黃河河口生態(tài)需水研究進展與展望

于守兵，凡姚申，余 欣，竇身堂

（1.黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003；2.水利部黃河泥沙重點實驗室，河南 鄭州 450003）

1 研究背景

黃河河口通常指以山東省東營市墾利區(qū)寧海為頂點，北起徒駭河口，南至支脈溝口之間的扇形地域以及劃定的容沙區(qū)范圍（《黃河河口管理辦法》）（圖1）。自然時期受黃河巨量來沙和較弱的海洋動力影響，河口流路長期處于淤積、延伸、擺動和改道的頻繁變化狀態(tài)。1855年黃河改道流入渤海以來，經(jīng)過9次大的流路變遷形成廣闊的黃河三角洲。黃河豐富的水沙和營養(yǎng)鹽物質(zhì)，再加上適宜的氣候條件，造就了中國暖溫帶最年輕、最廣闊、保存最完整的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)和著名的萊州灣漁場。

黃河河口屬暖溫帶大陸性季風氣候，多年平均干旱指數(shù)為3.4，屬自然缺水地區(qū)。當?shù)貜搅骱偷叵滤Y源貧乏，且受土地鹽漬化影響造成水質(zhì)差，無法得到有效利用。區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護高度依賴黃河水。1980年代中期以來，黃河入海水沙條件發(fā)生顯著改變，入海徑流量減少，洪峰流量下降，河道斷流加劇。河道生物棲息地面積減少，洄游物種通道截斷，近海魚蝦等物種低鹽產(chǎn)卵場面積萎縮，濕地生態(tài)缺乏淡水補給而退化[1-2]。為遏制生態(tài)不斷惡化的趨勢，1999年以來黃委先后開展水量統(tǒng)一調(diào)度、調(diào)水調(diào)沙、濕地生態(tài)補水和春季敏感期調(diào)度，有效改善了河口生態(tài)[3-4]。2019年黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略，河口地區(qū)的重點是加強生態(tài)保護和生物多樣性維護。

在黃河水資源日趨緊缺的態(tài)勢下，合理確定黃河河口生態(tài)需水量，維持并促進生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展成為重要的研究課題。近20年來，圍繞黃河河口生態(tài)需水目標、河道生態(tài)流量、濕地生態(tài)需水量和近海適宜入海徑流量開展了大量研究工作。然而，由于黃河河口是淡水、海水、咸淡水和潮灘濕地為一體的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)[5]，相關(guān)研究成果在生態(tài)需水目標、濕地規(guī)模和生態(tài)需水量的確定等方面存在很大差異。本文對這些已有成果進行梳理總結(jié)，結(jié)合黃河河口演變特點，對黃河河口生態(tài)需水主要研究方向進行展望。

圖1 黃河河口概況（2018年3月影像）

2 黃河河口生態(tài)需水目標

河口生態(tài)需水的概念和定義目前尚未形成統(tǒng)一明確的標準。郝伏勤等[6]認為河口生態(tài)需水量主要包括濕地生態(tài)環(huán)境需水量、近海生物需水量、河流海洋洄游性魚類最小需水量和河口景觀環(huán)境需水量等。楊志峰等[7]認為河口生態(tài)需水量包括水循環(huán)及生物循環(huán)消耗的水量、保持河口濕地水深及水面面積水量和河口生態(tài)系統(tǒng)鹽度平衡水量。王西琴等[8]認為廣義河口生態(tài)需水量指維持生態(tài)系統(tǒng)儲水、植物自身需水和蒸散發(fā)所需補水等生態(tài)系統(tǒng)平衡所需要的水量，狹義指為保持河口一定的生態(tài)目標所需的水量。李國英等[9]認為河口生態(tài)需水量是指維持河口生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能正常發(fā)揮的淡水補給量，且隨著生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展呈動態(tài)變化。孫濤等[10]提出河口生態(tài)需水的關(guān)鍵在于生態(tài)系統(tǒng)健康綜合表征指標的確定。

