鄭州黃河濕地省級自然保護區河道演變監測與生態分區研究

摘 要：鄭州黃河濕地省級自然保護區在保護生物多樣性、維護生態平衡和促進可持續發展方面發揮著重要的作用，其內部河道的變遷會影響保護區內生態環境的穩定性。本研究以濕地生態保護和修復為出發點，基于Landsat衛星影像數據，對研究區內河道變化進行動態監測。通過研究2001—2020年濕地內河道歷年來的動態變化，重點探究了其時空分布特征及演變規律。同時，根據河道的變遷劃定出易變動區域，分析了自然保護區生態環境動態變化的原因。研究發現：①研究區域內河流面積擴大，河道走向變化較小；②2001—2020年，黃河河道的部分河段面積總量發生波動，河流主體南北偏移范圍為0.8～5.3km；③易變動區域主要集中在河道東部及中部區域。本研究可為鄭州黃河濕地省級自然保護區的生態分區管控提供有效依據，有利于該區域實施科學、可行的保護措施。

關鍵詞：鄭州黃河濕地省級自然保護區；動態監測；生態分區；河道變化

中圖分類號：X87 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9655（2024）06-00-08

0 引 言

鄭州黃河濕地省級自然保護區是中國重要的濕地保護區，是黃河流域的重要組成部分[1]。作為濕地生態系統的代表，該保護區具有豐富的生物多樣性和生態系統功能，對維護區域生態平衡和水資源調節起著重要作用[2，3]。國家出臺了一系列政策文件和法規（《中華人民共和國濕地保護法》（2022年6月1日實施） [4]和《中華人民共和國環境保護法》（2014年修訂）[5]等），涉及濕地保護區劃[6]、生態修復[7]、水資源管理[8]等方面。這些政策的出臺旨在促進濕地保護與經濟發展的有機結合，實現濕地生態效益和經濟效益的雙贏。鄭州市環保局發布的《鄭州黃河濕地自然保護區管理辦法》（2020年）明確了濕地保護區的劃定范圍、管理責任、保護目標和保護措施等內容，旨在加強對濕地資源的保護和管理[9]。

在過去的幾十年里，國內外學者對鄭州黃河濕地省級自然保護區進行了廣泛研究，取得了顯著成果。研究者們通過野外調查[10]和實驗研究[11]，

深入探索了鄭州黃河濕地省級自然保護區的土地利用類型、植被組成等方面的信息。同時，針對濕地生態系統的功能進行了研究，如水文調節、生物多樣性保護[12]等，為濕地保護和可持續利用提供了科學依據[13]。野外調查與實驗研究雖然能夠直接獲取濕地生態系統的詳細信息，對濕地的結構和功能有較為全面的了解，但受到時間、經費、人力等因素的限制，難以覆蓋廣泛的地域范圍和長時間尺度。隨著科技的不斷進步，利用高分辨率遙感技術和地理信息系統等手段，能夠獲取大范圍、連續的濕地信息，監測濕地生態系統動態變化，基于此評估保護區的生物多樣性狀況，提出了相關的保護措施，為濕地保護和管理提供科學支持[14，15]。

鄭州黃河濕地是重要的生態系統，對維護區域的生態平衡、水資源調節和維持生物多樣性[16，17]起著重要作用[18]。通過研究其河道變化、土地利用類型和劃分不同的功能區，可以了解人類活動對濕地生態環境的影響，為保護區的生態恢復和環境規劃提供科學依據[19]；幫助了解水文特征變化和水資源利用狀況，為合理開發利用水資源和水文調節提供參考；對不同功能區的生態系統服務進行評估，進一步認識濕地對人類社會的重要價值，為濕地保護和可持續發展提供科學依據[20，21]。

1 研究區域及方法

1.1 研究區域

2004年成立的鄭州黃河濕地自然保護區，位于鄭州市的北部，東經112°48'～114°41'，北緯34°48'～35°00'。保護區的西部是鞏義市的柏坡村，東部是中牟縣的東狼城崗村，包括15個鄉鎮。研究區域總面積375.45 km2，全長158.5 km，跨度5.8 km，

