河口水資源幾個問題研究進展

，

(長江科學院 水資源綜合利用研究所，武漢 430010)

河口位于河流的末端，河口地區(qū)憑借其優(yōu)越的地理位置和豐富的自然資源，愈來愈成為沿海人口聚居的經(jīng)濟、科技和文化中心[1-3]。河口地區(qū)的經(jīng)濟在我國國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。良好的自然生態(tài)環(huán)境是河口地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的基礎和保證[4]，河口地區(qū)合理開發(fā)利用與治理管理與沿海對外開放、經(jīng)濟繁榮密切相關，同時河口對內(nèi)地的交通運輸、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、商品流通也具有重要的促進作用[5]。近年來在人類活動和氣候變化的雙重作用下，大部分河口地區(qū)來水來沙量減少，入海污染物顯著增加，生態(tài)系統(tǒng)受損，海平面上升，而河口的預防措施和管理體系不夠健全，使大部分河口水資源不堪重負，無法維持其可持續(xù)性，其后果是水質(zhì)惡化、供水能力不足、防洪體系的完整性受到挑戰(zhàn)，以及生態(tài)系統(tǒng)惡化，瀕危物種增加[6-7]。研究河口水資源特點及人類活動影響，對于改善河口地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，合理開發(fā)、管理、保護河口水資源，人與自然和諧相處，及河口健康發(fā)展、持續(xù)利用具有極其重要的意義。

1 河口水資源特點

河口處于地球4大圈層即巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈相互作用的典型區(qū)域，自然條件復雜。國內(nèi)外學者常根據(jù)河流帶來的泥沙條件、潮差大小、鹽度結構、波能強弱和沿岸流等水資源特點對河口進行分類[8]，如根據(jù)河口鹽度分布和水流特性，可分為高度成層河口、部分混合河口和均勻混合河口；根據(jù)潮汐的大小，可分為強潮河口、中潮河口、弱潮河口和無潮河口等。

河口水流分汊是河口常見的現(xiàn)象，在部分混合的河口常有最大混濁帶出現(xiàn)。最大渾濁帶的形成和河口環(huán)流有關，懸沙被下泄流帶至河口，當它沉降到下層時，和鹽水中的物質(zhì)相結合，并上溯于楔頂，混合作用把部分泥沙帶回上層，再向海輸送[9-10]。

目前在人類高強度的開發(fā)和治理下多數(shù)自然河口正逐步向人工河口轉(zhuǎn)變，而河口除了受到當?shù)厝祟惢顒又苯佑绊懲?，還承受上游流域治理開發(fā)帶來的一系列后果，嚴重地導致了河口生境的退化及崩潰[11-12]。

2 鹽水入侵

河口淡水量不足，海水倒灌，咸淡水混合造成上游河道水體變咸的現(xiàn)象即為鹽水入侵[13]。鹽水入侵是河口區(qū)域普遍存在的一種自然現(xiàn)象，其影響程度通常用氯化物含量——氯度(mg/L)或含鹽度(%)表示[14]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，河口地區(qū)工農(nóng)業(yè)及城市生活淡水需求量越來越大，而鹽水入侵是大部分河口淡水開發(fā)最大的制約因素，深入分析河口水域鹽水入侵規(guī)律對于社會經(jīng)濟具有非常重要的現(xiàn)實意義[15-17]。

2.1 鹽水入侵機理

研究河口區(qū)鹽水入侵規(guī)律在理論和實踐上具有重要的意義：一方面，鹽水入侵能夠改變水體的理化特性，影響河口地區(qū)的泥沙絮凝沉降、最大渾濁帶、水流結構等過程[18-19]；另一方面，鹽水入侵對區(qū)域用水安全構成嚴重的威脅。

孟廣蘭等(1997年)[20]指出影響咸水入侵的因素包括海洋水文環(huán)境變化、氣候變化、海岸地貌基礎及水文地質(zhì)環(huán)境等自然因素，同時還包括水資源利用及管理等人為因素；肖成猷等(1998年)[21]分析認為鹽水人侵是一個多動力因子作用的耦合系統(tǒng)，研究各影響因子及它們之間的耦合作用是研究鹽水人侵規(guī)律的重要內(nèi)容；宋志堯等(2002年)[14]在分析了鹽水入侵的影響因素后，進一步指出鹽水入侵會影響河口地區(qū)的淡水資源利用、土地鹽堿化及河口物理、化學、生物、生態(tài)過程等。由此可見，認識鹽水入侵影響因素及其相互關系對于鹽水入侵防治具有積極的作用。

