（水文学及水资源专业论文）扎龙湿地功能评价及生态需水量研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 扎龙湿地位于黑龙江省齐齐哈尔市东南2 6 k i n 处，地理坐标为北纬4 6 。4 8 4 7 。 3 1 5 ，东经1 2 3 。5 1 5 1 2 4 。3 7 5 ，总面积2 1 0 0 k m 2 ，是我国最早列入国际重要 湿地名录的湿地之一，国家一级保护动物丹顶鹤的故乡。但是由于近年来气候变化和人 类活动的加剧，自然来水量明显减少，扎龙湿地的生态正逐步走向恶化。 水文地貌分类法( 简称h g m 法) 可对一个大尺度地理区域的诸多湿地功能进行定 量的评价。它选取景观内合适的湿地状态作为参照标准来建立模型以测度待评价湿地的 功能。 论文针对扎龙湿地的生态特征，进行了蓄水量、污染、芦苇覆盖面积以及鸟类多样 性指标的综合评价。主要过程和研究成果如下： 1 利用湿地的水文资料，进行湿地水平衡计算。将湖泊和沼泽分开考虑计算湿地 历年的蓄水量。分析湿地的蓄水状况，确定湿地1 9 8 5 1 9 9 7 年的特征蓄水量。其计算 结果用矩阵x u 表示为：x u = ( 6 3 9 1 0 ，5 9 0 3 7 ，5 5 7 1 8 ，5 8 1 3 0 ，1 8 9 8 0 ，1 7 3 5 9 ，6 6 9 9 5 ， 2 6 2 8 8 ，4 5 3 4 3 ，4 1 5 1 8 ，2 1 4 1 3 ，2 0 3 9 1 ，1 9 9 0 6 ) ( 单位：1 0 。m ) 。 2 分析了湿地的污染物状况，用综合污染指数评价湿地历年的污染状况。其计算 结果用矩阵w u 表示为：、= ( 2 5 2 ，2 4 1 ，2 1 1 ，2 2 3 ，2 2 0 ，8 6 4 ，8 0 1 ，3 9 - 3 ，2 4 5 ， 2 3 2 ，3 2 _ 3 ，4 6 8 ，3 5 3 ) 。 3 分析了湿地的鸟类生活习性及迁徙特性，并用香农指数法确定了湿地的鸟类多 样性状况。其计算结果用矩阵n i a o 表示为；n i f l o( 2 8 7 9 ，2 8 6 2 ，2 6 1 1 ，2 6 7 7 ，2 5 9 8 ， 2 5 8 3 ，2 3 9 9 ，2 5 8 3 ，2 5 2 9 ，2 5 5 8 ，2 4 2 5 ，2 5 7 8 ，2 5 3 7 ) 。 4 结合h g m 法、层次分析法评价了湿地的各个生态参数，确定了扎龙湿地1 9 8 5 年一1 9 9 7 年的生态变化特性。根据扎龙湿地的生态随着蓄水量的变化关系初步判断出扎 龙湿地的最小生态需水量为2 6 3 亿m 3 ，适宜需水量为4 5 3 亿m 3 以及最大需水量为6 3 9 亿m 3 。 关键词：水文地貌分类法；扎龙湿地；生态需水量；鸟类多样性指数；层次分析法 z h a l o n gw e t l a n df u n c t i o na s s e s s m e n ta n de c o l o g i c a lw a t e rr e q u i r m e n t r e s e a r c h a b s t r a c t z h a l o n gw e t l a n dl i e st ot h es o u t h e a s to fq i q i h a rc i t y 1 1 1 ed i s t a n c eb e t w e e nt h e mi sa b o u t 2 6 k m z h a l o n gw e t l a n d sg e o g r a p h i c a lp o s i t i o ni s4 6 。4 8 4 7 。3 1 5 n o r t hl a t i t u d e 1 2 3 。5 1 5 1 2 4 。3 7 5 e a s tl o n g i t u d e a n di t st o t a la r e ai s2 1 0 0 k i n z z h a l o n gw e t l a n di so n eo ft h ee a r l i e s tw e t l a n d s1 i s t e dt oi nt h ei n t e m a t i o n a li m p o r t a n t w e t l a n dr e g i s t e r ，i t sa l s oae x t r e m e l yi m p o r t a n th o m ef o rr e d - c r o w n e dc r a n e b u ti nr e c e n t y e a r s ，a st h eh u m a n sa c t i v i t i e sc o n t i n u a l l yi n c r e a s e ，z h a l o n gw e t l a n d se c o l o g yg r a d u a l l y c h a n g e sw o r s e h y d r o g e o m o r p h i ca s s e s s m e n tc a na s s e s sm a n yw e t l a n