鄱陽湖濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)分析

1、南昌工程學院畢 業(yè) 設 計 (論 文專業(yè)畢業(yè)設計（論文）題目 鄱陽湖濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)分析學生姓名 廖治棋班 級 07級水文與水資源工程學 號 2007101345指導教師 劉惠英完成日期 2011 年 6 月 12 日鄱陽湖濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)分析The analysis of the ecological and hydrological structure for PoyangLake wetland總計 畢業(yè)設計 42 頁表 格 個插 圖 12 幅摘 要鄱陽湖位于江西省北部，是中國第一大淡水湖。鄱陽湖濕地生態(tài)系統(tǒng)是一個復雜、開放的交互系統(tǒng)，在中國長江流域中發(fā)揮著巨大的調(diào)蓄洪水和保護生物多樣性

2、等特殊生態(tài)功能。近些年，鄱陽湖濕地生態(tài)系統(tǒng)退化有加劇的趨勢，其中有自然的原因，但更重要的是在社會經(jīng)濟發(fā)展過程中引起自然環(huán)境的破壞和生態(tài)規(guī)律的波動。人口持續(xù)增長、不合理的經(jīng)濟發(fā)展模式、濕地保護相關(guān)政策的缺失等都加劇了濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化。加強濕地管理與保護、調(diào)整區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展方式、構(gòu)建環(huán)鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)等措施，對保護和開發(fā)鄱陽湖濕地有重要的作用。本文通過分析濕地水文循環(huán)的生態(tài)效應及濕地的生物特性和水域活動特點，引出濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)概念，建立濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)概念模型，并將濕地水文結(jié)構(gòu)理論運用于鄱陽湖濕地的研究。濕地中心區(qū)和適宜活動區(qū)范圍的確定，為鄱陽湖濕地生態(tài)需水的分析計算提供了基礎(chǔ)。在濕地水土資源與

3、生態(tài)系統(tǒng)管理上，濕地的中心區(qū)和活動區(qū)可作為紅色預警與黃色預警予以重視，濕地水土資源合理利用和濕地規(guī)劃管理提供了可靠的參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：鄱陽湖 濕地 生態(tài)水文結(jié)構(gòu) 生態(tài)需水IAbstractPoyang Lake in east C hinas Jiangxi province is the country s largest freshwater lake.Poyang Lake wetland ecosystem is a complex ，open and interactive system It plays an important role in water and protect

4、biodiversity in Yangtze river basin.In recent years，the rend of degradation of Poyang Lake wetland ecosystem has exacerbated，including many natural causes，but more important is the process of socio-economic development in the destruction of the natural environment caused ecological laws volatility.T

5、he increasing population，unreasonable economic growth pattern，short of protection of wetland relevance policy has all aggravated the ecosystem degenerationResearch on the causes of their social-economic development has an important role to protect Poyang Lake wetlands.To solve this problem, this pap

6、er mainly focus on analysis the effect of ecosystem during the water cycle and the relationship between the runoff and biodiversity field. Based on the traits of biology and water movement, the ecological and hydrological structure in wetlands is presented, namely the central area and active area in

7、 wetlands. Then a model of ecological water demand in wetland is built.With the method of analyzing the lakes form and historical research method,the results of the ecological and hydrological structure are obtained. As a result,the wetland resources of Poyang Lake wetland could get a good protectio

8、n. The research results could provide scientific basis for land use planning and land use policy constitution in the region of Poyang Lake wetlandMany instances prove that the methodology and model is feasible and effective for wetland protection.Key words: Poyang Lake ;Wetland; The ecological and h

9、ydrological structure; Ecological demanded waterII目 錄摘要 . I Abstract . . II第一章 緒 論 . 11.1 研究背景及研究意義 . . 11.2 中國濕地的基本特征及其現(xiàn)狀 . . 31.3 濕地研究的現(xiàn)狀及進展 . . 51.4 研究目標、內(nèi)容及方法 . . 6第二章 濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu) . . 82.1 濕地水文循環(huán)的生態(tài)效應分析與生態(tài)需水特征 . . 82.2 濕地演變的成因分析 . . 102.3 濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)理論 . . 11第三章 濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)模型計算 . . 153.1濕地中心區(qū)的確定 . . 153.

10、2濕地活動區(qū)的確定 . . 17第四章 鄱陽湖濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)分析 . 194.1鄱陽湖濕地概況 . . 194.2生態(tài)現(xiàn)狀及存在問題 . . 214.3 研究基本資料的選取 . . 224.4 鄱陽湖濕地水文結(jié)構(gòu)分析 . . 25第五章 成果分析 . 36第六章 結(jié)論與建議 . . 396.1主要結(jié)論 . . 396.2建議 . . 40 參考文獻 . . 41 致謝 . 42第一章 緒 論1.1 研究背景及研究意義在世界自然保護聯(lián)盟、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署和世界自然基金會編制的“世界自然保護大綱”中，將濕地與森林、海洋一起并稱為全球三大生態(tài)系統(tǒng)。濕地處于大氣系統(tǒng)、陸地系統(tǒng)與水體系統(tǒng)的界面，是過渡

11、于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的一種重要的生態(tài)系統(tǒng)，它不僅具有水生生態(tài)系統(tǒng)與陸生生態(tài)系統(tǒng)的屬性，同時也具有一些獨特的生態(tài)功能。濕地因其具有不可代替的生態(tài)功能而被譽為“地球之腎”。對于濕地的定義，因其分布廣泛，種類及相互間的差別很大，很難給它下一個明確的定義，目前僅學術(shù)界就多達50多種。其中，根據(jù)其代表性定義內(nèi)涵的不同，濕地的定義可分為狹義定義和廣義定義1。狹義的定義強調(diào)了濕地水文、濕地植物和濕地土壤之間的彼此相互作用，并揭示濕地共同的本質(zhì)特征，這一定義方便于濕地的研究。比如我國學者在濕地研究過程中將濕地定義為：陸地上常年或季節(jié)性積水（水深2m 以內(nèi)，積水期達4月以上）和過濕的土地，并與其生長

