郑州黄河湿地省级自然保护区河道演变监测与生态分区研究

摘 要：郑州黄河湿地省级自然保护区在保护生物多样性、维护生态平衡和促进可持续发展方面发挥着重要的作用，其内部河道的变迁会影响保护区内生态环境的稳定性。本研究以湿地生态保护和修复为出发点，基于Landsat卫星影像数据，对研究区内河道变化进行动态监测。通过研究2001—2020年湿地内河道历年来的动态变化，重点探究了其时空分布特征及演变规律。同时，根据河道的变迁划定出易变动区域，分析了自然保护区生态环境动态变化的原因。研究发现：①研究区域内河流面积扩大，河道走向变化较小；②2001—2020年，黄河河道的部分河段面积总量发生波动，河流主体南北偏移范围为0.8～5.3km；③易变动区域主要集中在河道东部及中部区域。本研究可为郑州黄河湿地省级自然保护区的生态分区管控提供有效依据，有利于该区域实施科学、可行的保护措施。

关键词：郑州黄河湿地省级自然保护区；动态监测；生态分区；河道变化

中图分类号：X87 文献标志码：A 文章编号：1673-9655（2024）06-00-08

0 引 言

郑州黄河湿地省级自然保护区是中国重要的湿地保护区，是黄河流域的重要组成部分[1]。作为湿地生态系统的代表，该保护区具有丰富的生物多样性和生态系统功能，对维护区域生态平衡和水资源调节起着重要作用[2，3]。国家出台了一系列政策文件和法规（《中华人民共和国湿地保护法》（2022年6月1日实施） [4]和《中华人民共和国环境保护法》（2014年修订）[5]等），涉及湿地保护区划[6]、生态修复[7]、水资源管理[8]等方面。这些政策的出台旨在促进湿地保护与经济发展的有机结合，实现湿地生态效益和经济效益的双赢。郑州市环保局发布的《郑州黄河湿地自然保护区管理办法》（2020年）明确了湿地保护区的划定范围、管理责任、保护目标和保护措施等内容，旨在加强对湿地资源的保护和管理[9]。

在过去的几十年里，国内外学者对郑州黄河湿地省级自然保护区进行了广泛研究，取得了显著成果。研究者们通过野外调查[10]和实验研究[11]，

深入探索了郑州黄河湿地省级自然保护区的土地利用类型、植被组成等方面的信息。同时，针对湿地生态系统的功能进行了研究，如水文调节、生物多样性保护[12]等，为湿地保护和可持续利用提供了科学依据[13]。野外调查与实验研究虽然能够直接获取湿地生态系统的详细信息，对湿地的结构和功能有较为全面的了解，但受到时间、经费、人力等因素的限制，难以覆盖广泛的地域范围和长时间尺度。随着科技的不断进步，利用高分辨率遥感技术和地理信息系统等手段，能够获取大范围、连续的湿地信息，监测湿地生态系统动态变化，基于此评估保护区的生物多样性状况，提出了相关的保护措施，为湿地保护和管理提供科学支持[14，15]。

郑州黄河湿地是重要的生态系统，对维护区域的生态平衡、水资源调节和维持生物多样性[16，17]起着重要作用[18]。通过研究其河道变化、土地利用类型和划分不同的功能区，可以了解人类活动对湿地生态环境的影响，为保护区的生态恢复和环境规划提供科学依据[19]；帮助了解水文特征变化和水资源利用状况，为合理开发利用水资源和水文调节提供参考；对不同功能区的生态系统服务进行评估，进一步认识湿地对人类社会的重要价值，为湿地保护和可持续发展提供科学依据[20，21]。

1 研究区域及方法

1.1 研究区域

2004年成立的郑州黄河湿地自然保护区，位于郑州市的北部，东经112°48'～114°41'，北纬34°48'～35°00'。保护区的西部是巩义市的柏坡村，东部是中牟县的东狼城岗村，包括15个乡镇。研究区域总面积375.45 km2，全长158.5 km，跨度5.8 km，

湿地保护区是郑州市宝贵的战略资源，同时也是重要的生态系统[22]。郑州黄河河道近十年变化较大，河道加宽，向北偏移，侵蚀了部分农田，河道的变化使得湿地的生态功能发生变化，研究其变化对明确生态环境状况及防洪有重要的意义。

1.2 研究方法

1.2.1 数据获取

本文使用武汉大学杨杰等中国年度土地覆盖数据集（annual China Land Cover Dataset，CLCD），该数据集分辨率为30 m。该数据集结合随机森林分类器，总体准确率达80%，土地利用类型分为9类，分别为农田、森林、灌木、草地、水体、冰雪、荒地、不透水面、湿地[23]。

