美國伊利諾伊河流域伊米昆地區生態恢復項目水文特征綜述

作者 MisganawDemissie等

翻譯 朱明成

美國大自然保護協會（TNC）發起了一項伊利諾伊河畔的大型生態恢復項目，旨在恢復伊米昆地區的生態環境。這片區域是全美最大的沖積平原之一，位于斯蓬河與伊利諾伊河交匯處的上游地區。此項目的目標為努力恢復本地水生和陸生物種曾經賴以生存的環境，其中的一項關鍵要素在于了解當地的水文特征和泥沙輸運過程。我們不妨從歷史演變、現狀分析和不同備選方案這三方面分別來考慮這個問題。伊利諾伊州水資源調查局（ISWS）整理了相關水文資料數據，并且建立了一個數學模型，用以評估當地生態環境的現狀和生態恢復過程中的不同備選方案。

一、背景資料

伊米昆地區的地貌發育形成于上千年前的冰川事件，這與伊利諾伊河下游的其他漫灘基本相似。這里有兩個內陸湖和一大片漫灘，為當地各種野生動植物提供了多樣的水生和陸生環境。近一個世紀以來，為了保護當地農業的發展，人們開始筑堤防洪。早在1812年，第一座堤壩已經投入使用，不過多數河堤建于19世紀末。據美國陸軍工程兵團當時估計，伊利諾伊河下游約95%的漫灘都被圍墾用于農業生產（USCOE，1961）。

二、水位的變化

19世紀30年代，伊利諾伊河上修建了7個新的水利樞紐用以替代以前的水利設施，伊利諾伊河的低水位因此顯著升高。另一個影響水位的主要因素是，從1900年開始密歇根湖水的匯入，流量從3000~10000立方英尺每秒不等。根據伊米昆地區下游哈瓦那測站水文資料，1888年拉格朗日水利樞紐建成后的10年，伊利諾伊河低水位提高了超過3英尺；1900~1939年，密歇根湖水的匯入將水位提高約1英尺；現在看來，水位又回落了約2英尺，可仍然高于1888年前的水位。以上這些實測的水位資料，可以作為伊米昆地區水文資料歷史演變的參考。

三、地下水與地表水

根據伊利諾伊河谷地區水文資料的統計分析，總體來說，地下水由河兩岸流入伊利諾伊河，不過也有部分流入包括伊米昆在內的漫灘地區。因此，大多數區域都會建有泵站，目的是將地面的排水管道和地下水滲流抽水外排。事實上，伊米昆地區就建有一個連接泵站排水渠系統，最后將水排入伊利諾伊河。過去抽水是用于農業生產灌溉，作為生態恢復計劃的一部分，我們需要了解的是，停止抽水后，伊米昆地區的地面水量、地下水和伊利諾伊河水位對此地區的影響。為此，伊利諾伊州水資源調查局（ISWS）在此地區設置了24個觀測井，用以測繪和監控地下水的情況。鉆孔過程中發現，基層巖以上30到40英尺有一砂質層。在自流條件下，水壓作用將伊米昆地區地下水帶到蓄水層以上。觀測井的數據也反映了蓄水層表面和底面的垂直壓差。同時，數十年的泵站抽水狀態導致蓄水層形成一個巨大的漏斗形低洼，一旦停止抽水，地下水水位將上升至地表以上數英尺。

現有研究顯示地下水和排水渠道關系緊密，水位上升至地表以上后，會在伊米昆地區的一大片范圍內形成類似湖泊的地貌。根據伊米昆地區生態恢復的要求，我們應該采取相應措施改變地下水和排水渠道之間的關系。

四、泥沙淤積情況

20世紀以來，伊米昆地區洼地湖底和漫灘的泥沙淤積導致了當地環境的變化。湖底每年平均有2～78毫米的淤積，具體淤積量取決于泥沙來源和與伊利諾伊河的距離遠近。因此，考慮到泥沙淤積的嚴重問題，生態恢復中應采取必要措施減少泥沙來源或者控制長年累月的泥沙累積。

五、對策措施

為此，伊利諾伊州水資源調查局（ISWS）對生態恢復的進程提出了3種初步的設想。第一種方案是保持現狀，繼續用堤壩把伊米昆地區和伊利諾伊河分隔開來。這樣除非伊利諾伊河出現特大洪水漫過現有的堤壩，否則伊米昆地區的泥沙淤積量不會有所增加。然而，伊米昆地區現有的泥沙將有可能對某些生態恢復工程產生影響。第二種方案是將伊米昆地區上游和下游的防洪堤壩拆除。從此以后，伊米昆地區的泥沙淤積情況也將會類似于伊利諾伊河附近的其他湖泊，淤積厚度以每年約8毫米的速度快速增加，這將對生態恢復造成不利影響。于是，我們提出第三種方案，即在已有堤壩上安裝閘門，來有效控制進出伊米昆地區的水流泥沙。

在分析研究時，我們采用了從1971~2000年這30年間伊利諾伊河流域的水文數據作為驗證。從實測數據中可以看出，流域的水位從極端洪水到干旱年份波動很大。

計算中，我們不妨指定三年一個循環，每三年開閘一個月。由于出流的含沙量較小且很難測定，我們假設所有進入伊米昆地區的泥沙都落淤。經過模擬計算，在這30年間，約47600噸泥沙在伊米昆地區落淤，淤積厚度每年增長約0.16毫米■