河北衡水湖濕地生態(tài)補(bǔ)水策略的探討

郭子良 張余廣 劉麗

（1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，濕地生態(tài)功能與恢復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；2 河北衡水湖濕地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，河北 衡水053000；3 河北衡水湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理委員會(huì)，河北 衡水 053000；4 河北省邢臺(tái)水文水資源勘測(cè)局，河北 邢臺(tái)054000）

濕地是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在調(diào)節(jié)大氣組成、凈化水質(zhì)和維持生物多樣性等方面發(fā)揮著不可替代的作用（崔麗娟, 2004）。濕地的生態(tài)狀況已成為影響區(qū)域生態(tài)安全格局，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，建設(shè)美麗中國(guó)的重要內(nèi)容。隨著人類活動(dòng)和全球變化的加劇，很多地區(qū)的濕地面臨面積減少、結(jié)構(gòu)改變、功能衰退等危機(jī)（楊杰峰等, 2016）。生態(tài)補(bǔ)水已成為解決缺水地區(qū)濕地萎縮、生態(tài)環(huán)境惡化和野生動(dòng)植物生境喪失的重要措施（劉波等, 2015； 裴俊等, 2018）。我國(guó)也開(kāi)展了扎龍濕地、黃河三角洲濕地、南四湖、烏梁素海等眾多的生態(tài)補(bǔ)水工程，補(bǔ)充水資源，改善濕地生態(tài)狀況及生態(tài)功能（萬(wàn)芳, 2009； 馮夏清等, 2010； 劉波等, 2015）。

華北地區(qū)屬于我國(guó)歷史文明的發(fā)源地，在長(zhǎng)期的開(kāi)發(fā)利用下，區(qū)域水資源短缺和用水矛盾十分突出，已經(jīng)嚴(yán)重影響水生態(tài)安全（夏軍等, 2004）。河湖濕地減少、地下水漏斗、濕地水質(zhì)較差等成為該地區(qū)面臨的重大問(wèn)題，亟需解決（龐亞瑾等, 2016； 張俊等, 2018）。同時(shí)，生產(chǎn)、生活用水的快速增長(zhǎng)不斷壓縮華北地區(qū)水資源的生態(tài)功能，造成濕地退化，進(jìn)而導(dǎo)致濕地萎縮、地下水漏斗、水污染等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

1 衡水湖概況

衡水湖位于衡水市桃城區(qū)西南約5 km 處，115°28′59″～115°41′40″E，37°32′14″～37°41′25″N（高慶華, 2003）。衡水湖為黑龍港流域沖積平原沖蝕低地內(nèi)的天然湖泊，由黃河改道沖刷而形成，史稱“千傾洼”，曾為黃河、漳河和滹沱河故道，湖底海拔高程18m 左右。目前，衡水湖已成為我國(guó)唯一經(jīng)過(guò)大規(guī)模排水造田，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后又重新蓄水、恢復(fù)濕地景觀的湖泊濕地。

建國(guó)初期，衡水湖總面積達(dá)120 km2，南北長(zhǎng)20 km，東西 寬6 km（張彥增, 2010）。20 世 紀(jì)五六十年代，受圍湖造田、來(lái)水減少等影響，衡水湖曾經(jīng)基本干涸。在20 世紀(jì)70年代之后，衡水湖通過(guò)重新修建、擴(kuò)建、引水、蓄水等措施，才逐漸恢復(fù)了水域、林地和灘涂等景觀（孫煥頃等, 2013）。并于2000年7 月經(jīng)河北省政府批準(zhǔn)，成立衡水湖濕地和鳥類省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，2003年經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)晉升為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。目前衡水湖已成為我國(guó)北方典型而稀缺的內(nèi)陸淡水湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)，為南北遷徙的候鳥提供了適宜的棲息地和庇護(hù)所。但衡水湖上游來(lái)水匱乏，基本需要通過(guò)生態(tài)補(bǔ)水來(lái)維持其濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。

