——中国水利水电科学研究院水生态环境所所长彭文启的生态修复探索之路

徐芳芳

生态兴则文明兴，生态衰则文明衰。党的十九届五中全会明确提出了2035年“美丽中国建设目标基本实现”的远景目标和“十四五”时期“生态文明建设实现新进步”的新目标新任务，推动水环境质量持续改善、水资源利用高效集约、水生态系统功能逐步恢复，实现水生态环境高水平保护和经济高质量发展的要求也愈加明确。

新时代呼唤新目标，新形势需要新举措。作为中国水利水电科学研究院水生态环境研究所所长，彭文启带领中国水科院团队，主持了全国重要河湖健康评估试点工作，提出河湖健康评估指标、标准与方法，形成指导流域开展河湖健康评估的技术指导文件，探索形成了生态流量科学确定与核算技术方法，建立了适应我国水资源保护与水环境管理要求的流域水质目标管理技术体系，他以永定河为研究对象，围绕长期断流河流实现“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”生态修复目标，创新提出“人工引导，自然发育”的河流生态廊道修复对策及生态修复技术，为相关部门永定河治理方案调整与优化实施提供了重要的科技支撑。

让干涸的永定河恢复“流动”

推动京津冀协同发展，是党中央和国务院作出的一项重大战略决策。《京津冀协同发展规划纲要》明确提出，要推进“六河五湖”生态治理与修复。永定河既是“六河五湖”中的重要河流，它像一条天然走廊贯穿着京津冀生态功能区，提供重要水源；也是北京的母亲河，孕育了北京深厚的文化底蕴和独特的人文资源。《北京城市总体规划（2016年—2035年）》中，永定河被定位为“京西绿色生态走廊与城市西南生态屏障”。这条碧波荡漾的永定河，曾经涵养京城，润泽华北，如何让它重放光彩，是新时代生态治理与修复的重大挑战。

防洪、供水、生态，是新时代赋予永定河的三大重要使命，按照京津冀协同发展2016年工作要点的有关部署要求，国家发展改革委会同水利部、原国家林业局以及北京、天津、河北、山西四省市组织编制并联合印发了《永定河综合治理与生态修复总体方案》，提出将集中利用5至10年时间，逐步恢复永定河生态系统，将永定河打造为贯穿京津冀晋的绿色生态廊道，着力健全完善流域综合管理与协同治理机制，推动形成永定河河流生态廊道建设长效机制。北京市委市政府高度重视永定河综合治理与生态修复，2018年6月9日，北京市委书记蔡奇就推进永定河综合治理与生态修复工作调查研究，对永定河生态廊道建设工作作出了系统部署。

永定河发源于内蒙古高原的南缘和山西高原的北部，流域面积为4.70万km2。永定河在北京段全长170km，分为官厅山峡段、平原城市段、平原郊野段，流经门头沟、石景山、丰台、房山和大兴5个区。历史上，特别是辽金以前，永定河上游地区山谷幽邃，林木茂密，有大片的原始森林存在，河水清澈见底，被称为“清泉河”。但是随着人类活动影响加剧，永定河流域生态环境不断退化。 

2005—2014年的10年间，永定河主要河段年均干涸121天，年均断流316天。其中，三家店至卢沟桥段基本处于长期断流状态，卢沟桥至屈家店段基本全年干涸。永定河卢沟桥段以下平原河段干涸断流、河床沙化，冬春季节，风沙弥漫，对于区域生态环境影响明显。由于永定河水资源短缺问题严重，生态恶化时间相对较长，河流自然水文过程基本完全消失，河流廊道环境条件几乎全部需要重构，因此河流生态修复工作将是一项十分艰巨的任务。

