水文學9第九章沼澤

第九章沼澤地表或土壤層經(jīng)常過度濕潤的地段稱為沼澤(swamp)。沼澤具有三個基本特征：①有停滯或微弱流動的水；②其上生長著喜濕性植物和水生植物；③有泥炭累積或無泥炭累積而僅有草根層和腐殖質(zhì)層、但均有明顯的潛育層。DevonshireinSouthwestEnglandSwampsinDevonshire,SouthwestEnglandMoors,stonefences,andsheep.Real"HoundoftheBaskervilles"country

第一節(jié)沼澤的形成沼澤的形成是一個復(fù)雜的過程。地表水分過多是沼澤形成的直接原因地勢低平造成水分排泄不暢以及地表組成物質(zhì)粘重導(dǎo)致水分下滲困難則是對水分聚積起主導(dǎo)作用的因素。沼澤的形成大致可分為水體沼澤化和陸地沼澤化。一、水體沼澤化江、河、湖、海的邊緣或淺水部分因泥沙堆積、水草叢生以及微生物對有機質(zhì)的分解而逐漸演變?yōu)檎訚傻倪^程稱為水體沼澤化。水體沼澤化為最常見的沼澤形成過程，其又可被進一步分為：海濱沼澤化湖泊沼澤化河流沼澤化1.海濱沼澤化隨著海岸線向海推移，海濱地段逐漸脫離海水的影響；在雨水淋溶下，沉積物中的鹽分逐漸減少，有利于耐微鹽植物的生長，故逐漸有草生長；但因海水倒灌或河流泛濫，生草過程常常中斷，在老的生草地上又有新的泛濫沉積層形成，在一定條件下，草又始生長；如此往復(fù)多次，埋藏有黑土底層的鹽漬沼澤逐漸形成。黃河三角洲之紅地毯景觀-一種名為鹽地堿蓬的植物群落，主要分布在平均海潮線以上的近海灘地，是涉禽鳥類的重要棲息地，為距海最近之景觀。僅一堤之隔，植被便迥然不同(2013年9月2日在黃河三角洲)黃河三角洲之蘆葦景觀-主要分布在三角洲保護區(qū)淡水水域，具有重要的生態(tài)價值和經(jīng)濟價值，為距海相對較遠之景觀。黃河三角洲之蘆葦景觀黃河三角洲之草地景觀-植物種類較多，分布有野大豆、羅布麻、甘草等重要經(jīng)濟植物，是野兔和狐貍等陸地獸類的棲息地和繁殖地，為距海最遠之景觀。2.

湖泊沼澤化在水體沼澤化中,又以湖泊沼澤化最為常見。由于湖底地形、湖岸地形、湖水深度以及湖泊換水率各不相同，湖泊沼澤化的過程也不盡相同。為此，可將湖泊沼澤化進一步分為淺水湖泊沼澤化和深水湖泊沼澤化。1).

淺水湖泊沼澤化淺水湖泊的岸坡傾斜平緩，湖中水草叢生；因各種水草生長條件不同，從湖岸至湖心，不同的水草有規(guī)律地呈環(huán)帶狀分布。如圖9-1a所示，在岸邊淺水地帶，生長苔草植物；在水深2m左右處，生長蘆葦和莞屬類植物；在水深超過4m處，生長藻類和眼子菜屬植物；再深，因光照不足，只能生長孢子植物；而浮游生物則遍布全湖。生長在不同地帶的生物死亡后，其殘體沉入湖底，因缺乏氧氣，分解緩慢或幾乎完全沒有分解而逐年堆積，厚度不斷增大，加之逐年的泥沙的淤積，湖泊進一步變小、變淺，植物的生長環(huán)境發(fā)生變化，濕生植物也相應(yīng)地向湖心蔓延，最后整個湖泊變?yōu)檎訚伞?).

