（环境科学专业论文）双台子河口湿地生态水文模拟与调控.pdf

双台子河口湿地生态水文模拟与调控 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 笙黪 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含未获得 ( 逵；：翅遗直基丝盂塞挂剔直明的：奎 拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：弓够蕊 签字日期：冽矿年6 月侈日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关 部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文 数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：弓长唐 导师签字： 签字日期：9 0 l o 年占月膨日签字日期：为届年月吗日 双台子河口湿地生态水文模拟与调控 摘要 双台子河口湿地位于辽宁省盘锦市境内，是我国最大的滨海芦苇沼泽区，在调节气候、 涵养水源、净化水体、减轻污染以及维持区域生态系统水盐、水热和水沙平衡等方面具有重 要作用。然而，在全球气候变化和人类活动的影响下，河口湿地生态水文过程发生深刻变革， 湿地生态水文格局紊乱，导致湿地面积锐减，生态用水不足，水质恶化，土壤盐渍化加剧， 海水倒灌等问题，从而制约整个流域人类社会可持续发展。为维持流域平稳发展，对湿地进 行合理修复与保护，本文将双台子河口湿地纳入流域范围进行分析，研究了变化环境下基于 生态水文模拟的河口湿地生态水文调控方案，主要研究成果如下： ( 1 ) 在归纳总结国内外湿地生态水文耦合模拟的基础上，构建了流域尺度湿地生态水 文模拟的技术框架和模拟策略，并以d g v m ( 动态全球植被模型) 、w e p ( 分布式流域水文 模型) 和s i b 2 ( 简单生物圈模型) 为基础，依据实际需求，选取相应的生态模块，水文模块 以及能量模块，通过进行不同时空尺度耦合嵌套，构建了统一物理机制下的生态水文耦合模 拟平台。 ( 2 ) 以生态水文模拟平台为技术支撑，结合使用遥感和地理信息技术，将双台子河口 湿地纳入流域范围进行分析，建立了流域基础信息数据库，进行了模型输入文件的格式化处 理，模型运行及调试，模型校验等。模拟结果的相对误差均控制在1 0 以内，相关系数达到 0 7 6 以上，n a s h 系数除东白城子站验证期为0 5 7 外，其余校验期均达到0 7 以上，模拟精度 基本满足要求。 ( 3 ) 通过对长序列1 9 8 1 - 2 0 0 5 年的生态水文过程进行历史还原模拟，分析了双台子河口 湿地生态水文演变特征，结果表明：湿地生态用地面积在7 8 3 9 2 5 万h a 的范围内变化，其 中1 9 8 6 2 0 0 0 年为湿地退化期，面积减少了1 4 2 万h a ，2 0 0 0 - 2 0 0 5 年为人为修复期，面积增 加了0 0 4 万h a ；19 8 1 2 0 0 5 年湿地集水区各生态水文要素( 叶面积指数、降水、蒸散发、渗 漏、径流深和天然补水量) 年际变化均呈减少趋势，年内变化呈单峰曲线；湿地集水区多年 平均天然补水量为6 3 5 亿m 3 a ，其中丰水年为8 3 2 亿m 3 a 、平水年为6 2 1 亿m 3 a 、枯水年 为4 7 0 亿m 3 a 。 ( 4 ) 依据湿地集水区生态水文演变特征，结合区域生态保护定位，确定湿地生态用地构 成，考虑不同情况下的规模满足程度，提出适宜区、规划区以及最小区的生态用地面积分别 为9 2 5 万h a 、9 3 3 万h a 和7 7 2 万h a ；生态需水量分别为3 4 6 1 8 7 7 亿m 3 a 、3 8 9 2 1 1 3 亿 m 引a 和3 9 2 2 1 3 4 亿m 3 a 。湿地生态用水供需分析结果表明：丰水年水量充足，基本可以满 足生态需水要求；平水年尚可满足最小区的最低生态需水要求；枯水年生态缺水严重，生态 补给量为1 1 5 3 9 0 亿m 3 a 。采取相应生态补水调控措施，可满足湿地生态需水要求。 关键词：双台子河口湿地；生态水文耦合模拟；演变规律；生态水文调控 e c o h y d r o l o g i c a ls i m u l a t i o na n dr e g u l a t i o ni ns h u a n g t a i z i e s t u a r i n , 1 。