黄河河口生态需水分析

　2009年8月

水 利 学 报SH UI LI X UE BAO 第40卷　第8期

收稿日期:2008205207

基金项目:国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAB06B08)

作者简介:刘晓燕(1964-),女,河南永城人,博士,教授级高级工程师,主要从事河流健康和环境流研究。

E 2mail :xyliu @yellowriver.g 文章编号:055929350(2009)0820956206黄河河口生态需水分析

刘晓燕,连　煜,可素娟

(黄河水利委员会,河南郑州　450003)

摘要:黄河入海水量及其流量变化过程对保障其河口三角洲生态健康具有十分重要的作用。本文分析了黄河三角洲生态系统的结构、组成及其功能,认为该生态系统关键期为5—9月。分析了黄河渔洼以下三角洲生态系统中的陆域湿地、河流湿地以及近海水域等重要生态单元生境修复与黄河径流条件的关系,重点分析了鸟类生境、河道内鱼类生境和近海水生生物繁衍生境的生态需水,提出了它们对黄河入海水量及其流量过程的要求。在统筹考虑黄河天然径流条件、自然功能用水和社会功能用水的平衡、黄河水资源配置条件等因素后,进一步提出现阶段黄河向

其三角洲生态系统提供的生态用水控制指标:5—6月繁殖关键期的适宜水量约22亿m 3,相应的利津断面流量应不

低于150m 3Πs ,最好能达到250m 3Πs ;7—10月应保障洪水量级不低于3500m 3Πs 、平水期流量不低于200～300m 3Πs ;11

月—次年4月流量应不低于75m 3Πs ,最好能达到120m 3Πs 。

关键词:黄河;三角洲;湿地;生态;需水

中图分类号:X 17111文献标识码:A

1　研究背景

现在的黄河河口三角洲是1855年兰考铜瓦箱决口改道后形成的。150多年来,伴随着河口流路“淤积-延伸-摆动-改道”的过程,黄河三角洲已成为我国生物多样性最为丰富、最具保护价值的河口三角洲生态系统,是东亚至澳洲涉禽迁徙的重要停歇地和繁殖地,东北亚鹤类的重要越冬地和迁徙停歇地,世界珍稀濒危鸟类黑嘴鸥、东方白鹳和黑鹳的重要繁殖和迁徙停歇地,天鹅、斑嘴鹈鹕、红隼等保护

性鸟类的重要越冬、迁徙和繁殖地。据调查[1],该地区共有植物393种,其中野大豆是国家二级保护植

物;共有鸟类283种,其中国家一级保护鸟类9种,二级保护鸟类41种;共有鱼类193种,其中国家一级保护动物2种、二级保护动物7种。为此,国家于1992年设立了黄河三角洲国家级自然保护区,主要保护珍稀濒危鸟类的主要生境。保护区位于黄河渔洼以下,总面积1513万hm 2

,其中核心区面积518万hm 2。然而,1986年以来,黄河遭遇了连续枯水年,伴随着居高不下的人类用水,使利津断面(黄河最末端水文站,下距入海口约112km )的各月流量均大幅减少(图1),从而严重损害了三角洲生态系统的健康。黄河河口生态需水的研究已成为广受关注的热点课题。

从已发表文献看,自然保护区内的陆域湿地生态需水是迄今研究最多的方面[2-5],研究者采用的思

路基本上为水量平衡法。因选择参数不同和考虑的空间范围不同,其计算结果变动在15～40亿m 3范围内。然而,这些文献对陆域湿地的各生态单元在天然情况下对黄河径流的依赖程度、不同单元内典型植被和鸟类在不同季节对淡水条件的要求等未给出明确的说明。还有研究者直接以某年代实测年均流

量的10%或湿周与流量关系的拐点流量作为该河段生态流量[6-7],但没有介绍该方法的生态学意义。

近海水域生态需水也是人们关注的内容。文献[2-3,8]认为,盐度是影响该水域鱼类的关键因素,—

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图1　利津断面历年月均流量变化

进而提出4—6月需要保障的生态水量约24～40亿m 3

,但没有介绍鱼类在不同季节对盐度的耐受阈值、有此盐度要求的合理区域以及与生态水量推荐值的关系。

本文从该生态系统的结构、功能及其对黄河径流的依赖程度入手,提出现阶段可用于黄河水量调度实践的利津断面控制流量。

2　研究思路

历史上,由于水少沙多,黄河入海流路在宁海以下往复摆动。1949年后,为保障河口地区发展,入海流路由先前的自然选择变为人工选择,改道顶点也下移到渔洼附近(上距利津约60km ),形成近代黄河三角洲(图2),该生态系统用水主要来自本地降水、黄河补水和海水等。

图2　黄河现代三角洲范围

现行清水沟流路是1976年人工改道形成的,该流路还将在未来40～60年内持续使用。鉴于此,并考虑到本研究目的在于为黄河水量调度提供支持,故本文所谓生态需水特指清水沟流路附近生态系统对黄河径流条件的要求,重点考虑3个生态单元:位于自然保护区南片的陆域湿地、渔洼以下黄河河道内水域(也称河流湿地)和近海水域。

