鄭 愷，徐立榮，鄭玉成

(1.濟(jì)南大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022;2.山東省東營市河口區(qū)黃河河務(wù)局，山東 東營 257200)

黃河三角洲刁口河流路生態(tài)環(huán)境需水量研究

鄭 愷1，徐立榮1，鄭玉成2

(1.濟(jì)南大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022;2.山東省東營市河口區(qū)黃河河務(wù)局，山東 東營 257200)

刁口河于2010年恢復(fù)黃河入海流路，研究其生態(tài)環(huán)境需水量對(duì)保障黃河三角洲生態(tài)健康具有十分重要的意義。選取刁口河流路濕地需水、河口近海生態(tài)需水、河道輸沙與保持海岸動(dòng)態(tài)平衡需水、農(nóng)業(yè)需水和油田需水5個(gè)方面來研究本區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量。結(jié)果表明:淡水濕地需水為0.54億 m3;河口近海水域生態(tài)環(huán)境需水量為60億 m3;維持河道不沖不淤的輸沙需水為0.97億 m3;保持海岸及近海海域動(dòng)態(tài)平衡需水量為86.4億 m3;農(nóng)業(yè)春灌需水約1.37億 m3;勝利油田及東營市臨港工業(yè)園暫不需從刁口河引水。刁口河流路生態(tài)環(huán)境需水量以保持海岸動(dòng)態(tài)平衡需求為最大。

生態(tài)環(huán)境需水量;濕地需水;刁口河流路;黃河三角洲

黃河三角洲是我國生物多樣性最為豐富、最具保護(hù)價(jià)值的河口三角洲生態(tài)系統(tǒng)，刁口河位于黃河三角洲的北部，為1964～1976年黃河入海的故道，并且于2010年6月恢復(fù)入海流路。刁口河口門以南的區(qū)域?yàn)辄S河三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為黃河三角洲北部濕地的水源。自1976年5月黃河改道清水溝流路以來，刁口河一直停運(yùn)。停河期間，刁口河流路濕地長期處于干旱或半干旱狀態(tài)(僅依靠自然降水和黃河故道內(nèi)的灌溉尾水來維持濕地生態(tài)平衡)，直接導(dǎo)致了濕地萎縮速度加快，海水入侵加劇，土壤鹽堿化加重，大量保護(hù)動(dòng)物瀕臨滅絕，生物多樣性的保護(hù)面臨著嚴(yán)重威脅［1］。因此，統(tǒng)籌考慮生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境用水，確保黃河三角洲刁口河流域水生態(tài)系統(tǒng)安全和健康，研究流域生態(tài)環(huán)境需水量迫在眉睫。

1 生態(tài)環(huán)境需水量的內(nèi)涵

生態(tài)環(huán)境需水量是針對(duì)水資源開發(fā)利用中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及科學(xué)地進(jìn)行生態(tài)環(huán)境修復(fù)和改善等問題而提出的新概念。在目前國內(nèi)相關(guān)的管理和研究領(lǐng)域，對(duì)其概念的理解還存在很多分歧，出現(xiàn)了生態(tài)需水、環(huán)境需水、生態(tài)環(huán)境需水、生態(tài)耗水、生態(tài)用水等諸多概念［2］。從水資源配置要求的角度，結(jié)合水資源分布特點(diǎn)和生態(tài)系統(tǒng)的特征，在水資源綜合規(guī)劃中將生態(tài)環(huán)境需水量分為河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量和河道外生態(tài)環(huán)境需水量。

河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量是為了維持河流生態(tài)系統(tǒng)一定形態(tài)和功能、平衡河流開發(fā)利用和保護(hù)的關(guān)系，所需保留在河道內(nèi)的水量［3］。為滿足河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及水資源開發(fā)利用的要求，分別用生態(tài)基流、最小生態(tài)環(huán)境需水量、生態(tài)環(huán)境下泄水量來表示各控制節(jié)點(diǎn)不同情況下應(yīng)該保留在河道內(nèi)的水量。河道外生態(tài)環(huán)境需水量是指為保證特定發(fā)展階段河道外生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能、維護(hù)生物多樣性、保持良好環(huán)境需要通過水利工程直接或間接所消耗的水量，應(yīng)包括水土保持用水，林業(yè)生態(tài)工程用水，城鎮(zhèn)生態(tài)用水，非通河湖泊生態(tài)用水，非通河濕地生態(tài)用水和地下水回灌用水［4］。

