（岩土工程专业论文）江汉平原典型湿地生态功能与稳定性研究.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 摘要 湿地是地球上独特的生态系统，也是一种重要的国土资源，它不仅为人类的 生产、生活提供多种资源，而且还发挥着巨大的环境调节和生态效益，在资源紧 缺的今天，越来越受到全世界范围的广泛关注。 湿地研究的三个重要方面包括湿地结构、生态功能和系统稳定性，其评价与 研究是湿地保护、开发和进行湿地生态恢复的重要基础。 本文选取江汉平原典型湿地( 洪湖湿地) 为研究对象，利用3 s 技术对洪湖湿 地类型结构现状进行调查：分析湿地景观格局：并对洪湖自然湿地2 0 世纪5 0 年 代以来的类型结构动态变化进行定量表述：对导致洪湖自然湿地类型变化的主要 原因进行分析在此基础上，本文结合实地调查和统计资料，针对洪湖湿地生态 功能的四个主要方面进行分析评价建立t i n 模型分析湿地湖泊的调蓄能力和整 个湿地地区的调蓄能力：从湿地的气温效应和降水效应两个方面来分析洪湖湿地 气候调节功能：通过水质调查资料分析湿地水质净化功能：根据物种统计资料说 明湿地多样性维系功能。 然后，基于对洪湖湿地生态功能分析，建立洪湖湿地系统稳定性指标体系：采 用层次分析法求出各稳定性评价指标的排序结果和各指标权重；计算出该湿地区 域系统稳定性的稳定程度发现洪湖湿地系统目前为中度稳定，影响洪湖湿地系 统稳定性的主要因素依次为政策法令、湿地水质、旱涝灾害系数、湿地景观格局、 洪湖湿地的调蓄能力以及该区域土地利用结构等 最后，通过上述分析，提出对洪湖湿地保护和开发管理对策。 关键词：湿地3 s 技术生态功能系统稳定性 湖北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a sau n i q u ee c o - s y s t 锄o nt h ee a r t h 私w d h as o r to f i m p o r t a n tn a t i o n a lr e s o u r c e , w e t l a n dn o to n l yp r o v i d e sv a r i o u sk i n d so fr e s o u r c e sf o rp e o p l e sp r o d u c t i o na n d l i f e 。 b u ta l s oe x e r t si t se n o r m o u se n v i r o n m e n t a la d j u s t m e n tf u n c t i o n sa n de c o - h e n e f i t s a n d i sn o w r e c e i v i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nf r o ma r o u n dt h ew o r l ds i n c er e s o u r c e sa r e l a c k i n gu r g e n t l yi nt o d a ys o c i e t y w e t l a n ds t e a m e , e c o l o g i c a lf u n c t i o n sa n ds y s t e ms t a b i l i t ya r et h em o s ti m p o r t a n t a s p e c t so ft h ew e t l a n ds t u d y t h ea s s e s s m e n t sa n ds t u d i e st ot h e ma r et h ei m p o r t a n t b a s i so ft h ew o r k so fw e t l a n dp r o t e c t i o n , e x p l o i t a t i o n a n dw e t l a n de n v i r o n m e n t r e s t o r a t i o n b ym a k i n gu s eo ft h e3 s t e c h n o l o g y , t h ea c t u a l i t i e so fj i a n g h a np l a i nt y p i c a l w e t l a n dh o n g h nw e t l a n dc o n f i g u r a t i o na n dw e t l a n dt y p ew e r ei n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r t h e 也t h el a n d s c a p ep a t t e r n so fh o n g h uw e t l a n dw e r ea n a l y z e d n 屺d y n a m i cc h a n g e s o