七里海湿地水系统保护策略的探索与构想

林建桃, 杨冬冬, 曹　磊

(1. 天津理工大学艺术学院， 天津 300384； 2. 天津大学建筑学院， 天津 300072)



七里海湿地水系统保护策略的探索与构想

林建桃1, 杨冬冬2, 曹磊2

(1. 天津理工大学艺术学院， 天津 300384； 2. 天津大学建筑学院， 天津 300072)

七里海湿地是天津市重要的湿地生态系统，对其进行保护与修复意义重大。文章依据历史文献资料,对七里海湿地水系统进行了现状分析，并根据水文与地质数据，采用GIS平台和DHI开发的MIKE21软件，建立七里海湿地水系统格局平面二维模型，进行了仿真模拟计算，探索了一种科学可行的湿地水系统格局修复和水系统运营管理模式，为七里海湿地的科学保护提供了重要的参考。

七里海湿地; 科学保护; 仿真模拟; 水系治理

一、 湿地概况

天津七里海湿地位于天津宁河县西南部，距离宁河县城约23 km，形成于7000年前。湿地的中心位置为东经117°47′,北纬39°17′。据分析，七里海湿地最初形成于海洋退化后的洼地，曾经是渤海海域的海底。自全新世纪年以来，天津所在的渤海区域不断受到海退和海浸的自然过程，使得七里海地区暴露于地表，形成了独具特色的滨海泻湖自然景观，特别是牡蛎礁、贝壳堤等地质遗迹景观，世界少有[1-2]。七里海湿地在区域上包括核心区、实验区和缓冲区三部分；内容上包括地质遗迹与湿地生态系统两部分[3-4]。七里海湿地精确面积为344.38 km2，其中核心区面积44.85 km2，缓冲区面积42.27 km2，实验区面积257.02 km2，另加俵口村面积0.24 km2。

二、 湿地水系现状

七里海湿地的水系是指七里海湿地古泻湖区几经变迁形成的湖面以及人工修建的沟渠系统。古泻湖实际就是目前七里海湿地的几大片水域，是由海侵时海水延伸，海退时留下的洼地逐渐形成的。

根据文献研究，近代100年来，七里海湿地的水域面积、自然环境、生态系统均发生了较大的变化，主要是由人类活动造成的。其发展经历了自身自然演变、人工改造治理、人工围垦养殖和人工恢复治理及旅游开发等阶段[5-6]。

20世纪50年代之前，七里海包含前七里海、后七里海和曲里海。其周围洼地星罗棋布，水量充足，水质良好，保持着原始的湿地景观，总面积约108 km2(不含曲里海)。20世纪60年代，由于经历三年自然灾害，为解决农民的温饱问题，当地政府将后七里海和曲里海填平，开垦为农田。由此，后七里海和曲里海消失，仅剩前七里海，其面积由原来的78 km2减少到了68.5 km2，减少了近10 km2。

20世纪70年代，由于河道疏通的需要，开挖潮白新河，而新规划中的潮白新河正好通过七里海，将原本一体的七里海拦腰截断，分为东七里海和西七里海，七里海被人为地截为两段，形成了目前概念意义上的东七里海和西七里海，水域面积减少了约53 km2。

改革开放以后，在经济利益的驱动下，七里海地区水产养殖业逐渐兴起，东、西七里海的大片水域以及湿地周围的大片农田都被改建为养殖池，七里海水域面积进一步缩小。七里海湿地核心区水域现状如图1所示。

七里海湿地水域面积的变化有自然原因，也有人为原因，但从近几十年的发展情况看，主要是人为因素造成的：1)人为的湿地开发利用造成了自然湿地的萎缩；2)七里海周边的河流水系治理工程加速了该区域水域的衰亡；3)人为的污水排放严重地影响了七里海及周边水域的水体质量[7]。

三、 湿地水系治理

为了更好地对七里海湿地实施科学的保护，本文从水系治理入手，通过采用GIS平台和DHI开发的MIKE21软件，建立七里海湿地水系统格局平面二维模型，进行仿真模拟计算，形成一套科学可行的湿地水系统格局修复和水系统运营管理模式，从水系治理方面对七里海湿地提出解决措施。