黃河河口生態(tài)需水目標研究最初是以利津斷面作為河口代表納入黃河下游生態(tài)環(huán)境需水研究，著重于河流最小生態(tài)需水[11-13]、河流輸沙用水[12-13]、河流污染防治與輸送[12-13]，兼顧近海海域生態(tài)需水[12]。由于河流最小生態(tài)需水不滿足重要指示物種魚類的生存，河道淡水魚類和洄游魚類生態(tài)流量[14-17]以及近海洄游魚類生態(tài)需水[2，9，16-19]逐漸得到重視。作為中國暖溫帶最獨特的三角洲陸域濕地，其生態(tài)需水也是眾多研究關(guān)注的焦點[17，20-26]。此外，部分研究還提出了防止海水入侵、維持河口鹽度平衡和補給地下水等需水目標[9]。

黃河河口生態(tài)需水目標應(yīng)結(jié)合河口演變特征進行確定。其一，歷史時期由于河口流路周期性地延伸改道，塑造了廣闊的扇形三角洲，形成了重要的三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)；其二，由于三角洲沿岸潮差約為0.7～1.5 m，現(xiàn)行清水溝流路潮汐影響上界大致在口門以上27 km（2019年）的清7 斷面附近。寧海至清7斷面為不受潮汐影響的河口徑流段，具有普通河流的生態(tài)特征；其三，近海海域是近海洄游魚類、浮游植物和浮游動物等繁殖發(fā)育場所；其四，河流物種還有經(jīng)歷海水和淡水兩種不同生境的河道洄游魚類。

按照區(qū)域位置和水體特征，黃河河口生態(tài)可分為河流生態(tài)、濕地生態(tài)和近海生態(tài)。河流生態(tài)的主要水生物種是魚類，包括河道淡水魚類和河道洄游魚類。陸域濕地關(guān)注重點為山東黃河三角洲國家級自然保護區(qū)，主要物種為濕地植被和珍稀瀕危鳥類。近海生態(tài)位于三角洲沿岸近海淺水區(qū)域內(nèi)，主要物種是近海洄游魚類、浮游植物和浮游動物等。因此，從狹義河口生態(tài)需水角度來看，黃河河口生態(tài)需水目標應(yīng)以滿足河流、濕地和近海重要指示物種需求為重點。

3 黃河河口生態(tài)需水量核算

3.1 黃河河口河流生態(tài)需水黃河河口徑流段生態(tài)需水通常選擇利津斷面作為代表，在較多研究中歸入黃河下游生態(tài)需水。20世紀中期以來，受水利工程、引水等人類活動影響，河流自然水文情勢發(fā)生改變并導(dǎo)致生態(tài)功能退化，河流生態(tài)需水成為研究熱點[27-31]。與湖泊、濕地等生態(tài)需水不同，河流生態(tài)需水重點在于保障適宜生態(tài)流量。眾多研究提出了枯水流量、最小河流需水量、最小可接受流量、生態(tài)可接受流量范圍和生態(tài)基流等術(shù)語[32]。這些術(shù)語的共同含義為河流生態(tài)系統(tǒng)健康維持需要一定的最小流量。隨著研究的深入開展，天然水文情勢的節(jié)律變化及其在維護生態(tài)系統(tǒng)健康方面的意義受到重視，河流生態(tài)需水還需要低流量、流量脈沖、小洪水和大洪水等流量組分[33-35]。黃河下游生態(tài)需水研究起始于21世紀初，在水量統(tǒng)一調(diào)度中納入生態(tài)環(huán)境因子，保持河道不斷流、輸送泥沙、輸送污染物、維持地下水位和重要物種生境。

黃河河道不斷流是保障河流生態(tài)功能的最低要求。1999年黃河開始實施水量統(tǒng)一調(diào)度，主要目標是在流域來水持續(xù)偏枯的情況下保證利津斷面不斷流。隨后黃委提出維持黃河健康生命及基本水量理念[36]，2007年起水量調(diào)度重點從“黃河不斷流”轉(zhuǎn)變到“黃河功能性不斷流”，統(tǒng)籌經(jīng)濟用水、輸沙用水、生態(tài)用水和稀釋用水等4項功能目標及需求。唐蘊等[11]、王高旭等[15]采用水力要素發(fā)生明顯變化時的流量作為維持河流水體連續(xù)的最小生態(tài)流量，其中利津斷面分別為154 m3/s和166 m3/s。

