（环境工程专业论文）黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究.pdf

黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 变化与黄河月流量呈现类似的变化关系，但浮游植物在4 月份还存在一个高峰。 浮游植物数量及多样性均呈现下降趋势，这与黄河年代径流量变化规律相同浮 游动物与底栖生物与流量变化之间的关系由于资料缺乏还不能确定，但浮游动物 种类数和生物量较8 0 年代明显下降且群落结构上也发生了变化底栖生物种类、 数、生物量和栖息密度较8 0 年代均明显下降，渔业生产力和鱼类生物多样性逐 渐下降，过度捕捞、径流量的下降以及河口水质环境的破坏是导致渔业资源下降 的主要原因。 另外黄河径流量的下降还可导致黄河三角渊沙嘴从淤积转向蚀退，从而导致 河口三角洲湿地生态系统的退化，另外还会破坏水盐平衡，加剧沿岸的海水入侵。 关键词：径流量；黄河口；生态环境；营养盐；断流 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 p r e ii m i n a r ys t u d ya b o u t t h ee f f e c t0 1 3t h ee g o i o g i c a i e n v ir o n m e n to fe s t u a r yo fy e ii o wr i v e ta n di t sa d j a c e n t a r e a lc a u s e db yt h ec h a n g eo fy eil0 i nriv e rr u n o f f a b s t r a c t y e l l o wr i v e ri st h em a i nr i v e ri nn o r t h e r nc h i n a , w h i c h e x p o r t sl a r g ea m o u n to f n u t r i e n t st ot h eb o h a is e aa n n u a l l y n ee s t u a r yo fy e l l o wr i v e ra n di t sa d j a c e n ta r e a am a j o rf i s h e r ya n ds p a w n i n gg r o u n d so ft h eb o h a is e a , h a v ea b u n d a n ts p e c i e s b u ti n r e c e n ty e a r s ，t h ey e l l o wr i v e rr u n o f fs h o w e das i g n i f i c a n t l yd o w n w a r dt r e n d , s e v e r e l ya f f e c t i n gt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to ft h ee s t u a z - ya n di t sa d j a c e n ta n 孔 a c c o r d i n gt ot h em a r i l l ei n v e s t i g a t i o n sa n dd a t af r o mh i s t o r i c a ll i t e r a t u r e , l a r g e a m o u n to fs u r v e yd a t aw e r ec o l l e c t e d c o m b i n i n gi tw i t ht h er u n o f fd a t ai n 翊i n h y d r o l o g i c a ls t a t i o no fy e l l o wr i v e r , t h ec h a n g et r e n do ft h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t o ft h ee s t u a r ya n di t sr e l a t i o n s h i pt of i l er u n o f fa r cs t u d i e d 1 1 1 er e s u l t ss h o w e dt h a t ： b a s e do nt h ed a t ac o l l e c t e df r o ml i j i nh y d r o l o g i c a ls t a t i o ns i n c e1 9 5 0 ，t h e a n n u a la v e r a g ef l o wa n ds i l to ft h ey e l l o wr i v e r g r a d u a l l yd e c l i n e d , a n dt h e i rc h a n g e t r e n d sa r e o b v i o u s l y e o r r e l a d v e t h e m a i n c h a r a c t e r o