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当河流遇到海洋
发表时间:2011-12-08 阅读次数:13738次

 

      在北美范库弗峰港口城市附近,海狮们停止了怒吼,它们一个一个地从海坝上下来,潜入雷瑟河中。这个地方位于英属加拿大西岸的哥伦比亚省河海相接的地方。水面上除了有少量向上游涌动的波纹外,看起来还是比较平静的,海狮似乎知道平静的水面之下却是一片喧嚣的世界。
 
      第一次涨潮后几小时,海洋的咸水先是缓慢地,然后几乎是奔腾地进入雷瑟河。尽管表面上平静,水下面海水和淡水的相互搅混,再加上涌动的海潮,河水与海水的相互运动像任何其他海洋一样强烈,水流涡旋使很多泥沙处于悬浮状态,很多归巢的鳗鱼在这种混乱中迷失了方向,成为海狮轻易可得的食物。
 
      并不是每条河流进入大海的情形都像雷瑟河一样壮观,但是河流的淡水与海洋的咸水在部分封闭水域交混,自然科学家称之为“三角洲燃料”。这里往往是世界上最为繁盛的生态系统,同时也往往是最为脆弱的生态系统。
 
      很久以前,人类就意识到三角洲的重要性,并且把这里作为人类居住和活动的中心。然而,不幸的是人类的过度开发、不合理的土地利用和数世纪的工业污染,已经将大多数的三角洲资源严重损耗,并且形成了严重的污染。美国的波士顿海港、旧金山海港和哈得孙河口三角洲就是环境退化的典型实例。
 
      然而,河口三角洲仍然有希望得到恢复。三角洲是海洋咸水环境与陆地淡水环境的分界线,无论从生态方面还是从物理方面,三角洲地带都有着令人难以置信的多样性,多样性和生态系统的高能量使三角洲地带具有惊人的可恢复性。我们能够逆转三角洲环境退化的不利局面,恢复生态繁荣和生态价值。
 
  三角洲是如何起作用的
 
      在物理学家看来,存在于淡水和海水之间的密度差异使得三角洲令人感兴趣。当河流的淡水遇到海洋的咸水,淡水在咸水上面爬升,海水在流动的河水下伸入三角洲的陆地方向,并且沿着河流的底层向河流上游沿伸。
 
      通常海水入侵发生于一个突发性的咸水—淡水峰面,跨越这个峰面,含盐量或者咸度迅速变化,从海洋向陆地方向仅几十米就从海水变为淡水,这种变化在垂直方面也就是几米。
 
      与这些强烈的咸度和密度变化相伴随的是沿着水流方向的大的垂直变化,这些变化往往会形成涡旋的水流,人们用肉眼是无法看见这些涡旋的水流的,但是有经验的渔夫可能会发现所撒下的鱼网在温和的水面下可能会沿着另一个轨迹在运动。
 
      普林尼是古罗马著名的自然学家,是公元一世纪罗马帝国舰队的指挥官,他在伊斯坦布尔的博斯普鲁斯海峡发现渔夫的鱼网有上述奇特的现象,当时普林尼认为表层海水和底层海水是沿着相反的方面运动的,并且提供了人类历史上第一个关于这方面的手写文档,这就是我们现在所说的“河口湾循环”。
 
  海水入侵
 
      淡水水流和海水水流有时缓慢地流动,一个在水体的上层,另一个在水体的下层,但是当流速的差异达到一定的范围,就产生了强烈的涡动,海水和淡水就混合了。海洋的潮流循环是独立于河口湾循环的,潮流循环增加了这种涡动的混乱程度,使海水和淡水搅混在一起。
 
      在雷瑟河,这种循环被限制在河口区附近非常小的水体峰面区域,有时只是几百米长。在其他三角洲地区,例如旧金山海湾、切萨皮克海湾,或者哈得孙河口,这种峰面和所伴随的三角洲环流可能会沿伸到内陆很远。
 
      在陆地上,工程师们仔细地监测着海水的入侵情况,因为海水入侵内陆可能会影响城市居民的供水。例如,美国纽约州的波基普西市位于哈得孙河口以北60英里,该市依赖于哈得孙河的水源提供清洁用水,大约每隔10年一遇的干旱就会导致海水入侵波基普西市,并且会影响该城市所供应的淡水,使得水有一股咸味。这种情况曾于1995年在该市出现过,上游的水坝不得不增加泄水阻止海洋咸水危害公共健康。
 
  生灵活现的三角洲
 
      “河口湾循环”提供了一个不断更新的生态功能,持续的底层水流提供了有效的流通系统,不断地有海水流入,也不断地有水排出,如果没有这种自然的冲刷过程,河口区的水体将会是停止的,污染将会被累积,水中的溶解氧也会被耗尽。
 
      这种河口循环系统导致了惊人的生态产出,海洋持续地提供营养物质和溶解氧,生物所产生的废物被表层水持续地携带走。这个过程有点像泵站抽水。这导致了很多海域环境浮游生物和微小植物的高度生长,研究人员称为“初级生产”。
 