1 t l a n d u a r l u ew e t l a n d a b s t r a c t s h u a n g t a i z ie s t u a r i n ew e t l a n d ，l o c a t e di np a n ji nc i t yi n l i a o n i n gp r o v i n c e ，i st h el a r g e s t c o a s t a lr e e dm a r s hz o n ei nc h i n a ，w h i c hh a sp l a y e di m p o r t a n tr o l e si nr e g u l a t i n gr e g i o n a lc l i m a t e ， s t o r i n gf l o o dw a t e r , p u r i f y i n gw a t e rb o d y , r e d u c i n gp o l l u t i o na n dm a i n t a i n i n gw a t e r - s a l tb a l a n c e w a t e r - h e a tb a l a n c ea n dw a t e r - s e d i m e n tb a l a n c ei nr e g i o n a le c o s y s t e m h o w e v e r , w i t ht h ei m p a c to f g l o b a lc l i m a t ec h a n g ea n dh u m a na c t i v i t i e s ，t h ee c o h y d r o l o g i c a lp r o c e s s e so fe s t u a r i n ew e t l a n dh a u s c h a n g e dd r a m a t i c a l l ya n dt h ee c o h y d r o l o g i c a lp a t t e mh a sb e e nd i s t u r b e d ，r e s u l t i n gi nw e t l a n da r e a s r e d u c i n g ，e c o l o g i c a lw a t e rs c a r c i t y , w a t e rq u a l i t yd e g r a d a t i o n ，s o i ls a l i n i z a t i o n ，s e a w a t e ri n t m s i o n a n ds oo n ，w h i c hc o n s t r a i nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fh u m a ns o c i e t yi nt h ew h o l eb a s i n i n o r d e rt om a i n t a i nas m o o t hd e v e l o p m e n to ft h eb a s i n ，p r o t e c ta n dr e s t o r ew e t l a n d ，t h e p a p e rs t u d i e s e c o h y d r o l o g i c a lr e g u l a t i o nb a s e do ne c o h y d r o l o g i c a ls i m u l a t i o no fe s t u a r i n ew e t l a l l du n d e rt h e c h a n g i n ge n v i r o n m e n ta n dt h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ew a t e r s h e da n dw e t l a n de c o h y d r o l o g i c a lm o d e l i n g t e c h n o l o g yf r a m e w o r ka n d s i m u l a t i o ns t r a t e g ya r ec o n s t r u c t e db a s e do nt h ec o n c l u s i o na n ds u m m a r i z a t i o n a c