2015—2020年潍坊市水源涵养量动态变化研究

肖泱 徐伟红

摘 要：以遥感和地面调查数据为基础，结合生态系统长期监测数据，定量评估潍坊市的水源涵养功能。结果显示：2015—2020年，潍坊市水源涵养量分布呈现明显的空间异质性，水源涵养量较高的区域主要集中在西南部的森林生态系统区域和北部的湿地生态系统区域；2015—2020年，潍坊市水源涵养量呈现先增长后下降的趋势，在2015—2019年期间，潍坊市总水源涵养量一直处于上升状态，土壤涵养水源、调节地表径流的能力在逐渐增强，但在2020年，受气候等因素影响，潍坊市总水源涵养量出现了较大幅度的下降，基本恢复到了2015年的水平。

关键词：生态系统；水源涵养量；遥感监测；动态变化；潍坊市

中图分类号：X824文献标志码：A文章编号：1673-9655（2023）02-0-08

0 引言

生态环境的健康发展与安全评估研究已经成为国内外研究的热点，科学合理地对一个国家或地区的生态环境进行评估，不仅可以理清生态环境状况，也可以找到生态环境发生变化的主要原因，对该国家或地区制定区域生态环境保护与恢复政策有着积极意义。生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[1]。

水源涵养是指生态系统通过其结构和过程拦截滞蓄降水，增强土壤下渗，涵养土壤水分和补充地下水，调节河川流量，增加可利用水资源量的功能。水源涵养作为其提供的众多服务之一，是水资源可持续利用的保障。通过植被及土壤将降水拦蓄、吸收、积蓄在系统内，具有抑制蒸发、调节径流、净化水质等功能[2]。

本文以遥感和地面调查数据为基础，结合生态系统长期监测数据，定量评估生态系统的水源涵养功能，分析其空间格局和变化情况以便了解生态系统服务功能的变化趋势[3，4]。

1 研究区概况与数据来源

潍坊市位于山东半岛西部，居半岛城市群中心位置，地跨东经118°10′～120°01′，北纬35°41′～37°26′，东与青岛、烟台两市连接，西邻淄博、东营两市，南连临沂、日照两市，北濒渤海莱州湾。潍坊市域属北温带季风区，背陆面海。受欧亚大陆和太平洋的共同影响，大陆度在50%以上，是暖温带季风型半湿润大陆性气候。潍坊市地表水系主要有6条，即潍河、弥河、白浪河、南胶莱河、北胶莱河及淄河，其他数百条河流及溪流，均系上述主要河流的支流，过境河流只有小清河。由于受自然条件的限制，地表径流主要来自大气降水。

水源涵养量评价的数据源主要包括潍坊市2015—2020年生态系统类型与分布遥感解译数据；地表参量，包括植被覆盖度、生物量、蒸散发量等；基础地理数据和气象观测数据，并综合运用生态系统的长期监测数据，以及有关生物多样性、水土保持、生态水文等学术文献数据。数据种类与数据来源见表1，部分数据直接从气象站点、网站下载和样方调查获取，部分数据由遥感数据反演计算得到[5]。

2 评估方法

生态系统通过拦截滞蓄降水，增强土壤下渗、蓄积，涵养土壤水分、调节地表径流和补充地下水所增加的水资源总量，即为生态系统水源涵养量[6]。图1为生态系统水源涵养量的反演流程图，指标反演的主要源数据包括降雨量数据、MOD16产品数据以及生态系统解译结果数据。

通过水量平衡方程计算：

式中：Qwr—水源涵养量，m3/a；Pi—产流降雨量，mm/a；Ri—地表径流量，mm/a；ETi—蒸散发量，mm/a；Ai—i类生态系统的面积，m2；i—第i类生态系统类型；n—生态系统类型总数。

3 结果与讨论

3.1 水源涵养量主要影响因子分析

3.1.1 产流降雨量

产流降雨量是指能够产生径流的最小降雨量。2015—2020年，潍坊市产流降雨量的分布呈现出明显的地域差异性，部分地区的产流降雨量年际变化较明显。其中，2015年、2016年、2017年和2019年潍坊市的产流降雨量相对偏低，大部分地区处于中等偏低水平，产流降雨量较高的区域主要集中在西部和南部地区，产流降雨量可达到600～700 mm。而其余地区的产流降雨量则偏低，大部分地区的产流降雨量不足600 mm。

