濕地生態補水研究綜述

張珮綸　王浩　雷曉輝　王旭

摘要：隨著對濕地生境保護的日益重視，生態補水成為國內外諸多濕地為防止生態退化而采用的生態恢復方法，其旨在補給濕地生態系統的水資源短缺量，維護濕地系統生境的動態平衡。基于對濕地生態需水量研究方法的總結，闡述了濕地生態需補水量的確定方法，并在此基礎上根據國內濕地與補給水源之間的位置及供需關系，系統歸納了與補給水源不同位置關系的各類型濕地的適宜生態補水方法。總結了國內濕地生態補水保障機制，指出現有濕地生態補水在應用和研究層面存在的問題，提出濕地生態需補水量、濕地生態補水的完整方法體系和模式、濕地生態補水的不確定性分析和多目標決策是今后的研究重點。

關鍵詞：濕地；生態需水；生態補水；生態補償

濕地是水文狀況的調節者，是某種獨特植物區系和動物區系賴以存活的生境，具有重大經濟價值、文化價值和科學價值，一旦完全喪失將不可逆。受城市化進程、氣候變化等因素影響，濕地退化成為全球性現象，其退化特征體現在濕地水文、土壤、植物、動物和環境功能等方面。其中水文條件是濕地退化的特征因子，同時是濕地生物、土壤等其他特征因子的驅動要素，因此在濕地保護和生態功能恢復過程中，改善和恢復其水文條件至關重要。

生態補水在國內最初的實踐為2001年啟動的從嫩江向扎龍濕地應急生態補水和次年啟動的從長江向南四湖應急生態補水，此后全國各地多處濕地將生態補水作為濕地環境恢復的措施，補水對象多為因自然環境變化和人類活動造成缺水而導致生態退化的洪泛沼澤濕地、河口濕地和湖泊型濕地等。本文基于對濕地生態需水量研究的綜述，依據濕地與補給水源的位置關系和水情聯系，系統總結了濕地生態補水策略和保障機制，提出濕地生態補水研究中需要關注的問題，以期為濕地生態修復提供參考。

1濕地生態需水過程

濕地生態補水量的確定在實施濕地生態補水措施中起先導性作用，合理的生態補水量需通過生態需水量來確定。生態需水量是指將生態系統結構和功能維持在一定水平所需的水量，濕地生態需水量要根據生態保護目標來確定。廣義的濕地生態需水量表征濕地生態系統在特定時空尺度下維持生物群落和棲息環境動態平衡所需要的總水量，而面向濕地水生態保護目標的狹義濕地生態需水量，則是指濕地因生態消耗而需要補充的水量。

1.1濕地生態需水特征

濕地生態需水量存在閾值性，對于某一濕地生態系統，其生態需水量存在閾值范圍，若濕地的可利用水量不在該閾值內，則濕地生物群落的自然演替將受到干擾，影響整個濕地生態系統的平衡。同時，濕地生態需水量具有時空變異性，各類型濕地具備其特有的生態目標，為了維系不同生態功能、保護不同物種，各濕地生態系統所需的水量亦不相同。

1.2濕地生態需水量研究方法

濕地生態需水量研究是涉及水文學、濕地科學、環境科學等復合學科的研究，目前的研究方法大多以水量平衡為指導，主要有生態學方法、生態水文分析法和基于遙感的模擬分析法等。

1.2.1生態學方法

根據濕地生態組成和功能，明確濕地的指標性需水要素，將各要素的需水量通過統計學方法整合，得到生態環境需水總量。一般包括植物需水量、生物棲息需水量、濕地土壤需水量、防止鹽水入侵需水量、防止海岸線侵蝕需水量及河口生態環境需水量等。這種以生態學為基礎的計算方法從微觀角度分別對單個要素進行研究，各要素的計算精度較高但相對獨立。由于濕地中各生命表現形態之間通過水循環聯系，因此需水總量的整合計算易出現重復，導致計算精度降低。

