理论教育 河流生态需水原理及应用方法

河流生态需水原理及应用方法

时间:2023-10-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:图9.1黄河主要站点1950~1998年河道内水量变化趋势从空间变化看,黄河河道内流量自上游到下游呈现出在波动中下降的趋势。泥沙淤积使黄河下游洪水危害的程度进一步加大。黄河源头断流,无疑给源头地区生态环境问题带来严重威胁。但是,由于河道内流量的减少以及河道内水体污染,这块湿地正面临着严重威胁,目前仅在部分河段有鸟类栖息。

河流生态需水原理及应用方法

(1)河道内流量减少。根据1952~1999年水文监测资料,自20世纪50年代以来,黄河河道内流量呈下降趋势,以利津站为例,从1950年的514 亿m3 减少到1999年的68亿m3,其他各水文站均有减少的趋势(见图9.1)。因此,从时间变化上看,黄河河道内流量呈现逐渐减少的现象。

图9.1 黄河主要站点1950~1998年河道内水量变化趋势

从空间变化看,黄河河道内流量自上游到下游呈现出在波动中下降的趋势。20世纪90年代与50年代相比,黄河上游、中游、下游段河道内流量减少率分别在30%、50%和60%以上,减少率表现出自上游至下游逐渐增加的趋势(见图9.2)。兰州站从1950年的319 亿m3 减少到1998年214亿m3,减少了30%;潼关减少了52%,利津减少近77%。一般情况下,河流在从源头流向河口的过程中,因为有支流汇入,河道内水量随着汇流面积的扩大而水量渐增。如果把河道水量表示成河流汇水面积或河流长度的函数,则水量是汇水面积或河长的单调递增函数或阶跃递增函数。而黄河河道内水量的变化却表现出与上述情况相反的情况,说明河道内水量减少与河道外引水的增加有直接的关系。

图9.2 黄河各水文站1952~1998年河道内流量与天然径流量减少率(%)

从天然径流与河道内流量减少的幅度对比看,两者减少的幅度不尽相同(见图9.2),河道内流量减少的幅度比天然径流大,两者相差一般均在2.7 倍以上。由此进一步说明,虽然受降水量等自然因素的影响,黄河天然径流量有下降趋势,对河道内流量有一定程度的影响,但与河道外引水而造成的河道内流量减少相比,后者占主导地位。

从以上分析看出,近几十年来黄河河道内流量呈减少趋势,减少的原因是自然因素与人为因素共同作用的结果,且自然与人为的影响强度在上、中、下游表现出一定的差异。经过对黄河上游主要因素的分析得出:河道内流量不断减少主要是气候变化的影响,其比重约占75%,人类活动影响作用仅占25%左右。在人类活动影响中,国民经济耗水量不断增加影响作用占16%,其他如水利工程建设等因素影响的比重约为9%。黄河中游(河口镇以下、花园口以上)河道内流量不断减少,气候因素影响作用约占43%;人类活动影响作用约占57%,与前述黄河上游的情况相反,在人类活动影响中,国民经济耗水量不断增加的影响大约占18%,生态环境建设导致下垫面条件发生变化的影响约占24%,水利工程建设与其他水保工程等因素的影响约占15%。

(2)河道物理形态改变。黄河以泥沙含量高而著名,河道内流量的减少,加剧了下游“水少沙多”的局面,进而引起河床形态的变化。黄河下游河道淤积量随来沙量的减少而减小,随来水量的减小而增大。通过对1950~1997年黄河下游来水量、来沙量和河道淤积量的长系列资料进行分析,发现尽管来沙量和来水量都呈显著的减少趋势,但下游河道淤积量在总体上却并无减少的趋势。河道内流量减少使淤积在下游的泥沙位置由滩地转向了主河槽,如20世纪50年代80%淤积在滩地,而今80%以上淤在主槽,致使主河槽高于滩地,而滩地又高于堤外两侧地面,致使“槽高于滩,滩高于背河地面”的“二级悬河”更为加剧。目前最严重的河段主河槽已经高出滩地4m多,滩地高出背河地面4~6m。由此导致下游河床形态发生严重变化,由原来的“凹”形变为“凸”形,偏离原始河道形态越来越远。

主槽淤积加重,河道萎缩,由此导致“小流量,高水位,低流速,大险情”。1996年8月,河南花园口仅7680m3/s 的中常洪水就出现了比1958年22300m3/s 的洪水水位还高0.91m 的历史最高水位、滩区造成的空前水灾。1998年花园口1 号洪峰4700m3/s和洪水位也比1958年22300m3/s 的洪水水位高0.51m。泥沙淤积使黄河下游洪水危害的程度进一步加大。

