（水文学及水资源专业论文）黄河三角洲地下水动态及其生态效应.pdf

摘要 地下水作为生态环境的重要组成部分，具有不可忽视的生态效应。理解和掌 握地下水的动态变化规律是在一个地区实行水资源管理和土地利用管理的先决 条件。地下水的水位、补给和排泄条件与地表植被的分布和组成之间具有非常复 杂的联系。在地下水、微地形和土壤含盐量等生境要素影嘲下，黄河三角洲的植 被分布显示出鲷显的时空变异规律。本文以地下水流数值模型为基础，结合g i s 空间分析、遥感图像解译制作植被图和植被摊序等方法对黄河三角洲地下水生态 效应进行研究。 本文在对植被采样和植被生境调查的数据进行聚类分桥的基础上，按照不同 的植被对地下水垤深和土壤含盐量适宜的程度，将黄河三角洲的植被类型分为三 类：林地类、经济作物类和耐盐植被；并对s p o t 影豫解译制作檀被图，对魄地 下水埋深分布图，找出地下水埋深分布和植被分布之间的联系。应用d c c a 植 被排序方法，分析植被分南和多个环境因予之间的相关性，结果证明地下水的埋 深是影响植被分布的最为重要的环境要素。 根据成陆年龄，将黄河三角洲划分为不同的生态亚区。结合植被图和地下永 埋深分布图，具体分析了各生态亚区中地下水的补给区、过渡区、排泄区不同的 生态特征及其面临的蠲题。从地下水角度出发，指出造成黄河三角洲生态退化的 主要原因是补给区的缺乏淡水补充、过渡区的土壤盐渍化和排泄区的海水入侵。 最后，提出了基于保护黄河三角洲生态环境的地下水管理方案。并用 m o d f l o w 对实施方案后，地下水水位、地下水流动方向、补给和排泄条件的 变化进行了预测。根据模型预测结果，鼓道翰水、减灌摊碱、湿地恢复方案的实 施将改善地下水水质、增加淡水补给、降低盐碱化程度，有效地改善生态环境、 提供高生物多样性水平。 关键词：地下水、生态效应、m o d f l o w 、d c c a 、黄河三角洲 a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n te n v i r o n m e n t a le l e m e n t ，g r o u n d w a t e r se c o l o g i c a le f f e c tc a r ln o t b en e g l e c t e d k n o w l e d g eo fg r o u n d w a t e rs ”t e mi sap r e r e q u i s i t ef o ru p - t o d a t e i n t e g r a t e dl a n da n dw a t e rm a n a g e m e n t t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ng r o u n d w a t e rl e v e l ， r e c h a r g e ，d i s c h a r g ea n dv e g e t a t i o nc o v e ri si n t r i c a t e t h ev e g e t a t i o nd i s t r i b u t i o n s h o w so b v i o u s l ys p a t i a ld i f f e r e n c ea n dt e m p o r a lv a r i a n c eu n d e rt h ei n f l u e n c eo f m i c r o t o p o g r a p h y , g r o u n d w a t e rd e p t h ，a n ds o i ls a l i n i t y am e t h o d o l o g yi sp r e s e n t e d f o ra s s e s s i n gt h ev e g e t a t i o n g r o u n d w a t e rr e l a t i o n s h i p ，i n c l u d i n gg r o u n d w a t e rm o d e l ， s p a t i a la n a l y s i sw i t hg i s ，v e g e t a t i o nm a pt r a n s l a t e df r o mr e m o t es e n s ei m a g ea n d v e g e t a t i o no r d i n a t i o n a f t e ra n a l y z i n gt h ev e g e t a t i o na n ds i t e s u r v e yd a t a , t h ev e g e t a t i o nt y p ei n y r d ( y e l l o wr i v e rd e l t a ) c a nb es u b d i v i d e di n t ot h r e ec a t e g o r i e sc o r r e s p o n d i n gt o g r o u n d