江恩慧，屈 博，曹永涛，田世民，王远见

（1.黄河水利科学研究院，450003，郑州；2.水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室，450003，郑州；3.河南省黄河流域生态环境保护与修复重点实验室，450003，郑州）

黄河流域特殊的水沙情势、 经济社会水平、生态环境条件，使其一直以水旱之灾患频繁示人。人民治黄75 年取得了举世瞩目的成就。但是，面对新时代黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略， 仍面临水沙关系不协调、水资源严重短缺、生态环境脆弱等难题的困扰。 黄河治理保护重大国家战略的实施， 要求必须从流域系统整体性出发， 统筹提高黄河流域系统治理的科学性， 强化黄河水沙调控的精细化，提升系统治理措施的协调性。

一、黄河流域系统整体性

黄河流域连接青藏高原、黄土高原、华北平原，构成我国重要的生态屏障。 流域内地形地貌复杂，生态环境类型多样，既包含森林草地、河湖湿地等重要的生态功能区，也涵盖了黄土高原水土流失区、五大沙漠沙地等生态极度脆弱区；经济社会发展模式相对单一、粗放，农区、牧区交错分布，空间发展不均衡，潜力挖掘不充分。 尤其是黄河以泥沙含量高而著称，保障河流行洪输沙的基本功能是维持黄河健康的重要基础。 河流自身健康、生态环境良性维持、经济社会发展高质量发展，以水沙资源的合理配置为纽带，彼此间均存在着复杂的相互作用关系。

黄河流域地处干旱半干旱地区，水资源严重缺乏是制约黄河治理保护及经济社会发展的重要因素，水沙关系不协调是黄河复杂难治的症结。随着黄河流域重大国家战略的提出，黄河长治久安、生态环境保护、流域高质量发展成为新时代黄河治理保护的重要内容，无论是河流自身健康维持、生态环境保护修复还是经济社会高质量发展，都必须依托水沙资源的合理配置，通过完善流域内防洪工程与水沙调控工程体系，破解黄河流域水沙关系不协调的自然难题，统筹生态环境和经济社会协同趋好的系统需求，实现流域系统整体最优。

不容忽视的是，随着经济社会的发展，黄河流域系统的整体结构再次发生变化，黄河供水区范围已由过去仅包含黄河流域内部和持续了70 年的黄河下游引黄灌区等范围，随着国家水网建设进一步扩展到永定河和白洋淀的生态补水，广域的黄河流域架构已悄然形成，这是今后研究中要重点关注的问题。

二、“行洪输沙—经济社会—生态环境”三大子系统互馈作用关系

从流域系统整体出发，按照河流服务功能将黄河流域系统划分为行洪输沙、经济社会和生态环境三大子系统。 其中，行洪输沙子系统目标定位是保障河流能够安全的永续存在，发挥其行洪输沙的自然功能，主要包括与河流基本水沙输移功能相关的各组成要素；生态环境子系统关系着流域内河流内部和面上生态环境优劣和生态功能的可持续发挥，包括了河流自身的生态环境要素和人类活动干预下的流域面上诸多生态环境要素；经济社会子系统关系到河流对流域内和受水区范围内区域经济社会发展的支撑作用，以及经济社会发展对河流水沙资源供给能力的依赖程度，主要包括与系统社会服务功能相关的各组成要素。

黄河流域三大子系统是一个有机的生命共同体，彼此依托、相互依赖，互为约束、共生共荣。

行洪输沙子系统。 该系统与水文泥沙特性直接相关，而水文泥沙特征的变化受经济社会子系统和生态环境子系统的发展状况影响显著。 如图1 所示，从黄河水沙历时变化过程看，2000 年是一个分水岭，前后两个阶段的年输沙量明显不同， 与流域GDP（国民生产总值）和NDVI（归一化植被指数） 的关系发生了较大变化。1980—2000 年流域经济发展水平不高，流域NDVI 在较低水平波动，造成年输沙量也居高不下，约8 亿t；2000年以后，国家全面启动了退耕还林工程， 流域NDVI 迅速增大了近20%，产生了明显的减沙效果，黄河水沙持续减少至2.5 亿t。