f y e l l o w r i v e r r u n o f f i s t h a t t h e w a t e ra n ds i l td i s t r i b u t e du n e v e n l yf r o my e a rt oy e a r d r yy e a ra n df l o o dy e a r h a p p e n e da l t e r n a t e l y a n df i o m1 9 7 0 s ，t h ep h e n o m e n o no fc u t o f fh a p p e n e df r e q u e n t l y 耵地d i s t r i b u t i o n o f t h e r t m o f f a n ds i l t i n l l y e a r i s a l s o u l l c v e l l a n d m a i n l y c o n c e n t r a t e d i nj u l yt 0o c t o b e r 1 1 他i n v e s t i g a t e dd a t ao ft w oc r u i s e si n2 0 0 4i n d i c a t ef l a a tt h ee c o l o g i c a l i n d i c a t o r si ne s t u a r yo fy e l l o wi u v 留a n di t sa d j a c e n ta r e aa l es i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t i n f l o o ds e a s o n a n d d r ys e a s o n m 圮d i f f e r e n c e o f t h e y e l l o w r i v e r r u n o f f i s t h e m a j o r r 船s o nt h a tc a u s 穗m cd i f f 嗽l l l c , c so fe n v i r o n m e n t a li n d i c a t o r si nt h e s et w oc r u i s e s a n dt h ep o l l u t a n t sf r o mt h ex i a o q i n g h er i v e re o n n ：i b u t eal o tt ot h ec o n c e n t r a t i o no f n i t r a t ea n da m m o n i u m b a s e do nt h ed a t ac o l l e c t e df r o mt h el i t e r a t u r e , e s m a r yo fy e l l o wr i v e ra n di t s a d j a c e n t 部嘲i sd i v i d e di n t o7s q u a r e - a r e a s , t h ec h a n g eo fw a t e re c o l o g i c a l m 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 e n v i r o n m e n ta sw e l la st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ey e h o wr i v e rr u n o f fc h a n g ea n d w a t e re c o l o g i c a le n v i r o n m o n ti n d i c a t o r si ss t u d i e d t h er e s u l ti n d i c a t e dt l l a t t h e s a l i n i t yi si n f l u e n c e dr e m a r k a b l yb yt h ey e l l o wr i v e rr u n o f f , a n dt h e4 t ha r e aa n dt h e 6 t ha r e aa r et w om o s to b v i o u sa r e a sw h i c ha f f e c t e db yt h ey e l l o wr i v e rr u n o f fa m o n g t h e7s q u a r e - a r e a s t h ec o n c e n t r u t i o no fs u s p e n d e dp a 面c u l a 据a n dt h ey e l l o wr i v e r r u n o f fa n dt h es i l tc o n t e n th a v ec l o s e l yc o r r e l a t i o n a n dt h ec o n c e n t r a t i o no f s u s p e n d e dp a r t i c u l a t