小開河灌區(qū)濕地公園生態(tài)構(gòu)建與調(diào)控研究

史立紅，趙立杰，王云輝

（1.濱州市引黃灌溉服務(wù)中心，山東濱州256600；2.濱州市水利資源開發(fā)建設(shè)中心，山東濱州256600）

1 概況及背景

1.1 灌區(qū)概況

小開河引黃灌區(qū)位于黃河下游左岸，是全國大型灌區(qū)之一，介于東經(jīng)117°42'～118°04'、北緯37°17'～38°03'。灌區(qū)涉及濱州市的濱城區(qū)、惠民縣、陽信縣、沾化區(qū)、無棣縣、北海新區(qū)共6個(gè)縣（區(qū)），設(shè)計(jì)灌溉面積7.33萬hm2。灌區(qū)采用岸邊無壩引水，引黃必引沙，高含沙量的黃河水進(jìn)入灌區(qū)勢(shì)必不斷淤積。因此，灌區(qū)根據(jù)多年閘前黃河底高程及水位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)干渠，采取大比降遠(yuǎn)距離輸沙。干渠全長91.5 km，自上而下分別為輸沙渠長51.3 km、沉沙池長4.16 km、輸水渠長36.04 km。

1.2 灌區(qū)沉沙池濕地公園項(xiàng)目背景

濕地被譽(yù)為“地球之腎”，具有巨大的環(huán)境功能和生態(tài)效益，在降解污染、調(diào)節(jié)氣候、控制土壤侵蝕、美化環(huán)境等方面具有不可替代的作用。2017年12月，灌區(qū)獲批國家級(jí)濕地公園試點(diǎn)，歷經(jīng)3 a建設(shè)運(yùn)行，2020年成為國家級(jí)濕地公園。其沉沙池內(nèi)的原生植被與次生植被類型齊全、生物多樣、水質(zhì)良好、原生態(tài)特點(diǎn)突出，是多種的野生動(dòng)物棲息地以及鳥類遷徙停歇地，具有較高的保護(hù)價(jià)值和科研價(jià)值，對(duì)維護(hù)生態(tài)安全具有重要作用。

1.3 小開河沉沙池指標(biāo)及類型

小開河沉沙池濕地由灌區(qū)沉沙池演變形成，黃河水?dāng)y來沙質(zhì)土與原低洼鹽化潮土形成分片或分層的空間分布。黃河水經(jīng)輸沙渠進(jìn)入沉沙池后，流速變小，攜沙能力降低，泥沙不斷沉積，形成盆景式沙洲，生長出不同種類水生植物、底棲動(dòng)物和浮游生物。植被以鹽生草甸為主，分為黃須菜、馬絆草、蘆葦3個(gè)群系，植物資源豐富，使得與之相適應(yīng)而生存的動(dòng)物資源也非常豐富。沉沙池占地面積126.58 hm2，呈梭形，如圖1所示。

圖1 沉沙池區(qū)位及遙感影像

沉沙池總長4.155 km，由進(jìn)口連接段、擴(kuò)散段、等寬段和收縮段組成，設(shè)計(jì)參數(shù)及濕地類型劃分，詳見表1—2。

表1 灌區(qū)沉沙池設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 小開河沉沙池濕地類型及劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.4 濕地內(nèi)生物典型特點(diǎn)

小開河國家濕地公園地處暖溫帶半濕潤地區(qū)，四季分明，氣溫適宜，決定了沉沙池內(nèi)動(dòng)植物種類豐富多樣的典型特點(diǎn)。

沉沙池區(qū)域的維管植物有67科、150屬、214種。公園分布有國家Ⅱ級(jí)保護(hù)植物蓮和野大豆，落葉闊葉林植被以楊樹、柳樹為主，其中野生柳林是其特有景色。水生植被類型有挺水、沉水、漂浮、浮葉共4類植物。

公園內(nèi)有野生脊椎動(dòng)物189種。其中，國家Ⅱ級(jí)保護(hù)動(dòng)物有9種，如雀鷹、紅腳隼等；山東省重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物有17種，如金線蛙、白鷺等；《瀕危野生動(dòng)植物種國際貿(mào)易公約》中受保護(hù)的野生動(dòng)物有18種，如針尾鴨、綠翅鴨等。