在2018和2020年，受大范围降水的影响，潍坊市整体的产流降雨量有明显升高，全市大部分地区的产流降雨量处在中等偏高水平。其中2018年产流降雨量较高的地区集中在中部的濰坊市中心附近和西南部地区，最高产流降雨量可达到919 mm；而2020年产流降雨量较高的地区则主要集中在东南部地区，全市产流降雨量总体呈现自西北至东南逐渐升高的变化趋势，部分地区产流降雨量最高可达到1067 mm。2015—2020年产流降雨量分布见图2。

2015—2020年，潍坊市平均产流降雨量的年际差异较大，在2017年和2019年出现了明显的下降趋势，但在2018年和2020年又上升到较高水平。其中，2020年平均产流降雨量达到最高，为845.9 mm。2015年以来潍坊市平均产流降雨量变化趋势详情见图3。

依据2020年与2015年产流降雨量变化量，将变化程度分为轻微增加和显著增加两个等级，并未出现产流降雨量减少的现象。相较于2015年，2020年潍坊市产流降雨量轻微增加的区域主要集中在西部地区，其余地区产流降雨量均显著增加。详情见图4。

3.1.2 地表径流量

地表径流量指的是降水或融雪强度一旦超过下渗强度，超过的水量可能暂时留于地表，当地表贮留量达到一定限度时，即向低处流动，成为地表水而汇入溪流的水量。地表径流量由降雨量乘以地表径流系数获得。地表径流系数是指地表径流量（mm）与降雨量的比值，在一定程度上反应了生态系统水源涵养的能力。地表径流系数通过查阅文献资料获得，主要包括公开发表的文献和出版专著上的关于各类型生态系统径流小区的降水、地表径流数据（表1）。

2015—2020年，潍坊市地表径流量的分布存在明显的空间异质性，潍坊市西南部地区以森林生态系统类型为主，土壤吸收水分的能力较强，因而地表径流量较低。其余地区地表径流量处在中等偏高水平，尤其是在各县市政府驻地附近，由于城镇化建设程度较高，地表不透水面面积较大，地表径流量也随之升高。

其中，2015年、2016年、2017年和2019年大部分地区地表径流量适中，处在400～500 mm范围，部分城镇生态系统附近产流降雨量超过500 mm。

在2018年和2020年，受大范围降水的影响，潍坊市整体的地表徑流量在数值上有明显升高，但分布特征与其余年份基本保持一致，仅有西南部森林生态系统区域内地表径流量处在较低水平。2015—2020年潍坊市地表径流量的分布详情见图5。

2015—2020年潍坊市平均地表径流量年际变化明显，在2016年、2018年和2020年，总地表径流量较上一年有了明显增长，而2017年和2019年相较上一年则有了一定幅度的下降。其中，2020年潍坊市平均地表径流量达到最高值，为554.7 mm。2015—2020年潍坊市逐年平均地表径流量详情见图6。

依据2020年与2015年地表径流量变化量，将变化程度分为轻微增加和显著增加两个等级，并未出现地表径流量减少的现象。可以看出相较于2015年，2020年地表径流量显著增加的地区主要集中在潍坊市的中东部地区，其余区域地表径流量增加幅度较小。详情见图7。

3.1.3 蒸散发量

蒸散发量是指农田土壤蒸发和植物蒸腾的总耗水量。

2015—2020年期间，潍坊市蒸散发量的分布存在明显的空间异质性，总体呈现出中部和西北部地区较低，其余地区相对较高的分布态势。西南部森林生态系统区域蒸散发量常年保持在较高水平，除2020年蒸散发量均在500 mm左右，在2018年部分区域达到1654.4 mm，为近6年来的最高值。

其中，2018年潍坊市全市的蒸散发量较其他年份有明显升高，全市除中西部少部分地区的蒸散发量较低外，其余大部分区域的蒸散发量处在450 mm以上，尤其是在潍坊市西南部和东南部，部分区域的蒸散发量超过1000 mm。而2020年全市的蒸散发量明显偏低，高值区域分布较少且相对零散，蒸散发量的最高值仅有750.7 mm。2015—2020年潍坊市蒸散发量分布详情见图8。

2015—2020年期间，潍坊市平均蒸散发量呈现先增长后下降的趋势。在2015—2018年平均蒸散发量逐年升高，而在2018年后则逐渐减少。其中，2018年潍坊市平均蒸散发量最高，达到了499.7 mm；2020年潍坊市平均蒸散发量最低，仅有360.4 mm。2015年以来潍坊市平均蒸散发量变化趋势详情见图9。

依据2020年与2015年蒸散发量变化量，将变化程度分为显著减少、轻微减少、轻微增加和显著增加四个等级。可以看出相较于2015年，2020年潍坊市大部分区域的蒸散发量呈现轻微减少的变化趋势，显著减少的区域面积较小且分布零散，蒸散发量增加的区域主要集中在西南部和北部的少量地区。详情见图10。