df u n c t i o n si nal a r g er e g i o n i ts e l e c t s s u i t a b l er e a lw e t l a n dc o n d i t i o na sac r i t e r i o n ，a n da c c o r d i n gt ot h i s ，i tb u i l d sam o d e lt o m e a s u r ew e t l a n d sf u n c t i o n s t l l i sp a p e ra s s e s st h ee c o l o g yo fz h a l o n gw e t l a n da c c o r d i n gt of o u rm a i ni n d e x i n c l u d i n g w a t e rs t o r a g eq u a n t i t y ，p o l l u t i o n ，b i r d sc o m m u n i t yd i v e r s i t ya n dt h ec o v e ra r e ao f r e e d t h e m a i np r o c e s sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 c a l c u l a t i o no f w a t e rs t o r a g ei nz h a l o n gw e t l a n dw i t hd a t u mo nh a n d i nt h ec o u r s eo f c a l c u l a t i o n s ，w es e p a r a t ew a t e rs t o r a g ei nr i v e rf r o mt h a ti ns w a m p s i t sr e s u l te x p r e s s e db y m a t r i xx ui sa sf o l l o w s ： x u = ( 6 3 9 1 0 ，5 9 0 3 7 ，5 5 7 1 8 ，5 8 1 3 0 ，1 8 9 8 0 ，1 7 3 5 9 ，6 6 9 9 5 ，2 6 2 8 8 ，4 5 3 ，4 3 ，4 1 5 1 8 ， 2 1 4 1 3 ，2 0 3 9 1 ，1 9 9 0 6 ) ( u n i t ：i o 。n l j ) 2 c a l c u l a t i o no f p o l l u t i o ni nz h a l o n gw e t l a n d w ec h o o s es y n t h e t i c a lp o l l u t i o ni n d e xa s a s s e s s m e n tt a r g e t i t sr e s u l ti se x p r e s s e db ym a t r i xw u ： w u = ( 2 5 2 ，2 4 1 。2 1 ，1 ，2 2 3 ，2 2 o ，8 6 4 ，8 0 1 ，3 9 3 ，2 4 5 ，2 3 2 ，3 2 3 。4 6 8 ，3 5 3 ) 3 a n a l y s i so f b i r d s c h a r a c t e r sa n dc a l c u l a t i o no f b i r d s d i v e n , ；i t yi n d e x - s h a n n o n i t sr e s u l t i se x p r e s s e db ym a t r i xn i a n ： n j a o = ( 2 8 7 9 ，2 8 6 2 ，2 6 1 1 ，2 6 7 7 ，2 5 9 8 ，2 5 8 3 ，2 3 9 9 ，2 5 8 3 ，2 5 2 9 ，2 5 5 8 ，2 4 2 5 ， 2 5 7 8 ，2 ，5 3 7 ) 4 w i t hh g ma n da h p w ea s s e s s e dz h a l o n gw e t l a n d sf o u rm a i nz o o l o g yi n d e x e sa n d c o n f i r m e di t sz o o l o g yc h a n g ei n19 8 5 19 9 7 ，a c o r d i n gt ot h ec o n n e c t i o nb e t w e e nw a t e r 大连理工大学硕士学位论文 s t o r a g ea n dz o o l o g y , w ed e t e r m i n e dz h a l o n g w e t l a n d st h em i n i m u m ，s u i t a b l ea n dm a x i m u m e c o l o g i c a lw a t e rr e q u i r e m e n t t h er e l e v a n tr e s u l ti s2 6 3 ，4 5 3a n d6 3 9 ( u n i t ：1 0 6 m 3 ) k e yw o r d s ：h g m ；z h a l o n gw e t l a n d ；e c o l o g yw a t e rr e q u i r m e n t ；b i r d s c o m m u n i t y d i v e r s i t y ；a h p 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 湿地是介于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡带，是地球上水陆相互作用形 成的独特生态系统，是重要的生存环境和自然界最富生物多样性的生态景观之一。