w a t e rd e p t ha n ds a l i n i t yt o l e r a n t , ：f o r e s t ，e c o n o m i cp l a n t s ，s a l tt o l e r a n tp l a n t s a f t e rc o m b i n i n gt h ev e g e t a t i o nd i s t r i b u t i o nw i t ht h eg r o u n d w a t e rd e p t h ，s o m e p r i m a r yr e l a t i o n s h i pc a nb ea c q u i r e d d c c am e t h o di su s e dt oq u a n t i f yt h i s r e l a t i o n s h i p a n dt h er e s u l t si n d i c a t e g r o u n d w a t e rd e p t h i st h em o s ti n f l u e n t i a l e n v i r o n m e n t a lf a c t o r t h r e ee c o l o g i c a ls u b z o n e sa r ed e l i n e a t e do nt h eb a s i so fy e & f so fl a n d + i ne a c h z o n e ，d i f f e r e n tv e g e t a t i o nc o m p o s i n g f e a t u r e sa n d e c o l o g i c a lp r o b l e m s i n g r o u n d w a t e rr e c h a r g e ，t r a n s i t i o n ，d i s c h a r g ea r e a s a r ed i s c u s s e ds e p a r a t e l y , u s i n g s p a t i a la n a l y s i so fg i s f r o mt h ep o i n to fg r o u n d w a t e r , t h ee c o l o g i c a lp r o b l e m si n y r dc a nb ec o n c l u d e da s ：l a c ko ff r e s hw a t e ri ng r o u n d w a t e rr e c h a r g ea r e a s ，s o i l s a l i n i z a t i o ni ng r o u n d w a t e rt r a n s i t i o n a la r e a s ，a n ds e a w a t e ri n t r u s i o ni ng r o u n d w a t e r d i s c h a r g ea r e a s g r o u n d w a t e r - r e l a t e dm a n a g e m e n tm e a s u r e sa r eb r o u g h tf o r w a r da tt h el a s tp a r t o ft h i sp a p e r , s u c ha sw a t e rc o n v e y a n c ea l o n gr i v e rc o u r s e ，c o n t r o l l i n gi r r i g a t i o na n d a l l e v i a t i n g s a l i n j z a t i o n w e t l a n dr e s t o r a t i o n t h e p o t e n t i a l s i t u a t i o na f t e r i m p l e m e n t i n g t h em e a s u r e si ss i m u l a t e d b yg r o u n d w n e rm o d e l c h a n g e s i n g r o u n d w a t e rl e v e l ，f l o wd i r e c t i o n ，r e c h a r g ea n dd i s c h a r g ea m o u n th a v eb e e n t tt c a l c u l a t e d t h er e s u l ti n d i c a t e st h a ta l lm e a s u r e sw i l lm a k eg o o de f f o r t so nl o c a l e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n de n h a n c et h el e v e lo f b i o d i v e r s i t y k e yw o r d s ：g r o u n d w a t e r , e c o l c g i c a le f f e c t ，m o d f l o w , d c c a ，y e l l o wr i v e r d e l t a 且u青 黄河三角洲作为东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁徙的重要越冬地和繁殖地， 其特有的原生湿地生态系统和温地生物资源，在世界生物多样性保护中具有重要 地位。