1973年，电影《战洪图》的背景就是永定河发大水。几乎没有人预想到，30年后，这条奔腾不息的河流，会彻底干涸。而在它干涸后，人们的想念才被唤醒，一些人开始追问，“永定河是怎么没的？”北京市曾多次治理永定河，国务院批准实施了《21世纪初期首都水资源可持续利用规划》和《永定河干流水量分配方案》，永定河水资源短缺与水污染进一步恶化的态势得到初步控制，从2003年开始，每年定期由上游的洋河和桑干河向下游的永定河北京段补水。但永定河仍然水量偏少，自净能力较差，部分河段仍然干涸，河道断流、生态系统退化、部分河段防洪能力不足等问题仍然十分突出。

随着京津冀协同发展战略的实施，永定河的命运迎来了转机。2017年4月1日，国家发展改革委、水利部、原国家林业局及沿线京津冀晋四省市在北京召开动员会，将永定河综合治理与生态修复作为京津冀生态环保领域率先突破项目予以启动实施。

“永定河，出西山，碧水环绕北京湾。”针对永定河的生态修复问题，彭文启带领团队，依托国家水专项“永定河（北京段）河流廊道生态修复技术与示范课题”按照永定河“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”的目标要求，针对永定河（北京段）绿色生态廊道建设存在严苛的水文水资源条件问题，开展面向水生态功能保护的流域水域岸线生态空间管控与生态水量统一调控关键技术研究，提出了永定河流域水生态空间管控方案、多水源优化配置方案。围绕永定河（北京段）多水源利用与绿色生态廊道建设需求，他和团队研发了多类型水源水质净化风险控制与水量调蓄调配技术，形成绿色生态河流廊道生态补水优化调度方案。与此同时，他们针对永定河（北京段）平原河段大型人工景观缓滞水体水质恶化与沙质断流区段绿色生态廊道构建难题，开展永定河（北京段）景观蓄水河段生态功能提升、沙质断流区河流绿色生态廊道重建关键技术研究与集成示范，形成河道大型人工景观缓滞水体生态功能提升组合技术、沙质断流区河流绿色廊道构建技术，提出了沙质断流河道生态重建技术指南。

2020年，在上述一系列技术方案的支撑下，永定河（北京段）河流生态通道基本贯通的规划目标得以实现。“流动的永定河终于又回来了！”

以关键技术打造“生态廊道”

“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”，常年断流、干涸的永定河要实现这一目标，需要跨越历史的界限，打破技术的边界。彭文启带领团队，以永定河（北京段）为重点示范区，开展了多类型水源补给河流生态流量优化调控与绿色生态廊道构建技术研究与综合示范，凝练出河道大型人工景观缓滞水体群生态功能提升技术、沙质断流河道绿色生态廊道构建技术和北方缺水河流生态水量水质保障技术等3项关键技术，并形成河流绿色生态廊道生态修复整装成套技术支撑体系，为坚定不移走好永定河模式之路，打造永定河生态修复样本作出了重要贡献。

在总目标的要求下，彭文启和团队制订了一系列恢复性指标，建设景观缓滞水体生态功能提升示范工程，示范水域面积不低于100hm2，水华暴发（叶绿素a＞100μg/L）频次低于5次/年、面积控制在20hm2；永定河（北京段）断流区绿色河流廊道构建示范河长不低于10km；永定河三家店控制站以下，地表水及再生水等补给永定河主河道水量不低于0.75亿m3等。

针对河流廊道功能退化严重问题，结合永定河河流廊道水生态系统的功能、属性和用途，彭文启和团队构建了永定河水生态系统服务功能价值评价指标体系，进行永定河流域河流廊道水生态系统服务功能评估和服务功能价值计算。他们基于土地利用演变及单位面积生态系统服务价值的耦合，计算了永定河流域服务功能及流域的河流廊道水生态系统服务功能价值，形成了适用于数据缺乏地区的水生态系统服务功能评价方法。结果显示，2018年永定河河流廊道水生态系统服务功能的价值约为527亿元，较1964年降低了140亿元左右。但随着人们环境保护意识的增强，水生态服务功能价值有所提高，2018年的水生态服务功能价值较2004年增加了近57亿元。2018年永定河河流廊道水生态服务功能价值最高的功能分别是水文调节、水源涵养、环境净化、维持养分循环和维持生物多样性。这一研究首次测算出了永定河河流廊道生态服务功能价值，进而识别出流域内的重要生态功能区，据此助力永定河流域河流廊道生态环境保护与修复。