深水湖泊沼澤化

在湖岸陡峻的深水湖泊中，植物的分布如圖9-1b所示，在背風岸水面上，長滿了水芋和沼委陵菜等長根莖漂浮植物；這些植物的根莖相互交織成網(wǎng)，與岸邊相連形成漂浮筏(漂浮植物毯)，苔蘚和其它一些植物就在它們的根莖網(wǎng)孔上生長；由風或流水帶來的泥沙和植物種子，被漂浮筏攔阻而停積下來；若植物漂浮筏的厚度不大，便可被風吹離岸邊，分成若干片，形成浮島散布在湖面。隨著時間的推移，漂浮筏上植物不斷增長，死亡植物的殘體積累在漂浮筏的表面，漂浮筏漸漸增厚，并布滿全湖，更加穩(wěn)固。隨著漂浮筏的厚度的進一步增大，其下部的植物殘體逐漸脫落下來，沉入湖底，形成泥炭，湖底逐漸淤高，這樣，湖底與漂浮筏之間的距離逐漸縮小，直至完全相接，最后使湖泊轉(zhuǎn)化為沼澤。3.河流沼澤化水淺、流速小的河段常會逐漸轉(zhuǎn)化為沼澤，其過程與淺水湖泊沼澤化相似。

黑龍江省饒河縣七星河濕地(2011年9月25日)

二、陸地沼澤化在森林地、草甸區(qū)、灌溉區(qū)、分水嶺、坡地、洼地以及永凍土地帶，因排水不暢或蒸發(fā)微弱，地表過于濕潤，喜濕性植物大量繁殖，故有沼澤形成；這些沼澤形成過程稱為陸地沼澤化；其中最常見的為森林沼澤化和草甸沼澤化。1.

森林沼澤化森林沼澤化既可在森林的自然演替過程中發(fā)生，也可在森林遭受火燒等之后出現(xiàn)。茂密的森林阻擋了陽光和風；在林下，枯枝落葉覆蓋了地表；因此，蒸發(fā)有所減弱。此外，若林下土質(zhì)粘重，排水性弱，故土壤過濕，引起森林退化并使喜濕性植物得以迅速生長和繁殖。這些植物具有很強的保水性，故森林的退化進一步加劇，因而森林逐漸演化為沼澤。此外，森林遭受火燒和砍伐后，表層土壤常會變緊，蒸發(fā)減弱，表層土壤過濕，故沼澤植物的生長發(fā)育，森林漸漸演化為沼澤。2.

草甸沼澤化草甸沼澤化一般發(fā)生在地表積水或土壤過濕的地段。因土壤孔隙被水和死亡的草甸植物殘體充填，土壤通氣狀況不良；有機質(zhì)在嫌氣環(huán)境下分解緩慢；原來生長的植物，因得不到足夠的空氣和養(yǎng)分而逐漸死亡；濕生植物逐步侵入。一般來說，這些植物都具有比較發(fā)達的根或地下莖；這些根或地下莖相互交織，形成薄厚不一的草根層；草根層的蓄水能力很強，進一步加強了地表的濕潤狀況，故草甸逐步轉(zhuǎn)化為沼澤。草甸沼澤化黃河第一灣—若爾蓋草甸沼澤區(qū)第二節(jié)沼澤的類型