泥沙輸送水量是黃河下游河流生態(tài)需水的突出特點。黃河下游最重要的功能是輸沙，保持必需的輸沙用水是維持下游河道正常演變的重要條件。倪晉仁等[12]提出自然狀態(tài)、受控狀態(tài)、復(fù)雜狀態(tài)三種水沙狀態(tài)以及均衡輸沙和平衡輸沙目標，下游平均來沙量分別為17.6億t、14億t、8.6億t 時，根據(jù)汛期、非汛期河段平均含沙量得到相應(yīng)的輸沙水量。石偉等[13]考慮小浪底水庫的攔沙作用，下游輸送泥沙量為4.6～6.0億t。王高旭等[15]確定7—8月為輸沙流量的時間段，采用的利津輸沙量為6～7億t。

污染物輸送需要保持適宜的流量。黃河流量大小決定著河流攜帶污染物的能力，影響水環(huán)境容量和自凈能力。倪晉仁等[12]考慮到黃河下游的污染物排放量不易監(jiān)控，提出采取10年最枯月平均流量法計算。石偉等[13]根據(jù)耗氧效率和溶解氧效率與流量的關(guān)系，認為在平灘流量下黃河下游河道對污染物輸運能力最強。

維持地下水位。黃河下游地下水位影響周圍土壤水分和鹽分，維持2～4 m的地下水位有利于農(nóng)作物生長[13]。

維護物種生境。倪晉仁等[12]采用最小河流生態(tài)用水流量不應(yīng)小于多年平均流量的1/10，根據(jù)自然狀態(tài)下多年平均流量估算利津斷面為111 m3/s。由于河流生態(tài)重要指示物種是魚類，較多研究進一步從魚類生活習性出發(fā)計算河流生態(tài)流量[16，20，37]。蔣曉輝等[14]選擇鯉魚、魛魚和鰻鱺作為典型物種，根據(jù)生境要求的水力指標采用流量恢復(fù)法計算下游河道不同時期需要的低流量、流量脈沖和高流量。劉曉燕等[16-17]根據(jù)黃河口淡水魚類和洄游魚類生境要求得到利津斷面適宜流量為120～290 m3/s，5—6月需要間斷釋放300～500 m3/s的小脈沖洪水，7—10月需要2500～3000 m3/s的洪水。于守兵等[18]從洄游通道的全程連續(xù)性，計算了利津以下典型斷面的水力條件，得到春季滿足河道淡水魚類和河道洄游魚類生境要求的低流量為240 m3/s，4月中旬需要8天240～890～240 m3/s的流量脈沖。

3.2 黃河河口濕地生態(tài)需水黃河河口濕地生態(tài)需水一般為維持濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡和正常發(fā)展，保障濕地系統(tǒng)基本生態(tài)功能正常發(fā)揮所需的水量[21]。結(jié)合人類社會現(xiàn)實需要[38]，部分研究[22-23]確定了自然保護區(qū)3個生態(tài)目標，即保護新生濕地和鳥類、恢復(fù)與保護棲息地和維持生態(tài)系統(tǒng)功能與過程，分別對應(yīng)最小生態(tài)需水量、適宜需水量和理想需水量。

黃河河口濕地類型眾多，既有天然的洪泛濕地、蘆葦沼澤濕地和翅堿蓬檉柳沼澤濕地等，還有人工的坑塘水庫、螃蟹田、鹽田、水田和溝渠等濕地。人工濕地中以修建的平原水庫、開墾的螃蟹田和鹽田為主，生物多樣性不突出，且其面積占三角洲濕地總面積的22%[39]。故濕地生態(tài)需水研究以天然濕地為主，一般包括植物需水、土壤需水、野生生物棲息地需水和補給地下水需水。由于黃河三角洲近些年份來沙量明顯減少，個別年份行河附近海岸出現(xiàn)蝕退。防止岸線侵蝕需要一定的泥沙補給，其輸送需要的水量也計入河口濕地生態(tài)需水[9，21，24]。此外，還有研究將凈化污染物[21]、近海生物[21-22]、汛期輸沙[22]、防止海水入侵及維持河口鹽度平衡[9]用水納入濕地生態(tài)需水。