就永定河流域水域岸线生态空间优化调整与分区保护问题，彭文启和团队创新性提出了具有普适性、符合人为调控流域实际、适合河流廊道生态环境恢复与保护、满足多部门水陆交错带综合管理需求的三带（水域带、岸线带、缓冲带）四区（保护区、保留区、控制利用区、开发利用区）河流廊道水域岸线区划概念模型，有助于整合水生生态保护恢复、防洪、输水、岸边带植被保护恢复、岸边带面源水质控制，以及农业、交通、城市多功能和谐平衡，为基于空间的河流廊道保护修复规划技术提供理论指导。

根据流域地形、水文气象、植被、土壤侵蚀等陆生生态特征数据分析，彭文启和团队确定了流域生态流量管理分区，研究出“以水带绿，以绿养水”的河流廊道景观单元优化配置技术，形成了绿色生态河流廊道景观单元优化配置方案，开展了河流廊道水域和河岸景观单元生态重构关键技术研究。结合流域水资源供-用-耗-排格局，彭文启和团队研发了以生态流量标准保障为导向，结合权衡生态恢复需求、社会经济可承受度以及流域生态流量调控范围的生态流量整体协调分析系统，对永定河流域生态流量进行可达性分析，制订永定河山区段上下游协调、“三生”用水基本协调的生态流量标准方案。

方案制订了，水从何来？无源之水，无以支撑永定河持续流动。为制订永定河流域面向生态流量的水资源优化配置调控与保障机制，彭文启和团队根据天然径流特性，构建了永定河分布式水文模型，利用长系列降雨反演下垫面条件下的天然径流过程。针对生态水量难以保障的现状，以河道外区域间用水公平、地表水利用效率、生态补水效益为目标，建立了统筹当地径流、再生水、外调水等多种水源的流域水量统一优化配置技术体系，并结合现有水资源和防洪调度，建立了面向生态流量的水资源优化配置模型，率先提出了2030水平年保障河道基本生态需水的水资源配置方案，保障了河流基本生态效益。

昔日的永定河曾经波澜壮阔。如今，在一系列水环境保护创新技术的支撑下，永定河绿色河流廊道建设持续推进，永定河已经焕发出新的生机。

推动水环境保护可持续发展

2018年，习近平总书记在全国生态环境保护大会上发表重要讲话时指出，生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计。新时代推进生态文明建设，要加大重大项目科技攻关，对涉及经济社会发展的重大生态环境问题开展对策性研究。

如何清醒认识我国流域水综合管理、污染防治和修复相关研究的发展现状？在彭文启看来，与欧美国家比较，我国在水生态系统方面的科学研究起步晚，监测与研究工作少，对于我国分区差异性极大的水生态系统规律的科学认知明显不足。“首先，我国是一个水生态禀赋条件较差的国家，近30年来对水生态系统的扰动严重强度持续偏高，水生态系统退化呈现系统性、复合性与整体性特点，显著增大了对水生态系统规律认知的难度。其次，我国水情特殊，水旱灾害频发仍是我国的心腹大患，防洪与供水保障任务重，水资源管理重点服务于防洪、饮水、灌溉，工程思维范式占主导地位，水生态系统保护与修复难以获得应有的重视。”他认为，中国的水生态保护与修复工作仍存在三个基础性的问题。一是在规划、设计、施工、管理等系列技术标准中，几乎没有水生态系统保护的相关要求，这已经成为推进水生态保护与修复工作的重大制约，需要尽快推进标准的修订。二是水生态系统本底不清，基础数据不全，适用的监测技术方法与手段不多，发现问题的能力不足。三是由于历史原因，数量较多的水工程规划设计及运维管理与当前的生态环境保护要求不协调、不适应，生态化改造调整的难度大、经验不足、办法不多。与此同时，北方水资源短缺流域部分河流生态退化严重，积累的问题多，情况复杂，生态修复的水资源条件严苛，标本兼治的手段与方法欠缺。

