小開河灌區濕地公園生態構建與調控研究

史立紅，趙立杰，王云輝

（1.濱州市引黃灌溉服務中心，山東濱州256600；2.濱州市水利資源開發建設中心，山東濱州256600）

1 概況及背景

1.1 灌區概況

小開河引黃灌區位于黃河下游左岸，是全國大型灌區之一，介于東經117°42'～118°04'、北緯37°17'～38°03'。灌區涉及濱州市的濱城區、惠民縣、陽信縣、沾化區、無棣縣、北海新區共6個縣（區），設計灌溉面積7.33萬hm2。灌區采用岸邊無壩引水，引黃必引沙，高含沙量的黃河水進入灌區勢必不斷淤積。因此，灌區根據多年閘前黃河底高程及水位統計數據設計干渠，采取大比降遠距離輸沙。干渠全長91.5 km，自上而下分別為輸沙渠長51.3 km、沉沙池長4.16 km、輸水渠長36.04 km。

1.2 灌區沉沙池濕地公園項目背景

濕地被譽為“地球之腎”，具有巨大的環境功能和生態效益，在降解污染、調節氣候、控制土壤侵蝕、美化環境等方面具有不可替代的作用。2017年12月，灌區獲批國家級濕地公園試點，歷經3 a建設運行，2020年成為國家級濕地公園。其沉沙池內的原生植被與次生植被類型齊全、生物多樣、水質良好、原生態特點突出，是多種的野生動物棲息地以及鳥類遷徙停歇地，具有較高的保護價值和科研價值，對維護生態安全具有重要作用。

1.3 小開河沉沙池指標及類型

小開河沉沙池濕地由灌區沉沙池演變形成，黃河水攜來沙質土與原低洼鹽化潮土形成分片或分層的空間分布。黃河水經輸沙渠進入沉沙池后，流速變小，攜沙能力降低，泥沙不斷沉積，形成盆景式沙洲，生長出不同種類水生植物、底棲動物和浮游生物。植被以鹽生草甸為主，分為黃須菜、馬絆草、蘆葦3個群系，植物資源豐富，使得與之相適應而生存的動物資源也非常豐富。沉沙池占地面積126.58 hm2，呈梭形，如圖1所示。

圖1 沉沙池區位及遙感影像

沉沙池總長4.155 km，由進口連接段、擴散段、等寬段和收縮段組成，設計參數及濕地類型劃分，詳見表1—2。

表1 灌區沉沙池設計參數

表2 小開河沉沙池濕地類型及劃分標準

1.4 濕地內生物典型特點

小開河國家濕地公園地處暖溫帶半濕潤地區，四季分明，氣溫適宜，決定了沉沙池內動植物種類豐富多樣的典型特點。

沉沙池區域的維管植物有67科、150屬、214種。公園分布有國家Ⅱ級保護植物蓮和野大豆，落葉闊葉林植被以楊樹、柳樹為主，其中野生柳林是其特有景色。水生植被類型有挺水、沉水、漂浮、浮葉共4類植物。

公園內有野生脊椎動物189種。其中，國家Ⅱ級保護動物有9種，如雀鷹、紅腳隼等；山東省重點保護動物有17種，如金線蛙、白鷺等；《瀕危野生動植物種國際貿易公約》中受保護的野生動物有18種，如針尾鴨、綠翅鴨等。

2 生態系統構建目標與方案

小開河沉沙池濕地公園是引黃灌區利用沉積泥沙建設人工濕地的典型，利用多年的運行經驗對其修復、保護，以此作為黃河三角洲區域引黃泥沙利用與濕地生態建設的示范項目，在提供安全穩定水源方面具有重要意義。小開河沉沙池作為國家級濕地公園，其總體建設目標是：以天然柳林群落和野大豆群落保護為重點，從維護濕地生態系統結構及功能完整性、保護生物多樣性的基本要求出發，建成以生態保護為主的集科普宣教、濕地體驗等為一體的綜合性濕地生態長廊。

小開河沉沙池濕地公園保證重點是兼顧沉沙功能和濕地生態功能，其關鍵在于解決以下3個方面的問題：①高含沙水流溶解氧低，如何創造生物生存繁衍的水流條件；②沉沙池定期清淤，底質破壞后的恢復時間和生物生長周期合理銜接，由此決定濕地定期清淤時間、濕地生物群落形成的最小時間；③濕地具有相對完整食物鏈的最小面積，以此確定合理的濕地保護面積和清淤面積。具體實施以下內容。

