基于調(diào)水調(diào)沙的黃河三角洲濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)

劉青勇，王愛芹，張 娜，王春華，杜 娟

(1.山東省水利科學(xué)研究院，山東省水資源與水環(huán)境重點實驗室，濟南 250013；2.黃河水利委員會黃河河口研究院，山東 東營 257091；3 山東黃河河務(wù)局，濟南 250014)

隨著三角洲的不斷向海域推進(jìn)而形成了黃河三角洲濕地。由于形成歷史短，三角洲土壤潛育化程度低，土壤有機質(zhì)積累欠缺。區(qū)域濕地水文生態(tài)系統(tǒng)位于水陸交界的生態(tài)脆弱帶，自然和人為活動干擾劇烈，生態(tài)系統(tǒng)極易受到破壞。

1 黃河三角洲濕地退化

濕地退化的主要標(biāo)志之一是濕地面積減少。黃河來水來沙減少及人類對土地資源開發(fā)利用的加劇直接導(dǎo)致內(nèi)陸大面積濕地喪失。據(jù)遙感監(jiān)測分析，黃河三角洲自然濕地總面積總體上呈不斷減少的趨勢，1976-2008年自然濕地面積減少52 105.50 hm2，占44.5%。自然濕地面積占濕地總面積的比例也呈不斷下降趨勢。天然濕地面積的減少，使依附于濕地的生物的生境受到威脅，也使生物多樣性受到影響。

2 濕地生態(tài)退化驅(qū)動力分析

2.1 黃河水沙變化

河口地區(qū)淡水資源匱乏，黃河是三角洲唯一的客水資源。20世紀(jì)80年代以來黃河河道來水逐漸減少，進(jìn)入河口地區(qū)的水量減少幅度尤其突出。2000年小浪底水庫運用以來來水量僅是50年代水量的50.7%(圖1)。黃河來水來沙逐年減少，不僅改變了淤積和蝕退狀態(tài)，造成了濕地面積萎縮。黃河來水的減少使三角洲失去了維持本區(qū)水系和水文生態(tài)平衡的主導(dǎo)因素，導(dǎo)致河口濕地水文條件的改變，影響了濕地生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展方向和濕地植被順向演替方向。鑒于整個濕地生態(tài)功能的紊亂，致使?jié)竦卣{(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕、凈化水質(zhì)等功能的減弱，甚至喪失。

圖1 利津水文站水量和沙量過程線Fig.1 Water ang sediment process line of Lijin hydrological station

2.2 海岸動態(tài)蝕淤

由于黃河改道頻繁，導(dǎo)致改道后突向大海的三角洲劇烈侵蝕，三角洲兩側(cè)的凹入海岸基本填平。1976年黃河改道清水溝以后，因兩岸大堤的束縛，泥沙嚴(yán)重淤積，河口向海域延伸迅速。疊加分析黃河三角洲一般高潮線可以看出近40年來河口海岸的演變趨勢(圖2)。

圖2 黃河三角洲1976-2014年海岸線對比圖Fig.2 Coastline comparison char of Yellow River Delta from 1976 to 2014

圖3 黃河三角洲1976-2014年陸地面積對比圖Fig.3 Land area comparison char of Yellow River Delta from 1976 to 2014

伴隨清水溝口門的泥沙淤積，由于失去泥沙補給引起了刁口河口門的侵蝕(圖3)，1976-1984年期間，黃河三角洲面積呈增長趨勢，1984年以后呈下降趨勢；到2010年下降到最低，2010年之后呈逐年增長趨勢，但增長幅度很小。2014年與1976年相比較，三角洲陸地面積被侵蝕了101.55 km2。

2.3 土壤鹽漬化

近40年來，黃河入海的水量銳減，海平面的上升，引發(fā)了嚴(yán)重的海水內(nèi)侵 ，加之濱海地區(qū)風(fēng)暴潮頻發(fā)，鹽漬化土的面積已接近整個區(qū)域的50%。近年來沿海地區(qū)降雨量減少也加速了海水沿河道或由地下入侵含水層，沿岸咸淡水平衡被破壞，土壤鹽漬化程度持續(xù)增高。

2.4 工程設(shè)施建設(shè)和油田開發(fā)

在三角洲的發(fā)展中，為了促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，興建了大量道路、廠礦企業(yè)、防潮堤等工程。這些設(shè)施不可避免地切割了濕地，破壞了濱海濕地景觀；這些基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重阻斷了區(qū)域之間的水體交換，濕地作為生物棲息地的作用受到削弱。

