2022年黄河水量统一调度实施前后河口三角洲生态环境变化研究.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 黄河水量统一调度实施前后河口三角洲生态环境变化讨论王晓燕1,张长春2,魏加华3 100053；1. 首都师范高校资源环境与旅行学院,北京 100037；2. 水利部国际经济技术合作沟通中心,北京3. 清华高校水利系,北京 100084 摘要：全流域水量统一调度是缓解黄河断流,爱护流域生态环境的重要举措；水量调度成效如何,河口生态环境变化状况 是特别重要的衡量指标；文章提出了评判水量调度成效的河口生态环境对比指标,并尝试运用遥感技术、水文数据和调查 资料,对比分析了水量调度前后河口三角洲生态环境变化情形；结果说明,黄河水量统一调度后,河口三角洲最小河道生 态基流在非汛期基本得到满意,断流现象不再发生,径流入海率和输沙入海量有所增加,淡水湿地面积逐步增多,物种多 样性明显得到改善；这反映出黄河流域水量统一调度后,河口三角洲生态环境正逐步复原；关键词：水量调度；生态环境；遥感；黄河三角洲中 图 分 类 号 ： P333.1 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 1672-2175 （ 2006 ） 05-1046-06黄河对河口生态环境作用明显,黄河水能否满 足河口生态基本用水需要,是实现河口生态稳固的水量调度一方面要促进流域经济的进展,另 一方面要解决黄河断流以及断流所引起的生态环基础条件；但 20 世纪 80 岁月以来,进入河口地区 境问题；水量统一调度后河口生态需水量是否得的水量逐年削减：19862001 年间,距入海口 100 到满意是关系河口生态环境能否改善的很重要的多 km 的利津水文站年实测径流量仅 120 亿 m 3,只有多年均值的 36%,其中 1997 年利津实测径流量只有 18 亿 m 3,而且断流时间越来越长；黄河尾闾来水的削减,造成了三角洲大片淡水湿地长期处于方面；河道生态需水量的概念、内涵及运算方法 等是讨论的热点,目前有大量的讨论成果 5-8 ,在 此不再详述；河道最小生态需水量满意程度指河 道径流量满意河道最小生态需水量的程度,本文干旱或半干旱状态,致使河口自然淡水湿地萎缩速 度加快,典型生境遭到破坏,植被退化或演替中 断,大量珍稀爱护动物濒临灭亡、生物多样性的保对黄河下游河道最小生态需水量按文献9-12 的计算成果考虑,利津断面生态基流量大致在100 m3/s左右,可按100 m3/s 统计分析利津断面水量统一护面临重大威逼；为缓解黄河断流,爱护三角洲生 态环境, 1999 年 3 月起,黄河流域正式实施水量统调度前后河道最小生态需水量满意程度；表 1 为利津断面水量统一调度前后流量过程一调度；1-2 ,和全年水量；表2 为按利津断面实测流量大于100 水量调度实施成效如何,河口生态环境状况m3/s、小于 100 m3/s 和断流三种情形进行统计；流是评判的重要方面；因此,建立河口生态环境评量大于100 m3/s 说明流量满意河道最小生态需价指标,对河口生态环境进行评判很有必要水,小于100 m3/s 说明基本满意河道最小生态需立河口生态环境评判指标的讨论正成为讨论热量,断流说明生态环境受到严峻威逼；表3 为黄点,如孙涛等 2提出了河口生态系统健康指标和河口生态系统复原评判指标；Ferreira 3 考虑系统抗干扰才能、水质、沉积特性和养分动力学等方面河流域 1999 年 2003 年主要水文站来水量；对比表 1、表 2 和表 3 可看出,从 2000 年全 流域水量统一调度以来,河口全年水量和流量过建立了河口质量综合评判方法；Roy 等 4通过比较 程发生了变化；在水量统一调度实施前,即使在河口结构和功能的关系,对河口健康指标,如溶 来水相对较多的时段,如 1998 年、 1999 年上半解氧、物种丰度和物种多样性等进行了讨论 , 认为 年,黄河利津断面仍旧发生了断流；水量统一调河口治理应当综合考虑人类活动的生物学和生态 度后,即使在来水特殊偏枯的时段,如 2000学影响；本文主要讨论了与水量有关的指标：河 道最小生态需水量满意程度、断流时间率、径流 入海量占年均河道径流量的比例、水质、湿地类2002 年,利津断面仍保证了最基本的流量,河道 没有断流,基本达到河流最小生态流量要求,并且非汛期入海水量明显增加,这有利于河口生态型及其面积变化、生物多样性等,并比较分析了 环境的改善；流域水量调度前后河口生态环境的变化状况；1 河道最小生态需水量满意程度名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 