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 .pdf
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1、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王晓燕1,张长春2,魏加华31. 首都师范大学资源环境与旅游学院,北京 100037;2. 水利部国际经济技术合作交流中心,北京 100053;3. 清华大学水利系,北京 100084 摘要:全流域水量统一调度是缓解黄河断流,维护流域生态环境的重要举措。水量调度效果如何,河口生态环境变化状况是非常重要的衡量指标。文章提出了评价水量调度效果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况。结果表明,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足,断流现象不再发生,
2、径流入海率和输沙入海量有所增加,淡水湿地面积逐渐增多,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恢复。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,是实现河口生态稳定的基础条件。但20 世纪 80 年代以来,进入河口地区的水量逐年减少:19862001 年间,距入海口100多 km 的利津水文站年实测径流量仅120亿 m3,只有多年均值的36%,其中19
3、97 年利津实测径流量只有 18 亿 m3,而且断流时间越来越长。黄河尾闾来水的减少,造成了三角洲大片淡水湿地长期处于干旱或半干旱状态,致使河口天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,大量珍稀保护动物濒临灭绝、生物多样性的保护面临重大威胁。为缓解黄河断流,维护三角洲生态环境, 1999 年 3 月起,黄河流域正式实施水量统一调度。水量调度实施效果如何,河口生态环境状况是评价的重要方面。因此,建立河口生态环境评价指标,对河口生态环境进行评价很有必要1-2,立河口生态环境评价指标的研究正成为研究热点,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恢复评价指标;Ferre
4、ira3考虑系统抗干扰能力、水质、沉积特性和营养动力学等方面建立了河口质量综合评价方法;Roy 等4通过比较河口结构和功能的关系,对河口健康指标,如溶解氧、物种丰度和物种多样性等进行了研究, 认为河口管理应当综合考虑人类活动的生物学和生态学影响。本文主要研究了与水量有关的指标:河道最小生态需水量满足程度、断流时间率、径流入海量占年均河道径流量的比例、水质、湿地类型及其面积变化、生物多样性等,并比较分析了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足程度水量调度一方面要促进流域经济的发展,另一方面要解决黄河断流以及断流所引起的生态环境问题。水量统一调度后河口生态需水量是否得到
5、满足是关系河口生态环境能否改善的很重要的方面。河道生态需水量的概念、内涵及计算方法等是研究的热点,目前有大量的研究成果5-8,在此不再详述。河道最小生态需水量满足程度指河道径流量满足河道最小生态需水量的程度,本文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调度前后河道最小生态需水量满足程度。表 1 为利津断面水量统一调度前后流量过程和全年水量。表2为按利津断面实测流量大于100 m3/s、小于 100 m3/s 和断流三种情况进行统计。流量大于100 m3/s 表明流量满足河道最小生态需
6、水,小于100 m3/s 表明基本满足河道最小生态需量,断流表明生态环境受到严重威胁。表3 为黄河流域 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程发生了变化。在水量统一调度实施前,即使在来水相对较多的时段,如1998 年、 1999 年上半年,黄河利津断面仍然发生了断流;水量统一调度后,即使在来水特别偏枯的时段,如20002002 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,这有利于河口生态环境的改善。精选学习资料 - - - - -
7、- - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页1047 / 7 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 时间流量/(m3 s-1) 径流量 /(亿 m3) 7 月8 月9 月10月11 月12月1月2月3月4月5月6月全年全年19981999 869 15
8、27 661 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
9、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足程度Table 2 The contented degree for minimum ecological flux in watercourse时间1月2月3 月4 月5 月6月7月8 月9 月10 月11 月12 月a b c a b c a b c a b c a b c a b c a b c a b c
10、a b c 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
11、 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 m3/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 dur
12、ing 1999-2003时间水文站流量 /(m3 s-1) 径流量 /(亿 m3) 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1999 唐乃亥153 184 225 284 361 1530 2290 1360 855 1120 553 237 241.87 149.92 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 1
13、28 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.
14、83 1.47 1.42 1.17 合计406.80 244.8 2000 唐乃亥170 157 192 386 440 981 766 743 828 671 358 170 154.40 79.85 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 18.8
15、3 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 合计299.06 164.52 2001 唐乃亥83.8
16、 80.2 110 238 357 643 407 336 516 562 263 111 97.65 48.33 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 22
17、3 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 合计239.74 133.82 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共
18、7 页1048 / 7 同时也可看出,在前4 年的统一调度下,由于来水偏枯,进入利津断面的径流量年均只有48.75亿 m3,仅仅能满足河道不断流的最小生态需水量,距满足生态意义上的河口需水尚有一定差距,这说明在枯水年时,通过合理调度,可以保证河流不断流,但仅能维持生态环境现状,使生态环境不继续恶化。 2003 年后,进入利津断面的流量发生了较大变化,年径流量达231.1 亿 m3,特别是非汛期河口来水量增幅非常大,这不仅满足了河口最小生态需水量,而且还基本满足了防止河道淤积所需的输沙需水量,这说明在来水量较丰的条件下,通过全流域的合理调度,基本可以满足河口生态环境的需水要求。2 断流时间率断流
19、时间率是断流时间占一年总时间的比例,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分配,即反映了生态系统与其他系统交流的能力。在年径流量相同条件下,河口断流时间相对较短时径流量分配相对合理,系统开放性强。若一年中断流时间比在10%以内,则系统开放性较好,径流量时间分配合理,若断流时间比大于85%,则系统开放性非常差,径流量时间分配极不合理。从黄河流域实行水量统一调度前后断流时间对比上看,1997 年全年断流226 d,断流时间率为62%, 1998 年断流142 d,断流时间率为40%,1999 年断流 42 d,断流时间率为12%,水量统一调度后,下游河道就没有断流过。可见,
20、水量统一调度实施前,河流系统开放性较差,径流时间分配不合理;水量统一调度后,径流时间分配合理,系统开放性较好,这显然对维持和改善河口生态环境极为有利。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统的结构完整性和稳定性两方面评价系统状况。若径流量入海率在10%以下,则表明河口生态系统的结构完整性和稳定性较差,若在70%以上,表明其结构完整性和稳定性较好。径流量入海率的比较从调度前的1997 年开始,以花园口断面的径流量代表河道年均径流量,利津断面的径流量代表入海水量,具体计算结果见表4。
21、从表中可看出,统一调度之后径流量入海率逐步有所提高。2003 年、2004 年的径流量入海率达到了70%以上,反映出河口生态系统的结构完整性和稳定性可以恢复到较好级别。续表 3 时间水文站流量/(m3 s-1) 径流量 /(亿 m3) 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.
22、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
23、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
24、 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41
25、7.95 339.11 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 年代花园口 /(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 2000 165.3 48.59 0.29 2001 165.5 46.5 0.28 2002 195.6 41.9 0.21 2003 272.7 192.6 0.71
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