黃河流域生態系統特征及下游生態修復實踐

何智娟 黃錦輝 潘軼敏 張效艷

黃河流域生態系統特征及下游生態修復實踐

何智娟 黃錦輝 潘軼敏 張效艷

根據黃河流域地勢、地貌和氣候、水文、植被等特點,將流域劃分為 3個生態區和10個生態亞區,在分析各生態分區特點的基礎上,初步識別了黃河流域主要生態環境問題。針對黃河下游存在的頻繁斷流、水環境惡化、河槽淤積萎縮以及河口三角洲濕地面積萎縮等諸多生態問題,分析了黃河水量調度、調水調沙對黃河下游河道生態修復的作用,介紹了河口生態修復工程實踐,并提出了黃河河流生態系統修復的方向與目標。

黃河;生態環境;生態修復

生態系統的穩定與良性發展是河流健康的主要標志,維持和恢復黃河流域生態系統的健康是實現黃河健康的前提和基礎。隨著流域人口的增加和經濟社會的快速發展,黃河流域生態系統已經受到自然和人為等多種形式的干擾,黃河承載壓力日益增大,以下游斷流為標志,流域生態系統呈現出整體惡化的趨勢。

本文在認識黃河流域生態系統特征的基礎上,初步識別了主要生態保護目標及存在的生態環境問題,重點闡述了黃河下游生態系統存在的主要問題,并介紹了已開展的下游生態修復實踐工作,提出了黃河河流生態系統修復的方向與目標。

1 黃河流域概況

黃河是中國第二大河,也是中國西北、華北地區最重要的水源。它發源于青藏高原巴顏喀拉山北麓的約古宗列盆地,流經青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河南、山東九省 (區),在山東省墾利縣注入渤海,全長 5464km。流域面積 79.5萬 km2(含內流區面積 4.2萬 km2)。

黃河干流河道,按流域特點劃分為上、中、下游三個河段。河源至內蒙古的河口鎮為上游,流域面積 42.8萬 km2,河道長 3471.6km。區間峽谷多,水量大,水力資源豐富。河口鎮至河南省的桃花峪為中游,流域面積 34.4萬 km2,河道長1206.4km,是黃河洪水、泥沙的主要來源區。桃花峪至入海口為下游,流域面積 2.3萬 km2,河道長 785.6km,泥沙淤積嚴重,河道擺動頻繁,堤內灘面一般高出堤外地面 4～6m,部分河段達 10m以上,成為舉世聞名的“地上懸河”[1]。

黃河流域地勢大體分為三個大的階梯。西部位于青藏高原東側,海拔在 3000m以上;中部黃土高原海拔一般為 1000～2000m;東部是海拔100m以下的平原。氣候跨越三個氣候帶：高原氣候區、中溫帶、南溫帶。流域內多年平均氣溫由南向北由東向西遞減。降水分布由南向北遞減,全年降水量多集中在 7～10月。自然植被分布受海洋季風影響,自東南向西北依次出現為森林草原、干草原和荒漠草原三種植被類型地帶[2]。

2 黃河流域生態分區及生態系統特征

黃河跨越高原、山地、丘陵、平原多種地形地貌類型,流域生態系統類型多樣,不同河段及區域的生態系統特征也不同。影響流域特征的生態因子主要有地形地勢、氣候、土壤、水文、生物等因子。由于影響因子眾多,環境復雜,造成分區的困難,所以黃河流域的生態分區必須按照主導因子來劃分。就黃河流域特征分析,地形地勢是最主要的因子,地形地貌的變化會引起其他生態因子的變化,如降水、溫度的變化,因此,黃河流域的一級生態分區要按照地形因子來劃分。二級主導生態因子可能在不同生態區內表現的不同,有的為水土流失因子,有的為植被覆蓋度因子,也可能為水資源再生以及土地利用狀況等。綜合上述分析,結合不同地區生態因子的特征,可以將黃河流域劃分為三大生態區和 10個生態亞區。黃河流域基本上屬于生態脆弱,敏感性較高的地區,生態系統穩定性較差,容易受到外界干擾而遭到破壞。經調查,目前黃河生態系統破壞最為嚴重的生態區為：黃河河源生態亞區、黃土高原生態亞區以及黃河下游生態區等。各區內存在的主要問題為：河源區的草場退化、湖泊干涸等問題,黃河高原區的水土流失問題,以及下游生態區的頻繁斷流、河槽淤積及河口三角洲濕地萎縮等問題,其中下游生態區內面臨的問題最多也最為復雜,以下著重介紹下游生態區內存在的主要問題及生態修復工作。