2 濕地生態(tài)補(bǔ)水策略

生態(tài)補(bǔ)水策略涉及補(bǔ)水水源、補(bǔ)水水量、補(bǔ)水時(shí)間、補(bǔ)水范圍和補(bǔ)水線路等多方面的因素，其顯著影響著生態(tài)補(bǔ)水的效果（卓俊玲等, 2013； 劉波等, 2015）。選擇合適的生態(tài)補(bǔ)水策略必須結(jié)合濕地自然補(bǔ)給水源狀況、水情變化規(guī)律和流域自然地理特征等。目前生態(tài)補(bǔ)水策略的研究主要集中在利用濕地生態(tài)需水量的計(jì)算來(lái)確定特定補(bǔ)水目標(biāo)下的生態(tài)補(bǔ)水量。濕地生態(tài)需水量計(jì)算主要通過(guò)確定表征濕地特征的目標(biāo)水位、目標(biāo)水量和目標(biāo)生物密度等指標(biāo)確定需水量（張珮綸等, 2017）。補(bǔ)水時(shí)間目前主要通過(guò)干旱期的識(shí)別來(lái)確定，其基本上依據(jù)多年濕地水位、降水量、蒸散發(fā)等數(shù)據(jù)。補(bǔ)水水源和補(bǔ)水線路等策略則需要結(jié)合流域水資源特征、地形地貌和補(bǔ)水對(duì)象濕地類型等進(jìn)行分析。但目前濕地生態(tài)補(bǔ)水策略對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的水文和物質(zhì)循環(huán)過(guò)程、野生動(dòng)植物適宜生境需求等考慮較少。

3 濕地生態(tài)補(bǔ)水的目標(biāo)和潛在影響

3.1 濕地生態(tài)補(bǔ)水的目標(biāo)

生態(tài)補(bǔ)水是在生態(tài)需水研究的基礎(chǔ)上提出的，用于解決區(qū)域水資源平衡，恢復(fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程和功能，目前生態(tài)補(bǔ)水已成為實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源優(yōu)化配置、保障濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的重要措施之一，其對(duì)象主要是因全球變化和人類活動(dòng)等造成缺水進(jìn)而退化的湖泊濕地、河流濕地和沼澤濕地（張珮綸等,2017）。濕地生態(tài)補(bǔ)水策略能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)濕地水文過(guò)程的人為動(dòng)態(tài)管理，減弱水資源再分配對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾，實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)管理(裴俊等,2018)，其主要目標(biāo)就是通過(guò)人為補(bǔ)水措施恢復(fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的水文過(guò)程，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，為野生動(dòng)植物提供更加適宜的生境。大部分的生態(tài)補(bǔ)水策略已促進(jìn)了區(qū)域的濕地水質(zhì)、地下水位、濕地生物多樣性的進(jìn)一步改善(萬(wàn)芳,2009；劉波等, 2015)。

3.2 濕地生態(tài)補(bǔ)水的潛在影響

濕地生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜，生態(tài)補(bǔ)水措施改變了濕地本身的水位和水文過(guò)程，進(jìn)而會(huì)影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)及其野生動(dòng)植物的生存、濕地水鳥的繁殖等。生態(tài)補(bǔ)水水量和補(bǔ)水時(shí)間直接影響濕地水位變化，導(dǎo)致濕地植被分布格局、有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程和水鳥適宜生境等的改變。研究表明，濕地水位的變化直接控制濕地生態(tài)系統(tǒng)植物群落的分布格局、物種多樣性和群落演替等（徐治國(guó)等, 2006）。在高水位淹水條件下，生物有機(jī)殘?bào)w在還原環(huán)境下的分解速率緩慢，而水位降低會(huì)加速有機(jī)體的分解，從而影響水質(zhì)（Lenssen et al, 1999； 田應(yīng)兵等, 2005）。而且不同的水位波動(dòng)范圍，對(duì)不同的越冬水鳥棲息地及其食物資源有不同的影響。卓俊玲等（2013）選擇丹頂鶴Grus japonensis、東方白鸛Ciconia boyciana 和黑嘴鷗Larus saundersi 為指示物種，開(kāi)展生態(tài)補(bǔ)水條件下的黃河三角洲水鳥適宜棲息地的變化研究。不同時(shí)間段濕地水位變化可能對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程產(chǎn)生顯著影響，特別是在濕地的消落帶(程瑞梅等, 2010)。

表1 衡水湖多年平均月蒸發(fā)量和降水量（張彥增等, 2010）Table 1 Averagemonthly evaporation and precipitation in Hengshui lake formany years

4 衡水湖濕地生態(tài)補(bǔ)水情況分析

衡水湖濕地的生態(tài)補(bǔ)水主要來(lái)自于引黃入冀（或引黃濟(jì)淀），引黃河水供給河北滄州、白洋淀、衡水湖及沿途區(qū)縣的農(nóng)業(yè)灌溉與生態(tài)補(bǔ)水。目前，衡水湖沒(méi)有自然入湖徑流，其周期性的水位波動(dòng)主要受生態(tài)補(bǔ)水的影響。1994-2017年，衡水湖水位變化情況見(jiàn)圖1。其中，最高水位集中在20.8m 左右，近些年水位保持相對(duì)穩(wěn)定，但最低水位和平均水位變異幅度較大。而衡水湖最高水位和最低水位高差基本保持在1～2m，水深變化較大，特別是在集中補(bǔ)水期水位較快升高。