      而浮游生物和微小植物为生物多样性和食物链提供了基础,促进一些鱼类、鸟类和动物的生长,例如鳗鱼、横纹鱼、大蓝鱼、**、海豹等。
 
      河口湾循环的动力部分依赖于河流的淡水,淡水的作用是把海洋的咸水往后推。旧金山海湾最近变成人们关注的焦点,有很多利益群体在竞相使用海湾的淡水,主要是农业和城市供水部门,这些地区淡水的供应需要一直沿伸到南部加州,环境专家建议旧金山海湾应该共享萨克拉曼多—圣华金三角洲的淡水水源,因为河口区大量的淡水生态对海水入侵极其脆弱。
 
      河口湾循环也受海潮的影响,较强的海潮会增加海水和淡水的交换,并且会改变生态系统的功能。例如,哈得孙海湾的海潮能够影响纽约州153公里的内陆。
 
  系统污染
 
      三角洲的问题,有些是由于人类活动造成的。三角洲地区具有动态变化性,但是有一个特性却促进了三角洲的进化和演变,即三角洲的泥沙淤积的功能,当河流中悬浮的泥沙进入三角洲,遇到淡水和咸水形成的峰面,泥沙并不是沿着淡水与海水的峰面向海水的上方爬升,而是进入更深、更咸的水层,向三角洲的方向移动。当泥沙沉降的时候,就在海河相接处的底层累积,慢慢地,三角洲变得越来越泥泞,而且越来越浅。
 
      偶尔,一场大洪水会将淡水和海水形成的峰面冲出三角洲很远,并且携带着泥沙。对泥沙的采样分析表明,那里的泥沙已经淤积了10年、20年,甚至50年,泥沙在海底一年一年地淤积,就像树的年轮一样。但是,强台风或者大的融雪形成的洪水,会冲散泥沙的淤积层,并且将泥沙输送到海洋的深处。
 
      泥沙淤积的“戏剧性”行为是一个好消息,也是坏消息。好消息是因为一场强台风会把三角洲变得很浅,实际上,在过去的6000多年,台风风暴潮所引起的自然挖掘,使得哈得孙河口三角洲的水深基本维持着一个常数。
 
      坏的消息是指,泥沙保持着很多年来污染的“记忆”。人类环境保护方面的限制和规定比50年前要严格得多了,我们已经停止使用了很多污染环境的化学物质。例如,多氯联苯在20世纪70年代就被禁止了,因为这种化学物质对鱼类和野生生物都具有毒害作用,人类如果误食,也会中毒。但是,在哈得孙河和其他流,仍然存在着多氯联苯的问题,因为这种化学物质分解的速度很慢,并且每一次新的洪水又使这些污染“遗产”重新出现。
 
  沉积效应
 
      美国河口三角洲的治理每年需要花费上百亿美元,例如,为拯救波士顿海港建立了一套新的污水处理系统,大约花费了纳税人50亿美元。每年环保组织收集和花费于三角洲修复方面的经费也达几十亿美元。
 
      通常,环境恢复的策略是复杂和有争议的,就哈得孙河而言,关于多氯联苯污染物是否需要使用高科技手段清除,存在激烈的争论。围绕着三角洲风暴潮也有争论,被污染的泥沙是留在那里不管,还是被下一次台风吹入哈得孙河谷?
 
      哈得孙河口的泥沙挖掘,部分是出于航运的需要,挖掘的花费实际上并不是那么高昂,也不是那么困难,但是要寻找一个放置被污染的泥沙的地点却是一个问题,很多宾西法尼亚州的矿渣堆积在纽约港口附近。这并不是一个长远的解决矿渣弃置的办法。
 
      美国的河口三角洲是复杂的,解决问题的费用是昂贵的。但是与亚洲的一些三角洲相比,却并没有什么,例如,整个孟加拉国都位于恒河—雅鲁藏布江下游冲积平原的河口三角洲处。其他的亚洲河流,例如湄公河、长江和黄河受到高度密集人口居住的限制,全球海平面上升导致陆地减少,增加了洪水,也增加了这些地区河口三角洲的海水入侵。
 
      河流上游的灌溉用水需求和居民用水需求显著地减少了这些河流的淡水流量,在过去几十年,印度河和黄河淡水减少,而这些人为的影响和改变直到现在才为人所知。
 
      为了保护珍贵的河口三角洲环境和人类的生存环境,十分需要有关土地利用、引水甚至全球碳排放等方面的新策略。
 
  新理念
 
      河口三角洲研究的一个挑战是,大多数明显的问题是相互关联的,包括物理、生态、化学、地理,还有公共策略和经济等方面。三角洲的形态和大小也多种多样,科学家们对于研究一个河口三角洲,然后再应用到其他三角洲的做法,仍然感到充满挑战。
 
      作为科学家,有一个责任是预测未来环境在给定不同自然条件和人为影响下的变化。为了预见未来河口三角洲的生态健康,关于河口的现在和过去,科学家有很多问题。例如,如果河流的流量减半,海洋咸水的入侵会有多远?河流流量的变化会增加或者减少河口泥沙的淤积吗?这些效果对鱼类的产卵有什么影响?等等。
 
      人们所了解的情况对增加河口三角洲的价值很重要。人们需要减少河口防洪脆弱性的公共策略,保护饮用水水源、食物供应和一些重要的生态栖息地。人们只有掌握了更好的科学才能制定出更好的策略。 
 
 
      作者:李红梅  
      来源:中国水利报 2011-02-10  2011-12-07 15:06:48

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