湿地 在抵御洪水、调节径流、改善气候、控制污染、美化环境和维护区域生态平衡等方面有 其它系统所不能替代的作用。湿地被誉为“地球之肾”、“生命的摇篮”和“物种的基 因库”。在世界自然保护大纲中，湿地与森林、海洋一起并列为全球三大生态系统【l 】。 “湿地”一词，最早的定义是由美国鱼和野生动物管理局于1 9 5 6 年在一本题为( 3 9 号通告的出版物中提出的，( 3 9 号通告将湿地定义为：“被间歇性的或永久的浅水 层所覆盖的低地。”这个定义强调浅水覆盖在湿地特性形成中的主导作用。1 9 7 9 年加拿 大科学家t a r n o e a i l 提出了用于加拿大湿地名录和数据库的湿地定义：“湿地为水位接近 或高于地面的，或有足够长时间能促成湿士形成或水化过程的土壤水饱和的，以水成土， 水生植物和各类适应湿环境的生物活动为特征的土地。”1 9 7 9 年美国湿地和深水生境 的分类报告中提出：“湿地是陆生系统和水生系统之间过渡的土地，在这些土地上，水 位经常在或接近地表，或为浅水所覆盖。”湿地概念从“水饱和的土地”逐渐向“湿生 态系统”转化，反映了人们对湿地认识的演变。 目前为各个国家比较认同的湿地概念是关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿 地公约( 亦称r a m s a r 公约) 中的定义。其内容是：“湿地系指天然或人工、长久或暂时 性的沼泽地、泥炭地、水域地带，静止或流动的淡水、半咸水、咸水，包括低潮时水深 不超过6 m 的海水水域”。 1 9 9 8 年长江大洪水以来，国内学者相继提出了“生态安全”，“资源安全”，“环 境安全”等概念和问题。生态安全的问题已经开始得到前所未有的重视。湿地生态系统 因为其独特的结构，多样的生态功能，在生物多样性保护，调蓄洪水，污水处理方面具 有的特殊意义已经成为新的研究课题。生态恢复作为治理生态环境的重要手段，也同样 得到了学术界的广泛关注，尤其是在生态需水量的研究方面【2 】o 1 1 论文的选题背景 我国是世界上湿地生态多样性最丰富的国家之一，也是亚洲湿地类型最齐全，数量 最多，面积最大的国家。湿地的类型较多，包括沼泽地、泥炭地、湖泊、河流、河流湾、 海岸滩涂、盐沼、水库、池塘、稻田等各种自然和人工湿地，除苔草湿地外，几乎拥有 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) 中划分的所 扎龙湿地生态环境功能评价 有湿地类型，并拥有独特的青藏高寒高原湿地。据统计，我国的湿地从寒带到热带，从 沿海到内陆，从平原到高原山区，全国各地都有分布，总面积初步估算为6 3 0 0 万h m 2 ， 占世界湿地面积的1 l 以上。我国大约有沼泽1 1 0 0 万h r n 2 ，湖泊1 2 0 0 万h m 2 ，滩涂和 盐沼地2 1 0 万l i r a 2 ，另外还有稻田3 8 0 0 万h m 2 。但这些数字并不包括江河、水库、池塘 以及低潮时水位不超过6 m 的浅海水域等。此外我国有众多的河流，仅流域面积在1h i r 1 2 以上的河流就有5 万条之多，我国还有6 5 0 0 多个岛屿以及绵延1 8 万k m 的海岸线构成 的水深不超过6 m 浅海湿地在5 0 0 万h m 2 以上。 我国湿地的生物多样性十分丰富，内陆湿地中的高等植物至少有1 5 4 0 多种，高等 动物约有1 5 0 0 种，其中水禽3 0 0 余种，约占我国鸟类总数量的1 4 ，并且有许多为我国 特有种和世界性的珍惜濒危种。保护我国的湿地生物多样性，保证湿地资源的可持续利 用对于促进我国经济和社会发展具有极其重要的作用。 我国对湿地的保护工作十分重视。1 9 9 2 年，我国政府加入了湿地公约，这是我国保 护和合理利用湿地资源的一个重要里程碑。1 9 9 4 年我国政府将“中国湿地保护和合理利 用”项目纳入中国2 1 世纪议程优先项目计划，把我国的湿地保护提到了优先发展 的地位。在履行湿地公约、加强湿地资源保护、湿地自然保护区建设、人才培养、 宣传教育、科学研究和国际交流等方面做出了卓有成效的工作。目前我国已建立的7 0 0 多处自然保护区中，有1 5 2 处属于湿地类型的自然保护区，有效的保护了自然生态系统 和湿地资源，保护了湿地的生物多样性。为开展科研、教学和发展当地经济创造了有理 条件。为了积极履行国际义务，促进湿地保护事业的发展，进一步加大湿地保护管理力 度，加强对湿地资源的调查管理，由国家林业局牵头，1 7 个部委参加编制了一个关于中 国湿地保护和合理利用的纲领性文件中国湿地保护行动计划，为我国湿地保护的规 范化创造了条件。