對黃河綜合治理方略的思考
黃河是我國第二長河,流經(jīng)干旱、半干旱地區(qū),為西北、華北地區(qū)提供了寶貴的水資源,是北方地區(qū)重要的生命之源.黃河流域侵蝕嚴(yán)重,河床不穩(wěn)定,水體污染嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境脆弱.黃河水利委員會提出了“維護(hù)黃河健康生命”的口號,將黃河的治理轉(zhuǎn)向多目標(biāo)治理.筆者根據(jù)國內(nèi)外河流治理的經(jīng)驗教訓(xùn),對黃河的綜合治理提出以下幾個觀點.
一、控制溝道下切是控制侵蝕的根本
黃河流經(jīng)世界上水土流失最嚴(yán)重的黃土高原地區(qū),過去每年約有16億噸泥沙進(jìn)入下游,約有4億噸泥沙沉積在河床上,對黃河下游兩岸人民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了極大的威脅.我們通常把由坡面徑流集中沖蝕土壤和母巖并切入地面形成較大溝壑的侵蝕形態(tài)稱為溝道侵蝕.溝道下切是細(xì)溝侵蝕和坡面侵蝕的誘因.溝道下切造成岸坡和支溝坡度變陡、細(xì)溝侵蝕和坡面侵蝕加劇,因此控制溝道下切是控制侵蝕的根本.侵蝕導(dǎo)致土壤中的營養(yǎng)元素流失,使土地變得貧瘠.同時,進(jìn)入黃河的泥沙攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)使得河湖水質(zhì)富營養(yǎng)化.
控制侵蝕的根本是控制溝道下切和溝頭上溯,可以通過水利工程和生物工程進(jìn)行聯(lián)合控制.水利工程主要指建設(shè)淤地壩群,攔截黃河上游侵蝕產(chǎn)生的泥沙,使其淤積在溝道內(nèi),抬升溝道河床,降低坡度,從而達(dá)到穩(wěn)定溝道的目的.近年來,黃土高原地區(qū)的淤地壩建設(shè)在攔沙和控制溝道侵蝕方面起到了重要作用.生物工程是指在溝道內(nèi)或溝道兩側(cè)的坡面上種植能夠有效控制侵蝕的植被,以保護(hù)河道和邊坡,防止沖刷和侵蝕.研究表明,坡面植被覆蓋率恢復(fù)到70%就可以使溝道侵蝕產(chǎn)沙減少75%以上.生物工程控制侵蝕的關(guān)鍵在于選擇適當(dāng)?shù)奈锓N.若物種選擇得當(dāng),不僅可以控制侵蝕,還能增加生物多樣性.
1986年,錢正英通過調(diào)查研究提出了以開發(fā)沙棘資源為加速黃土高原治理突破口的科學(xué)建議,使沙棘灌木在黃土高原大面積種植.沙棘又名醋柳、酸刺、黑刺,系胡頹子科,是一種具有良好的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性的植物,適應(yīng)性強(qiáng),根系發(fā)達(dá),有極強(qiáng)的萌生能力,可以通過無性系生長實施種群擴(kuò)散,并依靠生理整合和覓養(yǎng)行為提高基株適宜度和分株存活概率.沙棘根系具有較高的固氮能力,對增加土壤有機(jī)質(zhì)及氮的含量、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高林地生產(chǎn)力等都具有重要意義.研究發(fā)現(xiàn),種植沙棘可以有效攔沙蓄水,促進(jìn)當(dāng)?shù)仄渌锓N的生長,提高生物多樣性,具有良好的生態(tài)效應(yīng).
