2004—2009年黃河口近岸海域低鹽區(qū)面積的變化趨勢研究＊

肖純超，張龍軍＊＊，楊建強(qiáng)

（1.中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100；2.國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心，山東青島266033）

河口是海陸相互作用最為活躍的區(qū)域，對流域自然環(huán)境變化和人類活動響應(yīng)最為敏感。鹽度作為反映河口生態(tài)系統(tǒng)健康程度的重要環(huán)境因子，對河口生物的生存和分布影響深遠(yuǎn)，其分布及變化主要取決于河流入海淡水量。因此，研究河口近岸海域鹽度場的變化及其與河流淡水入海量的關(guān)系，對于流域水資源的合理配置以及河口生態(tài)系統(tǒng)的健康恢復(fù)至關(guān)重要。

上世紀(jì)以來，由于流域水資源的高強(qiáng)度開發(fā)以及自然氣候變化等原因，世界上許多大江大河的徑流量都有所減少，如尼羅河［1］、尼日爾河［2］、科羅拉多河［3］、恒河［4］、印度河［5］以及黃河［6］等。河流入海徑流量的減少導(dǎo)致了一系列河口生態(tài)與環(huán)境問題，比如干旱使得長江在2006年形成特低徑流，鹽水入侵嚴(yán)重加?。?］；埃及阿斯旺大壩的修建導(dǎo)致尼羅河淡水被截留，浮游植物量下降了95%，漁獲量下降了80%［8－9］；Wooldridge和Callahan［10］在對南非東海岸Kromme河口研究時(shí)發(fā)現(xiàn)河水入海量的減少打破了河口原始浮游動物的時(shí)空格局，當(dāng)?shù)靥赜械募{塔爾折背陸龜可能絕跡。由此可見，河流淡水的輸入對河口生態(tài)系統(tǒng)起著決定性的作用。

對黃河來說，1970年代以來下游徑流減少甚至斷流破壞了其河口生態(tài)系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定，河口毗鄰海域鹽度持續(xù)升高［11］，初級生產(chǎn)力及漁業(yè)資源不斷降低［12］，河口和近岸海域淡水種和半咸水種有消失的跡象［13］。因此準(zhǔn)確了解河口近岸海域的低鹽區(qū)面積及其變化趨勢，對于河口生態(tài)系統(tǒng)的研究極為重要。本文通過對2004—2009年豐、枯水期黃河口近岸海域低鹽區(qū)面積大小進(jìn)行分析，建立了低鹽區(qū)面積與黃河徑流量的關(guān)系，討論了黃河口近岸海域低鹽區(qū)的面積變化趨勢以及月際分布狀況，這將為合理調(diào)配黃河水資源進(jìn)行科學(xué)生態(tài)補(bǔ)水，進(jìn)而維護(hù)黃河口生態(tài)系統(tǒng)的健康奠定基礎(chǔ)。

1 方法與技術(shù)路線

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所用黃河入海徑流量采用利津水文站的實(shí)測數(shù)據(jù)，整理自《黃河水資源公報(bào)》和《黃河泥沙公報(bào)》；鹽度數(shù)據(jù)源自中國國家海洋局公益專項(xiàng)“基于生態(tài)需水的黃河口濱海濕地與近岸海域綜合承載力研究（20080508006）”項(xiàng)目，涵蓋黃河口生態(tài)監(jiān)控區(qū)2004－2009年每年5月（典型非汛期）、8月（典型汛期）航次（共12個(gè)），每個(gè)航次設(shè)置30個(gè)站位左右，采用Seabird 911 Plus CTD（SeaBird Inc.，Bellevue，WA，USA）測量表層海水鹽度值。

1.2 黃河口研究區(qū)域及方區(qū)劃分

黃河是世界上泥沙含量最高的河流，同時(shí)也是世界上淤進(jìn)速度最快的河口之一，岸線變動較大［14］。為了確定主要的研究區(qū)域并且區(qū)分其他注入萊州灣河流沖淡水的影響，本文對黃河口近岸海域進(jìn)行方區(qū)劃分以確定主要研究區(qū)域。

侍茂崇等［15］研究黃河清水溝流路的河口附近水文特征時(shí)，將黃河口外鄰近海域劃分為6個(gè)經(jīng)緯度各為半度的方區(qū)，本文予以沿用，分別為圖1中的1號區(qū)（119.0°E～119.5°E，37.0°N～37.5°N），2號區(qū)（119.5°E～120.0°E，37.0°N～37.5°N），3號區(qū)（119.0°E～119.5°E，37.5°N～38.0°N），4號區(qū)（119.5°E～120.0°E，37.5°N～38.0°N），5號區(qū)（119.0°E～119.5°E，38.0°N～38.5°N），6號區(qū)（119.5°E～120.0°E，38.0°N～38.5°N）。近年來黃河徑流量銳減使得黃河沖淡水影響范圍萎縮，主要集中在3號方區(qū)，在4、5、6號方區(qū)有少量涉及，其他注入萊州灣河流的主要影響范圍位于1、2號方區(qū)內(nèi)。因此，本文選取3號方區(qū)作為黃河口近岸海域的主要研究區(qū)域。