1.2.2生態水文分析法

生態水文分析法是從水文與生態的內在聯系出發，通過水文監測數據和生態系統的響應，利用統計分析、水文模型模擬、生物響應模擬等研究方法來確定各生態狀況下對應的生態需水量，多用于生物棲息的觀測資料精度較低的情況。

（1）統計分析法。基于大尺度的時空監測數據明確濕地生態系統與水文要素的內在聯系，利用選定的水文參數計算濕地的生態需水量。根據不同的保護目標及濕地指示物種的棲息要求。選擇不同的水文參數，通常為水位、水面等。因此統計分析法一般為生態水位法和生態水面法：生態水位法適用于地表水水位年際變化幅度易于掌握的濕地，多為湖泊型濕地；生態水面法多用于地勢平緩、面積大、湖泡分散、地表水水位年際變化幅度小、年均水位不具代表性的沼澤濕地。

（2）水文模型法。以濕地保護目標為邊界約束，面向研究區建立以水量平衡方法為指導的水文模型，利用模型解析濕地水位、流速、洪水時長和洪水頻次等水文條件與濕地生態群落演替的聯系，從而得到適宜生態條件下濕地對水文條件及水文過程的要求。

（3）生物響應模擬方法。利用生物對水文過程的敏感性以及對水量需求的閾值性，計算濕地生態環境需水量。如利用典型魚類生活史和淡水輸入量與漁業生產的相關關系、牡蠣產量與淡水輸入過程的響應關系、沉水植物對鹽度的敏感度等確定適宜的生態流量。該方法適用于河口型濕地，是以生物對流量變化的響應為基礎的模型模擬方法。

1.2.3基于遙感的模擬分析法

基于遙感的模擬分析法以濕地水資源總量平衡為指導，應用遙感數據獲取并解析濕地的空間數據，如植被群落、湖泡或沼澤的分布及演替規律等，結合生態水文學的相關要素。模擬建立濕地景觀動態分布與生態需水量之間的聯系。確定濕地適宜景觀分布下維持生態系統穩定的生態水量閾值。

由于各種方法計算得到的生態需水量可能存在較大偏差，因此應對生態需水量計算結果進行合理性分析，并綜合確定最終結果。

2濕地生態補水策略

實現濕地生態補水需要協調區域內水資源時空分布。根據濕地補水時段，結合濕地與天然補給水源及區域外水資源的位置關系和水情聯系選定濕地生態補水策略。

2.1濕地生態需補水量研究方法

濕地生態需補水量的確定是濕地生態補水策略研究的基礎，目前國內有關濕地生態需補水量的定義尚不明確，從實踐中可總結為在特定補水目標下濕地所需的生態水補給量。因此需首先明確補水目標，如維系濕地生態環境現狀、恢復歷史適宜參考時期的濕地生態景觀、保障濕地基本形態或某些具體的指示性目標、保護濕地生物多樣性等。目前國內濕地生態需補水量的研究多基于生態需水等級劃分法開展，跟據上述補水目標將濕地生態需水劃分等級作為生態需補水量計算的邊界條件，并利用補水參照指標，即濕地內表征補水目標的水文或生態指標，如目標水量、目標水位、目標水面、目標生物棲息數量和密度等來量化補水目標，并確定生態需補水量。

