黃土高原水土保持高質量發展研究重點

王 飛，山 侖，戈文艷，韓劍橋，趙廣舉

(1.中國科學院/水利部 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

我國山地丘陵面積大，降水季節性強，坡地利用歷史長，利用面積大，水土流失嚴重，水土保持工作非常重要。在不同區域和不同開發利用階段，水土保持的重要性和任務不斷變化?！秶鴦赵宏P于加強水土保持工作的通知》(國發〔1993〕5號)明確強調“水土保持是山區發展的生命線，是國民經濟和社會發展的基礎，是國土整治、江河治理的根本，是我們必須長期堅持的一項基本國策”。隨著國家生態文明建設的推進，尤其是黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略以來，水土保持也成為生態文明建設的重要內容、江河治理的重要措施、全面推進鄉村振興的重要基礎、提升生態系統質量和穩定性的有效手段[1-2]。筆者對黃河流域及黃土高原與水土保持相關的問題和任務進行分析，并提出目前黃土高原水土保持高質量發展研究重點。

1 國家需求中黃土高原水土保持任務

1.1 國家長期任務

中共中央 國務院印發的《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》(以下簡稱《綱要》)是落實黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略的綱領性文件，也是制定實施相關規劃方案、政策措施和建設相關工程項目的重要依據。《綱要》規劃期至2030年，中期展望至2035年，遠期展望至21世紀中葉，具有較長的時效性。《綱要》強調，黃河一直“體弱多病”，生態本底差，水資源十分短缺，水土流失嚴重，資源環境承載能力弱。無論從水資源短缺、水土流失嚴重，還是洪水威脅嚴重等方面考慮，水土保持都是促進流域生態保護和高質量發展的重要環節，相應的任務和要求也比較明確。

《綱要》在第二章戰略定位一節中強調，黃土高原是國家生態安全的重要屏障；在戰略布局一節中強調，黃河流域生態保護“一帶五區多點”中，黃土高原是沿黃河生態帶的重要組成部分，也是以青海東部、甘肅中東部、陜西北部、山西西北部、寧夏南部黃土高原為主的水土保持區，黃土高原的水土保持治理任務艱巨。在加強中游水土保持章節部分，要求大力實施林草保護、增強水土保持能力和發展高效旱作農業，生態保護和治理任務都很明確。在第七章全力保障黃河長治久安中強調，緊緊抓住水沙關系調節這個“牛鼻子”，圍繞以疏為主、疏堵結合、增水減沙、調水調沙，健全水沙調控體系。而水土保持治理則具有從源頭上調節河流水沙的作用，并通過影響河道泥沙數量和粒徑特征，提高河道排沙能力，助力下游“二級懸河”治理。實際上，由于水土保持在針對問題、措施和功能等方面都具有高度的綜合性，對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等也有持續促進作用。

1.2 階段性任務

《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》(以下簡稱《“十四五”規劃和綱要》)綜合考慮了未來一個時期國內外發展趨勢和我國發展條件，緊緊抓住我國社會主要矛盾，深入貫徹新發展理念，對近5年及15年內的國民經濟和社會發展做出了系統謀劃和戰略部署?！丁笆奈濉币巹澓途V要》對黃河流域水土保持提出了4個不同方面的任務，具體如下：

一是明確的水土保持治理任務。在第三十七章提升生態系統質量和穩定性中，要求完善生態安全屏障體系，加強長江、黃河等大江大河和重要湖泊濕地生態保護治理，科學推進水土流失和荒漠化、石漠化綜合治理。對黃河重點生態區(含黃土高原生態屏障)，要加強“三化”草場治理和水土保持綜合治理。

二是與水土保持直接相關的治理任務。在第十一章第四節加強水利基礎設施建設中，要求加強水源涵養區保護修復，加大重點河湖保護和綜合治理力度。在第二十四章第三節改善農村人居環境中，要求加強黃河流域環境敏感區農業面源污染綜合治理，這是水土保持的重要任務之一。