c o r d i n gt ot h e a c t u a ld e m a n d ，t h ea p p r o p r i a t em o d u l ea r es e l e c t e db a s e do nd g v m ( d y n a m i c g l o b a lv e g e t a t i o n m o d e l ) ，w e p ( d i s t r i b u t e dh y d r o l o g i c a lm o d e l ) a n ds i b 2 ( a s i m p l eb i o s p h e r em o d e i ，v e r 2 ) ，a n d t h ee c o h y d r o l o g i c a ls i m u l a t i o np l a t f o r mi sb u i l to nt h eu n i f i e dp h y s i c a lm e c h a n i s m b yc o u p l i n gt h e d i f f e r e n ts p a t i a la n d t e m p o r a ls c a l e s ( 2 ) t h ew a t e r s h e d - b a s e di n f o r m a t i o nd a t a b a s e t e c h n i c a l l ys u p p o r t e db ye c o h y d r o l o g i c a l s i m u l a t i o np l a t f o r m ，c o m b i n e dw i t hr e m o t es e n s i n ga n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , w a s e s t a b l i s h e da n de x p e r i e n c e db yf o r m a t i n gt h ei n p u tf i l e ，r u n n i n g ，d e b u g g i n ga n dc h e c k i n g t h e s i m u l a t i o nr e s u l t so ft h er e l a t i v ee r r o r sw e r ec o n t r o l l e dw i t h i n 10 ，t h ec o r r e l a t i o nc o e m c i e m s w e r e0 7 6o ra b o v e ，n a s hc o e f f i c i e n t sa r e0 7 o ra b o v ee x c e p tt h ed o n g b a i c h e n g z is t a t i o ni n v e r i f i e dp e r i o do f 0 5 7 ，b a s i c a l l ym e e tt h er e q u i r e m e n t s ( 3 ) t h r o u g ht h ee c o - h y d r o l o g i c a ls i m u l a t i o nf r o m19 81t o2 0 0 5i ns h u a n g t a i z ie s t u a r i n e w e t l a n d ，t h ee c o h y d r o l o g i c a le v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa r ea n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h e c h a n g er a n g e o fw e t l a n de c o l o g i c a ll a n di s7 8 ，3 0 0 - 9 2 ，5 0 0h a ，a n dt h ea r e a sd u r i n gt h ed e g r a d a t i o n p e r i o df r o my e a r19 8 6t o2 0 0 0d e c r e a s e db y14 ，2 0 0h aw h i l ei n c r e a s e db y4 0 0h ai nr e s t o r a t i o n p e r i o