2.2補水時段

根據濕地天然補給水源的主汛期、濕地區劃范圍內降水最大月份、濕地生態需水過程中需水量最大時段確定濕地年內缺水時段，將此作為濕地補水起止時間的參考要素。補水時段的確定主要包括干旱識別、補水起止時間的確定和年內補水頻次的確定。各個濕地的補給水源、補給方式和來水條件多樣，區域下墊面條件及氣候條件各不相同，各濕地的缺水成因較復雜，且具有獨特性，因此各濕地干旱的判定依據存在差別。例如，位于黑龍江省齊齊哈爾的扎龍濕地，年內蒸發量集中在5-6月，而區域降水量集中在7-8月，由此導致春季缺水，為滿足扎龍濕地的水量需求，最適宜補水時段應為5-6月。在確定補水時段時還需結合補給水源的區域用水結構來判斷是缺水時段補水還是錯峰補水。我國北方最大的淡水濕地白洋淀由潴瀧河、唐河、府河、漕河、瀑河、萍河、孝義河及北支白溝引河直接入淀。濕地來水條件主要受各河流主汛期調控。根據多年水位實測資料，年最低水位一般出現在6-7月。年最高水位出現在8月到9月上旬，10月到次年6月水位呈降低趨勢，因而有學者將10月1日作為白洋淀的干旱識別時間，結合10月1日水位和上游用水結構確定補水起止時間和補水頻次。

2.3補水策略

補水策略是涉及補水水源、補水線路、補水水量等要素的多目標決策方案。基于濕地與可利用補水水源的位置關系、區域水資源供需矛盾、補水線路的補水能力和資源消耗等條件，考慮上下游關系綜合確定補水策略。

2.3.1洪水資源化利用

洪水資源化利用主要用于典型的洪泛濕地和平原河流泛濫而衍生的尾閭濕地。洪泛濕地作為水陸相互作用的交錯地帶，對河流與陸地之間的水文聯系、水力聯系和生態聯系起著過渡和紐帶作用，其生態完整性依賴于流域內洪水和干旱發生的交替周期。地表水資源的天然來源主要依靠區域降水量和河流的洪泛水量。我國松嫩平原沼澤濕地多為平原河流洪水泛濫衍生而來，向海濕地的補給水源為霍林河來水、額木特河的南股洪水和洮兒河龍華吐分洪的洪水，受強烈蒸發作用影響，區域內無明顯河床，雨季河水漫流于沙丘之間，形成洪泛沼澤濕地。這種主要依賴降水和洪水補給的濕地，其生態多樣性、土壤發育、景觀演替等與區域內天然降水和洪水節律有著緊密的響應關系，此類濕地的適宜補水方式是還原其洪泛效果。這樣。一方面可有效利用洪水資源來恢復濕地生態環境，另一方面可利用濕地的徑流調蓄功能，實現洪水資源化管理與防洪風險控制。由于部分洪泛濕地與可利用補給水源之間不具備永久連通性，因此需借助渠系、河閘等工程予以實現。

2.3.2源頭流域水資源優化配置及調度

相較于洪泛濕地，河口濕地、河流尾閭濕地和吞吐型湖泊濕地與補給水源連通性較好，適宜采用考慮濕地生態需求的全流域水資源優化配置方法，并采用區域水資源統一調度、應急生態調度等手段，實現濕地生態補水與生產、生活用水的統籌兼顧。黑河在我國流域生態水量調度方面首開先河，多次實行“全線閉口，集中下泄”，以保證東居延海的生態水面不萎縮；黃河干流利用“調水調沙”對下游三角洲實施生態補水、補充地下水減緩河口三角洲退化進程；塔里木河先后10次向下游進行生態應急輸水，以防止大西海子水庫以下綠色走廊和湖泊濕地沙漠化。源頭流域水資源優化配置及全流域統一調度是對下游濕地生態保護的一種重要手段，且可以避免人工渠道對自然生境造成的破碎化影響。但有時人類活動影響所造成的不可逆的生境演替會改變濕地與補給水源的時空關系和水情聯系。例如，歷史上扎龍濕地的成因和補給方式皆為嫩江中下游洪水泛濫，由于嫩江下游防洪堤的修建阻斷了嫩江洪水與扎龍濕地的補給關系，因此扎龍濕地成為水量較少的烏裕爾河、雙陽河的尾閭濕地。僅依靠源頭流域水資源優化配置將不能滿足濕地生態恢復的需求。