ei nt h e4 t ha t c aa n dt h e6 t ha l c as h o w sr e m a r k a b l yl i n e a r p o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t l lt h er u n o f fa n dt h es i rc o n t e n t t h es i l i c a t ec o n c e n t r a t i o ni n t h e4 t ha r e aa n dt h e6 t ha r e aa l s os h o w sr e m a r k a b l yl i n e a rp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t h t h er u n o f f a n dt h ec o n c e n t r a t i o n so fn i t r a t ea n dm o n i ar i s ef i r s t l yt h e nd e c l i n e f o l l o w i n gt h er i s i n go f t h er u n o f f t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o no fn i t r i t e a n dt h er u n o f fi sn o to b v i o u s t h es y n t h e t i ce v a l u a t i o nr e s u l ti n d i c a t e st h a t , t h e e c l o l o g i c a le n v i r o n m e n tq u a l i t yi ne s t u a r yo fy e l l o wr i v e rp r e s e n t sad r o pt e n d e n c y t h eq u a l i t yi ne s t u a r yo fy e l l o wr i v e rb e c o 埘略b e t t e rf i r s t l yf o l l o w i n gt h er i s eo f r u n o f fa n dt h e nb e c o m ew o r s eg r a d u a l l yw h e ns u r p a s s i n gac 哟i ns c o p e w h e nt h e m o n t h l yr u n o f fi sa b o u t2 , 0 0 0 3 0 0 0 m 3 1 s , w a l e re c o l o g i c a le n v i r o n m e n t i ne s t u a r yo f y e l l o wr i v e ri sr e l a t i v e l yb e n e f t h em o r et h em o n t h l yr u n o f fd e v i a t e st h i ss c o p e , t h e w o i s et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tq u a l i 移i s t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ec h l o r o p h y l lal e v e la n dt h ey e h o wr i v e rr u n o f fi s n o to b v i o u s i nt h el a i z h o ub a y , t h ec h a n g et r e n do fp h y t o p l a n k t o nq u a n t i t yi st h e s a i 豫a st h ey e u o wr i v e rm o n t h l yr u n o f f b u tp h y t o p l a n k t o nh a sa n o t h e rp e a ki n a p r i lb e s i d e sa u g u s lt h eq u a n t i t ya n dt h ed i v e r s i t yo fp h y t o p l a n k t e np r e s e n t e da d e c l i n e dt e n d e n c y , w h i c hi st h es m l ea st h ey e h o wr i v e rr u n o f f t h ec o r r e l a t i o no f z o o p l a n k t o na n dt h eb e n t h o sw i t ht h er u n o f fc a n n o tb ed e t e r m i n e db w t h e r ei s n o te n o u g hd a t a , h u tt h es p e c i e