2 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建目標(biāo)與方案

小開河沉沙池濕地公園是引黃灌區(qū)利用沉積泥沙建設(shè)人工濕地的典型，利用多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)其修復(fù)、保護(hù)，以此作為黃河三角洲區(qū)域引黃泥沙利用與濕地生態(tài)建設(shè)的示范項(xiàng)目，在提供安全穩(wěn)定水源方面具有重要意義。小開河沉沙池作為國家級(jí)濕地公園，其總體建設(shè)目標(biāo)是：以天然柳林群落和野大豆群落保護(hù)為重點(diǎn)，從維護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能完整性、保護(hù)生物多樣性的基本要求出發(fā)，建成以生態(tài)保護(hù)為主的集科普宣教、濕地體驗(yàn)等為一體的綜合性濕地生態(tài)長廊。

小開河沉沙池濕地公園保證重點(diǎn)是兼顧沉沙功能和濕地生態(tài)功能，其關(guān)鍵在于解決以下3個(gè)方面的問題：①高含沙水流溶解氧低，如何創(chuàng)造生物生存繁衍的水流條件；②沉沙池定期清淤，底質(zhì)破壞后的恢復(fù)時(shí)間和生物生長周期合理銜接，由此決定濕地定期清淤時(shí)間、濕地生物群落形成的最小時(shí)間；③濕地具有相對(duì)完整食物鏈的最小面積，以此確定合理的濕地保護(hù)面積和清淤面積。具體實(shí)施以下內(nèi)容。

（1）人工干預(yù)生態(tài)修復(fù)。首先對(duì)濕地加強(qiáng)保護(hù)，現(xiàn)已建成鋼絲網(wǎng)與生物圍墻相結(jié)合的防護(hù)圍網(wǎng)7 km，以構(gòu)建天然柳林和野大豆保護(hù)示范區(qū)；按重點(diǎn)保護(hù)保育區(qū)、恢復(fù)重建區(qū)2個(gè)部分實(shí)施濕地恢復(fù)，內(nèi)容包括：建設(shè)彎曲的生態(tài)水岸線，形成起伏的河底底棲環(huán)境，營造林地、開闊性水面、沼澤、草灘等不同棲息地類型，恢復(fù)濕地植被，恢復(fù)水鳥的天然繁殖生態(tài)環(huán)境。對(duì)沉沙池及外部水系清淤疏浚，實(shí)現(xiàn)溝通、拓寬，加寬水面，提高水容量。

（2）多管齊下保護(hù)水質(zhì)。建設(shè)生態(tài)隔離系統(tǒng)；發(fā)揮水生植物對(duì)水的凈化作用；初步構(gòu)建保護(hù)管理體系和科研監(jiān)測(cè)體系，定期監(jiān)測(cè)水質(zhì)，掌握水質(zhì)變化。

（3）確定清淤與濕地保護(hù)最佳方案。研究輸沙渠及沉沙池水沙特征，為兼顧沉沙池清淤和濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)完整提出最佳解決方案。

3 生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控及運(yùn)行方案探討

3.1 泥沙資源處置利用方法

3.1.1 沉沙池水沙特征

灌區(qū)引黃閘設(shè)計(jì)引水流量60 m3/s，年設(shè)計(jì)引水3.93億m3，累計(jì)引水量64.54億m3，年均引水2.8億m3。灌區(qū)以中、小流量引水為主，年均引水流量近年來有所降低。灌區(qū)每年2月初開始引水，近年來每年引水時(shí)間約180 d，保證了新鮮充足的黃河水進(jìn)入生態(tài)濕地。由于黃河調(diào)水調(diào)沙，引黃閘前河底高程降低，且引黃指標(biāo)受黃河管理部門嚴(yán)格管控限制，灌區(qū)已不具備初建時(shí)“大流量、遠(yuǎn)距離”的引水、供水條件，自2011年起上游輸沙渠不再是不沖不淤運(yùn)行狀態(tài)，年年清淤成為常態(tài)。沉沙池一直采取以挖待沉的方式處理泥沙，已累計(jì)清淤833.88萬m3。輸沙渠和沉沙池歷年清淤情況，詳見表3。

表3 1999—2020年輸沙渠、沉沙池清淤量

從表3可以看出，輸沙渠淤積有加大趨勢(shì)，且沉沙池2019、2020年清淤量增加約25%～50%（歷年來每年清淤約40萬m3）。根據(jù)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)來看，沉沙池進(jìn)口處500～1 700 m渠段，渠寬由50 m加寬至318.3 m，水流速度僅0.038 m/s，大量泥沙開始沉積于此。而沉沙池出口段的600 m為倒比降，使得此段也有泥沙沉積?？傊磕暌揽壳逵倌嗌硜肀ＷC灌區(qū)正常運(yùn)行，勢(shì)必會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響。