同时，为探索一条符合我国国情的湿地可持续发展道路，还建立起了 一批具有典型意义的湿地保护和合理利用示范点。 尽管我国的湿地保护与可持续利用工作取得了一定的成绩，但也不可避免地面临着 人口增长与经济发展带来的与日俱增的压力。一些湿地遭到不适当的围垦开发，淤积、 污染、过度排涝等导致湿地数量、面积和资源日益减少，功能和效益下降，生物多样性 丧失。从1 9 5 0 年到1 9 8 0 年的3 0 年间，中国的自然湖泊从2 8 0 0 个减少到2 5 0 0 个。“八 百里”洞庭湖已由1 9 4 9 年4 3 5 0 k m 2 缩小至今日2 0 0 0k m 2 左右，由于湖面萎缩，调蓄水 能力差，洪涝灾害日益严重，涝灾平均每年达5 万公顷，平均每四年发生一次水灾，天 然捕捞量从5 0 年代的3 l o 万蝇下降到1 9 8 2 年的1 1 0 万k g ，鱼类的种数也从1 1 4 种下 降到8 0 种。在青海湖湖区，人1 ：3 比1 9 4 9 年增加了4 倍，环湖区开垦面积达2 0 万h m 2 左右，脊推动物减少了3 4 种，鹑鹏自7 0 年代就己绝迹，鸿鹅在6 0 年代有75 0 0 只，现 大连理工大学硕士学位论文 在约有4 0 0 0 只左右，斑头雁仅1 0 年就减少1 2 0 0 只，数量减少十分惊人。工业废水和 污水排放，使许多河湖( 如巢湖、滇池等) 湿地及沿海水域水质恶化，加速某些湿地水体 富营养化和寄生湿地水体富营养化和寄生虫的流行。由于我国有关法律法规不够健全， 投入不足，基础研究薄弱，公众对湿地保护的意识还不强，严重地影响了湿地的保护与 合理利用。保护湿地资源和环境，实现湿地的可持续发展，已追在属睫。 位于我国黑龙江省齐齐哈尔市东南2 6 k m 处( 黑龙江省西部松嫩平原，乌裕尔河下游 湖泊芦苇地带) 的扎龙湿地，是我国最大的以鹤类为主的珍禽鸟类和湿地生态类型的国 家级自然保护区，1 9 9 2 年被列入国际重要湿地名录。近年随着人口的增加，经济的发展， 特别近年的连续干旱，使湿地面积和鹤类的数量明显减少，生物多样性遭到破坏。扎龙 湿地面f | 笛萎缩甚至消亡的威胁，扎龙湿地生态系统急待拯救，扎龙湿地的生态环境用水 问题，成为人们关心的焦点。2 0 0 2 年，为保护扎龙湿地，尽快恢复湿地功能，在黑龙江 省水利部门配合下，松辽水利委员会两次组织从嫩江向扎龙湿地应急调水，并组织实施 了应急调水工程，每年计划向湿地调水2 亿m 3 。 湿地是水陆相互作用形成的特殊自然综合体，是自然界最具生产力的生态系统和人 类最重要的生成环境之一。水在湿地生态系统的形成、发展和演替过程中起着决定性作 用。同时，水又是湿地生态系统中最为敏感的因素，在自然条件或人类活动干扰下，其 变化会引起其它环境要素的变化，从而将影响到整个湿地生态系统的稳定性，改变湿地 生态群落的原有的结构，最终将导致湿生态系统的改变而丧失其功能。水资源是湿地保 护的主要目标，扎龙湿地引水工程的实旌为缓解扎龙自然保护区湿地水资源短缺提供了 契机，也为再调配和合理配置生态环境需水提供了良机。但如何有效分配从嫩江调来的 水资源，在保护生产、生活用水的同时，给湿地生态环境以最适宜的水量，是一个急待 解决的问题。 论文研究的目的，就是在全面分析扎龙湿地生态环境现状和功能状况的基础上，在 充分考虑和挖掘当地水资源潜力的条件下，分析扎龙湿地生态环境现状需水量和适宜需 水量，揭示其最小需水量，合理配置和调控水资源，为扎龙湿地水资源规划、为逐步恢 复扎龙湿地生态系统功能和实现区域可持续发展提供科学依据。开展扎龙湿地生态系统 需水规律的研究，对扎龙湿地乃至于其它类似湿地的生态环境保护、使湿地走向生态效 益、经济效益和社会效益良性循环的轨道有着重要的意义1 3 - 6 。 扎龙湿地生态环境功能评价 1 2 国内外研究现状 1 2 1 湿地的功能 湿地的功能通过它的生态系统来表现，而生态系统的功能又是通过它们自己的结构 成分以及与其相关的周围景观的结构成分表现出来的。例如它们联系植物，动物，碎石， 土壤，空气，然后通过各种各样的诸如水和空气的移动，能量和营养物质的循环等物理、 化学和生态的相互作用过程表现出来。了解生态系统和周围景观如何通过作用相互联系 是评价湿地功能的基础。 湿地本身就是一个完整的生态系统，该系统由这样一些要素组成：土体、水体、植 物和动物。这些要素之间通过一系列物理、化学和生物过程联系起来。湿地的功能可以 定义为在湿地生态系统内部发生的活动，包括调节径流、蓄洪防旱、控制污染以及为动 植物提供生存环境等方面。不同类型的湿地，其功能也是不同的。同类型湿她的功能也 不尽相同。各项功能是相互联系、相互依赖的，它们的组合和共存使湿地成为一个完整 的生态系统运行，也是湿地可以持续发展的前提。湿地的物理、化学和生物学属性决定 了湿地必然会在层次上由简单到复杂表现出大范围的不同功能。例如硝酸盐到气态氮的 转化是湿地发挥的一个相对简单的功能。氮循环和营养循环则是湿地表现出来的一个复 杂的功能，这其中包含了很大数量的结构成分因素和过程因素。这个层次上的最高水平 即保持生态的完整性。如下图1 1 即为湿地的功能层次图【7 1 。 