在目前黃河流域水資源供需矛盾日益尖銳和黃河三角洲人類活動日益增強的情況下，黃河河口濕地規(guī)模是確定生態(tài)需水的關(guān)鍵因素。黃河三角洲自然保護區(qū)總面積為1530 km2。部分研究從保持和最大限度地發(fā)揮濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能和效益出發(fā)，選擇整個自然保護區(qū)作為研究對象[22，24]。部分研究提出濕地規(guī)模需要兼顧黃河水資源的現(xiàn)實條件，應(yīng)重點保護黃河漁洼斷面以下與河道聯(lián)系密切的780 km2淡水濕地[21]。還有研究[25-26]綜合分析濕地生態(tài)健康、水資源狀況和黃河工程布局等，提出陸域濕地恢復(fù)合理規(guī)模為230 km2，接近1992年黃河三角洲自然保護區(qū)成立時的典型蘆葦濕地面積。該項成果被納入《黃河河口綜合治理規(guī)劃》。不同濕地規(guī)模選取體現(xiàn)了社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)保護競爭性用水下的權(quán)衡差異。選擇整個自然保護區(qū)無疑是最理想狀態(tài)，能夠最大程度上維護中國暖溫帶最典型的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)。而漁洼以下河道淡水濕地主要分布在河道兩側(cè)灘地，通過小浪底水庫調(diào)節(jié)釋放漫灘流量能夠?qū)崿F(xiàn)濕地補水?？紤]到黃河河口水資源狀況、目前行河格局、濕地引水工程布局和濕地面積的歷史變化情況，選擇自然保護區(qū)成立時的典型蘆葦濕地面積具有很大的實施可行性。

黃河河口濕地生態(tài)需水的計算通常是將需水內(nèi)容分成幾個部分，根據(jù)選擇的濕地規(guī)模確定各個部分的面積，識別關(guān)鍵指示性物種和需水指標，計算相應(yīng)的需水量[22-24]。有研究進一步從濕地生態(tài)系統(tǒng)有機整體性出發(fā)，建立濕地生態(tài)補水水力學-地下水模型，以及濕地補水景觀生態(tài)決策支持系統(tǒng)[40]，確定生態(tài)需水量。由于采用的濕地面積和需水類別等不同，濕地需水量為3.5～78.2億m3（表1）。

表1 黃河河口濕地生態(tài)需水計算成果

3.3 黃河河口近海生態(tài)需水黃河河口近海生態(tài)的主要指示物種是近海洄游魚類，關(guān)鍵因子是溫度和鹽度。劉曉燕等[17]認為在春季溫度對魚蝦繁殖起決定作用，在5—9月鹽度的影響遠大于溫度，在冬季兩者的影響都很微弱。薛小杰等[19]認為鹽度是河口生態(tài)系統(tǒng)的限制因子。已有的近海生態(tài)需水計算采用了目標年份參考、入海流量與鹽度關(guān)系和入海徑流量與魚卵密度關(guān)系等方法。

一是根據(jù)入海水量與選擇的恢復(fù)目標時期水量和近海生態(tài)狀況確定。1980年代中期黃河水資源規(guī)劃根據(jù)魚蝦生長條件，提出4—6月入海水量為60億m3或枯水年4月集中下泄20億m3。劉曉燕等[17]以1990年代初期水平作為恢復(fù)目標，當時近海水域仍有豐富的初級生產(chǎn)力和餌料生物資源，同時參考2004—2008年近海水域生態(tài)系統(tǒng)已好轉(zhuǎn)為“亞健康”，得到魚類繁殖生長主要時期5—9月入海水量為120億m3，其中5—6月為21億m3。

二是根據(jù)入海流量與關(guān)鍵種生長階段適應(yīng)鹽度關(guān)系確定。薛小杰等[19]以魚卵和仔稚魚生長階段作為關(guān)鍵種的關(guān)鍵生命階段，根據(jù)實測入海流量與鹽度關(guān)系，得到4—10月生態(tài)需水量約為124億m3。

