（环境工程专业论文）三峡库区消落带污染特性及水环境影响研究.pdf

中文摘要 摘要 三峡工程自开工建设以来，其引发的生态环境问题一直为世人所关注。建成 后的三峡水库将有6 5 0 k m 长，水域面积为1 0 8 4 k i n 2 ，总库容达4 4 5 7 亿m 3 ，这将 是中国最重要的战略性水资源之一。三峡工程自2 0 0 3 年6 月正式蓄水以来，库区 水位已抬升至1 5 6 m ，到2 0 0 9 年水位将最终升至1 7 5 m 。鉴于三峡工程采用的“蓄 清排浊”运行方式，即冬季( 枯水期) 运行水位为1 7 5 m ，夏季( 丰水期) 运行水位为 1 4 5 m ，这将使库区沿江地区形成最大水位落差为3 0 m 的消落带。消落带又被称之 为水库的“肝脏”，具有很强的解毒净化作用，同时也是水陆两种生态系统间交换的 廊道，具有缓冲带的功能和植物护岸功能。但消落带受到水、陆环境的交替影响， 其生态系统结构同时受到陆生生态系统和水生生态系统的双重作用。由于受到陆 地污染物的进入、淹没地污染物的浸出以及水体自净能力下降的影响，消落带水 环境存在着岸边污染带和水陆交叉污染两方面的问题，将严重影响库区水环境质 量，扰乱该地区原生生态系统，影响三峡库区生态环境安全。消落带面临的水环 境问题、水土流失问题、库岸地质环境问题以及周边人群健康问题曰益受到人们 的重视，消落带的生态环境问题亟待解决。 本论文依托重庆市科委、重庆市发改委基金项目：“三峡库区消落带生态环境 研究及生态模式重建”( 项目编号0 3 2 6 ) ，开展了三峡库区消落带污染特性的研究， 分析了消落带水质现状，以及氮、磷及重金属等物质对水环境的影响研究，从生 态系统角度提出消落带生态构建的基本原则及防治措施。主要研究内容为： 三峡工程蓄水后，库区消落带初步形成，流域内消落带的水位变化最为明显， 尤其是支流受到长江主干流江水顶托后，水位上升幅度较大，流速明显变缓，极 大可能发生富营养化现象。本论文主要选择了典型消落带断面，分析了浮游生物 种类，并以典型流域一小江流域，对该流域的消落带水体的富营养化程度进行 了调查、采样、监测和分析，并运用模糊数学理论建立了评价模型，对消落带水 体的富营养化程度进行了评判，发现蓄水后长江支流富营养化现象较为严重。 本论文对库区消落带土壤中重金属元素进行了采样和剖面分析。三峡库区消 落带土壤中的紫色土淋溶层镉、汞，母质层的镉、锌、汞的平均含量高于全国同 类土壤同层次的平均值；潮土的淋溶层、母质层锌、铜、铅、汞的平均含量高于 全国同类土壤同层次的平均水平；石灰岩土的淋溶层、母质层的金属平均含量均 低于全国同类土壤同层次的平均水平。 从消落带土壤中金属元素中的分布特征来看，c d 、c r 、a s ，h g 、n i 基本符合 正态分布( s i g 0 0 5 ) ，p b 、z n 和p h 值均不符合正态分布。土壤p h 值与土壤c d 、 重庆大学博士学位论文 c u 的含量之间显著相关，与其它金属元素的含量相关性不显著。消落带土壤中 c d - c u 的相关系数为0 6 7 ，p b n i 的相关系数为0 7 8 6 ，a s - n i 的相关系数为0 6 4 2 ， 这三种元素在消落带土壤中的含量具有显著相关。 在实验室模拟浸泡实验的基础上，研究了c d 、h 昏p b 三种重金属元素的浸 出规律，根据实验数据建立了这三种重金属元素的溶出速率方程。论文采用一维 水质模型，以小江流域消落带为研究对象，预测小江流域消落带的土壤处于淹水 期后，其中重金属元素释放后对库区水环境的影响。 通过对消落带土壤的分析，结果表明消落带土壤中氮的含量为0 0 6 o 2 8 ， 磷的含量为o 0 3 7 0 0 7 1 ，土壤中氮磷含量在全国属于较高地区。其中潮土和紫 色土氮磷含量比黄壤含量高。消落带土壤中的t n 与p h 值之间具有一定负相关， t n t p 以及t p p h 之间的相关性不显著。消落带土壤中的全磷含量没有显著差异， 但全氮含量在地区分布上具有显著差异。 论文仍以小江流域消落带为研究对象，运用一维水质模型预测小江流域消落带 土壤处于淹水期后，释放的氮磷元素对水环境的影响。小江流域消落带处于出露 期时，因土壤流失而带进水体的全磷和全氮的负荷分别为2 1 6 t 、9 6 4 t ，对水质中 t p 和t n 浓度的最大贡献值分别为o 0 2m g l 和0 0 1 m g 1 ，衰减到1 0 k i n 处，对水 体影响浓度变为0 0 1 8m g 1 和o 0 0 1m 们。 库区消落带周边环境因素及管理水平等，对维护库区消落带生态系统的稳定 性，以及防止消落带产生的环境问题对三峡水库的影响有着重要的作用。论文最 后就三峡库区消落带生态环境问题提出了相应的对策措施。 