近年来河口地区城市发展、油田开发、农业生产和生态保护所产生的尖锐 用水矛盾问题，使得黄河河口生态需水难以得到充分保证，河口三角洲大片淡水 湿地因缺水发生萎缩，土壤盐碱化、河口海水入侵和湿地生态功能退化状况依然 严重，河口典型和珍稀生境难以得到有效保护。如何科学配置黄河水资源，修复 受损的河流生态系统，促进黄河三角洲生态的良性循环，已成为黄河流域管理机 构面临的重要工作。 2 0 0 3 年4 月，黄委会立项开展黄河河口淡水湿地生态环境需水量研究。依 托于该项目，本论文的写作目的在于分析该地区地下水对植被生态的影响作用， 对黄河三角洲生态需水量和生态配水方案提出合理化建议。本文以地下水模型为 基础，掌握地下水动态变化规律，结合植物生态学经典的分析方法，论述地下水 对植物分布和组成的影响作用。通过对生态系统的分区分析，提出每一生态亚区 的生态特征和其所面临的生态问题。最后提出了以保护黄河三角洲生态多样性为 目标的地下水管理方案。预测未来在生态配水情况下地下水各要素的变化情况， 以及由此带来的生态效应。 通过对地下水动态、植被分布时空变异规律、地下水的生态效应等问题的研 究，指出造成植被生态退化的原因提出与地下水相关的管理措施。以期为黄河 三角洲的水资源配置、土地利用规划和生态环境保护提供理论依据和实践参考。 由于水平所限，文中不当之处敬请各位老师和专家批评指正。 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 芝瘟盛 z 。7 年弓月多。日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 董8 隧加7 年弓月；。日 第一章综述 1 1 生态水文学与生态水文地质学 在植物生态学中，生境足一个重要的概念。生境是指生物体或生物群落栖居 的地方，包括周围环境中一切生物和非生物的环境和条件。水是地球上大多数生 态系统的重要的环境要素。生态学家越来越重视水文过程对生境条件的影响，并 且同水文学家进行密切的合作。通过生境的概念，生态学和水文学两个独立的学 科相结合产生了生态水文学这一交叉学科。 生态水文学( e c o h y d r o l o g y ) 的定义较多，不同的学者从各自研究的角度出 发对生态水文学给出不同的定义。该学科最初( 上世纪七十到八十年代) 源于湿 地生态学中的湿地生态系统的管理和恢复领域。b a i r d ( 1 9 9 7 ) 认为生态水文学 是研究水文过程与植物分布、生长相互作用的水文学与生态学相互作用的一门交 叉学科，其研究对象不仅包括湿地生态系统，而且还涉及到干旱地区生态系统、 森林和树林生态系统、江河生态系统、湖泊生态系统及水生生态系统等【0 。3 。 生态水文学已成为当今热门的学科，其主要研究内容为：陆生环境与水生环 境植物与水分关系，阐述和探讨不同环境中植物一水分的各种相互作用问题；在 流域尺度上研究水文和生物相互功能关系；在生态模式和生态过程的基础上，探 讨影响植被变化的水文学机制；在质量守恒和能量守恒的基础上，在周围环境不 同的情况下，研究生态变化过程的机制；研究水文循环与生态系统之间的相互作 用机理和过程。 生态水文地质学是一门研究地下水与地表植被生态间相互作用过程和机制 的学科。阳光、大气、土壤和水是生命存在的四大基本要素，在地球表面后两个 要素的时空变化差异性最大，对植被生长的影响也最大，大气降雨和地表水体也 必须进入土壤后才会对植被的生长发挥作用，而水与土壤的相互作用正是水文地 质学的研究领域。 借助生态学和水文地质学的研究方法，融合两个学科的研究成果，在保 持生态多样性的基础上使地下水水量和水质保持均衡，预测地下水水文过程 对生态环境的影响效应，达到地下水资源可持续利用的目的，是生态水文学 当前的主要任务。 美国地下水杂志2 0 0 3 年第三期社论指继：社会。二关心的问题不仅仅局 限在水文学上。比如说，对泉、湖、河流、湿地抽水会有什么影响? 面对这样的 问题，水文学家通常会收集大量的水文地质资料，建立一个模型，然后得出关于 水位1 f 降、沆量减小的精确 砉计。但是，这并不是公众所关心的，公众关一1 5 , 的是， 抽水会对与该系统相关的植物、鸟类、鱼类以及其他一些感兴趣的动物产生什么 影响? 为了让“生态水文学”不只是一个时髦名词，水文学家已经需要参与交叉 学科的研究。不仅涉及到解释水文原理和概念，而且包括学习和了解生态原理和 概念。 生态水文学是一门年轻的学科，它是从生态水文过程着手研究水环境系统的 演化帮演变对生态系统的现在及潜在的影响和作用。 