三是與水土保持密切相關的活動。在第十一章第四節加強水利基礎設施建設中，提到土壤侵蝕和河流泥沙淤積對防洪控制性樞紐工程的水庫安全與防災減災能力都有很大影響，需要加強水庫流域的水土保持工作開展力度。在第二十九章第二節推進新型城市建設中要求建設源頭減排、蓄排結合、排澇除險、超標應急的城市防洪排澇體系，推動城市內澇治理取得明顯成效，增強公共設施應對風暴、干旱和地質災害的能力，提升城市滯洪區、防洪工程、排水管網等排澇能力，全面消除城市嚴重易澇積水區段，這都需要減少泥沙淤積對城市排水管道的堵塞，實現管道的設計排水和過洪能力。在第三十一章第一節加快推動京津冀協同發展中，要求強化華北地下水超采及地面沉降綜合治理，而這與華北平原水資源供給有關，如果考慮流域水土保持減少侵蝕和泥沙后，黃河下游用于輸沙的生態用水量(分配方案為120億m3)可能減少[3]，則有更多的水資源可用于華北平原的農田灌溉和城鄉生活用水。

四是與水土保持相關的制度建設，如第十七章第三節提高數字化政務服務效能中，要求強化數字技術在公共衛生、自然災害、事故災難、社會安全等突發公共事件應對中的運用，全面提升預警和應急處置能力。相應地，水土保持監測、預警、評價和管理的自動化、規范化、信息化和智能化也需要加強。

2 水利行業中黃土高原水土保持任務

2.1 水行政部門相關規劃和方案中水土保持相關要求

《水土保持“十四五”實施方案》強調了貫徹新發展理念、服務國家戰略、全面推進鄉村振興和加快國家治理體系和治理能力現代化建設等水土保持高質量發展面臨的新形勢新要求，明確說明“黃土高原仍是水土流失最嚴重的地區，重力侵蝕問題突出，是入黃泥沙的主要來源區”，對水土保持治理重點進行了新的定位。明確了“十四五”期間各省(自治區、直轄市)水土保持率目標，新增治理區的治理難度會增加，原理和方法也會有所不同；在治理重點工程方面，黃土高原著重開展旱作梯田建設、高標準淤地壩建設和“固溝保塬”等三類工程；要深化水土保持監測和評價，加快數字化發展，推進智慧水土保持建設；黃土高原還需要堅持科技創新引領發展，強化水土保持重大問題研究、關鍵技術攻關、科技示范與推廣，健全完善水土保持技術標準體系，夯實水土保持發展基礎；還需要深化改革，探索水土保持示范工作開展新方式和生態產品價值實現機制等，全面促進黃土高原水土保持理論創新和高質量發展[3-4]。

水利部印發的《“十四五”水利科技創新規劃》圍繞全面提升水旱災害防御能力、水資源集約利用能力、水資源優化配置能力、大江大河大湖生態保護治理能力和新階段水利高質量發展的五條實施路徑展開，黃土高原水土保持科技攻關重點任務與水文水資源、水旱災害防御、水生態保護與修復、水利工程建設與運行、河湖治理等領域密切相關，需要從應用基礎研究、關鍵技術和設備研發等層面實現創新突破。水文水資源中“水土資源-生態環境-經濟社會復合系統”相互作用的模式、機理、過程與效應等，水旱災害防御中氣候異常情況下暴雨洪水預報預警和水土流失評估，水生態保護與修復中河湖水環境與生態系統修復，河湖治理中的水沙變化預測及與未來水沙適應的流域水土保持水沙調控和河湖治理方略等研究，都對黃土高原水土保持研究提出了新的課題。

《“十四五”水安全保障規劃》對水旱災害防御能力提升、水土流失面積和強度“雙下降”的水生態環境持續改善等做了高度肯定。在水安全方面，已經具有了完善的減災體系，具備了防御最大洪水的能力，已經建成的33萬km堤防、9.8萬座各類水庫和1 681億m3防洪庫容成了水安全的可靠保障，并且規劃了2025年新增水庫庫容40億m3，這對水土保持也提出了新的任務，要求強化重點地區水土流失治理，提高水源涵養能力，減少洪水災害和入河入庫泥沙；同時，在水安全保障方面，水土保持還與河流生態流量、河湖生態修復、華北地區的地下水超采綜合治理等有直接聯系。

