荒岛尤物,顺势医学,张镜原
摘要：水沙过程是塑造湿地生态系统结构与功能的重要驱动力，控制着湿地的形成与演化。利用1976年-2014年近40年黄河三角洲湿地面积变化的遥感影像数据，系统分析湿地面积、湿地重心和南北区域湿地类型的动态变化进特征。研究结果显示：近40年来黄河三角洲人工湿地面积增加约1 000倍，自然湿地面积呈波动下降趋势，减少约419%；芦苇、滩涂、养殖及盐田湿地等典型湿地面积重心整体由西北向东南方向位移；南北部区域的湿地类型的演变出现呈现较为明显的差异特征，其中北部芦苇湿地、滩涂湿地面积呈减少趋势，南部芦苇湿地面积整体呈增加趋势，滩涂湿地面积先增加后减少。研究结果可为水沙变异条件下黄河三角洲湿地生态系统的保护与修复提供科学依据。
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关键词：黄河三角洲；水沙变异；湿地面积；湿地重心；湿地类型
中图分类号：X171 文献标志码：A 文章编号：
16721683（2016）02000105
Effect of flow and sediment variation on the Yellow River Delta wetland area evolution
WANG Fuqiang ，WANG LijiaoPENG BoGUO Wen1
（1.North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450045，China；2.The Efficient Utilization [JP2]of Water Resources and the Protection Engineering of Henan Province Synergy Innovation Center，Zhengzhou 450046，China；[JP]3.Yellow River Water Resources Protection Institute，Zhengzhou 450004，China）
Abstract：Flow and sediment process controlled the formation and evolution of wetlands.They were recognized as significant driving forces of shaping structure and function of wetland ecosystems.In this paper，the dynamic changes were studied about the area，center of gravity and wetland types of delta wetland，based on the remote sensing data of the Yellow River Delta wetland area from 1976 to 2014.The results showed that constructed wetland area had remarkably increased 1000 times.However，natural wetland area had reduced 419% with fluctuation during the 40 years.The gravity center of reed，beachland，culture and salt field wetlands had shifted from northwest to southeast.There were significant difference between south and north of wetland evolution.Northern reed and beachland areas had a decreasing trend.While reed wetland area showed an increasing trend，and beachland area firstly increased，then decreased in southern.The results may provide a scientific basis for protection and restoration of the Yellow River Delta wetland ecosystem under the condition of flow and sediment variation.
Key words：the Yellow River Delta；flow and sediment variation；wetland area；wetland center of gravity；wetland type
湿地在提供水资源、调节气候、涵养水源、促淤造陆、降解污染物、保护生物多样性以及为人类提供生产、生活资源等方面发挥着重要作用[13]，它是人类重要的环境资源之一，被誉为“地球之肾”。黄河携带泥沙不断淤积、填海造陆，加上河口摆动和河堤决口、改道，在黄河三角洲区域形成了我国面积最大且仍在动态发展的黄河三角洲湿地[4]。在黄河独特的水沙条件和渤海弱潮的综合作用下，黄河三角洲湿地变化十分频繁，同时表现出了生态系统不稳定和生态平衡脆弱等特征。