sa n dt h eb i o m a s so fz o o p l a n k t o nh a v ed r o p p e d o b v i o u s l yc o m p a r e dw i t ht h o s ei n1 9 8 0 s t h ec o m m u n i t ys t r u c t u r ea l s oc h a n g e di n l a s tt w od e c a d e s t h es p d 2 i e sa n dh i o m a s so fb e n t h o sh a v ed e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y c o m p a r e dw i t h1 9 8 0 s p r o d u c t i o na n dd i v e r s i t yo ff i s h e r ya l s od e c l i n e d 掣a d u a n y t h em a i n “翻l s o no ft h ed e c l i n eo ft h ef i s h e r yr e s o u w 冶i st h ee x c e s s i v ef i s h i n g , t h e d r o p o f n m o f f a s w e l la s t h e d e s t r u c t i o n o f e s t u a r i n e w a t e r e c o l o g i c a l c n v i r o n m e n l i v 。 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 m o r e o v e r , t h ed e c l i n eo ft h ey e l l o wr i v e rr u n o f fm a ya l s oc a u s et h ey e l l o w r i v e rd e l t as a n ds o tt oc o r r o s i o n ，l e a d i n gt ot h ed e g e n e r a t i o no fw e t l a n de c o s y s t e mi n t h er i v e rm o u t hd e l t a f u r t h e r m o r ei ta l s oc a nb r e a kt l l eb a l a n c eo fs a l ta n dw a t e ra n d i n t e n s i f yt h es e a w a t e ri n v a s i o n k e y w o r d s ：r u n o f f le s t u a r yo f y e l l o wr i v e r se c o l o o c me n v i r o n m e n t ln u t r i e n t s c u t o 仃 v 独创声明 本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得 ( 洼；堑趁查基丝孟墨缱剔直盟 笪：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：。乌瘦 签字日期：州年月眵日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文，( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 与 签字日期：k ( 年f 月i 弓日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签字 电话： 邮编： 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 1 绪论 1 1 问题的提出 河口是指一个位于海陆交汇地带的水体，在这里来自陆地的径流( 河水) 与海 水相互混合，因而河口受陆地和海洋两类因素影响，是物质和能量交换最频繁和 影响最显著的地方。全球变化以及海陆相互作用引起的一系列问题在河口地区的 反应很敏感，人类活动带来的自然环境变化在这些地区也表现得十分深刻【l , 2 1 。 因此河口及浅海地区是陆地和海洋相互作用研究项目的重点。 同时由于河口生态系统位于河流生态系统与海洋生态系统的交汇处，海陆阎 的交互作用使得河口生态系统具有独特的环境特征和重要的生态服务功能，也使 得河口成为相对脆弱的生态系统。近年来，在自然因素和人为因素的共同作用下， 多数河口生态系统径流的自然状况发生了显著改变，河口生态系统出现了不同程 度的退化，并且已经直接影响到邻近陆域、海域生态系统健康和渔业资源的可持 续发展。 国外如尼罗河阿斯旺水坝建成之后，上游来水和来沙量的减少，使河口营养 盐下降，致使渔业资源大幅度减产。而俄国西南部诸海在入海河流兴建工程后， 其饵料基础发生很大的变化，改变了食物链的结构，齐姆良水利工程建成之后， 亚速海的浮游植物和浮游动物大幅度下降，从而削弱了渔业资源的基础。