近10年，每年水位年變化曲線之間存在很大的差異，主要表現(xiàn)為補(bǔ)水期不一致，導(dǎo)致其水位的非規(guī)律性波動(dòng)。而且衡水湖沒(méi)有進(jìn)行長(zhǎng)期的持續(xù)性生態(tài)補(bǔ)水，每年通過(guò)1 次或2 次的短期補(bǔ)水過(guò)程，使衡水湖快速升至最高水位（圖2）。其中，絕大部分時(shí)間采取的是冬春枯水期補(bǔ)水，因此，衡水湖基本上保持冬季高水位、夏秋季低水位的水文特征，但在個(gè)別年份也會(huì)采取春季和夏季補(bǔ)水的生態(tài)補(bǔ)水策略，如2008年和2016年等。

5 衡水湖濕地生態(tài)補(bǔ)水存在的問(wèn)題

5.1 無(wú)穩(wěn)定的生態(tài)補(bǔ)水策略，補(bǔ)水時(shí)間與當(dāng)?shù)刈匀凰倪^(guò)程不一致

長(zhǎng)期以來(lái)，衡水湖實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水的水文過(guò)程具有很大的波動(dòng)性，沒(méi)有明顯的補(bǔ)水規(guī)律。衡水湖主要通過(guò)非生長(zhǎng)季的生態(tài)補(bǔ)水來(lái)滿足衡水湖及其周邊區(qū)域在生長(zhǎng)季對(duì)水資源的需求。而在該地區(qū)降水較為集中的七、八月份，衡水湖水位基本上保持持續(xù)降低狀態(tài)，既沒(méi)有自然河流的匯入，也沒(méi)有外來(lái)生態(tài)補(bǔ)水（表1）。這與華北地區(qū)夏季洪水期的自然水文過(guò)程產(chǎn)生了截然的反差。同時(shí)，3-7 月衡水湖具有較高的蒸散發(fā)，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水量激增，往往造成衡水湖水位的急速下降，見(jiàn)圖2 和表1（王春澤等, 2008）。在缺少自然徑流和外來(lái)生態(tài)補(bǔ)水的情況下，極易造成衡水湖的生態(tài)干旱期。

5.2 沒(méi)有考慮生態(tài)補(bǔ)水對(duì)衡水湖物質(zhì)循環(huán)和水質(zhì)的影響

沒(méi)有持續(xù)性的地表徑流補(bǔ)給，導(dǎo)致衡水湖水體的水動(dòng)力條件較差，不易于發(fā)揮濕地的水質(zhì)凈化服務(wù)功能。同時(shí)，生長(zhǎng)季水位下降造成野生植物的大量生長(zhǎng)，河道和湖區(qū)有機(jī)物質(zhì)大量積累。但在秋冬季節(jié)快速補(bǔ)水過(guò)程，使得衡水湖快速形成大面積的缺氧環(huán)境，厭氧環(huán)境則降低有機(jī)物的降解速率。來(lái)年，衡水湖水位持續(xù)下降又促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的快速分解，同時(shí)水體流動(dòng)性較差，可能造成衡水湖湖區(qū)及周邊水體的有機(jī)污染加重，如總氮、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)超標(biāo)。

5.3 沒(méi)有考慮生態(tài)補(bǔ)水對(duì)濕地野生動(dòng)植物的影響

如果考慮生態(tài)補(bǔ)水對(duì)濕地野生動(dòng)植物的影響，冬高夏低的水位特征難以滿足衡水湖地區(qū)水鳥對(duì)適宜生境的需求。同時(shí)，生態(tài)補(bǔ)水對(duì)鳥類繁殖產(chǎn)生負(fù)面影響，主要表現(xiàn)在水位快速升高對(duì)其繁殖過(guò)程的破壞。冬春季的快速生態(tài)補(bǔ)水過(guò)程可能淹沒(méi)水鳥的繁殖場(chǎng)所，進(jìn)而影響其種群數(shù)量，如青頭潛鴨Aythya baeri、白骨頂Fulica atra 和斑嘴鴨Anas poecilorhyncha 等。在鳥類繁殖期，過(guò)低的水位也增加了人類活動(dòng)或鼠類取食等對(duì)水鳥繁殖地的干擾。夏季衡水湖水量的快速減少，促進(jìn)其水體溫度和有機(jī)質(zhì)濃度升高，水中的溶解氧降低，威脅魚類生存。在生長(zhǎng)季的低水位，使湖區(qū)形成了大面積的1m 左右水深生境，也促進(jìn)了湖區(qū)內(nèi)蘆葦和香蒲的擴(kuò)張。