圖1 研究區(qū)域及方區(qū)劃分Fig.1 Study area in the Yellow River Estuary and the demarcated square regions in its coastal zone

1.3 黃河口近岸海域低鹽區(qū)范圍邊界的確定

1.3.1 低鹽區(qū)高鹽外邊界的確定 低鹽區(qū)是用來描述鹽度相對較低的海域，它并沒有定量的劃分依據(jù)，也沒有特指的海域，在海洋學(xué)中還不是1個(gè)成熟的概念［16］。在長江口，毛漢禮等［17］對長江沖淡水及其混合問題進(jìn)行探討時(shí)，以32等鹽線作為整個(gè)沖淡水的界限鹽度值，并取26等鹽線作為長江沖淡水主體的界限。在黃河口，趙進(jìn)平等［16］研究渤海低鹽區(qū)的鹽度特征時(shí)，把鹽度低于26的區(qū)域劃為低鹽區(qū)；Wang等［18］在研究調(diào)水調(diào)沙導(dǎo)致黃河徑流量突變對河口外鹽度分布變化的影響時(shí)，分別用28、26、26等鹽線代表調(diào)水調(diào)沙前、中、后期黃河沖淡水前沿的位置；樂肯堂［19］研究河口的變遷對黃河沖淡水分布的影響時(shí)，認(rèn)為黃河沖淡水的核心部分鹽度小于27。本文分別采用26、27、28等鹽線作為黃河口低鹽區(qū)外邊界對低鹽區(qū)范圍進(jìn)行討論，發(fā)現(xiàn)在枯水年黃河口外海域26等鹽線已基本消失，無法確定低鹽區(qū)面積的大??；而28等鹽線囊括的區(qū)域范圍太大，甚至包括了全部萊州灣，不能將黃河沖淡水與小清河及其他注入萊州灣河流的沖淡水進(jìn)行區(qū)分。因此本文將27等鹽線確定為黃河口近岸海域低鹽區(qū)范圍的外邊界，并且取37.5°N緯度線作為區(qū)域的南邊界。

1.3.2 低鹽區(qū)陸岸方向內(nèi)邊界的確定 黃河口的陸岸邊界變化較快，難以準(zhǔn)確定義。因此本文采用黃河口濱海區(qū)實(shí)測2 m等深線作為低鹽區(qū)陸岸線方向的內(nèi)邊界。另外，考慮到黃河喇叭口河道感潮段的多年平均長度為14 km、寬度近似取1 km，同時(shí)低鹽區(qū)陸岸方向內(nèi)邊界2 m等深線以淺存在大約200 m寬度的海洋有效生態(tài)面積，因此在各航次低鹽區(qū)面積上平均增加了30 km2。本文認(rèn)為這一區(qū)域是不能忽略的，尤其是在流量較低時(shí)，低鹽區(qū)僅分布于河道及河口海岸線的淺水區(qū)域。

2 結(jié)果與分析

2.1 2004—2009年黃河口各航次近岸海域的低鹽區(qū)面積

依據(jù)本文確定的方法與技術(shù)路線，將2004—2009年黃河口各航次的近岸海域表層鹽度分布作圖（見圖2），從圖中可以明顯看出近年來黃河沖淡水產(chǎn)生的鹽度小于27的低鹽區(qū)主要集中在3號方區(qū)海域內(nèi)，且汛期（8月）航次普遍大于非汛期（5月）。非汛期低鹽區(qū)范圍較小，尤其是2005年（見圖2b）及2007年（見圖2d）；同樣情況出現(xiàn)在2008年汛期（見圖2k），27等鹽線已接近口門區(qū)域，低鹽區(qū)范圍非常小。按照鹽度為27等鹽線外邊界以及2 m等深線內(nèi)邊界，并結(jié)合37.5°N緯度線為南邊界將各航次的低鹽區(qū)范圍進(jìn)行框定，利用surfer軟件根據(jù)單位經(jīng)緯度與實(shí)際距離的關(guān)系，得到了各個(gè)航次的近岸海域低鹽區(qū)面積，結(jié)果列于表1中?？紤]到研究范圍的經(jīng)緯度變化小于0.5°，本文不考慮由于方位點(diǎn)改變而帶來的單位經(jīng)緯度代表實(shí)際距離的變化。

