黄土高原水土保持高质量发展研究重点

王 飞，山 仑，戈文艳，韩剑桥，赵广举

(1.中国科学院/水利部 水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学 水土保持研究所，陕西 杨凌 712100)

我国山地丘陵面积大，降水季节性强，坡地利用历史长，利用面积大，水土流失严重，水土保持工作非常重要。在不同区域和不同开发利用阶段，水土保持的重要性和任务不断变化。《国务院关于加强水土保持工作的通知》(国发〔1993〕5号)明确强调“水土保持是山区发展的生命线，是国民经济和社会发展的基础，是国土整治、江河治理的根本，是我们必须长期坚持的一项基本国策”。随着国家生态文明建设的推进，尤其是黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略以来，水土保持也成为生态文明建设的重要内容、江河治理的重要措施、全面推进乡村振兴的重要基础、提升生态系统质量和稳定性的有效手段[1-2]。笔者对黄河流域及黄土高原与水土保持相关的问题和任务进行分析，并提出目前黄土高原水土保持高质量发展研究重点。

1 国家需求中黄土高原水土保持任务

1.1 国家长期任务

中共中央 国务院印发的《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》(以下简称《纲要》)是落实黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的纲领性文件，也是制定实施相关规划方案、政策措施和建设相关工程项目的重要依据。《纲要》规划期至2030年，中期展望至2035年，远期展望至21世纪中叶，具有较长的时效性。《纲要》强调，黄河一直“体弱多病”，生态本底差，水资源十分短缺，水土流失严重，资源环境承载能力弱。无论从水资源短缺、水土流失严重，还是洪水威胁严重等方面考虑，水土保持都是促进流域生态保护和高质量发展的重要环节，相应的任务和要求也比较明确。

《纲要》在第二章战略定位一节中强调，黄土高原是国家生态安全的重要屏障；在战略布局一节中强调，黄河流域生态保护“一带五区多点”中，黄土高原是沿黄河生态带的重要组成部分，也是以青海东部、甘肃中东部、陕西北部、山西西北部、宁夏南部黄土高原为主的水土保持区，黄土高原的水土保持治理任务艰巨。在加强中游水土保持章节部分，要求大力实施林草保护、增强水土保持能力和发展高效旱作农业，生态保护和治理任务都很明确。在第七章全力保障黄河长治久安中强调，紧紧抓住水沙关系调节这个“牛鼻子”，围绕以疏为主、疏堵结合、增水减沙、调水调沙，健全水沙调控体系。而水土保持治理则具有从源头上调节河流水沙的作用，并通过影响河道泥沙数量和粒径特征，提高河道排沙能力，助力下游“二级悬河”治理。实际上，由于水土保持在针对问题、措施和功能等方面都具有高度的综合性，对促进全流域高质量发展、改善人民群众生活、保护传承弘扬黄河文化等也有持续促进作用。

1.2 阶段性任务

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》(以下简称《“十四五”规划和纲要》)综合考虑了未来一个时期国内外发展趋势和我国发展条件，紧紧抓住我国社会主要矛盾，深入贯彻新发展理念，对近5年及15年内的国民经济和社会发展做出了系统谋划和战略部署。《“十四五”规划和纲要》对黄河流域水土保持提出了4个不同方面的任务，具体如下：

一是明确的水土保持治理任务。在第三十七章提升生态系统质量和稳定性中，要求完善生态安全屏障体系，加强长江、黄河等大江大河和重要湖泊湿地生态保护治理，科学推进水土流失和荒漠化、石漠化综合治理。对黄河重点生态区(含黄土高原生态屏障)，要加强“三化”草场治理和水土保持综合治理。

二是与水土保持直接相关的治理任务。在第十一章第四节加强水利基础设施建设中，要求加强水源涵养区保护修复，加大重点河湖保护和综合治理力度。在第二十四章第三节改善农村人居环境中，要求加强黄河流域环境敏感区农业面源污染综合治理，这是水土保持的重要任务之一。