二、增阻降速是穩(wěn)定河勢的重要措施
穩(wěn)定的河勢對河流健康至關(guān)重要,而降低流速是穩(wěn)定河勢的重要措施.降低流速主要取決于河床的阻力結(jié)構(gòu).彎曲的河道、河道內(nèi)的大卵石以及灘地上的植被等都是河床阻力結(jié)構(gòu)的一部分.這些阻力結(jié)構(gòu)能夠降低水流流速、防止河道沖刷和穩(wěn)定河勢.目前,一些河流治理工程破壞了河床的阻力結(jié)構(gòu),引起了很多問題.從河流綜合管理的角度來看,河道裁彎取直、灘地清障減糙以及渠化工程等都是不利于河流健康的.當(dāng)然,降低流速會導(dǎo)致泥沙落淤,所以增阻減速宜從上而下進(jìn)行.從河流整體看,增阻降速從根本上減小了泥沙侵蝕和運(yùn)動的動力,河床演變速率減小,河勢逐漸穩(wěn)定.
彎曲是河流的本性,將蜿蜒的河流改成順直違背了河流的本性.裁彎取直集中了水流能量,引起河道沖刷和河岸侵蝕,導(dǎo)致河道不穩(wěn),并破壞了水生棲息地,影響了水生物的生存.灘地植被可以降低洪水流速,延長洪水推進(jìn)時間.許多學(xué)者研究了灘地植被影響河流水力特征和地貌特征的機(jī)理.灘地植被可以通過增加阻力和降低近岸流速來保持河道地形的穩(wěn)定,并通過其根系增加河岸穩(wěn)定,加速灘地和岸邊淤積.河道渠化工程對河流地貌和生態(tài)都會產(chǎn)生不利影響,用混凝土硬化河道和河岸改變了河流原來的屬性.光滑河岸相對于自然河岸糙率要小很多,導(dǎo)致近岸流速提高,威脅河岸和大堤安全.人們已經(jīng)認(rèn)識到光滑河岸不利于防洪安全,一些地方為控制近岸流速,將大石塊鑲嵌在光滑護(hù)岸上以增加河岸糙率.
降低流速不僅有利于穩(wěn)定河勢,對河流生態(tài)也十分有利.通過對河流生物群落的研究發(fā)現(xiàn),河流中水流流速小于2米每秒時,最利于水生物的生存.大多數(shù)水生動植物都生活在低流速的水域中.適合度指數(shù)SI為棲息地的物理化學(xué)條件對生物生存和繁殖的適宜程度.SI=1和SI=0分別代表最好與最差的生存條件.通過對36種魚類的研究表明,對于成魚,約55%的魚類在靜水中最適宜生存,97%的魚類在流速大于3米每秒的水中最不適宜生存.多數(shù)魚類產(chǎn)卵需要較高的流速,幼魚需要較低的流速.但是當(dāng)流速大于3米每秒時,無論是成魚還是幼魚,所有魚類的適合度指數(shù)降到零,而產(chǎn)卵孵化和魚苗的適合度指數(shù)則降到1以下.
三、建設(shè)通河湖泊濕地是改善黃河生態(tài)的鏈條
河流是生命的載體,為各種水生生命提供棲息地.當(dāng)前黃河處于嚴(yán)重污染的狀態(tài),60%以上的黃河水不能飲用,黃河的生態(tài)也受到嚴(yán)重破壞.再加上黃河的河床底質(zhì)都是細(xì)沙,黃河中水生物種和生物量都遠(yuǎn)比長江少得多.筆者曾帶領(lǐng)研究小組到黃河下游以及黃河三角洲進(jìn)行實地生態(tài)考察,在黃河河床和河灘濕地中采集底棲動物樣品,通過分析發(fā)現(xiàn),只有極少底棲動物在河道里生存,而濕地生存的物種較多.
