河北衡水湖濕地生態補水策略的探討

郭子良 張余廣 劉麗

（1 中國林業科學研究院濕地研究所，濕地生態功能與恢復北京市重點實驗室，北京 100091；2 河北衡水湖濕地生態系統國家定位觀測研究站，河北 衡水053000；3 河北衡水湖國家級自然保護區管理委員會，河北 衡水 053000；4 河北省邢臺水文水資源勘測局，河北 邢臺054000）

濕地是生態系統的重要組成部分，在調節大氣組成、凈化水質和維持生物多樣性等方面發揮著不可替代的作用（崔麗娟, 2004）。濕地的生態狀況已成為影響區域生態安全格局，提升生態系統服務，建設美麗中國的重要內容。隨著人類活動和全球變化的加劇，很多地區的濕地面臨面積減少、結構改變、功能衰退等危機（楊杰峰等, 2016）。生態補水已成為解決缺水地區濕地萎縮、生態環境惡化和野生動植物生境喪失的重要措施（劉波等, 2015； 裴俊等, 2018）。我國也開展了扎龍濕地、黃河三角洲濕地、南四湖、烏梁素海等眾多的生態補水工程，補充水資源，改善濕地生態狀況及生態功能（萬芳, 2009； 馮夏清等, 2010； 劉波等, 2015）。

華北地區屬于我國歷史文明的發源地，在長期的開發利用下，區域水資源短缺和用水矛盾十分突出，已經嚴重影響水生態安全（夏軍等, 2004）。河湖濕地減少、地下水漏斗、濕地水質較差等成為該地區面臨的重大問題，亟需解決（龐亞瑾等, 2016； 張俊等, 2018）。同時，生產、生活用水的快速增長不斷壓縮華北地區水資源的生態功能，造成濕地退化，進而導致濕地萎縮、地下水漏斗、水污染等生態環境問題。

1 衡水湖概況

衡水湖位于衡水市桃城區西南約5 km 處，115°28′59″～115°41′40″E，37°32′14″～37°41′25″N（高慶華, 2003）。衡水湖為黑龍港流域沖積平原沖蝕低地內的天然湖泊，由黃河改道沖刷而形成，史稱“千傾洼”，曾為黃河、漳河和滹沱河故道，湖底海拔高程18m 左右。目前，衡水湖已成為我國唯一經過大規模排水造田，從事農業生產后又重新蓄水、恢復濕地景觀的湖泊濕地。

建國初期，衡水湖總面積達120 km2，南北長20 km，東西 寬6 km（張彥增, 2010）。20 世 紀五六十年代，受圍湖造田、來水減少等影響，衡水湖曾經基本干涸。在20 世紀70年代之后，衡水湖通過重新修建、擴建、引水、蓄水等措施，才逐漸恢復了水域、林地和灘涂等景觀（孫煥頃等, 2013）。并于2000年7 月經河北省政府批準，成立衡水湖濕地和鳥類省級自然保護區，2003年經國務院批準晉升為國家級自然保護區。目前衡水湖已成為我國北方典型而稀缺的內陸淡水湖泊濕地生態系統，為南北遷徙的候鳥提供了適宜的棲息地和庇護所。但衡水湖上游來水匱乏，基本需要通過生態補水來維持其濕地生態系統的結構和功能。

2 濕地生態補水策略

生態補水策略涉及補水水源、補水水量、補水時間、補水范圍和補水線路等多方面的因素，其顯著影響著生態補水的效果（卓俊玲等, 2013； 劉波等, 2015）。選擇合適的生態補水策略必須結合濕地自然補給水源狀況、水情變化規律和流域自然地理特征等。目前生態補水策略的研究主要集中在利用濕地生態需水量的計算來確定特定補水目標下的生態補水量。濕地生態需水量計算主要通過確定表征濕地特征的目標水位、目標水量和目標生物密度等指標確定需水量（張珮綸等, 2017）。補水時間目前主要通過干旱期的識別來確定，其基本上依據多年濕地水位、降水量、蒸散發等數據。補水水源和補水線路等策略則需要結合流域水資源特征、地形地貌和補水對象濕地類型等進行分析。但目前濕地生態補水策略對濕地生態系統的水文和物質循環過程、野生動植物適宜生境需求等考慮較少。