三是与水土保持密切相关的活动。在第十一章第四节加强水利基础设施建设中，提到土壤侵蚀和河流泥沙淤积对防洪控制性枢纽工程的水库安全与防灾减灾能力都有很大影响，需要加强水库流域的水土保持工作开展力度。在第二十九章第二节推进新型城市建设中要求建设源头减排、蓄排结合、排涝除险、超标应急的城市防洪排涝体系，推动城市内涝治理取得明显成效，增强公共设施应对风暴、干旱和地质灾害的能力，提升城市滞洪区、防洪工程、排水管网等排涝能力，全面消除城市严重易涝积水区段，这都需要减少泥沙淤积对城市排水管道的堵塞，实现管道的设计排水和过洪能力。在第三十一章第一节加快推动京津冀协同发展中，要求强化华北地下水超采及地面沉降综合治理，而这与华北平原水资源供给有关，如果考虑流域水土保持减少侵蚀和泥沙后，黄河下游用于输沙的生态用水量(分配方案为120亿m3)可能减少[3]，则有更多的水资源可用于华北平原的农田灌溉和城乡生活用水。

四是与水土保持相关的制度建设，如第十七章第三节提高数字化政务服务效能中，要求强化数字技术在公共卫生、自然灾害、事故灾难、社会安全等突发公共事件应对中的运用，全面提升预警和应急处置能力。相应地，水土保持监测、预警、评价和管理的自动化、规范化、信息化和智能化也需要加强。

2 水利行业中黄土高原水土保持任务

2.1 水行政部门相关规划和方案中水土保持相关要求

《水土保持“十四五”实施方案》强调了贯彻新发展理念、服务国家战略、全面推进乡村振兴和加快国家治理体系和治理能力现代化建设等水土保持高质量发展面临的新形势新要求，明确说明“黄土高原仍是水土流失最严重的地区，重力侵蚀问题突出，是入黄泥沙的主要来源区”，对水土保持治理重点进行了新的定位。明确了“十四五”期间各省(自治区、直辖市)水土保持率目标，新增治理区的治理难度会增加，原理和方法也会有所不同；在治理重点工程方面，黄土高原着重开展旱作梯田建设、高标准淤地坝建设和“固沟保塬”等三类工程；要深化水土保持监测和评价，加快数字化发展，推进智慧水土保持建设；黄土高原还需要坚持科技创新引领发展，强化水土保持重大问题研究、关键技术攻关、科技示范与推广，健全完善水土保持技术标准体系，夯实水土保持发展基础；还需要深化改革，探索水土保持示范工作开展新方式和生态产品价值实现机制等，全面促进黄土高原水土保持理论创新和高质量发展[3-4]。

水利部印发的《“十四五”水利科技创新规划》围绕全面提升水旱灾害防御能力、水资源集约利用能力、水资源优化配置能力、大江大河大湖生态保护治理能力和新阶段水利高质量发展的五条实施路径展开，黄土高原水土保持科技攻关重点任务与水文水资源、水旱灾害防御、水生态保护与修复、水利工程建设与运行、河湖治理等领域密切相关，需要从应用基础研究、关键技术和设备研发等层面实现创新突破。水文水资源中“水土资源-生态环境-经济社会复合系统”相互作用的模式、机理、过程与效应等，水旱灾害防御中气候异常情况下暴雨洪水预报预警和水土流失评估，水生态保护与修复中河湖水环境与生态系统修复，河湖治理中的水沙变化预测及与未来水沙适应的流域水土保持水沙调控和河湖治理方略等研究，都对黄土高原水土保持研究提出了新的课题。