fw e t l a n dc o n f i g u r a t i o nf r o m1 9 5 0 sw e r e e x p r e s s e di naq u a n t i t a t i v ew a y t h em a i n r e a s o n st ot h ed y n a m i cc h a n g e sw o r ea l s os t u d i e di nt h i sp a p e r o nt h eb a s i so ff o r m e ra n a l y s i s ，t h ef o u ra s p e c t so fh o n g h uw e t l a n de c o l o g i c f u n c t i o n sw e r ea s s e s s e dw i t ht h es p o ti n v e s t i g a t i o na n ds t a t i s t i cd a t a a tt h es a m et i m e , t i nm o d e lw a sb u i l tt oa n a l y z et h es l u i c ef u n c t i o no fw e t l a n da r e a f r o mt h et w o a s p e c t st h a tt e m p e r a t u r ee f f e c ta n dp r e c i p i t a t i o ne f f e c t ，t h ec l i m a t em o d u l a t i o nf u n c t i o n o fh o n g h uw e t l a n dw a sd e m o n s t r a t e d n 峙p u r i f i c a t i o nf u n c t i o no fw e t l a n dw a s e x p l a i n e dt h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ed a t ao fw a t e rq u a l i t y t h ew e t l a n df u n c t i o no f k e e p i n gb i o d i v e r s i t yw a sa l s os h o w nb yt h es t a t i s t i cd a t ao f t h es p e c i e si nt h i sp a p e r t h e n , a c c o r d i n gt ot h es t u d yo fw e t l a n de c o l o g i c a lf u n c t i o n s , t h ei n d e x st ot h e s t a b i l i t yo f w e t l a n ds y s t e mw a se s t a b l i s l i f , d t h r o u g ht h ea n a l y s i so f t h e s ei n d e x e su s i n g am e t h o do f a p h ( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ) t h ec o m p o s i t o r , t h er e l a t i v ei m p o r t a n c e o f 也ei n d e x e sa n dt h ed e g r e eo fs y s t e ms t a b i l i t yw a sc a l c u l a t e d a r e r w a r d s ，i tw a s t u r n e do u tt h a tt h es t a b i l i t yd e g r e ei sm e d i u m , a n dt h ef a c t o r sw o r k e do nt h es y s t e m s t a b i l i t yc o u l dh ea r r a n g e di na l lo r d i n a lo r d e ra sf o l l o w s ：p o l i c y , w a t e rq u a l i t y , c a l a m i t y c o e f f i c i e n to fd r o u g h ta n dw a t e r l o g g i n g , w e t l a n dl a n d s c a p ep a t t e r n s ，t h es l u i c ef u n c t i o n o f w e t l a n d ，t h ef o r m a to f u s i n gi a n d s ，a n do t h e r s a tt h