黄河流域生态系统特征及下游生态修复实践

2010-12-12何智娟黄锦辉潘轶敏张效艳

环境与可持续发展 2010年4期

何智娟黄锦辉潘轶敏张效艳

黄河流域生态系统特征及下游生态修复实践

何智娟黄锦辉潘轶敏张效艳

根据黄河流域地势、地貌和气候、水文、植被等特点,将流域划分为 3个生态区和10个生态亚区,在分析各生态分区特点的基础上,初步识别了黄河流域主要生态环境问题。针对黄河下游存在的频繁断流、水环境恶化、河槽淤积萎缩以及河口三角洲湿地面积萎缩等诸多生态问题,分析了黄河水量调度、调水调沙对黄河下游河道生态修复的作用,介绍了河口生态修复工程实践,并提出了黄河河流生态系统修复的方向与目标。

黄河;生态环境;生态修复

生态系统的稳定与良性发展是河流健康的主要标志,维持和恢复黄河流域生态系统的健康是实现黄河健康的前提和基础。随着流域人口的增加和经济社会的快速发展,黄河流域生态系统已经受到自然和人为等多种形式的干扰,黄河承载压力日益增大,以下游断流为标志,流域生态系统呈现出整体恶化的趋势。

本文在认识黄河流域生态系统特征的基础上,初步识别了主要生态保护目标及存在的生态环境问题,重点阐述了黄河下游生态系统存在的主要问题,并介绍了已开展的下游生态修复实践工作,提出了黄河河流生态系统修复的方向与目标。

1 黄河流域概况

黄河是中国第二大河,也是中国西北、华北地区最重要的水源。它发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地,流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东九省 (区),在山东省垦利县注入渤海,全长 5464km。流域面积 79.5万 km2(含内流区面积 4.2万 km2)。

黄河干流河道,按流域特点划分为上、中、下游三个河段。河源至内蒙古的河口镇为上游,流域面积 42.8万 km2,河道长 3471.6km。区间峡谷多,水量大,水力资源丰富。河口镇至河南省的桃花峪为中游,流域面积 34.4万 km2,河道长1206.4km,是黄河洪水、泥沙的主要来源区。桃花峪至入海口为下游,流域面积 2.3万 km2,河道长 785.6km,泥沙淤积严重,河道摆动频繁,堤内滩面一般高出堤外地面 4～6m,部分河段达 10m以上,成为举世闻名的“地上悬河”[1]。

黄河流域地势大体分为三个大的阶梯。西部位于青藏高原东侧,海拔在 3000m以上;中部黄土高原海拔一般为 1000～2000m;东部是海拔100m以下的平原。气候跨越三个气候带：高原气候区、中温带、南温带。流域内多年平均气温由南向北由东向西递减。降水分布由南向北递减,全年降水量多集中在 7～10月。自然植被分布受海洋季风影响,自东南向西北依次出现为森林草原、干草原和荒漠草原三种植被类型地带[2]。

2 黄河流域生态分区及生态系统特征

黄河跨越高原、山地、丘陵、平原多种地形地貌类型,流域生态系统类型多样,不同河段及区域的生态系统特征也不同。影响流域特征的生态因子主要有地形地势、气候、土壤、水文、生物等因子。由于影响因子众多,环境复杂,造成分区的困难,所以黄河流域的生态分区必须按照主导因子来划分。就黄河流域特征分析,地形地势是最主要的因子,地形地貌的变化会引起其他生态因子的变化,如降水、温度的变化,因此,黄河流域的一级生态分区要按照地形因子来划分。二级主导生态因子可能在不同生态区内表现的不同,有的为水土流失因子,有的为植被覆盖度因子,也可能为水资源再生以及土地利用状况等。综合上述分析,结合不同地区生态因子的特征,可以将黄河流域划分为三大生态区和 10个生态亚区。黄河流域基本上属于生态脆弱,敏感性较高的地区,生态系统稳定性较差,容易受到外界干扰而遭到破坏。经调查,目前黄河生态系统破坏最为严重的生态区为：黄河河源生态亚区、黄土高原生态亚区以及黄河下游生态区等。各区内存在的主要问题为：河源区的草场退化、湖泊干涸等问题,黄河高原区的水土流失问题,以及下游生态区的频繁断流、河槽淤积及河口三角洲湿地萎缩等问题,其中下游生态区内面临的问题最多也最为复杂,以下着重介绍下游生态区内存在的主要问题及生态修复工作。