《“十四五”水安全保障规划》对水旱灾害防御能力提升、水土流失面积和强度“双下降”的水生态环境持续改善等做了高度肯定。在水安全方面，已经具有了完善的减灾体系，具备了防御最大洪水的能力，已经建成的33万km堤防、9.8万座各类水库和1 681亿m3防洪库容成了水安全的可靠保障，并且规划了2025年新增水库库容40亿m3，这对水土保持也提出了新的任务，要求强化重点地区水土流失治理，提高水源涵养能力，减少洪水灾害和入河入库泥沙；同时，在水安全保障方面，水土保持还与河流生态流量、河湖生态修复、华北地区的地下水超采综合治理等有直接联系。

《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》中强调推动高质量发展，需要按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，以构建数字孪生流域为核心，全面推进算据、算法、算力建设，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系。水土保持研究是建设数字孪生流域的重要内容，要求重点优化水沙动力学、水土保持等专业模型，研发西北黄土高原和北方风沙区土壤侵蚀模型、西北黄土高原重力侵蚀模型等，研究任务相对明确细致。同时，在构建“2+N”水利智能业务应用体系中，要求建设水土保持一张图，构建包含全国范围、重点流域和重点区域的水土保持数字化映射，建成水土保持数字化场景；开发水土流失状况预报预警、生产建设活动人为水土流失风险预警和水土流失综合治理智能管理模块，建设智慧水利水土保持分系统，提升水土保持业务管理智慧化水平。

2.2 防洪安全和水沙调控的实际压力

黄河泥沙会加剧洪水风险。黄河水少沙多，水沙关系长期不协调，汛期黄河水量相对充足，有利于输沙，但因为首要目标是防洪，在下游河道水位接近警戒线时通常首选快速泄洪，输沙功能很少发挥。河道泥沙淤积会导致河床抬高，过洪能力下降，洪水成灾风险加剧。过去20年里，尽管通过调水调沙大幅度减少了黄河下游河道泥沙淤积量，河道过洪能力有所提高，但黄河下游悬河问题依然没有得到有效解决，仍需高度重视。

近些年，随着气候变化，极端暴雨事件越来越频繁，极端程度也持续增加，如2021年9月27日、28日和10月5日，10天之内黄河干流就迎来了3场编号洪水，依次为黄河2021年第1号、2号、3号洪水，其中1号和3号洪水潼关水文站流量分别为5 020和5 090 m3/s，2号洪水花园口水文站流量达到4 020 m3/s，对黄河下游干流河段防洪防灾带来极大压力；2022年7月16日渭河临潼站也出现了3 210 m3/s流量(渭河2022年第1号洪水)。尽管以上的编号洪水都可以安全过汛，但受黄河和渭河下游“悬河”对河床抬高等的影响，对水灾威胁的防范意识不能减小。

3 黄土高原水土保持高质量发展需要加强研究的重点问题

3.1 继续加强水土保持基础理论与技术研究

根据《黄河流域水土保持公报(2020年)》，经过多年治理，2020年黄河流域水土流失面积26.27万km2，与1990年国务院第一次全国土壤侵蚀遥感调查结果相比，面积减少了43.51%，实现了侵蚀面积和强度“双下降”，但黄土高原水土流失面积23.42万km2，占黄河流域水土流失面积的89.15%，治理任务依然很重，需要综合治理，加强协同治理[5]。过去30年的治理成果很显著，但目前黄土高原水土流失分布上相对分散，集中连片的区域较少，侵蚀从坡面侵蚀为主向重力侵蚀为主转变，目前的水土保持治理理论和方法尚不能很好指导新时代的治理需要，因此需要集中研究以下问题：①黄土高原现存水土流失地块分布及其侵蚀产沙新特征；②黄土高原重力侵蚀阻控原理与技术；③黄土高原梯田暴雨损毁特征、风险与综合治理技术；④黄土高原水土保持植被退化及其可持续管理[6-7]；⑤黄土高原淤地坝损毁风险评估与安全防护技术；⑥零散分布水土流失地块治理的途径与成本分析等。