三是根據(jù)入海流量與魚卵、仔稚魚密度的關(guān)系確定。谷源澤等[2]根據(jù)2014—2018年魚卵密度調(diào)查資料，選取入海水量較低但魚卵密度較高的2014年為參考年，得到魚蝦產(chǎn)卵關(guān)鍵的春季3—5月入海水量為30億m3。于守兵等[18]根據(jù)利津站1982年、2007—2016年部分年份春季徑流量與近海魚卵密度變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)20億m3前后魚卵密度出現(xiàn)躍升，選擇與1982年春季徑流量接近的21.6 m3作為適宜入海水量。結(jié)合近海水質(zhì)狀況和魚卵密度，劉曉燕等[16]提出4—6月入海低限水量和適宜水量分別25億m3和40億m3。

3.4 黃河河口水文情勢適應(yīng)性根據(jù)黃河實測水文數(shù)據(jù)，分析小浪底水庫2002年調(diào)節(jié)運用以來利津斷面徑流量情況（圖2），其中2020年統(tǒng)計到8月份。小浪底水庫運用以來利津斷面年徑流量為42～334億m3，平均為182億m3。其中，2018年和2019年徑流量超過310億m3，2020年1—8月已達到234億m3。已有徑流量研究成果的需水時段為3—5月、4—6月、4—10月和5—9月，小浪底水庫運用以來滿足需水量指標的年份比例為37%～58%（表2）。從時段平均值來看，實際徑流量大于大部分需水量指標，略低于個別指標。在文獻[18]的基礎(chǔ)上，補充了2017—2020年的春季流量脈沖情況，發(fā)現(xiàn)滿足該文獻提出的4月初前后流量脈沖年份只有2019年，出現(xiàn)日期為3月25日—4月1日，脈沖流量峰值為932 m3/s，歷時8 d。若是對小浪底水庫調(diào)度方案進行多年優(yōu)化調(diào)整，并兼顧春季流量脈沖的塑造，進入河口的徑流過程很大程度上能夠滿足已有研究成果的需水量要求。

圖2 小浪底水庫運用以來利津徑流量特征

表2 小浪底水庫運用以來黃河河口徑流量與已有生態(tài)需水研究成果對比分析

3.5 黃河河口年生態(tài)需水量分析黃河河口生態(tài)需水量決定于設(shè)定的需水目標。選擇河道淡水魚類、河道洄游魚類和近海洄游魚類作為主要指示物種對全年生態(tài)需水量進行初步探討。近海洄游魚類大多4—5月游入萊州灣，11月返回黃海，故近海洄游魚類在4—11月需要適宜面積的低鹽產(chǎn)卵育幼場。以利津水文站作為控制斷面，考慮到徑流向口門傳播和近海淡咸水混合時間，則時機應(yīng)為3—10月[18]。以鱽魚和鰻鱺為代表的河道洄游魚類2—6月上溯，7—11月降河，也即2—11月需要滿足洄游通道的連續(xù)性[14]。以鯉魚為代表的河道淡水魚類全年需要一定低流量維持生境，4—6月需要一定的流量脈沖刺激產(chǎn)卵。

文獻[18]考慮了洄游通道的全程連續(xù)性，得到河流適宜低流量為240 m3/s；3—5月入海徑流量21.6億m3，魚卵密度可達到1982年水平。3—10月平均入海水量參照3—5月水平，11月至翌年2月采用適宜低流量，則全年入海水量為82.7億m3。需要指出的是，這種條件下3—10月入海水量需要包含若干次峰值流量為890 m3/s的脈沖過程。為進一步說明大流量過程對近海低鹽區(qū)域面積的維持作用，采用Delft3D模型模擬了現(xiàn)狀邊界下1982年、2007年和2015年春季徑流過程下29‰等鹽度線各月平均面積（圖3）。該模型已經(jīng)過黃河河口實測鹽度資料驗證[41]。以2007年為基準，徑流量由14.6億m3增加至1982年的20.5億m3時，29‰等鹽度線平均面積由205 km2增加至761 km2，兩者增加比例分別為40%和270%；而徑流量增加至2015年的45.9億m3時，也即增加210%時，29‰等鹽度線平均面積為963 km2，增加比例只有370%。從三個年份的日均流量過程來看，顯著區(qū)別在于1982年3月出現(xiàn)了峰值流量為1560 m3/s的洪水過程（圖4）。1982年4月平均流量僅為157 m3/s，但低鹽區(qū)域面積為三個月份最大。以此初步分析大流量過程對近海低鹽區(qū)域面積維持時間可達1個月。