关键词：三峡库区消落带污染特性水环境影响研究 英文摘要 a b s t r a c t t h ee n v i r o n m e n tp r o b l e m so f t h e t h r e eg o r g e sr e s e r v i o rh a v eb e i n gc a r e ds i n c ei t w a ss t a r t e d w i t ht h ec o n s t r u c t i o no ft h et h r e eg o r g e sp r o j e c t , t h et h r e eg o r g e s r e s e r v i o rw i l lb em o r et h a n6 0 0k i l o m e t e r si nl e n g t h , 1 0 8 4s q u a r ek i l o m e t e r si na r e a , a n dw i l lb ea b l et oh o l da b o u t4 4 5 7b i l l i o nc u b i cm e t e r so fw a t e r t h ep r o j e c tw i l lb e t h ef o r e m o s tt a c t i cw a t e rr e s o u r c ei nc h i n a s i n c ei m p o u n d e di nj u n2 0 0 3 ，t h ew a t e r l e v e lo f t h er e s e r v i o rh a sr i s e nt o1 5 6m e t e r s ，a n dw i l lr e a c h1 7 5m e t e r sb yt h ee n do f 2 0 0 9 t h et h r g o r g e sp r o j c c ta d o p t st h es c h e m eo fs t o r i n g 丘e s hw a t e ra n de x c l u d i n g t h em u d d yw a t e r , t h a ti s ，l o w - w a t e ri ns u m e ra n dh i g h - w a t e ri nw i n t e r , w h i c hw i l lf o r m w e t d r yz o n e sw i t had r o po f3 0m e t e r si nm a x i m u mw a t e rl e v e li nt h ea r e a sa l o n gt h e r i v e r t h ew e t - d r yz o n eh a ss t r o n gd e t o x i f c a t i o nf u n c t i o n ，a sl i v e rt ot h er e s e r v o i ni ti s a l s oag a l l e r yf o re x c h a n g et h i n g sa n de n e r g yb e t w e e nl a n da n dw a t e rs y s t e m , t a k e c u s h i o nt ot h ew a t e ra n dp r o t e c tt ot h es h o r e i nt h ef u t u r e , d u et ot h ea l t e r n a t e i n f l u e n c eo fl a n da n dw a t e re n v i r o n m e n t , t h ee c o s y s t e ms t r u c t u r ew i l lb ea c t e du pb y b o t ht e r r e s t r i a le c o s y s t e m sa n da q u a t i ce c o s y s t e m s o w i n gt ot h ei n f l u e n c eo fi n d u s t r y s e w a g e ，l i v i n gs e w a g e ，t h el i x i v i a t et h i n g so fs o i li nt h ew e t - d t , , yz o n e sa n d t h ef a i l i n go f w a t e rs e l fc l e a na b i l i t y , t h ew a t e rq u a l i 够o fr e s e r v o i rw i l lb ei n f l u e n c e da n dt h e f l u c t u a t i o ni ns t a g ew i l ls h a r eai n v e r s er e l a t i o n s h i pw i t ht h er e g r e s s i o no f r i v e rl e v e li n t h en a t u r a ls t a t e g r a d u a l l y , t h ea t t e n t i o ni sg i v e nt ot h ea q u a t i ce n v i r o n m e n tp r o b l e m s ， t h eg e o l o g i c a le n v i r o n m e n tp r o b l e m sa n dt h eh e a l t