可見，生態(tài)環(huán)境需水概念應(yīng)適用于不同類型的生態(tài)系統(tǒng)，不同的生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境需水包括的內(nèi)容也差別較大。本文針對(duì)黃河三角洲刁口河流路的實(shí)際現(xiàn)狀和生態(tài)系統(tǒng)的特殊性，選取濕地需水、河口近海生態(tài)需水、河道輸沙與保持海岸動(dòng)態(tài)平衡需水、農(nóng)業(yè)需水和油田需水5個(gè)方面來研究生態(tài)環(huán)境需水情況。

2 黃河三角洲刁口河流路生態(tài)環(huán)境需水量

本文以生物多樣性保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定為根本原則，根據(jù)河口生態(tài)系統(tǒng)的特征、功能及生態(tài)環(huán)境需水量要求，結(jié)合流路附近工農(nóng)業(yè)開發(fā)建設(shè)需要，確定以故道濕地附近瀕危鳥類生境為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象，識(shí)別與黃河水資源聯(lián)系密切的陸域濕地、河流及河口近海水域濕地等生態(tài)景觀為保護(hù)目標(biāo)，同時(shí)兼顧工農(nóng)業(yè)開發(fā)建設(shè)的需要，全面統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)各方力量合理規(guī)劃，恢復(fù)黃河三角洲刁口河流路生態(tài)功能，使之可持續(xù)穩(wěn)定。

2.1 濕地需水量

為了保護(hù)并恢復(fù)濕地，必須要給予濕地適量的水資源，這個(gè)適量的水資源應(yīng)該能夠基本遏制濕地生態(tài)環(huán)境惡化趨勢，并逐步改善使?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到更健康的狀態(tài)，目前學(xué)術(shù)界將其定義為濕地生態(tài)環(huán)境需水量［5］。以黃河水為主要水源的濕地除河漫灘濕地外，主要是分布在現(xiàn)行流路兩側(cè)的蘆葦濕地，包括蘆葦沼澤、蘆葦草甸、香蒲沼澤、檉柳灌叢等，是丹頂鶴、東方白鸛、黑鸛、大天鵝等多種珍稀鳥類的棲息地，也是黃河三角洲最重要的生態(tài)景觀。因此，本文濕地需水量的計(jì)算僅考慮植物需水量。

在估算大區(qū)域或流域濕地植物需水量中，常常采用濕地植被面積和蒸散發(fā)量的乘植物需水量的計(jì)算。從理論公式上可表達(dá)為:

(1)式中，Wp為植物需水量，m3，Ap為濕地植被面積，m2，ETm為蒸散發(fā)量，mm，ET0為參考作物潛在蒸散發(fā)量，mm，Kc為植物系數(shù)，Ks為土壤水分限制系數(shù)。

采用彭曼公式計(jì)算參考作物潛在蒸散發(fā)量(ET0)，該方法適用于我國廣大北方地區(qū)。依據(jù)國務(wù)院批復(fù)的黃河三角洲生態(tài)保護(hù)區(qū)相關(guān)規(guī)劃要求，考慮1992年黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)被國務(wù)院批準(zhǔn)建立時(shí)，濕地質(zhì)量相對(duì)較好、生態(tài)結(jié)構(gòu)和景觀格局基本適宜，將1992年自然保護(hù)區(qū)內(nèi)淡水濕地面積作為濕地恢復(fù)規(guī)模的參考規(guī)模，黃河故道刁口河流路的蘆葦濕地面積約 36.71 km2，因此可計(jì)算出年需水量(Wp)為0.54億 m3，其關(guān)鍵需水期為每年的3－5月和7－9月上旬。考慮與自然條件相結(jié)合，刁口河故道濕地修復(fù)的最佳引水時(shí)間為每年的3－5月。

