作者 MisganawDemissie等

翻譯 朱明成

美國(guó)大自然保護(hù)協(xié)會(huì)（TNC）發(fā)起了一項(xiàng)伊利諾伊河畔的大型生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目，旨在恢復(fù)伊米昆地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。這片區(qū)域是全美最大的沖積平原之一，位于斯蓬河與伊利諾伊河交匯處的上游地區(qū)。此項(xiàng)目的目標(biāo)為努力恢復(fù)本地水生和陸生物種曾經(jīng)賴以生存的環(huán)境，其中的一項(xiàng)關(guān)鍵要素在于了解當(dāng)?shù)氐乃奶卣骱湍嗌齿斶\(yùn)過程。我們不妨從歷史演變、現(xiàn)狀分析和不同備選方案這三方面分別來考慮這個(gè)問題。伊利諾伊州水資源調(diào)查局（ISWS）整理了相關(guān)水文資料數(shù)據(jù)，并且建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，用以評(píng)估當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀和生態(tài)恢復(fù)過程中的不同備選方案。

一、背景資料

伊米昆地區(qū)的地貌發(fā)育形成于上千年前的冰川事件，這與伊利諾伊河下游的其他漫灘基本相似。這里有兩個(gè)內(nèi)陸湖和一大片漫灘，為當(dāng)?shù)馗鞣N野生動(dòng)植物提供了多樣的水生和陸生環(huán)境。近一個(gè)世紀(jì)以來，為了保護(hù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展，人們開始筑堤防洪。早在1812年，第一座堤壩已經(jīng)投入使用，不過多數(shù)河堤建于19世紀(jì)末。據(jù)美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)當(dāng)時(shí)估計(jì)，伊利諾伊河下游約95%的漫灘都被圍墾用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（USCOE，1961）。

二、水位的變化

19世紀(jì)30年代，伊利諾伊河上修建了7個(gè)新的水利樞紐用以替代以前的水利設(shè)施，伊利諾伊河的低水位因此顯著升高。另一個(gè)影響水位的主要因素是，從1900年開始密歇根湖水的匯入，流量從3000~10000立方英尺每秒不等。根據(jù)伊米昆地區(qū)下游哈瓦那測(cè)站水文資料，1888年拉格朗日水利樞紐建成后的10年，伊利諾伊河低水位提高了超過3英尺；1900~1939年，密歇根湖水的匯入將水位提高約1英尺；現(xiàn)在看來，水位又回落了約2英尺，可仍然高于1888年前的水位。以上這些實(shí)測(cè)的水位資料，可以作為伊米昆地區(qū)水文資料歷史演變的參考。

三、地下水與地表水

根據(jù)伊利諾伊河谷地區(qū)水文資料的統(tǒng)計(jì)分析，總體來說，地下水由河兩岸流入伊利諾伊河，不過也有部分流入包括伊米昆在內(nèi)的漫灘地區(qū)。因此，大多數(shù)區(qū)域都會(huì)建有泵站，目的是將地面的排水管道和地下水滲流抽水外排。事實(shí)上，伊米昆地區(qū)就建有一個(gè)連接泵站排水渠系統(tǒng)，最后將水排入伊利諾伊河。過去抽水是用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉，作為生態(tài)恢復(fù)計(jì)劃的一部分，我們需要了解的是，停止抽水后，伊米昆地區(qū)的地面水量、地下水和伊利諾伊河水位對(duì)此地區(qū)的影響。為此，伊利諾伊州水資源調(diào)查局（ISWS）在此地區(qū)設(shè)置了24個(gè)觀測(cè)井，用以測(cè)繪和監(jiān)控地下水的情況。鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)，基層巖以上30到40英尺有一砂質(zhì)層。在自流條件下，水壓作用將伊米昆地區(qū)地下水帶到蓄水層以上。觀測(cè)井的數(shù)據(jù)也反映了蓄水層表面和底面的垂直壓差。同時(shí)，數(shù)十年的泵站抽水狀態(tài)導(dǎo)致蓄水層形成一個(gè)巨大的漏斗形低洼，一旦停止抽水，地下水水位將上升至地表以上數(shù)英尺。

現(xiàn)有研究顯示地下水和排水渠道關(guān)系緊密，水位上升至地表以上后，會(huì)在伊米昆地區(qū)的一大片范圍內(nèi)形成類似湖泊的地貌。根據(jù)伊米昆地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的要求，我們應(yīng)該采取相應(yīng)措施改變地下水和排水渠道之間的關(guān)系。

四、泥沙淤積情況

20世紀(jì)以來，伊米昆地區(qū)洼地湖底和漫灘的泥沙淤積導(dǎo)致了當(dāng)?shù)丨h(huán)境的變化。湖底每年平均有2～78毫米的淤積，具體淤積量取決于泥沙來源和與伊利諾伊河的距離遠(yuǎn)近。因此，考慮到泥沙淤積的嚴(yán)重問題，生態(tài)恢復(fù)中應(yīng)采取必要措施減少泥沙來源或者控制長(zhǎng)年累月的泥沙累積。

五、對(duì)策措施

為此，伊利諾伊州水資源調(diào)查局（ISWS）對(duì)生態(tài)恢復(fù)的進(jìn)程提出了3種初步的設(shè)想。第一種方案是保持現(xiàn)狀，繼續(xù)用堤壩把伊米昆地區(qū)和伊利諾伊河分隔開來。這樣除非伊利諾伊河出現(xiàn)特大洪水漫過現(xiàn)有的堤壩，否則伊米昆地區(qū)的泥沙淤積量不會(huì)有所增加。然而，伊米昆地區(qū)現(xiàn)有的泥沙將有可能對(duì)某些生態(tài)恢復(fù)工程產(chǎn)生影響。第二種方案是將伊米昆地區(qū)上游和下游的防洪堤壩拆除。從此以后，伊米昆地區(qū)的泥沙淤積情況也將會(huì)類似于伊利諾伊河附近的其他湖泊，淤積厚度以每年約8毫米的速度快速增加，這將對(duì)生態(tài)恢復(fù)造成不利影響。于是，我們提出第三種方案，即在已有堤壩上安裝閘門，來有效控制進(jìn)出伊米昆地區(qū)的水流泥沙。

在分析研究時(shí)，我們采用了從1971~2000年這30年間伊利諾伊河流域的水文數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中可以看出，流域的水位從極端洪水到干旱年份波動(dòng)很大。

計(jì)算中，我們不妨指定三年一個(gè)循環(huán)，每三年開閘一個(gè)月。由于出流的含沙量較小且很難測(cè)定，我們假設(shè)所有進(jìn)入伊米昆地區(qū)的泥沙都落淤。經(jīng)過模擬計(jì)算，在這30年間，約47600噸泥沙在伊米昆地區(qū)落淤，淤積厚度每年增長(zhǎng)約0.16毫米■