基于调水调沙的黄河三角洲湿地生态修复技术

刘青勇，王爱芹，张 娜，王春华，杜 娟

(1.山东省水利科学研究院，山东省水资源与水环境重点实验室，济南 250013；2.黄河水利委员会黄河河口研究院，山东 东营 257091；3 山东黄河河务局，济南 250014)

随着三角洲的不断向海域推进而形成了黄河三角洲湿地。由于形成历史短，三角洲土壤潜育化程度低，土壤有机质积累欠缺。区域湿地水文生态系统位于水陆交界的生态脆弱带，自然和人为活动干扰剧烈，生态系统极易受到破坏。

1 黄河三角洲湿地退化

湿地退化的主要标志之一是湿地面积减少。黄河来水来沙减少及人类对土地资源开发利用的加剧直接导致内陆大面积湿地丧失。据遥感监测分析，黄河三角洲自然湿地总面积总体上呈不断减少的趋势，1976-2008年自然湿地面积减少52 105.50 hm2，占44.5%。自然湿地面积占湿地总面积的比例也呈不断下降趋势。天然湿地面积的减少，使依附于湿地的生物的生境受到威胁，也使生物多样性受到影响。

2 湿地生态退化驱动力分析

2.1 黄河水沙变化

河口地区淡水资源匮乏，黄河是三角洲唯一的客水资源。20世纪80年代以来黄河河道来水逐渐减少，进入河口地区的水量减少幅度尤其突出。2000年小浪底水库运用以来来水量仅是50年代水量的50.7%(图1)。黄河来水来沙逐年减少，不仅改变了淤积和蚀退状态，造成了湿地面积萎缩。黄河来水的减少使三角洲失去了维持本区水系和水文生态平衡的主导因素，导致河口湿地水文条件的改变，影响了湿地生态系统的发展方向和湿地植被顺向演替方向。鉴于整个湿地生态功能的紊乱，致使湿地调节气候、控制土壤侵蚀、净化水质等功能的减弱，甚至丧失。

图1 利津水文站水量和沙量过程线Fig.1 Water ang sediment process line of Lijin hydrological station

2.2 海岸动态蚀淤

由于黄河改道频繁，导致改道后突向大海的三角洲剧烈侵蚀，三角洲两侧的凹入海岸基本填平。1976年黄河改道清水沟以后，因两岸大堤的束缚，泥沙严重淤积，河口向海域延伸迅速。叠加分析黄河三角洲一般高潮线可以看出近40年来河口海岸的演变趋势(图2)。

图2 黄河三角洲1976-2014年海岸线对比图Fig.2 Coastline comparison char of Yellow River Delta from 1976 to 2014

图3 黄河三角洲1976-2014年陆地面积对比图Fig.3 Land area comparison char of Yellow River Delta from 1976 to 2014

伴随清水沟口门的泥沙淤积，由于失去泥沙补给引起了刁口河口门的侵蚀(图3)，1976-1984年期间，黄河三角洲面积呈增长趋势，1984年以后呈下降趋势；到2010年下降到最低，2010年之后呈逐年增长趋势，但增长幅度很小。2014年与1976年相比较，三角洲陆地面积被侵蚀了101.55 km2。

2.3 土壤盐渍化

近40年来，黄河入海的水量锐减，海平面的上升，引发了严重的海水内侵 ，加之滨海地区风暴潮频发，盐渍化土的面积已接近整个区域的50%。近年来沿海地区降雨量减少也加速了海水沿河道或由地下入侵含水层，沿岸咸淡水平衡被破坏，土壤盐渍化程度持续增高。

2.4 工程设施建设和油田开发

在三角洲的发展中，为了促进区域经济发展，兴建了大量道路、厂矿企业、防潮堤等工程。这些设施不可避免地切割了湿地，破坏了滨海湿地景观；这些基础设施严重阻断了区域之间的水体交换，湿地作为生物栖息地的作用受到削弱。

3 调水调沙对湿地生态环境因子的影响

合理利用淡水资源，缓解淡水供求矛盾是生态恢复的重点。黄河三角洲主要淡水来源是引用黄河水，引用黄河水不仅补充河道、滩地的地表径流，地下水也得到补给。调水调沙实施以来，该地区每年都要产生1～2次洪水过程，而地下水水位和水质在调水调沙前、后都会产生变化。地下水的水位和水质不仅影响土壤矿物质成分变化，也是该区域生态环境的主要影响因素。

3.1 调水调沙对湿地土壤养分和含盐量的影响

2002年以来，黄委每年利用汛期调水调沙对下游河道进行冲刷，河口湿地也得到了补给。2008年6月(调水调沙前)和10月对清水沟汊1断面右岸3个取样点监测结果表明调水调沙降低了湿地土壤的含盐量，提高了湿地土壤的营养含量(图4)。

3.2 调水调沙对湿地地下水的影响

为科学评价黄河调水调沙对黄河三角洲现行黄河口地下水的影响，利用原型观测手段，在清水沟流路设置监测断面布设监测井，获取相应地下水位及矿化度的观测资料。2011年在清7断面右岸设置1个监测断面，距河由近及远布设了9个监测井。

对观测期2～10号井实测水位数值进行套绘，水位变化曲线见图5。结合观测期降水、蒸发及净降水变化情况，分析调水调沙前、调水调沙洪峰期、调水调沙长时间段三个时期内地下水位的变化表明，调水调沙洪峰期，来水集中径流量大，大河来水对研究区地下水水位影响极为明显，对地下水的影响随着离河距离的增大呈减小趋势。其影响可到达10号井位置，影响范围在950 m左右；大河水位增幅达3.19 m，地下水位增幅为0.21～1.04 m。调水调沙长时间段内大河来水对地下水位的抬升影响具有长时间性和持续性，地下水位的增幅变化随着离河距离的增大呈减小趋势，各监测井地下水位增幅为1.31～2.24 m。