七里海湿地水系治理由湿地水系统格局修复和水系统管理运营两大部分内容组成。水系修复即指修复甚至重建湿地内能够起到涵养植被、输送水源作用的沟渠系统，以及修复起到蓄滞作用的集中水面或水库；水系统管理运营则主要包含了水源补给量值、分配份额的确定以及水循环模式的提出。两者关系密切，互相影响，相辅相成，彼此匹配，起到高效、合理修复湿地的作用。

湿地修复坚持“尽量减少人为工程改造，最大化避免外来干扰”的原则。水系统格局修复直接受到七里海湿地现状布局、土壤条件、地形情况的制约，因此，本文采取“以系统修复构建为导向，系统管理运营加以配合”的水系治理策略。相应的工作流程为：先提出水系统格局修复方案，然后以此为蓝本开展水系统管理运营的相关内容，再对方案进行校核和优化，以提出最佳水系治理方案。水系治理方案流程如图3所示。

(一) 湿地水系统格局修复

1. 水系统格局设计

在现状基础上，主要进行以下三方面的修复与调整。

(1) 扩大水面。东海是通过打通现状兴坨水库和俵口水库来扩大水面，西海是在现状低洼处开挖新的水面。扩大水面可以达到蓄水的功能。

(2) 疏浚、贯通干渠。干渠位于七里海湿地外围四周，向中心与输水支渠、蓄水水面相连，向外与潮白河通过闸坝相通，其连接与纽带作用突出，引输水功效显著。环海干渠总长度33 486 m，其中东海干渠宽100 m，长11 000 m，设计水深2 m；西海(除津塘运河水域)干渠长14 724 m，宽20 m，深2 m。干渠设计边坡均采用非对称式设计，北侧边坡采用1∶5，南侧边坡采用1∶3，设计水深2 m。

(3) 挖掘、连通湿地内输水渠。输水渠是向湿地、苇地中心输水、涵养芦苇生长的重要通道；其总体布局形如鱼骨，目的是保障输水的均匀性和秩序性。输水渠有两种断面：宽10 m的支渠(包括现状)总长约为129 028 m，设计水深1.5 m，设计边坡为1∶4；宽5 m的支渠总长176 976 m，设计水深1 m。

2． 水系统断面设计

(1) 输水渠断面设计。输水渠设计以湿地恢复、保障涵养水源供给为主要目标，并综合考虑输水量和检修行船需求，确定输水渠断面。据相关地质勘探显示：由于湿地表面2 m以下地层保留有七里海湿地形成过程中海相沉积物印记，因此输水渠深度严格控制在1.5 m左右。输水渠宽度有10 m和5 m两种，由于湿地内输水渠流速缓慢，因此护岸采用斜坡式土质边坡。1)河口宽度在10 m的输水渠，为塑造更多浅滩沼泽，边坡采用复式设计，即近岸部分坡度舒缓，边坡为1∶5；近底部分坡度较陡，为1∶3。因坡度均满足天津地区土壤抗滑稳定条件，故无护坡。2)河口宽度在5 m的输水渠，受宽度限制，不做护坡。

(2) 干渠断面设计。干渠宽度、深度基本延续现状干渠条件，加以清淤疏浚。东海干渠河口宽度100 m；深度2 m。西海干渠河口宽度20 m；深度2 m。设计边坡采用非对称式设计：北侧边坡采用1∶5，较大坡度利于浅滩沼泽的形成；南侧边坡采用1∶3，较小坡度适宜行船，避免搁浅。由于两侧坡度均满足土壤抗滑稳定条件，故无需护坡。

(二) 湿地水系统运营管理

七里海湿地水系统运营管理可分为两个主要部分，分别是水文分析和水动力模拟分析。水文分析关注大环境背景下湿地降雨、渗透、河流补水、蒸发、植物消耗等水量补损情况，又可称为水量平衡分析。目的是确定湿地的年补引水量，是一种对湿地宏观水文环境的研究分析。水动力模拟分析则聚焦不同气候条件下场地内部的水环境，涉及水深、水淹没等信息，是一种对湿地动态水文环境的探究。七里海湿地水系统运营管理的研究内容很大程度上决定了湿地水源涵养的合理性、高效性，并对湿地植被的修复具有重要影响。需要指出的是，水量平衡和水动力模拟两部分研究内容并不是彼此独立、相互割裂的，而是有着密切的联系。水动力模拟的部分输出数据是水量平衡计算的参数项之一，而水量平衡中的降雨、蒸发等是水动力模拟的边界条件。