df r o my e a r2 0 0 0t o2 0 0 5 t h ea n n u a lv a r i a t i o no fe c o h y d r o l o g i c a le l e m e n t s ( 1 e a fa r e ai n d e x ， p r e c i p i t a t i o n ，e v a p o t r a n s p i r a t i o n ，r u n o f fd e p t ha n dn a t u r a ls u p p l yw a t e r ) s h o w sad e c r e a s i n gt r e n d a n dt h ei n t r a a n n u a lv a r i a t i o ns h o w e das i n g l ep e a kc u r v e t h ea n n u a la v e r a g en a t u r a ls u p p l e m e n t w a t e ro ft h ew e t l a n dc a t c h m e n ti s6 3 5b i l l i o nc u b i cm e t e r sp e ry e a r , 8 3 2b i l l i o nc u b i cm e t e r sp e r y e a ri nt h ew e ty e a r , 6 2 1b i l l i o nc u b i cm e t e r sp e ry e a ri nn o r m a ly e a r , a n d4 7 0b i l l i o nc u b i cm e t e r s p e ry e a ri nt h el o w f l o w y e a r ( 4 ) p u r s u a n tt o t h ee c o h y d r o l o g i c a le v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，c o m b i n e dw i t ht h er e g i o n a l e c o l o g i c a lp r o t e c t i o np o s i t i o n i n g ，d e t e r m i n et h es i z eo fw e t l a n ds i t e su n d e rd i f f e r e n t s a t i s f a c t i o n s c a l e sa n dm a k et h ea p p r o p r i a t ea r e a , p l a n n i n ga r e aa n dt h em o s tr e s i d e n t i a la r e ao fe c o l o g i c a ls i t e s w e r e9 2 ，5 0 0h a ，9 3 ，3 0 0h aa n d7 7 ，2 0 0h a ，r e s p e c t i v e l y ；t h ee c o l o g i c a lw a t e rd e m a n dw e r e3 4 6 1 8 7 7b i l l i o nc u b i cm e t e r sp e ry e a r , 3 8 9 2 1 1 3b i l l i o nc u b i cm e t e r sp e ry e a ra n d3 9 2 2 1 3 4 b i l l i o nc u b i cm e t e r sp e ry e a r t h ew a t e rs u p p l ya n dd e m a n da n a l y s i ss h o w e dt h a t ：t h ew a t e rv o l u m e i sa d e q u a t ei nw e ty e a r s ，w h i c hc a nm e e tt h ee c o l o g i c a lw a t e rd e m a n d ；t h ew a t e rv o l u m ei nn o r m a l y e a rc a nm e e tt h em i n i m u me c o l o g i c a lw a t e rd e m a n d ；i nt h el o wf l o wy e a r s e c o l o g i c a lw