12、、棲息的生物種群，構(gòu)成獨特的生態(tài)系統(tǒng)。廣義上，濕地泛指地表過濕或有積水的區(qū)域。濕地公約中濕地的定義即為廣義上的定義：不論其為天然或人工、長久或暫時性的沼澤地，泥炭地或水域地帶，靜止或流動的淡水、半咸水水體，包括低潮時水深不超過6m 的水域；同時，還包括鄰接濕地的河湖沿岸、沿海區(qū)域以及位于濕地范圍內(nèi)的島嶼或低潮時水深不超過6m 的海水水體。這個定義主要是從管理的角度規(guī)定濕地的范圍，便于劃定管理邊界，開展管理工作。濕地生態(tài)系統(tǒng)作為陸生生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)的過渡類型，是自然環(huán)境中寶貴的自然資源，具有巨大的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。各類濕地在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、調(diào)蓄洪水、降解污染物、保護生物多樣性和為人

13、類提供生產(chǎn)、生活資源等方面發(fā)揮了重要的作用。濕地主要功能2如下：(1 濕地具有調(diào)節(jié)氣候的功能。濕地植被豐富，具有很強的持水能力，水分通過植物的蒸騰作用和水分蒸發(fā)成為水蒸氣源源不斷送回大氣，然后又以降水的形式降到周圍地區(qū)，從而保持了區(qū)域內(nèi)濕度和降雨量，對水文循環(huán)起著良好的作用。據(jù)有關(guān)實驗研究表明，在生長季節(jié)時，每公頃的沼澤就可以蒸發(fā)水分7415噸，可見其調(diào)節(jié)氣候的巨大功能。- 1 -(2 濕地具有涵養(yǎng)水源、降解污染物的功能。濕地就像天然的過濾器，濕地的天然結(jié)構(gòu)有助于減緩水流的速度，使含有有毒污染物和雜質(zhì)的水流流經(jīng)濕地時，流速的減緩有利于毒物和雜質(zhì)的沉淀和排除。(3 濕地具有蓄水防洪、避免水旱災害

14、的功能。濕地在蓄水、調(diào)節(jié)河川徑流、補給地下水和維持區(qū)域水平衡方面發(fā)揮著重要的作用。濕地就像蓄水防洪的天然“海綿”，時空分配不均的一場降水通過濕地的吞吐調(diào)節(jié)，可以避免水旱災害。(4 濕地具有保護生物多樣性的功能。濕地復雜多樣的植物群落，為很多野生動物尤其是一些珍貴或瀕危野生動物提供了良好的棲息環(huán)境，是鳥類、兩棲類動物的繁殖、棲息、遷徙、越冬的場所。因而，濕地在生物多樣性的保護方面具有極其重要的價值。(5 濕地為人類提供了豐富的生產(chǎn)、生活資源。濕地蘊藏了豐富的動植物資源，其特殊的生態(tài)結(jié)構(gòu)及水、光、熱、營養(yǎng)物質(zhì)等條件使得濕地成為地球上最富有生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)之一。在人口和經(jīng)濟等眾多因素的壓力下，人類對

15、濕地水土等資源的過度開發(fā)導致了濕地的消退和功能的喪失，雖然非正常的環(huán)境變化也會引起濕地生態(tài)環(huán)境的變化，但引水、圍墾和引水圍墾的復合作用這三方面卻是濕地消退和功能喪失的最主要原因3。而水是濕地生態(tài)系統(tǒng)存在的重要基礎(chǔ)，在濕地水文、生物和土壤中起決定性的因素。因此，引水是引起濕地消退的最重要的原因。濕地生態(tài)環(huán)境的惡化及其功能的喪失，已嚴重影響了人類的生活和生產(chǎn)，制約了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展和人類生活水平的提高。因此，為了保護濕地生態(tài)環(huán)境并逐步恢復濕地生態(tài)功能，必須展開濕地生態(tài)需水問題的研究。濕地生態(tài)需水問題研究的核心是確定濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)，而濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)是根據(jù)濕地水循環(huán)原理和濕地生境空間分布規(guī)律所建立的

16、濕地徑流場與生物多樣性場的一個概念。通過濕地徑流場和生物多樣性場的耦合關(guān)系，將濕地劃分中心區(qū)和適宜活動區(qū)，并以濕地中心區(qū)和適宜活動區(qū)為邊界條件，即可以對濕地生態(tài)需水量進行分析。以維持中心區(qū)的水分條件作為最小生態(tài)需水；維持適宜活動區(qū)的水分條件作為適宜生態(tài)需水。因此，對濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)進行分析與計算，可以對濕地管理提供生態(tài)安全閥值，建立濕地生態(tài)安全危機管理機制進行不同級別的預警管理。- 2 -1.2 中國濕地的基本特征及其現(xiàn)狀據(jù)估計，全球的濕地面積約有5.14億公頃。中國作為世界上濕地資源最豐富的國家之一，濕地資源十分豐富，據(jù)首次全國濕地資源調(diào)查統(tǒng)計，總面積為3848.55萬公頃，位居亞洲第一位，

