鄱阳湖湿地生态水文结构分析

1、南昌工程学院毕 业 设 计 (论 文专业毕业设计（论文）题目 鄱阳湖湿地生态水文结构分析学生姓名 廖治棋班 级 07级水文与水资源工程学 号 2007101345指导教师 刘惠英完成日期 2011 年 6 月 12 日鄱阳湖湿地生态水文结构分析The analysis of the ecological and hydrological structure for PoyangLake wetland总计 毕业设计 42 页表 格 个插 图 12 幅摘 要鄱阳湖位于江西省北部，是中国第一大淡水湖。鄱阳湖湿地生态系统是一个复杂、开放的交互系统，在中国长江流域中发挥着巨大的调蓄洪水和保护生物多样性

2、等特殊生态功能。近些年，鄱阳湖湿地生态系统退化有加剧的趋势，其中有自然的原因，但更重要的是在社会经济发展过程中引起自然环境的破坏和生态规律的波动。人口持续增长、不合理的经济发展模式、湿地保护相关政策的缺失等都加剧了湿地生态系统的退化。加强湿地管理与保护、调整区域经济发展方式、构建环鄱阳湖生态经济区等措施，对保护和开发鄱阳湖湿地有重要的作用。本文通过分析湿地水文循环的生态效应及湿地的生物特性和水域活动特点，引出湿地生态水文结构概念，建立湿地生态水文结构概念模型，并将湿地水文结构理论运用于鄱阳湖湿地的研究。湿地中心区和适宜活动区范围的确定，为鄱阳湖湿地生态需水的分析计算提供了基础。在湿地水土资源与

3、生态系统管理上，湿地的中心区和活动区可作为红色预警与黄色预警予以重视，湿地水土资源合理利用和湿地规划管理提供了可靠的参考依据。关键词：鄱阳湖 湿地 生态水文结构 生态需水IAbstractPoyang Lake in east C hinas Jiangxi province is the country s largest freshwater lake.Poyang Lake wetland ecosystem is a complex ，open and interactive system It plays an important role in water and protect

4、biodiversity in Yangtze river basin.In recent years，the rend of degradation of Poyang Lake wetland ecosystem has exacerbated，including many natural causes，but more important is the process of socio-economic development in the destruction of the natural environment caused ecological laws volatility.T

5、he increasing population，unreasonable economic growth pattern，short of protection of wetland relevance policy has all aggravated the ecosystem degenerationResearch on the causes of their social-economic development has an important role to protect Poyang Lake wetlands.To solve this problem, this pap

6、er mainly focus on analysis the effect of ecosystem during the water cycle and the relationship between the runoff and biodiversity field. Based on the traits of biology and water movement, the ecological and hydrological structure in wetlands is presented, namely the central area and active area in

7、 wetlands. Then a model of ecological water demand in wetland is built.With the method of analyzing the lakes form and historical research method,the results of the ecological and hydrological structure are obtained. As a result,the wetland resources of Poyang Lake wetland could get a good protectio

8、n. The research results could provide scientific basis for land use planning and land use policy constitution in the region of Poyang Lake wetlandMany instances prove that the methodology and model is feasible and effective for wetland protection.Key words: Poyang Lake ;Wetland; The ecological and h

9、ydrological structure; Ecological demanded waterII目 录摘要 . I Abstract . . II第一章 绪 论 . 11.1 研究背景及研究意义 . . 11.2 中国湿地的基本特征及其现状 . . 31.3 湿地研究的现状及进展 . . 51.4 研究目标、内容及方法 . . 6第二章 湿地生态水文结构 . . 82.1 湿地水文循环的生态效应分析与生态需水特征 . . 82.2 湿地演变的成因分析 . . 102.3 湿地生态水文结构理论 . . 11第三章 湿地生态水文结构模型计算 . . 153.1湿地中心区的确定 . . 153.

10、2湿地活动区的确定 . . 17第四章 鄱阳湖湿地生态水文结构分析 . 194.1鄱阳湖湿地概况 . . 194.2生态现状及存在问题 . . 214.3 研究基本资料的选取 . . 224.4 鄱阳湖湿地水文结构分析 . . 25第五章 成果分析 . 36第六章 结论与建议 . . 396.1主要结论 . . 396.2建议 . . 40 参考文献 . . 41 致谢 . 42第一章 绪 论1.1 研究背景及研究意义在世界自然保护联盟、联合国环境规划署和世界自然基金会编制的“世界自然保护大纲”中，将湿地与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统。湿地处于大气系统、陆地系统与水体系统的界面，是过渡

11、于陆生生态系统和水生生态系统之间的一种重要的生态系统，它不仅具有水生生态系统与陆生生态系统的属性，同时也具有一些独特的生态功能。湿地因其具有不可代替的生态功能而被誉为“地球之肾”。对于湿地的定义，因其分布广泛，种类及相互间的差别很大，很难给它下一个明确的定义，目前仅学术界就多达50多种。其中，根据其代表性定义内涵的不同，湿地的定义可分为狭义定义和广义定义1。狭义的定义强调了湿地水文、湿地植物和湿地土壤之间的彼此相互作用，并揭示湿地共同的本质特征，这一定义方便于湿地的研究。比如我国学者在湿地研究过程中将湿地定义为：陆地上常年或季节性积水（水深2m 以内，积水期达4月以上）和过湿的土地，并与其生长

