2004—2009年黄河口近岸海域低盐区面积的变化趋势研究＊

肖纯超，张龙军＊＊，杨建强

（1.中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，山东青岛266100；2.国家海洋局北海环境监测中心，山东青岛266033）

河口是海陆相互作用最为活跃的区域，对流域自然环境变化和人类活动响应最为敏感。盐度作为反映河口生态系统健康程度的重要环境因子，对河口生物的生存和分布影响深远，其分布及变化主要取决于河流入海淡水量。因此，研究河口近岸海域盐度场的变化及其与河流淡水入海量的关系，对于流域水资源的合理配置以及河口生态系统的健康恢复至关重要。

上世纪以来，由于流域水资源的高强度开发以及自然气候变化等原因，世界上许多大江大河的径流量都有所减少，如尼罗河［1］、尼日尔河［2］、科罗拉多河［3］、恒河［4］、印度河［5］以及黄河［6］等。河流入海径流量的减少导致了一系列河口生态与环境问题，比如干旱使得长江在2006年形成特低径流，盐水入侵严重加剧［7］；埃及阿斯旺大坝的修建导致尼罗河淡水被截留，浮游植物量下降了95%，渔获量下降了80%［8－9］；Wooldridge和Callahan［10］在对南非东海岸Kromme河口研究时发现河水入海量的减少打破了河口原始浮游动物的时空格局，当地特有的纳塔尔折背陆龟可能绝迹。由此可见，河流淡水的输入对河口生态系统起着决定性的作用。

对黄河来说，1970年代以来下游径流减少甚至断流破坏了其河口生态系统的平衡稳定，河口毗邻海域盐度持续升高［11］，初级生产力及渔业资源不断降低［12］，河口和近岸海域淡水种和半咸水种有消失的迹象［13］。因此准确了解河口近岸海域的低盐区面积及其变化趋势，对于河口生态系统的研究极为重要。本文通过对2004—2009年丰、枯水期黄河口近岸海域低盐区面积大小进行分析，建立了低盐区面积与黄河径流量的关系，讨论了黄河口近岸海域低盐区的面积变化趋势以及月际分布状况，这将为合理调配黄河水资源进行科学生态补水，进而维护黄河口生态系统的健康奠定基础。

1 方法与技术路线

1.1 数据来源

本文所用黄河入海径流量采用利津水文站的实测数据，整理自《黄河水资源公报》和《黄河泥沙公报》；盐度数据源自中国国家海洋局公益专项“基于生态需水的黄河口滨海湿地与近岸海域综合承载力研究（20080508006）”项目，涵盖黄河口生态监控区2004－2009年每年5月（典型非汛期）、8月（典型汛期）航次（共12个），每个航次设置30个站位左右，采用Seabird 911 Plus CTD（SeaBird Inc.，Bellevue，WA，USA）测量表层海水盐度值。

1.2 黄河口研究区域及方区划分

黄河是世界上泥沙含量最高的河流，同时也是世界上淤进速度最快的河口之一，岸线变动较大［14］。为了确定主要的研究区域并且区分其他注入莱州湾河流冲淡水的影响，本文对黄河口近岸海域进行方区划分以确定主要研究区域。

侍茂崇等［15］研究黄河清水沟流路的河口附近水文特征时，将黄河口外邻近海域划分为6个经纬度各为半度的方区，本文予以沿用，分别为图1中的1号区（119.0°E～119.5°E，37.0°N～37.5°N），2号区（119.5°E～120.0°E，37.0°N～37.5°N），3号区（119.0°E～119.5°E，37.5°N～38.0°N），4号区（119.5°E～120.0°E，37.5°N～38.0°N），5号区（119.0°E～119.5°E，38.0°N～38.5°N），6号区（119.5°E～120.0°E，38.0°N～38.5°N）。近年来黄河径流量锐减使得黄河冲淡水影响范围萎缩，主要集中在3号方区，在4、5、6号方区有少量涉及，其他注入莱州湾河流的主要影响范围位于1、2号方区内。因此，本文选取3号方区作为黄河口近岸海域的主要研究区域。

图1 研究区域及方区划分Fig.1 Study area in the Yellow River Estuary and the demarcated square regions in its coastal zone