在本研究中，通过 Google Earth Engine（GEE）平台来矢量化保护区边界和河流路径。GEE 提供了一个高级的地理空间数据处理环境，能够从全球范围内获取高分辨率的卫星图像，并利用其内置的图像分析工具进行精确的地理特征提取。首先选择了研究区域的卫星图像，然后应用自动化的图像识别和分类算法来识别保护区的范围和河流网络。这些地理特征一旦被识别出来，即通过矢量化过程转换为向量数据格式，以便在后续的地理信息系统（GIS）分析中使用。

本研究中用于土地利用分类的影像数据来自地理空间数据云平台提供的覆盖研究区域2001—2020年Landsat时间序列卫星影像数据，云量均＜5%[24]。监测时间为2001—2020年6—9月的郑州市黄河湿地省级自然保护区及黄河河流变化，监测频率为1年1次。

1.2.2 遥感影像数据处理

遥感影像数据处理主要分为4部分，分别是几何校正和影像配准、图像融合、图像镶嵌与裁剪、大气校正[25]。图1是遥感影像数据处理的流程图。

2 结果与讨论

2.1 保护区边界划定

依据2021年修改后的郑州黄河湿地省级自然保护区功能区划图，结合该地实际情况，重新勾画了功能区划图（图2）。

郑州黄河湿地省级自然保护区面积共

375.45 km2，依据自然保护区管理的相关规定和当地土地利用类型的实际情况，利用分区方法对黄河河流及河滩区域进行管理和保护[26]。功能区主要分为实验区（355.05 km2）、核心区（19.12 km2）

及缓冲区（1.28 km2）。实验区属于保护区内生态状况较为良好的区域，可进行一些休闲旅游等活动；核心区需实行严格保护，消除干扰保护区生态状况的威胁因素；缓冲区处于核心区和实验区之间，该区域可以进行科研等活动，但不被允许开发利用。

2.2 保护区土地利用动态监测

以2005、2010、2015、2020年的郑州市黄河湿地省级自然保护区的土地利用数据为监测对象

（图3）。2005—2010年，自然保护区的土地利用以耕地为主，随着社会经济发展，郑州主城区向北逐渐扩大，两岸的森林、林地和灌木丛面积也不断扩大，林地零星分布于巩义市北部、荥阳市北部。黄河河流走向几乎没有发生变化，中牟县北部的黄河河道相对变窄。2015年的黄河面积相对较少，在荥阳市西北部和中牟县境内面积变化明显，可见河道的河滩面积增大，河流分支较多，比较分散。湿地保护区的森林和灌木丛面积继续增加，而郑州在惠济区北部的城区已扩张至郑州黄河湿地省级自然保护区内。2020年，河流面积扩大，河道走向变化较小，在自然保护区西部的河道明显加宽。植被无明显变化，林地主要分布区域在巩义市北部和荥阳市北部，郑州市城区分布相比2015年又发生较大变化，惠济区内建立了黄河湿地公园。

2.3 保护区河流走向时空动态变化

2001—2020年保护区河流走向时空动态变化如图4 所示。2001—2005年湿地自然保护区内河流略向南迁徙，东西迁移不明显。该时段河流随时间变化程度较大，易变动区域主要有四块：巩义市东北部河段、武陟县中南部河段、惠济区北部河段及中牟县东北部河段。2006—2010年内河流变化较明显，易变动区域主要有四个部分，主要集中在自然保护区内河流干道的中部和尾部，具体表现为巩义市东北部河段、武陟县中南部河段、惠济区北部河段及中牟县东北部河段，与2001—2005年易变动区域重合。其中，中牟县东北部河段变动最大，河流走向线条较为紊乱。2011—2015年，黄河自然保护区的河道略向北加宽，侵蚀了部分田地。河流向两岸皆有偏移，尤其中牟县东北部河段以向北偏移为主。以2011—2013年的变化最大，易变动区域在以下几个区域：巩义市东北部河段、武陟县西南部河段、荥阳市东北部河段、惠济区北部河段及中牟县东北部河段。2016—2020年，黄河湿地自然保护区的河流面积变动较大，河流向两岸皆有偏移，2019年偏移较大，以向北偏移为主。该时间段内河流变化较大，以2017—2019年的变化最大，区域内黄河河流变动区域在以下几个区域：巩义市东北部、荥阳市北部、荥阳市东北部、惠济区北部、中牟县东北部。

在2001—2020 年研究期间，黄河湿地自然保护区的河流面积总量有所波动，河流主体呈现出向两岸迁移的趋势。经测量，河流主体南北偏移距离最远为5.3 km，最近为0.8 km。通过研究，得出易变动区域主要有四个：巩义市东北部、荥阳市西北部、荥阳市东北部、中牟县北部，其中中牟县北部区域变动最为明显，河流不断向原阳县南部地区及中牟县北部地区侵蚀。