從文獻[19]中近海海域平均鹽度與平均流量關(guān)系來看，當流量低于900 m3/s時平均鹽度隨流量增加快速下降，900～1600 m3/s時則變化不明顯。故當入海徑流以1月1次峰值流量890 m3/s、持續(xù)8天的脈沖過程入海時，全年入海水量為82.7億m3，可基本滿足河道和近海魚類生態(tài)需求。自然保護區(qū)濕地需水主要從黃河引水，以最低需水量3.5億m3計，則以魚類和濕地為主要目標的全年生態(tài)需水量為86億m3。

圖3 黃河河口典型年份春季徑流過程下29‰等鹽度線面積

圖4 黃河河口典型年份春季日均流量過程

4 黃河河口生態(tài)需水討論

河口生態(tài)需水研究起始于1980年代，并不斷深入完善。由于河口生態(tài)類型多樣，且受徑流和潮流影響，動力過程和變化機制復(fù)雜，目前關(guān)于生態(tài)需水目標和計算方法還缺乏統(tǒng)一明確標準。黃河河口包含河流生態(tài)、濕地生態(tài)和近海生態(tài)，且水資源長期處于緊缺態(tài)勢，生態(tài)需水還受到小浪底水庫調(diào)度、下游引黃灌溉和流路格局等實際情況的制約。

4.1 黃河河口河流生態(tài)需水河流生態(tài)需水建議以滿足重要漁業(yè)物種生境為主。河道不斷流的目標自1999年黃河水量統(tǒng)一調(diào)度后已經(jīng)實現(xiàn)。而且河道不斷流僅是物理層面的水體不干涸，主要為生態(tài)系統(tǒng)提供最基礎(chǔ)的保障。輸沙用水主要是維持下游河道正常演變，為河流生態(tài)發(fā)展提供穩(wěn)定的本底條件，但是與生態(tài)系統(tǒng)并不直接相關(guān)，可以納入廣義生態(tài)需水。污染物輸送要求主要研究成果是平灘流量輸送污染物最佳[13]，最小污染防治需水量選擇1970年代最枯月平均流量[12]。而已有研究成果中重要物種生境需求的流量通常大于最枯月平均流量，滿足最小污染防治要求。魚類在河流生態(tài)系統(tǒng)中處于承上啟下的關(guān)鍵位置，其棲息地和產(chǎn)卵場與水文情勢變化密切相關(guān)，能較好體現(xiàn)河流系統(tǒng)的健康情況[42-43]。

河流生態(tài)需水應(yīng)加強指示物種對天然徑流流量節(jié)律，如低流量、流量脈沖、高流量等出現(xiàn)的日期、持續(xù)時間和變化速率等的響應(yīng)關(guān)系研究。例如，黃河每年3月下旬和4月上旬的桃汛洪水洪峰流量約為2000～3000 m3/s，在三門峽水庫修建之前能夠暢通無阻進入河口。桃汛洪水能夠擴展魚類棲息地，刺激魚類洄游和產(chǎn)卵，并為近海帶來豐富的沖淡水和營養(yǎng)物質(zhì)[37，44]。隨著三門峽水庫和小浪底水庫的調(diào)節(jié)運用，桃汛洪水基本消失。如何通過水庫調(diào)節(jié)塑造類似自然條件下桃汛洪水生態(tài)功能的流量脈沖尤為重要，脈沖時機、歷時和峰值的合理確定需要加強指示物種對天然徑流過程的生態(tài)響應(yīng)研究。河道生態(tài)流量計算方法主要包括水文學方法、水力學法、生境模擬法和整體法。生境模擬法根據(jù)指示物種生活習性對水深、流速等水文因子的要求確定生態(tài)流量，在河道型中小棲息地的研究中效果較好。構(gòu)建流速、水深及河床棲息地適宜度曲線，量化水文-生態(tài)響應(yīng)關(guān)系，是生境模擬法的重要研究方向[35，42]。