生态环境子系统。 不同区域生态环境类型多样，但都表现出严重的生态脆弱性。 黄河上游大部分地区生态系统退化、水源涵养功能降低，中游水土流失严重、汾河等支流污染问题突出，下游河口天然湿地萎缩，上中下游生态问题不同却又相互联系，同时受黄河水沙情势和经济社会发展状况影响严重。 如图1 所示，1980 年随着我国改革开放的推进，黄河流域的经济快速发展，但此阶段以追求单纯的经济发展为目标，缺乏生态环境保护意识， 因此流域NDVI 维持在较低水平（0.5）；2000 年以后，多年持续增长的流域GDP，为国家实施退耕还林工程提供了坚实基础，加之生态文明思想逐渐深入人心，流域经济社会发展对生态环境起到正向的促进作用，流域NDVI 持续提升至0.61。分析2000—2020 年黄河流域GDP 和NDVI 的相关性， 发现两者明显相关，相关系数达到0.95。

图1 黄河水沙过程变化与经济社会和生态环境变化关系

经济社会子系统。 受黄河水资源严重短缺的刚性约束，黄河9 省（自治区）经济发展水平整体不高且不均衡性显著，黄河上中游7 省（自治区）同东部地区相比存在明显差距。 重要的是，经济社会能否可持续发展与河流是否健康、生态环境是否良性维持紧密相关。20 世纪90 年代，黄河下游河道频繁断流， 有水时流量也较小，无法塑造和维持中水河槽，“小水带大沙” 现象造成河槽形态急剧恶化，防洪形势严峻；同时，断流不仅给沿岸工农业生产和生活带来严重危害，还对河流生态尤其是河口地区生态环境产生重大影响，河流健康状况急剧恶化，受到了社会的广泛关注。

从表现形式看，行洪输沙子系统的良性运转为经济社会子系统和生态环境子系统提供基础的水沙资源，生态环境子系统的健康是流域行洪输沙—经济社会功能可持续发展的重要保障，而经济社会子系统则是河流行洪输沙和生态环境子系统社会价值的具体体现，同时也通过人工方式对行洪输沙和生态环境子系统进行干预和修复。 在黄河治理保护实践中，不同目标之间往往处于一种动态博弈的状态，如果不能平衡三个子系统的关系，很容易出现各子系统之间的恶性竞争，从而引发一系列难以弹性恢复的问题。

以黄河下游游荡性河道整治为例。 持续几十年有计划的游荡性河道整治使河势游荡范围明显减小，但延续千年的下游防洪安全与滩区居民稳定的生产生活需求一直是一道难以破解的难题。 新时期国家给黄河下游游荡性河道整治提出了稳定河势、实现滩区居民脱贫致富的新要求；为此， 在国家自然基金重点项目支持下，以游荡性河道河势稳定控制和滩槽协同治理为目标， 提出了一套黄河下游滩槽协同治理理论与技术体系，并开展了行洪输沙—生态环境—经济社会三个维度以及两两之间的协同效应评价。 可以看出，2010 年后协同指标均超过了物理意义上两系统协同的平均值（0.25），行洪输沙、经济社会和生态环境三个子系统都在向好发展，且当河道稳定性指标稳定在临界点（Ω=2）附近时，协同指标基本能达到较高水平，并呈逐渐提高趋势。

流域功能协同发挥需把握流域治理关键进程，合理配置流域系统多维要素，平衡行洪输沙功能、生态环境服务功能和经济社会服务功能关系，促进三大子系统协同共生，实现黄河流域生态保护和高质量发展。

三、黄河流域防洪工程与水沙调控的工程体系关系及完善

中华人民共和国成立后， 党和国家对治理开发黄河极为重视， 经过多年的不懈努力， 基本建成了黄河防洪工程体系，保障了伏秋大汛岁岁安澜，确保了人民生命财产安全。 黄河水少沙多、水沙关系不协调的基本特点，决定了黄河防洪防汛的长期性、复杂性，黄河防洪不仅要调控洪水， 更要协调水沙关系。 然而，调水容易调沙难，从工程布局上不仅要注重干支流骨干水库、河防工程建设，更要注重拦减入黄泥沙的水土保持工程建设， 将防洪工程体系建设扩展到更广义的水沙调控工程体系的概念，如图2 所示。