h yp r o b l e m so fp e o p l ei nt h e s u r r o u n d i n ga r e a sw h i c ht h ew e t - d r yz o n e sf a c e t h et h e s i sr e l yo bt h en u m b e r0 3 - 9 6i t e mo f c h o n g q i n gs e l e n ec o m m i t t e ea n d c h o n g q i n gd e v e l o p m e n tc o m m i t t e e , w h i c hi sr e s e a r c ho ne c o s y s t e me n v i r o n m e n ta n d r e b u i l dm o d eo f w e t - d r yz o n e t h et h e s i sa n a l y s et h ec h a r a c t e r i s t i co f n ，ph e a v ym e t a l s a n do t h e rp o l l u t a n t si nt h ew e t d r yz o n e , i n v e s t i g e t et h ei m p a c tt ot h er e s e r v o i ra n d b r i n gf o r w a r dt h ep r e v e n t i o nm e a g n l - e m o s t l ys t u d yc o n t e n t a r ea sf o l l o w s a f t e ri m p o u n d i n go f t h ep r o j e c t ，t h ew e t - d r yz o n ef o r m e dp r i m a r i l ya n dt h ew a t e l e v e lc h a n g e dm o s to b v i o u s l y e s p e c i a l l yt h ea n a b r a n c hw a t e rl e v e li sr a i s e ng r e a ta n d t h ef l o ws p e e ds l o wd o w no b v i o u s l yf o rh o l d e du pb yt h ey a n g t z er i v e r , a n dt h er a t eo f w a t e re u t r o p h i c a t i o ni sr a i s e n t h et h e s i sc h o s et h et y p i c a lb r a n c hr i v e r , x i a o j i a n gr i v e r , t os a m p l ea n dr e s e a r c ht h ee u t r o p h i c a t i o nd e g r e e ，a n dd i s c o v e rt h a tt h ee u t r o p h i c a t i o n o f b r a n c hr i v e ra r es e r i o i l s i 重庆大学博士学位论文 t h es o i li nw e t d r yz o n e so ft h er e s e r v o i ri sac o n s t i t u e n tp a r to fi t sh a b i t a t t h r o i t g hi n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so f h e a v y m e t a l l i ce l e m e n t si nt h es o i l ，w ek n o wt h a t ， t h ea v e r a g ec o n t e n to f c a d m i u ma n dh go f p u r p l i s hs o i li ne l u v i a lh o r i z o n s ，t h ea v e r a g e c o n t e n t o f c a d m i u m z i n c a n d h g i n i n t e r n a l l a y e r a r e b o ma b o v e t h a t o f t h es o i lo f t h e s a m ek i n da n dt h es a n l el e v e li nt h ew h o l ec o u n t r y , a n dt h ea v e r a g ec o n t e n to fz i n c ， c o p p e r , l e a d ，f h i o r i di ne l u v i a lh o r i z o n sa n d i n t e r n a ll a y e ro f c h a os