(3)生物栖息地破坏。河流两岸塑造了不同的栖息地类型,支持了一系列相关的湿地和植被,保持湿地、植被与河道的连续性对于维持整个河流系统的健康具有重要意义。黄河长达5400多km,孕育着丰富的河岸带系统,如河漫滩水陆交错带、湖周交错带等,为生物提供生存环境,并维持河流系统的稳定。特别是黄河上游地区,是重要的水源涵养地和野生动物栖息地。玛曲县境内长达433km的黄河第一湾,是我国著名湿地若尔盖湿地的重要组成部分,因良好的植被覆盖和生态环境的稳定性而成为各种野生动物的栖息地,丹顶鹤雪豹、梅花鹿等国家一级保护动物和马鹿、白唇鹿、棕熊等国家二级保护动物长期栖息于此。然而,黄河河道内流量以及大流量出现频率的逐渐减少,使地下水水位下降、部分河漫滩不再上水,影响了河岸带无机物质、有机物质的质量和组成,加之全球气候变暖和当地人畜活动增多的影响,生物栖息地受到严重威胁。20世纪70年代,玛曲县境内还有各类珍稀野生动物230 种,目前却仅存140 种,减少了90 种,近30年间,当地野生动物种群减少了近40%。扎陵湖和鄂陵湖作为黄河源头最大的一对“姊妹湖”,对黄河水量的补充起着重要作用。然而自2003年12月以来,黄河源头鄂陵湖出水口出现历史上首次断流。黄河源头断流,无疑给源头地区生态环境问题带来严重威胁。地处黄河中游的L形湿地全长约500km,包括了黄河中游的大部分地区,由河床、河漫滩和洪泛平原、河心洲、支流河口和附近的湖泊湿地组成,是我国面积最大、湿地类型众多的内陆河流湿地之一,是多种鸟类栖息与多种候鸟迁徙中转、繁殖的重要区域。其中有国家重点保护珍禽丹顶鹤、黑鹳等。但是,由于河道内流量的减少以及河道内水体污染,这块湿地正面临着严重威胁,目前仅在部分河段有鸟类栖息。

(4)水质下降。黄河每年接纳40亿m3 以上的废污水,因此,河道内水体的稀释自净功能显得非常重要。在黄河来水量日趋减少的情况下,排入黄河废污水量却在不断增加,降低了黄河本身的自净能力,更加剧了河流的水质污染。

从历史变化趋势看,黄河干流水质总体上呈下降趋势,且局部存在恶化现象。通过对1960~1985年期间黄河连续或累计监测时间大于15年的44个监测站的数据进行分析,发现其中有30个站点(约占70%)河水中各离子含量及离子总量在此段时期内有缓慢但显著的增长趋势。对龙门、潼关、花园口、利津断面近7年河水离子总量进行趋势分析,结果均呈现增高现象(见图9.3)。(www.daowen.com)

图9.3 1992~1999年代表站离子总量变化趋势

在较单纯的自然条件下,当水中溶质负荷变化不大时,径流量的变化通常与水中溶质浓度的变化呈反比,即径流量减少可使水中溶质的浓度升高。以泺口站和利津站近30年来的主要离子浓度变化情况为例,对黄河下游河道内流量与河水离子总量两者之间的关系进行了研究,结果表明两者的负相关性极为明显,黄河中游水质的浓化趋势与河道内径流量的减少有关。对1959~1983年间的河水离子总量、年径流量进行相关分析,结果表明,三门峡站河水离子总量在不同水期均与河水年径流呈显著负相关,显著性水平在0.05 以上。将研究时段内年径流量的减少量与农田用水量的增加量进行比较,粗略估算出年径流量的减少对黄河水质浓化的贡献率约为56%。此外,对比分析利津站近30年来的水质变化曲线与每年断流天数的变化曲线,发现两者在时间进程上具有十分良好的一致性和同步性(见图9.4)[121],这充分说明黄河河道内流量减少对黄河水质的影响。

