生態功能法在計算濕地生態需水量中的應用——以天津濱海新區濕地為例

劉俊威，呂惠進

（浙江師范大學地理與環境科學學院，浙江 金華321004）

濕地是水體與陸地之間的自然過渡地帶，有著重要的生態功能。但近年來區域氣候變化和人類活動的影響使得我國許多地區的濕地面臨干涸的危機，濕地生態系統的結構和功能受到威脅[1-4]。探究濕地的生態需水量與區域水資源合理配置的關系，成為研究與保護濕地生態系統功能的重要問題。

1 濕地生態需水量

濕地生態需水量是指濕地為維持自身發展過程和保持基本生態功能的發揮所需要的水量，是為解決濕地生態問題及實現濕地保護管理目標所需要的水量。濕地生態需水量主要包括濕地植被需水量、滿足蒸發需水量、濕地土壤需水量、濕地動物需水量、野生生物棲息地需水量和景觀建設需水量[5]。水對濕地生態系統來說非常重要，濕地生態保護的首要原則是優先保障濕地的生態需水。在一些濕地區，由于對生態環境與水資源利用的關系認識不足，沒有把濕地生態需水量列入水資源配置方案中，導致生態用水被大量擠占，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需水是保護濕地生態環境和實現區域可持續發展的重要工作。

2 濕地生態需水量的計算方法

研究采用生態功能法[6]對天津濱海新區濕地的生態需水量進行計算。該計算方法是在維持濕地正常的生態功能的情況下，將濕地生態系統各項基本功能的用水需求疊加而得到生態需水量。天津濱海新區濕地生態系統的功能性需水主要包括補給地下水、濕地土壤需水、濕地植物需水和生物棲息地需水，計算方法分別如下。

2.1 補給地下水需水量

地下水和地表水之間彼此連通、相互補充，充足的地下水能夠使濕地生態需水得到不斷供應，濕地生態系統補給地下水主要通過地表水下滲過程，所需水量可用達西公式[7]計算：

式中，G 為補給地下水所需水量（m3）；K 為濕地土壤滲透系數（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 為濕地下滲過程的時長（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雜性，計算土壤需水量的主要依據是濕地土壤含水量，通常會用到田間持水量和飽和持水量兩個與土壤性質有關的參數[8]。濕地土壤需水量的計算公式為：

式中，S 為濕地生態系統的土壤需水量（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系統中維持植物正常生長所需的水量，主要包括植物本身組織中的含水量和植物蒸散發的水量[9]。濕地植物需水量中的主要部分是蒸散發量，因此，本研究中濕地植物需水量主要計算植物蒸散發量，其計算公式為：

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

2.4 生物棲息地需水量

濕地生態環境中棲息著多種生物，一般在進行生物棲息地需水量計算時，以濕地類型為基礎辨識出關鍵物種，根據水量正常年份關鍵物種的分布范圍來計算[10]。面對復雜的大尺度區域濕地時，需要引入生物棲息地所需水面積百分比進行簡約，得到估算大尺度區域濕地生物棲息地需水量的計算式為：

式中，Q 為大尺度區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 為大尺度區域濕地的面積（m2）。

3 天津濱海新區濕地生態需水量

為維持濕地生態系統的健康狀態，濕地生態需水量應是一個區間范圍。本研究分別計算濕地生態系統各類需水量的3 個特征值，即最低生態需水量、最適生態需水量和最高生態需水量，而介于最低生態需水量和最高生態需水量之間范圍就是濕地生態需水量的可取值[11]。為便于計算，我們引入相應的速算系數。天津濱海新區濕地總面積為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 天津濱海濕地類型統計

3.1 補給地下水需水量

調查發現天津濱海新區濕地土壤的土質較為粘重，計算過程中要考慮到濕地水量變化的季節周期性，各項指標、速算系數和計算結果見表2 和表3。

表2 補給地下水需水量參數

表3 天津濱海新區濕地補給地下水需水量 （106 m3）

3.2 濕地土壤需水量

天津濱海新區濕地的土壤類型屬沼澤土，各項指標、速算系數和計算結果見表4 和表5。

表4 土壤需水量參數表

表5 天津濱海新區濕地土壤需水量 （106 m3）

3.3 濕地植物需水量

天津濱海新區濕地植物需水量的各項指標、速算系數和計算結果見表6 和表7。

表6 植物需水量計算參數表

表7 天津濱海新區濕地植物需水量 （106 m3）

3.4 生物棲息地需水量

天津濱海新區濕地生物棲息地需水量的各項指標、速算系數和計算結果見表8 和表9。

表8 生物棲息地需水量計算參數表

表9 天津濱海新區濕地生物棲息地需水量 （106 m3）

3.5 濕地生態需水總量

綜合以上對天津濱海新區濕地補給地下水需水量、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行的計算結果，可以得出天津濱海新區濕地需水總量（表10）。

4 小結與討論

在天津濱海新區濕地中，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。總體上天津濱海新區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 天津濱海新區濕地需水量 （106 m3）

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