o l is h a r e st h es a m e r e s u l t , w h i l et h ea v e r a g ec o n t e n to fm e t a li nt h ee l u v i a lh o r i z o n sa n di n t e r n a ll a y e ro f l i m e s t o n es o i li su n d e rt h el e v e lo f w h o l ec o u n t r y t h ed i s t r i b u t i n gc h a r a c t e ro fc d ，c r , a s ，h g , n ii ns o i lo fw e t d r yz o n e sd i s p l a y n o r m a ld i s t r i b u t i o nb a s i c a l l y ( s i g 0 0 5 ) ，w h i l ep b ，z na n dp hd o n td i s p l a yt h i s d i s t r i b u t i o n t h ec o n t e n to fp h c da n dc ut a k eo ns i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n , w h i c h r e l a t i v i t ya r en o tp r o m i n e n tw i t l lo t h e rm e t a le l e m e n t s t h er e l a t i v i t yc o e f f i c i e n to fc d a n dc ui ns o i lo fw e t - d r yz o n e si s0 6 7 ，p ba n dn ii so 7 8 6 ，a sa n dn ii s0 6 4 2 ，w h i c h t a k eo ns i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n o nt h eb a s i so fl a bs i m u l a t i o ne x p e r i m e n to fi m m e r s i o n ，w es t u d yt h es o a k i n g - o u t l a w so ft h r e eh e a v ym e t a l l i ce l e m e n t s ( c d ，h ga n dp b ) ，、v j t l lt h ee x p e r i m e n t a ld a t a , s c u pt h es t r i p p i n gr a t ee q u a t i o no ft h e m sp a p e ru s e so n e - d i m e n s i o n a lw a t e rq u a l i t y m o d e l ，s t u d i e so nw e t - d r yz o n e so fx i a o j i a n gr i v e r , a n df o r e c a s t st h ei n f l u e n c eo ft h e r e l e a s e dh e a v ym e t a l l i ce l e m e n t so nt h ew a t e re n v i r o n m e n ti nt h er e s e r v o i r b ya n a l y s i s i n gt h es o i lo f t h ew e t - d r yz o n e , w ef i n dt h en c o n t e n ti sa b o u t o 0 6 0 2 8 ，a n dt h epc o n t e ni sa b o u to 0 3 7 - 0 0 7 1 ，w h i c hb e l o n gt ot h er e g i o no f h i g h c o n t e n ti nc h i n a i nt h a ts o i lt h en ，pc o n t e n to f t h ec h a os o i la n dp u r p l es o i la r r eh i g h 盯 t h a ny e l l o ws o i l i th a ss o m e p l u si n t e r f i xb e t w e e nt h e t o t a lnc o n t e n to f s o i la n dp h ， a n dh a sn o td i s t i n c ti n t e r f i xb e t w e e nt o t a lna n dt o t a lp b e t w e e nt o t a lpa n dp h t h e t o t a lnc o n t e n th a sd i f f e r e n td i s t r i