长江口 三峡工程修建之后，根据三峡工程的蓄水方案，将改变长江径流的季节变化，从 而影响长江口及其临近海域环境，河口生态系统的结构与功能也会发生改变。1 0 月份水库蓄水使长江下泻量减少，近岸水域水温有所增高，盐度也有所增加，并 且蓄水后，下游水量降低，河口海域淡水影响的区域缩小，有机碳含量降低，海 区的生物活动将受到影响 黄河是我国第二大河，是中华民族的母亲河，近年来，自然因素和人为因素 的共同作用，导致黄河径流量的大幅度下降，流域内工农业污废水大量排入河流 进入海洋，严重影响了黄河口及邻近海域的生态环境质量。黄河口及邻近海域是 大量生物赖以生存的栖息地，其生态环境的恶化不仅会给栖息于此的各种生物造 成严重影响，而且会影响整个渤海的环境以及沿岸地区居民的生活环境。因此研 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 究由于黄河径流量变化导致的河口及邻近海域生态环境影响具有重要意义。 本文在2 0 0 4 年5 月和8 月黄河口生态监控区调查的基础上，利用野外现场 采样和室内资料收集相结合的方法，进行了以下几方面的研究： ( 1 ) 黄河利津站多年来水沙变化规律及影响因素。 ，。， -w一 ( 2 ) 分析了黄河口邻近水域中各生态要素的分布变化规律，对车枯水期黄河口生 态环境要素的平面分布规律异同点及指标变化情况进行分析与对比 ( 3 ) 结合黄河口历史调查资料和黄河径流量资料。初步研究了黄河径流量变化与 黄河口生态环境因子之间的相互关系及生态环境因子对径流量变化的响应情况， 并在此基础上讨论了径流量变化可能导致的各种生态环境影响。 本论文的研究的目的在于通过分析黄河入海径流变化对河口生态环境变化 的影响程度，科学合理地减少自然因素和人类经济发展对河口生态健康造成的负 面影响，为合理地调配黄河流量，维护河口生态环境提供科学依据 1 2 国内外研究现状 1 2 1 河口与河口生态学的定义 根据f a i r b r i d g e 【3 1 对河口的定义，河口是海洋进入河谷的入口，最远为潮汐 的最上限。通常可分为三部分：( 1 ) 与开放的海洋自由连接的海或河口下游：( 2 ) 咸淡水混合条件下的河口中游；( 3 ) 河流冲刷形成的以淡水为特征的河口，仍受 潮汐的影响。这三部分的界限随河流泻水的变化而变化。简言之，河口即河流生 态系统和海洋生态系统之间的生态交错带 河口生态学是研究河口生态系统的生态学，即研究河口环境、河口生物与环 境的相互作用及河口生态系统的结构和功能演变的一门新兴的生态学分支学科。 同时，由于河口地区普遍受到严重的人为干扰，因此，与其他生态系统研究相比， 更为突出的是，河口生态学的研究更多的考虑河口生态系统的健康、河口生态系 统的服务和受损河口生态系统的修复与重建；也即河口地区人为干扰( 包括正干 扰与负干扰) 的影响以及河口生态系统对人为干扰的响应 1 2 2 河口生态系统的研究 能量流动和物质循环是河口生态系统最重要的两大功能，河口生态系统在海 2 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 陆交互作用中起到的作用受到了越来越多的重视，以往关于河口生态系统环境的 研究存在于方方面面，以下主要介绍与本文相关的河口咸淡水混合过程、河口生 物地球化学循环、径流对河口及近岸海域生态环境影响等三个方面。此三方面并 不是孤立的，三者之间相互交叉、相互作用，共同对河口生态环境产生影响。 1 2 2 1 河口咸淡水混合过程研究 河口是咸淡水相互混合的地方。河口环流运动是最重要的混合机制，此外， 小范围的浓集和稀释过程也同时发生。盐度通常被用来指示河口的混合过程，因 为盐分是最保守的成分，即盐度不会因生物地球化学过程而改变，当地的降雨、 蒸发和结冰对盐度的影响不大，但对于淡水注入量很少的河口及有多个入海口的 河口而言，盐度不是理想的混合指示者。 影响河口淡盐水混合和盐水入侵的动力因素主要是：( 1 ) 潮汐( 2 ) 径流( 3 ) 风和 波浪( 4 ) 由于淡水和海水的密度不同而产生的重力流( 5 ) 湾道环流和科氏力。在通 常情况下，径流和潮汐的作用是主要的，而在水面开阔的河口，风和波浪的作用 尤为重要。 一般来说。河口内水体盐度梯度愈大，流速愈大，加入混合的淡水和盐水的 数量愈多，水体盐通量愈大，则混合强度也应愈大充分混合型河口潮量与径流 量的比值往往为几十、几百甚至几千，只有在河口上有一段狭小的区域有很少量 的淡水汇入并发生盐淡水混合作用。而在其下游一端的水质己接近或达到与外海 相同的程度，即上下层盐度很高且垂向盐度的变化极微，河口混合程度达到极高，+ 而此时的盐、淡水混合作用或混合强度因为淡水径流量少、等盐度线近乎垂直， 水体盐量交换少而变得很小【4 1 不同类型的河口盐淡水混合的机制不同，部分混合型或充分混合型河口在其 上游淡水汇入量增加的情况下，明显存在着下层环流量及盐通量加强的表现。珠 江1 3 伶仃洋是一个部分混合型河1 ：3 湾，中下游低层的实测盐度值，洪季要比枯季 高1 - 2 。而且汛期低层水温比表层平均低5 0 c ，实测最大差异达7 8 0 c 1 5 1 高度分 层性( 盐水楔型) 河口习惯被认为其盐、淡水混合作用很弱m 。