图1 1 湿地功能层次图 f i g 1 _ 1w e t l a n df u n c t i o nh i b e r a r c h y 湿地发挥其功能的能力受湿地的特性及其物理、化学和生物过程的影响。湿地的各 项功能代表着整个湿地生态系统各单元，对湿地生态系统的评价也就要从各分项功能的 评价着手。湿地的主要分项功能如下【8 】： ( 1 ) 提供水源：湿地常常作为居民生活用水、工业生产用水和农业灌溉用水的水源。 大连理工大学硕士学位论文 溪流，河流，池塘，湖泊中都有可以直接利用的水。其它湿地，如泥炭沼泽森林 可以成为浅水水井的水源。 ( 2 ) 补充地下水：我们平时所用的水有很多是从地下开采出来的，而湿地可以为地下 蓄水层补充水源。从湿地到蓄水层的水可以成为地下水系统的一部分，又可以为 周围地区工农生产提供水源。扎龙湿地每年通过渗透就可以补充地下水9 5 4 万 m 3 。 ( 3 ) 调节流量，控制洪水：湿地是一个巨大的蓄水库，可以在暴雨和河流涨水期储存过 量的降雨，均匀的把降雨放出，减小对下游的危害。 ( 4 ) 保护堤岸，防风：湿地中生长着多种多样的植物，这些湿地植物可以抵御海浪、 台风和风暴的冲击力，防止对海岸的侵蚀。同时它们的根系可以固定稳定堤岸和 海岸，保护沿海工农业生产。 ( 5 ) 清除和转化有毒物和杂质：湿地有助于减缓水流的速度，当含有毒物和杂质的流 水经过湿地时，流速减缓，有利于有毒物和杂质的沉淀和排除。此外一些湿地植 物，如芦苇、水湖莲能有效的吸收有毒物质。在现实生活中，不少湿地可以用作 小型生活污水处理地，这一过程能够提高水的质量，有益于人们的生活和生产。 扎龙湿地和乌裕尔河共同净化水质的过程中，扎龙湿地的净化率分别为：t n ( 4 9 4 ) 、t p ( 6 0 8 ) 、c o d q r ( 6 1 2 ) 、b o d ( 7 6 ) 、n - n 0 3 ( 6 0 ) 、n n h 3 ( 8 2 8 ) 、总锰( 8 2 8 ) 、总铁( 8 4 3 ) 。从以上数据可见湿地的去污能力。 ( 6 ) 保留营养物质：流水经过湿地时，其中所含的营养成分被湿地植物吸收，或者积 累在湿地泥层之中，净化了下游水源。湿地中的营养物质养育了鱼虾、森林、野 生动物和湿地农作物。 ( 7 ) 保持小气候：湿地可以影响小气候。湿地水分通过蒸发成为水蒸气，然后又以降 水的形式降到周围地区，保持当地的湿度和降雨量，影响当地人们的生活和工农 业生产。扎龙湿地的苇塘平均蒸发量约为o 2 9 m m h ，裸地平均蒸发量约为 1 0 5 m m h 。另外芦苇在生育阶段水分平均蒸腾量约为6 0 0 m 3 h m 2 。 ( 8 ) 野生动物的栖息地：湿地是鸟类、鱼类、两栖动物的繁殖、栖息、迁徙和越冬的 场所。其中有许多是珍稀，濒危物种。 ( 9 ) 旅游，休闲和其他：湿地还具有旅游，观光，教育，航运等其它的许多功能。 1 2 2 湿地的生态安全与恢复 湿地的研究兴起于对湿地动植物的保护，而湿地的生态安全又是湿地动植物合理健 康存在的前提。1 9 7 1 年2 月2 日在伊朗的r t m s a r 鉴署了特别是作为水禽栖息地的国 扎捃湿地生态环境功能评价 际重要湿地公约( 湿地公约) 。随着研究的深入，人们认识到湿地除了在生物多样 性保护方面的意义外，还有其它很多功能。现在湿地公约已经超出了其最初水禽保 护的范畴，而上升到保护整个湿地生态系统的高度上。 生态安全也是一个诠释古老问题的全新概念。1 9 9 8 年长江流域、松花江、嫩江流域 的特大洪水让所有的人警醒，不过百年一遇的洪水却造成如此大的灾情，除了堤防的原 因，人们更多地考虑的是我国的生态环境问题。此时国内就有学者相继提出了“生态安 全”、“资源安全”“环境安全”等概念和问题。新世纪之初，沙尘暴一次又一次地闯 入我们的生活，使人们意识到治理我们的生态环境己经是刻不容缓。人们从国家战略的 高度上出发将生态安全提到了与国防安全、经济安全同样重要的位置，它们共同构成国 家的安全体系1 1 1 。2 0 0 0 年1 1 月2 9 全国生态环境保护纲要中，我国首次明确提出 了“维护国家生态环境安全”的目标。同时国家正在进行西部大开发，人们担心，在开 发的过程中会不会更加破坏西部脆弱的生态环境，如何在进行经济建设的同时，再造一 个山川秀美的大西部，维持我国的生态安全是个重大课题。因此学术界纷纷把生态安全 作为研究内容，中国科协青年科学家论坛把“人地系统动力学和生态安全建设”作为第 3 3 届活动的主题，认为：生态安全不仅是当前地学、资源与环境科学，而且也是生态学 的前沿任务和主要的应用领域。中国科学院将“国家生态安全的监测、评价与预警系统” 研究作为2 0 0 0 年的重大项目。此后不少学者开展了些具体的研究工作，吴国庆对浙江 省嘉兴市的农业生态安全进行了评价，金磊提出了建设生态安全的北京的概念。但这些 研究都是从可持续发展的角度进行的评价。中国科学院南京地理与湖泊研究所的吴豪， 许刚等人作了构建长江流域的生态安全体系的初步探讨，但没有提出具体的生态安全评 价指标。目前国外还有主要集中在基因工程生物的生态( 环境) 风险与生态( 环境) 安全、 化学物质的施用对生态系统健康及生态( 环境) 安全的影响等方面的研究。而对生态系统 的生态安全及其评价研究还不多见。 