3.2 水源涵养量变化分析

自2015年以来，潍坊市水源涵养量的分布呈现出明显的区域差异性，水源涵养量较高的区域主要集中在潍坊市西南部的森林生态系统区域和北部的湿地生态系统区域，部分地区最高水源涵养量达到9.1×1010 m3/a，为近6年来的最高值。此外，在其他地区也零散分布有少量水源涵养量较高的区域。总体看来，潍坊市大部分地区的水源涵养量较低，土壤涵养水分、调节地表径流的能力不强。2015—2020年潍坊市生态系统服务功能水源涵养量分布详情见图11。

2015—2019年期间，潍坊市总水源涵养量一直处于上升状态，土壤涵养水源、调节地表径流的能力在逐渐增强。2015年潍坊市总水源涵养量较低，仅为1.3×1016 m3/a；增长至2019年，潍坊市总水源涵养量达到7.6×1016 m3/a。2015—2016年变化速度最快，增长幅度达到114.8 %；2016—2018年间，变化速度稍有放缓，增长幅度在50%左右，到2018—2019年间，增长幅度仅为16.2%。在2020年，受气候等因素影响，潍坊市总水源涵养量出现了较大幅度的下降，仅为1.6×1016 m3/a。2015—2020年潍坊市总水源涵养量变化趋势详情见图12。

将2020年与2015年水源涵养量变化程度分级，依据变化量将变化程度分为显著减少、轻微减少、轻微增加和显著增加四个等级。由图中可以看出，相较于2015年，2020年潍坊市水源涵养量显著减少的区域主要集中在北部的湿地生态系统区域，其余大部分地区的水源涵养量均有不同程度的增加，尤其以西南部的森林生态系统区域增加最为明显。2015—2020年潍坊市水源涵养量变化程度分布详情见图13。

4 结论

2015—2020年，潍坊市水源涵养量呈现先增长后下降的趋势，在2015—2019年期间，潍坊市总水源涵养量一直处于上升状态，土壤涵养水源、调节地表径流的能力在逐渐增强，到2019年，潍坊市总水源涵养量达到7.6×1016 m3/a，增长幅度达485%。但在2020年，受气候等因素影响，潍坊市总水源涵养量出现了较大幅度的下降，仅为1.6×1016 m3/a，基本恢复到了2015年的水平。

2015—2020年，潍坊市水源涵养量分布呈现明显的空间异质性。水源涵养量较高的区域主要集中在潍坊市西南部的森林生态系统区域和北部的湿地生态系统区域，其他地区也零散分布有少量水源涵养量较高的区域。

参考文献：

[1] 欧阳志云， 王如松， 赵景柱. 生态系统服务功能及其生态经济价值评价[J]. 应用生态学报， 1999（5）：635-640.

[2] 吕一河， 胡健， 孙飞翔， 等. 水源涵养与水文调节和而不同的陆地生态系统水文服务[J]. 生态学报， 2015， 35（15）：5191-5196.

[3] 肖泱， 吕洪德. 潍坊市生态环境状况动态变化研究[J]. 环境科学与管理， 2017， 42（14）：156-159.

[4] 呂洪德， 肖泱. 临朐县生态环境状况动态变化研究[J]. 中国环境管理干部学院学报， 2016， 26（6）：63-65.

[5] 李莹莹， 马晓双， 吴鹏海. 水源涵养量多源遥感反演及时空变化分析[J]. 甘肃农业大学学报， 2020， 55（4）：104-111.

[6] 吕乐婷， 李青， 杨勇. 辽宁省2001—2020年水源涵养量变化及其影响因素[J]. 水土保持通报， 2022， 44（1）：290-296.

Abstract： Based on RS and ground-based survey data， combined with long-term monitoring data of the ecosystem， the water conservation function of Weifang was assessed quantitatively. The results showed that from 2015 to 2020， there was significant spatial heterogeneity in the distribution of water conservation in the region. Water conservation in Weifang increased first and then declined from 2015 to 2020， with the highest levels of water conservation occurring in the forest ecosystems in the southwest and wetland ecosystems in the north. During 2015—2019， total water conservation in Weifang has been on the rise， and the ability of soil to conserve water and regulate surface runoff has been gradually enhanced. However， in 2020， due to climate and other factors， total water conservation in Weifang decreased considerably， which was basically back to 2015 level.

Key words： ecological system; water conservation; remote sensing monitor; dynamic changes; Weifang