2.3.3區域外生態調水

上述兩種補水策略對濕地源頭來水在一定時空范圍內的可利用水資源量有較大需求，并且對河床坡降、下墊面條件，以及沿程的氣候條件等水文水力邊界條件有嚴格要求。對于補給水源為水資源可利用量不足、棄水較小的河流，下游河床淤積嚴重、流速較小、演進時間過長的河流，以及沿程滲漏、蒸發耗水量較大的河流，上述兩種方法存在局限性，需要借助渠系工程來實現高效輸水和跨區域生態調水，這種補水策略應對緊急的濕地干旱有較突出的效果。向海濕地曾因嚴重干旱而導致其面積急劇縮小，生態系統遭到嚴重破壞，通過利用已有水利工程從洮兒河流域的察爾森水庫調水，對向海濕地實施了應急補水，有效緩解了干旱氣候條件下濕地面臨的生態退化危機；扎龍濕地天然水源可利用水資源量不足，僅依靠區域內水資源優化配置不能滿足生態保護目標的用水需求，2001年首次采取中部引嫩工程向扎龍濕地應急補水，生境恢復效果顯著。

濕地生態結構復雜、成因多樣化，特別是洪泛形成的濕地大多為多水源補給類型，適用的生態補水方法多樣，并不應局限于單一方法，而應采用多種補水策略相結合的方式，在滿足其生態要求的同時協調區域內各項用水需求。

3濕地補水效果評價

為進一步論證補水策略的合理性并及時進行修正，避免水資源浪費和經濟損失，國內學者對采取的濕地生態補水措施進行了生態補水效益預測分析和生態補水后效分析。

3.1生態補水效益預測分析

生態補水效益預測分析就是利用預測模型，在各個補水預案下，對比分析濕地生態系統的動態變化。如利用景觀模型研究濕地景觀動態變化、地表高程、下沉率，利用地表水一地下水模擬模型研究濕地地下水水位變化、植被類型演替、指示性鳥類數量變化等，預測分析可為濕地生態補水方案的制定提供指導。

3.2濕地生態補水后效分析

補水后效分析方法主要有兩種，一種是基于時空監測數據進行的對比分析方法，另一種是建立指標體系并歸一化定量描述的指標體系定量法。對比分析法基于大尺度的衛星遙感數據和地面監測數據，根據濕地邊界、河道遷移、濕地景觀的變化，以及濕地群落分布的演替和土壤有機質的積累等，分析補水后濕地區域的生態效益。這種方法采用定性與定量相結合的對比分析方式。通過濕地補水后各個保護目標的動態變化來描述濕地補水的效果，為濕地補水方案的修正提供依據。指標體系定量法依據濕地補水的保護目標建立濕地補水后效評價指標體系，通過層次分析、模糊分析、熵值法等統計學方法結合濕地生態補水目標在評價期內的監測數據，定量分析濕地補水的后效性，為濕地補水方案的修正提供參考。

4濕地生態補水保障機制

4.1濕地生態用水保障制度

（1）濕地生態用水立法。我國水資源保護立法主要通過規范水資源開發利用、保持水土、水污染防治等方式保障生態用水。《中華人民共和國水法》規范了江河、湖泊等水域水資源的開發利用，保障了生態用水，《中華人民共和國環境保護法》《中華人民共和國水土保持法》《中華人民共和國水污染防治法》等綜合性或專門性基本法，從不同角度為濕地生態用水提供法律保障。現行的環境資源保護行政法規，如《取水許可和水資源費征收管理條例》，明確提出了“生態環境用水”的概念，賦予濕地生態用水法律地位。

（2）濕地生態用水的政策規定。2016年國務院辦公廳印發的《濕地保護修復制度方案》，提出了濕地保護修復保障機制，并明確了擬建立完善的濕地保護修復制度。國家林業局會同相關部門編制了《全國濕地保護“十三五”實施規劃》，提出積極開展退化濕地的恢復和修復，重點加強水資源調配與管理，合理確定生活、生產和生態用水，確保濕地生態用水需求。