17、世界第四位。(1 濕地的面積大、類型多中國的濕地在面積和類型上均在世界上居于重要的地位，中國的濕地面積約有6594萬公頃，約占世界濕地種面積的10%。而且，中國除了擁有濕地公約分類系統(tǒng)的所有濕地類型外，還具有其獨特的青藏高原濕地，是亞洲濕地類型最齊全的國家之一。我國的濕地類型主要包括沼澤濕地、湖泊濕地、河流濕地、海岸灘涂、淺海水域、水庫、池塘和稻田等自然濕地和人工濕地4。(2 濕地分布廣泛、區(qū)域差異大我國幅員遼闊，濕地類型多，分布廣泛。根據(jù)所處的地理位置、自然環(huán)境特點及生物區(qū)系相似性等，可以將我國的自然濕地劃分為六個主要的分布區(qū)5,6（如下表1-1）。由下表可知，東北地區(qū)沼澤濕地較多，西北內(nèi)陸

18、等干旱地區(qū)的濕地則明顯偏少，而且大都分布著鹽湖和咸水沼澤；長江口以北沿海地區(qū)以砂質(zhì)和淤泥型海灘濕地為主，以南沿海地區(qū)則以巖石性海灘濕地為主，分布有紅樹林沼澤；青藏高原具有世界上海拔最高的高原沼澤和湖泊群并形成了獨特的生態(tài)環(huán)境；人工濕地-稻田則廣布于淮河以南的亞熱帶和熱帶地區(qū)。表1.1 中國濕地資源的主要分布區(qū) - 3 -(3 濕地生物多樣性十分豐富我國的濕地不僅類型眾多，生境復雜，而且濕地物種數(shù)量也非常多，有許多物種還是中國所特有。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，中國濕地植被約有101科，其中維管束植物約有94科，中國濕地高等植物中屬瀕危種類的有100多種。中國海岸帶濕地生物種類約有8200種，其中植物5000種

19、，動物3200種。中國內(nèi)陸濕地高等植物約有1548種，高等動物1500多種。中國有淡水魚類770多種或亞種，其中包括許多洄游魚類。中國濕地的鳥類種類繁多，亞洲57種瀕危鳥類，如丹頂鶴、遺鷗和云石斑鴨等，中國濕地就有31種，占54%；雁鴨類全世界有166種，中國濕地就有50種，占30%；全世界鶴類有15種，中國僅記錄到的, 就有9種。此外，中國有些濕地還有許多跨國遷徙鳥類的唯一越冬地或遷徙的必經(jīng)之地，如在鄱陽湖越冬的白鶴就占世界總數(shù)的95%以上4。據(jù)國家林業(yè)局最新統(tǒng)計顯示，目前中國濕地自然保護區(qū)的數(shù)量已經(jīng)增加到二百六十處，總面積達一千六百多萬公頃。中國是世界上濕地生物多樣性最豐富的國家之一，共擁

20、有濕地面積六千五百九十多萬公頃，約占世界濕地面積的百分之十，居亞洲第一位。自一九九二年中國正式簽署國際濕地公約以來，青海湖的鳥島、湖南省洞庭湖和香港米浦等七處濕地已被列入“國際重要濕地名錄”。然而，隨著人口的增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國濕地消失和退化極度嚴重，濕地面積急劇萎縮。統(tǒng)計顯示，近四十年來，中國沿海地區(qū)累計喪失海濱灘涂濕地和城鄉(xiāng)工礦占用濕地共約二百萬公頃以上，相當于沿海濕地總面積的一半；全國約13%的湖泊已經(jīng)消失；國家級自然保護區(qū)扎龍濕地從80年代后到90年代中期，鳥類數(shù)量減少了80%，國家一二級保護鳥類從11種減少到3種。濕地面臨的各種威脅已成為我國生態(tài)建設中最嚴重的問題之一。濕地生物

21、資源和水資源的過度利用將造成濕地生物多樣性的衰退，濕地生產(chǎn)力大大降低，不僅直接造成巨大的經(jīng)濟損失，并導致濕地生態(tài)功能得不到正常發(fā)揮；濕地面積不斷萎縮，調(diào)節(jié)徑流的功能下降，大大加重了江河湖泊的調(diào)蓄洪水的能力，增加了洪澇災害的風險，成為制約我國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的巨大障礙。因此，我國在加強對濕地的管理與保護方面迫在眉睫。- 4 -1.3 濕地研究的現(xiàn)狀及進展?jié)竦氐难芯块_始于對濕地生物資源(尤指水禽 的保護，隨著對濕地研究的深入，人們認識到濕地除了在生物多樣性保護方面有意義外，還有其它很多的功能。1996年9月在澳大利亞召開了主題為“濕地的未來”的第五屆國際濕地會議，會議的主要議題是討論如何增強濕

22、地效應，防止和解決濕地喪失、功能衰退、生物多樣性減少等問題及保護與重建濕地的策略和措施。從這次會議可以看出，濕地的恢復與重建已成為世界各國科學家普遍關(guān)注的熱點。針對濕地的消退情況，世界各國都在積極采取措施進行濕地的生態(tài)恢復，濕地生態(tài)及其需水研究受到日益廣泛的重視，逐步成為當代資源環(huán)境領(lǐng)域最為活躍的重點學科之一。針對濕地的喪失和功能消退等情況，國外很多學者都在積極研究和采取措施進行濕地的生態(tài)恢復。Baird 等較詳細地分析了植物與水文過程的相互關(guān)系，強調(diào)了水作為環(huán)境因子對自然保護和恢復所起到的巨大作用，在文中作者雖然未將生態(tài)環(huán)境需水量作為研究對象，但許多相關(guān)思想、原理和方法在很大程度上推動了生態(tài)