1． 水量平衡原理

从湿地生态循环过程和模式角度看，以芦苇为代表的水生植物的生长情况，决定了湿地对于上层生物(鱼、鸟禽等)生存的适宜程度和吸引力，是湿地能否健康发展、生境及物种多样性能否日渐丰富的关键环节。因此，本研究选取芦苇为七里海湿地的目标植物物种，以适宜芦苇等水生植物生长的需水量为出发点，进行水量平衡分析，从而获得七里海湿地修复、植物涵养所需水量。

2． 水量平衡分析

七里海湿地属于芦苇沼泽湿地，植物以芦苇群落为主。但随着近十年来七里海湿地水源的大幅减少以及人类活动的影响，湿地内芦苇生长严重退化，由三四十年前亩产1 500斤左右，已减少到目前的亩产500～600斤。可见，水分涵养对于七里海湿地芦苇生长非常重要。

但在不同的生长期以芦苇为代表的水生植物需要水分的量也是不同的，充分了解和掌握芦苇对水分需求的生长习性，采用科学合理的补水方式，既可提高芦苇对生长环境的适宜性，又可有效地利用水资源，降低补引水量，减少湿地保护管理运营成本，是湿地水系统运营管理的关键。

参考相关研究成果，七里海湿地四季补、排水方案如下为宜。

春季：第一次补水在3月初芦苇发芽前，此时是在芦苇初灌时期，土壤尚未融冻，灌溉深度为10 cm～15 cm为宜。

第一次排水在4月初，一周内全部排完，排水若太晚或不彻底则造成闷芽。

第二次补水在4月中下旬，此时芦苇发芽率不足70%，灌水量以土层湿润为宜，不宜过深。本次灌水可促进芦苇生长，控制芦苇密度。

夏季：5月中旬至7月下旬，这一时期是芦苇迅速生长期，其高度已占全生育期高度70%～80%。采用排灌反复交替方式，有助于芦苇的生长。 5月份灌20 cm水层自由落干后，晒田后补水(经计算天津地区夏季落干+晒田需要25天左右，近一个月时间)。 6月份灌25 cm～30 cm水层自由落干后，晒田后补水到20 cm。7月中下旬正值雨季，空气湿度大，苇田不易保持过深的水层，也要求排水晒田。

秋季：立秋开始，芦苇遇强风、降雨易折断，故这个季节以浅水、排水为主。浅水控制在5 cm为宜。秋季后期为了增加茎秆硬度，促进越冬芽苗萌发，灌水基本停止。但水沟内保持有水状态，采用渗透式补水。

冬季：无补、排水需要。

3． 水量平衡模拟计算

以七里海东、西两海的地理基础资料为依据，以七里海的水文资料、气象资料和湿地芦苇在不同季节(不同生长期)所需水深为边界条件，利用GIS平台和DHI开发的MIKE21软件，建立七里海湿地水系统格局(环海干渠、输水支渠和水库)平面二维模型，进行仿真模拟计算，从而获得不同季节湿地的补引水量、淹没情况。三月初第一次灌水，苇地达10 cm～15 cm水深，苇地中水量为5 513 816 m3，淹没面积为8.885 km2，如图4所示；四月自然蒸发渗透排水，依靠沟渠保持湿地内基流，苇地中水量为3 424 664 m3，淹没面积为5.603 km2，如图5所示；五月起排灌交替式灌水，灌溉深度20 cm。苇地中水量为5 971 549 m3，淹没面积为9.243 km2，如图6所示；六月起随着蒸发量的增大，灌溉深度达25 cm～30 cm，苇地中水量为 6 434 114 m3，淹没面积为9.260 km2，如图7所示；秋初灌水保障浅水层5 cm左右厚度，保障芦苇的生殖生长，苇地中水量为5 072 268 m3，淹没面积为8.787 km2，如图8所示；秋后期，主要依靠沟渠入渗补水，如图9所示。上述各图中，深色为淹没区域，浅色为非淹没区域。