ee n do ft h i sp a p e r , s o m ea d v i c e sa b o u tt h ew e t l a n dp r o t e c t i o na n d m a n a g e m e n t w a sp u tf o r w a r db a s e do nt h ep r e v i o u sa n a l y s i s k e y w o r d s ：w e t l a n d 3 st e c h n o l o g y e c o l o g i c a lf u n c t i o n s y s t e ms t a b i l i t y 诹 l 亡zj 爨失咨 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的研究成果除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明本声明的法律结果r h 本人承担 学位论文作者签名：多蚴日期：c 奇9 年月目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印，缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 学位论文作者签名： 日期：叼年月 指导教师签柏丧旷 日期：年月 日 湖北工业大学硕士学位论文 第1 章研究区介绍 1 1 湿地概述 湿地是重要的国土资源和自然资源，如同森林、耕地、海洋一样具有多种功 能。作为国民经济可持续发展的重要资源之一，其保护和合理利用已引起了全球 的广泛关注。湿地生态系统是陆地生态系统和水域生态系统的过渡类型。是自然 环境中宝贵的自然资源，是具生物多样性的关键地区之一：又是重要的环境资源， 被誉为“自然之肾”与人类的生存、繁衍、发展息息相关l l 。 湿地公约中对湿地做了如下定义：“湿地系指天然或人造，长久或暂时之死 水或流水、淡水、微咸或咸水沼泽地、泥炭地或水域，包括低潮时不超过6 m 的海 水区。”还明确指出“湿地可包括与湿地毗邻的河岸和海岸地区，以及位于湿地内 的岛屿或低潮时水深超过6 m 的海洋水体。 湿地具有巨大的生态、经济和社会效益。从人类发展历史看，湿地及其附近 地段往往是人类文明的摇篮，如我国的黄河流域和长江流域湿地地区、中东地区 的底格里斯河和幼发拉底河流域湿地地区等湿地是人类最重要的环境资本之一， 也是自然界富有生物多样性和较高生产力的生态系统。它不但具有丰富的资源， 还有巨大的环境调节功能和生态效益。各类湿地在提供水资源、调节气候，涵养 水源、均化洪水、促淤造陆、降解污染物、保护生物多样性和为人类提供生产、 生活资源方面发挥了重要作用 湿地广泛地分布在地球各地。据世昴保护监测中心估计，全球湿地面积约为 5 7 x 1 0 8 h2 约占地球陆地面积的6 其中，2 为湖泊，3 0 为腐质含量高的水 泡，2 6 为部分含有泥炭的沼泽地，2 0 为水下土质松软的沼泽，1 5 为洪泛平原。 红树林覆盖了约2 4 0 0 x 1 0 4 h2 的沿海地区。估计全球还保存了6 0 0 0x 1 0 4 h2 的 珊瑚礁。1 9 9 9 年湿地公约缔约国大会提供的全球湿地资源评估指出。最好的” 最小全球估计值在7 ，4 8 7 7 8xl o 。1 咂2 之间。该报告还指出，如果把其他方面的 信息加以考虑，这个最小可能值可能增至9 9 9 4 4 6 2 x 1 0 sh 2 。 世界各国为加强湿地保护与利用，于1 9 7 1 年签署了全球性湿地保护协议关 于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约( 简称湿地公约) 中国政府1 9 9 2 年7 月3 1 日正式加入 湿地公约，并将中国湿地保护与合理利用列入( o e 国2 l 世纪议程和中国生物多样性保护行动计划优先发展领域。 湖北工业大学硕士学位论文 i 中国湿地类型多，绝对数量大，分布广，区域差异显著，生物多样性丰富 按照 湿地公约对湿地类型的划分，1 3 l 类天然湿地和9 类人工湿地在中国均有 分布中国湿地的主要类型包括沼泽湿地、湖泊湿地、河流湿地、河口湿地、海 岸滩涂、浅海水域、水库、池塘、稻田等自然湿地和人工湿地。中国湿地面积约 6 5 9 4 1 0 4h 2 ( 其中不包括江河，池塘等) ，占世界湿地的1 0 ，位居亚洲第一位， 世界第四位。其中天然湿地约为2 5 9 4x1 0 4 b 2 y 包括沼泽约1 1 9 7 x1 0 4 h2 1 天 然湖泊约9 1 0 x 1 0 4 h2 潮间带滩涂约2 1 7x 1 0 4 h2 浅海水域2 7 0 x 1 0 4 k i n2 t 人工湿地约4 0 0 0x 1 0 4 l 皿2 ，包括水库水面约2 0 0x 1 0 4 h n2 长江中游湿地是我国具有代表性的主要湿地类型之一既有湖沼演替过程的 自然景观一湿地自然生态系统，也有人类活动形成的湿地一农业生态系统。它们 组成了一个巨大的自然景观一人工复合湿地生态系统。