a t e r s h o r t a g e si ss e r i o u s ，e c o - s u p p l yc a p a c i t yi s 1 15 - 3 9 0b i l l i o nc u b i cm e t e r sp e ry e a r t h ee c o l o g i c a l w a t e rd e m a n dc a nb em e e ta f t e rt h ea p p r o p r i a t ee c o l o g i c a ls u p p l e m e n tr e g u l a t i o nm e a s u r e s k e yw o r d s ：s h u a n g t a i z ie s t u a r i n ew e t l a n d ；e c o h y d r o l o g i c a lc o u p l i n gs i m u l a t i o n ；e v o l u t i o n l a w ；e e o h y d r o l o g i c a lr e g u l a t i o n 目录 1 绪 仑1 1 1 选题的背景、目的和意义一1 1 2 国内外研究现状及发展趋势2 1 2 1 河口湿地生态水文研究现状2 1 2 2 河口湿地生态水文耦合模拟进展3 1 2 3 湿地生态水文调控4 1 2 4 未来发展方向暨关键研究命题。5 1 3 研究内容与技术路线一6 1 3 1 研究内容6 1 3 2 技术路线。：6 1 4 论文创新点8 1 5 本章小结8 2 研究区概况及主要生态环境问题9 2 1 双台子河口湿地基本概况9 2 1 1 研究区范围界定9 2 1 2 研究区自然地理概况1 0 2 1 3 社会经济概况13 2 2 研究区主要生态环境问题识别及成因1 3 2 2 1 湿地面积减少1 3 2 2 2 径流量减小1 4 2 2 3 水环境恶化1 4 2 2 4 盐渍化15 2 2 5 海水倒灌1 5 2 2 6 成因分析l5 2 3 本章小结1 7 3 河口区生态水文耦合模拟平台构建1 8 3 1 模型需求分析l8 3 1 1 历史仿真模拟功能18 3 1 2 驱动机制识别功能1 8 3 1 3 演变态势预测功能1 8 3 2 建模的总体思路及框架1 8 3 2 1 建模策略18 3 2 2 模型结构2 1 3 3 要素过程模拟“2 2 3 3 1 生态要素过程模拟2 2 3 3 2 水文要素过程模拟2 8 3 3 3 能量要素过程模拟3 6 3 4 本章小结3 8 4 双台子河口区生态水文过程模拟3 9 4 1 数据来源及数据采集3 9 4 2 模型输入及参数化处理3 9 4 2 1 高程生成与修正3 9 4 2 2 高程为基础的数据生成4 0 4 2 3 河网编码4 0 4 2 4 汇流计算顺序4 1 4 2 5 子流域划分与测站对应的集水区4 1 4 2 6 土壤参数4 2 4 2 7 土地利用参数4 3 4 2 8 植被数据参数4 3 4 2 9 其它参数4 5 4 3 模型校验4 7 4 4 本章小结4 8 5 双台子河口区生态水文演变特征及相互作用关系4 9 5 1 生态用地演变特征4 9 5 2 生态水文过程演变特征5 0 5 2 1 湿地集水区生态演变特征5 0 5 2 2 湿地集水区水文演变特征5 l 5 3 生态水文要素相关关系5 7 5 4 情景模拟6 0 5 5 本章小结6 2 6 双台子河口湿地生态保护目标及调控对策6 3 6 1 生态保护目标的确定6 3 6 1 1 用地构成6 3 6 1 2 生态需水6 4 6 2 调控对策6 6 6 2 1 工程调水6 6 6 2 2 非工程措施6 6 6 3 本章小结一6 8 7 结论与展望6 9 7 1 结论6 9 7 1 1 统一物理机制下的河口湿地生态水文模拟平台6 9 7 1 2 河口湿地集水区生态水文演变规律及相关关系6 9 7 1 3 双台子河口湿地生态保护目标6 9 7 1 4 双台子河口湿地生态水文调控6 9 7 2 问题与展望7 0 7 2 1 生态水文模拟平台的完善7 0 7 2 2 生态水文相互影响机制分析7 0 7 2 3 基于变化环境下的生态水文调控7 1 参考文献7 1 致谢7 5 个人简历7 5 发表学术论文7 5 双台了河u 湿地生态水文模拟与调控 1 绪论 1 1 选题的背景、目的和意义 河口湿地生态系统位于海陆交错带，属于滨海湿地系统，具有丰富的水资源，较高的生 物多样性和优越的区位条件，在调节气候、涵养水源、调蓄洪水、净化环境等方面起重要作 用川。