通河湖泊濕地對河流生態(tài)有著極其重要的作用.在河流系統(tǒng)中,通河湖泊與河流干、支流構(gòu)成一個完整的河湖復(fù)合生態(tài)系統(tǒng).河道與通河湖泊作為不同類型的生態(tài)單元,發(fā)揮各自的生態(tài)功能.研究發(fā)現(xiàn),許多魚類在河里產(chǎn)卵,在湖里長大.通河湖泊的河湖關(guān)系形式有利于底棲無脊椎動物以及魚類的生存與發(fā)展.河道的流水環(huán)境具有較高的溶解氧,但營養(yǎng)物質(zhì)和餌料生物貧乏；通河湖泊則具有較高的初級生產(chǎn)力,支撐著水體食物網(wǎng)的各個環(huán)節(jié).反過來,湖泊生態(tài)也依賴河流.因此,保持河湖的連通對于生態(tài)是非常重要的.研究表明,隔離的湖泊生物多樣性降低.以長江為例,近50年來,長江許多通江湖泊逐漸變小變隔離.隔離的湖泊中底棲動物由46種減少到30種,魚類由80種減少到50種.生態(tài)管理的一個原則是維持較高的河湖連通度.在黃河建設(shè)通河湖泊可以顯著改善生態(tài),例如小北干流、河南段的二級懸河的河灘、東平湖和北展、南展滯洪區(qū)等都可以建設(shè)通河生態(tài)湖泊.
改善生態(tài)的另一個舉措就是增加水面面積.增加水面面積可以為水生物提供更多的棲息地.從這方面來看,建設(shè)水庫和大壩是對生態(tài)有利的.雖然水庫和大壩建設(shè)造成了棲息地的隔離,對一些洄游魚類造成威脅,但增加棲息地促進(jìn)了生態(tài)的改善.
水生植被在河流生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用.水生植被可以為底棲動物和魚類提供餌料和休憩、產(chǎn)卵的場所,并且能夠吸收河流中的有機(jī)物質(zhì),達(dá)到凈化河流的目的.北京郊區(qū)的拒馬河是一條水生植被發(fā)育很好的河流,沿岸居民利用河水作為生活用水,排回河道的水體都是攜帶大量有機(jī)物質(zhì)的生活污水,這些有機(jī)物質(zhì)不斷地被河道中的植被吸收,經(jīng)過一段距離的凈化后,河水又變得十分清澈.在黃河的治理中,可以在有條件的河段培育水生植被,起到凈化水質(zhì)的目的.
在通河濕地和湖泊中引入合適的水生植物如沉水植物(如苔草、黑藻和眼子菜)、挺水植物（如水燭和蘆葦）、浮水植物（如蓮、芡和浮萍）等,以構(gòu)建黃河生命必需的底棲動物群落,創(chuàng)建并維持黃河完整的水生生態(tài)系統(tǒng).水體生態(tài)修復(fù)應(yīng)當(dāng)考慮整個生物鏈的修復(fù).如當(dāng)水體沉水植被修復(fù)后,還應(yīng)同時考慮沉水植被的維護(hù)者和垃圾清理工,即水生昆蟲、螺類和貝類等,繼而放養(yǎng)魚蝦等.
四、控制點源污染是解決污染問題的重點
近年來,黃河缺水嚴(yán)重、污染加劇.據(jù)2001年監(jiān)測統(tǒng)計資料顯示,黃河中下游水體中磷的超標(biāo)率達(dá)90%以上,氨氮超標(biāo)率在50%以上.目前黃河的污染既有點源污染,又有面源污染.但是,點源污染可以通過污水處理達(dá)標(biāo)排放來控制,而面源污染卻收集難、處理難.面源污染主要是營養(yǎng)物質(zhì),可以被水生動植物吸收或降解；而點源污染包含許多有毒物質(zhì),往往殺死一些脊椎動物和無脊椎動物甚至植被,大大降低河流的凈化能力.許多實例說明,工業(yè)污水排放殺死較高級的生物后,一些細(xì)菌和藻類才能夠大量繁殖,造成河水發(fā)臭.因此,控制點源污染是改善黃河水質(zhì)的重點.已有研究表明,如果點源污染得到全面控制,河流、湖泊、水庫等地表水水質(zhì)就可以得到顯著改善.