该地区陆域湿地包括芦苇湿地、潮滩和潮下带湿地、稻田或养殖池湿地、盐田湿地等类型。天然状态下以黄河水为主要水源的湿地主要是分布在入海流路两侧的芦苇湿地(包括芦苇草甸、芦苇沼泽和水面等),以芦苇湿地为主要栖息地的重要鸟类有丹顶鹤、东方白鹳、黑嘴鸥、黑鹳、灰鹤和大天鹅等。可见,计算该区生态需水必须从芦苇湿地的重要物种在不同季节对湿地水深要求入手。

黄河渔洼以下河道内栖息的水生生物主要是鱼类,包括洄游鱼类(如　鲚、梭鱼、鲈鱼、鳗鲡、银鱼等)和淡水鱼类。不过,因黄河含沙量大、河床冲淤变化剧烈,限制了浮游生物和底栖生物的生存,故本河段淡水鱼类并不丰富,主要有赤眼鳟、餐条、鲫鱼、黄桑鱼、黄河鲤、鲫鱼和四大家鱼等。显然,计算该

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区生态需水须从鱼类及其生物饵料在不同生长季节对黄河水流的流速、水深和水面宽等水力要素入手。因观测资料匮乏,本文重点关注典型鱼类对水流条件的要求。

黄河水沙携带的丰富营养物质和三角洲独特的气候和地理条件,使入海口附近滩涂和海域成为渤海湾重要的水生生物繁殖和生长场所。观测该区69种鱼类的性腺发育表明[11],有39种在此繁殖后代。黄河对该区生境的影响主要体现在不同入海水量对海域水体盐度的改变。

以上分析可见,3个生态单元对黄河径流条件的要求形式各不相同,以服务于黄河水量调度为目的的河口生态需水显然是3个生态单元对黄河径流条件要求的耦合结果。

3　芦苇湿地生态需水分析

湿地规模是湿地生态需水计算的前提。天然情况下,芦苇湿地的补给方式主要靠黄河漫滩洪水和侧渗。然而,因道路或堤防阻隔,目前芦苇湿地已不得不靠渠道从黄河引水,有此条件的芦苇湿地均分布在清水沟流路两侧,面积约1107万hm2(2005年遥感资料)。而据遥感影像,1992年保护区设立时的芦苇湿地面积为2136万hm2。因此,将芦苇湿地保护的远期目标和近期目标分别定为2136万hm2和1107万hm2。

芦苇湿地的不同生物对水的要求也是计算生态需水时必须考虑的关键因素。据观测,此处芦苇发芽的关键期是4—6月,此时需要的水深为10～50cm:在芦苇生长期7—10月,水深宜达20～80cm;而在重要鸟类越冬的季节,湿地水深不宜超过20cm。

湿地生态类型因水分补给条件和土壤盐分的变化而发生功能和结构的演替:淡水不足时,芦苇群落向白茅和旱生群落演替;地下水盐度升高时,芦苇、柽柳等淡水植被则向耐盐性较强的翅碱蓬群落演替。植被群落和生态景观格局的改变显然将对鸟类栖息生境产生重要影响。

基于以上认识,本文首先计算了芦苇湿地保护目标为2136万hm2所需要的淡水补给量。研究利用LE DESS景观模拟模型[9]重点分析了218、315和412亿m3等3种不同年补水量对芦苇湿地的影响(表1,表中现状为2005年水平)。由表1可见,3个方案均能提高芦苇湿地(主要是芦苇沼泽)的面积,通过淡水补给,原有的芦苇草甸大多演化为芦苇沼泽,原有的盐碱地或光板地则转变为芦苇草甸;鸟类的数量也随水量增加和植被条件改善而有所增加。但当水深超过一定阈值后,沼泽湿地周边的草甸和灌丛等季节性湿地面积和功能也会受到抑制,沼泽芦苇生物量下降,芦苇面积和盖度会减小,黑嘴鸥的生境面积和功能受到胁迫。鉴于此,推荐将年补水量315亿m3作为实现芦苇湿地远期保护目标所需黄河补给的水量。

表1　不同年淡水补给量条件下芦苇湿地景观及鸟类变化

项目现状补水218亿m3补水315亿m3补水412亿m3

芦苇草甸5053625959254814

芦苇沼泽5604158711639717717

芦苇合计10657221302232222530

湿地景观变化×104Πhm2水体50090026003100

杜柳12879158261574115550

翅碱蓬滩涂4545706570527051

盐碱地+光板地2883176917701768

丹顶鹤30209211227生态承载力变化Π对东方白鹳45361378541

黑嘴鸥400540541549

注:“对”为鸟类数量单位;现状鸟类数量仅考虑了芦苇湿地范围。

按“2136万hm2芦苇湿地需水315亿m3”比例推算,则芦苇湿地维持在现状规模(1107万hm2)需要黄河补给的水量约为116亿m3。该水量与保护区主管部门近年向黄河水资源主管部门提出的用水要求基本一致(115～2亿m3)。

补水量季节分配也是影响湿地质量的重要因素。据近年实践,4—5月补水量最好达总补水量的—

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