图9.4 利津站电导率和主要离子浓度变化与断流程度的一致性

(a)各年断流天数;(b)电导率和主要离子浓度变化

(5)鱼类减少。随着河道内流量的减少、水污染状态的加剧,水生生物生存环境的恶化,河流生物种类大量减少。与20世纪50年代相比,黄河水系鱼类区组成发生很大变化,很多种类已经绝迹。在20世纪50~60年代,黄河鱼产量高,70年代急剧下降,到80年代更低,与50年代相比,鱼产量约少了80%~85%。玛曲在50年代末,平均每亩水面捕鱼1.7kg,60年代为1.35kg,70年代为0.75kg,80年代为0.35kg,年捕鱼量80年代仅为50年代的22%。兰州河段原有鱼类18种,现有8 种已经灭绝。黄、汾交汇之处原是天然经济鱼类产卵场,70年代前鱼类组成10 余种,主要优势种群为鲤鱼和鲶鱼,并有一定数量的甲鱼;80年代后,鲶鱼比例占到97%,鲤鱼仅占2%,其他鱼类濒于绝迹。黄河下游区间,过去以鲤鱼、鲚鱼、鲖鱼为主要种群,占组成的40%以上,目前以鲤鱼、鲶鱼为主要种群,各占20%。年捕鱼量从50年代的约50万kg下降到80年代不足15 万kg。60年代在黄河下游的河南省、山东省段还有鲟形目鱼类的分布,但80年代已难觅踪迹。1999年以前,由于黄河季节性断流,切断了刀鲚、鳗鲡等河道洄游鱼类的通道,致使这些鱼类不能洄游产卵,严重影响了该鱼类的生殖繁衍。同时,黄河来水量减少,改变了海洋洄游鱼类的生境,大量的洄游鱼类游移他处,造成了渤海湾海洋生物链的断链和鱼群有效数量的减少。然而自1999年对黄河干流实施全河水量统一调度以来,因黄河未再出现水文意义上的断流,功能性断流也在很大程度上得到了缓解,使得黄河下游水生态环境在一定程度上得到了修复、改善,一些基本消失的洄游鱼类,如海产刀鱼等,又重新出现在黄河下游;曾一度消失的铜鱼,由于小浪底水库2003年下半年以来蓄水量较大,水环境条件较好,使得这一珍稀鱼类又出现于小浪底水库。由此进一步说明,河道内流量对水生生物生存的重要性。

(6)河口三角洲生态系统受损。黄河来水量对于保证河口地区的生态平衡与稳定具有重要作用。黄河三角洲造陆面积与年输沙量之间有较好的正相关关系,且当年来沙量为2.45 亿t 时,黄河三角洲整体趋于动态冲淤平衡状态。由此说明,黄河河道内流量减少或断流对三角洲新生湿地面积的消长影响甚大。利用卫星影像对海岸后退量和面积进行的量计表明,除了黄河入海河口地区继续淤积以外,三角洲其他岸段20年来都出现不同程度的侵蚀后退。在三角洲的北缘,黄河钓口故道河口地区侵蚀后退率最快,以此为中心,向两侧逐渐减弱,如水量最枯的1997年,黄河三角洲沿岸总蚀退面积超过总淤积面积达10余km[122]。随着黄河断流和黄河来沙量逐年减少,加之海平面上升的影响,不但使新湿地形成速度减少,还可能会使三角洲海岸的蚀退率加快。同时,由于河道内流量减少,涨潮流沿着河道逆流而上,其盐水楔由原来多半在门口以上0~4km的范围推进到7km以上,加之三角洲沿岸缺乏淡水稀释作用,使黄河口沿岸地带海水地下水入侵危害加重,水质变坏,严重威胁到湿地保护区内8000多种水生生物,上百种野生植物,180 多种鸟类的生存和繁衍,同时使渤海10余种“洄游”鱼类不能正常繁衍生息,致使部分鱼类面临灭顶之灾。可见,黄河河道内流量减少,加重了河口地区土地的盐碱化趋势和河口湿地生态系统的退化,生物多样性减少。对黄河口生态系统以及湿地自然保护区的生存构成了严重的威胁。

(7)海水入侵。近20年来,由于黄河入海水量的减少(见图9.5),海水入侵的速度和规模加大,20世纪90年代以来,渤海近岸海域多次发生大面积赤潮,给渔业资源和海洋生物造成极大的破坏。渤海湾著名的大黄鱼等优良鱼种基本消失。经济鱼类向短周期、低质化和低龄化演化。渤海湾的底栖生物明显减少,浮游生物变成了以耐污性较强的物种为主。因此,保证黄河下游入海水量的需求,对于恢复河口地区生态平衡以及保证近海水域渔业资源具有非常重要的意义。

图9.5 20世纪黄河入海水量变化

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