2.4 自然保护区内各分区河流面积的动态变化

通过观察河流面积在湿地自然保护区各分区的动态变化情况，可以为保护和恢复破坏区域的水体河道等提供一定的措施依据。以5年为一段时期，分别从实验区、核心区和缓冲区来监测水体的变化趋势。缓冲区面积较小且主要位于核心区边缘，故重点分析实验区及核心区的河流动态变化情况。将核心区主要分四块：巩义市北部、荥阳市北部、惠济区北部和中牟县北部。

2001—2020年，郑州黄河湿地省级自然保护区河流面积起伏较大，整体处于80～190 km2区间内（图5）。2007—2010、2016—2018年时间段内，黄河主干道面积最小，大致位于80～120 km2区间。2004年黄河主干道河流面积最大，接近190 km2。

与2001年自然保护区界内河流面积相比，2020年河流面积有所下降。

图5 2001—2020年郑州市黄河湿地省级自然保护区河流面积变化

2001—2020年，郑州黄河湿地省级自然保护区内河流面积占保护区面积比例在20%～50%（图6）。

2004年，黄河主干道河流面积占比最高，接近50%，2016年河流面积占比最低，约23%。大部分年份中，河流面积占比在30%～40%。由此看出，该湿地自然保护区内水体占比不到50%，一半及以上的区域被农田、植被或河滩覆盖。

2.5 河道变迁原因分析

（1）内部因素

全球变暖加速以及季风变化导致的降水量减少和河流蒸发量增加，使得黄河中下游地区水资源逐年减少。同时，黄河上游地区的黄土地貌特征和严重的植被破坏导致了土壤保持功能的丧失，进而引发了该地区的植被的时空变化，进而影响对河道周围的水土流失以及河道面积的时空变化[27]。此外，由于蒸发量的增加和土壤干燥度的提高，地下水被用于补充河道流量，进一步加剧了下游地区的水资源短缺问题。

此外，在研究区域的保护区内，一些滩区的责任主体不明确，涉及河务、土地、水利、农业等多个部门。这种管理上的混乱，包括管理方式的不统一、重视开发而忽视生态保护，以及缺乏统一规划，导致了黄河湿地植被的破坏、沙化问题的加剧和土地盐渍化面积的不断扩大。因此，生物多样性减少，生态平衡遭到严重干扰。

（2）外部因素

由于土地利用和开发的不合理性[28]，黄河流域郑州段的公共交通设施建设引起的噪声污染和废弃物对保护区内河道产生了负面影响。此外，邻近区域的建筑施工和旅游活动也对河道造成了一些不可逆转的影响。这些活动不仅破坏了生态环境，还威胁到了野生动植物的生存和保护区的整体健康。因此，需采取有效措施减少这些影响，以保护和维持保护区的生态完整性[29，30]。

（3）其他因素

受政策影响、经济收益需求以及就业市场扩张等因素的驱动，缺乏对保护区内土地的完全所有权，湿地保护相关职责分散，水污染治理效果不理想，监督机制不够明确和高效。此外，由于资源、资金和人才的限制，保护区内的野生动植物资源、生态环境和社会经济调查未能全面进行，相关数据匮乏。这种情况导致了对珍稀和重点保护野生动植物状况的认识不足，从而限制了对这些重要物种的深入研究和保护措施的制定[31]。

3 结论与建议

3.1 结论

（1）根据自然保护区管理规定及当地土地利用情况，郑州黄河湿地省级自然保护区划分为三个功能区：实验区（355.05 km2）、核心区（19.12 km2）

及缓冲区（1.28 km2）。实验区为生态状况较为良好的区域，核心区是需实行严格保护的区域，缓冲区处于核心区和实验区之间。

（2）自然保护区的土地利用以耕地为主，2005—2020年，郑州湿地省级自然保护区的土地利用类型以耕地为主，并且由于河流面积变化的起伏，耕地类型面积的变化也较为明显，其余类型，例如森林和灌木丛的面积有微弱的增加。

（3）2001—2020年，黄河湿地自然保护区河流变化情况十分复杂，易变动区域主要有四个：巩义市东北部、荥阳市西北部、荥阳市东北部、中牟县北部。

（4）2001—2020年，郑州黄河湿地省级自然保护区河流面积起伏较大，河流主体南北偏移范围为0.8～5.3 km，自然保护区河流面积占保护区面积比例在20%～50%。