黄河三角洲湿地是中国暖温带最年轻、保存最完整、分布最广阔的湿地生态系统[56]。几十年来，黄河水沙环境一直处于变化当中[7]，也因此促进黄河三角洲湿地的演变[8]。2002年进行调水调沙实验，从而改变黄河水沙条件[9]，水沙条件变化必然引起黄河三角洲湿地的演变响应。姚前前等运用GIS技术定量分析调水调沙对河口冲淤的影响机制[1011]；陈建等基于景观生态学原理，借助遥感技术探讨了现代黄河三角洲湿地的变化特征[12]，而未对湿地演变原因进行定量分析；张爱静等研究了黄河调水调沙对河口段生态水文情势的影响[13]及湿地景观格局的影响[14]，讨论湿地时空变化对水沙的反馈机制；孙晓宇等定量分析了人类活动条件下黄河三角洲湿地资源的数量、变化速度、类型转换等[15]的特征；孙才志等定性、定量的分析了在气候因子、地下水埋深及人类活动的条件下绕阳河湿地的类型转换和重心变化的特征[16]。而关于长时间序列的水沙变异条件下黄河三角洲湿地演变的影响研究相对较少。因此，本研究运用遥感技术与GIS结合的方法更全面的分析黄河三角洲湿地面积、类型和重心的演变特征，旨在摸清水沙变异情况下三角洲湿地演变特征，为黄河三角洲湿地生态系统保护与修复提供科学依据。 1资料与方法
1.1区域概况
研究区域位于117°31′-119°18′ E与36°55′-38°16′ N之间，主要为黄河鱼洼以下现行清水沟流路附近的三角洲区域（图1），面积约为2 400 km2，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温11.7℃～126℃，年平均降水量为530～630 mm。
[JP2]自1976年黄河改道清水沟后，由于水沙变化、海洋动力作用及人类活动影响，以刁口河自然保护区为核心的黄河三角洲北部区域与以现行流路保护区为核心的南部区域湿地环境条件发生了巨大改变。
1.2研究资料和方法
遥感技术可以体现出湿地资源环境状况方面有效的空间信息，通过它可以获取大范围、多分辨率、多波段、多时相的地表信息，为从不同时序对湿地面积变化进行分析创造了条件[17]。本研究选取数据资料包括：利津站1976年-2014年近40年径流量和输沙量数据；9期遥感影像数据，分别为1976年Landsat MSS影像，1984年、1992年、1996年、2001[JP2]年、2004年、2006年、2010年、2014年Landsat TM/ETM遥感影像；1996年1[KG-*3]∶[KG-*4]10000东营市土地利用图、1[KG-*3]∶[KG-*4]10000航片测绘图，以及多次野外湿地考察收集的有关黄河三角洲湿地的照片和数据等。
在研究方法方面，首先对Landsat TM/ETM遥感图像作预处理，以TM影像为基础采用GIS软件平台进行目视解译；同时，根据野外考察数据、照片和相关矢量层，辅助目视解译。对影像进行信息提取并探明土地利用状况，又以SPOT影像为基础，分析遥感图像数据，得到1976年-2014年湿地面积、类型及重心位移路径。
2水沙变化特征分析
黄河含沙量高、输沙量大，水沙关系不协调，为了形成合理的水沙过程，减缓黄河下游河道淤积，争取在较长的时期内稳定黄河的现行河道，实现河道不淤、不冲的目标，2002年后黄河水利委员进行了黄河调水调沙试验，利津水文站控制着进入黄河三角洲湿地的水沙量。1976年-2014年间利津站年径流量和年输沙量见图2（a）和2（b）。可以看出：利津站的年径流量在1983年达到峰值491亿m1983年-2002年整体呈下降趋势，到2002年的年净流量只有419亿m2002年经调水调沙后，年径流量整体呈增加趋势；年输沙量在1981年达到峰值115亿t，1981年-2001年整体呈下降趋势，到2001年的年输沙量仅有02亿t，2002年后年输沙量趋于稳定并呈小幅波动。
1976年-2014年利津站来水来沙大幅减少，且水沙关系不协调；1976年-2001年水少沙多， 2002年调水调沙后是水多沙少，二者整体上均呈明显的下降趋势。从图2（c）中可以看出，2002年前水沙比例波动剧烈，调水调沙后水沙比趋于平稳，说明调水调沙有效的改善了水沙关系。
3湿地面积演变特征分析
3.1湿地面积变化特征
本研究以《湿地公约》中湿地分类系统为基础，结合黄河三角洲湿地景观的自身特点及解译的标志，将黄河三角洲湿地分为天然湿地和人工湿地。不同湿地类型面积变化见图3。
由图3可以看出如下结果。
（1）人工湿地面积在1976年-2014年增加了约1 000倍。具体增长过程大致分为3个阶段：1976年-1984年为缓慢增长阶段，年均增幅为33 hm2/a；1984年-1999年为快速增长阶段，年均增幅为6659 hm2/a；1999年-2014年为飞速增长阶段，年均增幅为2 123 hm2/a。人工湿地的急剧增加是三角洲湿地受人类活动影响的结果，人工湿地集中分布在刁口河故道西侧的滩涂养殖、神仙沟故道两侧的晒盐场、淡水海水养殖场以及大汶流保护区以南海堤内的养殖场。
（2）自然湿地面积从1976年-2014年呈波动下降趋势，面积减少419%。1993年自然湿地面积呈现一定的增加，2004年-2006年自然湿地面积呈减少趋势，但趋势变缓。自然湿地面积减少，主要是黄河改道、开垦农田、开采石油使自然湿地面积退化及被大量使用等原因。