1 2 地下水对植物生境的影响作用 植物生态学家想要理解为什么特定的植物会出现在某地，以此了解适合它生 长的环境，以及预测未来在自然条件改变或入为干扰情况下某种植被分布的变化 情况。 在世界上大部分地区( 除了气候极端的地区) 影响植被生境的非生物要素主 要包括： 土壤含盐量； 土壤含水量； 土壤营养物质含量； 酸碱度； 但是直接研究这些生境要素是匿难的。首先，详细接述这些生境要素空趣分 布的资料很难获得。其次，这些生境要素在人类二下二扰的条件下迅速的改变，现在 的状态不能够代表之前或未来的情况。地下水作为影响生境要素分布的驱动力， 受到水文学和生态学领域的广泛关注。地下水运动过程中各种物理量( 水位、埋 深、矿化度、补给量、摊溜量和蒸发量) 和化学成分的变化，会极大地影响壤 性质，导致植被生长条件的变化，如土壤盐碱化、沙漠化稻荒漠化就是该过程的 具体表现。 臻下采太垃 蚓臻影响蚣盎金叁墨 溉一， 藏蕴拄 t j 鬈爱言妻尊 扩 土整盎。是量 赢：接影嘲 主壤奢未量 溅j ： 土壤曹蒜耘雁奢 筮壁厦 i 地，疋十f l 陂绁成 时 ， 分 如 图1 - 1 环境因子对棱被组成的影响作用 一般来说，盐分和营养物质随着地下水流运动富集在地下水排泄区和地下水 埋藏浅的地区。同时，地下水融补给区流向排泄区，排泄区地下水斡流量和水质 又受到补给区的影响。因此，理解地下水对植被生境的影响作用首要的是从地下 水流系统的概念出发，掌握地下水的运动规律和动态变化特征。 尽管地下水对生态系统的重要性已经被广泛接受，但目前为止很少有人将地 下水作为生态环境的驱动力，定量的研究地下水对生态环境的影响作用。地下水 流数值模型具有广泛的科学基础和大量的基础数据等特点。通过建立地下水流模 型，掌握地下求在时空上变化的规律，将有助予理解地下永与生态系统的相互作 用。 根据生态系统和地下水流系统相互作用发生环境的不同，将这种相互作用划 分为三类，分别是：地下水补绘区的陆地生态系统，地下水排泄区的陆地生态系 统，同造下水有复杂的相互作用的湿地水生生态系统。 ( 1 ) 地下水补给区的生态系统 地下水补给区、排泄区的分布同地表形态的变化有着密切的关系。地下水补 给区一般位于地势较高的地方，埋藏较深、蒸发量小且地下水补给区一般有比较 稳定的淡水补给来源，例如，河流的侧渗补给、降水补给、冰川融雪补给等。地 下水水位受到这些季节性或常年性补给来源的直接影响，例如河流一旦断流，其 周边地下水水位急剧下降。补给区的地下水水质一般较好。补给区的植被一般为 多年生、根系发达，对环境要求较高的高大植被。 ( 2 ) 地下水排泄区的生态系统 地下水的排泄区一般位于地势低洼的地方。排泄区的地下水一般接近地表或 出露地表。排泄区一般土壤较为湿润，营养物质和盐分含量较高，适合那些季节 性的、根系短浅的、喜湿且矮小的植物。蒸散是排泄区重要的水文过程。蒸散包 括潜水的蒸发和植物的蒸腾作用。当植物的需水量超过地下水的供给能力时会引 起地下水水位的下降，阻碍植物正常的吸收水分、影响植物生长。 ( 3 ) 湿地水生生态系统或过渡区生态系统 地下水和湿地生态系统之间存在着极为复杂的联系。水分和营养物质在这个 系统内的运移形成了不同的生态系统类型和独特的生境。地下水和湿地生态系统 的相互作用表现在两个相反的方向上。一方面，地下水向上补给地表水，提供湿 地水生植物生长所需水分。另一方面，地表水渗漏补给地下水，并将营养物质和 盐分输送到地下水排泄区。在不同的季节，随着地表水水位和地下水水位的变化， 补给区和排泄区之间可以相互转化。在同一季节，补给区和排泄区分布在同一湿 地的不同位置。在人为干扰的条件。r ，例如疏干，这种变化更为剧烈。 1 3 国内外研究进展 国外研究地下水流运动对植被生态的影响采取的技术手段主要包括：水文制 图、植被制图、建立地下水模型和水化学分析等，大多数情况下结合遥感和g i s 技术。 f r a n sk 1 i j n ( 1 9 9 9 ) 将荷兰全国范围内的与生态系统相关的地下水流系统进 行划分，并同植物群落的出现进行相关分析。分析结果表明，在贫瘠的更新世沙 壤中，地下水的渗流很好地解释了某些植物或群落出现的原因。而在河流泛滥形 成的冲积平原地区，这种一致性显然受到土壤要素的影响。结论是，在地下水调 查和评价中，某些植物可以作为地下水渗流的标志，但是也应该清楚地认识到这 种方法的局限性。 0 b a t e l a a n ( 2 0 0 3 ) 认为地f 水补给和排泄之间的关系对植被的分布具有重 要的影响作用。她通过建立地下水流模型掌握区域地下水的运动规律，以及补给 区、排泄区的分布，然后结合植被制图，评价不同的地下水补给排泄系统对植被 分布的影响。并将这种方法结合士地利用计划运用到l p , f u 时的g r o t e n e t e 流域。 说明未来在实施土地利用计划的条件下，地下水系统水流变化情况和其生态响应 4 】o r i c k yt a y l o r ( 2 0 0 5 ) 运用地下水数值模拟研究南非s tl u c i a 河口依赖地下 水的生态系统。研究表明，在于旱的季节里植物和动物依赖地下水生存直到下一 个雨季来临。根据地下水模型模拟的结果，在遭遇连续十年干旱的情况下，地f 水渗流仍然可以支持地表的生态系统。