1.3 黄河口近岸海域低盐区范围边界的确定

1.3.1 低盐区高盐外边界的确定 低盐区是用来描述盐度相对较低的海域，它并没有定量的划分依据，也没有特指的海域，在海洋学中还不是1个成熟的概念［16］。在长江口，毛汉礼等［17］对长江冲淡水及其混合问题进行探讨时，以32等盐线作为整个冲淡水的界限盐度值，并取26等盐线作为长江冲淡水主体的界限。在黄河口，赵进平等［16］研究渤海低盐区的盐度特征时，把盐度低于26的区域划为低盐区；Wang等［18］在研究调水调沙导致黄河径流量突变对河口外盐度分布变化的影响时，分别用28、26、26等盐线代表调水调沙前、中、后期黄河冲淡水前沿的位置；乐肯堂［19］研究河口的变迁对黄河冲淡水分布的影响时，认为黄河冲淡水的核心部分盐度小于27。本文分别采用26、27、28等盐线作为黄河口低盐区外边界对低盐区范围进行讨论，发现在枯水年黄河口外海域26等盐线已基本消失，无法确定低盐区面积的大小；而28等盐线囊括的区域范围太大，甚至包括了全部莱州湾，不能将黄河冲淡水与小清河及其他注入莱州湾河流的冲淡水进行区分。因此本文将27等盐线确定为黄河口近岸海域低盐区范围的外边界，并且取37.5°N纬度线作为区域的南边界。

1.3.2 低盐区陆岸方向内边界的确定 黄河口的陆岸边界变化较快，难以准确定义。因此本文采用黄河口滨海区实测2 m等深线作为低盐区陆岸线方向的内边界。另外，考虑到黄河喇叭口河道感潮段的多年平均长度为14 km、宽度近似取1 km，同时低盐区陆岸方向内边界2 m等深线以浅存在大约200 m宽度的海洋有效生态面积，因此在各航次低盐区面积上平均增加了30 km2。本文认为这一区域是不能忽略的，尤其是在流量较低时，低盐区仅分布于河道及河口海岸线的浅水区域。

2 结果与分析

2.1 2004—2009年黄河口各航次近岸海域的低盐区面积

依据本文确定的方法与技术路线，将2004—2009年黄河口各航次的近岸海域表层盐度分布作图（见图2），从图中可以明显看出近年来黄河冲淡水产生的盐度小于27的低盐区主要集中在3号方区海域内，且汛期（8月）航次普遍大于非汛期（5月）。非汛期低盐区范围较小，尤其是2005年（见图2b）及2007年（见图2d）；同样情况出现在2008年汛期（见图2k），27等盐线已接近口门区域，低盐区范围非常小。按照盐度为27等盐线外边界以及2 m等深线内边界，并结合37.5°N纬度线为南边界将各航次的低盐区范围进行框定，利用surfer软件根据单位经纬度与实际距离的关系，得到了各个航次的近岸海域低盐区面积，结果列于表1中。考虑到研究范围的经纬度变化小于0.5°，本文不考虑由于方位点改变而带来的单位经纬度代表实际距离的变化。

另外，为了进一步探讨河口近岸海域盐度场的变化，本文对黄河口近岸海域表层盐度等值线图进行加密插值，提取了3号方区内的盐度平均值，一并列入表1中进行分析，表1中既包括汛期数据，又包括了非汛期数据。在分析径流量变化对盐度场的影响时考虑到径流量对低盐区面积大小形成的滞后效应，作者使用的月径流量为航次当月与前月径流量的平均值。而2008年8月份的径流量仅为前月的1／5，且航次时间在下旬，故此采用当月径流量。

表1 2004—2009年黄河口各航次月径流量、低盐区面积及3号方区平均盐度Table 1 Monthly runoff，low－salinity area and average salinity of the No.3 square region in the Yellow River Estuary and its coastal zone during the cruises conducted from 2004 to 2009

由表1可知，2004－2009年黄河口非汛期平均低盐区面积为183.9 km2，3号方区的平均盐度均值为28.86；汛期平均低盐区面积为582.3 km2，3号方区的平均盐度均值为27.81。非汛期低盐区面积仅占汛期低盐区面积的1／3，3号方区的平均盐度均值比汛期的高出1.1。除2008年之外黄河口汛期的低盐区面积均比非汛期的要大，同时3号方区平均盐度比非汛期的要小。2008年出现异常主要是因为在8月无大的降水过程，持续干旱导致黄河入海径流比往年明显减小（2008年8月黄河入海径流量比2004－2009年8月平均入海径流量减少了3／4以上）。同时可以看出，2005与2007年的非汛期低盐区面积非常小，非汛期黄河口的缺水形势更为严峻，需要相关部门予以重视。

2.2 2004－2009年黄河口近岸海域低盐区面积与径流量的关系

自2002年开始的利用小浪底水库调蓄功能实行的调水调沙实验以来，黄河入海年径流量有了一定程度的回升且相对稳定，这一阶段的黄河口低盐区面积及其变化不仅代表着当前黄河口盐度场状况，而且其变化趋势和量值近期不会有大的改变，因此对当前和今后一段时期黄河口低盐区面积的变化趋势进行分析具有重要意义。通过分析表1数据，建立2004－2009年代表航次黄河口近岸海域低盐区面积以及3号方区平均盐度与月径流量的关系如图3所示。