一千多年来它维系着这一 地区人类赖以生存的物质条件和发展空闻，同时也经受人类在攫取物质利益的同 时对整个生态系统的冲击和破坏 洪湖是江汉湖群中最大的天然湖泊，是个以调蓄为主，兼具灌溉、渔业、 航运、调节气候、控制土壤侵蚀、降解环境污染、城镇建设和居民饮用水等多种 功能的湖泊，洪湖也是我国华中地区生物多样性较为丰富的地区之一，在长江中 下游浅水湖泊中具有代表意义1 4 - 7 1 。 1 2 洪湖湿地环境 1 2 1 地理位置 洪湖湿地横跨湖北省东南部洪湖、监利二市( 县) ，长江中游北岸，处于江汉 平原四湖流域的下游，为中国第七大淡水湖，是长江和汉水支流之间的洼地区域。 洪湖是江汉湖群中最大的天然湖泊历史上，这里属于云梦泽东部的长江泛滥平 原洪湖湿地作为湖北省的一个重要湿地，已经列入中国湿地保护行动计划 本区汇水面积广阔，地势低洼其中心位置为东经1 1 3 。1 3 1 1 3 。2 9 、北纬 2 9 。4 2 ，2 9 。5 8 东西长2 3 4 k m ，南北宽2 0 8 k m 岸线长度1 0 4 5 k m ，岸线 发展系数为1 5 6 2 湖北工业大学硕士学位论文 图1 - 1 洪湖湿地位置图 图1 2 洪湖湿地范围 湖北工业大学硕士学位论文 图1 3 洪湖湿地自然保护区总体布局图 1 。2 2 区域地质背景 洪湖湿地所在的四湖地区属我国东部新华夏系第二沉降带的江汉沉降带区， 是由燕山运动开始形成的内陆断陷盆地，其构造格局受西北、北西西和东北北向 构造线所控制燕山运动以来，本区以西黄陵背斜进一步上升，同时受北西向秦 岭断裂带和北东向郑庐断裂带的影响，形成区内两组基岩断裂，构成了盆地和凹 陷的边界，并将区内切成许多断体，从而控制上覆地层的发育前第四系地层洼 地接受了由四周隆起的高处冲刷下来的碎屑沉积和河湖相沉积，是一巨大深厚的 山麓相洪积、河湖相沉积全新世以来，由于长江和汉水的多次决口分流，在江 汉平原上形成了若干个的河流洼地其中之一就是长江和东荆河之间的河间洼地， 即今天的四湖地区在洼地中，两侧为河流沉积物，天然堤或人工堤堆积，中间 洼地处若潜水不畅，就易于奎塞成湖，洪湖就是在这种背景下形成的 4 湖北工业大学硕士学位论文 1 2 3 气候特征 洪湖湿地位于温暖的北亚热带中纬度南缘、我国季风气候较明显的地区，近 地层为季风环境所控制。北亚热带湿润季风气候是洪湖湿地的基本气候特征洪 湖湿地四季分明，冬季寒冷干燥，盛行东北季风；夏季气候炎热多雨，多为东南季 风或西南季风控制：而春秋两季为过渡季节，两种季风交替出现。受季风气候的 影响，该地区7 月平均气温( 2 8 9 0 ) 比同纬度全球均值( 2 4 o ) 高：1 月平 均气温( 3 8 ) 又比同纬度均值( 5 5 ) 低，年平均气温1 5 9 1 6 6 c 。由于 受季风的影响，本地区光能充足、降水充沛、热量丰富、雨热同季。年辐射总量 为4 4 0 4 6 0 1 u c m 2 ，其中4 - 1 1 月总辐射量占全年的7 2 左右：年降水量平均在 1 0 0 0 1 3 0 0 r a m 之间，且4 - 1 0 月降水量约占全年总降水量的7 7 ，年均蒸发量 1 3 4 5 m m ；本区平均径流深度3 6 0 n ，径流量为3 7 3 5 1 0 留：现有湖泊可调蓄容量 为8 1 6 1 0 i m 3 。因此，如年降水量和本区流量超过平均值以上则会产生不同程 度的内涝灾害。年积温( l o ) 一般为5 1 0 0 5 3 0 0 ，其初日在4 月上旬，终日 在1 1 月上旬，平均日数1 9 8 7 7 小时，无霜期长，一般为2 5 0 天以上。 1 2 4 土壤条件 洪湖湿地近周系河湖冲积、淤积物组成的低洼地、沼泽，该地区土壤类型主 要有水稻土和潮土，而在湖洲滩地有少量面积的草甸土分布。水稻土是现代沼泽 化土经过自然演化和围垦，在长期水耕熟化过程中发育起来的，其主要有潜育型 水稻土和沼泽型水稻土，这两种土壤的形成主要受洪湖地下水位起落影响。 1 2 5 水文与水质条件 洪湖湿地汇水面积广阔，西北部伸展至湖北省荆州市长湖边缘，北部达到峰 口至老新口一线。区内地形平坦，一般地面海拔高2 4 2 8 m ，自西北略向东南倾斜。 湖区地面径流主要通过四湖总干渠汇入湖泊，然后经若干涵闸通过长江对湖内水 量进行调节和排蓄多年平均入湖水量为1 9 6 0 3 x1 0 | m i 。洪湖水位的涨落变化， 主要取决于四湖流域降水与上游地区的来水；洪湖湿地地区地势低洼，每年5 1 0 月为江水上涨期，大部分地面高程低于缸河水位，其中5 8 月大部分地面径流不 能自排入江。在江河涨水时期，流域内正值雨季，大暴雨多出现在5 8 月，而且 往往强度大，范围广，降雨过程长这样，洪湖流域常常形成外洪内涝。 1 2 6 动植物资源 洪湖湿地有维管束植物1 1 6 科、3 0 3 属、4 7 2 种2 1 变种1 种变型种，浮游植 湖北工业大学硕士学位论文 物2 8 0 种，水生高等植物1 5 8 种5 变种。其中有国家i 类保护植物水杉。