2.2 河口近海生態(tài)環(huán)境需水量

河口近海生態(tài)需水，主要指滿足維持河口區(qū)域近海魚類生境保護(hù)所需要的淡水水量，主要包括維持河口近海水域咸淡水平衡，以及近海生物發(fā)育所需要的營養(yǎng)鹽輸入的需求。黃河口及其附近海域是渤海區(qū)域重要的漁場，然而，近幾十年來，漁業(yè)生產(chǎn)力下降明顯。然而，計(jì)算河口海域的生態(tài)環(huán)境需水量相當(dāng)復(fù)雜，有人建議用含鹽量指標(biāo)變化作為計(jì)算依據(jù)，有人建議用溫度指標(biāo)變化作為計(jì)算依據(jù)，還有的建議用餌料質(zhì)量指標(biāo)變化作為計(jì)算依據(jù)，但至今尚未見到比較公認(rèn)的方法或標(biāo)準(zhǔn)［6］。用多元統(tǒng)計(jì)中典型相關(guān)分析法對(duì)河口區(qū)魚類數(shù)量分布與海水溫度、鹽度的相關(guān)分析表明，海水溫度、鹽度的變化與魚類數(shù)量分布相關(guān)關(guān)系明顯，對(duì)多數(shù)魚類來說，海水鹽度較溫度的影響稍大。

黃河河口區(qū)域水域的鹽度變化主要取決于黃河入海水量的總量大小和過程分布，鑒于目前缺乏該區(qū)不同時(shí)段魚蝦棲息的鹽度閾值要求，和相應(yīng)的閾值空間范圍，本文采用20世紀(jì)80年代中期，當(dāng)時(shí)的我國國家水產(chǎn)總局黃河水產(chǎn)研究所對(duì)黃河河口漁業(yè)生態(tài)環(huán)境需水量的研究成果，即滿足黃河河口海域魚蝦生長條件的要求，需要黃河在每年的4～6月份下泄入海水量60億 m3。如果黃河為枯水年，可在4月份下泄 20 億 m3［7］。

2.3 河道輸沙與保持海岸動(dòng)態(tài)平衡需水

黃河以泥沙含量高而居世界各大河之冠，據(jù)計(jì)算黃河從中游帶下的泥沙每年約有16億 t之多，有很大一部分沉積在黃河下游的河道里，下游河道比兩邊要高出七八米，有的地方甚至十幾米，并且由于刁口河流路停運(yùn)多年，也就沒有了新的泥沙流出，海岸泥沙的動(dòng)態(tài)平衡被打破，造成海岸線的后退和海灘下蝕，加之河岸農(nóng)業(yè)開發(fā)等人為因素，更加劇了侵蝕力度，所以需要保證河道輸沙和保持海岸動(dòng)態(tài)平衡所需的水量，來維持刁口河流路及、的安全穩(wěn)定。

2.3.1 河道輸沙需水

刁口河為天然河道，河道土質(zhì)多為較細(xì)的淤積土，粒徑多小于0.1 mm，過水?dāng)嗝孑^大且極不規(guī)則，同時(shí)底坡和糙率沿程變化，河道中水力要素變化復(fù)雜。經(jīng)過計(jì)算得知，采用人工提水方式引水，當(dāng)主槽斷面底寬為24～50 m，對(duì)應(yīng)流速均能實(shí)時(shí)滿足主槽不沖不淤要求;采用自流引水方式，當(dāng)主槽斷面底寬為24 m、流量約為24.64 m3/s時(shí)，對(duì)應(yīng)流速不能滿足不沖不淤要求;當(dāng)主槽斷面底寬為30～50 m、流量約為36～89 m3/s時(shí)，對(duì)應(yīng)流速可以實(shí)時(shí)滿足不沖不淤要求。如以刁口河現(xiàn)狀河道平均寬度約450 m計(jì)，則只有在達(dá)到一定水深條件下，斷面平均流速才能滿足不沖不淤的要求，此時(shí)調(diào)水流量需在400～700 m3/s以上。同時(shí)，根據(jù)水深流量的關(guān)系，對(duì)于既定過流斷面，只有達(dá)到一定水深時(shí)，才能滿足輸沙要求;如果水深流量關(guān)系得不到滿足，或過水過程中出現(xiàn)分水分流，水流則不能滿足輸沙要求，主槽會(huì)出現(xiàn)淤積，并引起連鎖反應(yīng)。若開挖河道主槽底寬30 m，按照每年汛前調(diào)水調(diào)沙自流引水16 d、提水引水20 d計(jì)，則為保持刁口河河道引水時(shí)達(dá)到?jīng)_淤平衡，河道輸沙需水量應(yīng)不少于0.97億m3。如按照刁口河現(xiàn)狀河道(平均寬度約為450 m)自流引水，滿足河道引水達(dá)到?jīng)_淤平衡條件的輸沙需水量應(yīng)不少于10.54 億 m3。