3.2 黄土高原水土保持与水沙调控

尽管黄河径流和泥沙的数量、过程发生了很大变化，但是黄河水少沙多、水沙关系不协调的矛盾依然严重，存在着河道行洪能力低、洪水过程缓慢、水灾风险严重、防灾减灾工程运行成本高等问题[8-9]。根据“表象在黄河，根子在流域”的科学论断，加强黄土高原水土保持治理，需要集中研究以下问题：①黄土高原极端暴雨土壤侵蚀致灾、蓄排协调和当地生态需水联合管理理论与技术；②黄土高原水土保持措施对河流水沙的调控潜力、对策与风险综合评估；③水土保持措施类型和区域配置对流域水沙过程的影响和作用研究，完善基于不同措施减沙水代价的“减沙增流”调控技术[10]；④基于坡面-沟道-河道不同泥沙输移水代价差异的水沙调控机制；⑤气候变化条件下黄土高原水土保持水沙调控能力变迁与对策[11]；⑥基于黄河下游河道演变情势的水土保持和库坝系统联合调控机理等。

3.3 黄土高原水土保持数字化与智慧化

无论是黄河重点生态区(含黄土高原生态屏障)治理，还是水土保持理论与生态、经济和社会效应监测和评价，或是水土保持管理和科学决策，都需要加强水土保持的自动化、规范化、信息化和智能化水平，从而为国家水土保持治理体系和治理能力现代化提供科学现代管理保障，促进水土保持高质量发展，因此需要集中研究以下问题：①黄土高原水土流失要素和水沙过程动态、精准监测技术与设备研究；②黄土高原多时空尺度、多过程土壤侵蚀模型研发；③数字孪生黄河流域水土保持模块构建；④水土保持信息集成与智慧化应用理论与方法研究等。

3.4 黄土高原水土保持与社会服务

水土保持在资源、生态、环境、经济、社会等多种领域产生效益，可以为目前的乡村振兴、经济发展提供有力的支持[1]，如保护土地资源、减少旱涝带来的损失、改善人居环境等。目前需要集中研究以下问题：①有经济功能的水土保持产业林草植被建设，尤其是以茎叶花果为经济产品的植被类型，可以减少土壤扰动和侵蚀发生；②水土保持林草地的综合利用模式；③黄土高原水土保持生态服务价值提升与稳定维持机制；④水土保持相关生态产品价值实现途径；⑤黄土高原乡村道路侵蚀综合治理技术；⑥城市排水管网系统泥沙来源追溯与减淤防涝机制[2]；⑦黄土高原水土保持示范园(基地)生态教育功能实现机制；⑧基于河道输沙生态需水量分析的黄土高原水土保持效益评估等。

4 结 语

水土保持是深入推进黄河流域生态保护和高质量发展的核心任务之一，由于目前黄土高原水土流失面积依然很大，极端暴雨场次和强度还在增加，侵蚀类型和分布特点与以往相比出现很大不同，治理重力侵蚀的技术尚不够成熟，因此必须更加重视黄土高原的水土流失治理，而且需要通过针对性研发，逐渐解决上述核心问题，进一步提高水土保持率。同时，保护和维持现有水土保持治理成果及其综合效益，并努力与黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略、乡村振兴国家战略和“十四五”规划等的实施相结合，坚持山水林田湖草沙系统治理，加强对现存水土流失区域的高质量、高速度和可持续治理，全面促进黄土高原水土保持理论创新和高质量发展。

同时，我们还要看到，目前除水土保持行业主管部门以外，生态环境、农业农村、自然资源等相关部委，也越来越关注水土保持综合治理、小流域综合治理、山水林田湖草沙系统治理等工作，显示出水土保持在国家层面的重要性。传统的水土保持技术手段需要积极与新时代的国家需求更全面地结合，全面贯彻新发展理念，从水土流失治理和水土资源保护向流域治理、区域经济社会发展、防灾减灾和国家水土保持治理体系和治理能力现代化方向发展，不断提高水土保持数字化和智慧化。