美国伊利诺伊河流域伊米昆地区生态恢复项目水文特征综述

作者 MisganawDemissie等

翻译 朱明成

美国大自然保护协会（TNC）发起了一项伊利诺伊河畔的大型生态恢复项目，旨在恢复伊米昆地区的生态环境。这片区域是全美最大的冲积平原之一，位于斯蓬河与伊利诺伊河交汇处的上游地区。此项目的目标为努力恢复本地水生和陆生物种曾经赖以生存的环境，其中的一项关键要素在于了解当地的水文特征和泥沙输运过程。我们不妨从历史演变、现状分析和不同备选方案这三方面分别来考虑这个问题。伊利诺伊州水资源调查局（ISWS）整理了相关水文资料数据，并且建立了一个数学模型，用以评估当地生态环境的现状和生态恢复过程中的不同备选方案。

一、背景资料

伊米昆地区的地貌发育形成于上千年前的冰川事件，这与伊利诺伊河下游的其他漫滩基本相似。这里有两个内陆湖和一大片漫滩，为当地各种野生动植物提供了多样的水生和陆生环境。近一个世纪以来，为了保护当地农业的发展，人们开始筑堤防洪。早在1812年，第一座堤坝已经投入使用，不过多数河堤建于19世纪末。据美国陆军工程兵团当时估计，伊利诺伊河下游约95%的漫滩都被围垦用于农业生产（USCOE，1961）。

二、水位的变化

19世纪30年代，伊利诺伊河上修建了7个新的水利枢纽用以替代以前的水利设施，伊利诺伊河的低水位因此显著升高。另一个影响水位的主要因素是，从1900年开始密歇根湖水的汇入，流量从3000~10000立方英尺每秒不等。根据伊米昆地区下游哈瓦那测站水文资料，1888年拉格朗日水利枢纽建成后的10年，伊利诺伊河低水位提高了超过3英尺；1900~1939年，密歇根湖水的汇入将水位提高约1英尺；现在看来，水位又回落了约2英尺，可仍然高于1888年前的水位。以上这些实测的水位资料，可以作为伊米昆地区水文资料历史演变的参考。

三、地下水与地表水

根据伊利诺伊河谷地区水文资料的统计分析，总体来说，地下水由河两岸流入伊利诺伊河，不过也有部分流入包括伊米昆在内的漫滩地区。因此，大多数区域都会建有泵站，目的是将地面的排水管道和地下水渗流抽水外排。事实上，伊米昆地区就建有一个连接泵站排水渠系统，最后将水排入伊利诺伊河。过去抽水是用于农业生产灌溉，作为生态恢复计划的一部分，我们需要了解的是，停止抽水后，伊米昆地区的地面水量、地下水和伊利诺伊河水位对此地区的影响。为此，伊利诺伊州水资源调查局（ISWS）在此地区设置了24个观测井，用以测绘和监控地下水的情况。钻孔过程中发现，基层岩以上30到40英尺有一砂质层。在自流条件下，水压作用将伊米昆地区地下水带到蓄水层以上。观测井的数据也反映了蓄水层表面和底面的垂直压差。同时，数十年的泵站抽水状态导致蓄水层形成一个巨大的漏斗形低洼，一旦停止抽水，地下水水位将上升至地表以上数英尺。

现有研究显示地下水和排水渠道关系紧密，水位上升至地表以上后，会在伊米昆地区的一大片范围内形成类似湖泊的地貌。根据伊米昆地区生态恢复的要求，我们应该采取相应措施改变地下水和排水渠道之间的关系。

四、泥沙淤积情况

20世纪以来，伊米昆地区洼地湖底和漫滩的泥沙淤积导致了当地环境的变化。湖底每年平均有2～78毫米的淤积，具体淤积量取决于泥沙来源和与伊利诺伊河的距离远近。因此，考虑到泥沙淤积的严重问题，生态恢复中应采取必要措施减少泥沙来源或者控制长年累月的泥沙累积。

五、对策措施

为此，伊利诺伊州水资源调查局（ISWS）对生态恢复的进程提出了3种初步的设想。第一种方案是保持现状，继续用堤坝把伊米昆地区和伊利诺伊河分隔开来。这样除非伊利诺伊河出现特大洪水漫过现有的堤坝，否则伊米昆地区的泥沙淤积量不会有所增加。然而，伊米昆地区现有的泥沙将有可能对某些生态恢复工程产生影响。第二种方案是将伊米昆地区上游和下游的防洪堤坝拆除。从此以后，伊米昆地区的泥沙淤积情况也将会类似于伊利诺伊河附近的其他湖泊，淤积厚度以每年约8毫米的速度快速增加，这将对生态恢复造成不利影响。于是，我们提出第三种方案，即在已有堤坝上安装闸门，来有效控制进出伊米昆地区的水流泥沙。

在分析研究时，我们采用了从1971~2000年这30年间伊利诺伊河流域的水文数据作为验证。从实测数据中可以看出，流域的水位从极端洪水到干旱年份波动很大。

计算中，我们不妨指定三年一个循环，每三年开闸一个月。由于出流的含沙量较小且很难测定，我们假设所有进入伊米昆地区的泥沙都落淤。经过模拟计算，在这30年间，约47600吨泥沙在伊米昆地区落淤，淤积厚度每年增长约0.16毫米■