对地下水观测井实测矿化度进行套绘，得出调水调沙前2～10号井矿化度变化图(见图6)。

地下水矿化度影响因素复杂，黄河来水、降雨、蒸发是影响地下水矿化度变化的三大主要因素。调水调沙期间，各监测井矿化度的变化表现为：2号井、4～7号井矿化度均出现逐步减小之后又逐步反弹的变化特性，其矿化度降低幅度值为0.05～0.50 g/L；3号井、8～10号井矿化度则表现为逐步增大的变化特性，其矿化度增大幅度值为4.01～6.84 g/L。调水调沙对地下水矿化度可产生较为明显的影响，其影响随着距离的增大而减小。

图4 三个取样点两次土壤检测结果Fig.4 Test results of soil samples

图5 2～10号井地下水位变化曲线图Fig.5 Groundwater level curve of well 2 to well 10

图6 2～10号井地下水矿化度变化曲线图Fig.6 Mineralization degree curve of well 2 to well 10

地下水质除矿化度外，其他指标K+、Na+、Ca2+、总碱度、总硬度、pH的观测值与调水调沙前相比，调水调沙期间，Ca2+、总碱度、总硬度普遍增大，Na+、K+出现升降变化，pH值降低。

4 基于生态补水的湿地生态修复效果

“启用刁口河流路，实施生态调水”是遏制区域湿地生态退化的重要措施。

4.1 生态补水工程概况

刁口河流路生态调水工程上首与崔家控导工程21号坝链接，下首至入海口，河道长度约52 km。工程以罗家屋子闸最大过流30 m3/s，经刁口河故道向三角洲北部地区送水。

黄河调水调沙期间的2010年6月24日至8月5日8时，崔家扬水船被开启向刁口河扬水，总计引水3 627.69万m3，引沙20.812万t。刁口河流路自2011年6月25日开始恢复过水，至8月3日停止提水，刁口河流路累计过水3 618.73万m3，输沙21.173万t。

4.2 生态补水的生态修复效果

4.2.1植被类型和演替方向变化

生态补水在短时期内改变了刁口河流路的自然环境，植被类型也发生了相应的变化(图7)。2011年后通过生态补水的措施，湿地内生长的翅碱蓬群落、白茅-獐茅群落、芦苇草甸、芦苇-盐生杂草甸及柽柳群落等基本转化成了芦苇沼泽,盐渍地变成水域或芦苇沼泽。大部分区域植被类型转变为芦苇沼泽或有向芦苇沼泽演替的趋势，这是生态补水区域短时期内大量蓄水造成的。

图7 生态补水前后生态类型及景观类型变化Fig.7 Changes of ecological types and landscape types after ecological water compensation

4.2.2鸟类物种多样性和种群结构变化

(1)调水前后夏末水禽数量变化。研究区内的水禽数量在2009-2011年的3年间的夏末增加较多(2009年为9 020只， 2010年为13 803只，2011年为23 782只)。水禽种群结构变化明显而种类变化不大：以淡水水域为主要生境类型的水禽数量增加显著。此类水禽以游禽居多，代表种类有白骨顶、斑嘴鸭、绿翅鸭、绿头鸭，4种水禽总数量的变化为2009年3 700只，2010年8 350只，2011年17 370只；以咸水为生境的水禽数量减少。此类水禽主要聚居在海滩上的鸻鹬类；聚居于浅水水域，以咸水为其生境的水禽总数量也发生了明显变化，2009年为2 996只，2010年2 913只，2011年1 459只。

(2)调水前后鸟类迁徙期水禽数量变化。2009-2011年间秋季鸟类种类变化不明显而数量增加明显，种群结构变化显著。2009、2010、2011年度，研究区内水禽种群种类及数量分别为19种4 403只、20种10 800只和23种28 450只，鹳、鹤大型涉禽数量增加明显。国家一级重点保护鸟类丹顶鹤、白鹤、东方白鹳、黑鹳相比2009年均有增加，其中白鹤和黑鹳为补水工程实施以来新增加的水禽。2011年东方白鹳有152只大群迁徙停歇种群。种类基本保持稳定。

4.2.3底栖动物物种组成变化

2012年，以刁口河流路生态补水区芦苇湿地大型底栖动物调查为例，共发现盐卤虫、黄唇真龙虱、摇蚊幼虫A、摇蚊幼虫B、纹沼螺、光滑狭口螺、吻盲虫、宽体金线蛭8种物种。从物种组成上来看，底栖动物有向淡水物种发展的趋势，说明在生态补水之后，淡水带来的营养使得淡水物种能够在该区域内生存。

5 结 论

(1)黄河水沙对湿地的土壤是十分有利的，调水调沙形成的洪水漫滩给土壤带来的低含盐量、高营养物含量的水沙，对提高土质是有益的。水沙丰则湿地生态好，水沙枯则湿地生态差。增加研究区的黄河输水量和输沙量是改善黄河口湿地生态质量的重要措施。

(2)调水调沙对监测区地下水水位和水质的影响显著，对土壤的改善和植被的生长有利。但调水调沙时间较短，其影响的范围有限，且随着时间的延长，来水的减小，则影响范围会缩小。

(3)采取调水调沙和生态补水措施使研究区的湿地基本恢复，有效遏制了生态退化的趋势，生物多样性得以增加，生态类型和景观结构得到优化，生态系统功能获得改善，鸟类保护取得一定的成效，种群数量增加。

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