3 黃河下游生態系統存在的主要問題

3.1 下游頻繁斷流

由于黃河水資源開發力度的不斷提高,以及調控和管理能力不足,黃河下游于 1972～1999年出現了頻繁斷流現象,九十年代后期,斷流更加嚴重,斷流歷時由原來的 5、6月份迅速向冬春季節和夏秋季節延伸,甚至汛期也經常發生斷流。從1972年到 1998年的 27年中,黃河下游利津站有21年發生斷流,累計斷流 1050天,斷流年份年均斷流 50天,斷流延伸到河南境內有 5年。1997年斷流最為嚴重,利津站斷流 226天。

黃河下游頻繁斷流嚴重破壞了生態平衡,使原本不容樂觀的水環境狀況更加惡化。河口地區長期處于斷流或小流量狀態,河道萎縮,地下水得不到充足的淡水補給,加重了河口地區的海水入侵,使鹽堿化面積增大。斷流也使黃河三角洲濕地水環境條件失衡,嚴重威脅到濕地保護區的水生生物、野生植物和鳥類的生存,導致河口濕地生態環境系統的退化和生物多樣性減少。同時,在河道內流量減小的情況下,水體自凈能力降低,而在河道斷流時,廢污水仍源源不斷排入黃河,污染物在河道內大量積存,造成復流時水質嚴重惡化。

3.2 水環境惡化

黃河上游及中游來水持續偏枯,水資源開發利用程度逐年提高,導致黃河下游水資源量迅速下降。另一方面,洛河、沁河、蟒河等污染嚴重的支流及入黃排污口廢污水排放量卻與日俱增。兩方面因素使黃河下游水環境惡化狀況日益嚴峻,表 1給出了 2002～2004年共三年黃河下游重點監測斷面的水質評價結果。

由表 1可以看出,近幾年黃河下游水污染形勢相當嚴重,尤其在來水年份偏枯的 2002年和2003年,下游基本上所有的斷面水質都處于 V類和劣 V類水平,花園口河段污染更為嚴重,在2002年全年及 2003年非汛期,斷面水質全部為劣V類,水體基本喪失使用功能。

表 1 2002～2007年下游重點監測斷面水質評價結果統計表

水環境是水生生物賴以生存的基礎,尤其是弱小的魚苗幼體,對良好的水環境條件依賴性更強。黃河下游河道作為多種珍稀魚類的產卵場及海洋洄游魚類的通道,如果水質長期惡化,魚類等水生生物的生境將會遭到破壞,嚴重影響其生存及繁衍,降低水域的生物多樣性,加速生態系統的退化。

3.3 河槽淤積、洪水位抬高

黃河中游嚴重的水土流失及下游徑流量的減少,造成了下游河槽的嚴重淤積及萎縮,河床不斷抬高,黃河成為地上懸河,嚴重威脅防洪安全。1986年以來全斷面年均淤積量為 2.45億 t,其中河槽淤積 1.66億 t,占全斷面的 71%,10年間下游河槽淤高 1.06～1.87m。由于主槽的嚴重淤積,使得洪水位升高,連年出現歷史最高洪水位。

河槽淤積使主槽過流能力顯著降低,平灘流量減小,一旦洪水漫灘將造成小水大災。1996年8月花園口站發生洪峰流量 7860m3/s,最大含沙量 126kg/m3,花園口站水位達 94.73m,洪水大漫灘,使高灘上水,并順堤行洪,造成 300多萬畝灘地受淹,受災人口達 100多萬人,比 1958年發生的流量 22300m3/s特大洪水所造成的淹沒損失還大。

3.4 河口三角洲生態問題

3.4.1 黃河河口來水量減少,淡水濕地萎縮

20世紀 80年代以來,隨著流域經濟快速發展以及全球暖干化氣候的影響,進入黃河河口地區的水量逐年減少：1986～2001年間,距入海口100多 km的利津水文站年徑流量僅120億 m3,只有多年均值的 36%,其中 1997年利津實測徑流量只有 18億m3。黃河是河口地區主要的供水水源,由于其來水量的減少,河口地區的生活、生產用水難以保障,生態用水嚴重不足。據黃河河口水資源量分析結果和 TM影像資料顯示,近年來河口濕地平均補給水量不足常年的 20%,大量的淡水濕地因長期缺水發生干涸消亡,河口濕地消失率已達 70%以上。濕地生態系統斑塊的廊道連通性和生態完整性受到破壞,珍稀鳥類生長和生存所賴以維持的黃河口濕地生境面臨消亡,黃河三角洲的生態穩定性受到嚴重威脅。

3.4.2 泥沙入海量減少,海岸蝕退加劇

從 1976～2000年,黃河三角洲蝕退 16.78km。在 25年中,利津站年均來沙量逐年減少,1976～1986年 8.27億 t,1989～1996年4.55億 t,1996～2002年 1.76億 t。