3.1.2 因地制宜，分散處理

根據(jù)灌區(qū)地形條件，合理規(guī)劃引、輸、沉、淤工程位置，盡量使入渠、入池、入地的水沙各得其所。盡量將清淤泥沙一次性遠(yuǎn)離渠道，以節(jié)省處理、防揚(yáng)塵覆蓋等費(fèi)用和減輕對(duì)生態(tài)環(huán)境的不利影響。

3.1.3 輸沙入田，改良耕地

渾水灌溉、輸沙入田是引黃灌區(qū)有效利用與處理泥沙的最經(jīng)濟(jì)方式。探討渠首改造方案，爭(zhēng)取最好的引水條件并輔以合理的管理措施，將泥沙輸送到下級(jí)渠道和農(nóng)田中以減輕集中處理的負(fù)擔(dān)。黃河水泥沙中較細(xì)顆粒的泥沙到田間后，還能起到改良土質(zhì)、增加土壤肥力的作用。

3.1.4 綜合利用，生產(chǎn)建材

沉沙池中的泥沙是在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中沉降，性質(zhì)比較單一，基本沒有動(dòng)植物殘?bào)w以及人類拋棄的垃圾等雜質(zhì)。此外，泥漿泵清淤把沉沙池中的淤泥吸到堆場(chǎng)這一作業(yè)過程實(shí)際上又對(duì)淤泥進(jìn)行了一次均質(zhì)化，使得淤泥在顆粒組成及化學(xué)成分方面的均勻性得到了進(jìn)一步提高，是做磚瓦的最好原材料。

3.2 改善水質(zhì)，優(yōu)化水環(huán)境

3.2.1 建立陸地集水區(qū)與水體生態(tài)屏障

河岸是陸地集水區(qū)與水體的重要生態(tài)屏障，是水域與陸地的界面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，沉沙池西側(cè)改建荷塘的岸線采用緩坡型自然原型河岸，主要采用樹樁和垂柳、灌木、水生植物護(hù)岸等形式。沉沙池北側(cè)魚塘的岸線主要采用自然型河岸帶，以種植植物為主，實(shí)行喬、灌、草相結(jié)合。

3.2.2 依靠生物，促進(jìn)水質(zhì)凈化

適宜的魚類、合理的放養(yǎng)密度是對(duì)水質(zhì)凈化起到積極作用的生物控制措施，同時(shí)還保證了濕地的生物多樣化和生態(tài)穩(wěn)定性。濕地內(nèi)的水生植物可以吸取水中重金屬和大量營養(yǎng)物。如，蘆葦、菖蒲等通過對(duì)水流的阻尼和減小風(fēng)浪擾動(dòng)使懸浮物質(zhì)沉降，并通過與其共生的生物群落相互作用達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

3.2.3 實(shí)施水系連通，提高濕地水容量

小開河沉沙池的主要功能為沉沙，應(yīng)按照灌區(qū)引水供水要求定期清理淤積泥沙，以保證小開河干渠及沉沙池的正常功能。對(duì)沉沙池及其周邊水系拓寬和疏浚，使之連通、濕地水面加寬、水容量加大。整個(gè)濕地水系的水流動(dòng)起來，能防止大面積的死水面形成，既改善濕地水質(zhì)又增加蓄水量。

3.3 構(gòu)建棄土區(qū)風(fēng)沙防護(hù)體系

在沉沙池兩側(cè)植草種樹，構(gòu)建一道風(fēng)沙生物防護(hù)體系，可將風(fēng)沙對(duì)周邊環(huán)境的威脅降至最低。沉沙池西側(cè)棄土場(chǎng)已形成泥沙堆積高地，由于每年棄土的需要，不能改造。因此，棄土區(qū)大面積土地裸露，屬強(qiáng)烈侵蝕區(qū)，可在其四周植樹綠化。

3.4 保護(hù)生物良好食物鏈

沉沙池內(nèi)點(diǎn)綴著泥沙淤積而成的盆景式沙洲，此區(qū)域可生長水生植物、浮游生物和底棲動(dòng)物，以相對(duì)較短的食物鏈支撐水鳥棲息。野大豆群落和天然柳林群落又可保證濕地內(nèi)植物面積，為各種鳥類提供捕食、棲息的場(chǎng)所，形成穩(wěn)定的濕地生物群落。