有国家 i i 类保护植物银杏、翠柏、马蹄参、青擅半枫荷、野大豆、八角莲、紫茎、银 种化等9 种随着湖泊和湖岸积水状况的变化，植物从湖岸向湖心呈有规律的带 状分布 洪湖湿地鸟类资源共有1 3 3 种( 其中水禽7 0 种) ，隶属1 6 目、4 0 科作为北 方重要的湿地永禽越冬栖息地，每年在这里栖息的雁、鸭等水禽近百万羽。洪湖 湿地两栖类隶属1 目、2 科、6 种。其中的虎纹蛙为中国唯一的重点保护蛙类爬 行类隶属2 目、7 科，1 2 种其中王锦蛇、黑眉锦蛇、乌梢蛇和银环蛇为湖北省 重点保护野生动物。洪湖兽类隶属6 宙、7 科、1 3 种。洪湖湿地的浮游动物和底 栖动物种类较多，包括原生动物、轮虫枝角类、挠足类，底栖无脊椎动物共计4 7 7 种洪湖鱼类资源丰富，是湖北省主要产鱼区，产量居全国县市第二位。现有鱼 类隶属7 目、1 8 科，5 7 种，其中鲤科鱼类占5 8 5 ，国家工级保护鱼类有中华鳃、： 国家i i 级保护鱼类有胭脂鱼、鳗鲡 1 2 7 社会经济状况 洪湖湿地涉及洪湖和沿湖8 个乡镇。历史悠久，经济比较发达，素有。鱼米 之乡”之称。区内现有人口1 5 万人，均为汉族，生产以渔业为主，盛产鱼虾、 莲藕等：旅游业是近年来逐步发展的行业，每年中外游客在1 万人左右。保护区水 陆运输较为方便，年货运量6 4 0 万吨，其中陆运占7 9 ，水运占2 1 。洪湖湿地保 护区内的洪湖水面属国家所有，保护区内的行政村用土地属集体所有，保护区内 的土地总面积为3 7 0 8 8 公顷。区内居民的文教、卫生状况良好，医院设施齐备， 居全省平均水平阿 6 湖北工业大学硕士学位论文 第2 章洪湖湿地类型结构及变化 2 1 湿地类型结构分析 由于湿地类型复杂多样，湿地分类涉及的因素较多，国内外湿地研究人员提 出了许多不同的湿地分类方案。我国最近的 ( b a s e v a l u e ) o u t i n f o _ f i l e ) ( z f a c t o r ) 3 1 3 湿地湖泊的调蓄能力 洪湖是长江中游尤其是四湖地区的主要调蓄湖泊，是洪湖湿地的重要组成部 分洪湖承担着四湖中下游的蓄洪及灌溉任务在各干渠和大坝修成之前，洪湖 水位随长江水位变化。洪湖的调蓄功能在很大程度上受到坝堤的影响。因此，在 坝堤完好的情况下，洪湖湿地的调蓄能力是受湖区坝堤围内的湖容和面积控制 在这里首先对坝堤范围内的湿地区域调蓄能力进行分析。主要计算其不同水 深的不同淹没范围、不同高程下湖区的蓄水湖容、剩余湖容以及湖容同水深的变 化关系。 下图( 图3 - 2 ) p l l 是坝堤范围内洪湖湖区部分区域的t i n 的三维视图。视图下 部为堤坝，岸线比较整齐。从中可以很明显看出除坝堤和小部分地区之外，湖区 的地形起伏比较小因此在计算不同高程范围内的库容时，尽量缩短不同高程的 取值间隔，以增加更多的数据、更精确地反映变化趋势。 2 l 图3 - 2 部分湖区t i n 模型的三维视图 下表是根据t i n 模型计算出来的坝堤以内湖区的不同水位下的蓄水湖容和淹 没面秘的部分数据。由于为了对整个洪湖的调蓄能力有所认识，计算区域包括了 洪湖在监利的湖区部分。计算的实际区域为环绕洪湖之坝堤以内的所有部分 表3 1 洪湖水位高程与淹没面积和容积关系表 水位 2 0 82 1 32 1 82 2 32 2 82 3 12 3 82 3 9 ( _ ) 面积 4 5 6 78 8 91 , t 2 32 8 6 93 5 7 53 9 4 64 1 7 24 2 0 1 ( 一) x 1 0 3x 1 0 31 0 1 0 e1 0 1 旷t o 1 0 容积 2 0 9 95 3 8 92 3 41 3 9 83 0 1 64 9 1 46 9 4 37 3 6 2 ( 1 ) 1 0 3x 1 0 l o t1 0 1 0 x 1 0 1 0 1 0 8 水位 2 4 o 2 4 1 2 4 22 4 32 4 4 2 4 5 2 4 6 2 4 7 ( - ) 面积 4 2 2 74 2 5 14 2 7 34 2 9 54 3 1 54 3 3 14 3 4 74 3 6 2 ( r ) 1 0 81 0 1 0 1 0 l o 1 0 s1 0 l o i 容积 7 7 8 38 2 0 78 6 3 3 9 0 6 2 9 4 9 29 9 2 51 0 3 61 0 7 9 ( i i ) l 矿l o x l 矿x 1 0 1 0 1 0 x 1 0 1 0 湖北工业大学硕士学位论文 水位 2 4 82 4 92 5 0 2 5 12 5 22 5 32 5 42 5 5 ( ) 面积 4 3 9 34 4 0 l4 4 0 8 4 1 ，1 5 ， 4 4 2 l 4 4 2 84 4 3 14 4 3 5 ( r ) 1 0 s1 0 8x 1 0 1 0 8 1 0 s1 0 。1 0 s1 0 容积1 1 2 31 1 6 71 2 1 l1 2 5 5l f3 1 3 4 41 3 8 81 4 3 2 ( i ) 1 0 。