濕地保護區是鄭州市寶貴的戰略資源，同時也是重要的生態系統[22]。鄭州黃河河道近十年變化較大，河道加寬，向北偏移，侵蝕了部分農田，河道的變化使得濕地的生態功能發生變化，研究其變化對明確生態環境狀況及防洪有重要的意義。

1.2 研究方法

1.2.1 數據獲取

本文使用武漢大學楊杰等中國年度土地覆蓋數據集（annual China Land Cover Dataset，CLCD），該數據集分辨率為30 m。該數據集結合隨機森林分類器，總體準確率達80%，土地利用類型分為9類，分別為農田、森林、灌木、草地、水體、冰雪、荒地、不透水面、濕地[23]。

在本研究中，通過 Google Earth Engine（GEE）平臺來矢量化保護區邊界和河流路徑。GEE 提供了一個高級的地理空間數據處理環境，能夠從全球范圍內獲取高分辨率的衛星圖像，并利用其內置的圖像分析工具進行精確的地理特征提取。首先選擇了研究區域的衛星圖像，然后應用自動化的圖像識別和分類算法來識別保護區的范圍和河流網絡。這些地理特征一旦被識別出來，即通過矢量化過程轉換為向量數據格式，以便在后續的地理信息系統（GIS）分析中使用。

本研究中用于土地利用分類的影像數據來自地理空間數據云平臺提供的覆蓋研究區域2001—2020年Landsat時間序列衛星影像數據，云量均＜5%[24]。監測時間為2001—2020年6—9月的鄭州市黃河濕地省級自然保護區及黃河河流變化，監測頻率為1年1次。

1.2.2 遙感影像數據處理

遙感影像數據處理主要分為4部分，分別是幾何校正和影像配準、圖像融合、圖像鑲嵌與裁剪、大氣校正[25]。圖1是遙感影像數據處理的流程圖。

2 結果與討論

2.1 保護區邊界劃定

依據2021年修改后的鄭州黃河濕地省級自然保護區功能區劃圖，結合該地實際情況，重新勾畫了功能區劃圖（圖2）。

鄭州黃河濕地省級自然保護區面積共

375.45 km2，依據自然保護區管理的相關規定和當地土地利用類型的實際情況，利用分區方法對黃河河流及河灘區域進行管理和保護[26]。功能區主要分為實驗區（355.05 km2）、核心區（19.12 km2）

及緩沖區（1.28 km2）。實驗區屬于保護區內生態狀況較為良好的區域，可進行一些休閑旅游等活動；核心區需實行嚴格保護，消除干擾保護區生態狀況的威脅因素；緩沖區處于核心區和實驗區之間，該區域可以進行科研等活動，但不被允許開發利用。

2.2 保護區土地利用動態監測

以2005、2010、2015、2020年的鄭州市黃河濕地省級自然保護區的土地利用數據為監測對象

（圖3）。2005—2010年，自然保護區的土地利用以耕地為主，隨著社會經濟發展，鄭州主城區向北逐漸擴大，兩岸的森林、林地和灌木叢面積也不斷擴大，林地零星分布于鞏義市北部、滎陽市北部。黃河河流走向幾乎沒有發生變化，中牟縣北部的黃河河道相對變窄。2015年的黃河面積相對較少，在滎陽市西北部和中牟縣境內面積變化明顯，可見河道的河灘面積增大，河流分支較多，比較分散。濕地保護區的森林和灌木叢面積繼續增加，而鄭州在惠濟區北部的城區已擴張至鄭州黃河濕地省級自然保護區內。2020年，河流面積擴大，河道走向變化較小，在自然保護區西部的河道明顯加寬。植被無明顯變化，林地主要分布區域在鞏義市北部和滎陽市北部，鄭州市城區分布相比2015年又發生較大變化，惠濟區內建立了黃河濕地公園。