（1）人工干預生態修復。首先對濕地加強保護，現已建成鋼絲網與生物圍墻相結合的防護圍網7 km，以構建天然柳林和野大豆保護示范區；按重點保護保育區、恢復重建區2個部分實施濕地恢復，內容包括：建設彎曲的生態水岸線，形成起伏的河底底棲環境，營造林地、開闊性水面、沼澤、草灘等不同棲息地類型，恢復濕地植被，恢復水鳥的天然繁殖生態環境。對沉沙池及外部水系清淤疏浚，實現溝通、拓寬，加寬水面，提高水容量。

（2）多管齊下保護水質。建設生態隔離系統；發揮水生植物對水的凈化作用；初步構建保護管理體系和科研監測體系，定期監測水質，掌握水質變化。

（3）確定清淤與濕地保護最佳方案。研究輸沙渠及沉沙池水沙特征，為兼顧沉沙池清淤和濕地生態結構完整提出最佳解決方案。

3 生態系統調控及運行方案探討

3.1 泥沙資源處置利用方法

3.1.1 沉沙池水沙特征

灌區引黃閘設計引水流量60 m3/s，年設計引水3.93億m3，累計引水量64.54億m3，年均引水2.8億m3。灌區以中、小流量引水為主，年均引水流量近年來有所降低。灌區每年2月初開始引水，近年來每年引水時間約180 d，保證了新鮮充足的黃河水進入生態濕地。由于黃河調水調沙，引黃閘前河底高程降低，且引黃指標受黃河管理部門嚴格管控限制，灌區已不具備初建時“大流量、遠距離”的引水、供水條件，自2011年起上游輸沙渠不再是不沖不淤運行狀態，年年清淤成為常態。沉沙池一直采取以挖待沉的方式處理泥沙，已累計清淤833.88萬m3。輸沙渠和沉沙池歷年清淤情況，詳見表3。

表3 1999—2020年輸沙渠、沉沙池清淤量

從表3可以看出，輸沙渠淤積有加大趨勢，且沉沙池2019、2020年清淤量增加約25%～50%（歷年來每年清淤約40萬m3）。根據運行管理經驗來看，沉沙池進口處500～1 700 m渠段，渠寬由50 m加寬至318.3 m，水流速度僅0.038 m/s，大量泥沙開始沉積于此。而沉沙池出口段的600 m為倒比降，使得此段也有泥沙沉積?？傊?，每年依靠清淤泥沙來保證灌區正常運行，勢必會對生態環境造成不利影響。

3.1.2 因地制宜，分散處理

根據灌區地形條件，合理規劃引、輸、沉、淤工程位置，盡量使入渠、入池、入地的水沙各得其所。盡量將清淤泥沙一次性遠離渠道，以節省處理、防揚塵覆蓋等費用和減輕對生態環境的不利影響。

3.1.3 輸沙入田，改良耕地

渾水灌溉、輸沙入田是引黃灌區有效利用與處理泥沙的最經濟方式。探討渠首改造方案，爭取最好的引水條件并輔以合理的管理措施，將泥沙輸送到下級渠道和農田中以減輕集中處理的負擔。黃河水泥沙中較細顆粒的泥沙到田間后，還能起到改良土質、增加土壤肥力的作用。

3.1.4 綜合利用，生產建材

沉沙池中的泥沙是在一個相對穩定的環境中沉降，性質比較單一，基本沒有動植物殘體以及人類拋棄的垃圾等雜質。此外，泥漿泵清淤把沉沙池中的淤泥吸到堆場這一作業過程實際上又對淤泥進行了一次均質化，使得淤泥在顆粒組成及化學成分方面的均勻性得到了進一步提高，是做磚瓦的最好原材料。

3.2 改善水質，優化水環境

3.2.1 建立陸地集水區與水體生態屏障

河岸是陸地集水區與水體的重要生態屏障，是水域與陸地的界面。根據現場實際，沉沙池西側改建荷塘的岸線采用緩坡型自然原型河岸，主要采用樹樁和垂柳、灌木、水生植物護岸等形式。沉沙池北側魚塘的岸線主要采用自然型河岸帶，以種植植物為主，實行喬、灌、草相結合。

3.2.2 依靠生物，促進水質凈化

適宜的魚類、合理的放養密度是對水質凈化起到積極作用的生物控制措施，同時還保證了濕地的生物多樣化和生態穩定性。濕地內的水生植物可以吸取水中重金屬和大量營養物。如，蘆葦、菖蒲等通過對水流的阻尼和減小風浪擾動使懸浮物質沉降，并通過與其共生的生物群落相互作用達到凈化水質的目的。

3.2.3 實施水系連通，提高濕地水容量

小開河沉沙池的主要功能為沉沙，應按照灌區引水供水要求定期清理淤積泥沙，以保證小開河干渠及沉沙池的正常功能。對沉沙池及其周邊水系拓寬和疏浚，使之連通、濕地水面加寬、水容量加大。整個濕地水系的水流動起來，能防止大面積的死水面形成，既改善濕地水質又增加蓄水量。