2.3.2 保持海岸動(dòng)態(tài)平衡需水

利用刁口河口門附近海域CS1－CS8固定測量斷面測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行相鄰年份沖淤計(jì)算，得到相鄰年際間灘海高程差值數(shù)據(jù)文件，利用SURFER8.0軟件，繪制相鄰年際間灘海沖淤圖，并進(jìn)行沖淤計(jì)算，得出相鄰年份刁口河流路口門附近海域沖刷量，其淺海水域多年沖刷平均值加上輸往外海的泥沙量即為刁口河流路口門附近海岸保持動(dòng)態(tài)平衡的年際需沙量。選取 1994年、1996年、1998年、1999年、2001年、2002年、2003年、2004年共8年的近期海域地形數(shù)據(jù)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明1994～2004年整體表現(xiàn)為沖刷，共計(jì)沖刷 6.1億 m3，平均每年沖刷0.61億 m3。

為滿足刁口河海岸動(dòng)態(tài)平衡(海岸線長約35 km)的黃河需水量采用下式計(jì)算:

(2)式中，S為海岸沖刷量，億 m3;ρ為淤積泥沙和輸往外海區(qū)泥沙的折合系數(shù)，%;γ淤積物容重，kg/m3;ρ為河流平均含沙量，kg/m3。

刁口河流路行河時(shí)期(1964年1月至1976年5月)黃河泥沙淤積分布統(tǒng)計(jì)情況為:陸上、三角洲海域、外海區(qū)的泥沙各占21.6%、44.1%和34.3%。依照此比例，可以計(jì)算出輸往外海區(qū)泥沙為三角洲海域淤積泥沙的77.8%(折合系數(shù)p)，取淤積物容重為 1.1×103kg/m3，2006～2009年從利津水文站得到的河流平均含沙量為13.77 kg/m3，據(jù)式(2)可計(jì)算出目前為滿足刁口河海岸動(dòng)態(tài)平衡(海岸線長約35 km)的黃河需水量約為86.4億 m3。

2.4 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水

根據(jù)2009年對(duì)刁口河流路附近農(nóng)業(yè)耕地和灌溉情況的調(diào)查(表1)，按照不同作物的灌溉定額計(jì)算刁口河故道農(nóng)作物種植年用水量為13 656.9萬 m3(未考慮荒堿地開發(fā)治理所需水量)，每年的3～5月是春灌的最佳時(shí)機(jī)。農(nóng)業(yè)灌溉，季節(jié)性強(qiáng)，需水量大，水庫蓄水不能完全滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，因此需要合理分配取水時(shí)間和取水量，在刁口河水資源配置方案中應(yīng)適當(dāng)考慮農(nóng)業(yè)用水時(shí)空分布需求。

2.5 油田生產(chǎn)需水

通過從油田相關(guān)部門得到的信息，由于受可取水量和取水配套設(shè)施修建的限制，勝利油田近期無從刁口河流路引黃用水需求。

3 結(jié)論及建議

綜上所述，2009年研究區(qū)3 671 hm2蘆葦濕地需水約0.54億 m3，其關(guān)鍵需水期為每年的3～5月和7～9月;河口近海水域?yàn)楸Ｗo(hù)魚類產(chǎn)卵每年4～6月黃河適宜入海水量約為60億 m3;河道過水時(shí)段維持河道不沖不淤的輸沙需水約0.97億 m3;保持海岸及近海海域動(dòng)態(tài)平衡約需水量86.4億m3;農(nóng)業(yè)春灌(每年3～5月)需水約1.37億 m3;勝利油田及東營市臨港工業(yè)園暫不需從刁口河引水。