此类河口一般发育 盐水楔，入侵的海水呈楔状伏于上层密度较轻，盐度较低的冲淡河水之下但更 多的研究实例嗍说明，高度分层的盐水楔型河1 ：3 不能简单的定性为弱混合型河 口，充分混合型河口也并非就是强混合型河口。 1 2 2 2 河口的生物地球化学循环研究 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 近年来，河口地区在全球性营养元素循环中的地位受到了越来越多的重视， 主要是针对河口地区是这些营养元素循环过程中的源还是汇。w i n t e r 等( 1 9 9 6 ) 对 s w a r t k o p s 河口进行了这方面的研究，在春季第一个月的每一小时对可溶性无机 碳的浓度以及无机碳微粒进行了测定，并且测定了全年中小潮时进入和离开河口 的潮水，发现全年输入到海洋中的总碳显著地超过了进入河口中的总碳大量从- 河口输出的碳看起来源于大型无脊椎动物和浮游植物成分f l q 而更多的研究发现，河口可能是一些营养元素的汇，同时又是另一些营养元 素的源。如s a n d e r s 等0 9 9 7 a ) 研究了溶解无机营养盐在英国o u s e 大河口的循环 情况。该河口是硝态氮和亚硝态氮的弱汇，也是硅和磷的中等强度的汇，同时又 是氨态氮的源，总体上说是无机氮的汇，而有些河口也可能发生源与汇的交捌1 1 】 p r a s t k a 等( 1 9 9 8 ) 通过一个简单的k d 模型对此加以解释模型表明河流可溶性无 机磷的水平是调节河口区溶解无机磷的重要因素。在过去的5 0 a 间许多河流的溶 解无机磷浓度由于人类的活动而大大增加。模型输出结果表明河流的溶解无机磷 的浓度从大于i 到大于5 i l ，与过去5 0 a 间的文献记载的一些系统的变化相一致， 能够使河口的可溶性无机磷发生从源到汇的改变【1 2 】。 河口地区在营养元素循环中的作用也可能因为季节而发生变化。m o r r i s 等 ( 1 9 9 5 ) 通过研究从英国亨伯河口流出到海岸带羽状锋的营养盐发现，冬季源于河 流的营养物是通过羽状锋输入到海洋中的i l 习。春季时，河口羽状锋是来自河口 和邻近海域的营养盐的净汇，即营养盐在羽状锋被消耗的速率比河流，河口系统 供应的要快。夏季，羽状锋是硝酸盐和磷酸盐的汇，同时又是硅酸盐的输出源。 s a n d e r s 等( 1 9 9 7 b ) 贝u 认为亨伯河口对近海而言是重要的磷源，该河口转移了数条 径流输入河口的8 5 的可溶性磷酸盐，为河口潮下带的藻类生长提供了营养盐， 但也导致那里形成了氮限制的现象【1 4 】 此外，我国地球化学研究者也对我国的主要河口的地球化学特征进行了研 究。王肇鼎等( 1 9 9 7 ) 研究了珠江口营养元素与盐度、溶解氧和叶绿素a 之间的相 互关系，并对该河口的c 、n 、p 、s i 生物地球化学循环模式进行了初步的研究【嘲 结果表明，表层水的营养盐分布主要受水动力和生物的影响，底层水的磷酸盐含 量主要受絮凝作用和生物影响，而硅酸盐和无机氮除受絮凝作用和生物影响外， 还受到水动力作用，沿岸大都市排放的生活污水和工业废水不断增加，使水体中 4 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 n 、p 有机物剧增，可能导致水域富营养化张经( 1 9 9 7 ) 对北方若干河口( 黄河， 滦河、大辽河、鸭绿江) 的营养元素进行了较为系统的研究，发现尽管北方大河 之间营养元素的浓度差别十分显著，但就总体上而言它们较南方河流更高一些 n 回。 张经( 1 9 9 6 ) 在1 9 8 4 年夏季对黄河口考察时，现场测定的营养盐要素在黄河 口分布是保守的，并且在咸淡水混合过程中由于陆源颗粒物质在介质离子强度增 加时会使固态的营养物质表现出明显的再活化，增加溶解态营养元素f 1 ”。黄河 口的亚硝酸盐，硝酸盐，活性磷，活性硅的分布总趋势是沿岸和河口含量高，由 河口向外海逐渐递减，河口附近有很大的梯度( 陈淑珠等，1 9 9 1 ) 河口向东北方 向，河口两侧营养盐含量高，但东北部远离河口的外海区，出现营养盐的低值区， 另外，外海水稀释作用也是营养盐低值的主要原因【1 研。在咸淡水混合区域，由 于密度差别，含高营养盐低盐度的河水浮于表层，表层的亚硝酸盐，硝酸盐，活 性磷，活性硅与盐度有良好的负相关性，而底层无相关性。控制黄河口营养盐含 量的主要因素是物理混合过程，而不是有机物的分解过程，潮汐作用是底层营养 盐变化的主要控制因素。另外沉积物也可对营养盐产生影响，林荣根和吴景阳等一 ( 1 9 9 4 ) 在研究黄河口沉积物对磷酸盐的吸收与释放特性时指出，该海域沉积物有 向上覆水中释放磷的倾向，阴离子表面活性剂的存在能减低对磷的吸附能力，溶 液p h 的增大对吸附量有增大作用，硝酸盐的存在不影响沉积物对磷的吸附，但 沉积物吸附大量磷后的再释放过程是缓慢的。 另外张经还总结了中国主要河口营养元素的行为，其结果如表1 - 1 所示。 表1 - 1 营养元素在中国主要河口中的分布特点1 2 0 1 1 2 2 3 径流变化的生态效应研究 1 2 2 3 1 径流变化对河口水文条件的影响研究 河流径流是影响河口水力学状况和水的情势的主要因素，它决定河流与海滨 之间水面线的形状，决定潮汐和风暴潮对三角洲影响的程度。