另外，為了進(jìn)一步探討河口近岸海域鹽度場的變化，本文對黃河口近岸海域表層鹽度等值線圖進(jìn)行加密插值，提取了3號方區(qū)內(nèi)的鹽度平均值，一并列入表1中進(jìn)行分析，表1中既包括汛期數(shù)據(jù)，又包括了非汛期數(shù)據(jù)。在分析徑流量變化對鹽度場的影響時(shí)考慮到徑流量對低鹽區(qū)面積大小形成的滯后效應(yīng)，作者使用的月徑流量為航次當(dāng)月與前月徑流量的平均值。而2008年8月份的徑流量僅為前月的1／5，且航次時(shí)間在下旬，故此采用當(dāng)月徑流量。

表1 2004—2009年黃河口各航次月徑流量、低鹽區(qū)面積及3號方區(qū)平均鹽度Table 1 Monthly runoff，low－salinity area and average salinity of the No.3 square region in the Yellow River Estuary and its coastal zone during the cruises conducted from 2004 to 2009

由表1可知，2004－2009年黃河口非汛期平均低鹽區(qū)面積為183.9 km2，3號方區(qū)的平均鹽度均值為28.86；汛期平均低鹽區(qū)面積為582.3 km2，3號方區(qū)的平均鹽度均值為27.81。非汛期低鹽區(qū)面積僅占汛期低鹽區(qū)面積的1／3，3號方區(qū)的平均鹽度均值比汛期的高出1.1。除2008年之外黃河口汛期的低鹽區(qū)面積均比非汛期的要大，同時(shí)3號方區(qū)平均鹽度比非汛期的要小。2008年出現(xiàn)異常主要是因?yàn)樵?月無大的降水過程，持續(xù)干旱導(dǎo)致黃河入海徑流比往年明顯減?。?008年8月黃河入海徑流量比2004－2009年8月平均入海徑流量減少了3／4以上）。同時(shí)可以看出，2005與2007年的非汛期低鹽區(qū)面積非常小，非汛期黃河口的缺水形勢更為嚴(yán)峻，需要相關(guān)部門予以重視。

2.2 2004－2009年黃河口近岸海域低鹽區(qū)面積與徑流量的關(guān)系

自2002年開始的利用小浪底水庫調(diào)蓄功能實(shí)行的調(diào)水調(diào)沙實(shí)驗(yàn)以來，黃河入海年徑流量有了一定程度的回升且相對穩(wěn)定，這一階段的黃河口低鹽區(qū)面積及其變化不僅代表著當(dāng)前黃河口鹽度場狀況，而且其變化趨勢和量值近期不會有大的改變，因此對當(dāng)前和今后一段時(shí)期黃河口低鹽區(qū)面積的變化趨勢進(jìn)行分析具有重要意義。通過分析表1數(shù)據(jù)，建立2004－2009年代表航次黃河口近岸海域低鹽區(qū)面積以及3號方區(qū)平均鹽度與月徑流量的關(guān)系如圖3所示。

圖3 2004—2009年黃河口各航次低鹽區(qū)面積（a）及3號方區(qū)平均鹽度（b）與月徑流量的關(guān)系Fig.3 Relationship between low－salinity area and monthly runoff（a）and relationship between average salinity in the No.3 square region and monthly runoff（b）in the Yellow River Estuary and its coastal zone during the cruises conducted from 2004 to 2009

由圖3可以看出：汛期、非汛期的黃河口近岸海域低鹽區(qū)面積以及3號方區(qū)平均鹽度與月徑流量均呈現(xiàn)較好的相關(guān)性，分別為線性關(guān)系（見圖3a，N＝12，P＜0.000 1）和對數(shù)關(guān)系（圖3b，N＝12，P＜0.01），從數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布情況可以看出采用航次當(dāng)月與前月徑流量的平均值進(jìn)行分析仍存在一定的不足，尤其是降水過程的存在使海區(qū)表層被淡水覆蓋，低鹽區(qū)面積增加，3號方區(qū)的平均鹽度值相應(yīng)下降。以2006年8月（圖3中圈出點(diǎn)）為例，通過距河口較近的濱州惠民縣的歷史逐月降水量數(shù)據(jù)（中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)http：／／cdc.cma.gov.cn／）可以看出，以往年份8月的降水量均低于7月，而2006年8月的降水量為137.2 mm，比前月增加了22.4 mm，這就導(dǎo)致了低鹽區(qū)面積及平均鹽度值與回歸趨勢線存在一定程度的偏離。由于黃河口外海域低鹽區(qū)面積與月徑流量具有較好的線性關(guān)系，根據(jù)線性公式可以推算出增加單位平方千米鹽度小于27的低鹽區(qū)面積需要增加的月徑流量約為0.046億m3；圖3b中顯示，3號方區(qū)的平均鹽度值隨月徑流量的下降呈現(xiàn)對數(shù)上升趨勢，說明徑流量的降低導(dǎo)致低鹽區(qū)面積萎縮加劇，鹽度水平相應(yīng)提高，若要維持3號方區(qū)海域的平均鹽度值小于27，月徑流量應(yīng)保持在50億m3以上，另外汛期單位鹽度變化所需要的徑流量變化值遠(yuǎn)大于非汛期，表明河口在非汛期徑流量較小時(shí)，徑流量變化引起的鹽度響應(yīng)變化更快，生態(tài)系統(tǒng)更為脆弱，而汛期河口生態(tài)系統(tǒng)則相對穩(wěn)定。因此，在非汛期尤其要加強(qiáng)生態(tài)補(bǔ)水以維持河口生態(tài)系統(tǒng)的平衡。汛期低鹽區(qū)面積明顯大于非汛期，3號方區(qū)的平均鹽度汛期小于非汛期，從根本上講，這些都是由于徑流量的變化所產(chǎn)生的結(jié)果。

