小开河灌区湿地公园生态构建与调控研究

史立红，赵立杰，王云辉

（1.滨州市引黄灌溉服务中心，山东滨州256600；2.滨州市水利资源开发建设中心，山东滨州256600）

1 概况及背景

1.1 灌区概况

小开河引黄灌区位于黄河下游左岸，是全国大型灌区之一，介于东经117°42'～118°04'、北纬37°17'～38°03'。灌区涉及滨州市的滨城区、惠民县、阳信县、沾化区、无棣县、北海新区共6个县（区），设计灌溉面积7.33万hm2。灌区采用岸边无坝引水，引黄必引沙，高含沙量的黄河水进入灌区势必不断淤积。因此，灌区根据多年闸前黄河底高程及水位统计数据设计干渠，采取大比降远距离输沙。干渠全长91.5 km，自上而下分别为输沙渠长51.3 km、沉沙池长4.16 km、输水渠长36.04 km。

1.2 灌区沉沙池湿地公园项目背景

湿地被誉为“地球之肾”，具有巨大的环境功能和生态效益，在降解污染、调节气候、控制土壤侵蚀、美化环境等方面具有不可替代的作用。2017年12月，灌区获批国家级湿地公园试点，历经3 a建设运行，2020年成为国家级湿地公园。其沉沙池内的原生植被与次生植被类型齐全、生物多样、水质良好、原生态特点突出，是多种的野生动物栖息地以及鸟类迁徙停歇地，具有较高的保护价值和科研价值，对维护生态安全具有重要作用。

1.3 小开河沉沙池指标及类型

小开河沉沙池湿地由灌区沉沙池演变形成，黄河水携来沙质土与原低洼盐化潮土形成分片或分层的空间分布。黄河水经输沙渠进入沉沙池后，流速变小，携沙能力降低，泥沙不断沉积，形成盆景式沙洲，生长出不同种类水生植物、底栖动物和浮游生物。植被以盐生草甸为主，分为黄须菜、马绊草、芦苇3个群系，植物资源丰富，使得与之相适应而生存的动物资源也非常丰富。沉沙池占地面积126.58 hm2，呈梭形，如图1所示。

图1 沉沙池区位及遥感影像

沉沙池总长4.155 km，由进口连接段、扩散段、等宽段和收缩段组成，设计参数及湿地类型划分，详见表1—2。

表1 灌区沉沙池设计参数

表2 小开河沉沙池湿地类型及划分标准

1.4 湿地内生物典型特点

小开河国家湿地公园地处暖温带半湿润地区，四季分明，气温适宜，决定了沉沙池内动植物种类丰富多样的典型特点。

沉沙池区域的维管植物有67科、150属、214种。公园分布有国家Ⅱ级保护植物莲和野大豆，落叶阔叶林植被以杨树、柳树为主，其中野生柳林是其特有景色。水生植被类型有挺水、沉水、漂浮、浮叶共4类植物。

公园内有野生脊椎动物189种。其中，国家Ⅱ级保护动物有9种，如雀鹰、红脚隼等；山东省重点保护动物有17种，如金线蛙、白鹭等；《濒危野生动植物种国际贸易公约》中受保护的野生动物有18种，如针尾鸭、绿翅鸭等。

2 生态系统构建目标与方案

小开河沉沙池湿地公园是引黄灌区利用沉积泥沙建设人工湿地的典型，利用多年的运行经验对其修复、保护，以此作为黄河三角洲区域引黄泥沙利用与湿地生态建设的示范项目，在提供安全稳定水源方面具有重要意义。小开河沉沙池作为国家级湿地公园，其总体建设目标是：以天然柳林群落和野大豆群落保护为重点，从维护湿地生态系统结构及功能完整性、保护生物多样性的基本要求出发，建成以生态保护为主的集科普宣教、湿地体验等为一体的综合性湿地生态长廊。

小开河沉沙池湿地公园保证重点是兼顾沉沙功能和湿地生态功能，其关键在于解决以下3个方面的问题：①高含沙水流溶解氧低，如何创造生物生存繁衍的水流条件；②沉沙池定期清淤，底质破坏后的恢复时间和生物生长周期合理衔接，由此决定湿地定期清淤时间、湿地生物群落形成的最小时间；③湿地具有相对完整食物链的最小面积，以此确定合理的湿地保护面积和清淤面积。具体实施以下内容。