3 濕地生態補水的目標和潛在影響

3.1 濕地生態補水的目標

生態補水是在生態需水研究的基礎上提出的，用于解決區域水資源平衡，恢復濕地生態系統過程和功能，目前生態補水已成為實現區域水資源優化配置、保障濕地生態系統功能的重要措施之一，其對象主要是因全球變化和人類活動等造成缺水進而退化的湖泊濕地、河流濕地和沼澤濕地（張珮綸等,2017）。濕地生態補水策略能夠實現對濕地水文過程的人為動態管理，減弱水資源再分配對生態系統的干擾，實現濕地生態系統的保護管理(裴俊等,2018)，其主要目標就是通過人為補水措施恢復濕地生態系統的水文過程，提升生態系統服務功能，為野生動植物提供更加適宜的生境。大部分的生態補水策略已促進了區域的濕地水質、地下水位、濕地生物多樣性的進一步改善(萬芳,2009；劉波等, 2015)。

3.2 濕地生態補水的潛在影響

濕地生態系統過程復雜，生態補水措施改變了濕地本身的水位和水文過程，進而會影響濕地生態系統的物質循環及其野生動植物的生存、濕地水鳥的繁殖等。生態補水水量和補水時間直接影響濕地水位變化，導致濕地植被分布格局、有機質分解過程和水鳥適宜生境等的改變。研究表明，濕地水位的變化直接控制濕地生態系統植物群落的分布格局、物種多樣性和群落演替等（徐治國等, 2006）。在高水位淹水條件下，生物有機殘體在還原環境下的分解速率緩慢，而水位降低會加速有機體的分解，從而影響水質（Lenssen et al, 1999； 田應兵等, 2005）。而且不同的水位波動范圍，對不同的越冬水鳥棲息地及其食物資源有不同的影響。卓俊玲等（2013）選擇丹頂鶴Grus japonensis、東方白鸛Ciconia boyciana 和黑嘴鷗Larus saundersi 為指示物種，開展生態補水條件下的黃河三角洲水鳥適宜棲息地的變化研究。不同時間段濕地水位變化可能對濕地生態系統過程產生顯著影響，特別是在濕地的消落帶(程瑞梅等, 2010)。

表1 衡水湖多年平均月蒸發量和降水量（張彥增等, 2010）Table 1 Averagemonthly evaporation and precipitation in Hengshui lake formany years

4 衡水湖濕地生態補水情況分析

衡水湖濕地的生態補水主要來自于引黃入冀（或引黃濟淀），引黃河水供給河北滄州、白洋淀、衡水湖及沿途區縣的農業灌溉與生態補水。目前，衡水湖沒有自然入湖徑流，其周期性的水位波動主要受生態補水的影響。1994-2017年，衡水湖水位變化情況見圖1。其中，最高水位集中在20.8m 左右，近些年水位保持相對穩定，但最低水位和平均水位變異幅度較大。而衡水湖最高水位和最低水位高差基本保持在1～2m，水深變化較大，特別是在集中補水期水位較快升高。

近10年，每年水位年變化曲線之間存在很大的差異，主要表現為補水期不一致，導致其水位的非規律性波動。而且衡水湖沒有進行長期的持續性生態補水，每年通過1 次或2 次的短期補水過程，使衡水湖快速升至最高水位（圖2）。其中，絕大部分時間采取的是冬春枯水期補水，因此，衡水湖基本上保持冬季高水位、夏秋季低水位的水文特征，但在個別年份也會采取春季和夏季補水的生態補水策略，如2008年和2016年等。

5 衡水湖濕地生態補水存在的問題

5.1 無穩定的生態補水策略，補水時間與當地自然水文過程不一致

長期以來，衡水湖實施生態補水的水文過程具有很大的波動性，沒有明顯的補水規律。衡水湖主要通過非生長季的生態補水來滿足衡水湖及其周邊區域在生長季對水資源的需求。而在該地區降水較為集中的七、八月份，衡水湖水位基本上保持持續降低狀態，既沒有自然河流的匯入，也沒有外來生態補水（表1）。這與華北地區夏季洪水期的自然水文過程產生了截然的反差。同時，3-7 月衡水湖具有較高的蒸散發，以及農業生產需水量激增，往往造成衡水湖水位的急速下降，見圖2 和表1（王春澤等, 2008）。在缺少自然徑流和外來生態補水的情況下，極易造成衡水湖的生態干旱期。