2.3 2004—2009年黃河口月際低鹽區(qū)面積估算

通過調(diào)水調(diào)沙對黃河下游河道進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，黃河入海徑流量有了一定程度的回升。但是每年的調(diào)水調(diào)沙集中在6月下旬～7月初的20 d左右，即使黃河下游也存在汛期、非汛期徑流量的自身調(diào)整，入海徑流量還是存在非常不均勻的現(xiàn)象，這在圖4中可以明顯看出。因此準(zhǔn)確掌握年內(nèi)低鹽區(qū)面積的變化趨勢，可以更加科學(xué)地調(diào)控年內(nèi)生態(tài)補(bǔ)水量，從而維持良好的河口生態(tài)環(huán)境。本文依據(jù)圖3a給出的低鹽區(qū)面積與月徑流量的關(guān)系式：y＝21.702x＋20.483（式中y為黃河口近岸海域低鹽區(qū)面積值，km2；x為月徑流量，108m3），代入2004—2009年的月徑流量數(shù)據(jù)估算出逐月低鹽區(qū)面積，再將同月低鹽區(qū)面積求平均值，得到2004—2009年黃河口月際平均低鹽區(qū)面積（見圖5）。如前所述，考慮到徑流量對低鹽區(qū)面積大小形成的滯后效應(yīng)，代入方程的月徑流量為航次當(dāng)月與前月徑流量的平均值。

由圖5可以看出年內(nèi)黃河口低鹽區(qū)面積的較大值主要集中在6～11月份，均高于370 km2，這一時(shí)期的平均低鹽區(qū)面積比全年平均值高出50%左右。其他月份低鹽區(qū)面積普遍較小，3月份最小，僅為126.5 km2，是7月份平均低鹽區(qū)面積的1／6。但突出的問題是4～6月份作為黃河口魚蝦等生物重要的繁殖期，需要保證足夠的低鹽區(qū)棲息地環(huán)境，而近些年4、5月份的低鹽區(qū)面積卻不足200 km2，這一水平是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要合理調(diào)配黃河來水，保證魚蝦繁衍，維持良好的河口生態(tài)環(huán)境。對于12月～翌年2月這3個(gè)月，作者認(rèn)為由于黃河下游河道封河，致使利津水文站以下淡水漫灌進(jìn)入黃河口濕地系統(tǒng)而不能有效入海，使得本文以利津水文站流量為基礎(chǔ)的低鹽區(qū)面積估算值較實(shí)際值偏高。

3 結(jié)論

（1）黃河口近岸海域鹽度場隨徑流量的變化發(fā)生相應(yīng)改變。低鹽區(qū)面積與月徑流量呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，增加單位平方千米鹽度小于27的低鹽區(qū)面積需要增加月徑流量約為0.046億m3；另外，黃河口外毗鄰海域3號方區(qū)的平均鹽度隨月徑流量的下降呈現(xiàn)對數(shù)上升趨勢，若要維持緊鄰河口的3號方區(qū)海域的平均鹽度小于27，月徑流量應(yīng)保持在50億m3以上。

（2）近幾年黃河口低鹽區(qū)面積年內(nèi)變化較大。較大值主要集中在6～11月份，均高于370 km2；最小值出現(xiàn)在3月份，僅為126.5 km2；4、5月份的低鹽區(qū)面積不足200 km2，這一時(shí)期正是魚、蝦等生物重要的繁殖期，建議合理調(diào)配黃河來水以維持良好的河口生態(tài)環(huán)境。

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