3 調(diào)水調(diào)沙對濕地生態(tài)環(huán)境因子的影響

合理利用淡水資源，緩解淡水供求矛盾是生態(tài)恢復(fù)的重點。黃河三角洲主要淡水來源是引用黃河水，引用黃河水不僅補充河道、灘地的地表徑流，地下水也得到補給。調(diào)水調(diào)沙實施以來，該地區(qū)每年都要產(chǎn)生1～2次洪水過程，而地下水水位和水質(zhì)在調(diào)水調(diào)沙前、后都會產(chǎn)生變化。地下水的水位和水質(zhì)不僅影響土壤礦物質(zhì)成分變化，也是該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的主要影響因素。

3.1 調(diào)水調(diào)沙對濕地土壤養(yǎng)分和含鹽量的影響

2002年以來，黃委每年利用汛期調(diào)水調(diào)沙對下游河道進(jìn)行沖刷，河口濕地也得到了補給。2008年6月(調(diào)水調(diào)沙前)和10月對清水溝汊1斷面右岸3個取樣點監(jiān)測結(jié)果表明調(diào)水調(diào)沙降低了濕地土壤的含鹽量，提高了濕地土壤的營養(yǎng)含量(圖4)。

3.2 調(diào)水調(diào)沙對濕地地下水的影響

為科學(xué)評價黃河調(diào)水調(diào)沙對黃河三角洲現(xiàn)行黃河口地下水的影響，利用原型觀測手段，在清水溝流路設(shè)置監(jiān)測斷面布設(shè)監(jiān)測井，獲取相應(yīng)地下水位及礦化度的觀測資料。2011年在清7斷面右岸設(shè)置1個監(jiān)測斷面，距河由近及遠(yuǎn)布設(shè)了9個監(jiān)測井。

對觀測期2～10號井實測水位數(shù)值進(jìn)行套繪，水位變化曲線見圖5。結(jié)合觀測期降水、蒸發(fā)及凈降水變化情況，分析調(diào)水調(diào)沙前、調(diào)水調(diào)沙洪峰期、調(diào)水調(diào)沙長時間段三個時期內(nèi)地下水位的變化表明，調(diào)水調(diào)沙洪峰期，來水集中徑流量大，大河來水對研究區(qū)地下水水位影響極為明顯，對地下水的影響隨著離河距離的增大呈減小趨勢。其影響可到達(dá)10號井位置，影響范圍在950 m左右；大河水位增幅達(dá)3.19 m，地下水位增幅為0.21～1.04 m。調(diào)水調(diào)沙長時間段內(nèi)大河來水對地下水位的抬升影響具有長時間性和持續(xù)性，地下水位的增幅變化隨著離河距離的增大呈減小趨勢，各監(jiān)測井地下水位增幅為1.31～2.24 m。

對地下水觀測井實測礦化度進(jìn)行套繪，得出調(diào)水調(diào)沙前2～10號井礦化度變化圖(見圖6)。

地下水礦化度影響因素復(fù)雜，黃河來水、降雨、蒸發(fā)是影響地下水礦化度變化的三大主要因素。調(diào)水調(diào)沙期間，各監(jiān)測井礦化度的變化表現(xiàn)為：2號井、4～7號井礦化度均出現(xiàn)逐步減小之后又逐步反彈的變化特性，其礦化度降低幅度值為0.05～0.50 g/L；3號井、8～10號井礦化度則表現(xiàn)為逐步增大的變化特性，其礦化度增大幅度值為4.01～6.84 g/L。調(diào)水調(diào)沙對地下水礦化度可產(chǎn)生較為明顯的影響，其影響隨著距離的增大而減小。

圖4 三個取樣點兩次土壤檢測結(jié)果Fig.4 Test results of soil samples

圖5 2～10號井地下水位變化曲線圖Fig.5 Groundwater level curve of well 2 to well 10

圖6 2～10號井地下水礦化度變化曲線圖Fig.6 Mineralization degree curve of well 2 to well 10

地下水質(zhì)除礦化度外，其他指標(biāo)K+、Na+、Ca2+、總堿度、總硬度、pH的觀測值與調(diào)水調(diào)沙前相比，調(diào)水調(diào)沙期間，Ca2+、總堿度、總硬度普遍增大，Na+、K+出現(xiàn)升降變化，pH值降低。

4 基于生態(tài)補水的濕地生態(tài)修復(fù)效果

“啟用刁口河流路，實施生態(tài)調(diào)水”是遏制區(qū)域濕地生態(tài)退化的重要措施。

4.1 生態(tài)補水工程概況

刁口河流路生態(tài)調(diào)水工程上首與崔家控導(dǎo)工程21號壩鏈接，下首至入海口，河道長度約52 km。工程以羅家屋子閘最大過流30 m3/s，經(jīng)刁口河故道向三角洲北部地區(qū)送水。