1 水量统一调度以来利津断面流量过程和汛期、非汛期及全年水量Table 1 The discharge process in flood season and non-flood season and the water quantity for whole year at Lijin section since water regulation 时间7 月8 月9 月10 月11 月流量 /m3·s-1 3 月4 月5 月6 月全年径流量 /亿 m 3 12 月1 月2 月全年19981999 869 1527 661 65.8 128.7 181 183 1.8 127 103 57 128 336.0 107.3 19992000 752 223 247 451 179 116 115 130 95.2 67.7 52.2 37.4 205.5 65 20002001 177 114 103 252 425 274 358 265 240 109 74 52.4 203.6 64 20012002 118 209 60 89 145 48 87.9 46.9 45.3 57.8 66.3 70.3 86.96 28 20022003 929 61.3 55.2 49.0 53.2 44.1 31.0 31.2 38.0 31.0 37.0 58.4 118.2 38 20032004 494 151.8 116.4 210.2 200.6 120.6 148.0 118.3 104.6 66.4 57.4 54.6 153.6 231.1 表 2 河道最小生态需水量满意程度Table 2 The contented degree for minimum ecological flux in watercourse时间a 1 月c a 2 月c a 3 月c a 4 月c a 5 月c a 6月c a 7 月c a 8 月c 9 月c 10 月11 月12 月b b b b b b b b a b a b c a b c a b c 1998 10 21 3 25 5 3 23 7 10 13 14 17 7 20 3 19 12 31 4 20 6 3 13 15 8 21 1 4 21 6 1999 4 27 4 24 6 15 10 15 15 21 6 4 20 10 9 22 14 17 7 23 2 29 4 26 19 12 2000 13 18 8 21 17 14 26 4 30 1 30 16 15 15 16 21 9 10 21 30 30 2001 31 28 8 23 12 18 26 5 30 16 15 13 18 29 1 22 9 8 22 26 5 2002 24 7 28 30 1 30 31 24 6 8 23 31 30 31 30 31 2003 31 28 31 30 31 26 4 16 15 2 29 30 31 30 31 2004 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 注： a 指流量小于100 m 3/s 的天数, b 指流量大于 100 m3/s的天数, c 指断流天数；表 3 黄河流域主要来水站19992003 年来水Table 3 The discharge in the main hydrological station of Yellow River Basin during 1999-2003时间水文站1 月2 月3 月4月5 月流量 /m3·s-1 8 月9 月10 月11 月12 月径流量 /亿 m 3 6 月7 月全年汛期1999 唐乃亥153 184 225 284 361 1530 2290 1360 855 1120 553 237 241.87 149.92 合计龙刘区间45.7 46.8 44.3 37 51.5 149 432 252 156 192 114 69.4 42.06 27.51 刘兰区间43.9 50.2 36 35.9 38.3 203 380 286 206 122 70.3 53.4 40.27 26.45 河龙区间90 128 78 168 29 28 106 40 145 77 -67 178 26.24 9.74 华县26.9 28.8 14.0 45.5 198 160 504 63.9 90.2 212 77.3 30.0 38.46 23.23 河津状头10.7 9.6 3.9 13.1 16.7 15.4 