2.3 保護區河流走向時空動態變化

2001—2020年保護區河流走向時空動態變化如圖4 所示。2001—2005年濕地自然保護區內河流略向南遷徙，東西遷移不明顯。該時段河流隨時間變化程度較大，易變動區域主要有四塊：鞏義市東北部河段、武陟縣中南部河段、惠濟區北部河段及中牟縣東北部河段。2006—2010年內河流變化較明顯，易變動區域主要有四個部分，主要集中在自然保護區內河流干道的中部和尾部，具體表現為鞏義市東北部河段、武陟縣中南部河段、惠濟區北部河段及中牟縣東北部河段，與2001—2005年易變動區域重合。其中，中牟縣東北部河段變動最大，河流走向線條較為紊亂。2011—2015年，黃河自然保護區的河道略向北加寬，侵蝕了部分田地。河流向兩岸皆有偏移，尤其中牟縣東北部河段以向北偏移為主。以2011—2013年的變化最大，易變動區域在以下幾個區域：鞏義市東北部河段、武陟縣西南部河段、滎陽市東北部河段、惠濟區北部河段及中牟縣東北部河段。2016—2020年，黃河濕地自然保護區的河流面積變動較大，河流向兩岸皆有偏移，2019年偏移較大，以向北偏移為主。該時間段內河流變化較大，以2017—2019年的變化最大，區域內黃河河流變動區域在以下幾個區域：鞏義市東北部、滎陽市北部、滎陽市東北部、惠濟區北部、中牟縣東北部。

在2001—2020 年研究期間，黃河濕地自然保護區的河流面積總量有所波動，河流主體呈現出向兩岸遷移的趨勢。經測量，河流主體南北偏移距離最遠為5.3 km，最近為0.8 km。通過研究，得出易變動區域主要有四個：鞏義市東北部、滎陽市西北部、滎陽市東北部、中牟縣北部，其中中牟縣北部區域變動最為明顯，河流不斷向原陽縣南部地區及中牟縣北部地區侵蝕。

2.4 自然保護區內各分區河流面積的動態變化

通過觀察河流面積在濕地自然保護區各分區的動態變化情況，可以為保護和恢復破壞區域的水體河道等提供一定的措施依據。以5年為一段時期，分別從實驗區、核心區和緩沖區來監測水體的變化趨勢。緩沖區面積較小且主要位于核心區邊緣，故重點分析實驗區及核心區的河流動態變化情況。將核心區主要分四塊：鞏義市北部、滎陽市北部、惠濟區北部和中牟縣北部。

2001—2020年，鄭州黃河濕地省級自然保護區河流面積起伏較大，整體處于80～190 km2區間內（圖5）。2007—2010、2016—2018年時間段內，黃河主干道面積最小，大致位于80～120 km2區間。2004年黃河主干道河流面積最大，接近190 km2。

與2001年自然保護區界內河流面積相比，2020年河流面積有所下降。

圖5 2001—2020年鄭州市黃河濕地省級自然保護區河流面積變化

2001—2020年，鄭州黃河濕地省級自然保護區內河流面積占保護區面積比例在20%～50%（圖6）。

2004年，黃河主干道河流面積占比最高，接近50%，2016年河流面積占比最低，約23%。大部分年份中，河流面積占比在30%～40%。由此看出，該濕地自然保護區內水體占比不到50%，一半及以上的區域被農田、植被或河灘覆蓋。

2.5 河道變遷原因分析

（1）內部因素

全球變暖加速以及季風變化導致的降水量減少和河流蒸發量增加，使得黃河中下游地區水資源逐年減少。同時，黃河上游地區的黃土地貌特征和嚴重的植被破壞導致了土壤保持功能的喪失，進而引發了該地區的植被的時空變化，進而影響對河道周圍的水土流失以及河道面積的時空變化[27]。此外，由于蒸發量的增加和土壤干燥度的提高，地下水被用于補充河道流量，進一步加劇了下游地區的水資源短缺問題。