2.2 鹽水入侵模擬

近幾年河口鹽水入侵模型方面，在前人的研究基礎上又有了新的成果。2007年，K.D.Nguyen等[22]運用可計算河口流場的全三維數(shù)值模型研究Gironde河口的河口環(huán)流與鹽水入侵問題，通過對潮汐與徑流作用的詳細分析以研究該河口動力結構及河口環(huán)流對鹽水入侵的主要影響因素；2009年，項印玉等[23]應用改進的三維 ECOM 模式，研究冬季陸架環(huán)流對長江河口鹽水入侵的影響；2012年,史英標等[24]建立了錢塘江河口段平面二維水流鹽度耦合預測模型，數(shù)值分析了潮汐和徑流對鹽水入侵的影響，在平面二維模型方面也有學者針對其他河口進行了研究，如匡翠萍等[25]建立了適合河口復雜邊界的基于半隱歐拉-拉格朗日法二維潮流鹽度數(shù)學模型，孫世偉等[26]建立了珠江三角洲河網(wǎng)及河口海域整體平面二維水流鹽度數(shù)學模型。

2.3 鹽水入侵防治

世界上40%的人口居住在海岸線80 km以內(nèi)的地方，鹽水入侵及其防護問題越來越受到人們的關注[27]。為解決鹽水侵入的問題，自2005年以來，珠江水利委員會組織了幾次上游淡水調(diào)度工作[28]。針對河口鹽水入侵問題，A.Kallioras等[27]提出可以通過安裝表面屏障提供一個直接的海水入侵障礙，而該屏障通常使用可以在河床不同地點建設的橡膠壩；開辟能夠使鹽水朝著選定的研究區(qū)域遷移的河道；河口的上游建設能夠在汛期存水、枯水期排水的控制大壩以維持整個水文年恒定的環(huán)境流；限制枯水期、潮汐期或海平面上升期時地下水的使用。在鹽水入侵預警方面，針對長江口我國自主開發(fā)了適合咸淡水交匯水域的水體氯度監(jiān)測系統(tǒng)、長江河口水庫鏈避咸蓄淡預警預報系統(tǒng)，實現(xiàn)了長江河口氯度數(shù)據(jù)同步獲取，解決了陳行水庫和寶鋼水庫避咸蓄淡預警預報、青草沙水庫選址和庫容等難題，同時為揭示長江河口鹽水入侵機理和規(guī)律奠定了科學基礎[29]。

3 人類活動對河口影響研究

快速發(fā)展的經(jīng)濟促進了河口地區(qū)的社會進步，同時大量的人類活動也改變了河口的自然條件，加快了河口演變進程。河口地區(qū)的人類開發(fā)活動日益加劇，主要表現(xiàn)為：因土地開發(fā)的需要而圍墾河口灘涂；因防洪保安的需要而修建海塘工程；因航運發(fā)展的需要而整治河道；因淡水供給的需要而修建河口水庫以及大量開展?jié)O業(yè)捕撈[30]。圍墾灘涂、修建海塘水庫及整治河道這些開發(fā)活動對促進河口河勢向穩(wěn)定方向發(fā)展，提高河口區(qū)抗御風暴潮的能力，改善入海航道條件，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對土地的需求等方面發(fā)揮了十分積極的作用，但也產(chǎn)生了河口泥沙沉積、灘涂開發(fā)過度以及生態(tài)環(huán)境惡化等一系列負面影響[31]。

3.1 入海水量減少

枯水季節(jié)和流域用水過度是導致河口入海水量減少的主要原因，入海水量受自然和人類活動2種因素的影響；聶仁峰等[32](1999年)指出黃河下游的頻繁斷流對河口地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、渤海生態(tài)環(huán)境及黃河下游河道淤積都產(chǎn)生了嚴重影響；朱士康[33](2002年)認為入海水量減少將導致的河口淤積同時將影響泄洪納潮及通航；羅鋒等[34](2011年)指出長江上游引水量增大及枯季的供水高峰期造成的入海流量減少將導致咸潮入侵；史英標等[24](2012年)分析錢塘江河口段鹽水入侵的時空變化時指出氯度超標將影響河口地區(qū)淡水供應。