图2 黄河流域水沙调控工程体系配置格局

黄河流域防洪工程体系包括黄河下游防洪工程、干支流防洪水库、上中游河道治理工程、 重要城市防洪工程和防洪非工程体系等， 水沙调控体系与防洪工程体系相辅相成， 不可分割，同时前者是后者的重要依托。在黄河上游，以龙羊峡、刘家峡水库为代表的上游水库群是防洪工程体系的核心，发挥了防洪防凌、供水发电、改善生态的重要作用；在黄河中下游，以万家寨、三门峡、小浪底等为代表的干流水库群和故县、陆浑、河口村为代表的支流水库群， 辅以黄河下游河道标准化堤防、河道整治工程，共同组成了中下游防洪工程体系的核心。

近年，气候变化背景下，黄河流域极端天气事件增多，流域内大型地质灾害密集，水旱灾害频发，地质—水灾害风险不断增大，黄河防洪与水沙调控面临的挑战日益严峻。 与此同时流域总体水资源严重匮乏、生态环境脆弱，资源约束趋紧。 在此情势下，黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的提出对防洪工程体系的功能定位提出了更高要求，在确保防洪安全、塑造协调水沙关系的前提下，必须进一步发挥流域生态保护和促进经济社会高质量发展的作用。

面对挑战，从黄河流域系统整体视角， 以提升水旱灾害防御能力、维持河流健康生命、促进经济社会高质量发展为目标，以洪水资源化利用为内核， 把握洪水发生和演进规律，优化流域防洪工程布局，从流域尺度构建黄河防洪与水沙调控系统工程，建立流域洪涝旱灾协同防御及水资源优化配置理论技术体系，秉承系统科学理念，强化多学科交叉融合，探讨流域各子系统间的互馈耦合关系，科学定位各骨干工程的功能与配置，强化水资源刚性约束， 统筹能源安全、粮食安全、 生态安全的协同博弈关系，通过水库群、河防工程、分蓄滞洪区组成现代化防洪工程体系的水沙联合调控，实现广义流域系统的水沙资源合理调配，调丰补枯、变洪为宝，从传统的水沙调控向精细化的流域全物质通量统一调配发展，促进流域各子系统健康高效协同发展。

四、系统治理理念下的黄河流域中小河流防洪工程体系格局构建

黄河流域面积在200～3 000 km2的中小河流约830 条，其中山区河流占85%以上， 主要集中在西北部，水土流失较为严重。 由于历史、自然条件等原因，这些地区经济社会发展相对滞后，贫困人口相对集中，是我国脱贫攻坚的重要区域。 20 世纪50 年代起， 以水土流失治理工作为核心，国家在黄河流域开展中小流域综合治理工作，先后经历了以支毛沟为单元的探索阶段、以小流域为单元的试点阶段、以经济效益为中心的发展阶段和以恢复生态为主的规模化防治阶段，取得了显著的成果。 然而，由于缺乏统筹意识和系统思维，中小流域防洪工程建设普遍滞后， 标准偏低；在当今气候变化背景下，一旦遭遇极端暴雨天气，极易发生洪涝灾害。

实现黄河流域高质量发展，需要以流域系统思想为引领，构建中小流域防洪体系新格局。 在规划理念上，坚持乡村振兴战略与黄河流域生态保护和高质量发展战略协同推进，基于流域系统科学理论，立足流域自身禀赋、 功能定位及国民经济发展需求，统筹水安全、水资源、水生态、水环境， 提出山水林田湖草沙系统治理、多维协同的中小流域综合治理战略布局。 在规划措施上，要科学界定防洪标准，注重结合水土保持、污染治理、生态修复等措施，构建相互协调、适度超前、能力提升的中小流域综合防洪工程体系，从而遏制水土流失、发展绿色清洁小流域、保障水资源安全、 增强水旱灾害防御能力，实现经济社会效益、生态效益、防洪效益的有机统一，推动乡村振兴战略落实落地，促进全流域高质量发展。

五、结 语

黄河流域水安全形势依然严峻，黄河治理复杂性与不确定性增加，治黄工作面临新的考验与挑战。 秉承系统科学理念， 强化多学科交叉融合，探讨流域各子系统间的互馈耦合关系，从传统的水沙调控向精细化流域全物质通量统一调控发展，为黄河长治久安和生态环境良性维持奠定基础；以防洪安全为抓手、流域系统综合治理为主线， 统筹中小流域系统治理多维协同，探索特色鲜明、安全保障、绿色和谐中小流域发展模式， 坚持山水林田湖草综合治理、系统治理、源头治理，构建流域发展一体化调控机制，推动黄河流域高质量发展。 ■