恢复生态学研究可追溯到2 0 世纪5 0 年代，8 0 年代得到了迅猛发展。9 0 年代以来， 随着湿地研究的兴起，湿地生态恢复也成为湿地研究的主要内容之一【9 】。 1 9 9 6 年9 月在澳大利亚西海岸的佩斯召开了第五届国际湿地会议，大会的主题是 “湿地的未来”，主要议题是讨论如何增强湿地效益，防止和解决湿地丧失、功能衰退、 生物多样性减少等问题及保护与重建湿地的策略和措施。从本次大会来看，湿地的恢复 与重律已成为世界各国科学家普遍关注的热点。针对湿地的退化情况，世界各国都在积 极采取措施进行湿地的生态恢复。为了扼制湿地面积的减少，美国于1 9 7 7 年颁布了第 一部专门的湿地保护法规。1 9 8 8 年美园总统老布什提出了“无湿地净损失”的口号。美 国国家委员会、环保局、农业部和水域生态系统恢复委员会于1 9 9 0 年和1 9 9 1 年提出了 大连理工大学硕士学位论文 在2 0 1 0 年前恢复受损河流6 4 万k m 2 ，湖泊6 7 万k m 2 , 湿地4 0 0 万h m 2 的庞大生态恢复计 划并为此制定了包括“恢复湿地的生态完整性、恢复它的自然结构、自然功能、设计它 的自维持能力、恢复本地物种，避免非本地物种的侵入”等在内的1 7 条导则。美国佛 罗里达湿地在世界上面积最大的沼泽地区之一。它拥有极其丰富多样的景观。半岛上以 苔草沼泽为基质，散布着大小不一的浅水湖泊、地势稍高处为森林，森林中生活着鹿、 熊、美洲狮等哺乳动物，沼泽地则为龟、鳄等爬行动物的天堂。海岸茂盛的红树林沼泽 为众多涉禽的栖息地、近海海湾为浅海生物群落。这一巨大的湿地生态系统称为南佛罗 里达生态系统，它从奥兰多向南延伸，通过有许多湖泊组成的链湖、基西米山谷、奥基 乔比湖和现存湿地。一直向前伸展到佛罗里达湾和珊瑚礁。该生态系统比大多数来此地 观光旅游的人们所见到的“湿地”要大的多得多，通常旅游者所见的只是“湿地国家公 园”。后来大量涌入的人口侵占了曾经是各种豹类、鳄鱼和无数成群结队飞行甚至能遮 天蔽日的各种各样的巨大的鸟群的栖息地，使佛罗里达湿地面临着前所未有的危机。为 了拯救佛罗里达湿地，1 9 9 5 年，美国开始实施总投资为6 8 5 亿美元的湿地恢复项目， 漫地生态环境的恶化问题及其恢复解决问题，都离不开4 个相关的要素：水的数量、质量、 时间和分配。该计划的主要目标可概括为在适当的时间输送适当质量和数量的水到适当 的地点。该计划共有6 0 个组成部分，通过该计划的实施，使水文状况获得了合理的改 善，自然环境就会做出相应的变化，一个生态环境良好的湿地将会再次里现在我们的面 前。 我国在湿地生态恢复方面最为成功的例子是贵州威宁的草海。为扩大耕地面积， 1 9 7 0 年曾排水疏干草海，湖中鱼类、贝类、虾和水生昆虫等几乎绝灭，所剩水禽也寥寥 无几，地下水位下降，农业减产，自然生态失去平衡。1 9 8 0 年政府决定恢复草海，实施 蓄水工程，恢复水面面积2o k m 2 ，平水期可达2 9 k m 2 。目前，生物物种己得到恢复，浮 游植物有8 门9 l 属；高等植物2 0 科2 6 属3 7 种，组成了多种挺水植物群落、浮叶植物群 落和沉水植物群落。浮游动物有9 纲7 4 属1 1 5 种；鱼类9 种；两栖类1 4 种，特别是鸟类 丰富，有1 7 9 种，其中水禽有6 8 种。黑颈鹤、白头鹤、白鹤、灰鹤、游华、白琵鹭等 1 6 种国家一、二级保护鸟类的数量曰渐增多，湿地恢复效果良好，被国外专家视为中国 湿地生态恢复的成功典范。该湿地作为我国特有物种黑颈鹤的主要越冬栖息地，目前己 被建立为国家级自然保护区 1 0 - 1 1 】。 总体来讲，国外恢复生态学的研究己不再局限于理论上，而更多的投入到生态恢复 实践和恢复技术研究。国内除草海外，也在东洞庭湖、巢湖、滇池、太湖、洪湖、保安 湖、鸭儿湖、自洋淀等局部地区进行浅水湖泊的富营养化控制和生态恢复试验，但基本 上还停留在理论探讨阶段。虽然目前在国家林业总局的推动下，包括三江平原七星河湿 扎龙湿地生态环境功能评价 地区，川西若尔盖高原等多种功能湿地类型的恢复项目正在或己经启动，目前的扎龙湿 地也面临如此的问题，要合理的恢复扎龙湿地的生态，首先需要确定出扎龙湿地的合理 需水量，从而为扎龙湿地的生态补水提供技术支持。 1 2 3 湿地的生态需水量 目前在关于湿地生态环境的研究中，湿地生态需水的研究正成为热点问题。生态需 水是生态水文学的一个重要的研究课题。凡是联系到与水相关的生态系统自然发育、气 候变化和人类活动干预下的生态系统退化等问题，都需要回答维系生态系统所需求的水 或者河川径流等问题 1 2 1 。在国际上提出生态需水的概念与研究生态需水的理论与方法， 己经有了一段历史。在我国，生态需水理论与方法研究起步较晚，还有待于发展与完善。 早在2 0 世纪4 0 年代，随着水库的建设和水资源开发利用程度的提高，美国的资源 管理部门开始注意和关心渔场减少的问题。美国鱼类和野生动物保护协会对河道内流量 与鱼类生长繁殖、产量进行了许多研究，提出了河流最小环境或生物流量的概念，已有 学者撰文强调了河川径流作为生态因子的重要性。在2 0 世纪7 0 年代后，澳大利亚、南 非、法国和加拿大等国家针对河流生态系统，比较系统地开展了关于鱼类生长繁殖、产 量与河流流量关系的研究。