生態(tài)功能法在計(jì)算濕地生態(tài)需水量中的應(yīng)用——以天津?yàn)I海新區(qū)濕地為例

劉俊威，呂惠進(jìn)

（浙江師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 金華321004）

濕地是水體與陸地之間的自然過(guò)渡地帶，有著重要的生態(tài)功能。但近年來(lái)區(qū)域氣候變化和人類活動(dòng)的影響使得我國(guó)許多地區(qū)的濕地面臨干涸的危機(jī)，濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能受到威脅[1-4]。探究濕地的生態(tài)需水量與區(qū)域水資源合理配置的關(guān)系，成為研究與保護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的重要問(wèn)題。

1 濕地生態(tài)需水量

濕地生態(tài)需水量是指濕地為維持自身發(fā)展過(guò)程和保持基本生態(tài)功能的發(fā)揮所需要的水量，是為解決濕地生態(tài)問(wèn)題及實(shí)現(xiàn)濕地保護(hù)管理目標(biāo)所需要的水量。濕地生態(tài)需水量主要包括濕地植被需水量、滿足蒸發(fā)需水量、濕地土壤需水量、濕地動(dòng)物需水量、野生生物棲息地需水量和景觀建設(shè)需水量[5]。水對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常重要，濕地生態(tài)保護(hù)的首要原則是優(yōu)先保障濕地的生態(tài)需水。在一些濕地區(qū)，由于對(duì)生態(tài)環(huán)境與水資源利用的關(guān)系認(rèn)識(shí)不足，沒有把濕地生態(tài)需水量列入水資源配置方案中，導(dǎo)致生態(tài)用水被大量擠占，使得濕地退化、衰亡、甚至荒漠化。因此，妥善安排和保障濕地生態(tài)需水是保護(hù)濕地生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要工作。

2 濕地生態(tài)需水量的計(jì)算方法

研究采用生態(tài)功能法[6]對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)濕地的生態(tài)需水量進(jìn)行計(jì)算。該計(jì)算方法是在維持濕地正常的生態(tài)功能的情況下，將濕地生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)基本功能的用水需求疊加而得到生態(tài)需水量。天津?yàn)I海新區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能性需水主要包括補(bǔ)給地下水、濕地土壤需水、濕地植物需水和生物棲息地需水，計(jì)算方法分別如下。

2.1 補(bǔ)給地下水需水量

地下水和地表水之間彼此連通、相互補(bǔ)充，充足的地下水能夠使?jié)竦厣鷳B(tài)需水得到不斷供應(yīng)，濕地生態(tài)系統(tǒng)補(bǔ)給地下水主要通過(guò)地表水下滲過(guò)程，所需水量可用達(dá)西公式[7]計(jì)算：

式中，G 為補(bǔ)給地下水所需水量（m3）；K 為濕地土壤滲透系數(shù)（m/d）；A 為濕地向地下水滲流的剖面面積（m2）；I 為水力坡度；T 為濕地下滲過(guò)程的時(shí)長(zhǎng)（d）。

2.2 濕地土壤需水量

由于土壤水量平衡需要考慮水文要素的復(fù)雜性，計(jì)算土壤需水量的主要依據(jù)是濕地土壤含水量，通常會(huì)用到田間持水量和飽和持水量?jī)蓚€(gè)與土壤性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)[8]。濕地土壤需水量的計(jì)算公式為：

式中，S 為濕地生態(tài)系統(tǒng)的土壤需水量（m3）；α為濕地土壤的田間持水量；γ 為濕地土壤容重（t/m3）；Hs為濕地土壤厚度（m）；As為濕地土壤面積（m2）。

2.3 濕地植物需水量

植物需水量是指在濕地生態(tài)系統(tǒng)中維持植物正常生長(zhǎng)所需的水量，主要包括植物本身組織中的含水量和植物蒸散發(fā)的水量[9]。濕地植物需水量中的主要部分是蒸散發(fā)量，因此，本研究中濕地植物需水量主要計(jì)算植物蒸散發(fā)量，其計(jì)算公式為：

式中，P 為濕地植物需水量（m3）；A 為濕地植被面積（m2）；ET 為濕地植物蒸散發(fā)量（m）。

2.4 生物棲息地需水量

濕地生態(tài)環(huán)境中棲息著多種生物，一般在進(jìn)行生物棲息地需水量計(jì)算時(shí)，以濕地類型為基礎(chǔ)辨識(shí)出關(guān)鍵物種，根據(jù)水量正常年份關(guān)鍵物種的分布范圍來(lái)計(jì)算[10]。面對(duì)復(fù)雜的大尺度區(qū)域濕地時(shí)，需要引入生物棲息地所需水面積百分比進(jìn)行簡(jiǎn)約，得到估算大尺度區(qū)域濕地生物棲息地需水量的計(jì)算式為：