《“十四五”期間推進智慧水利建設實施方案》中強調推動高質量發展，需要按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”要求，以數字化、網絡化、智能化為主線，以數字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，以構建數字孿生流域為核心，全面推進算據、算法、算力建設，加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的智慧水利體系。水土保持研究是建設數字孿生流域的重要內容，要求重點優化水沙動力學、水土保持等專業模型，研發西北黃土高原和北方風沙區土壤侵蝕模型、西北黃土高原重力侵蝕模型等，研究任務相對明確細致。同時，在構建“2+N”水利智能業務應用體系中，要求建設水土保持一張圖，構建包含全國范圍、重點流域和重點區域的水土保持數字化映射，建成水土保持數字化場景；開發水土流失狀況預報預警、生產建設活動人為水土流失風險預警和水土流失綜合治理智能管理模塊，建設智慧水利水土保持分系統，提升水土保持業務管理智慧化水平。

2.2 防洪安全和水沙調控的實際壓力

黃河泥沙會加劇洪水風險。黃河水少沙多，水沙關系長期不協調，汛期黃河水量相對充足，有利于輸沙，但因為首要目標是防洪，在下游河道水位接近警戒線時通常首選快速泄洪，輸沙功能很少發揮。河道泥沙淤積會導致河床抬高，過洪能力下降，洪水成災風險加劇。過去20年里，盡管通過調水調沙大幅度減少了黃河下游河道泥沙淤積量，河道過洪能力有所提高，但黃河下游懸河問題依然沒有得到有效解決，仍需高度重視。

近些年，隨著氣候變化，極端暴雨事件越來越頻繁，極端程度也持續增加，如2021年9月27日、28日和10月5日，10天之內黃河干流就迎來了3場編號洪水，依次為黃河2021年第1號、2號、3號洪水，其中1號和3號洪水潼關水文站流量分別為5 020和5 090 m3/s，2號洪水花園口水文站流量達到4 020 m3/s，對黃河下游干流河段防洪防災帶來極大壓力；2022年7月16日渭河臨潼站也出現了3 210 m3/s流量(渭河2022年第1號洪水)。盡管以上的編號洪水都可以安全過汛，但受黃河和渭河下游“懸河”對河床抬高等的影響，對水災威脅的防范意識不能減小。

3 黃土高原水土保持高質量發展需要加強研究的重點問題

3.1 繼續加強水土保持基礎理論與技術研究

根據《黃河流域水土保持公報(2020年)》，經過多年治理，2020年黃河流域水土流失面積26.27萬km2，與1990年國務院第一次全國土壤侵蝕遙感調查結果相比，面積減少了43.51%，實現了侵蝕面積和強度“雙下降”，但黃土高原水土流失面積23.42萬km2，占黃河流域水土流失面積的89.15%，治理任務依然很重，需要綜合治理，加強協同治理[5]。過去30年的治理成果很顯著，但目前黃土高原水土流失分布上相對分散，集中連片的區域較少，侵蝕從坡面侵蝕為主向重力侵蝕為主轉變，目前的水土保持治理理論和方法尚不能很好指導新時代的治理需要，因此需要集中研究以下問題：①黃土高原現存水土流失地塊分布及其侵蝕產沙新特征；②黃土高原重力侵蝕阻控原理與技術；③黃土高原梯田暴雨損毀特征、風險與綜合治理技術；④黃土高原水土保持植被退化及其可持續管理[6-7]；⑤黃土高原淤地壩損毀風險評估與安全防護技術；⑥零散分布水土流失地塊治理的途徑與成本分析等。