23、環(huán)境需水量的研究和發(fā)展方向3。Thomas 提出應用雨水改善水量和水質(zhì)來達到修復和建設濕地的目的，并指出在不同水平年及不同的月份，雨水徑流都是不同的，從而應根據(jù)徑流量的變化來確定修復濕地的水量，并建立模型來計算3。Lopezt.al 通過分析比較不同水文條件的濕地水質(zhì)情況，指出不同水文條件的生態(tài)環(huán)境狀況也有差異，對濕地恢復應該隨著水文條件的變化而變化7。國內(nèi)對于濕地的研究起步還較晚，在濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)的研究領(lǐng)域還比較空缺，濕地研究以往主要集中在沼澤和海岸帶灘涂資源調(diào)查和開發(fā)利用上，并多為定性評價，如對三江平原泥炭質(zhì)量的評價。隨著近些年來對濕地研究的深入，人們認識到濕地除了在資源上有重要的意義外，還

24、有其他很多獨特的功能，對濕地的研究也從由原先側(cè)重于濕地資源、環(huán)境、生物多樣性及其保護與利用等方面上升到對整個濕地區(qū)域的利用與保護，并在研究濕地生態(tài)需水的基礎(chǔ)上提出了濕地水文結(jié)構(gòu)理論。郭躍東等8對扎龍濕地生態(tài)水文格局特征及水環(huán)境功能進行了分析，揭示了水文情勢和人為干擾對生態(tài)水文格局脆弱性的影響。崔保山、楊志峰9分析了濕地生態(tài)環(huán)境需水量的內(nèi)涵和臨界閾值，探討了濕地生態(tài)環(huán)- 5 -境需水量計算方法和相關(guān)指標，并應用生態(tài)學的方法，按照濕地生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及其功能，確定了濕地生態(tài)環(huán)境需水量的5個等級，即最大、最優(yōu)、優(yōu)等、中等和最小需水量。對濕地生態(tài)需水量和環(huán)境需水量各種類型的主要特點、存在特征和關(guān)鍵指

25、標進行了系統(tǒng)剖析，特別對濕地植物需水量、土壤需水量、野生生物棲息地需水量、補水需水量、防止鹽水入侵需水量、防止岸線侵蝕及河口生態(tài)環(huán)境需水量、凈化污染物需水量等計算方法和理論模型進行了探討。張明祥等10在濕地恢復方面，從濕地恢復的基本概念和應遵循的原則入手，闡述了濕地恢復的兩種模式：被動恢復模式和主動恢復模式，并從多方面介紹了常見的濕地恢復措施。比如在針對河南省鄭州黃河自然保護區(qū)周邊人口眾多，濕地圍墾現(xiàn)象嚴重的現(xiàn)象上, 由當?shù)乇Ｗo區(qū)的地形特征、水文狀況、受威脅狀況和和濕地植物的適宜性特點, 提出鄭州黃河濕地的恢復模式可分為自然濕地恢復模式和主動濕地恢復模式。陳敏建等3在針對水土資源開發(fā)利用引發(fā)的

26、濕地消退問題上，通過研究濕地水分運動徑流進退的關(guān)系、濕地生境和生物的擴展關(guān)系，分析濕地水文連接度下降引起的濕地消退效應。并根據(jù)水循環(huán)原理和濕地生境分布規(guī)律提出了濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)理論，建立濕地徑流場與生物多樣性場的概念。主要目的是根據(jù)所建立的濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)模型來確定最小生態(tài)需水量和適宜生態(tài)需水量，對濕地管理提供生態(tài)安全閾值。并且分別對扎龍濕地和松遼流域濕地生態(tài)區(qū)進行研究分析。所得到的結(jié)果基本合理，從而其研究成果可為保護濕地生物完整性，發(fā)揮濕地生態(tài)系統(tǒng)的正常功能提供了參考的依據(jù)，也方便于濕地的規(guī)劃管理和安全保障。從以上分析可以看出，濕地生態(tài)需水在緩解濕地消退的研究方面具有很重要的意義，并且國內(nèi)外

27、對濕地生態(tài)需水是在水資源開發(fā)利用的過程中為保證水資源可持續(xù)利用而提出的，在修復退化濕地研究中有較為深入的進展。一些學者在研究過程中提出了自己的觀點和看法，并總結(jié)前人的研究成果，在理論和方法上有所突破。特別是濕地水文結(jié)構(gòu)理論的提出，為濕地生態(tài)需水提供了計算模型，為濕地管理提供生態(tài)安全閥值。1.4 研究目標、內(nèi)容及方法在濕地的分類中，濕地的類型眾多，其特性也存在差異。本文研究的對象是湖泊沼澤型濕地。為了簡便以下以濕地簡稱。濕地在水土資源開發(fā)利用中不斷萎縮消退，導致了濕地很多生態(tài)功能的退化，為保護- 6 -并修復濕地展開濕地生態(tài)需水的研究。通過分析濕地水分運移規(guī)律與濕地生態(tài)演變關(guān)系，提出濕地生態(tài)水文

28、結(jié)構(gòu)，建立濕地生態(tài)水文模型，并以鄱陽湖濕地為實例進行濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)分析與計算通過分析濕地水分循環(huán)規(guī)律與生態(tài)演替關(guān)系，提出濕地水文結(jié)構(gòu)，建立濕地生態(tài)水文模型。利用湖泊形態(tài)分析法和歷史經(jīng)驗分析法來分析鄱陽湖濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)，為鄱陽湖濕地生態(tài)需水研究提供閥值，為當?shù)貪竦毓芾砗捅Ｗo提供科學依據(jù)。在借鑒扎龍濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)分析的成功例子上，將濕地水文結(jié)構(gòu)理論應用到鄱陽湖濕地的研究，并針對鄱陽湖濕地進行專門研究，主要內(nèi)容如下：(1 通過分析濕地水文循環(huán)的生態(tài)效應，分析濕地形成因子，濕地的水分與濕地生態(tài)演替關(guān)系；(2 根據(jù)濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)理論，構(gòu)建濕地生態(tài)水文計算模型；(3 利用獲取的水文資料，通過利用湖