式中，Q 為大尺度區(qū)域濕地生物棲息地需水量（m3）；C 為濕地水面面積百分比（%）；H 為估算水深（m）；A 為大尺度區(qū)域濕地的面積（m2）。

3 天津?yàn)I海新區(qū)濕地生態(tài)需水量

為維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，濕地生態(tài)需水量應(yīng)是一個(gè)區(qū)間范圍。本研究分別計(jì)算濕地生態(tài)系統(tǒng)各類需水量的3 個(gè)特征值，即最低生態(tài)需水量、最適生態(tài)需水量和最高生態(tài)需水量，而介于最低生態(tài)需水量和最高生態(tài)需水量之間范圍就是濕地生態(tài)需水量的可取值[11]。為便于計(jì)算，我們引入相應(yīng)的速算系數(shù)。天津?yàn)I海新區(qū)濕地總面積為206 600.58 hm2，可分為濱海濕地、沼澤濕地、河流濕地、湖泊濕地和人工濕地5 種類型[12]（表1）。

表1 天津?yàn)I海濕地類型統(tǒng)計(jì)

3.1 補(bǔ)給地下水需水量

調(diào)查發(fā)現(xiàn)天津?yàn)I海新區(qū)濕地土壤的土質(zhì)較為粘重，計(jì)算過(guò)程中要考慮到濕地水量變化的季節(jié)周期性，各項(xiàng)指標(biāo)、速算系數(shù)和計(jì)算結(jié)果見表2 和表3。

表2 補(bǔ)給地下水需水量參數(shù)

表3 天津?yàn)I海新區(qū)濕地補(bǔ)給地下水需水量 （106 m3）

3.2 濕地土壤需水量

天津?yàn)I海新區(qū)濕地的土壤類型屬沼澤土，各項(xiàng)指標(biāo)、速算系數(shù)和計(jì)算結(jié)果見表4 和表5。

表4 土壤需水量參數(shù)表

表5 天津?yàn)I海新區(qū)濕地土壤需水量 （106 m3）

3.3 濕地植物需水量

天津?yàn)I海新區(qū)濕地植物需水量的各項(xiàng)指標(biāo)、速算系數(shù)和計(jì)算結(jié)果見表6 和表7。

表6 植物需水量計(jì)算參數(shù)表

表7 天津?yàn)I海新區(qū)濕地植物需水量 （106 m3）

3.4 生物棲息地需水量

天津?yàn)I海新區(qū)濕地生物棲息地需水量的各項(xiàng)指標(biāo)、速算系數(shù)和計(jì)算結(jié)果見表8 和表9。

表8 生物棲息地需水量計(jì)算參數(shù)表

表9 天津?yàn)I海新區(qū)濕地生物棲息地需水量 （106 m3）

3.5 濕地生態(tài)需水總量

綜合以上對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)濕地補(bǔ)給地下水需水量、濕地土壤需水量、濕地植物需水量和濕地生物棲息地需水量分別進(jìn)行的計(jì)算結(jié)果，可以得出天津?yàn)I海新區(qū)濕地需水總量（表10）。

4 小結(jié)與討論

在天津?yàn)I海新區(qū)濕地中，濱海濕地最低需水量為0.87×109～1.35×109m3，最適需水量為2.63×109～3.93×109m3，最高需水量為5.88×109～6.86×109m3；沼澤濕地最低需水量為0.11×109～0.17×109m3，最適需水量為0.33×109～0.49×109m3，最高需水量為0.73×109～0.85×109m3；河流濕地最低需水量為0.13×109～0.20×109m3，最適需水量為0.38×109～0.58×109m3，最高需水量為0.86×109～1.00×109m3；湖泊濕地最低需水量為0.02×109～0.03×109m3，最適需水量為0.07×109～0.11×109m3，最高需水量為0.16×109～0.18×109m3；人工濕地最低需水量為0.65×109～1.02×109m3，最適需水量為1.99×109～2.98×109m3，最高需水量為4.44×109～5.19×109m3。總體上天津?yàn)I海新區(qū)濕地的最低需水量為1.78×109～2.77×109m3，最適需水量為5.39×109～8.08×109m3，最高需水量為12.07×109～14.09×109m3。

表10 天津?yàn)I海新區(qū)濕地需水量 （106 m3）

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