图3 2004—2009年黄河口各航次低盐区面积（a）及3号方区平均盐度（b）与月径流量的关系Fig.3 Relationship between low－salinity area and monthly runoff（a）and relationship between average salinity in the No.3 square region and monthly runoff（b）in the Yellow River Estuary and its coastal zone during the cruises conducted from 2004 to 2009

由图3可以看出：汛期、非汛期的黄河口近岸海域低盐区面积以及3号方区平均盐度与月径流量均呈现较好的相关性，分别为线性关系（见图3a，N＝12，P＜0.000 1）和对数关系（图3b，N＝12，P＜0.01），从数据点的分布情况可以看出采用航次当月与前月径流量的平均值进行分析仍存在一定的不足，尤其是降水过程的存在使海区表层被淡水覆盖，低盐区面积增加，3号方区的平均盐度值相应下降。以2006年8月（图3中圈出点）为例，通过距河口较近的滨州惠民县的历史逐月降水量数据（中国气象科学数据共享服务网http：／／cdc.cma.gov.cn／）可以看出，以往年份8月的降水量均低于7月，而2006年8月的降水量为137.2 mm，比前月增加了22.4 mm，这就导致了低盐区面积及平均盐度值与回归趋势线存在一定程度的偏离。由于黄河口外海域低盐区面积与月径流量具有较好的线性关系，根据线性公式可以推算出增加单位平方千米盐度小于27的低盐区面积需要增加的月径流量约为0.046亿m3；图3b中显示，3号方区的平均盐度值随月径流量的下降呈现对数上升趋势，说明径流量的降低导致低盐区面积萎缩加剧，盐度水平相应提高，若要维持3号方区海域的平均盐度值小于27，月径流量应保持在50亿m3以上，另外汛期单位盐度变化所需要的径流量变化值远大于非汛期，表明河口在非汛期径流量较小时，径流量变化引起的盐度响应变化更快，生态系统更为脆弱，而汛期河口生态系统则相对稳定。因此，在非汛期尤其要加强生态补水以维持河口生态系统的平衡。汛期低盐区面积明显大于非汛期，3号方区的平均盐度汛期小于非汛期，从根本上讲，这些都是由于径流量的变化所产生的结果。

2.3 2004—2009年黄河口月际低盐区面积估算

通过调水调沙对黄河下游河道进行生态补水，黄河入海径流量有了一定程度的回升。但是每年的调水调沙集中在6月下旬～7月初的20 d左右，即使黄河下游也存在汛期、非汛期径流量的自身调整，入海径流量还是存在非常不均匀的现象，这在图4中可以明显看出。因此准确掌握年内低盐区面积的变化趋势，可以更加科学地调控年内生态补水量，从而维持良好的河口生态环境。本文依据图3a给出的低盐区面积与月径流量的关系式：y＝21.702x＋20.483（式中y为黄河口近岸海域低盐区面积值，km2；x为月径流量，108m3），代入2004—2009年的月径流量数据估算出逐月低盐区面积，再将同月低盐区面积求平均值，得到2004—2009年黄河口月际平均低盐区面积（见图5）。如前所述，考虑到径流量对低盐区面积大小形成的滞后效应，代入方程的月径流量为航次当月与前月径流量的平均值。

由图5可以看出年内黄河口低盐区面积的较大值主要集中在6～11月份，均高于370 km2，这一时期的平均低盐区面积比全年平均值高出50%左右。其他月份低盐区面积普遍较小，3月份最小，仅为126.5 km2，是7月份平均低盐区面积的1／6。但突出的问题是4～6月份作为黄河口鱼虾等生物重要的繁殖期，需要保证足够的低盐区栖息地环境，而近些年4、5月份的低盐区面积却不足200 km2，这一水平是远远不够的，需要合理调配黄河来水，保证鱼虾繁衍，维持良好的河口生态环境。对于12月～翌年2月这3个月，作者认为由于黄河下游河道封河，致使利津水文站以下淡水漫灌进入黄河口湿地系统而不能有效入海，使得本文以利津水文站流量为基础的低盐区面积估算值较实际值偏高。

3 结论

（1）黄河口近岸海域盐度场随径流量的变化发生相应改变。低盐区面积与月径流量呈现较好的线性关系，增加单位平方千米盐度小于27的低盐区面积需要增加月径流量约为0.046亿m3；另外，黄河口外毗邻海域3号方区的平均盐度随月径流量的下降呈现对数上升趋势，若要维持紧邻河口的3号方区海域的平均盐度小于27，月径流量应保持在50亿m3以上。

（2）近几年黄河口低盐区面积年内变化较大。较大值主要集中在6～11月份，均高于370 km2；最小值出现在3月份，仅为126.5 km2；4、5月份的低盐区面积不足200 km2，这一时期正是鱼、虾等生物重要的繁殖期，建议合理调配黄河来水以维持良好的河口生态环境。

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