x 1 矿1 0 ，l o o 1 0 1 0 1 0 x 1 0 水位 2 5 62 5 82 6 o2 6 2z 6 ，42 6 62 6 82 7 o c e ) 面积 4 4 3 94 4 4 74 4 5 14 4 5 64 4 5 84 4 5 94 ，4 6 14 ，4 6 2 ( f ) 1 0 s1 0 l1 0 x l o i1 0 st o 1 0 s1 0 s 容积 1 4 7 71 5 6 61 6 5 51 7 4 41 8 3 31 9 2 22 0 1 l2 1 ( - i ) 1 0 x 1 0 1 0 1 0 x 1 0 x t o l 矿1 0 。 洪湖水位同蓄水面积之间的关系如下图所示，横轴表示水位达到的高程，纵 轴表示淹没面积。x 表示上表中的数据位置。 a l t i t u d e 图3 3 洪湖水位蓄水面积关系图 由上图3 - 3 可以看出，当水位在2 2 8 m 以下时，水位同蓄水面积之间变化非 常快，随着水深的增加，蓄水面积迅速增加。这是洪湖这一类型平原湿地的重要 湖北工业大学硕士学位论文 特点。在2 2 8 m 以上，曲线渐渐平缓，面积变化趋小。考虑大坝高度，水位到达 2 7 o m 以后，已经接近泱湖蓄水能力的极限。洪湖水深同蓍水容量之间的关系如下 横轴表示水位达到的高程，纵轴表示这 高程处的湖容“x ”表示上表中的数据 位置，曲线为根据t i n 模型计算所得数据拟合而成的拟合曲线。洪湖水位同蓄水 容量之间的关系( v o l u m e ：调蓄容量：a l t i t u d e ：水位) 。 a h | t u k v 图3 - 4 洪湖水位一蓄水容量关系图 根据测算的数据，进行曲线拟合，可将水深同蓄水容量之间的关系表述为下 式： f ( v ) = 一8 5 3 1 7 4 7 1 0 。v + 6 4 3 4 6 2 1 0 v 一1 5 7 1 6 6 6x1 0 l o v + 1 2 5 2 7 4 5 1 0 ” 由上图3 _ 4 可见，在2 2 8 m 以上曲线接近于直线，这是由于水位在2 2 8 m 以 上时，蓄水面积变化较小引起的。若以水位达到2 7 m 时的调蓄容量为洪湖的最大 调蓄容量，则洪湖最大的调蓄容量约为2 1 l o 留 3 1 4 湿地区域的调蓄功能 以上分析的仅为洪湖自然湿地的调蓄能力按照国家防汛抗旱总指挥部确定 的长江中下游防汛对策，当发生河道现状泻洪能力以内的洪水时，首先应充分发 挥河道的泻洪作用，并利用水库拦蓄部分支流洪水，加强防守然而当发生超过 河道现状泻洪能力的洪水时，则首先弃守两岸大堤之问的洲滩民垸，然后视洪水 的不同组合情况，相应启用荆江分洪区，洞庭湖蓄洪垸，洪湖分洪区等分洪区适 时蓄滞洪水洪湖分蓄洪工程是分蓄长江中下游城陵矶地区超额洪水容积最大的 分蓄洪工程上衔荆江，下连武汉，面对洞庭湖出口，是长江中下游防洪系统工 湖北工业大学硕士学位论文 程的重要组成部分，对保障荆江大堤和武汉市的安全起着举足轻重的作用。洪湖 湿地区域是洪湖分蓄洪区的重要组成部分，；一旦决定启用洪湖分洪区时，洪湖湿 地区域的调蓄功能是影响整个洪湖分蓄洪区的重要因素 依据同样的计算方法，可以计算出洪湖区域的调蓄能力。下表是根据t i n 模 型计算出来的部分数据。 表3 - 2 整个湿地区域的调蓄容量 水位 2 2 32 2 82 3 32 3 82 4 32 4 82 5 32 5 8 ( m ) 面积 6 1 s 5s 8 9 31 1 1 41 3 61 5 4 71 8 0 61 9 8 52 2 0 5 ( m ? ) l o l o 1 0 9l 矿l 护x l 矿1 0 9l 矿 容积2 8 7 66 6 2 5 1 0 8 71 6 6 2 2 3 5 1 3 1 4 34 0 5 45 0 5 6 c m 3 ) l o sl o oi 0 91 0 91 0 91 0 90 9t o 下图3 5 是水位高程同淹没面积之间的关系，图中曲线为拟合曲线的图形表达。 2 5 i o 2 , o o 瓣”- 0 9 i 1 0 9 5 1 0 s a | l i l u d c 。x 图3 - 5 水位淹没面积关系图 经过计算，洪湖湿地区域其水位所达高程与淹没面积之间的关系如下： f ( x ) = 4 6 2 6 2 6 3 z o x i 一3 4 9 2 4 2 1 0 8 x 2 + 9 2 0 9 2 2 1 1 0 x - 8 2 3 7 2 3 l o ” 而洪湖湿地区域水位同蓄水面积之间的关系表达式为： f ( z ) 一1 1 8 3 4 3 4 l o z + 1 0 8 2 4 5 7 x 1 0 9 z z - 3 0 1 3 6 4 5 x l o ”z + 2 6 5 2 8 6 3 1 0 1 1 湖北工业大学硕士学位论文 a l l i t t 出z 图3 _ 6 水位一蓄水容量关系图 洪潮湿地区域是渍涝灾害的多发区和重灾区，该地区平水年总有局部受灾， 丰水年则大面积受灾。在整个洪湖湿地区域，人工湿地分布面积很大，如鱼池有 5 4 4 5 5 4 3 k 一，水田4 8 4 s 3 9 8 k m 2 。不同的人工湿地类型，其平均海拔不同。