5.2 沒有考慮生態補水對衡水湖物質循環和水質的影響

沒有持續性的地表徑流補給，導致衡水湖水體的水動力條件較差，不易于發揮濕地的水質凈化服務功能。同時，生長季水位下降造成野生植物的大量生長，河道和湖區有機物質大量積累。但在秋冬季節快速補水過程，使得衡水湖快速形成大面積的缺氧環境，厭氧環境則降低有機物的降解速率。來年，衡水湖水位持續下降又促進有機物質的快速分解，同時水體流動性較差，可能造成衡水湖湖區及周邊水體的有機污染加重，如總氮、化學需氧量、高錳酸鹽指數等指標超標。

5.3 沒有考慮生態補水對濕地野生動植物的影響

如果考慮生態補水對濕地野生動植物的影響，冬高夏低的水位特征難以滿足衡水湖地區水鳥對適宜生境的需求。同時，生態補水對鳥類繁殖產生負面影響，主要表現在水位快速升高對其繁殖過程的破壞。冬春季的快速生態補水過程可能淹沒水鳥的繁殖場所，進而影響其種群數量，如青頭潛鴨Aythya baeri、白骨頂Fulica atra 和斑嘴鴨Anas poecilorhyncha 等。在鳥類繁殖期，過低的水位也增加了人類活動或鼠類取食等對水鳥繁殖地的干擾。夏季衡水湖水量的快速減少，促進其水體溫度和有機質濃度升高，水中的溶解氧降低，威脅魚類生存。在生長季的低水位，使湖區形成了大面積的1m 左右水深生境，也促進了湖區內蘆葦和香蒲的擴張。

圖1 1994-2017年衡水湖逐年水位變化Fig.1 Variation of water level Hengshui lake year by year from 1994 to 2017

圖2 2007-2017年衡水湖每年逐月水位變化Fig.2 Variation of water level Hengshui lake everymonth from 2007 to 2017

5.4 沒有考慮周邊區域影響，無湖底淤積和生物入侵等防控措施

衡水湖生態補水過程采取直接注水的方式，并未對其進水進行沉砂池處理，容易造成湖底淤積，而且也沒有對其補水的水生生物進行監控，使衡水湖國家級自然保護區面臨潛在生物入侵的風險。此外，衡水湖周邊仍存在大量的農田和魚塘等，生態補水過程沒有考慮周邊農業活動對衡水湖水資源的影響，生態補水線路、補水時間和補水過程等仍需科學評估和論證。

6 衡水湖濕地生態補水管理建議

6.1 開展生態補水策略模擬研究，促進衡水湖水質保護

開展基于水質保護的生態補水方案模擬研究，分析不同水位條件下湖區消落帶物質循環過程。通過模擬不同生態補水策略下的衡水湖碳氮循環過程和特征等，遵循自然科學規律，選擇控制衡水湖有機污染的最優補水方案，開展生態補水對湖底淤積和生物入侵等影響的監控。

6.2 避免生態補水對水鳥生境的負面影響，關注水鳥保護管理

開展衡水湖濕地水鳥專項調查，查明該地區夏季繁殖水鳥的繁殖期、筑巢地特征等。基于水鳥繁殖期、越冬期的適宜生境特征分析，研究不同時期的水位變化對水鳥棲息地的影響，特別是在繁殖期的水位變化對青頭潛鴨、鳳頭鸊鷉Podiceps cristatus和白骨頂等影響。開展基于不同種類水鳥棲息地保護的生態補水方案模擬研究，減少或避免繁殖期生態補水對水鳥繁殖的影響。

6.3 提高衡水湖水體流動性，控制最低水位

從衡水湖流域整體考慮，改變現有生態補水策略，保障衡水湖與周邊河道生態需水。建議根據地形特征優化補水方案，從西南部高海拔的冀碼渠進行生態補水，并形成持續性的生態補水過程。同時對湖區內魚塘進行改造，形成局部水循環過程，提高衡水湖水體流動性，提升濕地水質凈化等服務。建立動態的生態補水機制，控制衡水湖最低水位，保證其水深，避免夏季水位過低對湖區水質和野生動植物造成的影響。

6.4 考慮周邊農業活動對衡水湖水資源的影響

目前衡水湖周邊仍存在大面積的農田、魚塘等，這些漁業和農業生產活動需要大量的水資源，而其往往采用直接抽取衡水湖地表水的方式從事生產活動，特別是在生長季。因此，衡水湖生態補水方案制定應充分考慮周邊漁業和農業生產對衡水湖水資源和生態補水過程的影響。