西海补引水情况：三月，状态量为15 907 279 m3，淹没面积为19.974 km2，如图10所示；四月，状态量为13 228 171 m3，淹没面积为13.727 km2，如图11所示；五月，状态量为19 450 867 m3，淹没面积为24.667 km2，如图12所示；六月，状态量：20 685 149 m3，淹没面积：25.705 km2，如图13所示；九月，状态量：14 910 920 m3，淹没面积：19.891 km2，如图14所示；十一月，自由落干，如图15所示。上述各图中，深色为淹没区域，浅色为非淹没区域。

4． 需水量计算

基于湿地四季补、排水方案，综合考虑蒸发(见表1)、降雨(见表2)、下渗和植物耗水量[8](见表3)，借助Globe Mapper软件，分别计算东、西七里海年内逐月需水量，如表4、表5所示。经计算，东七里海年均需水量为2 774.17万m3，西七里海年均需水量为 8 175.9万m3。

表1　天津多年平均各月蒸发量　单位：mm

表2　天津多年平均各月降水量　单位：mm

表3　一株2.0高芦苇全生育期需水量　单位：m3

表4　七里海东海年内逐月需水量　单位：万m3

表5　七里海西海年内逐月需水量　单位：万m3

(三) 湿地水系统循环模式

七里海东海和西海内水体系统彼此独立运行，各自从潮白河引水补充水量。

1. 西海水体循环模式

利用西海东南角处现状扬水站引潮白河水至环海沟内，环海沟输水至西海四周；输水渠道与环海沟相连，导水至苇地中，涵养苇地，水流至中心凹地处汇聚，形成大水面。

2. 东海水体循环模式

利用东海西北角处现状扬水站引潮白河水至水库内，经由水库南侧堤坝上水门引水至苇地中(目前水库的水不能引至苇地中)，涵养苇地。苇地中水汇流至西海外围南侧环海沟，流入水库内，形成循环水流。

四、 结　语

七里海湿地的保护与修复是天津市十二五规划的重点建设项目，在天津市政府人力、物力的大力投入下，目前已经取得了一定的成效。本文从实际工程出发，依据详实的历史资料、科学的地质和水文数据，对七里海湿地水系系统提出了现实可行的治理方案，形成了七里海湿地水系统的循环模式，为工程项目的快速实施提供了依据，为建设美丽天津、生态天津做出了重要贡献。

[1]杨会利，袁振杰，高伟明．七里海泻湖湿地演变过程及其生态环境效应分析[J]．湿地科学，2009，7(2)：118-123．

[2]冯金良．七里海泻湖的形成与演变[J]．海洋湖沼学报，1998(2)：6-11．

[3]纪大伟，邓红，马志华．天津古海岸与湿地国家级自然保护区范围调整及其必要性研究[J]．湿地科学与管理，2010，6(1)：30-33．

[4]刘泓，汪苏燕．自然保护区管理模式和机制初探：天津古海岸与湿地国家级自然保护区管理实践[J]．海洋开发与管理，2005，22(4)：36-40．

[5]秦磊．天津七里海古泻湖湿地环境演变研究[J]．湿地科学，2012，10(2)：181-186．

[6]天津华北地质勘查局地质研究所.天津七里海古海岸与湿地地质遗迹调查与保护成果报告[R]．天津，2013．

[7]高晓云，七里海湿地保护管理对策研究[J]．天津科技，2004(6)：14-16．

[8]姚慧敏，刘景兰．七里海湿地水资源现状及其生态需水量研究[J]．矿产勘查，2010，1(6)：598-602．

Exploration and Conception of Aqueous System Protection Strategy of Qilihai Wetland

Lin Jiantao1, Yang Dongdong2, Cao Lei2

(1.Art College of Tianjin Technology University, Tianjin 300384, China;2. School of Architecture, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

Qilihai wetland is an important wetland ecosystem in Tianjin, so the protection and restoration of the wetland is of vital significance. Based on historical literatures, this paper analyzes the current status of Qilihai wetland’s aqueous system. A two-dimensional model of Qilihai wetland’s aqueous system is built on hydrological and geological data for simulation by exploiting GIS and MIK21 developed by DHI. In this study, one scientific and feasible wetland aqueous system restoration and management model is developed, providing an important reference for scientific protection of Qilihai wetland.

Qilihai wetland; scientific protection; simulation; aqueous system restoration

2016-03-14.

林建桃(1979—)，女，讲师。

林建桃，linjiantao@tju.edu.cn.

TU986

A

1008-4339(2016)05-445-06