进行湿 地调蓄能力的估算时，应重点考虑在避免农作物受损失或少受损失的情况下，该 试验区所能承受的最大洪涝调蓄容量在洪湖湿地区域的几种主要人工景观中， 根据地理信息系统统计分析，平均高程从小到大依次为鱼池、水稻田、旱地，而 莲藕池和库塘面积相对较小，未予统计。 鱼池一般分布在海拔较低的地区根据湿地类型分布图和数字高程模型，提 取鱼池岸线的高程数据进行采样，根据统计分析，可以计算出鱼池的岸线平均高 程为2 3 。l m 。利用地理信息系统的叠加分析功能可以计算出，9 3 的鱼池处于2 3 1 m 以下而水稻田则9 8 0 , 6 的面积分布于2 3 1 m 高程以上。2 3 1 m 高程线可认为是水稻 田的耕作线不同的湿地类型。其耐淹能力不同在启用洪湖湿地分洪时，鱼池 首当其冲。当洪水位在2 3 1 m 时，淹没范围如图3 - 7 p 2 所示。 图3 7 水位2 3 1 米处淹没面积图 一般说来，农作物的洪涝灾害损失与灾害发生的季节、淹没水深、历时和作 物种类等因素有关：因降水或客水流入，排水不畅，旱地积水或水田淹水过深， 会造成农作物减产甚至绝收，形成涝灾试验证明，农作物的受淹时间和淹水深 度有一定的限度，如果超过了作物的耐淹能力，将影响作物的正常生长，轻者减 产，重者失收。如下表所示，不同作物在不同的时期，其耐淹时间、耐淹水深及 淹没减产率皆有所不同。 表3 - 3 几种旱作物耐淹历时及水深关系表 作物生长期耐淹时间( 天)耐淹水深( c m ) 棉花 开花结铃 1 25 1 0 小麦分孽一成熟 11 0 大豆 开花期 2 37 1 0 抽雄期 l 1 58 1 2 玉米孕穗灌浆期 28 1 2 成熟期 2 3 -1 0 1 5 湖北工业大学硕士学位论文 暑! ! ! 皇詈皇鼍量詈! ! 鼍皇! ! 詈詈曼皇鼍苎i ! 皇! ! ! 皇曼曼! 詈兽鼍曼詈量皇! 曼! 皇鼍! 曼 表3 - 4 几种作物的淹没减产率 ： 水深历时率( ) 率( j 率( ) 率( ) 产率( ) 0 时，需要用c r 检验后才能有结论 c r 称为判断矩阵随机一致性指标： c r _ 型 r 式中厅工为平均一致性指标。可查表得到： 表4 2r ，数值( 只准用于标度为1 9 打分制) l 判断矩阵维数 l2345 6789 l r i 。 000 5 80 9 61 1 21 2 41 3 21 4 11 4 5 当c r = 0 时，判断矩阵具有完全一致性： 当c r 0 i 时，判断矩阵有满意的随机一致性； 当c p 0 0 1 时，判断矩阵应再进行调整。 在此之后，如符合一致性要求，便可进行层次总排序。 湖北工业大学硕士学位论文 4 4 湿地系统稳定性评价 本文基于对洪湖湿地生态功能的分析基础上，将指标分为三个层次。第二层 次有三个指标，第三层次有1 4 个指标：如表 3 【5 哪所示然后分层建立比较判断 矩矩 j 表4 _ 3 湿地生态系统稳定性指标 根据调查表统计数据，可建立目标层与准则层判断矩阵如下表4 - 4 、表4 5 、 表4 - 6 、表4 7 ： 表4 4a c 判断矩阵 湖北工业大学硕士学位论文 表4 - 5c 1 _ ：p 判断矩阵 c 1 p np 1 2 5 7 p 1 3p 1 4 p l l p n p n p 1 1 3 l 7 1 l “4 l 4 1 4 l 1 4 l 0 2 1 7 0 0 6 0 0 2 8 7 a 。= 4 0 2 1 c i = o 0 0 7 c r _ 0 0 0 7 在求得各层次的相对权重以后，最终求出各稳定性评价因子的权重的总排序 结果同时，从对洪湖湿地当前系统稳定性的综合影响的角度，对每一个评价因 子进行赋值( v 。) 。由于许多评价指标难以定量或目前无法定量，仍采用专家打分 湖北工业大学硕士学位论文 的方法确定其等级值( v t ) 这里将各项指标分出l o 个稳定等级( 见表4 - 8 中v t ) ， 从l 到l o 表示稳定性越来越高。最后对各指标加权求和。所碍结果即为洪湖湿趣 当前系统稳定性程度，公式为： m r = y 矽x 莒 其中m 为评价指标个数，v 。为对洪湖湿地系统稳定性的赋值 表4 _ 8 层次总排序及稳定性赋值 0 4 3 6 0 2 1 7 0 0 6 0 0 2 8 7 o 仍1 9 o 1 0 4 0 1 8 5 p0612 0 1 8 2 5 从上表计算结果可看出，影响洪潮湿地系统稳定性的最重要因素是政策法令， 这一结果可从文章前部分对洪湖湿地2 0 世纪5 0 年代以来类型转换和面积变化分 6 5 8 6 5 8 7 6 6 5 s 8 3 叭 哪 叭 咐 肼 埘 脚 埔 懈 彻 慨 脚 队 仉 n c = n 。： m n o o m 啷 咐 m l 笔 例 玑 仉 仉 m 覆 n 卧 m 即 卧 跏 助 助 跏 肠 踟 胁 阢 胁 湖北工业大学硕士学位论文 析中得到印证从2 0 世纪5 0 年代以来，洪潮湿地在面积和类型方面发生的每一 次重大变化无不与湿地利用和开发政策的重大转变密切相关 影响洪湖湿地系统稳定性的其次重要因素依次有湿地水质、旱涝灾害系数、 湿地景观格局、洪湖湿地的调蓄能力以及该区域土地利用结构等。 