（1）人工干预生态修复。首先对湿地加强保护，现已建成钢丝网与生物围墙相结合的防护围网7 km，以构建天然柳林和野大豆保护示范区；按重点保护保育区、恢复重建区2个部分实施湿地恢复，内容包括：建设弯曲的生态水岸线，形成起伏的河底底栖环境，营造林地、开阔性水面、沼泽、草滩等不同栖息地类型，恢复湿地植被，恢复水鸟的天然繁殖生态环境。对沉沙池及外部水系清淤疏浚，实现沟通、拓宽，加宽水面，提高水容量。

（2）多管齐下保护水质。建设生态隔离系统；发挥水生植物对水的净化作用；初步构建保护管理体系和科研监测体系，定期监测水质，掌握水质变化。

（3）确定清淤与湿地保护最佳方案。研究输沙渠及沉沙池水沙特征，为兼顾沉沙池清淤和湿地生态结构完整提出最佳解决方案。

3 生态系统调控及运行方案探讨

3.1 泥沙资源处置利用方法

3.1.1 沉沙池水沙特征

灌区引黄闸设计引水流量60 m3/s，年设计引水3.93亿m3，累计引水量64.54亿m3，年均引水2.8亿m3。灌区以中、小流量引水为主，年均引水流量近年来有所降低。灌区每年2月初开始引水，近年来每年引水时间约180 d，保证了新鲜充足的黄河水进入生态湿地。由于黄河调水调沙，引黄闸前河底高程降低，且引黄指标受黄河管理部门严格管控限制，灌区已不具备初建时“大流量、远距离”的引水、供水条件，自2011年起上游输沙渠不再是不冲不淤运行状态，年年清淤成为常态。沉沙池一直采取以挖待沉的方式处理泥沙，已累计清淤833.88万m3。输沙渠和沉沙池历年清淤情况，详见表3。

表3 1999—2020年输沙渠、沉沙池清淤量

从表3可以看出，输沙渠淤积有加大趋势，且沉沙池2019、2020年清淤量增加约25%～50%（历年来每年清淤约40万m3）。根据运行管理经验来看，沉沙池进口处500～1 700 m渠段，渠宽由50 m加宽至318.3 m，水流速度仅0.038 m/s，大量泥沙开始沉积于此。而沉沙池出口段的600 m为倒比降，使得此段也有泥沙沉积。总之，每年依靠清淤泥沙来保证灌区正常运行，势必会对生态环境造成不利影响。

3.1.2 因地制宜，分散处理

根据灌区地形条件，合理规划引、输、沉、淤工程位置，尽量使入渠、入池、入地的水沙各得其所。尽量将清淤泥沙一次性远离渠道，以节省处理、防扬尘覆盖等费用和减轻对生态环境的不利影响。

3.1.3 输沙入田，改良耕地

浑水灌溉、输沙入田是引黄灌区有效利用与处理泥沙的最经济方式。探讨渠首改造方案，争取最好的引水条件并辅以合理的管理措施，将泥沙输送到下级渠道和农田中以减轻集中处理的负担。黄河水泥沙中较细颗粒的泥沙到田间后，还能起到改良土质、增加土壤肥力的作用。

3.1.4 综合利用，生产建材

沉沙池中的泥沙是在一个相对稳定的环境中沉降，性质比较单一，基本没有动植物残体以及人类抛弃的垃圾等杂质。此外，泥浆泵清淤把沉沙池中的淤泥吸到堆场这一作业过程实际上又对淤泥进行了一次均质化，使得淤泥在颗粒组成及化学成分方面的均匀性得到了进一步提高，是做砖瓦的最好原材料。

3.2 改善水质，优化水环境

3.2.1 建立陆地集水区与水体生态屏障

河岸是陆地集水区与水体的重要生态屏障，是水域与陆地的界面。根据现场实际，沉沙池西侧改建荷塘的岸线采用缓坡型自然原型河岸，主要采用树桩和垂柳、灌木、水生植物护岸等形式。沉沙池北侧鱼塘的岸线主要采用自然型河岸带，以种植植物为主，实行乔、灌、草相结合。

3.2.2 依靠生物，促进水质净化

适宜的鱼类、合理的放养密度是对水质净化起到积极作用的生物控制措施，同时还保证了湿地的生物多样化和生态稳定性。湿地内的水生植物可以吸取水中重金属和大量营养物。如，芦苇、菖蒲等通过对水流的阻尼和减小风浪扰动使悬浮物质沉降，并通过与其共生的生物群落相互作用达到净化水质的目的。

3.2.3 实施水系连通，提高湿地水容量

小开河沉沙池的主要功能为沉沙，应按照灌区引水供水要求定期清理淤积泥沙，以保证小开河干渠及沉沙池的正常功能。对沉沙池及其周边水系拓宽和疏浚，使之连通、湿地水面加宽、水容量加大。整个湿地水系的水流动起来，能防止大面积的死水面形成，既改善湿地水质又增加蓄水量。