人类活动的影响会减少地下水补给地表的 水量，使得河口地区的生态系统更易受到干旱的破坏。鉴于地下水对河口的生态 系统的重要性，地下水管理的重点是要保护地下水渗流并且增加地下水的补给量 f 5 o 地下水化学分析和同位素作为一种补充的方法也经常被用来分析地下水和 植被分布的关系。w a s s e ne ta 1 ( 1 9 8 9 ) 根据渗流区地下水的化学性质的不同解 释了植物分布的梯度【6 】。k e h e w ( 1 9 9 8 ) 根据湿地周围地下水的化学和同位素组 成，将湿地划分为不同的地下水补给区和排泄区。该方法减少了原来仅仅依靠相 对水头差来判断湿地的补给和排泄所带来的不确定性 ”。 近年来，国内学术界已经逐渐意识到地下水在生态系统中的作用，正在积极 开展相关研究。 杨志峰等对依赖地下水的生态系统需水研究中存在的若干理论问题进行了 较为深入的探讨，并以内陆河流域生态系统为例进行了依赖地下水的生态系统的 识别，选取相对重要的天然绿洲系统进行了生态环境需水量的确定工作。 束龙仓、邓正波( 2 0 0 5 ) 运用v i s u mm o d f l o w 软件，模拟了塔里木河下游 五次应急输水期间地下水水位的变化情况。并且从生态需水的角度出发，提出了 恢复塔里木河下游两岸的生态环境所需的水量和生态环境维持阶段所需的水量。 张祥伟( 2 0 0 5 ) 提出了基于地下水模型的漫楚生态需水量计算方法。首先是 确定指示性植物物种存在的临界地下水水位，掌握湿地指示性生物物种的分布区 域与水位变化之闯鹅台规律，并以大区域地下水模拟理论为基础，建立相应的湿 地生态水文模型，根据地下水最佳水位按照地下水生态模型获取生态需水量。 1 4 研究内容和技术路线 1 4 1 立项背景 黄河日作为东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁徙的重要越冬地和繁殖地，其特 有的原生湿地系统和湿地生物资源，在世界生物多样性保护中具有重要地位。黄 河三角洲作为中国唯+ 的三角洲湿地自然保护区，已列入世界及中国生物多样性 保护和湿地保护名录。 近年来河口地区城市发展、油田开发、农业生产和生态保护所产生的尖锐用 水矛盾闷题，使得黄河河口生态需水难以得到充分傈证，河口三角洲大片淡水漫 地因缺水发生萎缩，土壤盐碱化、河口海水入侵和湿地生态功能退化状况依然严 重，河口典型和珍稀生境难以得到有效保护。如何秘学配置黄河承资源，修复受 损的河流生态系统，促进黄河三角洲生态的良性循环，已成为黄河流域管理机构 面临的重要工作。 2 0 0 3 年4 月，黄委会立项开展黄河河口淡水湿地生态环境需水量研究，在 国内联合中科院、黄河河口口三角潮自然保护区管理局、河海大学等单位开展联 合攻关。同年l o 月，荷兰有关科研机构表示了对黄河河口生态需水研究 二作的 关注，希望中荷双方共同开展研究工作。根据中国水利部和荷兰水管理、公共事 务、运输部所达成谅解框架( m o u ) ，两国协商确定发挥双方科学家的技术优势， 合作开展黄河门生态需水研究工作。 1 4 2 研究内容和技术路线 本文的研究目标主要是通过研究地下水动态和其对生态的影响作用，为黄河 三角洲未来的生态配水方案提出合理化建议。即通过建立地下水模型，掌握地下 水动态变化规律，分析地下水对植被分布和组成的生态效应，预测在未来生态配 水情景下地下水水位的变化状况，以及由此带来的植被生态响应。 具体的研究内容包括： ( 1 ) 收集整理有关黄河三角洲的气象、水文、地形、水文地质和地下水观 测资料，以及从0 1 年到0 6 年期间多次对研究区植被、土壤、地下水考察的资料； ( 2 ) 根据收集整理的相关数据，利用v i s u a l i o d f l o w 软件建立黄河三角洲 地下水模型，以此分析黄河三角洲地下水时空动态变化规律； ( 3 ) 基于黄河三角洲植被分布的野外调查数据，以及黄河三角洲植被分布 的艇律和专家经验，应用a r c g i s 软件对黄河三角洲0 5 年9 月的一期2 5 m 分辨 率s p o t 影像进行目视解译，提取不同的植被类型，生成黄河三角洲植被分布图： ( 4 ) 根据地下水模型输出的地下水水位分布，得到地下水埋深分布规律， 并结合植被类型图，分析地下水埋深影响下植被分布的规律； ( 5 ) 用d c c a 植被样方排序的方法，分析植被分布同地下水水质、地下水含 盐量、地表高程和土壤含盐量之间的相关性； ( 6 ) 根据成陆时间、土地利用方式和地下水补给和排泄的特征对黄河三角 洲地下水流系统进行分区。分析每一分区地下水补给区、排泄区分布的特征，以 及受此影响的植被组成上的差异： ( 7 ) 从地下水的角度出发，对黄河三角洲面临的生态环境退化问题，提出 地下水管理方案与措施。建立预测模型，模拟在未来黄河下游生态配水方案和地 下水管理方案情景下，黄河三角洲地下水补给量和水位的变化状况，以及由此带 来的生态效应。 研究的思路和技术路线如图1 - 1 所示： 图1 - 1 技术路线图 8 2 1 自然地理条件 2 1 1 地理位置和界定 第二章研究区概况 黄河三角洲地处渤海之滨的黄河入海口，由黄河携带的大量泥沙在入海口处 沉积所形成，为全国最大的三角洲。