2002年开始实施湿地恢复工程及黄河调水调沙试验，对湿地进行人工生态补水，径流量、输沙量与各湿地面积的相关性见表1。调水调沙期间，利津站进入三角洲湿地的沙量与自然湿地面积的相关系数为06027；与人工湿地面积的相关系数为-08375，说明调水调沙实验能有效改善黄河三角洲湿地面积变化趋势。
3.2湿地重心变化特征
为了更深入研究黄河三角洲湿地变化趋势，从空间角度分析1976年-2014年典型湿地重心的变化情况。选取芦苇、滩涂、养殖水面等典型湿地的重心变化情况进行分析，典型湿地重心变化情况见图4。
由图4可以看出如下结果。
（1）芦苇湿地的重心由西北向东南转移。1976年-1984年芦苇湿地的重心向东南方向位移106 km；1984年-1996年，重心继续向东南移动112 km，靠近黄河河道；1996年-2001年，重心往西北方向回移41 km；2001年-2014年，芦苇湿地重心再次向东南方向移动。
（2）滩涂湿地重心位置基本随入海流路的变化而变迁，但总体趋势是由西北向东南方向位移。滩涂湿地重心1976年-1984向东北方向移动21 km；1996年，湿地重心相比1984年向东南方向位移123 km；2010年，湿地重心几乎与1992年的重心重合。
（3）养殖水面是黄河三角洲地区典型的人工湿地景观，其重心的转移变化能够反映人工湿地在三角洲地区的空间变化情况。1984年-2014年间养殖水面湿地重心一直从西北向东南方向移动，但每年移动的距离不同。1984年-1996年，湿地重心向东南位移71 km；1996年-1999年，湿地重心向东南位移51 km；1999年-2014年，湿地重心向东南位移118 km。 湿地重心的变化主要是由于黄河水沙关系不协调，泥沙不断填海，加之黄河改道淤积造陆，湿地的重心不断的偏移。
3.3湿地类型变化特征
南北部区域湿地环境的变化，其湿地类型演变出现明显差异。本研究以黄河口自然保护区北界为界，将黄河三角洲划分为南北两部分见图5。南北部分典型湿地面积的变化见图6。
（1）北部主要湿地类型变化。
由图6（a）可以看出：（a）1976年-2014年芦苇湿地面积减少764%。1984年-1996年间，芦苇湿地面积减少3 8639 hm2，年均减少率为321 hm2/a；1996年-2000年，芦苇湿地面积有所回升，湿地面积增加2 162 hm2；近年来由于人们的生态保护意识增强及对环境质量的要求提高，对湿地进行生态补水等保护和修复措施，减缓了芦苇湿地面积的退化，但2001年-2014年湿地面积依然减少，年均减少率为248 hm2/a。（b）滩涂湿地面积整体呈下降趋势，湿地面积减少约30%。但1976年-1984年滩涂湿地面积大幅度增加，年均增加率为585 hm2/a；1984年后湿地面积持续下降，年均减少率为405 hm2/a。但由于受1982年及1997年风暴潮影响，滩涂面积下降趋势减慢。（c）养殖及盐田湿地的面积呈阶梯上升趋势。1976年-1984年，开始出现养殖及盐田湿地，1984年-1992年为第一次快速增长期，较1984年增长近18倍；1999年-2001年为第二次快速增长期，较1999年湿地面积增加1倍；2006年-2014年为养殖及盐田湿地出现第三次增长期，较2006年湿地面积增长了近32%。
（2）南部主要湿地类型变化。
由图6（b）可以看出：（a）芦苇湿地面积整体呈增加趋势，整体面积增加近1倍。1976年-1996年芦苇湿地面积快速增加，1996年芦苇面积是1976年的22倍；但1996年-1999年芦苇湿地面积却快速减少，主要是由于1996年清水沟流路改道时芦苇沼泽湿地出现了较大面积的退化。近年来由于湿地恢复工程实施以及2008年后实施生态调水，芦苇湿地面积持续增加。（b）滩涂湿地面积先增加后减少，2014年滩涂湿地面积与1976年基本一致。1976年-1996年滩涂湿地面积快速增长，在1996年达到峰值28 327 hm2；1996年后滩涂面积持续减少，由黄河入海水沙减少造成的。（c）养殖及盐田湿地面积增长趋势与北部区域基本相同，湿地面积年均增长率为373 hm2/a。
4结论
（1）由于受黄河改道及人类活动的影响，造成自然湿地面积退化以及被大量使用，1976年-2014年黄河三角洲自然湿地面积减少了419%；有针对性的采取生态补水和调水调沙措施后，人工湿地面积呈增加趋势，增加了约336 万hm2。
（2）黄河三角洲典型类型湿地面积重心整体呈西北向东南方向位移，其中芦苇湿地、养殖水面中心位移最为明显，也反映出了人工湿地重心在三角洲地区的空间变化情况。
（3）1976年-2014年，黄河三角洲南北部区域的湿地类型的演变出现呈现较为明显的差异特征，其中北部芦苇湿地面积、滩涂湿地面积呈减少趋势，养殖及盐田湿地面积呈上升趋势；南部芦苇湿地面积整体呈增加趋势，滩涂湿地面积先增加后减少，养殖及盐田湿地面积增长趋势与北部变化趋势基本相同。
（4）黄河水沙关系变异是黄河三角洲湿地面积、重心、类型不断变化的主要原因，调水调沙能有效改善和解决水沙关系不协调和下游河道淤积等情况。
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