3.2 廢污水排放量增加

河口臨近地區(qū)工業(yè)迅速發(fā)展，河流的廢污水排放量逐年增加，導致河口及其臨近海域水質(zhì)進一步惡化[35-36]；G. Abrahim等[37]指出 Tamaki 河口的累計沉積物上部中心部分發(fā)現(xiàn)鎘、銅、鉛和鋅等遠高于底部沉積物的水平，而這些都是人類活動所造成的；尤愛菊等[38-39]分析錢塘江河口段水質(zhì)時指出河口段近年水體水質(zhì)呈下降趨勢，局部河段甚至出現(xiàn)過水華現(xiàn)象，這些是因為河口兩岸工業(yè)、生活、農(nóng)牧業(yè)的排污出口，這些排污口對水生態(tài)和引用水有惡劣的影響；胡四一[35]提出長江上游水質(zhì)污染的加重、長江口廢污水排放量呈逐年增加趨勢，導致河口局部水域水體污染日趨嚴重，岸邊污染帶逐年擴大，嚴重影響了南支水源地的枯季取水，從而使得北至江蘇省的啟東、海門，南到上海，均成為我國典型的河口水質(zhì)型缺水地區(qū)。

3.3 河流的控制性工程的影響

河流的控制性工程可直接改變河流下游來水來沙過程，從而影響河口三角洲及其鄰近海岸的沖刷演變和生態(tài)環(huán)境變化。韓曾萃等[31]提到錢塘江河口上游興建的大型水庫及下游的縮窄，較大地改變了游蕩性強潮河口的平面擺動及河床沖淤幅度，使河口向穩(wěn)定方面發(fā)展，但同時也加劇了河口咸水入侵；付麗等[40-41]分析指出，遼河口上游水庫群修建后調(diào)蓄能力提高和經(jīng)濟發(fā)展工農(nóng)業(yè)用水的急劇增長，導致可供河道所需的環(huán)境用水減少，一般中小水年份河道斷面有逐漸縮小的趨勢；暢建霞等[42]提出黃河河口水庫堤防工程的修筑、工農(nóng)業(yè)用水的增加、黃土高原區(qū)水利水保工程的建設等，這一系列活動最明顯的影響之一是使黃河徑流量和來沙量顯著減少；陳舟等[43]指出浙江省入海河流眾多，上游水庫和河口地區(qū)灘涂圍墾建設，給防洪(潮)、治澇及河口資源的保護和開發(fā)利用帶來了較為不利的影響。

3.4 生態(tài)環(huán)境惡化

英國塞文河河口是位于英國西海岸的大河口之一，兩邊圍繞著布里斯托爾和加的夫，超過100萬的人口居住在海岸地區(qū)，該地區(qū)發(fā)展的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和工業(yè)導致河口地區(qū)重金屬物沉積、水質(zhì)惡化和生物多樣性降低[44-45]。美國加州卡弗德河口[46]快速增長的人口和經(jīng)濟、難以預知的降水量、偶爾發(fā)生的干旱以及未能實施改進的預防措施和體系，使水資源早已不堪重負，無法維持其可持續(xù)性，其后果是水質(zhì)下降、供水能力不足、洪水泛濫，防洪體系的完整性受到挑戰(zhàn)，以及生態(tài)系統(tǒng)惡化，瀕危物種增加。

近年來，我國大部分河口生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)象越來越嚴重，最主要的原因就是人們對河口的過度開發(fā)利用與改造。胡四一[35]指出，由于受河口污染物無序排放、過度捕撈水產(chǎn)、無序圍墾灘涂等人類活動的影響，長江河口生態(tài)環(huán)境受到破壞，濕地的生產(chǎn)和生態(tài)功能迅速降低，生物多樣性指數(shù)明顯降低，河口生態(tài)系統(tǒng)呈全面衰退趨勢；王新功等[47]分析指出自黃河改走清水溝現(xiàn)行流路以來，由于水沙條件變化、海洋動力作用及人類活動影響，刁口河故道河道地形地貌、自然形態(tài)和生態(tài)環(huán)境發(fā)生了較大改變，濕地生態(tài)嚴重惡化，生物多樣性資源受到破壞，使其作為山東黃河三角洲國家級自然保護區(qū)重要組成部分的生態(tài)功能發(fā)揮受到嚴重影響，對黃河三角洲生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定及區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展構成威脅；汪建等[48]提出人類活動包括圍繞河口而開展的各項治理措施，是河口生態(tài)環(huán)境變化的重要因素，如流量調(diào)節(jié)(修建水庫和人工引水)、河流整治(河岸堤防等)、土地開發(fā)(濕地灘涂圍墾)、生產(chǎn)生活(水環(huán)境污染)等，都會影響河流的自然生態(tài)條件以及物質(zhì)能量流動，進而影響生態(tài)環(huán)境。