洪湖湿地的水质总体上良好，达到地面水二类标准。但根据最近几年的监测 情况来看，在洪湖四湖总千渠入口处已有铜、铅、锌、铬、氰化物、酚，氟化物 等有害物质检出，这表明洪湖已在受来自流域上游的工业污染。同时，随着洪湖 湿地农业的发展、人口增长、农药使用量增大等，湿地水质状况有变质的趋势。 因此对洪湖水质的保护已经刻不容缓，以免污染超过水体自净能力，造成难以估 量的损失，应主要加强农业污染防治和工业排污管理。 早涝灾害是自然和人为因索共同作用而发生，发展的。能减少灾害的发生和 减轻灾害损失，主要的方式之一就是人为的积极政策减灾决策毋庸质疑，减 灾决策是实现该区域可持续发展的重要行动之一在洪湖湿地，建立一个与该区 域发展相适应的减灾决策体系应该是必要的。 洪湖湿地区域人工湿地景观有大面积分布，主要是农业应用。农业是人类效 法自然的产物，其稳定性远远低于自然景观人类为取得粮食、蔬菜等生活必需 品种植农作物，农业生产需要人类的投入来维持其稳定性。系统稳定性最主要的 表现为系统内任何景观对外界的干扰均有一定的抵抗能力，但景观的抵抗能力限 定在一定的阀值之内。农业投入在一定程度上维持了农业景观的稳定性，如果没 有人为投入，农业景观将还原为自然景观，但人为投入同时也是一种外界干扰， 人为投入的数量增多会加剧土壤的污染、危害生态环境，同时也降低了投入的效 益因此对于农业投入必须有一定的限度和适当的方法德国w h a b e r 提出分异 土地利用战略：在某一自然单元区域内，如果是农业用地，至少保留1 0 的自然斑 块并使其均匀分布，对增强农业景观的稳定性有巨大作用1 5 6 】。根据2 0 0 1 年9 月 的l a n d s a t - e t m + 的遥感影像，虽然在洪湖湿地区域自然湿地有大面积分布，但空 间分布并不均匀在人工湿地区域，很少有自然景观的分布可以在洪湖湿地区 域，选取小面积的实验区尝试这一理论，如果有效则可在该区域推广 同时通过上述的分析与研究，可评价出该区域湿地系统稳定性的稳定程度， 稳定程度的含义为：l 2 之间为不稳定：3 4 之间为轻度稳定；5 6 之间为中度 稳定：7 8 之间为高度稳定：9 1 0 之闯为极度稳定经过计算，洪湖湿地景观 稳定程度为5 9 ，这说明洪湖湿地系统目前为中度稳定 任何系统的各要素都有一个演替过程，洪湖湿地系统目前处于中度稳定，其 抵抗外界干扰的能力不是很强，在洪湖湿地的开发和保护过程中应研究如何加强 湖北工业大学硕士学位论文 正向演替，尽量减少逆向演替。 湖北工业大学硕士学位论文 j 第5 章结论及展望 本文应用地理信息系统、遥感等方法，结合实地调查和统计资料，对洪湖湿 地的结构与功能进行分析：并依据此分析建立指标体系，对洪湖湿地的稳定性进 行了初步研究，结果表明： ( 1 ) 根据遥感调查，洪湖湿地景观多样性指数为2 6 2 9 ，而其最大多样性指数 为3 4 5 9 在所确定的洪湖湿地景观类型体系下，各类湿地景观类型所占比例有一 定差异，多样性比较低；洪湖湿地优势度指数为0 8 3 0 ，组成景观的各类景观类型 所占比例相差较大，少数景观类型占优势：本区均匀度指数为0 6 6 7 ，也说明本区 的均匀度不高，景观为少数类型所控制 ( 2 ) 洪湖湿地从2 0 世纪5 0 年代以来的类型转交过程可分为1 9 5 3 1 9 7 7 ， 1 9 7 8 1 9 8 7 ，1 9 8 8 1 9 9 2 和1 9 9 3 2 0 0 5 四个阶段人类活动是造成该湿地变化的 主要原因。每次湿地面积和湿地类型发生重大变化均伴随着湿地利用和开发政策 的重大转变。 ( 3 ) 根据测算，洪湖湖区水位同蓄水容量之间的关系可表述为下式： f ( v ) = - - 8 5 3 1 7 4 7 1 0 6 4 3 4 6 2 i o v 0 1 5 7 1 6 6 6 1 0 ”v + 1 2 5 2 7 4 5 1 0 “ 洪湖最大的调蓄容量约为2 1 1 0 留，而洪湖湿地整个区域，其水位与淹没 面积之间的关系如下： f ( x ) ：4 6 2 6 2 6 3 1 0 5 f 3 4 9 2 4 2 1 0 。x 2 + 9 2 0 9 2 2 1 1 0 9 x 8 2 3 7 2 3 1 0 ” 洪湖湿地区域水位同蓄承面积之阋的关系可表达为： f ( z ) = - i 1 8 3 4 3 4 i 0 7 2 3 + 1 0 8 2 4 5 7 1 0 9 2 2 - 3 0 1 3 6 4 5 1 0 ”z + 2 6 5 2 8 6 3 1 0 “ 而2 3 1 m 高程线可认为是水稻田的耕作线，根据t i n 模型，可以计算出水稻 基本不受影响条件下洪湖湿地的调蓄容量为1 0 8 7x1 0 9m 。 ( 4 ) 洪湖湿地对与区域的气候有一定影响，其影响对于近湿地地区，造成该 区域年平均气温升高：对于8 l o 月的极端最高气温有降低作用，能减少昼夜温 差。并能够影响区域的降水 ( 5 ) 洪湖湿地具有一定的自身水质保护能力和对过往水质的净化能力。洪湖 水体的感官性状好，湖水清澈。在所检测的项目中，许多水体性状随季节变化