然而近年来，受全球气候变化和人类活动影响，河1 ：3 湿地生态水文格局发生改变，导 致河口湿地出现不同程度的退化，一方面在全球变暖的大背景下，气温升高，蒸发增强，径 流量减少，河口湿地水文要素特征发生改变，影响湿地生态过程，导致湿地生态水文格局紊 乱，造成湿地退化；另一方面流域水土资源开发，污染物排放，导致下游湿地面积减少，生 态用水不足，影响河口湿地生态系统内部的生态、水文过程，造成河口湿地退化。河口湿地 退化直接影响整个河口地区及其邻近海域生物的生存环境，威胁人类社会生存与发展。随着 人类对河口湿地生态环境功能认识的不断深入，河口湿地生态系统恢复与重建己成为国际上 众多学者共同关注的热门研究领域【2 卅。 河口湿地生态水文格局紊乱是河口湿地退化最主要的原因，生态过程、水文过程以及要 素过程间的相互作用共同影响着生态水文格局的形成与演化，剖析河口湿地生态水文演变规 律及相互作用关系是维护生态水文格局和谐发展的基础和关键。目前对于河口湿地生态水文 过程的研究尚处于探索阶段，要对河口湿地生态水文演变和相互作用关系机理进行深层次剖 析，需要建立生态水文耦合模拟平台，对其进行系统分析，因此，通过构建基于统一物理机 制下的生态水文耦合模型进行分析，并且针对河口湿地生态环境保护的实践需求，提出可行 的河口湿地生态水文安全调控措施，成为河口湿地生态水文和谐发展、生态环境保护以及生 态系统恢复与保护的重要研究思路和方法。 双台子河口湿地位于辽河三角洲，有世界第二、亚洲第一大的滨海芦苇湿地和我国著名 的风景旅游地红海滩，是我国重要的珍禽鸟类栖息地和国家级自然保护区，在调节区域 气候、滞蓄洪水、净化水质、保持水盐平衡等方面具有重要作用。然而，受自然因素和人类 活动影响，双台子河口湿地出现面积减少、生态用水不足、水质恶化、土壤盐渍化加剧、生 物多样性减少、生态功能明显下降等问题，并将随着未来环渤海开发建设而进一步加剧，严 重威胁双台子河口湿地生态系统的生存与发展。 双台子河口湿地生态水文格局的改变除与气候变化有关外，流域水土资源开发也是造成 湿地面积萎缩，来水减少，水质恶化的重要原因。如何保证湿地和谐的生态水文格局，是该 区域生态环境保护的重要问题，因此，本文以双台子河口湿地为研究对象，通过构建生态水 双台子河口湿地生态水文模拟与调控 文模型，初步研究湿地生态水文演化机制，提出基于生态水文模拟的河口湿地生态调控措施， 为双台子河口湿地生态环境保护提供科学依据，同时，也可以为其他河口湿地的生态水文调 控提供参考。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 河口湿地生态水文研究现状 湿地是指陆地上常年或季节性积水或过湿的土地与生长栖息于其上的生物种群构成的生 态系统【5 1 。水分作为湿地生态系统最敏感的因子，其动态平衡为湿地创造了有别于陆地和水 生生态系统的独特物理化学条件。湿地水文过程通过湿地水文要素包括水位、淹水周期、淹 水频率和水动力条件来调节湿地植被、营养物质之间的相互作用进而影响着湿地地形的发育 和演化，改变并决定了湿地下垫面性质和特定的生态系统响应。而同时，湿地的植被群落特 征、下垫面性质和地质背景也影响着湿地的水文过程。湿地植被通过冠层截留、植被蒸腾蒸 散等作用影响着湿地的水文过程要素特别是降水的再分配过程，进而影响湿地功能【6 】。湿地 生态水文学着重研究多时空尺度的水文与生物格局、过程的耦合特征和相互作用，以植物与 水分关系为基础理论，以生态过程和生态格局的水文学机制为研究核心，为湿地生态环境保 护与建设提供重要理论依据。 湿地生态水文学是生态水文学研究的一个重要领域，很多有关生态水文学的研究成果就 是建立在湿地生态系统研究基础上的。1 9 8 7 年i n g r a m 通过对苏格兰泥炭地的研究而首次提出 了生态水文学这一概念【1 7 1 。进入9 0 年代，湿地生态过程与水文过程的相互关系引起了生态学 家的广泛关注，相关研究多集中于水生生态系统对水文情势的响应方面【8 】。近年来，随着计 算机技术、地理信息系统、遥感技术的发展，湿地生态水文过程包括湿地生态水文物理过程 ( 湿地植被覆盖对湿地水文要素的作用) 、化学过程( 湿地水质性研究) 、及其生态效应( 湿 地水分行为对植被生长和分布的影响) 都得到了较为深入的探究【6 j 。 作为一种特殊湿地类型，河口湿地由于具有调节气候、净化水质、稳定海岸、防止盐水 入侵陆地等作用而逐步引起生态学家和海洋学家的广泛关注。