3.3 構建棄土區風沙防護體系

在沉沙池兩側植草種樹，構建一道風沙生物防護體系，可將風沙對周邊環境的威脅降至最低。沉沙池西側棄土場已形成泥沙堆積高地，由于每年棄土的需要，不能改造。因此，棄土區大面積土地裸露，屬強烈侵蝕區，可在其四周植樹綠化。

3.4 保護生物良好食物鏈

沉沙池內點綴著泥沙淤積而成的盆景式沙洲，此區域可生長水生植物、浮游生物和底棲動物，以相對較短的食物鏈支撐水鳥棲息。野大豆群落和天然柳林群落又可保證濕地內植物面積，為各種鳥類提供捕食、棲息的場所，形成穩定的濕地生物群落。

3.4.1 植物棲息地保護措施

對具有典型代表性的濕地植物群落進行專門保護。

（1）野大豆保護措施。①劃定野大豆資源核心保護區，嚴格保護原生棲息地。沉沙池2+000—3+500區域現已建成防護圍網進行專門保護，并設置了保護標識牌，確保野生大豆種質資源得以有效保護與繁衍，不受人為破壞。②就地保護和遷地保護相結合。可優選一定數量的野大豆母株，建立種質資源繁育保護示范區，將野大豆從其自然生態環境中轉移到人為生態環境中強化保護。③根據沉沙池實際情況，加強分散島嶼上野大豆種群之間的交流，在島嶼間可搭建人工浮橋，在浮橋上引導和栽種各種食源性植物，以促進野大豆種群交流。

（2）對濕地內的天然柳林分類分級制定保護措施，即設立核心保護區和緩沖保護區，四周全部設置圍欄、保護性標志、觀測點、警示牌等多種工程措施。

3.4.2 鳥類棲息地保護措施

重點加強濕地水鳥生態環境的保護，以維護濕地生態系統的完整性和野生生物的生存、繁衍條件。

（1）針對不同鳥類分區劃片保護。設定沉沙池東北部原生柳林為重點保護區域，其中林內倒伏木和水中沙堆形成的灘涂為涉禽類重點保護區域、林緣外開敞水面為游禽類重點保護區域，而散布在園區其他區域內的人工林和天然林為鳴禽類重點保護區域。

（2）加強人工植物配置，提高棲息地質量。植被的選擇和配置是鳥類棲息地保護和營建的最主要內容，具體可以采取以下措施：①注重植物群落的層次感與吸引力，構建立體植物群落，增加空間異質性和鳥類棲息地多樣性；②營造植物連通帶，應用蘆葦、菖蒲等水生植物建成具有可滲透性的生態岸，增加水生生態系統的生物多樣性，為鳥類提供水生生物、昆蟲等食物來源和棲息環境。

3.4.3 底棲生物保護措施

底棲生物是濕地生態系統的重要組成部分，對維持生態系統結構和功能的穩定具有重要作用，其生物群落的變化能很好地反映水質的變化。①設置水質監測點，配置水文水質監測設備，主要監測濕地水的流速、水位、pH、氮、COD等指標；②維持一定水深的基本水面，水位的高低是影響底棲生物生存的一個重要條件，多年現場觀測結果顯示，0.5～0.8 m水深處的底棲生物豐富度高。

3.4.4 選擇科學合理的清淤時間及區域

沉沙池采用“以挖待沉”的管理運行方式。為最大限度地減少對生物的影響，且與農業灌溉供水不沖突，對濕地范圍內的蘆葦、野生大豆群落影響也最小，多年來清淤時間基本選擇在11月下旬至12月下旬，工期約30～40 d。施工機械選用泥漿泵，由鄰近的白楊河提供施工用水。清淤范圍重點為淤積量最大沉沙池上部的擴散段，盡量不擾動挺水植物生長區。首先填筑施工圍堰將清淤區和非清淤區分隔，其次將清淤區內的水排至非清淤區，確保水生物的生存空間。

4 結語

小開河沉沙池濕地保護是飲用水源地保護的典范。灌區累計引水64.54億m3，不僅解決了工農業用水、群眾飲用水問題，而且使下游大片鹽堿荒蕪地得以改造，果蔬品質大大提升。實踐證明，黃河水經過沉沙池濕地凈化后，水質可達Ⅲ類標準，保障了下游北海水庫水質安全。沉沙池濕地植物種類增加，植被覆蓋率提高，有效地控制了水土流失，并吸引了天鵝、白鸛等珍稀鳥類來此棲息。該區域屬于典型的人工濕地促進人與自然和諧相處的案例，具有顯著的科普教育和生態保護價值。