3 黄河下游生态系统存在的主要问题

3.1 下游频繁断流

由于黄河水资源开发力度的不断提高,以及调控和管理能力不足,黄河下游于 1972～1999年出现了频繁断流现象,九十年代后期,断流更加严重,断流历时由原来的 5、6月份迅速向冬春季节和夏秋季节延伸,甚至汛期也经常发生断流。从1972年到 1998年的 27年中,黄河下游利津站有21年发生断流,累计断流 1050天,断流年份年均断流 50天,断流延伸到河南境内有 5年。1997年断流最为严重,利津站断流 226天。

黄河下游频繁断流严重破坏了生态平衡,使原本不容乐观的水环境状况更加恶化。河口地区长期处于断流或小流量状态,河道萎缩,地下水得不到充足的淡水补给,加重了河口地区的海水入侵,使盐碱化面积增大。断流也使黄河三角洲湿地水环境条件失衡,严重威胁到湿地保护区的水生生物、野生植物和鸟类的生存,导致河口湿地生态环境系统的退化和生物多样性减少。同时,在河道内流量减小的情况下,水体自净能力降低,而在河道断流时,废污水仍源源不断排入黄河,污染物在河道内大量积存,造成复流时水质严重恶化。

3.2 水环境恶化

黄河上游及中游来水持续偏枯,水资源开发利用程度逐年提高,导致黄河下游水资源量迅速下降。另一方面,洛河、沁河、蟒河等污染严重的支流及入黄排污口废污水排放量却与日俱增。两方面因素使黄河下游水环境恶化状况日益严峻,表 1给出了 2002～2004年共三年黄河下游重点监测断面的水质评价结果。

由表 1可以看出,近几年黄河下游水污染形势相当严重,尤其在来水年份偏枯的 2002年和2003年,下游基本上所有的断面水质都处于 V类和劣 V类水平,花园口河段污染更为严重,在2002年全年及 2003年非汛期,断面水质全部为劣V类,水体基本丧失使用功能。

表 1 2002～2007年下游重点监测断面水质评价结果统计表

水环境是水生生物赖以生存的基础,尤其是弱小的鱼苗幼体,对良好的水环境条件依赖性更强。黄河下游河道作为多种珍稀鱼类的产卵场及海洋洄游鱼类的通道,如果水质长期恶化,鱼类等水生生物的生境将会遭到破坏,严重影响其生存及繁衍,降低水域的生物多样性,加速生态系统的退化。

3.3 河槽淤积、洪水位抬高

黄河中游严重的水土流失及下游径流量的减少,造成了下游河槽的严重淤积及萎缩,河床不断抬高,黄河成为地上悬河,严重威胁防洪安全。1986年以来全断面年均淤积量为 2.45亿 t,其中河槽淤积 1.66亿 t,占全断面的 71%,10年间下游河槽淤高 1.06～1.87m。由于主槽的严重淤积,使得洪水位升高,连年出现历史最高洪水位。

河槽淤积使主槽过流能力显著降低,平滩流量减小,一旦洪水漫滩将造成小水大灾。1996年8月花园口站发生洪峰流量 7860m3/s,最大含沙量 126kg/m3,花园口站水位达 94.73m,洪水大漫滩,使高滩上水,并顺堤行洪,造成 300多万亩滩地受淹,受灾人口达 100多万人,比 1958年发生的流量 22300m3/s特大洪水所造成的淹没损失还大。

3.4 河口三角洲生态问题

3.4.1 黄河河口来水量减少,淡水湿地萎缩

20世纪 80年代以来,随着流域经济快速发展以及全球暖干化气候的影响,进入黄河河口地区的水量逐年减少：1986～2001年间,距入海口100多 km的利津水文站年径流量仅120亿 m3,只有多年均值的 36%,其中 1997年利津实测径流量只有 18亿m3。黄河是河口地区主要的供水水源,由于其来水量的减少,河口地区的生活、生产用水难以保障,生态用水严重不足。据黄河河口水资源量分析结果和 TM影像资料显示,近年来河口湿地平均补给水量不足常年的 20%,大量的淡水湿地因长期缺水发生干涸消亡,河口湿地消失率已达 70%以上。湿地生态系统斑块的廊道连通性和生态完整性受到破坏,珍稀鸟类生长和生存所赖以维持的黄河口湿地生境面临消亡,黄河三角洲的生态稳定性受到严重威胁。