玉米可耕地1 007 4 050 407.7大豆 33 4 050 13.5高粱 87 4 050 35.1棉花 13 260 4 050 5 370.3果樹 445 2 850 126.9蔬菜 44 6 750 29.7草場 4 953 3 750 1 857.5林地 2 864 2 850 816.2合計(jì)13 067 8 656.9水庫魚塘蓄水5 000荒地 11 212合計(jì)13 656.9

由此可見，刁口河流路生態(tài)環(huán)境關(guān)鍵需水期主要集中在每年的3～9月，需水量以保持海岸動(dòng)態(tài)平衡需求為最大。刁口河過水時(shí)，只要保持海岸動(dòng)態(tài)平衡需水量能夠得到滿足，保持刁口河河道輸沙及近海水環(huán)境需水即可基本達(dá)到。那么，要想全面滿足刁口河流路生態(tài)環(huán)境需水，應(yīng)以滿足保持海岸動(dòng)態(tài)平衡、保護(hù)區(qū)濕地及農(nóng)業(yè)需水量為底限，即每年3～9月需水量應(yīng)約不小于88.31億 m3，其中3～5月不低于1.37億 m3，枯水期不低于20億 m3。實(shí)際上，保持海岸動(dòng)態(tài)平衡和近海水環(huán)境生態(tài)需求只有在黃河入海流路重新改走刁口河以后才有可能滿足。在目前黃河來水條件下，單靠調(diào)水應(yīng)首先重點(diǎn)著眼于保護(hù)區(qū)淡水濕地的生態(tài)需求，在條件許可時(shí)，兼顧生態(tài)農(nóng)業(yè)的需求。

由于缺乏足夠的近海水域和河道內(nèi)水域生態(tài)監(jiān)測資料，本文所提成果仍需在應(yīng)用實(shí)踐中根據(jù)研究區(qū)生態(tài)恢復(fù)效果逐步修正。

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［3］鐘華平，劉恒.河道內(nèi)生態(tài)需水估算方法及其評(píng)述［J］.水科學(xué)進(jìn)展.2006，17(3):430 －434.

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Statistic Analysis on Eco－environmental Water Requirements in Diaokou Channel of the Yellow River Delta

ZHENG Kai1，XU Li－ rong1，ZHENG Yu － cheng2
(1.College of Resources and Environment，University of Jinan，Jinan 250022，Shandong;2.Yellow River Hekou Bureau，Hekou Country，Dongying City of Shandong Province，Dongying 257200，Shandong)

Diaokou Channel was renewed as sea－going channel of the Yellow River in 2010，so it is crucial to studie on eco－ environmental water requirements in Diaokou Channel for the health of ecosystem in the Yellow River Delta.The paper is based on five aspects selected to study eco － environmental water requirements，which is the water requirements of wetlands，the water requirements of coastal ecosystems，the water requirements of sediment transport and maintaining a dynamic balance of coast，the agricultural water requirements and the water requirements of oil field. And the results show that the demand of freshwater water of wetlands is 540 million m3，the water requirements of coastal ecosystems is 6 billion m3，the water requirements of sediment transport of not making channel Destroyed and siltation is 970 million m3，the water requirements of maintaining the dynamic balance of coast is 8.64 billion m3，the water requirements of agriculture in spring irrigation(from March to May each year)is 0.137 billion m3，Shengli oil field and Dongying Port Industrial Park do not need water from Diaokou Channel temporarily. Therefore，the key period of eco－environmental water requirements of Diaokou Channel is mainly from March to September each year，the maximum requirements of water is mainly maintaining the dynamic balance of coast.

Eco－ environmental water requirements，Wetlands water requirements，Diaokou Channel and Yellow River Delta

TV211.1

A

1004－1184(2012)05－0092－03

2012－04－27

山東省中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金(編號(hào):2008BS08007)。

鄭愷(1988－)，男，山東濱州人，在讀碩士研究生，研究方向:水生態(tài)與水環(huán)境。