[28]；人類的生活生產驅動著上游區段尤其是蘭州段、寧夏段的水質變化。

水生態方面，水生生物的多樣性多數情況下與人類活動劇烈程度呈現反向相關性，源頭區段水生態狀況優質但是高原生態系統十分脆弱，而大城市聚集的下端河段呈現富營養化趨勢，水生態狀況有所下降。

4.2 中游區段人與自然共同作用

水資源方面，地貌特征、自然資源稟賦是中游區段水資源特征的主導因素[29]。中游降水量略多于上游，但仍然無法支撐境內巨大的用水需求。黃河流經黃土高原，裹挾大量泥沙下泄，水沙關系極為特殊，疏松的土質易于侵蝕，水源涵養能力極弱，因此不會出現上游河段土壤蓄水補給河道的情況。但進入中游后地表天然徑流量相對河口鎮以上大幅度增加，這可能是鄂爾多斯巖溶區的地下水起到了重要的補給作用[30]。加之中游地區人口密集，煤炭資源豐富，產業結構的特殊性導致了用水量十分巨大，人水關系極為緊張。

水環境方面，黃河中游水質屬于輕度污染且干流水質好于支流水質，但與農業、工業及生活相關的污染源仍然對中游水環境造成了不小的壓力。

水生態方面，多泥沙和調水調沙兩個因素決定了中游區段特殊的水生態特征。黃河的泥沙主要源于中游黃土高原的水土流失，水生生物的生存環境受到泥沙的制約，表現為單一性、低密度性及不穩定性。小浪底水庫規律性地調水調沙則直接威脅或者破壞了小浪底水庫以下河道的生境狀況。

4.3 下游區段以人為因素為主導

水資源方面，泥沙沉積造成的“地上懸河”斷絕了基流補給下游河道的途徑，加之狹小的集水面積和稀少的支流意味著即使東部地區的降水量多于中上游，但依然無法有效地增加下游流域內的地表水資源量，因此，下游地表水資源量主要依賴于中游來水的補給。

水環境方面，下游河段水質經歷了由好變差、由差復好的過程，這同經濟發展理念與方式的轉變不可分割，隨著人們保護環境意識的逐漸提高，水污染問題得到有效緩解，但是有機污染物對水質狀況的威脅仍然存在，沿途農業和工業的污染排放為主導因素。

水生態方面，小浪底水庫調水調沙對下游部分河段的水生態狀況產生了負面影響，但十分有限，下游水生態面臨的重點問題是黃河三角洲地帶河口濕地的不斷萎縮，近30年來萎縮了約52.80%，水沙持續減少和濕地開發利用方式粗放低效導致了水生態狀況較差[31]。

5 黃河流域高質量發展下的生態保護路徑

在加強黃河流域生態環境保護中，堅持山水林田湖草綜合治理、系統治理、源頭治理，統籌推進各項工作，加強協同配合，推動黃河流域高質量發展，黃河水利委員會推行河長制，研究提出了《黃河流域“一河一策”編制水資源與水生態保護意見》。本文借鑒“一河一策”“一湖一策”，針對黃河上中下游的不同區域，提出黃河流域生態保護的“一區一策”路徑。

5.1 上游注重水源保護，治理沙漠化及鹽堿化問題

在三江源、祁連山、甘南等黃河源區及支流源頭地區需加強退牧還草和封山育林，加強草原放牧的管理力度，引入科學的放牧制度，減輕草場的放牧壓力，進而提升水源涵養區的調蓄能力，確保為黃河提供持續平穩、質量優質的水源補給。黃河源區對氣候變化的響應十分敏感，全球氣溫升高、極端氣候現象頻發等問題成了黃河流域水資源和生態環境的潛在危機，必須引起決策者和廣大科學家的足夠重視。

對于上游荒漠化及沙漠化的土地開展防風固沙、人工擴濕增綠等工程手段和治理措施，推動內蒙古、寧夏等相關區域的生態恢復和沙化治理，構建起強有力的生態屏障。相關研究[32]顯示寧夏平原及內蒙古引黃灌區的耕地鹽堿化面積逐年增加，必須改進灌溉工藝，以噴灌、滴灌等替換大水漫灌，才能阻止鹽堿化面積的繼續擴大。