3.4.2 泥沙入海量减少,海岸蚀退加剧

从 1976～2000年,黄河三角洲蚀退 16.78km。在 25年中,利津站年均来沙量逐年减少,1976～1986年 8.27亿 t,1989～1996年4.55亿 t,1996～2002年 1.76亿 t。

3.4.3 土壤盐碱化加重

黄河河口由于成陆比较晚,地势低平,岗、坡、洼相间的微地貌,地下水位高,矿化度大,蒸发强烈 (蒸降比 3.24：1),加上黄河水侧渗,海水顶托和海潮侵袭,土壤富含盐碱,不仅原生盐碱,而且次生盐碱化也相当严重。大风引起的风暴潮灾,在无防潮坝处潮侵纵深几十公里,使土壤重新或加重盐渍。天然植被也很脆弱,草地和荒地的原生植被多属耐盐性较强的植物,若无有效的保护性措施,这些耐盐植被一旦被破坏,特别是在地势低平的壤质土区域,下层盐分很快上升,使土壤转化为重盐渍土。土壤盐碱化使大片耕地因盐碱危害导致低产,严重的弃耕,需经数十年方能恢复正常生态。

3.4.4 近海盐度增加渔业生产力下降

营养盐是水生生物所必须的物质基础,是构成河口及近海生态环境的重要化学物质基础。近20年来,黄河入海水量的减少,使得河水与海水交汇区范围缩小,并向河口方向推进,同时入海营养盐通量也大幅降低,造成河口近海盐度增加,但营养盐含量却减少 50%以上,直接影响了海域渔业的初级生产力,造成河口海域鱼类种类及数量的大幅度下降,下降率达 95%以上,严重破坏了近海的生态环境平衡。

4 黄河下游生态修复实践

为了缓解尖锐的黄河水资源供需矛盾,解决下游日趋严重的断流问题,遏制下游河槽的淤积萎缩,黄河流域管理部门实施了黄河水量统一调度和调水调沙试验,这些工作的开展不但在一定程度上有效地解决了困扰我们多年的断流和泥沙淤积问题,而且对黄河下游生态系统也起到了一定的修复作用。另外,针对黄河河口三角洲湿地面积萎缩问题,黄河流域管理部门专门开展了河口湿地生态修复工程。

4.1 黄河水量统一调度

为缓解黄河水资源供需矛盾和下游日趋严重的断流局面,1999年 3月,黄河流域管理部门正式实施刘家峡水库至头道拐、三门峡水库至利津干流河段水量统一调度。2001年又实行头道拐至三门峡干流河段水量统一调度。

水量统一调度在统筹考虑各省区的工农业生产用水和城乡群众的生活用水,以及河流生态用水的基础上,对黄河五大水库进行联合调控,优先保障城市生活及工业供水并能最大限度满足农业关键期用水,增加了生态环境供水。

实施水量调度后,在黄河来水持续偏枯甚至是特枯的情况下实现了连续 10年黄河全年不断流,扭转了下游频繁断流的局面,主要的生态修复作用如下：

(1)水量调度使非汛期下游河段径流量增加,劣Ⅴ类水体出现的月数比水调前有明显减少,黄河下游水质得到改善,避免了由于黄河断流而积聚在长清、平阴滩区的污染物在黄河复流后水污染事件的发生。

(2)统一调度使 90年代受黄河断流破坏的200多 km2的河道湿地逐步得到修复,部分河道湿地得以修复,河道湿地的功能得以发挥。

(3)黄河水量统一调度在一定程度上保证了黄河下游生态环境用水,尤其是鱼类产卵育幼期的生态环境用水,有利于黄河鱼类资源的恢复。水调后,一些多年不见的洄游鱼类,如海产刀鱼(又名鲚,刀鲚)等,也重新出现在黄河下游。