为了保护水生生物或生态环境，通常是基于河流物理形态、 鱼类和无脊椎动物确定最小或最佳的生态需水流量。但是，这一流量仅仅考虑了渔业的 流量需求或者湿地对水的需求，并没有体现生态系统的完整性f 1 3 。直到2 0 世纪9 0 年 代，随着国际水文计划等大的项目的推进，研究的对象开始打破过去局限于所关心的物 种( 如鱼类) 或某一单一目标的情景，人们才开始考虑维持河流系统完整性的生态流量需 求，提高对河流生态系统保护的有效性。但是，在西方发达国家没有我国生态问题所具 有的多样性和复杂性，他们对生态需水的研究主要集中在维系自然生态系统平衡的方 面，很少考虑高强度人类活动大量挤占生态需水的现实问题。 国外关于生态环境需水方面的研究可分为陆地生态环境需水和河流生态环境需水 这两方面。早期的陆地生态环境需水研究主要是为了满足农作物需水，在农作物需水的 研究中，可采用墩s i s 计算机模拟程序计算农作物的实际蒸发量，在i r s i s 程序中，根 据作物的生长和降雨量自动调整作物系数和潜在蒸发量。土壤含水量对植物蒸发量的影 响不可忽略，土壤水分的变化与气候、土壤和植被三者间的关系密切，降雨的随机性和 渗透非线性，蒸敝发和下渗等作用使得土壤含水量变化十分复杂。因此必须根据物理概 念对土壤水分过程进行简化。b u c k e t 模型和r i c h a r d 模型就是植被生态系统的土壤水分 动力简化模型 1 5 - 1 6 】。 大连理工大学硕士学位论文 水资源管理决策系统模型建立在水文模型基础上，并且考虑了人类活动多引起的土 地利用变化、水污染等因素。这类模型大多基于遥感和g i s 技术，如分布式生态水文流 域模型t o p o g i r m 、综合性流域模型s w a t m o d 和s w a t 模型。目前国外对陆地生 态环境需水量研究大多集中在建立水文模型和其参数估计等细节上，对于生态系统的时 空变异性和尺度闻题的研究进展缓攫，对于水文、生态、气象之间的相关性还处于探索 阶段。 河流生态环境需水量研究方面目前从纵向、横向、垂向和时间域四维进行研究，即 从河流源头、上游、下游到入海口，垂直河岸的横向及纵向水量和物质交换、与地下水 联系等随时间延伸产生河道形态影响等研究。河流生态系统涉及多学科，这就要求河流 生态系统的水质、水文、地形和生态变量的尺度域必须相同。国外关于河流生态环境需 水量的计算方法较多，根据其用途可分为标准设定法、增量法、和监测诊断法：根据其 机理分为历史流量法、水力学评估方法和栖息地评估方法。标准设定法是设计一定的流 量比例来保护鱼类资源，建立在水文统计学的基础方法。标准设定法主要从政治和经济 方面考虑最小流量标准，所定标准适合于水资源利用而不是水资源保护。许多今天还在 用的标准已不能提供健康的水生生态系统。比如维持水生生物最小流量标准7 q l o 缺少 科学依据，且常常导致水生生物严重退化。增量法主要根据指示生物的生物信息。确定 流量增加对水生生物栖息地的影响。增量法一般用于河流规划、保护和管理等，确定因 素较标准设定法多，需要考虑水量、流速、水质、底质、水温等多个影响因子。历史流 量法、水力学法与水文特性有关。栖息地评估方法模拟河流天然状态，建立水生生物对 水深和流速的需求。 这三类方法都基于这样一个假设，即保护水生生物和植物指示物种所需的水量就是 保护整个河流生态系统所需水量。尽管所有的评估方法都是维持河流生态环境，但是他 们重点在水流的不同方面，郎流量、漫周或实际栖息地 1 7 - 18 】。 国内对生态需水的研究虽然起步比较晚，但是目前有关生态需水的研究，已经取得 了较大的进展。1 9 8 9 年，中国科学院地理研究所汤奇成在国内较早地提出了生态用水问 题。他认为“为了保证塔里木盆地各绿洲的存在和发展，必须要保护各绿洲的生态环境， 而生态环境的保护也离不开水这部分水可统称为生态用水”。国际水文计翅j ( ( i i - i p ) 研 究意义上的生态需水，是指以水文循环为纽带、从维系生态系统自身生存和生态功能角 度，相对一定生态环境品质目标下客观需求的水。例如。为了维系河流某些鱼类的生态 环境，需要必须的基本水文特征值保证( 如一定的河川基流、一定的水流速度、水深要 求等) ，生态系统对水资源需求的大小需要通过科学实验与观察获得。并不是人们主观 要给出什么样的水资源配置。钱正英等在“2 l 世纪中国水资源发展水资源战略研究”中 扎龙湿地生态环境功能评价 将广义生态环境用水定义为“维持全球生物地理生态系统水分平衡所需用的水，包括水 热平衡、水沙平衡、水盐平衡等”，将狭义上的生态环境用水定义为“维护生态环境不 再恶化并逐步改善所需要消耗的水资源总量”。所以，国际上提出的生态需水概念需要 讨论与扩展。在目前，由于缺乏统一的认识，出现了生态需水量、生态耗水量、生态用 水量、环境需水量等诸多概念，这些概念常被混用或相互替代，使研究和计算结果不尽 相同，给管理和操作带来了许多不便。为了进一步理解和认识生态环境需水问题，还需 要对其进行辨析。 从2 0 世纪9 0 年代末或2 1 世纪初，国内开始对生态需水问题进行了大量的研究， 根据国内外研究。常将生态需水量计算按生态需水的空间位置分为河道内生态需水计算 和河道外生态需水计算。河道内生态环境需水主要从以下几方面考虑：1 ) 生态基流，就 是为了维护水生生物栖息、繁殖的生存环境。