河流生態(tài)需水量計算應(yīng)包括全部河口河道。由于利津斷面為黃河入海水沙監(jiān)測最后一個控制斷面，已有研究中多采用該斷面為黃河河口河流生態(tài)需水指標的計算斷面。而利津斷面為典型的窄深斷面，主槽寬度為350 m左右，以下河道大斷面主槽寬度最大可達到650 m[18]。因此，采用利津斷面水力特征要素計算魚類等物種生態(tài)流量時代表性不夠充分，需要兼顧其以下河道斷面。

4.2 黃河河口濕地生態(tài)需水濕地生態(tài)需水研究應(yīng)結(jié)合現(xiàn)行入海流路格局和海岸演變特征，不宜納入防止海岸蝕退所需泥沙的輸送用水。自然保護區(qū)北片分布在刁口河故道尾閭兩側(cè)，通過崔家節(jié)制閘和羅家屋子閘引水。2010年起開始實施的刁口河流路生態(tài)補水，年均補水量2700萬m3，補沙量21萬t。引水能力有限且含沙量很低，難以滿足防止?jié)竦馗浇０段g退要求?，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)保護區(qū)北片主要通過工程措施防止蝕退。自然保護區(qū)南片分布在現(xiàn)行清水溝流路兩側(cè)，通過引水渠和泵船從河流引水。行河口門隨著入海泥沙的落淤不斷淤進，個別來沙量極少年份蝕退。1996年以前的汊河停止行河后沙嘴不斷蝕退。萊州灣附近和北汊河附近海岸處于緩慢蝕退狀態(tài)。因此，自然保護區(qū)南片防止海岸蝕退只能意味著在該區(qū)域較大范圍內(nèi)總體面積的動態(tài)穩(wěn)定，而無法實現(xiàn)海岸形態(tài)的穩(wěn)定。

濕地生態(tài)需水中的近海生物需水、防止海水入侵及維持河口鹽度平衡需水可以歸入近海生態(tài)需水。這幾項需水目標主要是滿足近海生物棲息地和產(chǎn)卵育幼環(huán)境對低鹽水體的需求，可以體現(xiàn)在近海魚類等主要漁業(yè)物種對入海沖淡水的需求。

濕地生態(tài)需水的重點應(yīng)以滿足典型植被和鳥類的需水為主，進一步探討濕地水鹽平衡機制和濕地生態(tài)功能，確定適宜生態(tài)需水量。深入研究植被、土壤、水體的水鹽平衡和蒸散發(fā)規(guī)律，確定水域與植被分布格局、水位波動范圍閾值、地下水位閾值等，明確蘆葦?shù)戎甘疚锓N的保護邊界。加強生物棲息地對水深的響應(yīng)研究，確定合理的鳥類指示物種規(guī)模。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)自身演替規(guī)律，從植被和鳥類生態(tài)位的合理設(shè)計以及生物多樣性維持出發(fā)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生物群落，達到物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化最優(yōu)狀態(tài)，實現(xiàn)水文、土壤、植被和生物協(xié)同演進。