由于黄河多年携带大量泥沙入海，使得黄河 每年向海延， 审平均达2 2 k a n ，平均造陆达3 2 4 h m z 。从而使得黄河三角洲成为世 界上土地面积自然增长最快的地区之一。 图2 - 1 黄河三角洲地区位置略图，据( 刘高焕，1 9 9 6 ) 改编 黄河三角洲就是由于河道淤积不断严重而迫使河流不断改道所造成。1 8 5 5 年，黄河在开封铜瓦厢决口，放弃了苏北的旧河改夺大清河故道，在山东利滓县 东北渤海湾内建造了新的三角洲。黄河三角洲是由古代、近代和现代三个三角洲 体系组成的联合体1 。黄河水利部门根据不同历史阶段黄河尾闯摆动对三角辨；影 响的规律，界定以利津城为顶点，北起套儿河口，南至支脉沟口的扇形地带为古 代黄河三角洲，面积约6 0 0 0 k m 2 ；以垦利县宁海为顶点，北起套儿河口，南至支 脉河口的扇形地带为近代黄河三角潲，面积约5 4 0 0k r n 2 ，其中，5 2 0 0k i n 2 在东 营市境内；以璧利渔洼为顶点，北起挑河口，南至宋春荣沟之间的扇形地带为现 代黄河三角洲，面积约2 8 0 0k m 2 。一般所称“黄河三角洲”，多指近代黄河三角洲 1 9 。本文的研究范围为自1 9 3 7 年以来形成的现代黄河三角洲。 2 2 气象及水文条件 2 2 1 气候条件 黄河三角洲气候类型为暖温带半湿润大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季 炎热多雨，四季分明。历年平均气温1 1 7 。c 一1 2 6 一c ，年极端最高3 9 9 。c ，极端 最低气温2 0 2 。c ，多年平均气温见表2 - 1 。无霜期历年平均2 1 1 天，最多约2 5 5 天，最少约1 9 1 天。 表2 1 东营市多年月平均气温 月平均气温( ) 月份 一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十= 月 气温 一3l81 41 92 5 2 9 2 8 2 01 571 2 2 2 降水和蒸发 受当地气候的影响，降水量在时空分布上极不均匀。首先，降水量空间分布 不均，总的趋势为由南向北依次递减。最南部的广饶县年降水量最大为5 7 5 3 m m ， 最北部的河口区年降水量最少为5 3 3 6h l n l 。南北相差4 1 7m m 。 其次，降水量年际变化大。1 9 6 6 2 0 0 1 年降水实测资料中，1 9 9 0 年降水量 达到最大为9 6 8 1r n n q ，为均值的1 8 倍；2 0 0 0 年降水量最小为3 2 7 0i i u n ，仅为 均值的6 0 8 。 三是降水量年内分布极不均匀。由东营市1 9 6 6 2 0 0 1 年历年逐月降水量( 表 2 2 ) 统计资料分析，春季( 3 5 月) 平均降水量为6 8 2 m m ，占年均降水量的1 2 7 ： 夏季( 6 - - 8 月) 平均降水量3 6 1 。8m m ，占年均降水量的6 7 3 ；秋季( 9 1 1 月) 平 均降水量8 9 1n l l t l ，占年均降水量的1 6 6 ；冬季( 1 2 2 月) 平均降水量1 8 2i 1 2 1 2 1 ， 仅占年均降水量的3 4 。汛期( 6 9 月) 降水量为4 0 5 7n l m ，占全年降水量的 7 5 ，5 ，而7 、8 月份降水量为2 9 0 6i n l t l ，占汛期降水量的7 1 6 。可见，年降 水量主要集中在汛期，尤其是7 、8 月份，易产生洪涝灾害。而其他季节降水稀 少，季节性干旱时常发生，对农业生产不利。 表2 21 9 8 1 年2 0 0 1 年东营市月平均降雨量统计表 1 9 8 14 5591 76 852 667 1 51 4 841 1 0 73 5 1 4 497 1 9 8 20 47 13 21 3 72 0 24 7 61 0 08 8 5 14 1 92 0 78 03 1 9 8 32 02 71 4 96 7 i4 42 2 6 41 2 6 72 669 253 0 54 2 1 9 8 4 0 13 02 ，9t 594 3 17 4 i8 6 9 1 2 5 36 3 53 8 02 1 3 2 36 4 4 1 06 1 38 4 2 73 6 0 5 05 9 7 1 1 9 8 53 3 3 02 82 9 18 9 17 91 1 67 1 1 6 87 883 291 1 48 06 7 70 1 9 8 601l1 6 44 91 8 67 061 5 37 9 577 21 5 7l76 ，77 3 0 0 1 9 8 77 11g4 46 1 25 56i 0 6 4t 4 0 5 1 6 0o2 2 32 5 72 27o 35 4 7 6 1 9 8 85 1 0 23 04 56 7 94 3 01 9 3 24 9 7t 96 3 9 1 9 8 98504 3 81 222 4 14 3 31 2 80 7 5 42 718 5 0 107 1 6 6 t 0 31 8 37 1 1 7 1 9 9 02 412 661 3 52 9 39 674 9 54 3 231 9 9 0 5 501 7 41 5l 1 9 9 10 1232 185 5 94 436 4 42 1 4 65 9 4 4 2 33 3 96 4 1 9 9 2t 1 71 841 75 23 8 33 5 16 l88 7 25 1 6 3 3 48l 2 04 4 91 1 05 9 80 714 7 2 7 1 9 9 3 07 4 68 59 85 0 11 0 352 2 4 0 7 4 3 19 6 1 341 0 043 86 2 77 1 9 9 4 0 119212 381 4 37 8 31 7 5 6t 4 3 85 59 5 3 13 7 82 4 24 4 50 1 9 9 5 0 1 9 9 64 4 08436 。