河流输沙量是决定 5 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 三角洲形成的范围和速度的主导因素因此，河流径流量和输沙量在河口区不同 部位的分配决定不同的沉积过程叫 根据茅志昌( 1 9 9 4 ) 的研究，长江径流量变化可对长江口盐水入侵产生影响， 盐水入侵现象发生在冬季和春季，入侵强度主要与枯季流量有关，丰水年咸潮影 响较小，有的年份无影响，平水年有一定影响，枯水年较严重，特枯年入侵强度 大，受咸历时长翰在径流量增大的情况下，上升流趋于增强，径流量变化对 盐水入侵影响巨大 2 3 1 另外径流量变化和海平面上升还会对河口最大混浊带产 生明显的影响，随着径流量和海平面的线性变化，最大混浊带移动呈非线性的关 系嗍。黄河入海径流量较丰时垂线平均最大值位于河口段海向侧，而径流量较 小时则位于河1 ：3 段陆向侧1 径流对河口的流场、温盐分布、锋面变化等都有影响嘲，另外径流还会影 响到河口悬浮物的性质、含量和分布情况情况 2 7 1 ，在淡水输入量不同的河i = l ， 悬浮颗粒物水平差异很大。淡水输入量高且持续的河口，悬浮物水平明显高于淡 水输入量小的河口 1 2 2 3 2 径流对河口营养水平的影响研究 河口营养盐与生物的生长、繁殖等密切相关，调节着整个河口生态系统的平 衡。k n o x ( 1 9 8 6 ) 指出，河口的沉积特性、环流和盐度分布形式等，使得其起到营 养物质的捕捉和收集器的作用 2 s l 。营养盐在河i = 1 中分布与变化与其来源、水平 输运、垂直混合、沉积物的界面动力学过程有关，而且与河口中的细菌、浮游植 物、浮游动物等有密切关系。河口营养盐的动力过程研究是研究河口生态系统的 关键过程之一，同时，对研究近岸赤潮和富营养化发生的原因及其防治有重要意 义网，在河口径流，海洋潮汐、风等共同作用下产生的水平迁移、垂直混合过 程，以及层化，锋面、水体沉积物界面的交换过程等。直接影响到河口营养盐 在生态系统中作用与功能。因此，河口营养盐的动力学过程的研究，日益引起人 们的关注 河口营养盐的物理输入主要包括河流径流输入、沿岸污水直接输入、外海输 入和大气沉降等过程河流营养盐输入与河口污水输入占绝大多数，例如，在 n a r r a g a s e t t 河口湾 3 0 l ，大约9 9 5 的氮和9 9 7 的磷来自于河流输入和污水捧放； 大气沉降主要包括大气干沉降和湿沉降，相对以上2 种来源，其对营养盐的贡献 6 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 要小得多对德国河口湾1 9 8 9 年1 1 月到1 9 9 2 年5 月监测数据的分析发现，河 流输入占7 0 ，而大气沉降则占3 0 左右叫长江河口的研究结果则表明3 2 1 ， 无机氮的输送通量主要受到河流流域农田无机氮肥施用和流失，以及生活污水排 放的影响；同时，在营养盐的年输运通量中，河流丰水期尤其是洪水期的输运量 占很高比例，例如，1 9 9 8 年夏季洪水期大约2 个月时间中，共有7 9 9 5 l o 、的 氮和8 3 6x1 0 4 t 的磷向长江口输送。黄小平等在珠江口的研究发现，其无机氮主 要来自于河流，而无机磷则主要来自于沿岸地区的排放和外海输入( 可能是由沿 岸流从其他海域带来的) 。 b r o o k e r 和j o h n s o n 对1 9 8 4 年威尔士的河流径流量与硝酸盐平均浓度的关系 研究后得出1 2 条河流中的硝酸盐与流量呈负相关关系。但现在几条河流中的硝 酸盐浓度与流量变化呈正相关 3 3 1 s h e n 在研究长江河口营养盐与河流流量的关系时指出洲，；营养盐浓度的季 节变化随着河流流量的变化，硝酸盐氮的浓度在丰水期时比枯水期高，而无机磷 的浓度变化则更多地表现为被生物活动所控制。他还总结出长江营养盐输送量与 长江流量之间的关系式口5 l ： p 0 4 - p = o 1 1 0 e x p ( o 0 0 0 0 4 9 7 q ) s i o ：7 - s i = 2 3 0 7 0 e x p ( o 0 0 0 0 3 6 6 0 ) n o ，- n - - 4 8 8 9 e ：e p ( o o o 0 0 5 1 8 q ) n o r n = & 0 3 4 2 e x p ( o 0 0 0 4 4 6 q ) n h p n = 2 9 2 1 2 e ：e p ( - o o o 0 0 7 5 9 q ) q ：流量单位：m 3 s营养盐输出量单位；k g s 在时间尺度上，在河水径流大的时侯，水中的氮、磷比率高，流量降低对比 率也随之变小，产生季节性变化的原因可能是营养物质输入的季节性变化【3 3 1 ，一， m a e s t i n i ( 1 9 9 7 ) 在融g a 湾的研究中也发现受河水影响大的区域呈现磷限制，河水 影响小的区域呈现氮限制，当夏季径流最小时，整个湾都呈氮限制，实际上营养 盐与径流的关系并不单一嘲 径流量变化不仅可对河口地区的水文要素和营养盐水平造成影响，同样还可 影响到河口的生物状况。 1 2 2 3 3 径流对生物的影响 7 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 首先是径流变化对浮游植物的影响。