彭文启近年来在水环境机理与模型技术、流域水资源保护管理技术研究等多个领域形成了重大突破。作为全国河湖健康评估技术负责人，他主导了全国重要河湖健康评估试点，提出河湖健康评估的指标、标准与方法，主持编制行业标准《河湖健康评估技术导则》，指导流域机构与省区开展河湖健康评估。2010年以来，他带领团队完成全国36个河湖的健康评估报告，初步形成全国河湖健康评估定期制度，建立了全国河湖健康评估理论与技术标准体系。为系统建立水质达标与容量总量控制技术体系，彭文启带领团队完善了以水体功能为导向的水资源质量评价理论体系与框架，形成《水资源质量标准》修编成果与《地表水资源质量评价技术规程》。作为国家最严格水资源管理制度水功能区达标考核技术负责人，他研究建立了限制纳污红线目标考核指标体系及控制目标分解方案、水功能区水质达标评价技术体系，主持完成2013—2018年水功能区限制纳污红线技术核查，为国务院最严格水资源管理制度考核提供全面技术支持。

彭文启和团队以流域水文水动力过程及水质过程变化耦合影响为主线，定量描述了流域下垫面条件变化下的河流径流过程变异成因及河流生态水文响应机制。他们提出的“分区、分级、分类、分期”生态流量科学确定理论与核算技术方法与面向生态流量的水工程调度模式，在浑太河流域示范应用中取得了良好效果。在此基础上，彭文启和团队研究出生态流量（组分+阈值+保证率）“三位一体”结构，提出了“分区/分类/分组”“三维”范式的生态流量确定准则，并形成了“分区分类”的一系列技术方案与成果，被2018年水利部生态流量河湖生态水量（流量）专项研究工作成果采纳。

以永定河为研究对象，彭文启和团队围绕长期断流河流实现“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”生态修复目标，创新提出“人工引导，自然发育”的河流生态廊道修复对策及生态修复技术，为相关部门永定河治理方案调整与优化实施提供了支持。他和团队提出的城乡水生态环境治理策略体系，在深圳市龙岗区坪山区、北京市海淀区、湖北省松滋市、湖北省潜江市、河南省濮阳市、成都市天府新区直管区、四川省简阳市、吉林省吉林市、浙江省丽水市等地进行了广泛推广。

“生态环境保护要坚持人与自然和谐共生的原则，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，像保护眼睛一样保护生态环境，像对待生命一样对待生态环境，让自然生态美景永驻人间，还自然以宁静、和谐、美丽。”曾经，习近平总书记在2018年全国生态环境保护大会上的重要讲话如同指路明灯，为彭文启及其团队指明了方向。如今，习近平总书记的教诲言犹在耳，他们以科技支撑守好“生命之源”的科学探索之路也将会越走越远，越走越宽阔。

专家简介

彭文启，中国水利水电科学研究院水生态环境研究所所长，正高级工程师。武汉水利电力大学水力学及河流动力学博士。水利部部级人才创新团队“水资源安全保障”及“水生态安全保障”核心成员，2016年及2021年被遴选为“中国水科院创新领军人才”。长期致力于流域水生态环境过程机理与调控研究，主持完成国家重大科技专项课题、自然科学基金重点项目、水利部重大课题及重大工程咨询等项目多项，在河湖健康评估、生态流量管理、流域水质目标管理、流域水生态修复等方面取得系列创新成果，出版专著24部，发表论文211篇，其中SCI论文53篇，在流域水资源保护、水污染防治、水生态修复等方面发挥了重要科技支撑作用。