4.2濕地生態補償機制

濕地生態補水實踐中涉及保護者與受益者主體劃分、利益協調等問題時存在矛盾，為解決這一矛盾，在實施濕地生態補水措施的同時，需建立完備的濕地補水生態補償機制，以保障生態補水長效運行。

（1）濕地生態水權。濕地生態水權是分配給濕地生態系統使用水資源的權利，明確濕地生態水權對于濕地生態補償機制具有重要意義。有學者認為生態水權具體表現為維持生態與環境功能所需的水資源量，即生態需水量。結合濕地生態水權與濕地生態需水的聯系，選取適宜的水權計算方法，對區域水權進行合理分配。水權分配方法主要有層次分析法、多目標優化法、模糊評價法、比例分配法等，其中層次分析法較成熟且應用廣泛。干旱內陸河與濕地的水權分配可采用多目標分配方法、模糊多目標優化分配方法，濕潤區河流與濕地的水權分配可采用動態優化方法。

（2）濕地補水的影響對象。我國水資源時空分布不均，部分地區水資源短缺，實施濕地補水策略將對相應區域內的水資源進行重分配，涉及的對象主要有：補給主體，即補給水源流域內因可供分配水資源量減小而使效益損失的區域；受益主體，包括因水源補給而獲得生態效益和間接經濟效益的濕地內部和周邊地區，以及補水線路經由區域，具體的受益主體根據補水方法、補水線路和沿程取水規則判定。

（3）補償主體和方式的確定。補償主體主要有：社會補償主體，即“誰破壞，誰補償”，利用濕地資源獲得收益或因經濟生產等對濕地造成破壞的主體提供補償；自我補償主體，即“誰受益，誰補償”，濕地受到補給后產生相應生態效益及經濟效益的受益主體提供補償；公共補償主體，濕地保護的生態效益有很強的外部性及公益性，對于全國或某一公共區域具有全局性意義，應根據公共資源的受益范圍確定提供補償的公共主體。補償方式一般為財政政策補償、生態征稅補償、市場經濟交易模式。

5結語

綜合國內實踐和研究，已有諸多利用生態補水實施濕地恢復的項目，但在研究層面上，目前濕地補水還未形成完整的方法體系，與之相關的生態需水、生態調度、水資源優化配置、生態評價和生態補償等方面的科研工作涉及領域較多、獨立性較強，各項研究成果在濕地生態補水的研究中未能起到相互支撐作用，降低了科研工作的實際意義。根據國內的研究現狀，筆者從濕地生態補水的理論研究和實踐方面提出以下建議。

（1）提升濕地生態需補水量的理論指導性。基于濕地生態保護的生態需補水量與生態需水量存在本質區別，現階段的需補水量大多是依據濕地生態需水量結合保護目標由決策者或專家利用模糊估計的方法得到的，應當明確基于生態保護目標的濕地生態需補水量的定義和計算方法，為濕地生態補水策略的選定提供理論指導。

（2）完善地面監測系統，加強補水效果的定量研究。現階段濕地生態補水效果的研究方法還不完善，主要受限于地面監測數據的獲取。鑒于濕地是一個復合的、具備較高生境多樣性的復雜生態系統，其生態評價和補水效果評價需要多元的、詳細的監測數據作為支撐，建議針對補水后的濕地建設生態監測站，在定量分析生態補水效果的基礎上及時調整生態補水策略。

（3）建立制定生態補水方案的方法體系。濕地生態補水涉及流域水資源配置、水資源調度、跨流域調水等，現階段的實踐中，采用的濕地補水策略呈現單一化特征，主要原因為制定生態補水方案的方法、流程不完善，缺乏完整的方法體系作為指導。應完善方法體系并將水資源優化配置、水資源調度等模型方法與濕地生態補水相結合，建立考慮濕地生態補水過程的區域水資源管理模型。在此模型方法的基礎上，進一步考慮生態和水文的不確定性，研究濕地生態補水效益和補水量短缺風險，并在上述研究內容的基礎上建立多目標優化補水方法。