72.9 22.2 23.6 27.0 22.2 7.0 6.46 3.88 黑石关35.8 17.8 29.1 30.5 56 59.7 42.6 15.4 22.7 28.5 27.4 15.5 10.04 2.91 武陟0 0 0 0 0 0.283 12.4 9.43 6.91 15 7.83 1.47 1.42 1.17 406.80 244.8 2000 唐乃亥170 157 192 386 440 981 766 743 828 671 358 170 154.40 79.85 合计龙刘区间48.2 46.4 59.6 71.0 69.9 117 89.8 93.4 157.1 196 93.9 66 29.19 14.23 刘兰区间42.49 42.42 52.1 79.3 86.2 166 172 254 272 149 72.6 55.2 38.03 22.44 河龙区间97.2 56 -182 180 106 -16 190 76 31 109 8 59 18.83 10.86 华县30.9 37.2 30.2 43.5 10.7 132 138 177 123 403 156 63.8 35.54 22.42 河津状头8.8 9.5 3.0 7.7 1.5 14.4 33.3 28.2 17.5 39.0 30.0 13.1 5.43 3.15 黑石关12.4 10.2 7.84 7.97 6.68 18.6 70.1 124 59.3 61.8 68.1 66.8 13.60 8.39 武陟0 0 0 0 0 0 45.6 25.6 14.5 33.6 24.4 8.49 4.04 3.18 299.06 164.52 2001 唐乃亥83.8 80.2 110 238 357 643 407 336 516 562 263 111 97.65 48.33 合计龙刘区间47.1 49.5 43.4 48.6 73.8 101 127 166 396 270 132 81 40.41 25.34 刘兰区间48 45.2 41.9 54.8 45.01 60.9 208 157 253 164 79.3 58.4 32.05 20.72 河龙区间39.7 90 41 53 34 21 59 132 215 162 50 133 27.04 15 华县53.8 58.8 30.5 62.7 47.5 8.59 44.1 92.1 237 223 98.2 39 26.15 15.76 河津状头10.4 12.5 5.3 6.8 4.7 2.5 29.0 58.9 34.4 35.9 20.3 8.4 6.05 4.21 黑石关40.6 41.8 30.9 10.2 9.73 14.1 22.7 23.7 17.5 22.8 28.4 19.7 7.39 2.31 武陟2.56 4.32 5.08 0.007 0 0 35.7 28.2 7.86 8.82 10.8 9.61 3.00 2.15 239.74 133.82 1047 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 续表 3 流量 /m3· s-1 径流量 /亿 m 3 时间 水文站1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 全年 汛期2002 唐乃亥 122 138 171 243 300 782 796 400 382 335 200 126 105.26 50.91 龙刘区间 54.8 56.6 50.2 52.7 175.0 186 99.9 87.7 74.7 52.8 39.3 36.4 25.43 8.34 刘兰区间 47 49.7 43.3 65.5 95.5 202 221 188 155 77.7 65.2 52.2 33.23 17.04 河龙区间-3.2 17 102 53 24 237 253 169 88 87 92 137 33.20 15.93 华县 26.9 47.7 39.2 51.5 123 250 106 156 87.0 54.7 46.7 21.4 26.55 10.74 河津状头 8.7 10.7 4.5 4.3 21.8 45.2 47.9 20.7 33.6 24.5 15.8 6.4 6.42 3.37 黑石关 21.6 8.08 8.96 8.99 32.9 28.4 41 26.7 41.7 25.8 23.5 20.1 7.60 3.59 武陟 1.75 1.08 0 0 8.65 1.28 4 