4.3 黃河河口近海生態(tài)需水近海生態(tài)需水缺乏入海沖淡水對主要漁業(yè)物種低鹽產(chǎn)卵場的塑造和維持機制研究。已有的研究通過參考目標年份，建立利津流量與近海海域平均鹽度擬合關(guān)系，以及分析利津徑流量與魚卵平均密度變化趨勢確定[16-19]。近海洄游魚類需要18‰～32‰低鹽區(qū)域產(chǎn)卵育幼場，且保持適當規(guī)模和持續(xù)時間。月徑流量與近海水域鹽度場面積變化密切相關(guān)[45-46]，增加0.046億m3水量可使27‰等鹽度線面積增加1 km2。另外，短期大流量過程對低鹽區(qū)面積的擴大和維持具有十分重要作用。利津流量大于3000 m3/s時，河口附近出現(xiàn)明顯的沖淡水舌[47]。2010年5—9月實測資料顯示，利津流量分別為150、1100和3300 m3/s 時，海水中層29‰等鹽度線面積分別為8.4、114.9和156.5 km2，流量大于1000 m3/s時低鹽范圍明顯增加。近海生態(tài)需水的時機需要計入徑流傳播和沖淡水擴散時間。利津斷面至口門河長約110 km，徑流傳播需要2～3 d。沖淡水出口門后在余流作用下向萊州灣擴散需要18天[18]。還有研究表明渤海鹽度變化對徑流量的響應(yīng)滯后1個月左右[48]。

近海生態(tài)需水尚需開展挾帶適宜營養(yǎng)鹽物質(zhì)的沙量及其輸送水量研究。黃河入海水沙向近海海域輸送的營養(yǎng)鹽是維持近海生態(tài)健康的關(guān)鍵因素[49]。受人類活動影響，黃河河口N、P、Si營養(yǎng)鹽輸入發(fā)生了顯著變化，主要表現(xiàn)為水體DIN逐漸升高，近海水體出現(xiàn)磷限制[50]。黃河水具有低磷的特點，且磷酸鹽多以顆粒態(tài)的形式存在，占總磷比重超過90%[51]。適量泥沙入海能夠給近海生態(tài)帶來合適的磷酸鹽量。根據(jù)已有文獻中1982—2015年部分年份汛前4—6月實測近海水體磷酸鹽含量資料[52-56]，統(tǒng)計相應(yīng)的汛前來沙量，發(fā)現(xiàn)兩者存在較好的線性關(guān)系（圖5）。這部分泥沙的輸送需要一定的水量，當然這部分水量與入海沖淡水量存在一定程度上的重合。

5 結(jié)論

黃河河口生態(tài)需水的主要目標是保持河流生態(tài)、濕地生態(tài)和近海生態(tài)的健康。河流生態(tài)需水以滿足重要漁業(yè)物種生境為主，加強指示物種對天然徑流量節(jié)律的響應(yīng)關(guān)系研究，構(gòu)建棲息地適宜度曲線，量化水文-生態(tài)響應(yīng)關(guān)系，在某種程度上恢復(fù)自然水文情勢。

濕地生態(tài)需水應(yīng)結(jié)合當前水源格局，進一步研究植被、土壤、水體的水鹽平衡和蒸散發(fā)規(guī)律以及生物棲息地對水深的響應(yīng)研究。從植被和鳥類生態(tài)位的合理設(shè)計以及生物多樣性維持出發(fā)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)水文、土壤、植被和生物協(xié)同演進。

近海生態(tài)需水要深入研究入海沖淡水對低鹽漁業(yè)物種產(chǎn)卵育幼場的塑造和維持機制。分析低鹽區(qū)域面積和維持歷時對沖淡水量和大流量過程的響應(yīng)特征，從徑流傳播和沖淡水擴散確定合適的沖淡水釋放時機。開展重要漁業(yè)物種習性、適宜營養(yǎng)鹽水平與磷酸鹽輸送擴散機制研究，確定入海生態(tài)沙量及相應(yīng)的水量。

小浪底水庫運用以來，利津斷面徑流量滿足已有生態(tài)需水徑流量多項研究成果要求的年份比例為37%～58%，而各研究階段的平均徑流量能滿足大部分生態(tài)需水指標。但是，春季徑流過程經(jīng)常缺乏流量脈沖。初步分析，以濕地、河道魚類和近海魚類為主要目標的全年生態(tài)需水量為86億m3，徑流過程需要階段性場次洪水。近三年來黃河入海徑流量明顯增加，河口生態(tài)進一步改善。建議小浪底水庫調(diào)度方案進行多年優(yōu)化調(diào)整，并兼顧春季流量脈沖的塑造，在更大程度上滿足河口生態(tài)需求。