12、、栖息的生物种群，构成独特的生态系统。广义上，湿地泛指地表过湿或有积水的区域。湿地公约中湿地的定义即为广义上的定义：不论其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地，泥炭地或水域地带，静止或流动的淡水、半咸水水体，包括低潮时水深不超过6m 的水域；同时，还包括邻接湿地的河湖沿岸、沿海区域以及位于湿地范围内的岛屿或低潮时水深不超过6m 的海水水体。这个定义主要是从管理的角度规定湿地的范围，便于划定管理边界，开展管理工作。湿地生态系统作为陆生生态系统和水域生态系统的过渡类型，是自然环境中宝贵的自然资源，具有巨大的生态、经济和社会效益。各类湿地在调节气候、涵养水源、调蓄洪水、降解污染物、保护生物多样性和为人

13、类提供生产、生活资源等方面发挥了重要的作用。湿地主要功能2如下：(1 湿地具有调节气候的功能。湿地植被丰富，具有很强的持水能力，水分通过植物的蒸腾作用和水分蒸发成为水蒸气源源不断送回大气，然后又以降水的形式降到周围地区，从而保持了区域内湿度和降雨量，对水文循环起着良好的作用。据有关实验研究表明，在生长季节时，每公顷的沼泽就可以蒸发水分7415吨，可见其调节气候的巨大功能。- 1 -(2 湿地具有涵养水源、降解污染物的功能。湿地就像天然的过滤器，湿地的天然结构有助于减缓水流的速度，使含有有毒污染物和杂质的水流流经湿地时，流速的减缓有利于毒物和杂质的沉淀和排除。(3 湿地具有蓄水防洪、避免水旱灾害

14、的功能。湿地在蓄水、调节河川径流、补给地下水和维持区域水平衡方面发挥着重要的作用。湿地就像蓄水防洪的天然“海绵”，时空分配不均的一场降水通过湿地的吞吐调节，可以避免水旱灾害。(4 湿地具有保护生物多样性的功能。湿地复杂多样的植物群落，为很多野生动物尤其是一些珍贵或濒危野生动物提供了良好的栖息环境，是鸟类、两栖类动物的繁殖、栖息、迁徙、越冬的场所。因而，湿地在生物多样性的保护方面具有极其重要的价值。(5 湿地为人类提供了丰富的生产、生活资源。湿地蕴藏了丰富的动植物资源，其特殊的生态结构及水、光、热、营养物质等条件使得湿地成为地球上最富有生产力的生态系统之一。在人口和经济等众多因素的压力下，人类对

15、湿地水土等资源的过度开发导致了湿地的消退和功能的丧失，虽然非正常的环境变化也会引起湿地生态环境的变化，但引水、围垦和引水围垦的复合作用这三方面却是湿地消退和功能丧失的最主要原因3。而水是湿地生态系统存在的重要基础，在湿地水文、生物和土壤中起决定性的因素。因此，引水是引起湿地消退的最重要的原因。湿地生态环境的恶化及其功能的丧失，已严重影响了人类的生活和生产，制约了当地经济的发展和人类生活水平的提高。因此，为了保护湿地生态环境并逐步恢复湿地生态功能，必须展开湿地生态需水问题的研究。湿地生态需水问题研究的核心是确定湿地生态水文结构，而湿地生态水文结构是根据湿地水循环原理和湿地生境空间分布规律所建立的

16、湿地径流场与生物多样性场的一个概念。通过湿地径流场和生物多样性场的耦合关系，将湿地划分中心区和适宜活动区，并以湿地中心区和适宜活动区为边界条件，即可以对湿地生态需水量进行分析。以维持中心区的水分条件作为最小生态需水；维持适宜活动区的水分条件作为适宜生态需水。因此，对湿地生态水文结构进行分析与计算，可以对湿地管理提供生态安全阀值，建立湿地生态安全危机管理机制进行不同级别的预警管理。- 2 -1.2 中国湿地的基本特征及其现状据估计，全球的湿地面积约有5.14亿公顷。中国作为世界上湿地资源最丰富的国家之一，湿地资源十分丰富，据首次全国湿地资源调查统计，总面积为3848.55万公顷，位居亚洲第一位，

17、世界第四位。(1 湿地的面积大、类型多中国的湿地在面积和类型上均在世界上居于重要的地位，中国的湿地面积约有6594万公顷，约占世界湿地种面积的10%。而且，中国除了拥有湿地公约分类系统的所有湿地类型外，还具有其独特的青藏高原湿地，是亚洲湿地类型最齐全的国家之一。我国的湿地类型主要包括沼泽湿地、湖泊湿地、河流湿地、海岸滩涂、浅海水域、水库、池塘和稻田等自然湿地和人工湿地4。(2 湿地分布广泛、区域差异大我国幅员辽阔，湿地类型多，分布广泛。根据所处的地理位置、自然环境特点及生物区系相似性等，可以将我国的自然湿地划分为六个主要的分布区5,6（如下表1-1）。由下表可知，东北地区沼泽湿地较多，西北内陆