1.16 9.27 3.51 6.45 1.53 1.02 0.47 合计 238.72 110.41 2003 唐乃亥 89.6 103 148 214 372 514 790 1180 1450 970 154.02 116.33 龙刘区间 27.8 32.8 45.5 39.8 90.2 69.3 113 356 336 405 40.13 32.13 刘兰区间 42.1 40 36.1 54.1 114 128 236 399 358 202 42.52 31.69 河龙区间 35 70 100 60 50 80 150 280 200 300 35.01 24.74 华县 36.8 36.9 29.7 78.2 77.1 18.3 146 420 1160 1100 81.93 74.69 河津状头 11.8 13.3 5.8 10.7 11.5 10.0 27.0 107 138 207 14.35 12.72 黑石关 16.3 13.5 20.4 14.4 15.8 23.7 82.3 116 587 455 35.43 32.71 武陟 0.69 3.6 8 1.16 2 1.99 17.2 73 176 266 14.56 14.1 合计 417.95 339.11 同时也可看出,在前 4 年的统一调度下,由于 一调度后,径流时间分协作理,系统开放性较来水偏枯,进入利津断面的径流量年均只有 48.75 好,这明显对爱护和改善河口生态环境极为有亿 m 3 ,仅仅能满意河道不断流的最小生态需水 利；量,距满意生态意义上的河口需水尚有肯定差距,这说明在枯水年时,通过合理调度,可以保证河流 不断流,但仅能爱护生态环境现状,使生态环境不 连续恶化； 2003 年后,进入利津断面的流量发生了3 径流量入海率及其输沙量 径流量入海率是入海水量与河道径流量之比,它反映河口生态系统中水循环量的相对大小及河口 生态系统生物栖息地的规模；该指标主要从生态系较大变化,年径流量达 231.1 亿 m 3,特殊是非汛期 统的结构完整性和稳固性两方面评判系统状况；如河口来水量增幅特别大,这不仅满意了河口最小生 径流量入海率在 10%以下,就说明河口生态系统的态需水量,而且仍基本满意了防止河道淤积所需的 结构完整性和稳固性较差,如在 70%以上,说明其输沙需水量,这说明在来水量较丰的条件下,通过 结构完整性和稳固性较好；径流量入海率的比较从全流域的合理调度,基本可以满意河口生态环境的 调度前的 1997 年开头,以花园口断面的径流量代需水要求；表河道年均径流量,利津断面的径流量代表入海水2 断流时间率 量,详细运算结果见表 4；从表中可看出,统一调断流时间率是断流时间占一年总时间的比 度之后径流量入海率逐步有所提高；2003 年、例,它主要反映河口生态系统的开放性、功能协 调性以及河口径流量的时间安排,即反映了生态 系统与其他系统沟通的才能；在年径流量相同条表4 水量统一调度前后入海水量之比 Table 4 The ratio of water flowing into the sea before and after water regulation 件下,河口断流时间相对较短时径流量安排相对 合理,系统开放性强；如一年中断流时间比在10%以内,就系统开放性较好,径流量时间分协作岁月花园口 /亿 m3 利津 /亿 m3 入海量占年均河道径流量比例1997 142.6 18.61 0.13 1998 217.9 106.1 0.49 1999 208.5 68.36 0.33 理,如断流时间比大于85%,就系统开放性特别2000 165.3 48.59 0.29 差,径流量时间安排极不合理；从黄河流域实行2001 165.5 46.5 0.28 2002 195.6 41.9 0.21 水量统一调度前后断流时间对比上看,1997 年全2003 272.7 192.6 0.71 年断流226 d,断流时间率为62%, 1998 年断流2004 240.8 198.3 0.82 142 d,断流时间率为40%,1999 年断流 42 d,断2004 年的径流量入海率达到了70%以上,反映出流时间率为12%,水量统一调度后,下游河道就没有断流过；可见,水量统一调度实施前,河流 系统开放性较差,径流时间安排不合理；水量统河口生态系统的结构完整性和稳固性可以复原到较 好级别；1048 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 25利津20t）亿（量 沙 输年1510501950196019701980199020002022年份图1 利津断面输沙量变化趋势Fig. 