目前，国内外对于河口湿地的 研究多基于生态学和海洋动力学理论，通过建立河口生态型水质模型1 9 , 1 0 】、湿地潮汐模型【1 l 】 以及生态与水动力学的耦合模型【1 2 , 1 3 1 来研究河口生态水力学过程，注重河口湿地水生生物的 响应的机理分析【l4 1 ，而对于河口湿地生态水文相互作用关系，生态水文演变机制的研究不足， 这主要是因为河口湿地同时受到海洋和河流的双重影响，要研究湿地内部本身的生态水文演 变机制十分困难，加之湿地并非封闭系统，湿地内部的降水产流不易监测，因而很难建立系 统的、物理的模型来进行研究【1 5 】。随着河口区域经济发展，流域范围的人类活动成为影响河 2 双台子河口湿地生态水文模拟与调控 口湿地的主要驱动力，从流域尺度考虑湿地问题成为该问题研究的有益尝试。 1 2 2 河口湿地生态水文耦合模拟进展 湿地生态过程的研究一直被生态学家作为湿地研究的核心。湿地生态过程主要包括湿地 生物过程( 有机物生产) 、化学过程( 营养物质循环) 和物理过程( 能量流动) 1 6 】，其中生物 过程是基础，控制着有机物的生产，而能量过程与物质循环过程又相互影响，物质循环伴随 着能量过程，能量过程又为物质循环提供驱动力，三个主要的生态过程密切联系，缺一不可， 成为生态系统研究的关键环节，因此，对于湿地生态过程的模拟研究也多基于上述三个主要 过程的模拟分析。目前生态过程模型主要以实体模型为主，国外相关研究主要有：1 9 9 8 年 s h u k l a 在研究k e o l a d e o 国家公园退化湿地的控制问题时，就提出了计算湿地大型植被的控制 模型f 1 7 】。a s a e d a 等构建了芦苇生长模型和分解控制模型【1 8 , 1 9 】，对芦苇生物量季节性波动机制 进行了研究。国内的研究大多基于国外模型的运用与修改，曲颖【2 0 】在s h u k l a 建立的大型植被 控制模型的基础上进行了改进并校验，结果表明改进后的模型能有效地描述湿地植物种间互 利或竞争作用。 湿地水文通过其要素过程如水位、水流、蒸发等控制着湿地土壤、沉积物和水分中的物 理化学性质，湿地水文决定着湿地的发育、演化及消亡，与湿地生态过程相互作用，共同维 系着湿地的生物地球化学循环。湿地水文模型按其要素过程可分为【2 1 】：湿地水量模型、湿地 地表地下水模型、溶质运移模型、蒸散模型以及泥沙运移模型。湿地水文模型按其功能又可 分为【2 2 】：系统水文学模型，就是湿地看成一个黑箱来研究其蓄水量与时间的变化关系； 区域水文模型，通过建立流域和区域范围内的水文模型来进行研究；水动力学模型，将工 程水力学中用以计算径流、潮流的模型应用在湿地水文过程研究中；泥沙模型，主要是用 来计算计算短时间内大面积上泥沙、污染物输移及较长时段内泥沙累积冲淤的变化量。 考虑到湿地生态与水文的相互作用关系，单独地、割裂地研究湿地生态过程或水文过程 不可能从根本上明晰湿地生态水文过程，更无从探讨湿地生态水文相互作用机制及演变规律， 所以，在湿地生态模型和湿地水文模型各自发展的时候，湿地生态水文模型也应运而生，成 为湿地生态水文研究的热点问题。m u l l i g a n l 2 3 j 在对气候变化导致水文过程变化而引起的干旱 区生态环境变化的研究中，建立了生态水文耦合模型( p a t t e r nm o d e l ) 用来模拟地中海地区 气候波动的植被响应。r o d r i g u e s 等【2 4 】以土壤湿度波动与生态功能型响应为核心，从大气土 壤植被结构关系出发讨论了构建生态水文模型的理论方法a s p i n a l l 掣2 5 ，2 6 】研究了在集水区 尺度上遥感和地理信息系统技术分别与水文要素和生态要素耦合的模型理论方法。b i a n c a 等 2 7 】通过遥感方法进行植物区系的分类制图，以地貌形态产生一套下垫面拓扑参数以表征多种 双台予河1 2 1 湿地生态水文模拟与调控 生境的环境参数，运用数理统计方法和g i s 方法构建了生态水文模型。a u b l e 2 s 为了预测低 地植被种类结构随水流情势变化的变化，在美国犹他州弗利蒙河( f r e m o n tr i v e r ，u t ) 研究开 发出一个联系水流变化梯度模型与相应的植被模型耦合的生态水文模型。此外，还有近年来 发展起来的综合性模型，如w e t l a n d s 模型，d r a i n m o d 模型和m i k e 系列模型等。国 内由于生态水文学研究起步较晚，对于生态水文耦合模型的研究多基于对国外模型的探讨与 应用上，主要研究学者有穆宏强( 2 0 0 1 ) 2 9 1 、王根绪( 2 0 0 1 ) 1 3 0 】、武强和董东林( 2 0 0 1 ) 3 1 】、 赵文志和程国成( 2 0 0 1 ) 【3 2 】、黄奕龙( 2 0 0 3 ) 3 3 1 、于文颖( 2 0 0 7 ) 1 6 1 、周德民( 2 0 0 8 ) 【5 】等。 