可以不同的根據(jù)劃分沼澤，故有不同的沼澤劃分方案。

根據(jù)地貌狀況和水分補給條件，可劃分出：分水嶺河間地沼澤階地沼澤坡麓沼澤河漫灘沼澤湖濱沼澤海濱沼澤根據(jù)植被類型，可劃分出：蘚類沼澤草本沼澤木本－森林沼澤一、根據(jù)沼澤的發(fā)育階段劃分沼澤根據(jù)沼澤的發(fā)育階段(圖9-2)，可將沼澤劃分為以下三種類型。1.低位沼澤處在發(fā)育過程的初期階段的沼澤稱為低位沼澤，又稱為富營養(yǎng)型沼澤。這類沼澤的特點是，泥炭積累不太厚，沼澤表面呈淺碟形，水分補給充足(包括降水、地表水和地下水)，其上生長的植物以嗜養(yǎng)分植物為主(以莎草科植物占優(yōu)勢)。水文狀況尚未發(fā)生顯著的變化。這類沼澤經(jīng)排水疏干后可開墾為農(nóng)田。中國東北三江平原的大片沼澤即屬低位沼澤。三江平原苔草沼澤三江平原大片濕地、沼澤即將被開墾2.中位沼澤處在發(fā)育過程的中期階段(即從低位沼澤向高位沼澤轉(zhuǎn)化的過渡期)的沼澤稱為中位沼澤，又稱中營養(yǎng)型沼澤或過渡型沼澤。這類沼澤的特點是，泥炭層逐漸增厚，沼澤表面趨于平坦，補給水源逐漸轉(zhuǎn)為以大氣降水為主，土壤養(yǎng)分逐漸減少，沼澤上生長的植物以中養(yǎng)分植物(如水蘚和羊胡子草等)為主。水分運動狀況發(fā)生了變化。這類沼澤經(jīng)排水疏干后可作為牧場，其泥炭可作燃料。中國東北大、小興安嶺以及長白山局部地區(qū)的沼澤即屬中位沼澤。小興安嶺泥炭蘚沼澤3.高位沼澤處在發(fā)育過程的晚期階段的沼澤稱為高位沼澤，又稱貧營養(yǎng)型沼澤。這類沼澤的特點是，泥炭積累較厚，沼澤表面中部呈凸起形，有的中央部分高出四周邊緣達7-8m，因地形的變化，水文狀況發(fā)生了顯著的變化，補給水源以大氣降水為主，土壤養(yǎng)分非常貧乏，故沼澤上的植物以少養(yǎng)分植物(如苔蘚等)為主。從這類沼澤開采到的泥炭是良好的燃料。中國東北大、小興安嶺局部地區(qū)的沼澤以及四川若爾蓋高原的沼澤即屬高位沼澤。四川若爾蓋沼澤小溪泥炭層剖面二、根據(jù)沼澤中有、無泥炭劃分沼澤在中國，沼澤發(fā)育程度較低，大多數(shù)沼澤屬低位沼澤，中位沼澤較少，高位沼澤更少；但卻有很多地表過濕、土層潛育化嚴重、無泥炭累積的沼澤。可根據(jù)沼澤中有、無泥炭，先將沼澤劃分為：泥炭沼澤潛育沼澤再根據(jù)沼澤中的主要植物組成，將沼澤劃分為七個亞類(表9-1)。類亞類泥炭沼澤草本泥炭沼澤木本—草本泥炭沼澤木本—草本—蘚類泥炭沼澤木本—蘚類泥炭沼澤蘚類泥炭沼澤潛育沼澤草本潛育沼澤木本—草本潛育沼澤表9-1泥炭沼澤和潛育沼澤(據(jù)鄧綬林等，1979)1.

泥炭沼澤沼澤在發(fā)育過程中，死亡植物殘體的累積速度大于分解速度，故有泥炭累積。因形成環(huán)境和發(fā)育程度的差異，泥炭累積的厚度及類型也有所不同。沼澤表面一般均有微小的起伏，這種微地貌特征系由水分的變化、土壤的凍結(jié)和密叢型的苔草及嵩草植物的存在造成的。泥炭沼澤

有泥炭形成和積累過程的沼澤體。多生長典型的沼澤植被，植物群落多樣，有草本、木本—草本及蘚類等。常見植物有苔草(Carex)、嵩草(Kobresia)、柴樺(Betula)、杜香(Ledum)、泥炭蘚(Spha-gnum)等。由于水分的變化，土壤凍結(jié)和苔草、嵩草叢生，泥炭沼澤地一般都有微地貌起伏。在中國主要分布于東北的寒溫帶和溫帶濕潤地區(qū)，其次為青藏、新疆等高山高原地區(qū)。2.

潛育沼澤沼澤在發(fā)育過程中，死亡植物殘體的累積速度小于或等于分解速度，故無泥炭累積；地表長期過濕或有薄層積水，土層嚴重潛育化，有較厚的草根層。地勢低洼，地表又常有粘土層或亞粘土層存在，故排水不暢，透水很差，潛水面常常接近或露出地表，形成大面積地表積水；但在枯水期或枯水年份，因水分蒸發(fā)，地表又常干涸。