5.2 中游治理水土流失，改善環境污染問題

在中游地區繼續開展水土流失治理。近年來，國家在黃土高原進行的水土流失治理取得了顯著的成效，但是并未完全控制住水土流失的局面，水土流失治理的任務仍然艱巨。同時科學管理和鞏固好已有的水土流失治理成果，進一步加大封育保護政策的推行力度。

繼續強化水污染治理力度。中游地區涵蓋了能源基地、引黃灌區以及城市密集3個要素，城市生活污水、工業廢水以及農業面源污染等諸多污染源導致了黃河干流和支流遭受不同程度的水質惡化，營養鹽、大腸桿菌以及重金屬超標等問題在不同支流中相繼被發現[28]，水環境治理工作仍然任重道遠，需繼續加強污水處理，加快工業和農業的產業結構升級，強化監管手段，不斷提升水質安全。

5.3 下游實施生態補償，強化河口濕地保護

下游本土水資源匱乏，十分依賴中游的客水補給，人類生存發展與環境之間爭水矛盾突出，必須依靠政策約束，強制進行生態補償，從全局角度出發建立起生態補償保障體系，落實河口生態流量控制，平衡發展與生態保護的關系，逐步恢復下游自然濕地生態功能。此外，針對三角洲濕地內包括耕地、水產養殖等在內的過度開發，推行有序退出，逐步恢復的模式。水沙減少帶來了海水倒灌、濕地鹽漬化加劇等問題，繼而造成濕地生物多樣性降低、生態服務功能減弱等弊端。為此，科學的水沙調控，維持三角洲泥沙淤積和沖刷的平衡狀態十分重要，需要全流域的統一協調和配合，同時深層次的科學研究及系統的管理手段亦不可或缺。

5.4 全域統籌協調，加大節水力度

黃河上中下游的治理需求具有差異性，因此需要全流域的協同配合[33]。開展全流域、各部門、各行業的統一調度，建立統一的治理標準，增強監管和流域監控能力，打通信息壁壘，有助于提升治理效率，節省人力財力的投入等。黃河流域節水成效已經十分顯著，但仍要繼續挖掘節水潛力，加大節水力度。黃河流域農業節水水平已經達到國內先進水平，但仍然存在提升空間，在綜合考慮投入產出比的情況下，可以適當引入滴灌等先進的節水技術；工業領域應當加快產業結構的調整，大力引入節水工藝，提高工業用水重復利用率，對煤、電等高耗水產業進行轉型或替代，逐步淘汰高污染高耗水的低端產業[34]；城市生活用水方面，應減少城市供水管網滲漏，普及生活節水器具，廣泛采用中水回用技術，做好節約用水的宣傳工作，努力提升民眾的節水意識。

6 結 語

黃河流域生態環境狀況復雜，上中下游長期面臨著草場和濕地退化、水土流失、水質惡化以及水資源短缺等不同的難題，嚴重破壞了流域內生態系統的平衡，阻礙了地區經濟的良性發展。本文對黃河流域上中下游從水資源、水環境、水生態3個角度的分布特征進行了分析，發現區位因素以及自然條件主導著上游河段的水資源及水環境特征，較弱的人類活動并未對生態環境造成過大的破壞；地形地貌等自然本底以及強烈的人類活動導致中游河段發生了嚴重的水土流失和環境污染問題，黃土高原的松散土質加之大量的農業和工業用水，使中游呈現出泥沙含量大、水資源極其短缺、水質狀況堪憂的復雜境況；下游河段的水資源量很大程度上取決于中游下泄補給程度，全流域分水問題一直是黃河的重點工作和難點問題，且來水來沙的減少以及人類侵占濕地共同導致了河口濕地的萎縮。

面對如此復雜的局面，需要針對性地進行分河段分問題治理，同時需要全流域各部門之間的統籌協調，統一調度，處理好人與環境之間的矛盾，在生產生活等各個環節加強節水力度，加速產業升級，借助黃河流域生態保護與高質量發展的東風，努力解決好黃河流域生態環境破壞及水資源短缺的問題，最終實現人與自然和諧共處的美好愿景。