然而，从建模的层次看来，大多数模型还处在对生态学模型和水文学模型借鉴和综合的 基础上，尚未实现湿地生态水文过程物理机制上的耦合，其主要原因是：一方面由于湿地水 文格局的复杂性，湿地水文模型多以数学模型为主，发展并不完善，还没有上升到过程的机 理性研究，相比流域分布式水文模型的发展明显滞后。另一方面，湿地生态学模型发展虽较 为完善，但对于湿地水文过程的重视不足，往往侧重于湿地生态学的角度考虑湿地水文问题， 在建立湿地生态水文模型时，仅仅将水文要素作为驱动湿地生态过程的一个影响因素来进行 分析模拟。此外，湿地生态水文模型的耦合方式也存在着生态水文耦合模拟的共性问题，即 分离模拟、松散耦合的方式，大多是从生态模型和水文模型的共有模拟环节出发，一个模型 的输出作为另一个模型的输入，以实现模型间数据的传递，并没有形成紧密的双向性耦合。 这样的模型由于缺少物理性基础，不能实现生态水文过程的机理性研究，就不能真正反应湿 地的生态水文相互作用机制，更不能为研究的进一步深入提供理论依据；另外，模型间的数 据无法进行实时传递，这就限制了模型的模拟精度，极大地降低模型的可靠性。 要建立湿地生态水文过程物理机制模型，需要从湿地生态水文学的角度出发，将湿地纳 入流域尺度的研究范围，充分发挥流域分布式水文模型对于水文过程的物理性研究优势，并 通过与湿地生态模型进行合理的时空尺度嵌套，输入参数和模拟过程要素的双统一，以实现 湿地生态水文基于过程机理性描述的双向紧密式耦合模拟平台的建立。 1 2 3 湿地生态水文调控 调控就是要减少或清除人为的不合理因素，修正或改进受胁因子，使生态系统步入健康 的轨道，这也是调控的实质【3 4 1 。要从根本上解决湿地现存问题，并进行优化对策，通过提高 湿地生态承载力来维持其健康生命，需要建立合理的湿地生态安全模式和调控体系。因此， 模式的建立，调控机理的研究和措施的制定成为湿地生态安全调控的关键环节【3 5 】。 目前的调控模式可分为生态调控、水文调控、以及生态水文综合调控。生态调控主要包 括鱼类三场的调控、植被类型的调控、土壤性质的调控等；水文调控主要包括河道径流调控、 4 双台子河口渝地生态水文模拟与调控 坡面径流调控、土壤含水量调控等方面；生态水文调控主要包括工程性调控和非工程性调控。 调控机理的研究主要多集中于生态安全的保障机制分析，生态安全保障系统主要包括自 然生态安全，经济生态安全和社会生态安全，组成一个复合的人工生态安全系统，自9 0 年代 末至今，我国许多学者以生态安全为研究对象，从不同的方面开展了湿地生态安全研究。研 究内容主要涉及：湿地生态安全的湿地退化机理、湿地生态安全的生态保护区建设与管理， 综合论述湿地生态安全在水环境、土壤环境以及生物生境安全和可持续发展等方面的战略地 位与重要意义，部分学者就湿地生态安全所面临的关键性的问题开展了研究，如湿地生态水 文演变规律【5 6 】、湿地生态需水【3 4 】、湿地生态安全监测评价及其技术方法f 3 4 】等问题，而全球化、 气候变化对湿地生态安全影响的研究较为薄弱。 措施方面主要基于湿地生态恢复的角度考虑，通过生态技术或生态工程对退化或消失的 湿地进行修复或重建，再现干扰前的结构与功能【3 4 1 。实施湿地生态安全调控需遵循湿地生态 系统演替理论，从自然规律和社会需求的角度出发，通过物理、化学和生物的技术手段，对 退化的湿地生态系统的演化和发展进行人为控制，恢复或重建原有湿地生态系统的结构和功 能，达到生态系统健康、持续演化的目标。在生态演化过程中要尽量避免逆行演替，使生态 系统走上正常演化道路，即顺向演替，。以保持湿地生态系统的健康和安全。生态系统演替有 可能受到自然或人为干扰而发生不同程度的变化，进而影响生态系统的结构，扰乱系统的正 常演化和健康水平。而通过调控措施，可以对生态系统的演替施加某种程度的影响，使退化 的生态系统向人类期望的方向演替或演化。生态水文调控保障措施主要分为工程措施与非工 程措施，工程措施包括水利工程建设、水土保持工程、水库调节、水质水量联合调控等，非 工程措施主要有生态监测、影响评价、科学决策、生态补偿和节水措施等。 1 2 4 未来发展方向暨关键研究命题 ( 1 ) 流域尺度内的河口湿地生态水文相互作用机制研究 湿地生态水文研究尺度、边界范围的确定成为湿地生态水文研究的瓶颈，然而，与湿地 生态水文学同时发展起来的流域生态水文学可以为湿地研究提供了很好的突破口，把湿地水 循环过程有机地整