(4)水量调度减缓了三角洲湿地面积急剧萎缩的势头,与 2001年相比,黄河三角洲淡水湿地已增加 4389hm2,促进了河口湿地的顺向演替,湿地生物系统多样性明显增加,黄河三角洲国家级保护区鸟类数量由 90年代初的 187种增加到目前 283种,野生珍稀生物 459种,比统一调度前增加了近一倍;

(5)水量调度减少了汛期营养盐的入海通量,降低了赤潮的发生机率,增加了非汛期河口近海水域生态环境有所改善,改善了河口近海水域浮游植物生长条件及鱼类的生存环境,对河口—近海环境生态系统修复起到了一定的积极作用。

4.2 调水调沙

为了遏制下游河槽继续淤积萎缩,提高河槽的过流能力,2002年 7月 4日至 7月 15日,黄河水利委员会通过对小浪底、三门峡两水库联合水沙调度,首次成功地进行了黄河调水调沙试验。至 2009年,黄河已经进行了 8次调水调沙。

调水调沙就是在充分考虑黄河下游河道输沙能力的前提下,利用水库的调节库容,对水沙进行有效的控制和调节,从而减轻下游河道淤积,甚至达到冲刷或不淤的效果,实现下游河床不抬高的目标。

八次调水调沙的结果表明,调水调沙是维持黄河健康生命最有效的手段之一,它遏制了黄河下游河道形态不断恶化的趋势,对生态系统的恢复起到了一定的积极作用,主要表现在以下几个方面：

(1)调水调沙能够减少河槽淤积萎缩,增加主槽的平滩流量,使主槽过流能力得到一定程度的提高,自 2002年起,实现了黄河下游河道全线冲刷,4.67亿 t泥沙被送入大海,河槽过流能力从试验前的不足 2000m3/s提高到 3810m3/s左右;

(2)下游河道流量大幅度增加,漫滩水流为河道湿地提供了及时的水分补给,遏制了河道湿地面积的萎缩,加上水中细沙较多,有机质含量高,为湿地中动植物的生长发育提供了大量的营养物质;

(3)调水调沙使黄河达到最后一个水文站利津站的流量大幅度提高,为漫灌河口湿地提供了有利条件。2005年调水调沙期间,利津站的最大流量达到了 3000m3/s,在大流量漫灌下,近1000m3的黄河水注入了黄河口湿地,改善了河口三角洲湿地的生态环境,为河口生态系统的修复起到一定的积极作用;

(4)调水调沙增加了入海泥沙量,使河口区湿地面积增长,同时泥沙中含有的营养盐类和有机质,有利于河口地区和渤海水域鱼类的繁殖和生长,宽阔的水面、持续的大流量,为洄游性鱼类提供了良好的生存和繁殖空间;

(5)大流量黄河水注入渤海,对于抑制长期以来的海水入浸,压碱护地也具有积极意义。

4.3 河口湿地生态修复工程

黄河淡水补给是维持河口地区生态系统的基本保障。黄河入海水量和沙量的减少、河口地区经济持续高速发展以及其他因素的共同作用,致使黄河河口生态系统严重失衡。黄河水资源是修复和重建黄河河口生态系统功能的重要基础,水量统一调度,使非汛期进入黄河口水量增加,为湿地修复提供水量条件。

2001年,国家开始在黄河三角洲国家级自然保护区内现行黄河河道两侧实施 30万亩湿地恢复工程。湿地恢复工程不影响黄河支流北汊河流路和现行黄河河道的行洪能力。工程根据黄河近几年来水来沙情况及湿地恢复区地形特点,充分利用导流堤临背悬差大、滩地横比降大的自然地势,采取提水和自流相结合,以自流为主的放淤方案。当大河水位达不到自流引水最低水位时,采用提水放淤;当大河水位高于自流引水最低水位时,采用自流放淤和提水放淤两种方式。恢复湿地主要植被围柽柳和芦苇,地里水深浅不一,浅20～30cm,深 80～100cm,平均 50cm。

工程于 2003年 9月完工。根据现场勘测,工程实施以来,黄河三角洲湿地生态系统明显改善,入海口淡水湿地的面积明显增大,植被生长旺盛,来此越冬和繁殖的鸟类数量和种类都在不断增加,一些海内外罕见的珍稀鸟类也开始在这里出现。