黃河調(diào)水調(diào)沙期間的2010年6月24日至8月5日8時，崔家揚水船被開啟向刁口河揚水，總計引水3 627.69萬m3，引沙20.812萬t。刁口河流路自2011年6月25日開始恢復(fù)過水，至8月3日停止提水，刁口河流路累計過水3 618.73萬m3，輸沙21.173萬t。

4.2 生態(tài)補水的生態(tài)修復(fù)效果

4.2.1植被類型和演替方向變化

生態(tài)補水在短時期內(nèi)改變了刁口河流路的自然環(huán)境，植被類型也發(fā)生了相應(yīng)的變化(圖7)。2011年后通過生態(tài)補水的措施，濕地內(nèi)生長的翅堿蓬群落、白茅-獐茅群落、蘆葦草甸、蘆葦-鹽生雜草甸及檉柳群落等基本轉(zhuǎn)化成了蘆葦沼澤,鹽漬地變成水域或蘆葦沼澤。大部分區(qū)域植被類型轉(zhuǎn)變?yōu)樘J葦沼澤或有向蘆葦沼澤演替的趨勢，這是生態(tài)補水區(qū)域短時期內(nèi)大量蓄水造成的。

圖7 生態(tài)補水前后生態(tài)類型及景觀類型變化Fig.7 Changes of ecological types and landscape types after ecological water compensation

4.2.2鳥類物種多樣性和種群結(jié)構(gòu)變化

(1)調(diào)水前后夏末水禽數(shù)量變化。研究區(qū)內(nèi)的水禽數(shù)量在2009-2011年的3年間的夏末增加較多(2009年為9 020只， 2010年為13 803只，2011年為23 782只)。水禽種群結(jié)構(gòu)變化明顯而種類變化不大：以淡水水域為主要生境類型的水禽數(shù)量增加顯著。此類水禽以游禽居多，代表種類有白骨頂、斑嘴鴨、綠翅鴨、綠頭鴨，4種水禽總數(shù)量的變化為2009年3 700只，2010年8 350只，2011年17 370只；以咸水為生境的水禽數(shù)量減少。此類水禽主要聚居在海灘上的鸻鷸類；聚居于淺水水域，以咸水為其生境的水禽總數(shù)量也發(fā)生了明顯變化，2009年為2 996只，2010年2 913只，2011年1 459只。

(2)調(diào)水前后鳥類遷徙期水禽數(shù)量變化。2009-2011年間秋季鳥類種類變化不明顯而數(shù)量增加明顯，種群結(jié)構(gòu)變化顯著。2009、2010、2011年度，研究區(qū)內(nèi)水禽種群種類及數(shù)量分別為19種4 403只、20種10 800只和23種28 450只，鸛、鶴大型涉禽數(shù)量增加明顯。國家一級重點保護(hù)鳥類丹頂鶴、白鶴、東方白鸛、黑鸛相比2009年均有增加，其中白鶴和黑鸛為補水工程實施以來新增加的水禽。2011年東方白鸛有152只大群遷徙停歇種群。種類基本保持穩(wěn)定。

4.2.3底棲動物物種組成變化

2012年，以刁口河流路生態(tài)補水區(qū)蘆葦濕地大型底棲動物調(diào)查為例，共發(fā)現(xiàn)鹽鹵蟲、黃唇真龍虱、搖蚊幼蟲A、搖蚊幼蟲B、紋沼螺、光滑狹口螺、吻盲蟲、寬體金線蛭8種物種。從物種組成上來看，底棲動物有向淡水物種發(fā)展的趨勢，說明在生態(tài)補水之后，淡水帶來的營養(yǎng)使得淡水物種能夠在該區(qū)域內(nèi)生存。

5 結(jié) 論

(1)黃河水沙對濕地的土壤是十分有利的，調(diào)水調(diào)沙形成的洪水漫灘給土壤帶來的低含鹽量、高營養(yǎng)物含量的水沙，對提高土質(zhì)是有益的。水沙豐則濕地生態(tài)好，水沙枯則濕地生態(tài)差。增加研究區(qū)的黃河輸水量和輸沙量是改善黃河口濕地生態(tài)質(zhì)量的重要措施。

(2)調(diào)水調(diào)沙對監(jiān)測區(qū)地下水水位和水質(zhì)的影響顯著，對土壤的改善和植被的生長有利。但調(diào)水調(diào)沙時間較短，其影響的范圍有限，且隨著時間的延長，來水的減小，則影響范圍會縮小。

(3)采取調(diào)水調(diào)沙和生態(tài)補水措施使研究區(qū)的濕地基本恢復(fù)，有效遏制了生態(tài)退化的趨勢，生物多樣性得以增加，生態(tài)類型和景觀結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，生態(tài)系統(tǒng)功能獲得改善，鳥類保護(hù)取得一定的成效，種群數(shù)量增加。

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