河北衡水湖湿地生态补水策略的探讨

郭子良 张余广 刘丽

（1 中国林业科学研究院湿地研究所，湿地生态功能与恢复北京市重点实验室，北京 100091；2 河北衡水湖湿地生态系统国家定位观测研究站，河北 衡水053000；3 河北衡水湖国家级自然保护区管理委员会，河北 衡水 053000；4 河北省邢台水文水资源勘测局，河北 邢台054000）

湿地是生态系统的重要组成部分，在调节大气组成、净化水质和维持生物多样性等方面发挥着不可替代的作用（崔丽娟, 2004）。湿地的生态状况已成为影响区域生态安全格局，提升生态系统服务，建设美丽中国的重要内容。随着人类活动和全球变化的加剧，很多地区的湿地面临面积减少、结构改变、功能衰退等危机（杨杰峰等, 2016）。生态补水已成为解决缺水地区湿地萎缩、生态环境恶化和野生动植物生境丧失的重要措施（刘波等, 2015； 裴俊等, 2018）。我国也开展了扎龙湿地、黄河三角洲湿地、南四湖、乌梁素海等众多的生态补水工程，补充水资源，改善湿地生态状况及生态功能（万芳, 2009； 冯夏清等, 2010； 刘波等, 2015）。

华北地区属于我国历史文明的发源地，在长期的开发利用下，区域水资源短缺和用水矛盾十分突出，已经严重影响水生态安全（夏军等, 2004）。河湖湿地减少、地下水漏斗、湿地水质较差等成为该地区面临的重大问题，亟需解决（庞亚瑾等, 2016； 张俊等, 2018）。同时，生产、生活用水的快速增长不断压缩华北地区水资源的生态功能，造成湿地退化，进而导致湿地萎缩、地下水漏斗、水污染等生态环境问题。

1 衡水湖概况

衡水湖位于衡水市桃城区西南约5 km 处，115°28′59″～115°41′40″E，37°32′14″～37°41′25″N（高庆华, 2003）。衡水湖为黑龙港流域冲积平原冲蚀低地内的天然湖泊，由黄河改道冲刷而形成，史称“千倾洼”，曾为黄河、漳河和滹沱河故道，湖底海拔高程18m 左右。目前，衡水湖已成为我国唯一经过大规模排水造田，从事农业生产后又重新蓄水、恢复湿地景观的湖泊湿地。

建国初期，衡水湖总面积达120 km2，南北长20 km，东西 宽6 km（张彦增, 2010）。20 世 纪五六十年代，受围湖造田、来水减少等影响，衡水湖曾经基本干涸。在20 世纪70年代之后，衡水湖通过重新修建、扩建、引水、蓄水等措施，才逐渐恢复了水域、林地和滩涂等景观（孙焕顷等, 2013）。并于2000年7 月经河北省政府批准，成立衡水湖湿地和鸟类省级自然保护区，2003年经国务院批准晋升为国家级自然保护区。目前衡水湖已成为我国北方典型而稀缺的内陆淡水湖泊湿地生态系统，为南北迁徙的候鸟提供了适宜的栖息地和庇护所。但衡水湖上游来水匮乏，基本需要通过生态补水来维持其湿地生态系统的结构和功能。

2 湿地生态补水策略

生态补水策略涉及补水水源、补水水量、补水时间、补水范围和补水线路等多方面的因素，其显著影响着生态补水的效果（卓俊玲等, 2013； 刘波等, 2015）。选择合适的生态补水策略必须结合湿地自然补给水源状况、水情变化规律和流域自然地理特征等。目前生态补水策略的研究主要集中在利用湿地生态需水量的计算来确定特定补水目标下的生态补水量。湿地生态需水量计算主要通过确定表征湿地特征的目标水位、目标水量和目标生物密度等指标确定需水量（张珮纶等, 2017）。补水时间目前主要通过干旱期的识别来确定，其基本上依据多年湿地水位、降水量、蒸散发等数据。补水水源和补水线路等策略则需要结合流域水资源特征、地形地貌和补水对象湿地类型等进行分析。但目前湿地生态补水策略对湿地生态系统的水文和物质循环过程、野生动植物适宜生境需求等考虑较少。

