【湿地需水特点及补水问题分析综述7800字】

1 1 2 3 3 4 6 7 8 9 91.1湿地生态需水量计算方法水资源的优化配置提供科学根据，并为湿地修复提供技术支持26]。湿地生态需湿地系统水文、环境等功能所需要总的水量，包含湿地水面蒸发、土壤、植生物栖息地、景观等需水量51;而狭义上的湿地生态需水量是指在一定的恢复目标条件下，湿地为维持和发挥生态系统功能所需要补充的水量，如湿地水面、水量定义更具有实际意义，更有助于为湿地生态水利工程提供直接参考[26。湿地生态需水量的计算涉及到典型水平年的选取，一般取来水频率分别为50%、75%、95%的平水年、偏枯水年、枯水年。当为丰水年及平水年时，降雨量相对较大，湿地保护区几乎不用大规模补水，不同典型年计算方法相同，考虑到补水工程的实际意义以及时间和计算机设备的限制因素，本研究采用狭义概念计算75%天然来水频率枯水年的湿地生态需水量，衔接后续湿地补水方案的分析确定，为其提供基础数据。本研究中湿地生态需水量计算类型主要分为维持湿地正常功能不退化需水量、恢复湿地功能目标需水量、流入或流出湿地动态变化水量。具体可由下式表示：式中：Wm一维持湿地功能不退化需水量，m³;W,一恢复湿地功能目标需水量，m³;△W一出入湿地动态变化水量，m³。1.1.1维持湿地功能不退化需水量受水循环影响，湿地生态系统不断地与大气、土壤进行水分交换，本研究区域多年来水分交换不平衡，整体蒸发大于降雨，此部分水量是湿地生态系统保持其正常结构和功能所必须消耗的水量。在湿地恢复中要使湿地不退化，维持湿地面积不发生萎缩，这部分也是必须补充的水量。此部分需水量包括：水面蒸发消耗需水量、湿地植物蒸散发需水、降雨量和渗漏消耗需水(经实地考察分析，潜育层、淀积层、母质层的土壤容重较大，土壤比较密实，通透性差，水难以下渗，加之存在3~17米厚的粘土层，研究区域地表水与地下水的联系微弱，因此本次忽略此项计算)。当湿地系统维持其生态环境功能时，需要湿地系统需水时段内的蓄水量维持不变。当蒸发量小于降雨量时，湿地系统的排水量为W.<A(P-E);当蒸发量等于降雨量时，系统水量满足生态需水；当蒸发量大于降雨量时，干旱年湿地系统不能满足生态需水，需要补水量We=A(E-P),其中A为湿地系统面积I⁵2]。计算公式如下：式中：W一维持湿地功能需水量，m³;A一各地物类型蒸发面积，m²;E一水面、植被蒸发能力，mm;1.1.2恢复湿地功能目标需水量恢复湿地到目标年份的生境状态，就要满足原有湿地土壤饱和湿地需水和沼泽植被良好生长和动物生存繁殖所需的基本水量，因此这部分需水量包含湿地土壤需水量和湿地生物栖息地需水量。二十世纪九十年代末期湿地接近自然状态水平，生态系统结构及功能状态良好，且其核心区保存的比较完整。此时期的湿地时空分布能够满足湿地动植物的生存需求，一定时期内可以恢复至此状态水平。结合湿地现状和恢复计划将湿地恢复目标确定为九十年代末期，挠力河、三环泡、七星河、东升、友谊湿地保护区的适宜恢复目标[53湿地面积分别为116865hm²、21810hm²、16965hm²、13320hm²、3436hm²,总计172396hm²。湿地水域和沼泽区域一般是有一定的积水，其土壤蓄水量应为饱和含水量[541,此部分土壤需水量无需重复计算。通过遥感解译得到的湿地保护区内不同土地利用面积相互转化情况，研究区域内有较多部分沼泽湿地逐渐被耕地、旱地草甸等取代，由于过度开荒和开垦湿地，破坏了原有地表积水的饱和状态，致使其在正常条件下基本上处于非饱和状态。在湿地生态补水修复时，需将应恢复的耕地等缺水区域逐渐恢复成土壤为饱和含水量的状态。生物栖息地需水量主要指满足正常年份湿地沼泽植被和湿地鱼类、鸟类等动植物在保护区栖息、繁殖所需要的基本水量，一般采取相同类区域类比估算法进行计算[55]。湿地保护区内的水域面积及水深是影响区域内珍稀动植物生存的重要因素，根据湿地保护区主要的保护对象及类型，计算湿地生物栖息地需水量。恢复湿地功能目标需水量可由土壤饱和需水量和生物栖息地需水量相加得到，计算公式如下：式中：W,一恢复湿地功能需水量，m³;α一饱和持水量百分比，%;H₁一土壤厚度，m;A₁一待恢复的耕地土壤面积，m²;Hh一区域平均水深，m;1.1.3出入湿地动态变化需水量研究区域内包含沼泽和沼泽化草甸湿地、湖泊湿地、河道型湿地等多个湿地类型，分布最为广泛的是沼泽和沼泽化草甸湿地和河流湿地两种湿地类型，而沼泽及沼泽化草甸湿地类型中又以草本沼泽为主。挠力河湿地保护区分别沿挠力河、梧桐河和嘟噜河两岸有部分河流湿地，主要为永久河流和洪泛平原湿地；其他自雨时湿地内河道形成产汇流，水量会与外界发生动态交换，有径流流入或流出；场及农田灌区，在农业灌溉用水高峰期会产生部分农业退水流入到湿地保护区。出入径流等各部分水量来计算湿地需水量，分析湿地的生态需水过程需水规律。