此外，在研究區域的保護區內，一些灘區的責任主體不明確，涉及河務、土地、水利、農業等多個部門。這種管理上的混亂，包括管理方式的不統一、重視開發而忽視生態保護，以及缺乏統一規劃，導致了黃河濕地植被的破壞、沙化問題的加劇和土地鹽漬化面積的不斷擴大。因此，生物多樣性減少，生態平衡遭到嚴重干擾。

（2）外部因素

由于土地利用和開發的不合理性[28]，黃河流域鄭州段的公共交通設施建設引起的噪聲污染和廢棄物對保護區內河道產生了負面影響。此外，鄰近區域的建筑施工和旅游活動也對河道造成了一些不可逆轉的影響。這些活動不僅破壞了生態環境，還威脅到了野生動植物的生存和保護區的整體健康。因此，需采取有效措施減少這些影響，以保護和維持保護區的生態完整性[29，30]。

（3）其他因素

受政策影響、經濟收益需求以及就業市場擴張等因素的驅動，缺乏對保護區內土地的完全所有權，濕地保護相關職責分散，水污染治理效果不理想，監督機制不夠明確和高效。此外，由于資源、資金和人才的限制，保護區內的野生動植物資源、生態環境和社會經濟調查未能全面進行，相關數據匱乏。這種情況導致了對珍稀和重點保護野生動植物狀況的認識不足，從而限制了對這些重要物種的深入研究和保護措施的制定[31]。

3 結論與建議

3.1 結論

（1）根據自然保護區管理規定及當地土地利用情況，鄭州黃河濕地省級自然保護區劃分為三個功能區：實驗區（355.05 km2）、核心區（19.12 km2）

及緩沖區（1.28 km2）。實驗區為生態狀況較為良好的區域，核心區是需實行嚴格保護的區域，緩沖區處于核心區和實驗區之間。

（2）自然保護區的土地利用以耕地為主，2005—2020年，鄭州濕地省級自然保護區的土地利用類型以耕地為主，并且由于河流面積變化的起伏，耕地類型面積的變化也較為明顯，其余類型，例如森林和灌木叢的面積有微弱的增加。

（3）2001—2020年，黃河濕地自然保護區河流變化情況十分復雜，易變動區域主要有四個：鞏義市東北部、滎陽市西北部、滎陽市東北部、中牟縣北部。

（4）2001—2020年，鄭州黃河濕地省級自然保護區河流面積起伏較大，河流主體南北偏移范圍為0.8～5.3 km，自然保護區河流面積占保護區面積比例在20%～50%。

（5）保護區不同區域變動的原因主要包括三個方面：內部因素、外部因素、其他因素。

3.2 建議

（1）易變動區域生態保護

根據河道變遷情況，劃定了自然保護區的易變動區域，主要位于保護區東部和中部。由于易變動區域處于生態保護區的不同分區內，故需采用差異化的保護策略。首先，核心區域生態環境較為脆弱，位于保護區東部的中牟段，這部分河道周邊需實施嚴格的人類活動管制和限制，以確保生態系統的健康及人類活動的可持續發展，同時通過遙感技術、地理信息系統等技術手段，及時發現并跟蹤河道面積變化的趨勢和規律，特別是針對河道變大和南北移動可能引起的生態環境變化，結合當地區域實際地理狀況采取植被恢復等生態工程。其次，緩沖區可以允許有限制的人類活動和經濟開發，制定緩沖區土地管理和規劃方案，嚴格限制對緩沖區的開發建設活動，避免建設項目對濕地生態系統的影響。將緩沖區納入地方土地利用規劃中，并規定其土地利用類型和開發強度以保持區域生態環境的現狀不受損害，同時加強緩沖區內水資源的保護和管理，維護濕地水體的穩定性和水質。禁止污染源排放，控制水資源的開采和利用，保持濕地生態系統的水文平衡。最后，試驗區可以作為探索新的管理和保護方法的區域，其保護措施需要具有一定的針對性和靈活性，旨在探索適合該區域的可持續發展策略，以便探索不同的管理策略和措施在實驗區內的生態和社會效益，并將這些研究成果作為其他地區的借鑒[30]。