3.4.3 土壤鹽堿化加重

黃河河口由于成陸比較晚,地勢低平,崗、坡、洼相間的微地貌,地下水位高,礦化度大,蒸發強烈 (蒸降比 3.24：1),加上黃河水側滲,海水頂托和海潮侵襲,土壤富含鹽堿,不僅原生鹽堿,而且次生鹽堿化也相當嚴重。大風引起的風暴潮災,在無防潮壩處潮侵縱深幾十公里,使土壤重新或加重鹽漬。天然植被也很脆弱,草地和荒地的原生植被多屬耐鹽性較強的植物,若無有效的保護性措施,這些耐鹽植被一旦被破壞,特別是在地勢低平的壤質土區域,下層鹽分很快上升,使土壤轉化為重鹽漬土。土壤鹽堿化使大片耕地因鹽堿危害導致低產,嚴重的棄耕,需經數十年方能恢復正常生態。

3.4.4 近海鹽度增加漁業生產力下降

營養鹽是水生生物所必須的物質基礎,是構成河口及近海生態環境的重要化學物質基礎。近20年來,黃河入海水量的減少,使得河水與海水交匯區范圍縮小,并向河口方向推進,同時入海營養鹽通量也大幅降低,造成河口近海鹽度增加,但營養鹽含量卻減少 50%以上,直接影響了海域漁業的初級生產力,造成河口海域魚類種類及數量的大幅度下降,下降率達 95%以上,嚴重破壞了近海的生態環境平衡。

4 黃河下游生態修復實踐

為了緩解尖銳的黃河水資源供需矛盾,解決下游日趨嚴重的斷流問題,遏制下游河槽的淤積萎縮,黃河流域管理部門實施了黃河水量統一調度和調水調沙試驗,這些工作的開展不但在一定程度上有效地解決了困擾我們多年的斷流和泥沙淤積問題,而且對黃河下游生態系統也起到了一定的修復作用。另外,針對黃河河口三角洲濕地面積萎縮問題,黃河流域管理部門專門開展了河口濕地生態修復工程。

4.1 黃河水量統一調度

為緩解黃河水資源供需矛盾和下游日趨嚴重的斷流局面,1999年 3月,黃河流域管理部門正式實施劉家峽水庫至頭道拐、三門峽水庫至利津干流河段水量統一調度。2001年又實行頭道拐至三門峽干流河段水量統一調度。

水量統一調度在統籌考慮各省區的工農業生產用水和城鄉群眾的生活用水,以及河流生態用水的基礎上,對黃河五大水庫進行聯合調控,優先保障城市生活及工業供水并能最大限度滿足農業關鍵期用水,增加了生態環境供水。

實施水量調度后,在黃河來水持續偏枯甚至是特枯的情況下實現了連續 10年黃河全年不斷流,扭轉了下游頻繁斷流的局面,主要的生態修復作用如下：

(1)水量調度使非汛期下游河段徑流量增加,劣Ⅴ類水體出現的月數比水調前有明顯減少,黃河下游水質得到改善,避免了由于黃河斷流而積聚在長清、平陰灘區的污染物在黃河復流后水污染事件的發生。

(2)統一調度使 90年代受黃河斷流破壞的200多 km2的河道濕地逐步得到修復,部分河道濕地得以修復,河道濕地的功能得以發揮。

(3)黃河水量統一調度在一定程度上保證了黃河下游生態環境用水,尤其是魚類產卵育幼期的生態環境用水,有利于黃河魚類資源的恢復。水調后,一些多年不見的洄游魚類,如海產刀魚(又名鱭,刀鱭)等,也重新出現在黃河下游。

(4)水量調度減緩了三角洲濕地面積急劇萎縮的勢頭,與 2001年相比,黃河三角洲淡水濕地已增加 4389hm2,促進了河口濕地的順向演替,濕地生物系統多樣性明顯增加,黃河三角洲國家級保護區鳥類數量由 90年代初的 187種增加到目前 283種,野生珍稀生物 459種,比統一調度前增加了近一倍;

(5)水量調度減少了汛期營養鹽的入海通量,降低了赤潮的發生機率,增加了非汛期河口近海水域生態環境有所改善,改善了河口近海水域浮游植物生長條件及魚類的生存環境,對河口—近海環境生態系統修復起到了一定的積極作用。

4.2 調水調沙

為了遏制下游河槽繼續淤積萎縮,提高河槽的過流能力,2002年 7月 4日至 7月 15日,黃河水利委員會通過對小浪底、三門峽兩水庫聯合水沙調度,首次成功地進行了黃河調水調沙試驗。至 2009年,黃河已經進行了 8次調水調沙。