3.3 构建弃土区风沙防护体系

在沉沙池两侧植草种树，构建一道风沙生物防护体系，可将风沙对周边环境的威胁降至最低。沉沙池西侧弃土场已形成泥沙堆积高地，由于每年弃土的需要，不能改造。因此，弃土区大面积土地裸露，属强烈侵蚀区，可在其四周植树绿化。

3.4 保护生物良好食物链

沉沙池内点缀着泥沙淤积而成的盆景式沙洲，此区域可生长水生植物、浮游生物和底栖动物，以相对较短的食物链支撑水鸟栖息。野大豆群落和天然柳林群落又可保证湿地内植物面积，为各种鸟类提供捕食、栖息的场所，形成稳定的湿地生物群落。

3.4.1 植物栖息地保护措施

对具有典型代表性的湿地植物群落进行专门保护。

（1）野大豆保护措施。①划定野大豆资源核心保护区，严格保护原生栖息地。沉沙池2+000—3+500区域现已建成防护围网进行专门保护，并设置了保护标识牌，确保野生大豆种质资源得以有效保护与繁衍，不受人为破坏。②就地保护和迁地保护相结合。可优选一定数量的野大豆母株，建立种质资源繁育保护示范区，将野大豆从其自然生态环境中转移到人为生态环境中强化保护。③根据沉沙池实际情况，加强分散岛屿上野大豆种群之间的交流，在岛屿间可搭建人工浮桥，在浮桥上引导和栽种各种食源性植物，以促进野大豆种群交流。

（2）对湿地内的天然柳林分类分级制定保护措施，即设立核心保护区和缓冲保护区，四周全部设置围栏、保护性标志、观测点、警示牌等多种工程措施。

3.4.2 鸟类栖息地保护措施

重点加强湿地水鸟生态环境的保护，以维护湿地生态系统的完整性和野生生物的生存、繁衍条件。

（1）针对不同鸟类分区划片保护。设定沉沙池东北部原生柳林为重点保护区域，其中林内倒伏木和水中沙堆形成的滩涂为涉禽类重点保护区域、林缘外开敞水面为游禽类重点保护区域，而散布在园区其他区域内的人工林和天然林为鸣禽类重点保护区域。

（2）加强人工植物配置，提高栖息地质量。植被的选择和配置是鸟类栖息地保护和营建的最主要内容，具体可以采取以下措施：①注重植物群落的层次感与吸引力，构建立体植物群落，增加空间异质性和鸟类栖息地多样性；②营造植物连通带，应用芦苇、菖蒲等水生植物建成具有可渗透性的生态岸，增加水生生态系统的生物多样性，为鸟类提供水生生物、昆虫等食物来源和栖息环境。

3.4.3 底栖生物保护措施

底栖生物是湿地生态系统的重要组成部分，对维持生态系统结构和功能的稳定具有重要作用，其生物群落的变化能很好地反映水质的变化。①设置水质监测点，配置水文水质监测设备，主要监测湿地水的流速、水位、pH、氮、COD等指标；②维持一定水深的基本水面，水位的高低是影响底栖生物生存的一个重要条件，多年现场观测结果显示，0.5～0.8 m水深处的底栖生物丰富度高。

3.4.4 选择科学合理的清淤时间及区域

沉沙池采用“以挖待沉”的管理运行方式。为最大限度地减少对生物的影响，且与农业灌溉供水不冲突，对湿地范围内的芦苇、野生大豆群落影响也最小，多年来清淤时间基本选择在11月下旬至12月下旬，工期约30～40 d。施工机械选用泥浆泵，由邻近的白杨河提供施工用水。清淤范围重点为淤积量最大沉沙池上部的扩散段，尽量不扰动挺水植物生长区。首先填筑施工围堰将清淤区和非清淤区分隔，其次将清淤区内的水排至非清淤区，确保水生物的生存空间。

4 结语

小开河沉沙池湿地保护是饮用水源地保护的典范。灌区累计引水64.54亿m3，不仅解决了工农业用水、群众饮用水问题，而且使下游大片盐碱荒芜地得以改造，果蔬品质大大提升。实践证明，黄河水经过沉沙池湿地净化后，水质可达Ⅲ类标准，保障了下游北海水库水质安全。沉沙池湿地植物种类增加，植被覆盖率提高，有效地控制了水土流失，并吸引了天鹅、白鹳等珍稀鸟类来此栖息。该区域属于典型的人工湿地促进人与自然和谐相处的案例，具有显著的科普教育和生态保护价值。