b u t i n gw i ma r e aa n dt h et o t a lpc o n t e n th a sn o tt h e c h a r a c t e r n l et h e s i st a k et h ex i a o j i a n gr i v e rf o rr e s e a r c ho b j e c t , m a k eu s eo f o n e - d i m e n s i o n w a t e rq u a l i t ym o d e lt of o r e c a s tt h ei m p a c to fd i s c h a r g i n gna n dp v t h e nt h ew e t - d r y z o n eo ft h ex i a o j i a n gr i v e rs h o wu p , t h em o s tn pb u r t h e nw i t l lt h ee r o s i v es o i lt o w a t e ra r e2 1 6ta n d9 6 4t ，w h i c hb r i n gt h em o s tc o n c e n t r a t i o no f t o t a lno 0 2m 妒a n d t o t a lp0 0 1m g nt ot h ew a t e r , w h i c ha t t e n u a t et o0 0 18m g aa n do 0 0 1m 朗o n1 0k m o f t h er i v e r , f a c t o r s ，s u c ha sp e r i p h e r a le n v i m n m a n te l e m e n t s ，m a n a g e m e n t ，e t c ，h a v ea i m p o r t a n ti n f l u e n c eo nm a i n t a i n i n ge c o s y s t e ms t a b i l i t yi nw e t - a r yz o n e sa n dp r e v e n t i n g t h ee f f e c to nt h ew a t e re n v i r o n m e n to ft h et g ro fe n v i r o n m e n tp r o b l e mb r o u g h tb y i v 英文摘要 w c t - d r yz o n e s i nt h ee n d ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dc o r r e l a t i v em e a s u r e sa b o u tt h e p r e v e n t i o na n dc u r eo f e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tp r o b l e m si nw e t - d r yz o n e so f t h et g r k e y w o r d s ：t h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i r w a t e re n v i r o n m e n t i m p a c t w e t - d r yz o n ep o l l u t i o nc h a r a c t e r s t u d y v 独创t i 生声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：韩豸 签字日期：山夕年，月 学位论文版权使用授权书 巧日 本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庆太堂可以将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、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 、) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：箩务荔导师签名： 签字日期：即年厂月矽e t签字日期：却年，月3 a 日 1 绪论 1 绪论 1 1 问题的提出 水资源在人类社会发展中扮演着重要的角色，自人类进入文明社会以来，就 开始兴建各种水利工程，主动开发和利用水资源，促进农牧渔业的发展和工业革 命的兴起，推动社会进步。在开发和利用水资源活动中，兴建水库就是水资源开 发利用的主要方式。远在4 0 0 0 多年前古埃及和美索不达米亚人民为了防止洪水泛 滥和灌溉土地，兴建了世界上第一批水库。 我国是一个水资源地理分布和季节分布极不平衡的国家，旱涝灾害频繁。我 国人民很早就懂得利用水利工程来调度、控制水资源，避免和减少因水资源分布 不均衡所带来的社会问题，这些水利工程一般都以水库为依托和背景。早在公元 前5 7 9 年左右，当时的楚国就在安徽省寿县安丰塘地区修建了我国最早的大型水 库芍陂蓄水灌溉工程。 