圖1 1994-2017年衡水湖逐年水位變化Fig.1 Variation of water level Hengshui lake year by year from 1994 to 2017

圖2 2007-2017年衡水湖每年逐月水位變化Fig.2 Variation of water level Hengshui lake everymonth from 2007 to 2017

5.4 沒(méi)有考慮周邊區(qū)域影響，無(wú)湖底淤積和生物入侵等防控措施

衡水湖生態(tài)補(bǔ)水過(guò)程采取直接注水的方式，并未對(duì)其進(jìn)水進(jìn)行沉砂池處理，容易造成湖底淤積，而且也沒(méi)有對(duì)其補(bǔ)水的水生生物進(jìn)行監(jiān)控，使衡水湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)面臨潛在生物入侵的風(fēng)險(xiǎn)。此外，衡水湖周邊仍存在大量的農(nóng)田和魚塘等，生態(tài)補(bǔ)水過(guò)程沒(méi)有考慮周邊農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)衡水湖水資源的影響，生態(tài)補(bǔ)水線路、補(bǔ)水時(shí)間和補(bǔ)水過(guò)程等仍需科學(xué)評(píng)估和論證。

6 衡水湖濕地生態(tài)補(bǔ)水管理建議

6.1 開(kāi)展生態(tài)補(bǔ)水策略模擬研究，促進(jìn)衡水湖水質(zhì)保護(hù)

開(kāi)展基于水質(zhì)保護(hù)的生態(tài)補(bǔ)水方案模擬研究，分析不同水位條件下湖區(qū)消落帶物質(zhì)循環(huán)過(guò)程。通過(guò)模擬不同生態(tài)補(bǔ)水策略下的衡水湖碳氮循環(huán)過(guò)程和特征等，遵循自然科學(xué)規(guī)律，選擇控制衡水湖有機(jī)污染的最優(yōu)補(bǔ)水方案，開(kāi)展生態(tài)補(bǔ)水對(duì)湖底淤積和生物入侵等影響的監(jiān)控。

6.2 避免生態(tài)補(bǔ)水對(duì)水鳥生境的負(fù)面影響，關(guān)注水鳥保護(hù)管理

開(kāi)展衡水湖濕地水鳥專項(xiàng)調(diào)查，查明該地區(qū)夏季繁殖水鳥的繁殖期、筑巢地特征等。基于水鳥繁殖期、越冬期的適宜生境特征分析，研究不同時(shí)期的水位變化對(duì)水鳥棲息地的影響，特別是在繁殖期的水位變化對(duì)青頭潛鴨、鳳頭鸊鷉Podiceps cristatus和白骨頂?shù)扔绊?。開(kāi)展基于不同種類水鳥棲息地保護(hù)的生態(tài)補(bǔ)水方案模擬研究，減少或避免繁殖期生態(tài)補(bǔ)水對(duì)水鳥繁殖的影響。

6.3 提高衡水湖水體流動(dòng)性，控制最低水位

從衡水湖流域整體考慮，改變現(xiàn)有生態(tài)補(bǔ)水策略，保障衡水湖與周邊河道生態(tài)需水。建議根據(jù)地形特征優(yōu)化補(bǔ)水方案，從西南部高海拔的冀碼渠進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，并形成持續(xù)性的生態(tài)補(bǔ)水過(guò)程。同時(shí)對(duì)湖區(qū)內(nèi)魚塘進(jìn)行改造，形成局部水循環(huán)過(guò)程，提高衡水湖水體流動(dòng)性，提升濕地水質(zhì)凈化等服務(wù)。建立動(dòng)態(tài)的生態(tài)補(bǔ)水機(jī)制，控制衡水湖最低水位，保證其水深，避免夏季水位過(guò)低對(duì)湖區(qū)水質(zhì)和野生動(dòng)植物造成的影響。

6.4 考慮周邊農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)衡水湖水資源的影響

目前衡水湖周邊仍存在大面積的農(nóng)田、魚塘等，這些漁業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)需要大量的水資源，而其往往采用直接抽取衡水湖地表水的方式從事生產(chǎn)活動(dòng)，特別是在生長(zhǎng)季。因此，衡水湖生態(tài)補(bǔ)水方案制定應(yīng)充分考慮周邊漁業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)衡水湖水資源和生態(tài)補(bǔ)水過(guò)程的影響。