29、泊形態(tài)分析法分析濕地中心區(qū)；利用指示性物種分析法、歷史經(jīng)驗分析法和估算法分析濕地活動區(qū)；實現(xiàn)鄱陽湖濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)的分析與計算；(4 提出鄱陽湖濕地系統(tǒng)的生態(tài)水文指標，用于濕地水土資源合理利用與保護的規(guī)劃和管理實踐。濕地水文結(jié)構(gòu)分析與計算包括濕地中心區(qū)和適宜活動區(qū)兩方面內(nèi)容。對于中心區(qū)的計算有湖泊形態(tài)分析法和水文連接度法；對于適宜活動區(qū)的計算有濕地生物多樣性中的特定物種法（指示性物種）、歷史經(jīng)驗分析法和估算法三種。根據(jù)鄱陽湖的特征，本設計對濕地中心區(qū)采用湖泊形態(tài)分析法；對于濕地適宜活動區(qū)本論文采用上述三種方法分別進行討論比較。- 7 -第二章 濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)本章主要內(nèi)容是分析濕地的生態(tài)水文結(jié)

30、構(gòu)。從目標水體的水量遞減過程對其生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進行分析，提出生態(tài)需水特征值；針對濕地水體目標，通過分析水分與濕地生態(tài)演替關(guān)系以及生物與水域活動，提出濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)理論，建立濕地徑流場與生物多樣性場的概念，并揭示濕地生態(tài)需水特征值與濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)關(guān)系。從而說明對濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)進行分析計算對于濕地生態(tài)需水乃至整個濕地合理管理與保護的作用。2.1 濕地水文循環(huán)的生態(tài)效應分析與生態(tài)需水特征像其他生態(tài)系統(tǒng)一樣，濕地生態(tài)系統(tǒng)中的水分輸入包括降水、地表徑流、地下徑流以及泛濫的河水。水的輸出包括蒸散發(fā)作用、地表徑流和地下徑流。濕地的水文狀態(tài)是輸入、輸出的水量平衡與濕地地貌形態(tài)綜合作用的結(jié)果。其中，前

31、者決定濕地的水分收支，后者決定濕地的蓄水能力。濕地的水量平衡可以用下式表示：V 2-V 1=V =P +Rr +Gr -E -Rc -Gc ( 2-1 式中：V 1、V 2 為濕地某時段初、末的蓄水體積；V 為濕地蓄水體積的變化；P 為降水量；Rr 為地表徑流流入量；Gr 為地下水補給地表水量；E 為蒸散發(fā)水量；Rc 為地表徑流流出量；Gc 為地表水滲漏補給地下水量。濕地之所以稱之為濕地，是因為其具有一定的地表水分。是這部分地表水水分來支撐著濕地的存在和維持濕地功能效益的正常發(fā)揮。濕地生態(tài)系統(tǒng)依賴于地表水體，并隨著地表水體的變化而變化。在豐水季節(jié)，濕地的地表水一般情況下會增加。這是因為降水和地

32、表入流的補給要遠大于濕地的蒸散發(fā)與出流的損失，在此期間，地下水與地表水間的轉(zhuǎn)化關(guān)系為地表水補給地下水。隨著地表水的增加，濕地的水面面積增大，濕地生物的生境得到擴展，濕地生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)物質(zhì)交換增加，有利于濕地生態(tài)功能效益發(fā)揮。- 8 -在枯水季節(jié)，濕地地表水量靠地表入流和地下水反調(diào)節(jié)補給，濕地量損失為地表出流和蒸散發(fā)，此時V 為負值，濕地地表水量呈遞減的趨勢。濕地地表水量減少，水面面積萎縮，這就導致水生生物的生境受到限制和壓縮，濕地的生態(tài)功能和效益受損。要維持濕地的基本結(jié)構(gòu)和功能，就必須保證濕地一定的地表水量，或者說保持濕地的一定的水域范圍，避免出現(xiàn)V 持續(xù)為負值的情形，以免出現(xiàn)生

33、態(tài)災難。從濕地水文效應分析可以得出，支撐濕地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵是濕地具有一定的地表水。水分條件是濕地水熱平衡的重要基礎(chǔ)，也是制約生物生長和繁殖的重要因子。而且濕地由陸地和水體相互作用形成，濕地所保持和周轉(zhuǎn)水分的數(shù)量也介于陸地與水體之間。由于具有這些中間特征，濕地對水分儲蓄量和運動方式的改變特別敏感。自然和人類活動所造成的水分數(shù)量的任何變化，都會反映在濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能上，因此保證濕地具有一定的地表水量至關(guān)重要。同時，濕地水文循環(huán)是一個獨特的水域活動場，水分運動與補給和生物多樣性關(guān)系十分密切。各種生物的分布依據(jù)濕地的水位梯度形成一個相對固定的范圍，它們之間通過食物鏈(網(wǎng) 傳遞能量和營養(yǎng)。因此，

34、解決濕地生態(tài)需水問題，需從濕地空間整體去研究徑流與生物分布的依存關(guān)系，研究支撐這種關(guān)系的水分條件。無論是湖泊濕地，還是河流，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能都由水文、生物、地形、水質(zhì)和連通性五部分組成，每一部分都有各自的功能，并相互發(fā)生著作用。其中，水文是主動的、起決定性作用的部分。河流、湖泊等生態(tài)用水問題之所以倍受重視，是因為水量銳減，導致水體生態(tài)功能出現(xiàn)嚴重退化。水量減少是水體生態(tài)系統(tǒng)退化的關(guān)鍵因素，生態(tài)破壞是一個漸變過程。隨著各種“破壞性”能量的積累，逐漸逼近一種“突變”的狀態(tài)，導致出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的標志性事件。有兩種狀態(tài)最為關(guān)鍵：一是生態(tài)鏈被破壞，生物量和物種大規(guī)模減少，直至消亡；二是，更嚴重的，水體