河流径流季节和年度变化能影响河口生 态系统浮游植物初级生产力和种的分布其机制包括：( 1 ) 改变水输送到河口的 营养物含量；( 2 ) 改变冲淡率或将藻类细胞冲出河口；( 3 ) 通过水体分层，重力环 流和最大浑浊带位置的变化对浮游植物的光利用产生影响【3 刀c a d e e ( 1 9 8 6 ) 和 一s n o w ( 2 0 0 0 ) 等研究发现，河口生态系统浮游植物初级生产力与径流输入的营养物 平均浓度有判强3 9 1 此外，当浮游植物生长不足以补偿高径流带出河口的浮游植 物生物量时，能导致浮游植物丰度降低【柏4 1 1 n e u s e 河口上游淡水输入使得叶绿 素口浓度显著降低，如果高径流影响持续数月，可影响初级生产的空间分布【4 2 】 另外径流变化还可控制河口最大浮游植物初级生产地区f f l a r d o ( 1 9 8 5 ) 发现叶绿 素4 峰值浓度发生于美国j a m e s 河口冲刷区，随着径流的增加，部分浮游植物生物 量转移到下游，浮游植物最高生产集中于下河i z l 4 3 1 。在s a nf r a n c i s c o 湾北部，重 力环流将藻类细胞集中于寡营养区，河水径流强度控制着这些浮游植物群落的经 度位置【4 4 1 。径流对浮游植物生长的的影响在d e l a w a r e 湾也存在嗍。 长江河口浮游植物季节变动与长江径流量季节变动间亦存在密切关系，长江 口浮游植物数量高峰出现于长江洪季的7 毋月。受强大的径流影响，低盐近岸种 和半咸水种大量增生，形成一年中浮游植物的数量高峰。一年中浮游植物的数量 与径流量呈正相关的变化趋势，而在年际之间，丰水期浮游植物总量与径流量也 呈正相关的趋势【蛔。以上的研究均表明，径流量的变化对河口浮游植物的分布 和数量会产生影响。s n o w 等( 2 0 0 0 ) 人还得出，河水流速有去除过量营养盐的作用， 当河水流速为0 1 0 m 3 s 时最适合浮游植物和底栖微型藻类生长，在这个流速下， 河1 2 1 可以在河水到达海洋之前有效地将过量的营养盐去除m 径流量的变化不仅会影响到浮游植物，而且还会对底栖生物和鱼类产生影 响王金辉，刘阿成等( 2 0 0 2 ) 径流对底栖生物的影响进行研究得出，径流量大小 对于底栖生物的种群结构和生物量同样有很大影响，丰水期长江水体的冲刷作用 与高沉积速率的堵塞作用是导致低生物量的主要原因 4 s 1 詹海h 4 ( 1 9 9 6 ) 在研究珠 江口鱼类群落时指出盐度是影响该区鱼类空间分布的主要因素，并且该区具有明 显的生境梯度及其协同适应特征【伽l o c k e ( 1 9 9 5 ) 在研翔m i r a m i c h 河口 s t 1 a w r e n c 2 湾时也有类似的结梨铷，另外，h a r r i s ( 1 9 9 9 ) 和t h o m a s ( 1 9 9 9 ) 指出温度 和溶解氧也是影响鱼类浮游生物群落结构及其丰度最有用的指示因子。因此河流 3 黄河入海径流量变化对河口及邻近海域生态环境影响研究 径流通过改变温、盐及营养盐的季节分布来影响初级生产力和浮游植物的季节分 布，从而影响着河1 2 生态系统的食物链，改变了鱼类浮游生物的群落结构陋“5 2 1 。 y o u n g 等( 2 0 0 2 ) 研究了澳大利亚西部河1 ：3 拦门沙造成河口长时间径流量短缺 及淡水集中输入对水域内鱼类种类、数量的影响。研究结论发现 5 3 1 ，当盐度增 长到很高水平时，河口水域所有的大量水生生物死亡，另外其他一些生物则迁移 到较低盐度的水域。当拦门沙破裂时，河口海域内海洋生物种类及密度很少。黄 河自1 9 7 2 年以来的断流现象，改变了海洋洄游鱼类的生境，使得刀鲚、鳗鲡等 鱼类处于濒危的境地饼】。 1 2 2 3 4 径流对河口生态环境影响的研究方法 河口生态环境的相关研究多集中于分析河道径流变化对河口生态系统物质 循环、生物种群分布等的影响 5 5 - 船1 研究方法主要包括2 种，一种方法是通过分 析现场实验调查资料确定河道径流改变与生态系统变化的相关关系j a s s b y 等通 过对大量数据的相关分析认为，s a n f r a n c i s c o 海湾淡水输入与盐度梯度及生物种 群分布的关系密切 5 9 1 ；我国。三峡工程与长江口生态环境研究项目通过分析 生物的种类、分布与径流变化的对应关系，研究了三峡工程建设对入海径流量的 改变及其对河1 2 1 地区生态环境各项指标的影响 6 0 l ：近期随着对南水北调工程的 建设论证，径流改变对长江口生态环境影响的研究得到了进一步的发展1 6 1 6 2 1 另 一种方法是通过建立数学模型模拟生态系统物质和能量间的转化过程，确定径流 输入与生态系统状况改变之间的定量关系。这种方法同样需要大量的现场实测资 料对模型进行校核验证。因相关生态学资料的短缺和数学模型建立的复杂性，数 学模型模拟方法在我国河口生态系统研究中的应用相对较少。生态资料短缺是目 前国内外河口生态系统研究中面临的难题。 1 3 研究区概况 黄河口位于渤海湾与莱州湾交汇处，东经1 1 8 0 l o - 1 1 9 0 1 5 ，北纬3 7 。1 5 3 8 0 1 0 ，是黄河水沙的承泄区，系陆相弱潮堆积性河口，由河流近口段，三角 洲及滨海区组成，总面积约为9 0 0 0 k i n 2 黄河口是黄河流域系统的有机组成部分， 又是径流水沙与海洋动力相互作