3 湿地生态补水的目标和潜在影响

3.1 湿地生态补水的目标

生态补水是在生态需水研究的基础上提出的，用于解决区域水资源平衡，恢复湿地生态系统过程和功能，目前生态补水已成为实现区域水资源优化配置、保障湿地生态系统功能的重要措施之一，其对象主要是因全球变化和人类活动等造成缺水进而退化的湖泊湿地、河流湿地和沼泽湿地（张珮纶等,2017）。湿地生态补水策略能够实现对湿地水文过程的人为动态管理，减弱水资源再分配对生态系统的干扰，实现湿地生态系统的保护管理(裴俊等,2018)，其主要目标就是通过人为补水措施恢复湿地生态系统的水文过程，提升生态系统服务功能，为野生动植物提供更加适宜的生境。大部分的生态补水策略已促进了区域的湿地水质、地下水位、湿地生物多样性的进一步改善(万芳,2009；刘波等, 2015)。

3.2 湿地生态补水的潜在影响

湿地生态系统过程复杂，生态补水措施改变了湿地本身的水位和水文过程，进而会影响湿地生态系统的物质循环及其野生动植物的生存、湿地水鸟的繁殖等。生态补水水量和补水时间直接影响湿地水位变化，导致湿地植被分布格局、有机质分解过程和水鸟适宜生境等的改变。研究表明，湿地水位的变化直接控制湿地生态系统植物群落的分布格局、物种多样性和群落演替等（徐治国等, 2006）。在高水位淹水条件下，生物有机残体在还原环境下的分解速率缓慢，而水位降低会加速有机体的分解，从而影响水质（Lenssen et al, 1999； 田应兵等, 2005）。而且不同的水位波动范围，对不同的越冬水鸟栖息地及其食物资源有不同的影响。卓俊玲等（2013）选择丹顶鹤Grus japonensis、东方白鹳Ciconia boyciana 和黑嘴鸥Larus saundersi 为指示物种，开展生态补水条件下的黄河三角洲水鸟适宜栖息地的变化研究。不同时间段湿地水位变化可能对湿地生态系统过程产生显著影响，特别是在湿地的消落带(程瑞梅等, 2010)。

表1 衡水湖多年平均月蒸发量和降水量（张彦增等, 2010）Table 1 Averagemonthly evaporation and precipitation in Hengshui lake formany years

4 衡水湖湿地生态补水情况分析

衡水湖湿地的生态补水主要来自于引黄入冀（或引黄济淀），引黄河水供给河北沧州、白洋淀、衡水湖及沿途区县的农业灌溉与生态补水。目前，衡水湖没有自然入湖径流，其周期性的水位波动主要受生态补水的影响。1994-2017年，衡水湖水位变化情况见图1。其中，最高水位集中在20.8m 左右，近些年水位保持相对稳定，但最低水位和平均水位变异幅度较大。而衡水湖最高水位和最低水位高差基本保持在1～2m，水深变化较大，特别是在集中补水期水位较快升高。

近10年，每年水位年变化曲线之间存在很大的差异，主要表现为补水期不一致，导致其水位的非规律性波动。而且衡水湖没有进行长期的持续性生态补水，每年通过1 次或2 次的短期补水过程，使衡水湖快速升至最高水位（图2）。其中，绝大部分时间采取的是冬春枯水期补水，因此，衡水湖基本上保持冬季高水位、夏秋季低水位的水文特征，但在个别年份也会采取春季和夏季补水的生态补水策略，如2008年和2016年等。

5 衡水湖湿地生态补水存在的问题

5.1 无稳定的生态补水策略，补水时间与当地自然水文过程不一致

长期以来，衡水湖实施生态补水的水文过程具有很大的波动性，没有明显的补水规律。衡水湖主要通过非生长季的生态补水来满足衡水湖及其周边区域在生长季对水资源的需求。而在该地区降水较为集中的七、八月份，衡水湖水位基本上保持持续降低状态，既没有自然河流的汇入，也没有外来生态补水（表1）。这与华北地区夏季洪水期的自然水文过程产生了截然的反差。同时，3-7 月衡水湖具有较高的蒸散发，以及农业生产需水量激增，往往造成衡水湖水位的急速下降，见图2 和表1（王春泽等, 2008）。在缺少自然径流和外来生态补水的情况下，极易造成衡水湖的生态干旱期。