4 河口健康內(nèi)涵及評價

隨著河口水資源環(huán)境惡化，河口健康也逐漸成為人們研究重點。河流健康有兩重含義[45]：既有自然意義上的河流健康，即河流自身的健康；也有經(jīng)濟社會意義上的河流健康，即人——河關系的健康。李若華等[49](2012年)將河流健康的概念拓展至河口，指出河口健康內(nèi)涵應該在維持良好的生態(tài)與環(huán)境基礎上，人類節(jié)約利用水資源和合理利用河口資源的條件下，充分發(fā)揮河口為人類服務的各項功能。保持合理的結構狀態(tài)是河口系統(tǒng)各項功能正常發(fā)揮的基礎條件，良好的生態(tài)狀態(tài)是河口健康的外在表現(xiàn)，社會服務功能是人類研究河口健康問題的目標所在[50]。

河流健康評價比較有影響力的方法有：美國環(huán)保署的快速生物監(jiān)測協(xié)議(RBPs)、英國的河流生境調(diào)查(RHS)、澳大利亞的溪流狀態(tài)指數(shù)(ISC)、南非“河流健康計劃”的 EHI 指數(shù)以及快速生物監(jiān)測計劃中的生境綜合評價系統(tǒng)(IHAS)等[51]。生物評價方面，周曉蔚等[52]建立底棲動物完整性(B-IBI)評價指標體系和評價標準評價長江口及毗鄰海域健康；Marcus Sheaves等[53]提出魚類組合作為河口生態(tài)健康指標，該方法遠離簡單的組合措施(比如多樣性指數(shù))而指向復雜多元的方法。Kesen Chen等[54]分別從自然功能，生態(tài)功能和社會服務功能出發(fā)，提出了4個層次，20種指標并用于評價黃河河口濕地健康。

目前我國關于河口健康評價理論及方法的研究剛剛起步，河口健康評價中的指標建立及其權重關系將是河口健康評價研究的重點。

5 河口治理管理研究

過度的開發(fā)河口資源給河口帶來的負面影響嚴重制約著河口地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，因此保護河口以協(xié)調(diào)河口的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展十分必要[55]。國內(nèi)外長期實踐經(jīng)驗表明[56-58]，河口地區(qū)要實行“綜合治理、開發(fā)利用”的方針，運用多學科知識，合理地安排各種資源開發(fā)利用的布局和比重，進行有計劃、多目標開發(fā)，采取統(tǒng)籌兼顧的綜合治理設施，才能既保護資源與環(huán)境，又獲得最大的社會經(jīng)濟效益。針對河口管理[59]，美國為建立并實施各個河口的綜合性保護和管理計劃，制定了國家河口計劃，這些計劃是針對各個河口面臨的環(huán)境問題及社會和經(jīng)濟價值來制定；澳大利亞為了加強河口生態(tài)保護及減少河流帶入重點海域的污染，頒布了《河口管理辦法》；荷蘭計劃將河口三角洲部分圍海造成的屯田還歸于海，著手沿海濕地恢復工程。

我國制定了《珠江河口管理辦法》、《海河獨流減河永定新河河口管理辦法》，這標志著我國河口管理已歸于法制化、規(guī)范化的行列，對河口管理起到了一定的積極作用[60-63]。

6 結 語

河口地區(qū)是經(jīng)濟社會高度發(fā)達地區(qū)，也是最具發(fā)展?jié)摿Φ貐^(qū)。目前，鹽水入侵、河口水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境是河口水資源研究重點，同時人類活動對于河口水資源的影響，也將成為研究的重點之一。河口地區(qū)的經(jīng)濟在世界國民經(jīng)濟中占有的比重逐漸凸顯，隨著人口與資源矛盾日益突出，可以預見河口水資源研究將會更關注如何有效利用水資源、保護環(huán)境、改善生態(tài)條件等方面的問題。目前我國河口水資源管理體系還不完整，需要在實踐中不斷完善。除了開展全國范圍的河口水資源開發(fā)治理與管理規(guī)劃外，針對特定區(qū)域河口水資源制定相應的開發(fā)治理與管理規(guī)劃也具有十分重要的意義。只有對河口的調(diào)查研究越深入，人們對河口的自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律的認識才能越深入，從而在保障河口健康的前提下能夠揚長避短，更加合理科學地開發(fā)河口水資源，這對于經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，保障防洪安全、維護河口穩(wěn)定、增強供水保障和保護生態(tài)環(huán)境等方面都具有十分重要的意義。

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