調水調沙就是在充分考慮黃河下游河道輸沙能力的前提下,利用水庫的調節庫容,對水沙進行有效的控制和調節,從而減輕下游河道淤積,甚至達到沖刷或不淤的效果,實現下游河床不抬高的目標。

八次調水調沙的結果表明,調水調沙是維持黃河健康生命最有效的手段之一,它遏制了黃河下游河道形態不斷惡化的趨勢,對生態系統的恢復起到了一定的積極作用,主要表現在以下幾個方面：

(1)調水調沙能夠減少河槽淤積萎縮,增加主槽的平灘流量,使主槽過流能力得到一定程度的提高,自 2002年起,實現了黃河下游河道全線沖刷,4.67億 t泥沙被送入大海,河槽過流能力從試驗前的不足 2000m3/s提高到 3810m3/s左右;

(2)下游河道流量大幅度增加,漫灘水流為河道濕地提供了及時的水分補給,遏制了河道濕地面積的萎縮,加上水中細沙較多,有機質含量高,為濕地中動植物的生長發育提供了大量的營養物質;

(3)調水調沙使黃河達到最后一個水文站利津站的流量大幅度提高,為漫灌河口濕地提供了有利條件。2005年調水調沙期間,利津站的最大流量達到了 3000m3/s,在大流量漫灌下,近1000m3的黃河水注入了黃河口濕地,改善了河口三角洲濕地的生態環境,為河口生態系統的修復起到一定的積極作用;

(4)調水調沙增加了入海泥沙量,使河口區濕地面積增長,同時泥沙中含有的營養鹽類和有機質,有利于河口地區和渤海水域魚類的繁殖和生長,寬闊的水面、持續的大流量,為洄游性魚類提供了良好的生存和繁殖空間;

(5)大流量黃河水注入渤海,對于抑制長期以來的海水入浸,壓堿護地也具有積極意義。

4.3 河口濕地生態修復工程

黃河淡水補給是維持河口地區生態系統的基本保障。黃河入海水量和沙量的減少、河口地區經濟持續高速發展以及其他因素的共同作用,致使黃河河口生態系統嚴重失衡。黃河水資源是修復和重建黃河河口生態系統功能的重要基礎,水量統一調度,使非汛期進入黃河口水量增加,為濕地修復提供水量條件。

2001年,國家開始在黃河三角洲國家級自然保護區內現行黃河河道兩側實施 30萬畝濕地恢復工程。濕地恢復工程不影響黃河支流北汊河流路和現行黃河河道的行洪能力。工程根據黃河近幾年來水來沙情況及濕地恢復區地形特點,充分利用導流堤臨背懸差大、灘地橫比降大的自然地勢,采取提水和自流相結合,以自流為主的放淤方案。當大河水位達不到自流引水最低水位時,采用提水放淤;當大河水位高于自流引水最低水位時,采用自流放淤和提水放淤兩種方式。恢復濕地主要植被圍檉柳和蘆葦,地里水深淺不一,淺20～30cm,深 80～100cm,平均 50cm。

工程于 2003年 9月完工。根據現場勘測,工程實施以來,黃河三角洲濕地生態系統明顯改善,入海口淡水濕地的面積明顯增大,植被生長旺盛,來此越冬和繁殖的鳥類數量和種類都在不斷增加,一些海內外罕見的珍稀鳥類也開始在這里出現。

5 結語

黃河下游已開展的生態修復工作在一定程度上減緩或遏制了生態系統的惡化,但是就整個黃河流域面臨的生態問題來看,這些工作還遠遠不夠。為了保護黃河流域脆弱的生態環境,更好地開展今后的研究及實踐工作,建議制定以下生態保護的方向及目標：

(1)近期目標：開展生態調查,探索演化規律,制定保護規劃,采取保護措施,減緩或遏制黃河生態系統的惡化。

(2)中期目標：進行生態修復的研究和實踐工作。采取工程措施及非工程措施,修復或重建受損的生態系統。

(3)遠期目標：建立健全生態環境保護監管體系,實現黃河生態系統的良性維持。

黃河流域生態系統目標的實現需要我們投入更多精力,同時,我們更需要國際國內社會的廣泛關注和重視,群策群力,為黃河流域生態系統的穩定及良性發展共同努力,把黃河建設成環境友好型河流。

[1]黃河水利委員會黃河志總編輯室.黃河流域綜述[M].鄭州：河南人民出版社,1998.

[2]郝伏勤,黃錦輝,李群.黃河干流生態環境需水研究[M].鄭州：黃河水利出版社,2005.

(黃河水資源保護科學研究所鄭州 450004)

X171.4

A

1673-288X(2010)04-0009-05

何智娟 (1978—),女,河南滎陽人,工程師,碩士,研究方向為環境保護。