潛育沼澤

地表長期過濕或有薄層積水，土層嚴重潛育化，有較厚的草根層，但無泥炭積累，有機質(zhì)含量一般在10％左右的沼澤。土體下層有明顯的灰藍色或暗灰色低價還原物質(zhì)存在。植被以草本為主，最常見的是蘆葦(phragmitescommunis)群落。這類沼澤由于地勢低洼，地表常有粘土或亞粘土層，排水不良，透水能力極差，地表有大面積積水。在中國主要分布于東部平原及濱海地區(qū)，如三江平原、松遼平原、華北平原及長江中、下游地區(qū)。第三節(jié)沼澤的水文特征

因受泥炭層的物理性質(zhì)和沼澤發(fā)育程度的制約，沼澤的水文特征，既不與地表水的水文特征相同，也不與地下水的水文特征相同，而是二者兼有。一、沼澤的含水性沼澤的含水性系指沼澤中的草根層和泥炭層的含水性質(zhì)。沼澤中的草根層的結(jié)構(gòu)猶似海綿，孔隙度大，保持各種水分的能力強。水在草根層中以重力水、毛管水、薄膜水以及吸附水等形式存在。重力水在重力的作用下，可沿斜坡流入排水溝或其它排泄區(qū)。毛管水、薄膜水以及吸附水均受分子力的作用，不會從草根層中自行流出。毛管水和部分薄膜水可由植物根系吸收并由植物葉面蒸騰或從沼澤表面直接蒸發(fā)。對其余的水，均需采取特殊措施方可除去。沼澤中的泥炭層主要由未完全分解的植物殘體組成，沼澤中的水分不僅大量存在于孔隙之中，而且一部分水分存在于植物殘體內(nèi)部，故泥炭層的含水量很大、持水能力很強。按重量比計算，泥炭沼澤含水70-94%，較砂土大3-10倍，故一般認為，沼澤尤為泥炭沼澤為良好的蓄水體。泥炭沼澤或沼澤中的泥炭層可被分為上、下兩層。上層由枯枝落葉組成的，常稱為活躍層?；钴S層的透水性強，含水量變化無常，潛水位變化大；潛水位下降時，孔隙中無水，空氣可進入其中，故活躍層中含有大量有助于泥炭分解的好氣性細菌和其它微生物；此外，該層中還有大量根系。下層由不同植物殘體以及不同分解程度的泥炭組成，常被稱為惰性層。惰性層的透水性比活躍層的透水性弱得多，在一般情況下，含水量很少變化，缺乏氧氣自由通道，故惰性層中好氣性細菌很少。二、沼澤的透水性沼澤的透水性系指沼澤中的草根層和泥炭層的滲吸作用和滲透作用。滲吸作用是由分子力、毛管力以及重力共同作用產(chǎn)生的，而滲透作用則是在沼澤土壤飽和的情況下由重力作用產(chǎn)生。通常以滲透系數(shù)表征沼澤透水性的強弱?？梢韵率接嬎阏訚傻臐B透系數(shù)：在上式中，K

：滲透系數(shù)；A：常數(shù)，取決于沼澤類型；Z：潛水面的埋深；m：指數(shù)，取決于草根層的剖面結(jié)構(gòu)《泥炭地學》柴岫主編地質(zhì)出版社,1990年,

p71:“…,泥炭沼澤滲透系數(shù)同潛水位的關(guān)系也很密切。實驗證明,距沼澤表面某一深度的滲透系數(shù)與其潛水位埋深成反比,如下式所示:式中,A為常數(shù),表征沼澤景觀類型;m為指數(shù),取決于泥炭沼澤的剖面結(jié)構(gòu);Z為潛水位埋深,即從沼澤表面到潛水位的距離?！薄拔覈鴸|北地區(qū)的三江平原泥炭沼澤,滲透系數(shù)與潛水埋深關(guān)系如圖4-6所示。當泥炭沼澤潛水位下降時,滲透系數(shù)將隨之減小,其泥炭層的滲透水量也將發(fā)生變化?！睗B透系數(shù)在垂直方向，即沿深度變化較大。在泥炭沼澤中，上層滲透系數(shù)可達每秒幾十厘米，而1.0-1.2m深度處的滲透系數(shù)還不到每秒千分之一厘米。這是因為，在深處，植物殘體分解程度增大，泥炭密度增大，物質(zhì)所受的壓力增大，故孔隙變小。研究表明，分解度<15%的泥炭的滲透系數(shù)可達以上；而若泥炭的分解度>60%，其滲透系數(shù)可減小至。