35、自身消失。開展?jié)竦匦杷难芯浚褪菫榱吮苊馍鲜錾鷳B(tài)災難。首先需要研究能夠反映這種臨界狀態(tài)下的水分條件，又要能夠滿足實際的管理和規(guī)劃需求。因此我們得到兩個臨界點：水體自我生存條件和生物完整性。并以此為切入點，尋求描述水體生態(tài)需水衡量標準的特征值，然后可以根據(jù)不同需要分析這種水分條件的生態(tài)功能組成。根據(jù)上述分析，目標水體生態(tài)特征值由如下兩個參數(shù)組成：(1 最小生態(tài)需水。最小生態(tài)需水是生態(tài)系統(tǒng)生存與發(fā)展的前提條件及其依賴的必須存在，即是生態(tài)需水的最低要求。在建立目標水體的水分補給運移規(guī)律(降水、地表、地下- 9 -徑流 基礎(chǔ)上，以目標水體生存劣變(如斷流、干涸 臨界狀態(tài)的水分條件定義為維持地表水體生

36、存的最小生態(tài)需水。對于湖沼濕地最小生態(tài)需水為最小生態(tài)水位。(2 適宜生態(tài)需水。所謂適宜生態(tài)需水，即是為維持生態(tài)系統(tǒng)生物完整性的最小需水量，是生態(tài)系統(tǒng)演替臨界狀態(tài)的水分條件，對于湖泊沼澤濕地則稱之為適宜生態(tài)水面面積。以最小生態(tài)需水描述水體生存條件，這是生物存在的前提；以水文學和生物學結(jié)合的途徑定義適宜生態(tài)需水，描述水體生物完整性。在我國，將河湖生存與生物生存繁衍兩種需求分離具有現(xiàn)實意義。2.2 濕地演變的成因分析濕地是處于陸地生態(tài)系統(tǒng)與水體生態(tài)系統(tǒng)之間，是一種水陸過渡性質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)。通過分析其關(guān)鍵形成因子以及水分變化條件下生態(tài)系統(tǒng)演替，來深入研究濕地形成機理與演變成因。濕地的形成、發(fā)育是一個非常

37、復雜和長期的過程，受諸多自然因素和人為因素的影響和制約。自然因素包括地質(zhì)地貌、氣候、水文、植被以及土壤等因素。其中地質(zhì)地貌和水文因子尤為重要。(1 地質(zhì)地貌地質(zhì)地貌因子是制約濕地形成、發(fā)育的主要因子，它主要指形成沼澤濕地的原始地貌，它既為沼澤濕地發(fā)育提供了構(gòu)造背景與空間，又制約著沼澤濕地的分布與發(fā)育。因為原始地貌受地質(zhì)內(nèi)外營力和巖性差異引起水熱條件發(fā)生復雜變化，新構(gòu)造運動影響地表形態(tài)變化和地表侵蝕、堆積的強度，從而影響水文地質(zhì)狀況。這些變化直接或者間接地控制水熱條件，從而制約著沼澤濕地的形成、發(fā)育和分布。它們主要從宏觀、時空大尺度方面起控制作用。(2 水文因子水文因子是沼澤濕地形成和發(fā)育的先決

38、條件，它直接的作用于沼澤濕地的形成發(fā)育，如降水、徑流、淹水頻率及淹水持續(xù)期等。在有豐富水源補給的區(qū)域，沼澤濕地才可能形成、發(fā)育，一般在蒸發(fā)量與水源補給量兩者大體相適應的情況下，才能使沼澤濕地環(huán)境得到持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展，在地表常年過濕或有積水的條件下，才能促使沼澤濕地形成、發(fā)育。沼澤濕地是自然地理環(huán)境諸多因子綜合作用的產(chǎn)物，它們之間是相互影響相互制約的。但從不同尺度上大體可劃分為：從宏觀尺度上是由地質(zhì)構(gòu)造和地貌因子控制的，中觀- 10 -尺度上是由氣候、土壤和植被因子決定的，微觀尺度上為水文(降水量、徑流和蒸發(fā)等 和人為等因子決定。從濕地生態(tài)特性及濕地水文循環(huán)的生態(tài)效應可知，濕地的生物種群和生態(tài)系

39、統(tǒng)在水分條件變化下而引起一定的波動甚至演替。經(jīng)過長期的進化和演替，濕地生態(tài)系統(tǒng)和濕地本身與天然情況下的水分狀況相互適應達到一種平衡穩(wěn)定的狀態(tài)。濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性很大程度上取決于其水源的穩(wěn)定性。水文條件能直接改變濕地的物理化學性質(zhì)，進而影響到物種組成和豐度、第一性生產(chǎn)力、有機物質(zhì)的積累和營養(yǎng)循環(huán)。濕地植物多為水生或具喜濕生活習性，但不同的植物對水分條件的要求和忍耐能力存在差別，導致沼澤濕地內(nèi)植物的空間分布和植被演替方向與水分條件的時空分布呈顯著相關(guān)。濕地的生態(tài)系統(tǒng)中植物群落的分布，沉水植物、浮水植物和挺水植物生長，這些水生、濕地植物呈帶狀依次向湖心和核心推進，并不是所有的沼澤濕地植物分布都如此

40、，但它們大都是按這一規(guī)律分布的。這是因為在生態(tài)系統(tǒng)的演化過程中，這些水生、濕生植物對水分條件(蓄水量、水面面積、水深、淹沒時間、淹沒周期以及波動范圍等 長期適應的結(jié)果。濕地中動物也和水分條件密切相關(guān)，尤其是水生和兩棲動物，但由于動物的復雜性，它們對濕地水文情況變化的響應與植物不同，動物的響應具有一定的主動性。由以上分析可見，濕地的生物分布與水分條件密切相關(guān)，水分運動與補給和生物多樣性關(guān)系密切。2.3 濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)理論徑流場與生物多樣性場組成了濕地獨特的生態(tài)水文結(jié)構(gòu)，濕地生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展、演替以及穩(wěn)定與濕地徑流場和生物多樣性場的長期相互作用直接相關(guān)。將這種關(guān)系分離及耦合，揭示了濕地生態(tài)系統(tǒng)的水