（5）保护区不同区域变动的原因主要包括三个方面：内部因素、外部因素、其他因素。

3.2 建议

（1）易变动区域生态保护

根据河道变迁情况，划定了自然保护区的易变动区域，主要位于保护区东部和中部。由于易变动区域处于生态保护区的不同分区内，故需采用差异化的保护策略。首先，核心区域生态环境较为脆弱，位于保护区东部的中牟段，这部分河道周边需实施严格的人类活动管制和限制，以确保生态系统的健康及人类活动的可持续发展，同时通过遥感技术、地理信息系统等技术手段，及时发现并跟踪河道面积变化的趋势和规律，特别是针对河道变大和南北移动可能引起的生态环境变化，结合当地区域实际地理状况采取植被恢复等生态工程。其次，缓冲区可以允许有限制的人类活动和经济开发，制定缓冲区土地管理和规划方案，严格限制对缓冲区的开发建设活动，避免建设项目对湿地生态系统的影响。将缓冲区纳入地方土地利用规划中，并规定其土地利用类型和开发强度以保持区域生态环境的现状不受损害，同时加强缓冲区内水资源的保护和管理，维护湿地水体的稳定性和水质。禁止污染源排放，控制水资源的开采和利用，保持湿地生态系统的水文平衡。最后，试验区可以作为探索新的管理和保护方法的区域，其保护措施需要具有一定的针对性和灵活性，旨在探索适合该区域的可持续发展策略，以便探索不同的管理策略和措施在实验区内的生态和社会效益，并将这些研究成果作为其他地区的借鉴[30]。

（2）建立湿地资源共享平台

为实现湿地资源的全面统筹和宏观监测，动态监测在保护区建设中扮演关键角色，是一项日常性、长期性、持续性和精细化的工作。为有效解决监测任务规划、设计与运行保障的有序衔接问题，建议构建一个湿地资源共享平台。该平台能够充分利用历年累积的湿地监测数据，为保护区的长期发展规划、多种科学考察报告以及科研监测项目提供支持。通过这样一个共享平台的建立，可以更加精确地掌握湿地自然资源的当前状态，从而实现湿地资源的综合管理与有效保护[32]。

（3）优化湿地资源监测体系

通过对湿地进行系统的监测和评估，可以有效地完善对湿地资源的动态监控、生态系统服务的定量评价、生态安全的全面评估以及未来趋势的预测。这一过程对于保持湿地生态系统的结构完整性至关重要，并能充分发挥湿地在生态系统中的多重功能。此外，这些研究成果将为湿地保护区的有效保护和修复工作提供坚实的科学依据和决策支持。借助先进的监测和评估技术，可以更准确地把握湿地的当前状态，并据此制定策略，以确保湿地生态系统的健康和持续发展[33]。

（4）协调湿地保护与行政区划发展

为了缓解人为湿地资源开发带来的压力，使城市行政区划、交通经济发展与湿地保护相适应，实施湿地保护规划，最重要的是划定保护红线。首先需要充分调查郑州黄河湿地资源，在此基础上开展湿地保护规划的编制工作和湿地资源更新及调查，结合实际情况，划定湿地保护红线，按规划协调实施湿地保护与行政区划发展，促进湿地资源可持续利用[34，35]。

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Monitoring of the River Channel Evolution and Ecological Zoning in Zhengzhou Yellow River Wetland Provincial Nature Reserve

ZHOU Xiao-bo1， YU Guo2， YANG Chao-xing3

（1.School of Finance and Economics， Henan Polytechnic University， Jiaozuo Henan 454003，China）

Abstract： Zhengzhou Yellow River Wetland Provincial Nature Reserve plays an important role in protecting biodiversity， maintaining ecological balance and promoting sustainable development. Its internal channel changes can affect the stability of the ecosystem in the reserve. Taking wetland ecological protection and restoration as the starting point， dynamic monitoring of river channel changes in the study area was conducted based on Landsat satellite image data. By examining the dynamic changes of the river channel in the wetland from 2001 to 2020， this study mainly explored the characteristics of its spatial and temporal distribution and its evolution pattern. Also， variable areas were divided according to the changes in the river channel， and the reasons for the dynamic changes of the ecological environment in the nature reserve were analyzed. The research found that the river area in the study area expanded， and the change of the river course was slight. From 2001 to 2020， the area of some sections of the Yellow River channel fluctuated， and the north-south deviation of the main body of the river was in the range of 0.8 ～ 5.3km. The variable areas were mainly in the eastern and central part of the river channel. This study could provide an effective foundation for the ecological zoning control of Zhengzhou Yellow River Wetland Provincial Nature Reserve， which would facilitate the implementation of scientific and feasible protection measures in the area.

Key words： Zhengzhou Yellow River Wetland Provincial Nature Reserve; dynamic monitoring; ecological zoning; river channel change

收稿日期：2024-05-09

基金项目：国家自然科学基金资助项目（42007415）；河南省科技兴林项目（YLK202119）；全国统计科学研究项目（2022LY098）；河南省哲学社会科学规划项目（2022CJJ146）。

作者简介：周晓博（1988- ），男，河南漯河人，博士，讲师，主要从事环境治理与生态经济方面的教学和研究工作。