必须提供水生生物需要的基本水量；2 ) 河 流输沙用水，这是从中国河流特殊的生态系统考虑而提出的概念；3 ) 水质污染稀释自净 需水量，也即为改善水质需要的环境水量；4 ) 防止河道断流、湖泊萎缩所需维持的最小 径流量；5 ) 保持景观河流流量和水上娱乐功能所需的水面面积及流量；6 ) 防止海水入侵所 需要的最小流量。河道外生态环境需水量主要指保护和恢复流域面上河道外天然植被及 生态环境所需水量。河道外生态环境需水研究主要针对生态环境脆弱区天然植被和林草 植被建设进行。河道外生态环境需水量计算方法可分为直接计算法和间接计算法两种。 直接计算法是以某一地区某一类型植被的面积乘以其生态需水定额，该方法简单，是常 用的方法。间接计算法以某一植被类型在某一生态水位的面积乘以该地下水位的潜水蒸 发与植被系数，计算其需水量。遥感和地理信息系统技术是区域生态需水量计算的主要 手段。基于遥感和地理信息系统技术的区域生态需水量计算方法的主要思路是：首先利用 遥感地理信息系统技术将研究区域进行空间生态分区，通过分析生态分区与水资源分区 的空间对应关系，确定生态耗水的范围和标准或定额，然后以流域为单元进行降水平衡 分析和水资源平衡分析，在此基础上计算生态需水量。 湿地是水陆相互作用形成的特殊自然综合体，是自然界最具生产力的生态系统和人 类最重要的生成环境之一。水资源是湿地保护的主要目标，湿地生态系统需水规律的研 究对湿地生态系统的保护有着重要的意义。因此，湿地生态需水量的研究作为生态需水 问题研究的组成部分得到了人们的重视【l 9 】。 生态环境需水量是一个交量，它随时间和地点不同而不同，同时也与生态环境保护 目标密切相关。影响生态环境需水量的因素很多，有许多机理尚不清楚，目前生态环境 需水计算不能反映其对生态系统稳定性的影响，不能体现它的满足程度及其波动性，因 此分析生态环境需水空间和时间上的变化规律，建立生态环境需水定额函数是十分必要 大连理工大学硕士学位论文 的。目前，生态环境需水计算基本上是以现状为主，而生态环境现状的合理性分析与诊 断比较欠缺，亦无具体的生态保护目标，因此无法准确判断其成果的实际价值。 目前生态环境需水量研究还缺乏统一的概念和理论，对计算方法的研究也不够深入 和完善，基本上还停留在定性分析与宏观定量分析阶段。 另外，由于缺乏统一的认识，出现了生态需水量、生态用水量、生态耗水量、环境 需水量和生态系统需水量等诸多概念，这些概念常被混用或相互替代，使研究和计算结 果不尽相同，给管理和操作带来了许多不便。为了进一步理解和认识生态环境需水问题， 在这里有必要对其概念进行简单辨析刚。 ( 1 ) 生态需水量 生态需水量是生态系统达到某种生态水平或者维持某种生态系统平衡所需要的水 量，或是发挥期望的生态功能所需要的水量。对于一个特定生态系统，其生态需水有一 个闭值范围，具有上限值和下限值，超过上下限值都会导致生态系统的退化和破坏。 ( 2 ) 生态用水量 生态用水量是某种生态水平下所使用和发生的水量，常常是由于自然原因，如降雨、 洪水等造成水的储存或汇集，也可能是由于人为原因，如截流、引水、筑坝等形成的相 关系统。这些水量未必是合理和可持续的，多数是被动接受的水量。 ( 3 ) 生态耗水量 生态耗水量主要强调了生态系统特别是生物( 植物、动物、微生物) 生存消耗掉的水 量，如蒸散量，需要通过水循环或径流等途径及时补给，体现了周期性和重复补给的特 点。生态耗水量是生态用水量的重要组成部分，一般是小于或等于生态用水量。 ( 4 ) 环境需水量 有些研究者未把生态需水量和环境需水量进行区别，常统称为生态环境需水或生态 需水或环境需水。实际上，尽管生态需水量与环境需水量两者之间存在着交叉和重合的 部分，但从概念上来讲是两个不同的概念，应该区别对待。生态需水量主要侧重在生物 维持其自身发展及保护生物多样性方面，环境需水量则主要体现在环境改善方面。 ( 5 ) 生态环境需水量 钱正英等在“2 l 世纪中国水资源发展水资源战略研究”中将广义生态环境用水定义 为“维持全球生物地理生态系统水分平衡所需用的水，包括水热平衡、水沙平衡、水盐 平衡等”，将狭义上的生态环境用水定义为“维护生态环境不再恶化并逐步改善所需要 消耗的水资源总量”。按照这个观点，生态环境需水量应该是指维持一个特定区域内的 生态环境不再恶化并逐步改善所需要消耗的水资源总量，面并不是指单单的生物体的需 水量或者耗水量；它是一个工程学的概念，它不但与生态区的生物群体结构等有关系，更 扎龙湿地生态环境功能评价 重要的它还与生态区的气候、土壤、地质，以及地表、地下水文条件及水质等都有关系。 ( 6 ) 生态系统需水量 生态系统需水量是保持特定的生态系统( 例如湿地生态系统) 的生态价值在一个低风 险水平上所需水量。可通过应用基于多年对当地湿地生态系统的观测得到理解和计算。 生态系统需水更注重和强调生态需水，但同时也包括了环境需水。在一般情况下，将生 态系统需水等同于生态环境需水。 生态系统类型不同，由于结构和功能的差异，对水量和水质的要求不尽相同。根据 人为影响程度的大小，可以将生态系统分为自然系统和人工系统，尽管原始状态下的自 然系统己很少，但准自然系统也按自然系统来分析。河道、湖泊、沼泽湿地、河口三角 洲湿地、滨海湿地、地下水补给湿地、泛洪平原湿地、林地与草原均归