41、文-生態(tài)演變機理3。(1 濕地徑流場濕地屬于由徑流支撐的非地帶性生態(tài)系統(tǒng)，具有其獨特的水文和生態(tài)特征，徑流條件及分布決定了濕地活動區(qū)域的大小以及生物多樣性的豐富程度。濕地既不同于陸生生態(tài)系統(tǒng)，也不像水生生態(tài)系統(tǒng)，而是經(jīng)常處于土壤水分飽和或有淺水層覆蓋狀態(tài)。水的來源(如降水、地表徑流、地下水、潮汐和泛濫河流 、水深、水流方式，以及淹水的持續(xù)期和頻率決定了濕地的多樣性。- 11 -我們將具有穩(wěn)定的水分來源而形成隨水文情勢變化的有序的徑流活動區(qū)域稱為濕地徑流場。徑流場是維系濕地生物多樣性的關(guān)鍵，為濕地生物多樣性提供了生長條件。濕地在性質(zhì)上屬于由徑流支撐的非地帶性生態(tài)系統(tǒng)，徑流條件及分布在受地貌影響和

42、控制的同時，也決定了濕地生物多樣性的豐富程度和穩(wěn)定性問題。(2 濕地生物多樣性場濕地由于其特殊的水文條件和水成土，支持了獨特的適應此條件的生物系統(tǒng)。濕地生物多樣性是由植物、動物、微生物等所組成的生物群落與其賴以生存的無機環(huán)境之間構(gòu)成的系統(tǒng)，集中表現(xiàn)在生物鏈的完整性和穩(wěn)定性方面。濕地中的各種生物在一個相對固定的范圍內(nèi)生存繁衍，具有適宜的生境條件，并形成生物鏈，我們稱之為生物多樣性場。(3 濕地徑流場與生物多樣性場的關(guān)系。濕地生物多樣性是以徑流運動為基礎(chǔ)，通過對徑流的反饋作用，不斷調(diào)整自我，以使整個生境達到最佳狀態(tài)。濕地水文的每一因素的改變都或多或少地導致生態(tài)系統(tǒng)的變化，特別是水文，當它受到自然或

43、人為活動干擾時，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性受到一定程度破壞，進而影響生物群落結(jié)構(gòu)，改變濕地生態(tài)系統(tǒng)。濕地徑流場與生物多樣性場的這種耦合關(guān)系，很好的揭示了濕地生態(tài)系統(tǒng)的水文-生態(tài)演變機理。濕地水循環(huán)是一個獨特的水域活動場，水分運動與補給和生物多樣性關(guān)系密切。將濕地徑流場與生物多樣性場進行分離與耦合，我們就可以獲得揭示水文-生態(tài)演變機理的濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)。濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)示意如下圖。根據(jù)水域活動特點和生物特點，將濕地徑流場分為兩個部分：反映徑流運動特征的濕地中心區(qū)和反映生物多樣性分布特征的濕地活動區(qū)。(1 濕地中心區(qū)濕地中心區(qū)是濕地水分長期駐留的區(qū)域，在不同的水文條件下都保存有水。濕地中心區(qū)就像濕地的心臟，維

44、持著濕地的基本水分條件，是保證濕地存在的前提。決定中心區(qū)大小與范圍的是水文與地形地貌條件，既水文學要素與形態(tài)學要素。(2 濕地活動區(qū)濕地的活動區(qū)是指在不同的水文條件下水分進退的徑流活動區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)濕地生物隨水分變化而更替變化。決定活動區(qū)合適的大小與范圍的是濕地生物完整性，既水文學要素與生態(tài)學要素。濕地結(jié)構(gòu)反映了濕地徑流場的特點，同時，在徑流場上發(fā)展起的生物多樣性場也出現(xiàn)- 12 -對應關(guān)系。以水源為中心，在水域活動及影響范圍內(nèi)具有不同的生境，形成一個“生物多樣性場”：各種生物都在一個相對固定的范圍生存繁衍，在那里具有適宜的生境條件，并形成生物鏈。 蒸散發(fā)下滲地下水補給圖2.1 濕地生態(tài)水文

45、結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)以上分析，我們可以建立濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)的概念性模型（如下表2-2）。為濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)分析計算提供了方法依據(jù)。其中最關(guān)鍵的問題是確定濕地結(jié)構(gòu)：界定中心區(qū)范圍及活動區(qū)適宜范圍。 - 13 -濕地水土資源開發(fā)利用引起濕地消退，減少濕地活動空間并降低濕地生態(tài)功能。一是引水消退效應：在濕地上游引水或從濕地直接取水，導致濕地補水量減少，引起濕地由四周向中心退縮，造成一些生物生境衰退和消亡，濕地徑流場的衰竭，導致生物多樣性場的萎縮，生態(tài)系統(tǒng)退化，最終導致中心區(qū)消失，濕地消亡。二是圍墾消退效應引起：在濕地活動區(qū)范圍內(nèi)圍墾造田，減少徑流活動空間，將生物活動場所擠壓甚至完全侵占，徑流場被切割，使得