为了进一步提高水资源的开发利用水平，举世瞩目的长江三峡工程于1 9 9 4 年 1 2 月1 4 日正式开工。经过8 年半建设时间，三峡水库于2 0 0 3 年6 月1 日开始二 期蓄水，6 月1 0 日水位达到1 3 5 m 高程，1 1 月5 日水位达到1 3 9 m 高程。2 0 0 6 年 1 0 月底，三峡工程完成三期蓄水，水位达到1 5 6 m 高程；2 0 0 9 年，三峡水库将全 部建成，蓄水后水位将最终抬升至1 7 5 m 高程。届时整个三峡水库长约6 5 0 k m ， 平均水深8 0 m ，最大水深1 3 0 m ，蓄水量2 4 9 亿i n 3 ，总库容4 4 5 7 亿m 3 ，平均水 面宽1 5 0 0m ，年平均径流量4 5 2 9 亿o 。作为具有西电东送、南水北调双重功能 的跨世纪宏伟工程，长江三峡工程是关系到我国国民经济可持续发展的生命线工 程。大坝建成蓄水后，库尾长江段回水将至重庆江津附近，嘉陵江段回水将至重 庆合川附近。三峡水库重庆段淹没区涉及重庆市主城区及其他1 6 个区县，受淹城 镇1 1 2 个。为保证发电、排沙和防洪的需要，三峡库区冬季正常蓄水位为海拔1 7 5 m ，夏季正常蓄水位降至海拔1 4 5m ，1 7 5 m 到1 4 5 m 水位之间存在3 0 m 的落差， 在三峡库区( 重庆段) ( 简称三峡重庆库区，下同) 形成面积为2 9 1 1 k m 2 的消落带。 三峡库区消落带【2 ，3 】就是因为三峡水库采取冬季高水位和夏季低水位运行方 式形成的季节性水位涨落，而使水库周边被淹土地周期性出露于水面的一段特殊 区域。更为广义的水库消落带是指死水位至土地征用线之间的区段，它包括l 临时 淹没回水区与经常回水的上层部分 4 1 ，是三峡库区沿库岸分布的水陆交错带。消 落带内的植被是库区沿岸景观中的核心组成部分，为许多动物提供栖息地、同时 也为动植物提供迁徙的廊道，对水土流失、养分循环和非点源污染物有着缓冲和 过滤作用，在保障水库安全等方面具有重要作用。三峡库区人口密集，沿江分布 重庆大学博士学位论文 众多的城镇乡村，因而消落带生态环境将不可避免地受到人类活动的频繁影响。 加之随水库运行调度产生的水位变化形成的高落差对生态系统和环境的扰动，其 生态系统具有一定的脆弱性。 三峡库区消落带为人工湿地，同时也属于淡水湿地，它伴随着水库的形成而 产生。因其特殊的地理位置和周期性变化的水位线，这部分区域同时受到水生、 陆地生态系统的交替控制和影响，使得液、固相物质相互交接，其受力方式及强 度以及频繁的侵蚀与堆积等使得这一交界带呈现不稳定的特征，其生态功能不稳 定、生物多样性不高，人类开发利用、生态环境破坏问题十分突出，属于生态环 境敏感区和脆弱带。同时，由于大幅度的水位变化，也使得消落带内的生境结构 及其组成呈现不稳定性【5 】。 三峡水库消落带是水库周边泥沙、化肥、农药以及废水、垃圾、危险废物等 污染物进入水库的最后一道生态屏障，若不加以治理和防护，必将成为库区水体 污染的一个重要源强。周期涨落的水位对库岸将形成冲击，会严重影响库岸的稳 定性，导致库岸失稳和地质灾害的发生。此外，消落带以及周边地区一直是我国 重大传染病和地方疾病的高发地区，如流行性出血热、钩端螺旋体、乙脑以及伤 寒、霍乱等，若消落带问题处理不好，这些老疫区很可能迅速扩大，造成大批人 群发病甚至死亡，给国家和人民带来巨大的灾难和损失。因此，库区消落带的治 理与保护不仅关系到生态环境的衰变与重建，关系到库岸失稳与地质灾害，而且 还关系到库区人民的健康状况。 在冬季高水位蓄水状态下，库区消落带内的土地将全部处于淹水状态，并随 着水库水位运行调度方案而周期性的出露于水面之上。因此三峡水库消落带内有 大量土地处于淹没和非淹没交替状态。这部分土地是一种特殊的土地资源，当其 进入淹没状态时候，其中吸附的营养物质和金属元素，在江水的浸泡下，逐渐向 水体中释放；当其出露时，在库区人均耕地相对较少人地矛盾突出的现实条件下， 对这部分土地进行直接开发，或进行农业耕种，或建设防护林防护草地，或采取 工程措施在一定程度上消除或减轻水位变化带来的影响，都会对三峡库区生态环 境产生不同的影响结果。 消落带是库区沿岸带中生态最脆弱的地区，并严重制约着库区周围环境的演 替和发展，消落带生态系统是否稳定将直接影响到三峡水库的生态安全。而三峡 水库具有西电东送、南水北调双重功能，其生态安全将直接影响到长江流域的生 态安全，威胁着华中、华南、华东、华北等地区的可持续发展。消落带作为三峡 水库生态环境的重要组成部分，其污染防治与生态保护已引起国内外的广泛关注。 因此，三峡水库消落带生态环境影响的研究对保护库区环境、维护库区安全、促 进我国可持续发展具有重要的战略意义和现实意义。 2 1 绪论 本论文在重庆市科委、重庆市发改委基金项目：“三峡库区消落带生态环境研 究及生态模式重建”( 项目编号0 3 2 6 ) 的资助下，开展了消落带生态环境的研究， 为消落带生态模式重建和污染防治提供科学依据。 1 2 国内外研究现状 消落带作为湿地的一个类别，具有湿地的一般特征。湿地是自然界生物多样性 和生态功能最高的生态系统。关于湿地的定义目前有5 0 种以上嘲，国际上没有统 一的湿地概念 7 1 。