生态功能法在计算湿地生态需水量中的应用——以天津滨海新区湿地为例<br/>

生态功能法在计算湿地生态需水量中的应用——以天津滨海新区湿地为例

2012-09-25刘俊威吕惠进

湖南农业科学 2012年9期

刘俊威，吕惠进

（浙江师范大学地理与环境科学学院，浙江金华321004）

湿地是水体与陆地之间的自然过渡地带，有着重要的生态功能。但近年来区域气候变化和人类活动的影响使得我国许多地区的湿地面临干涸的危机，湿地生态系统的结构和功能受到威胁[1-4]。探究湿地的生态需水量与区域水资源合理配置的关系，成为研究与保护湿地生态系统功能的重要问题。

1 湿地生态需水量

湿地生态需水量是指湿地为维持自身发展过程和保持基本生态功能的发挥所需要的水量，是为解决湿地生态问题及实现湿地保护管理目标所需要的水量。湿地生态需水量主要包括湿地植被需水量、满足蒸发需水量、湿地土壤需水量、湿地动物需水量、野生生物栖息地需水量和景观建设需水量[5]。水对湿地生态系统来说非常重要，湿地生态保护的首要原则是优先保障湿地的生态需水。在一些湿地区，由于对生态环境与水资源利用的关系认识不足，没有把湿地生态需水量列入水资源配置方案中，导致生态用水被大量挤占，使得湿地退化、衰亡、甚至荒漠化。因此，妥善安排和保障湿地生态需水是保护湿地生态环境和实现区域可持续发展的重要工作。

2 湿地生态需水量的计算方法

研究采用生态功能法[6]对天津滨海新区湿地的生态需水量进行计算。该计算方法是在维持湿地正常的生态功能的情况下，将湿地生态系统各项基本功能的用水需求叠加而得到生态需水量。天津滨海新区湿地生态系统的功能性需水主要包括补给地下水、湿地土壤需水、湿地植物需水和生物栖息地需水，计算方法分别如下。

2.1 补给地下水需水量

地下水和地表水之间彼此连通、相互补充，充足的地下水能够使湿地生态需水得到不断供应，湿地生态系统补给地下水主要通过地表水下渗过程，所需水量可用达西公式[7]计算：

式中，G 为补给地下水所需水量（m3）；K 为湿地土壤渗透系数（m/d）；A 为湿地向地下水渗流的剖面面积（m2）；I 为水力坡度；T 为湿地下渗过程的时长（d）。

2.2 湿地土壤需水量

由于土壤水量平衡需要考虑水文要素的复杂性，计算土壤需水量的主要依据是湿地土壤含水量，通常会用到田间持水量和饱和持水量两个与土壤性质有关的参数[8]。湿地土壤需水量的计算公式为：

式中，S 为湿地生态系统的土壤需水量（m3）；α为湿地土壤的田间持水量；γ 为湿地土壤容重（t/m3）；Hs为湿地土壤厚度（m）；As为湿地土壤面积（m2）。

2.3 湿地植物需水量

植物需水量是指在湿地生态系统中维持植物正常生长所需的水量，主要包括植物本身组织中的含水量和植物蒸散发的水量[9]。湿地植物需水量中的主要部分是蒸散发量，因此，本研究中湿地植物需水量主要计算植物蒸散发量，其计算公式为：

式中，P 为湿地植物需水量（m3）；A 为湿地植被面积（m2）；ET 为湿地植物蒸散发量（m）。

2.4 生物栖息地需水量

湿地生态环境中栖息着多种生物，一般在进行生物栖息地需水量计算时，以湿地类型为基础辨识出关键物种，根据水量正常年份关键物种的分布范围来计算[10]。面对复杂的大尺度区域湿地时，需要引入生物栖息地所需水面积百分比进行简约，得到估算大尺度区域湿地生物栖息地需水量的计算式为：

式中，Q 为大尺度区域湿地生物栖息地需水量（m3）；C 为湿地水面面积百分比（%）；H 为估算水深（m）；A 为大尺度区域湿地的面积（m2）。

3 天津滨海新区湿地生态需水量

为维持湿地生态系统的健康状态，湿地生态需水量应是一个区间范围。本研究分别计算湿地生态系统各类需水量的3 个特征值，即最低生态需水量、最适生态需水量和最高生态需水量，而介于最低生态需水量和最高生态需水量之间范围就是湿地生态需水量的可取值[11]。为便于计算，我们引入相应的速算系数。天津滨海新区湿地总面积为206 600.58 hm2，可分为滨海湿地、沼泽湿地、河流湿地、湖泊湿地和人工湿地5 种类型[12]（表1）。

表1 天津滨海湿地类型统计

3.1 补给地下水需水量

调查发现天津滨海新区湿地土壤的土质较为粘重，计算过程中要考虑到湿地水量变化的季节周期性，各项指标、速算系数和计算结果见表2 和表3。

表2 补给地下水需水量参数

表3 天津滨海新区湿地补给地下水需水量（106 m3）

3.2 湿地土壤需水量

天津滨海新区湿地的土壤类型属沼泽土，各项指标、速算系数和计算结果见表4 和表5。

表4 土壤需水量参数表

表5 天津滨海新区湿地土壤需水量（106 m3）

3.3 湿地植物需水量

天津滨海新区湿地植物需水量的各项指标、速算系数和计算结果见表6 和表7。

表6 植物需水量计算参数表

表7 天津滨海新区湿地植物需水量（106 m3）

3.4 生物栖息地需水量

天津滨海新区湿地生物栖息地需水量的各项指标、速算系数和计算结果见表8 和表9。

表8 生物栖息地需水量计算参数表

表9 天津滨海新区湿地生物栖息地需水量（106 m3）

3.5 湿地生态需水总量

综合以上对天津滨海新区湿地补给地下水需水量、湿地土壤需水量、湿地植物需水量和湿地生物栖息地需水量分别进行的计算结果，可以得出天津滨海新区湿地需水总量（表10）。

4 小结与讨论

在天津滨海新区湿地中，滨海湿地最低需水量为0.87×109～1.35×109m3，最适需水量为2.63×109～3.93×109m3，最高需水量为5.88×109～6.86×109m3；沼泽湿地最低需水量为0.11×109～0.17×109m3，最适需水量为0.33×109～0.49×109m3，最高需水量为0.73×109～0.85×109m3；河流湿地最低需水量为0.13×109～0.20×109m3，最适需水量为0.38×109～0.58×109m3，最高需水量为0.86×109～1.00×109m3；湖泊湿地最低需水量为0.02×109～0.03×109m3，最适需水量为0.07×109～0.11×109m3，最高需水量为0.16×109～0.18×109m3；人工湿地最低需水量为0.65×109～1.02×109m3，最适需水量为1.99×109～2.98×109m3，最高需水量为4.44×109～5.19×109m3。总体上天津滨海新区湿地的最低需水量为1.78×109～2.77×109m3，最适需水量为5.39×109～8.08×109m3，最高需水量为12.07×109～14.09×109m3。