对各个水文站、雨量站的1980~2017年(部分水文站数据为1980~2015年)实测在4-10月，大多在4月份产卵，考虑到一次性补给生物栖息地需水量会对鸟类产卵产生不利影响，本研究中将湿地生物栖息地需水量平均分配到4-10月中。护区的积水区域常年平均水深(本研究取0.25m)分析计算。出入湿地动态变化需水量计算主要考虑流入和流出湿地的水量是否平衡，湿地内有多条河流水量流入，通过研究区域相关水文站的径流资料分析计算河流入流水量。另外湿地保护区内以及周边的灌区退水也是湿地的重要补充水源，主要集中在5-7月。湿地内多年水资源较为短缺，且蒸发量大于降雨量，水量几乎不对外流失，因此本研究忽略计算流出湿地的水量。将以上三部分生态需水量进行叠加计算可得出研究区域整个需水过程的生态需水量，见表1.1所示。保护区湿地逐月需水量(104m³)四五六七八九十东升从表中可以得知各个湿地保护区在每个月的生态需水量的大小，研究区域1-3月、11-12月由于冰冻生态需水量值很小，可以忽略不计，本研究不再做统计。将生物栖息地需水量分配到各月需水后挠力河、三环泡、七星河、东升、友谊湿地保护区全年需水量依次为4.3亿m³、0.65亿m³、0.55亿m³、0.77亿m³、0.16亿m³,总需水量为6.43亿m³。将每个保护区的生态需水量绘制成图，如图1.4所示，得到不同湿地保护区的生态需水过程。4时间(月)Fig.1.4Ecologicalwaterdemandpr特征一：各湿地保护区的生态需水过程变化趋势基本相同，均呈现“M型”从3-5月各湿地生态需水量突然快速增大，并在5月达到M的第一个峰值，随后在7、8月份又降了下来。在9月份形成M的第二个峰值，之后逐渐下降，直至特征二：各湿地生态需水量在5月份和9月份达到最大值，且9月份稍大于5月份。挠力河湿地在5、9月的生态需水量为11607.1万m³、12272.4万m³,分万m³、18459.6万m³,分别占全年需水量的25.8%、28.7%在5、9月份的蒸发量较大，降雨量较小，另外5月份湿地植被开始萌芽生长，对水的需求较大，因此湿地生态需水量在5、9较大，出现峰值。特征三：7、8月份各湿地生态需水量急剧下降。挠力河湿地在7、8月份的生态需水量为3134.6万m³、2525.9万m³,分别占全年需水量的7.3%、5.9%;整个研究区域在7、8月的生态需水量为4804.7万m³、3831.6万m³,分别占全年需水量的7.5%、6.0%。由降雨数据可知，在8月份左右时的降雨量最大，且特征四：冬季时湿地的生态需水量较小。经过生态需水量计算发现湿地在11月至次年3月时段内的需水量较低，此时段三江平原正处于寒冷的冬季，蒸多年来进入挠力河流域湿地的径流量整体呈下降趋势，如图1.5所示，尤其是在1998之后，出现连续干旱年份，说明湿地地表水资源来水量整体上减少是进行生态补水的目的是让前期计算的生态需水量理论值合理的配置到湿地缺水区域，且根据湿地需水时段所具有一定的时效性，湿但目前对湿地补水的研究还不算成熟，存在一定的问题，大量的湿地补水修复研究仍然停留在湿地需补水量的理论化阶段，只注重了在不同缺水区域的需补水量大小，而忽略了补水策略以及补水过程。在实际补水工程中，水量未必会配置到理想的缺水区域，许多补水措施仍然采用有水就补或者相机补水的方式，没有注重考虑对湿地的补水时机和效果。本研究将从补水模式、生态补水量、补水位置、补水时段几个方面对湿地补水方案进行分析。目前关于湿地的补水模式存在多种，由补水水源的不同可分为雨洪补给模式、应急补水模式、退水补给模式等[26]雨洪补给湿地是洪泛平原湿地常见的一种补水模式，研究区域分布有大面积的沼泽湿地、沼泽化草甸湿地、河流湿地，当湿地遇到极端的水文情势后，湿地内的河流漫滩、低洼地区、地势平坦地区便会被洪水泛滥。洪水补给一般会以高流量、高脉冲的水流进入湿地，具有破坏力大的特点，可能会对湿地珍稀水禽、植被和生物栖息地带来不利影响。但是洪水干扰同样也会带来一定的正面效应，由于水流的急速性，短时间内可以流入大量的水资源，补充湿地地表水，扩大湿地面积、提高湿地地表水水位[56]。另外其携带的营养物质非常丰富，可有助于湿地蓄滞洪区的修复，有益于湿地生物生存繁衍，化灾害为资源。但是随着近些年的经济发展，为了更好的服务于湿地保护区周边的农业灌区，增加粮食产量和经济收入，在研究区域内大量兴建灌井、沟渠等水利工程，原有大面积依赖于雨洪补给的湿地水量来源被这些水利工程阻断，造成湿地内水资源短缺、退化严重，有些湿地干涸甚至消失。利用洪水资源对湿地进行补给是一种靠天然来水的补给生态补水量的理论计算是补水资源优化配置以及补水方案确定的科学依据的生态需水量是指为了在恢复目标下维护湿地生态系统和功能正常运行并正向含了天然来水量(如降雨、河水流入湿地)、湿地地表原有储水量，此部分水量□,尽量对