93 9 9 4 1 02 6 5 91 6 374 3 o 4 2 260 0l i 5616 71 0 381 6 681 6 383 5 ，3 4 5 81 i72 04 2 3 3 1 9 9 734 1 l91 749 65 707 45 1 192 2 1 74 90 1 3 4 2 0 8 1 9 9 80 83 3 96 ，52 5 93 3 ，3 5 7 61 9 5 12 2 0 98 61 4 50 i 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 0 38 51 3 03 8 66 1 24 3 31 3 8 83 792 6 0儿，6 o 0 003 5 0 2 6 01 0 109 3 01 7 05 50 3 01 1 o2 801 1 701 7 0 0 4 9 03 9 05 0 0 8 0 1 44 2 24 0 2 4 3 80 03 7 9 2 03 2 7 0 3 04 4 40 1 2 2 2 3 地表水系 2 ，2 3 1 黄河 黄河是中国第二条大河，是世界最著名的多泥沙河流，因水浑色黄而得名。 黄河发源于青海省巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地，流经青海、四川、甘肃、宁 夏、内蒙古、山西、陕西、河南和山东等9 省区，在东营市境内入海，全长5 4 6 4 k m ， 流域面积7 5 2 4 万k m 2 。黄河中游流经黄土高原，居高临下，水势汹涌，挟带大 量泥沙。自潼关而下，进入平原，流速趋缓，所挟泥沙沿程淤积，河床逐年增高， 河底远远高出地面，成为地上“悬河”。历史上，黄河以“善淤、善决、善徙”著称 于世，又被称为“中国之忧患”。东营市以一隅之地，承接黄河万里之水，责任 重大。1 8 5 5 年至1 9 3 8 年，东营境内有3 4 个年份决口7 0 处，尾闾改道6 次，给 东营地区的人民造成深重的灾难。黄河携带泥沙至河口，2 0 世纪9 d 年代前曾以 年均2 0 0 0 2 6 6 7 h m 2 的速度填海造陆，营造出举世闻名的黄河三角洲。黄河确实 是东营人民的“母亲河”。 黄河东营段上界起自滨州、东营交界处，左岸为利津县北宋镇董王庄西南县 界，右岸为东营区龙居镇老于村西区界。河道由西南向东北贯穿东营市全境，流 经利津县、东营区，在垦利县东北部注入渤海。境内河长1 3 8 k r a ，是黄河下游之 窄河段，两岸堤距0 5 5 k m 。渔洼至入海河口段长7 0 k m ，河道淤积延伸，改道 频繁，堤防纵横交错，堤距宽窄不一，属于强烈堆积型河道。 2 。2 3 2 其它河流 现行水系按流域划分，唯有黄河本身属黄河流域，其它河道以黄河为分界线， 黄河以北属海河流域，黄河以南属淮河流域。其中海河流域水系多为南北走向， 由西向东有潮河及其支流褚官河、太平河、马新 弼、浩和洞、草桥沟、草桥沟东 干流、挑河、神仙沟及其支流新卫东河等1 0 条河道；淮河流域水系多为东西走 向，由南向北有小清河及其支流淄河、阳河、泥河子、预备河、支脉河及其支流 小河子、武家大沟、广蒲河、五干排，广和河及其支流溢洪河、东营河、老广蒲 河、五六干合排、六干排，永丰河及其支流三排沟，张镇河和小岛河等2 0 条河 道( 图2 1 ) 。 图2 - 1 黄河三角洲地表水系图 1 4 2 2 3 。3 水库 截止2 0 0 2 年末，东营市建成平原水库6 5 8 座( 其中地方5 3 8 座，油田1 2 0 座1 ， 总蓄水量8 3 1 亿m 3 ( 其中地方3 。9 1 亿m 3 ，油田4 + 4 亿m 3 ) 。( 东营市水利志，2 0 0 3 年) 。其中，库容1 0 万m 3 以上的水库1 2 9 座，库容共计4 7 6 亿m 3 。这些蓄水 工程设计标准低，调蓄能力差。大多为主坝，由予筑蓦f l 质差，圈坝坝塌严重， 主要靠淤泥防渗，很少经过专业防渗处理，渗漏、蒸发损失严重，不但造成水库 周围局部面积的土地盐碱化，而盥对区域地下水位的变化和土地盐碱化有重要的 影响。 图2 - 2 黄河三角洲地形 2 。3 地质及水文地质条件 2 3 1 地貌形态 地势总体平缓，西高东低，南高北低。西南部最高高程2 8 m ，东北部最低高 程不足l m ，自然比降为1 8 0 0 0 1 1 2 0 0 0 ；西部最高高程为l l m ，东部最低高程 l m ，自然比降1 7 0 0 0 ，河滩高出地面3 5 m 。