湿地定义的困难主要有以下三个方面的原斟8 】：一是基于对湿地 的认识和研究目的不同。从不同学科角度，对湿地科学的研究对象和任务存在不 同的理解，因而对湿地的概念、认识也不一致；二是对于湿地的研究，一般都是 从不同的科学基础上形成和发展的，对某些湿地特征及其耦合关系的研究水平还 不够深入；三是一些重要的湿地特征指标缺少长期的定点观测与研究。目前，被 国际上广泛接受的湿地定义来自湿地公约和国际生物学计划。 湿地公约对湿地的定义为：“不论其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽 地，泥炭地或水域地带，静止或流动的淡水、半咸水、咸水水体，包括低潮时水 深不超过6 m 的水域；同时还包括连接湿地的河湖沿岸、沿海区域以及位于湿地范 围内的岛屿或低潮时水深不超过6 m 的海水水体。”国际生物学计划定义的湿 地为：“陆地和水域之间的过渡区域或生态交错带( e c o t o n e ) ，由于土壤浸泡在水中， 所以湿地特征得以生长。”比较这两个定义可以看出，前者定义的范围较宽，后者 定义的范围较窄，强调的是生长着挺水植物的区域。而前者的定义的湿地范围要 广得过，它包括滩涂、河口、河流、湖泊、水库、沼泽、沼泽森林、盐沼及盐湖、 海岸地带的珊瑚滩等区域。 湿地的形成主要包括三个条件f _ 1 ：相对的负地形、水源补给和一定的隔水层存 在。由于湿地生态系统位于水生生态系统和陆地生态系统之间，是一个自然一经 济一社会的复合系统 9 】，其生态系统的形成可以分为水体陆化过程和陆地水化过 程。水体陆化过程是指在湿地区域内水陆交界之处，因水位相对降低或地面相对 升高而形成湿地。在自然湿地的形成过程中，多为水生、沼生植物带从水体中间 地带向岸边入侵作用产生的结剁埘，对于淡水湿地来说，其入侵方式有带状入侵 和“浮毯”蔓延型入侵。对于海滨湿地其主要方式则是以泥沙堆积或陆地抬升等引发 的海平面变化为主 7 1 。陆地水化过程则是指水陆交界的陆地区域，由于区域水体水 位面上升或区域地形缓慢下降而使得原来的陆地生态系统处于淹水状态或土壤水 饱，或由于陆地下部形成新的隔水层而阻止地表水下渗过程，或由于地区水平衡 遭受破坏使得区域内水分收入大于水分支出而使原有陆地界面逐渐沼泽化形成湿 地。 重庆大学博士学位论文 4 1 绪论 在国际上得到广泛认同的湿地公约将湿地分为咸水、淡水和人工湿地三 个大类，每个大类下又细分不同的二级、三级和四级单位，按照这种分类系统，湿 地共有1 0 个二级单位，1 9 个三级单位和3 6 个四级单位，具体见表1 1 。 按照表1 1 中的湿地分类体系，水库和湖泊均属于湿地的一种。对于这部分湿 地，尤其是湖泊的湖岸带，国内外开展了多方面的研究。通常，对于大型的水库 和湖泊来说，其水岸带可以划分为三个区域，即：水体带、湖岸带和湖滨带( 即消 落带) ”“”】。水体带是指常年淹没的湖( 库) 水体，水位受气候影响的淡水生态系统， 除了流动污染源外，湖( 库) 的岸边污染也将会对水体水质产生影响。水体带的水生 生态系统是湖( 库) 周边水生生物发育的物种来源基地；湖岸带是指接近湖水而不被 水体淹没的地带。它位于最高水位之上，是对湖( 库) 水体影响较大的陆地生态系统， 人类活动十分频繁，是消落带陆生生物的自然发育基地，同时也是泥沙和污染物 的直接来源；由于湖( 库) 的水位线在一定范围内处于波动，在最高水位线和最低水 位线之间，周期性的被水淹没和露出水面的地带，是介于前二者之间的水陆交错 带。这种因为水位涨落而出现的周期性被水淹没的岸边地带，为湖滨带，也称之 为消落带。消落带又被称之为湖泊、水库的“肝脏”，具有很强的解毒净化作用【l 】， 同时也是水陆两种生态系统间交换的廊道【1 4 】，具有缓冲带的功能和植物护岸功能【”， 1 6 1 。消落带在河流两岸也大量存在 悼1 6 1 。 中国湿地面积约占全球湿地面积的1 0 ，其中人工湿地面积比例大，分布广， 约4 0 0 0 万h m 2 ，包括稻田约3 8 0 0 万h m 2 ，水库水面约2 0 0 万h n l 2 ，人工湿地以水 稻田为主 2 1 ，居亚洲第一位、世界第四位；天然湿地约为2 5 9 4 万h m 2 ，包括沼泽 约1 1 9 7 万h r n 2 ，天然湖泊约9 1 0 万h m 2 ，潮间带滩涂约2 1 7 万h m 2 ，浅海水域2 7 0 万h m 2 。我国将湿地分为滨海湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和库塘湿地5 大类2 8 个类型旧，主要分布在8 个区域，即：东北湿地、长江中下游湿地、杭州 湾以北滨海湿地、杭州湾以南沿海湿地、云贵高原湿地、蒙新干旱湿地、半干旱 湿地和青藏高原高寒湿地。据最新统计显示，我国湿地自然保护区的数量已经增 加到2 6 0 处，总面积达1 6 0 0 多万h m 2 ，是世界上湿地生物多样性最丰富的国家之 一，青海湖的鸟岛、湖南省洞庭湖和香港米浦等7 处湿地已被列入“国际重要湿地 名录”。 对于湿地的研究，国外很多国家如芬兰、前苏联、英国、加拿大等，从1 9 世 纪末到2 0 世纪初就开始了对湿地的系统研究。目前，湿地的研究和保护已经引起 了世界各国政府的关注。 