3.2 黃土高原水土保持與水沙調控

盡管黃河徑流和泥沙的數量、過程發生了很大變化，但是黃河水少沙多、水沙關系不協調的矛盾依然嚴重，存在著河道行洪能力低、洪水過程緩慢、水災風險嚴重、防災減災工程運行成本高等問題[8-9]。根據“表象在黃河，根子在流域”的科學論斷，加強黃土高原水土保持治理，需要集中研究以下問題：①黃土高原極端暴雨土壤侵蝕致災、蓄排協調和當地生態需水聯合管理理論與技術；②黃土高原水土保持措施對河流水沙的調控潛力、對策與風險綜合評估；③水土保持措施類型和區域配置對流域水沙過程的影響和作用研究，完善基于不同措施減沙水代價的“減沙增流”調控技術[10]；④基于坡面-溝道-河道不同泥沙輸移水代價差異的水沙調控機制；⑤氣候變化條件下黃土高原水土保持水沙調控能力變遷與對策[11]；⑥基于黃河下游河道演變情勢的水土保持和庫壩系統聯合調控機理等。

3.3 黃土高原水土保持數字化與智慧化

無論是黃河重點生態區(含黃土高原生態屏障)治理，還是水土保持理論與生態、經濟和社會效應監測和評價，或是水土保持管理和科學決策，都需要加強水土保持的自動化、規范化、信息化和智能化水平，從而為國家水土保持治理體系和治理能力現代化提供科學現代管理保障，促進水土保持高質量發展，因此需要集中研究以下問題：①黃土高原水土流失要素和水沙過程動態、精準監測技術與設備研究；②黃土高原多時空尺度、多過程土壤侵蝕模型研發；③數字孿生黃河流域水土保持模塊構建；④水土保持信息集成與智慧化應用理論與方法研究等。

3.4 黃土高原水土保持與社會服務

水土保持在資源、生態、環境、經濟、社會等多種領域產生效益，可以為目前的鄉村振興、經濟發展提供有力的支持[1]，如保護土地資源、減少旱澇帶來的損失、改善人居環境等。目前需要集中研究以下問題：①有經濟功能的水土保持產業林草植被建設，尤其是以莖葉花果為經濟產品的植被類型，可以減少土壤擾動和侵蝕發生；②水土保持林草地的綜合利用模式；③黃土高原水土保持生態服務價值提升與穩定維持機制；④水土保持相關生態產品價值實現途徑；⑤黃土高原鄉村道路侵蝕綜合治理技術；⑥城市排水管網系統泥沙來源追溯與減淤防澇機制[2]；⑦黃土高原水土保持示范園(基地)生態教育功能實現機制；⑧基于河道輸沙生態需水量分析的黃土高原水土保持效益評估等。

4 結 語

水土保持是深入推進黃河流域生態保護和高質量發展的核心任務之一，由于目前黃土高原水土流失面積依然很大，極端暴雨場次和強度還在增加，侵蝕類型和分布特點與以往相比出現很大不同，治理重力侵蝕的技術尚不夠成熟，因此必須更加重視黃土高原的水土流失治理，而且需要通過針對性研發，逐漸解決上述核心問題，進一步提高水土保持率。同時，保護和維持現有水土保持治理成果及其綜合效益，并努力與黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略、鄉村振興國家戰略和“十四五”規劃等的實施相結合，堅持山水林田湖草沙系統治理，加強對現存水土流失區域的高質量、高速度和可持續治理，全面促進黃土高原水土保持理論創新和高質量發展。

同時，我們還要看到，目前除水土保持行業主管部門以外，生態環境、農業農村、自然資源等相關部委，也越來越關注水土保持綜合治理、小流域綜合治理、山水林田湖草沙系統治理等工作，顯示出水土保持在國家層面的重要性。傳統的水土保持技術手段需要積極與新時代的國家需求更全面地結合，全面貫徹新發展理念，從水土流失治理和水土資源保護向流域治理、區域經濟社會發展、防災減災和國家水土保持治理體系和治理能力現代化方向發展，不斷提高水土保持數字化和智慧化。