5.2 没有考虑生态补水对衡水湖物质循环和水质的影响

没有持续性的地表径流补给，导致衡水湖水体的水动力条件较差，不易于发挥湿地的水质净化服务功能。同时，生长季水位下降造成野生植物的大量生长，河道和湖区有机物质大量积累。但在秋冬季节快速补水过程，使得衡水湖快速形成大面积的缺氧环境，厌氧环境则降低有机物的降解速率。来年，衡水湖水位持续下降又促进有机物质的快速分解，同时水体流动性较差，可能造成衡水湖湖区及周边水体的有机污染加重，如总氮、化学需氧量、高锰酸盐指数等指标超标。

5.3 没有考虑生态补水对湿地野生动植物的影响

如果考虑生态补水对湿地野生动植物的影响，冬高夏低的水位特征难以满足衡水湖地区水鸟对适宜生境的需求。同时，生态补水对鸟类繁殖产生负面影响，主要表现在水位快速升高对其繁殖过程的破坏。冬春季的快速生态补水过程可能淹没水鸟的繁殖场所，进而影响其种群数量，如青头潜鸭Aythya baeri、白骨顶Fulica atra 和斑嘴鸭Anas poecilorhyncha 等。在鸟类繁殖期，过低的水位也增加了人类活动或鼠类取食等对水鸟繁殖地的干扰。夏季衡水湖水量的快速减少，促进其水体温度和有机质浓度升高，水中的溶解氧降低，威胁鱼类生存。在生长季的低水位，使湖区形成了大面积的1m 左右水深生境，也促进了湖区内芦苇和香蒲的扩张。

图1 1994-2017年衡水湖逐年水位变化Fig.1 Variation of water level Hengshui lake year by year from 1994 to 2017

图2 2007-2017年衡水湖每年逐月水位变化Fig.2 Variation of water level Hengshui lake everymonth from 2007 to 2017

5.4 没有考虑周边区域影响，无湖底淤积和生物入侵等防控措施

衡水湖生态补水过程采取直接注水的方式，并未对其进水进行沉砂池处理，容易造成湖底淤积，而且也没有对其补水的水生生物进行监控，使衡水湖国家级自然保护区面临潜在生物入侵的风险。此外，衡水湖周边仍存在大量的农田和鱼塘等，生态补水过程没有考虑周边农业活动对衡水湖水资源的影响，生态补水线路、补水时间和补水过程等仍需科学评估和论证。

6 衡水湖湿地生态补水管理建议

6.1 开展生态补水策略模拟研究，促进衡水湖水质保护

开展基于水质保护的生态补水方案模拟研究，分析不同水位条件下湖区消落带物质循环过程。通过模拟不同生态补水策略下的衡水湖碳氮循环过程和特征等，遵循自然科学规律，选择控制衡水湖有机污染的最优补水方案，开展生态补水对湖底淤积和生物入侵等影响的监控。

6.2 避免生态补水对水鸟生境的负面影响，关注水鸟保护管理

开展衡水湖湿地水鸟专项调查，查明该地区夏季繁殖水鸟的繁殖期、筑巢地特征等。基于水鸟繁殖期、越冬期的适宜生境特征分析，研究不同时期的水位变化对水鸟栖息地的影响，特别是在繁殖期的水位变化对青头潜鸭、凤头鸊鷉Podiceps cristatus和白骨顶等影响。开展基于不同种类水鸟栖息地保护的生态补水方案模拟研究，减少或避免繁殖期生态补水对水鸟繁殖的影响。

6.3 提高衡水湖水体流动性，控制最低水位

从衡水湖流域整体考虑，改变现有生态补水策略，保障衡水湖与周边河道生态需水。建议根据地形特征优化补水方案，从西南部高海拔的冀码渠进行生态补水，并形成持续性的生态补水过程。同时对湖区内鱼塘进行改造，形成局部水循环过程，提高衡水湖水体流动性，提升湿地水质净化等服务。建立动态的生态补水机制，控制衡水湖最低水位，保证其水深，避免夏季水位过低对湖区水质和野生动植物造成的影响。

6.4 考虑周边农业活动对衡水湖水资源的影响

目前衡水湖周边仍存在大面积的农田、鱼塘等，这些渔业和农业生产活动需要大量的水资源，而其往往采用直接抽取衡水湖地表水的方式从事生产活动，特别是在生长季。因此，衡水湖生态补水方案制定应充分考虑周边渔业和农业生产对衡水湖水资源和生态补水过程的影响。