湿地科学是研究湿地形成、发育、演化、生态过程、功能及其机制、保护与 利用的科学，它是由地理科学、环境科学、水文科学、生态科学和资源科学等多 学科交叉而形成的边缘学科。湿地科学已成为国际学术界的重要学科和优势领域， 5 重庆大学博士学位论文 其发展态势表现为纵横双向发展、学科体系扩大、研究深入、内容增多、领域拓 宽。 目前，国际上对湿地科学研究的重点和发展方向主要包括以下几方面【l8 ”】： 湿地科学分类研究。如上所述，目前国际上对于湿地分类的标准不统一，对于 湿地的界限划定也存在争谢8 1 ，国际湿地学术界还没有一个公认的湿地分类标准， 湿地分类应该以反映湿地本质属性指标或通用属性为依据的观点得到比较广泛的 接受，定量分类将是研究的热点和发展趋势。湿地形成与演化模式与过程研究。 研究的重心是人与自然作用下的湿地形成和演化的详细过程、规律、模式及其机 制等内容。湿地古地理、古生态与古环境重建研究。湿地生态系统生态过 程研究，包括湿地生态系统物理、化学与生物过程、动态和机理；过程之间和过 程与功能之间的关系。湿地温室气体排放、温室效应和全球环境变化的关系研 究。湿地生态系统健康研究。构建湿地和退化湿地恢复与重建模式研究。 湿地生物多样性与湿地保护生物学研究。湿地水文模型研究。湿地的水文 模型是建立湿地其它模型的基础，按其功能可划分为：系统水文模型、区域水文 模型、水动力学模型和泥沙模型四大类 2 0 l 。湿地泥炭地与泥炭开发与合理利用 研究等。 湿地涉及诸多生态问题【2 ”，国外对湿地开展了丰富的研究。如湿地对磷的去 除机理 2 2 j ，湿地对营养物的去除机理t 2 2 , 2 3 1 ，人工湿地去除高速公路沉降的金属元 素机理 2 4 1 ，公众对湿地保护区的支付意愿闭，海岸湿地【硐、滨湖湿地【2 7 1 等方面都 有显著的成果。美国e p a 还总结了湿地状况的快速评价方法【2 引，英国开展了关于 湿地及其范围内的集约化农业行为之间的关系【2 9 1 。我国台湾地区也开展了在不确 定性条件下湿地可持续发展研究【3 0 】。此外，国际上对湿地的管理也开展了广泛的 研究口1 ，3 1 。6 1 ，提出了评价湿地h g m 模型1 2 l 】，多目标决策管型3 2 1 等，同时也开展 了保护湿地的生态工程研究 3 7 - 4 0 。 目前，国内已开始了对湿地的研究，如对大型湖泊的湖滨带、河岸带和湿地 的生态重建1 ，1 4 , 1 6 ，4 1 占5 1 研究等。但总的来说，我国对湿地的研究及保护的重视程度 不够，我国河岸带及其退化生态系统重建理论与实践研究均较为薄弱，这些大型 内陆湖泊和湿地不断受到污染和人为干扰，其湖滨带湿地生态系统受到损坏，其 功能受到削弱1 ，4 6 4 舢如，5 2 1 。究其原因，我国湿地科学开展较为落后的主要因素有【1 8 ， 19 】：湿地基础理论研究薄弱。主要表现在湿地基础理论的某些方面研究水平较 国外落后。中国湿地区划，保护规划，功能规划，退化湿地恢复规划，中国湿地 评价的方法、标准、指标体系还在制定过程之中。湿地健康预警、湿地构建、退 化湿地恢复与重建理论与技术研究还处在落后状态；湿地研究技术手段落后， 新技术和新手段的应用不足；湿地科学研究力量单薄；湿地研究设施与基 6 1 绪论 地缺乏；湿地研究的投入不足等。 就人工湿地而言，尤其是因为大型水库的修建而形成的人工湿地，其研究投 入也很不够。不论国内还是国际上，大型水库的修建往往会带来许多环境问题【5 6 ， 5 ”，作为水库，其蓄水量发生变化，或根据水库的运行调度方案调整水位时，随水 位变化而形成的消落带就是水库产生的环境问题之一。 河流的河岸带和湖泊的湖滨带，它们在长时间的生态系统自然演替和生物的 自然选择中，已经建立起动态的平衡，其区域的生态系已经适应所处的水陆交错 的自然生态环境。而人工水库的修建，会使原有的平衡状态被打破，蓄水后水位 上升不仅改变了原有近水地带的生态环境，同时扩大了自然条件下河流原有的水 位消落范围。对于小型以蓄水为其主要功能的水库，其消落带的影响范围较小。 水库库容越大，蓄水位越高，则随着淹没范围的增加，消落带生态环境问题就越 明显越突出。 通常而言，西方发达国家人地矛盾不突出，社会经济较为发达，其水库大多 修建于人口稀少地区，因而水库对环境的影响很少涉及到人类活动的范围。国外 对这些水库所产生的生态环境影响的研究，基本把重点放在水库水质的保护、水 库周围原有野生动植物种群的变化、修建水库后河流上下游生态系统变化，以及 大型水库对局地气候、温室效应等方面的影响等【5 引。 总的来说，目前国内关于大型水库消落带的研究比较少，对于其生态环境问 题的研究就更少，而且研究不是很深入。我国人地矛盾非常突出，水库的修建大 多是为了农业利用或蓄水发电解决能源问题。因而水库库周往往居住有大量人口， 水库周边的消落带区域大多处于水库移民的自发利用阶段【5 9 1 ，如三门峡水库消落 带、丹江口水库消落带、小浪底水库消落带等。为了解决库周移民的生计问题， 缓和人地矛盾，国内关于水库消落带研究主要集中在对消落带的利用模式和管理 方面。例如大多数研究都提出对消落带进行农业利用模式或渔业利用模式【删。 水库消落带一方面可以作为发展生产的潜力，另一方面可以作为安置移民的生产 资源补充【6 2 l 。如我国