（2）建立濕地資源共享平臺

為實現濕地資源的全面統籌和宏觀監測，動態監測在保護區建設中扮演關鍵角色，是一項日常性、長期性、持續性和精細化的工作。為有效解決監測任務規劃、設計與運行保障的有序銜接問題，建議構建一個濕地資源共享平臺。該平臺能夠充分利用歷年累積的濕地監測數據，為保護區的長期發展規劃、多種科學考察報告以及科研監測項目提供支持。通過這樣一個共享平臺的建立，可以更加精確地掌握濕地自然資源的當前狀態，從而實現濕地資源的綜合管理與有效保護[32]。

（3）優化濕地資源監測體系

通過對濕地進行系統的監測和評估，可以有效地完善對濕地資源的動態監控、生態系統服務的定量評價、生態安全的全面評估以及未來趨勢的預測。這一過程對于保持濕地生態系統的結構完整性至關重要，并能充分發揮濕地在生態系統中的多重功能。此外，這些研究成果將為濕地保護區的有效保護和修復工作提供堅實的科學依據和決策支持。借助先進的監測和評估技術，可以更準確地把握濕地的當前狀態，并據此制定策略，以確保濕地生態系統的健康和持續發展[33]。

（4）協調濕地保護與行政區劃發展

為了緩解人為濕地資源開發帶來的壓力，使城市行政區劃、交通經濟發展與濕地保護相適應，實施濕地保護規劃，最重要的是劃定保護紅線。首先需要充分調查鄭州黃河濕地資源，在此基礎上開展濕地保護規劃的編制工作和濕地資源更新及調查，結合實際情況，劃定濕地保護紅線，按規劃協調實施濕地保護與行政區劃發展，促進濕地資源可持續利用[34，35]。

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Monitoring of the River Channel Evolution and Ecological Zoning in Zhengzhou Yellow River Wetland Provincial Nature Reserve

ZHOU Xiao-bo1， YU Guo2， YANG Chao-xing3

（1.School of Finance and Economics， Henan Polytechnic University， Jiaozuo Henan 454003，China）

Abstract： Zhengzhou Yellow River Wetland Provincial Nature Reserve plays an important role in protecting biodiversity， maintaining ecological balance and promoting sustainable development. Its internal channel changes can affect the stability of the ecosystem in the reserve. Taking wetland ecological protection and restoration as the starting point， dynamic monitoring of river channel changes in the study area was conducted based on Landsat satellite image data. By examining the dynamic changes of the river channel in the wetland from 2001 to 2020， this study mainly explored the characteristics of its spatial and temporal distribution and its evolution pattern. Also， variable areas were divided according to the changes in the river channel， and the reasons for the dynamic changes of the ecological environment in the nature reserve were analyzed. The research found that the river area in the study area expanded， and the change of the river course was slight. From 2001 to 2020， the area of some sections of the Yellow River channel fluctuated， and the north-south deviation of the main body of the river was in the range of 0.8 ～ 5.3km. The variable areas were mainly in the eastern and central part of the river channel. This study could provide an effective foundation for the ecological zoning control of Zhengzhou Yellow River Wetland Provincial Nature Reserve， which would facilitate the implementation of scientific and feasible protection measures in the area.

Key words： Zhengzhou Yellow River Wetland Provincial Nature Reserve; dynamic monitoring; ecological zoning; river channel change

收稿日期：2024-05-09

基金項目：國家自然科學基金資助項目（42007415）；河南省科技興林項目（YLK202119）；全國統計科學研究項目（2022LY098）；河南省哲學社會科學規劃項目（2022CJJ146）。

作者簡介：周曉博（1988- ），男，河南漯河人，博士，講師，主要從事環境治理與生態經濟方面的教學和研究工作。