3.4.1 植物棲息地保護(hù)措施

對(duì)具有典型代表性的濕地植物群落進(jìn)行專門保護(hù)。

（1）野大豆保護(hù)措施。①劃定野大豆資源核心保護(hù)區(qū)，嚴(yán)格保護(hù)原生棲息地。沉沙池2+000—3+500區(qū)域現(xiàn)已建成防護(hù)圍網(wǎng)進(jìn)行專門保護(hù)，并設(shè)置了保護(hù)標(biāo)識(shí)牌，確保野生大豆種質(zhì)資源得以有效保護(hù)與繁衍，不受人為破壞。②就地保護(hù)和遷地保護(hù)相結(jié)合?？蓛?yōu)選一定數(shù)量的野大豆母株，建立種質(zhì)資源繁育保護(hù)示范區(qū)，將野大豆從其自然生態(tài)環(huán)境中轉(zhuǎn)移到人為生態(tài)環(huán)境中強(qiáng)化保護(hù)。③根據(jù)沉沙池實(shí)際情況，加強(qiáng)分散島嶼上野大豆種群之間的交流，在島嶼間可搭建人工浮橋，在浮橋上引導(dǎo)和栽種各種食源性植物，以促進(jìn)野大豆種群交流。

（2）對(duì)濕地內(nèi)的天然柳林分類分級(jí)制定保護(hù)措施，即設(shè)立核心保護(hù)區(qū)和緩沖保護(hù)區(qū)，四周全部設(shè)置圍欄、保護(hù)性標(biāo)志、觀測(cè)點(diǎn)、警示牌等多種工程措施。

3.4.2 鳥類棲息地保護(hù)措施

重點(diǎn)加強(qiáng)濕地水鳥生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，以維護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的完整性和野生生物的生存、繁衍條件。

（1）針對(duì)不同鳥類分區(qū)劃片保護(hù)。設(shè)定沉沙池東北部原生柳林為重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，其中林內(nèi)倒伏木和水中沙堆形成的灘涂為涉禽類重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域、林緣外開敞水面為游禽類重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，而散布在園區(qū)其他區(qū)域內(nèi)的人工林和天然林為鳴禽類重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域。

（2）加強(qiáng)人工植物配置，提高棲息地質(zhì)量。植被的選擇和配置是鳥類棲息地保護(hù)和營建的最主要內(nèi)容，具體可以采取以下措施：①注重植物群落的層次感與吸引力，構(gòu)建立體植物群落，增加空間異質(zhì)性和鳥類棲息地多樣性；②營造植物連通帶，應(yīng)用蘆葦、菖蒲等水生植物建成具有可滲透性的生態(tài)岸，增加水生生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，為鳥類提供水生生物、昆蟲等食物來源和棲息環(huán)境。

3.4.3 底棲生物保護(hù)措施

底棲生物是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定具有重要作用，其生物群落的變化能很好地反映水質(zhì)的變化。①設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，配置水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，主要監(jiān)測(cè)濕地水的流速、水位、pH、氮、COD等指標(biāo)；②維持一定水深的基本水面，水位的高低是影響底棲生物生存的一個(gè)重要條件，多年現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果顯示，0.5～0.8 m水深處的底棲生物豐富度高。

3.4.4 選擇科學(xué)合理的清淤時(shí)間及區(qū)域

沉沙池采用“以挖待沉”的管理運(yùn)行方式。為最大限度地減少對(duì)生物的影響，且與農(nóng)業(yè)灌溉供水不沖突，對(duì)濕地范圍內(nèi)的蘆葦、野生大豆群落影響也最小，多年來清淤時(shí)間基本選擇在11月下旬至12月下旬，工期約30～40 d。施工機(jī)械選用泥漿泵，由鄰近的白楊河提供施工用水。清淤范圍重點(diǎn)為淤積量最大沉沙池上部的擴(kuò)散段，盡量不擾動(dòng)挺水植物生長區(qū)。首先填筑施工圍堰將清淤區(qū)和非清淤區(qū)分隔，其次將清淤區(qū)內(nèi)的水排至非清淤區(qū)，確保水生物的生存空間。

4 結(jié)語

小開河沉沙池濕地保護(hù)是飲用水源地保護(hù)的典范。灌區(qū)累計(jì)引水64.54億m3，不僅解決了工農(nóng)業(yè)用水、群眾飲用水問題，而且使下游大片鹽堿荒蕪地得以改造，果蔬品質(zhì)大大提升。實(shí)踐證明，黃河水經(jīng)過沉沙池濕地凈化后，水質(zhì)可達(dá)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，保障了下游北海水庫水質(zhì)安全。沉沙池濕地植物種類增加，植被覆蓋率提高，有效地控制了水土流失，并吸引了天鵝、白鸛等珍稀鳥類來此棲息。該區(qū)域?qū)儆诘湫偷娜斯竦卮龠M(jìn)人與自然和諧相處的案例，具有顯著的科普教育和生態(tài)保護(hù)價(jià)值。