1 Varition trends for transporting sediment at Lijin section 入海水量的变化在河道输沙量方面会有比较水质也是反映河口水生态环境状况的重要指III 类明显的表达；图1 为利津断面输沙量变化图,从标；水质较好,可提高浮游生物和水生生物的生图中可看出, 1950 年到 2000 年,输沙入海量总体物量；入海口的利津断面,水质主要变化于呈削减趋势,到2000 年以后,由于流域水量统一与 IV 类之间；表6（下页）为黄河利津断面2002调度,入海水量逐步增加,结果输沙入海量呈增年 8 月到 2005 年 7 月水质月变化情形；从表中可加趋势；表5 为黄河下游河道统一调度前后的冲看出,自2002 年到 2005 年利津断面水质有变好趋淤状况；势,符合III 类水质的月份增多,2005 年 17 月中有 4 个月水质均符合III 类标准, 2004 年有 8 个表 5 水量统一调度后下游河段冲淤量变化 Table 5 Variation of silting and discharging in the lower Yellow River after water regulation 时间输沙量 /亿 t 花园口 -高村河道冲淤量 /亿 t 花园口高村利津高村 -利津花园口 -利津1997 3.72 2.07 0.164 -1.65 -1.906 -3.556 1998 5.49 4.12 3.65 -1.37 -0.47 -1.84 月水质符合 III 类标准, 2003 年有 4 个月水质符合III 类标准；说明水量统一调度以来,河口水质达标的时间增多；当然,水质状况与点源污染的控制排放状况有关；水量调度合理,可以增加河流的自净才能；5 湿地类型及其面积1999 4.79 3.79 1.92 -1 -1.87 -2.87 湿地类型及其面积也是系统稳固性和抗外界2000 0.835 1.16 0.222 0.325 -0.938 -0.613 干扰才能的重要指标；如湿地范畴的缩小,会使2001 0.657 0.84 0.197 0.183 -0.643 -0.46 水生动物失去自然的栖息地、产卵场和索饵场；2002 1.16 1.23 0.543 0.07 -0.687 -0.617 如湿地的原有结构发生转变,会使生物多样性严2003 1.97 2.75 3.69 0.78 0.94 1.72 2004 2.01 2.421 2.701 0.411 0.28 0.691 重丢失和水禽的栖息环境遭到破坏；总之,湿地类型和面积的不稳固变化不仅使得食物链来源被从表中可看出,水量统一调度前,下游全河 段均淤积,统一调度后,花园口高村河段始终切断,而且由于生存环境的不断恶化（如海水入 侵、土壤盐渍化、湿地消逝等）,会造成生态系处于冲刷状态,全下游从 2003 年之后处于冲刷状 统、生物种群和遗传多样性的丢失；因此湿地类态；由于输送入海沙量的增加,自 2002 年后,黄 型及其面积变化也是特别重要的河口生态环境评河三角洲的湿地面积开头增长,特殊是 2004 年陆 价指标；地向大海推动了 1.5 km,在黄河入海口处新增湿地 超过 667 hm 2,改善了河口湿地生态系统；4 水质状况为分析水量调度工作对三角洲湿地的影响,本文利用遥感资料分析了90 岁月初期到2004 年三角洲湿地类型及其面积变化情形；1049 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表6 黄河利津断面水质月变化状况 湿地以自然湿地为主,并且在不同岁月,即不同水Table 6 The monthly variation of water quality at Lijin section in the Yellow River 沙条件下,湿地面积变化不同；2000 年湿地总面积比 1992 年少,这说明由于90 岁月黄河断流比较年月流量现状与上月规划超标工程严峻,三角洲湿地处于萎缩状态,而且主要是自然 湿地在萎缩,其中萎缩较明显的是滩地、河道湿 地；其缘由一方面是随着入海水量的削减,输沙入/m3·s-1 水质比较水质2005 7 1560 溶解氧、化学需氧量、石油类6 186 海沙量削减,如1997 年入海沙量仅0.164 亿 t,结5 87.8 4 107 石油类果导致河口增长速度放慢,而与此同时,三角洲北 部的渤海湾和东南部的莱州湾海岸却遭到了海水的 腐蚀,从 19922000 年,黄河三角洲海岸线淤积 33.7 km 2 , 自 然 蚀 退 74.56 