中國東北三江平原的潛育沼澤中，自地表向下依此為草根層、腐殖質(zhì)層、潛育層以及母質(zhì)層。草根層的孔隙大，滲透系數(shù)也大，可達，接近于粗砂的滲透系數(shù)；腐殖質(zhì)層的孔隙較草根層小，故滲透系數(shù)也小，約為；潛育層的滲透系數(shù)更小，甚至可接近于零。三、沼澤的蒸發(fā)沼澤的蒸發(fā)系指水分自沼澤的表面直接汽化以及自沼澤中的植物葉面汽化。沼澤蒸發(fā)量的主要取決于沼澤的水分狀況和植物生長狀況。當土壤過濕或沼澤的潛水面的埋藏深度較小，在毛管水的上升高度范圍內(nèi)時，毛管作用可將大量水分源源輸至沼澤表面供給蒸發(fā)，在這種情況下，沼澤的蒸發(fā)量較大，接近或超過水面蒸發(fā)量；反之，當沼澤的潛水面的埋藏深度較大，毛管水上升不到沼澤表面時，沼澤的蒸發(fā)量就較小。當植物覆蓋度大，生長繁茂時，蒸騰強烈；反之，蒸騰微弱。沼澤1：栽培有密度為10%的典型沼澤植被-毛果苔草；

沼澤2：栽培密度為40%；

沼澤3：栽培密度與天然密度相當(覆蓋率為90%)四、沼澤徑流

沼澤徑流系指流向沼澤體或由沼澤體向小溪、河流以及湖泊匯聚的水流。1.

沼澤表面徑流沼澤表面徑流即為沼澤地表水的運動，又稱沼澤表面漫流。在沼澤地區(qū)，小河、湖泊和泥潭形成水文網(wǎng)。這些小河和湖泊之中，有些是原生的、即在沼澤形成之前就存在的；另一些則是次生的、即在沼澤形成之后生成的。隨著沼澤的發(fā)育，泥炭堆積，植物叢生，故沼澤一般排水不暢，沼澤水的運動非常緩慢。

在沼澤發(fā)育的初期，沼澤地表水多呈停滯或微弱流動的狀態(tài)。在低位沼澤中，因四周高而中間低，地表漫流流線多呈向心網(wǎng)狀(圖9-3a)。在高位沼澤中，因中部凸起而四周較低，故地表漫流流線常為輻射狀流線網(wǎng)(圖9-3b)。

在春季冰雪消融和秋季氣溫下降時期，潛水面較高，接近沼澤表面，地表漫流較易出現(xiàn)。在夏季普降大雨或暴雨時，地表漫流十分明顯。在非降雨期，氣溫高，蒸發(fā)強烈，潛水面較低；降下的雨水很少，很快地滲入地下，故地表漫流不明顯。在冬季，因缺少雨水補給而不存在地表漫流。

2.

沼澤地下徑流沼澤地下徑流即為水分在草根層或泥炭層中的運動，又稱沼澤壤中流或沼澤側(cè)向滲流。當降雨補給沼澤時，水分首先為草根層或泥炭層吸收；只有當草根層或泥炭層的含水量近達飽和、潛水面上升至沼澤表面時，表面徑流才會出現(xiàn)。在表面徑流出現(xiàn)之前，來水的大部分蓄集于草根層或泥炭層之中，其中的一部分因受潛水面的制約而沿斜坡側(cè)向流出，這就是沼澤地下徑流，其流量隨潛水面的升高而增大。隨著降雨的持續(xù)，潛水面上升近至沼澤表面，表面徑流出現(xiàn)；表面徑流出現(xiàn)后，地下徑流退居次要地位。降雨停止后，表面徑流逐漸消失，潛水面降至沼澤表面以下，地下徑流又成為水分的主要運動形式。草根層中的地下徑流的流量可以下式計算：在上式中，q：地下徑流的流量；I：水力坡度；H0