东营市除小清河以南地区为山前 冲积平原外，其余均为黄河冲积丽成的典型的三角洲地貌。由于历史上黄河改道 和决v 1 频繁，形成了岗、坡、洼地相问排列的复杂微地貌。在纵向上，呈指状交 错；在横向上，呈波浪状起伏。主要地貌类型有缓岗、河滩高地、微斜平地、浅 平洼地和海滩地( 图2 2 ) 。 2 3 2 水文通质 东营市位于华北地台新生坳陷之东南部，济阳坳陷东端。自新生代以来，地 表以沉降运动为主，区内广为第三系和第四系沉积物覆盖。地层由老至新有太古 界泰山岩群，古生界寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系，中生界侏罗系、白垩系， 新生界第三系及其上覆的第四系。根据地层构造、成因类型、地层岩性和沉积物 来源，可分为山前平原和黄泛平原。 山前平原：位于广饶县境内小清河以南，面积6 3 6 k m 2 。沉积物主要来源于 泰沂山区由淄河等河流搬运来的冲积物。地层自南向北缓倾，具有典型的山前冲 积平原水文地质特征：垂直方向，自上面下，含水层颗粒呈由细变粗的趋势；水 平方向，由南向北，含水层颗粒由粗变细，结构由单一变为层状，地下水埋深由 深变浅，水力性质由潜水逐步过渡为承压水，矿化度也逐步增高，由淡水过渡为 微咸水、咸水。 黄泛平原：位于小清河以北，面积7 4 1 4k m 2 。沉积物为粉砂、细砂、粘土、 亚粘土，沿海地带常见有海相贝壳。上部存在巨厚的成水体，咸水底界面埋深由 小清河沿岸l o o m 过渡到东北沿海大于4 0 0 m 。浅层地下水矿化度大于5 l ，为 咸水区。 2 4 地下水现状和动态变化特征 2 4 1 地下水水位分布 黄河三角洲地区浅层地下水主要是微咸水、咸水和卤水及一些地下淡水透镜 体，河积粉沙和潮汐沉积物是地下水赋存介质。地下水普遍埋藏较浅，约为0 5 m 。 地下水埋深的分布规律为：沿黄河河道附近地下水埋深较深，滨海以及河间洼地 为地下水浅埋区。图2 3 为根据2 0 0 3 年1 0 月地下水水位调查数据所制出的地下 水埋深分布图。 图2 - 3 地下水埋深分布图 2 4 2 地下水矿化度 黄河三角洲浅层地下水矿化度的演化主要受到成陆时间、距海远近和地下水 埋深几个要素的影响。黄河三角洲的潜水含水层是黄河携泥沙沉积作用形成的， 因此在形成初期流路附近的地下水含盐量低、水质较好；随着黄河的改道，由于 海水的上溯，以及强烈的潜水蒸发，地下水各种离子的浓度逐渐增加，部分滨海 地区的地下水的含盐量甚至超过海水；长期的蒸发使得地下水的水位逐渐降低。 当地下水的埋深达到一定深度，地下水的补给和排泄达到平衡，此时地下水将不 再被咸化而达到一种稳定的状态。黄河三角洲地下水水质的演化规律为：形成一 咸化一稳定。 地下水矿化度在空间上分布的总的规律为，由内地向沿海方向地下水矿化度 逐渐增加，近g , j 陆部分矿化度较低，一般2 l 左右；沿海地带地下水矿化度较 高，局部地区甚至大于5 0 9 l ，其它大部分地区地下水矿化度大于1 0g l ( 中国科 学院水资源研究所，1 9 9 7 ) 1 0 - l i i 。 地下水的矿化度随着地形的不同而变化。在缓平的低地及洼地，埋深仅 1 - 2 m ，甚至接近地表，矿化度多大于1 0 l ，局部可大于3 0 l ：河滩高地、决 口扇形地，埋深一般在3 m 左右，矿化度0 , - - 6g , l ，在黄河行水时间较长的故河 道一带，矿化度小于2 l ( 图2 4 ) 。 图2 _ 4 地下水矿化度空间分布 2 4 3 地下水动态 黄河三角洲地区地下水补给与排泄的方式分别为 补给方式主要有：海水倒灌、河流补给、降水补给和灌溉回归补给等。河流 补给和降水补给为主要的补给方式。 排泄的主要方式有：地下水向海的排泄、蒸发蒸腾排泄、向河道或沟渠排泄 以及人工抽取排泄等。 从位于渔洼的水位观测井一年内的水位变化趋势看，一年内出现一个峰值和 一个谷值，谷值一般出现在春季3 、4 月份，峰值则出现在夏季6 、7 、8 月 份。整年内地下水位的变化趋势是先缓慢下降，再迅速上升，再缓慢下降，撮后 趋于平稳( 图2 - 5 ) 。 这种地下水水位的动态变化的季节性，说明黄河三角洲地区地下水受气象的 影响因素较大，同时也说明了降水是三角洲地区地下水，特别是浅层地下水的主 要补给来源之一，而蒸发( 包括植物蒸腾作用和潜水蒸发作用) 是该地区地下水 的主要排泄方式之一。 图2 - 5 渔洼观测井地下水水位动态变化过程曲线 2 5 生态系统类型及其演替 2 5 1 生态系统类型 自三角洲顶点向海，随着离海距离的不同，地面高程、成土年龄、土壤盐渍 化程度、地下水埋深以及植被类型均呈现明显的圈层带状分布，生态系统也因此 呈现明显的区域分异，自海向陆依次分布着滩涂湿地、盐碱荒地和农耕地三个主 要生态系统 1 2 - 1 4 。 滩涂湿地生态系统：集中分布于环渤海沿岸和黄河入海口附近。系统的主要 特征是受海水侵袭和顶托作用强烈，地下水埋深很浅，一般仅0 5 1 0 m ，最 大不超过1 5m 。这里有我国暖温带最年轻、最广阔、保存最完整、面积最大的 湿地保护区，区内鸟类资源十分丰富。但近年来由于黄河断流，来水补给减少和 水体污