km 2 , 净 蚀 退 40.86 3 200 氨氮2 256 1 318 2004 12 212 11 223 km2,除了黄河入海口地区连续淤积以外,三角洲10 182 9 554 其它岸段都有不同程度的腐蚀后退；另一方面,人 类活动如养虾等对滩涂资源的利用也造成了滩涂湿 地的削减,这两方面是自然湿地削减的重要缘由；8 1320 石油类7 2640 石油类6 698 5 484 石油类至于人工湿地,2000 年与 1992 年相比,就增加了4 156 石油类3 265 122.62 km2,主要是水库和养虾池等的增加；水量2 356 统一调度后,三角洲自然湿地面积明显增加,到1 634 2003 12 1150 化学需氧量、石油类2004 年基本复原到1992 年水平, 2004 年与 199211 2130 年相比,虽然滩涂面积没有增加,但芦苇等自然湿 地面积明显增加,这说明由于淡水的增加、黄河的不断流等对河口生态环境起到了较大的改善作用,同时,由于入海水量、沙量的增加,导致河口延10 2820 9 2770 8 212 石油类7 63.1 化学需氧量6 38.2 5 48.7 伸,新增湿地面积与2000 年相比增加了34 km2；4 28.7 总磷人工湿地基本没有增长,与2000 年相比,稍有增3 29.2 劣氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化 需氧量、总磷加,主要是修了几个水库；总之,从湿地类型分布及面积变化上看,由 于水量统一调度,保证了河口最基本的生态需水2 29.0 化学需氧量、氨氮、总磷1 43.6 劣化学需氧量、氨氮2002 12 70.3 劣化学需氧量、五日生化量,湿地萎缩的趋势得到了遏制,到2004 年时已需氧量、氨氮、总磷复原到1992 年建立爱护区时的状况,而且调水以11 58.7 劣化学需氧量、总磷10 46.1 劣化学需氧量、总磷来,河口新生了大片淡水湿地,这为林、灌、草 木的生长、湿地生态环境的复原、湿地植被的正 向演替制造了较好的条件；6 生物多样性9 58.2 非离子氨、氟化物8 51.4 非离子氨注： 表示水质比上月转好, 表示水质与上月持平,表示水质比上月转差；生物多样性反映了生态系统的稳固性和河口黄河自然断流始于 1972 年,其中进入 90 岁月断流比较显著,10 年中有 9 年断流；因此挑选1992 年的遥感影像代表显现显著断流前黄河三角洲湿地状况, 1992 年之后,连续断流直到 1999 年全流域开头实行水量统一调度,2000 年至今黄河再也没有显现断流过；因此,挑选 2000 年的影像代表断流终止时的湿地状况,2004 年的影像代表水量统一调度以后三角洲湿地状况；表 7（下页）是依据 1992 年 4 月 2 日、 2000年 5 月 2 日和 2004 年 5 月 13 日遥感影像图解译的东营市湿地面积变化状况；从表中可看出,三角洲生态系统生物循环状况；据统计,自上世纪 70 年代,特殊是 90 岁月以来,黄河几乎年年断流,注入河口湿地的水量骤减,由此对黄河三角洲生态环境造成了庞大破坏：黄河三角洲湿地萎缩近一半,鱼类削减 40%,鸟类削减 30%；1999 年黄河水量统一调度以来,黄河实现了连续 5 年不断流,黄河水生生物的多样性得到了复原；2003年,多年不见的鸟类重新显现,并由断流前的 187种增加到 269 种；在 2004 年,爱护区内芦苇的面积已增加到了 4×10 4 hm 2；野生珍稀生物比断流前增加了近一倍,达到了 459 种,比 4 年前增加近一1050 / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表7 黄河三角洲水调前后湿地类型及面积变化Table 7 the marsh type and its area change before and after water regulation in the Yellow River Delta 湿地类型1992 年面积 /km22004 年占湿地总面积的 /% 面积变化s 2000年1992 年2000 年2004 年19922000 年20002004 年天滩涂湿地1 485.69 1 310.29 1 295.46 51.51 46.28 42.86 -175.4 -14.83 然河道湿地104.22 95 98 3.61 3.36 3.24 -8.88 3 湿古河道湿地17.12 13.13 13 0.59 0.46 0.43 -3.99 -0.13 地芦苇湿地114.81 234.83 445