46、濕地內(nèi)部能量輸送阻塞，導致生物多樣性場破碎斷裂，直至消失，濕地名存實亡。如果出現(xiàn)復合消退效應，將加速濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)的崩解，直至消亡3。- 14 -第三章 濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)模型計算根據(jù)上一章中對濕地水文結(jié)構(gòu)的分析可知，確定濕地生態(tài)水文結(jié)構(gòu)要從兩個方面來分析研究：一是界定中心區(qū)的范圍，二是濕地活動區(qū)的范圍。本章將說明如何利用水文形態(tài)學法來計算濕地中心區(qū)及利用歷史生態(tài)調(diào)查法估算濕地活動區(qū)的范圍。3.1濕地中心區(qū)的確定天然情況下，在年內(nèi)與年際之間，湖泊的水面面積是不斷地發(fā)生變化的，而且變化幅度隨著入流量和降水量的不同而不同。但在一般情況下，總有一部分湖泊水面能保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，即使在枯水季節(jié)也能基

47、本維持，這部分區(qū)域就被稱之為湖泊濕地的中心區(qū)，它是使湖泊濕地處于基本生存狀態(tài)的最小區(qū)域。濕地中心區(qū)位于湖泊底部，是湖盆的盆底區(qū)域。如果當水體面積小于中心區(qū)面積時，蒸發(fā)等因素導致一個單位水量的下降而引起的湖泊水面積大幅萎縮，此時的水域范圍即為中心區(qū)范圍。我們定義湖泊最低生態(tài)水位為維持湖泊水文和地形子系統(tǒng)功能不出現(xiàn)嚴重退化所需要的最低水位。所以，防止水面干枯的最低生態(tài)水位就是中心區(qū)對應的臨界水位，這就是計算濕地中心區(qū)的原理。 原理見下圖（圖3.1）。 指示物種法、歷史經(jīng)驗分析 圖3.1濕地中心區(qū)計算原理示意圖- 15 -由以上可知，確定濕地中心區(qū)的方法是采用計算濕地最低生態(tài)水位來實現(xiàn)的。 最低生態(tài)

48、水位的計算我們可以用下圖來描述。隨著湖泊水位的降低，湖泊面積隨之減少。由于湖泊水位和面積之間為非線性的關(guān)系，當水位不同時，湖泊水位每減少一個單位，湖面面積的減少量是不同的。采用實測湖泊水位和湖泊面積資料，建立湖泊水位和湖泊面積的減少量的關(guān)系線，見下圖。湖面面積變化率為湖泊面積與水位關(guān)系函數(shù)的一階導數(shù)。在此關(guān)系線上，湖面面積變化率有一個最大值。此最大值意義是：最大值相應湖泊水位向下，湖泊水位每降低一個單位，湖泊水面面積的減少量將顯著增加，也即，在此最大值向下，水位每降低一個單位，湖泊功能的減少量將顯著增加。若此最大值相應的水位在湖泊天然最低水位附近，則表明，此最大值向下，湖泊水文和地形子系統(tǒng)功能

49、將出現(xiàn)嚴重退化。因此，此最大值相應水位為最低生態(tài)水位11。 面積變化率低生態(tài)水位計算示意圖 水位（m ）圖3-2最前面仔細分析了濕地中心區(qū)的范圍及計算原理。對于湖泊濕地最低生態(tài)水位的計算方法有很多種，比如天然水位資料法、湖泊形態(tài)分析法、生物空間最小需求法等。根據(jù)天然水位資料較缺乏等現(xiàn)實制約情況，本次畢業(yè)設計采用湖泊形態(tài)分析法對鄱陽湖濕地最低生態(tài)水位進行分析計算。具體計算途徑描述如下。S f (Z (式3-1- 16 -2S =0 (式3-2 2Zn （ Z m i -a ）Z （Z m i +n ）b (式3-3min 式中，S 為湖面面積(m 2 ；Z 為湖泊水位(m；Z 為湖泊自然狀況下多

50、年最低水位(m；a 和b 分別為何湖泊水位變幅相比較最小的一個正數(shù)(m。求解上面三個式子即可得到湖泊最低生態(tài)水位. 有此水位對應的水面面積所覆蓋的區(qū)域就是濕地中心區(qū)范圍。3.2濕地活動區(qū)的確定在徑流場活動的范圍內(nèi)，每種生物都以其特定的生境與對應的徑流條件相適應，表現(xiàn)出生物對徑流場的適應性。另一方面，徑流條件決定著生物場的分布狀況。因此，可以依據(jù)生物多樣性來推求濕地活動區(qū)的適宜范圍。根據(jù)活動區(qū)的計算原理，確定濕地活動區(qū)的范圍只要對濕地生物多樣性進行分析即可。主要方法有一下幾種，分別如下3：方法一：繪制濕地生物多樣性場圖的方法。繪制濕地生物分布圖，從生物完整性角度，以指示性特定物種活動區(qū)域作為控制條件，確定生物多樣性場最小范圍。這是理想的計算途徑，實踐中由于缺乏大規(guī)模生物觀測資料，制約了此方法的實現(xiàn)。方法二：濕地生態(tài)演變過程經(jīng)驗分析方法。濕地生態(tài)系統(tǒng)具有其穩(wěn)定的生態(tài)結(jié)構(gòu)，因此可以利用濕地生態(tài)演變過程經(jīng)驗對其分析，從而確定濕地適宜活動區(qū)的范圍。(1歷史分析法。濕地天然生態(tài)系統(tǒng)具有穩(wěn)定的生態(tài)結(jié)構(gòu)，隨著水資源開發(fā)利用量的不斷增加，可供生態(tài)系統(tǒng)使用的水量不斷減少，生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷3個階段：生態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定生物產(chǎn)量大；生物產(chǎn)量減小生態(tài)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；物種消失生態(tài)結(jié)構(gòu)退化。生態(tài)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定至結(jié)構(gòu)退化的過渡時期，即可認為是生物完整性遭受破壞的臨界點。通過調(diào)查濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)、功