18、等干旱地区的湿地则明显偏少，而且大都分布着盐湖和咸水沼泽；长江口以北沿海地区以砂质和淤泥型海滩湿地为主，以南沿海地区则以岩石性海滩湿地为主，分布有红树林沼泽；青藏高原具有世界上海拔最高的高原沼泽和湖泊群并形成了独特的生态环境；人工湿地-稻田则广布于淮河以南的亚热带和热带地区。表1.1 中国湿地资源的主要分布区 - 3 -(3 湿地生物多样性十分丰富我国的湿地不仅类型众多，生境复杂，而且湿地物种数量也非常多，有许多物种还是中国所特有。据相关统计，中国湿地植被约有101科，其中维管束植物约有94科，中国湿地高等植物中属濒危种类的有100多种。中国海岸带湿地生物种类约有8200种，其中植物5000种

19、，动物3200种。中国内陆湿地高等植物约有1548种，高等动物1500多种。中国有淡水鱼类770多种或亚种，其中包括许多洄游鱼类。中国湿地的鸟类种类繁多，亚洲57种濒危鸟类，如丹顶鹤、遗鸥和云石斑鸭等，中国湿地就有31种，占54%；雁鸭类全世界有166种，中国湿地就有50种，占30%；全世界鹤类有15种，中国仅记录到的, 就有9种。此外，中国有些湿地还有许多跨国迁徙鸟类的唯一越冬地或迁徙的必经之地，如在鄱阳湖越冬的白鹤就占世界总数的95%以上4。据国家林业局最新统计显示，目前中国湿地自然保护区的数量已经增加到二百六十处，总面积达一千六百多万公顷。中国是世界上湿地生物多样性最丰富的国家之一，共拥

20、有湿地面积六千五百九十多万公顷，约占世界湿地面积的百分之十，居亚洲第一位。自一九九二年中国正式签署国际湿地公约以来，青海湖的鸟岛、湖南省洞庭湖和香港米浦等七处湿地已被列入“国际重要湿地名录”。然而，随着人口的增长和经济的快速发展，我国湿地消失和退化极度严重，湿地面积急剧萎缩。统计显示，近四十年来，中国沿海地区累计丧失海滨滩涂湿地和城乡工矿占用湿地共约二百万公顷以上，相当于沿海湿地总面积的一半；全国约13%的湖泊已经消失；国家级自然保护区扎龙湿地从80年代后到90年代中期，鸟类数量减少了80%，国家一二级保护鸟类从11种减少到3种。湿地面临的各种威胁已成为我国生态建设中最严重的问题之一。湿地生物

21、资源和水资源的过度利用将造成湿地生物多样性的衰退，湿地生产力大大降低，不仅直接造成巨大的经济损失，并导致湿地生态功能得不到正常发挥；湿地面积不断萎缩，调节径流的功能下降，大大加重了江河湖泊的调蓄洪水的能力，增加了洪涝灾害的风险，成为制约我国经济和社会可持续发展的巨大障碍。因此，我国在加强对湿地的管理与保护方面迫在眉睫。- 4 -1.3 湿地研究的现状及进展湿地的研究开始于对湿地生物资源(尤指水禽 的保护，随着对湿地研究的深入，人们认识到湿地除了在生物多样性保护方面有意义外，还有其它很多的功能。1996年9月在澳大利亚召开了主题为“湿地的未来”的第五届国际湿地会议，会议的主要议题是讨论如何增强湿

22、地效应，防止和解决湿地丧失、功能衰退、生物多样性减少等问题及保护与重建湿地的策略和措施。从这次会议可以看出，湿地的恢复与重建已成为世界各国科学家普遍关注的热点。针对湿地的消退情况，世界各国都在积极采取措施进行湿地的生态恢复，湿地生态及其需水研究受到日益广泛的重视，逐步成为当代资源环境领域最为活跃的重点学科之一。针对湿地的丧失和功能消退等情况，国外很多学者都在积极研究和采取措施进行湿地的生态恢复。Baird 等较详细地分析了植物与水文过程的相互关系，强调了水作为环境因子对自然保护和恢复所起到的巨大作用，在文中作者虽然未将生态环境需水量作为研究对象，但许多相关思想、原理和方法在很大程度上推动了生态

23、环境需水量的研究和发展方向3。Thomas 提出应用雨水改善水量和水质来达到修复和建设湿地的目的，并指出在不同水平年及不同的月份，雨水径流都是不同的，从而应根据径流量的变化来确定修复湿地的水量，并建立模型来计算3。Lopezt.al 通过分析比较不同水文条件的湿地水质情况，指出不同水文条件的生态环境状况也有差异，对湿地恢复应该随着水文条件的变化而变化7。国内对于湿地的研究起步还较晚，在湿地生态结构的研究领域还比较空缺，湿地研究以往主要集中在沼泽和海岸带滩涂资源调查和开发利用上，并多为定性评价，如对三江平原泥炭质量的评价。随着近些年来对湿地研究的深入，人们认识到湿地除了在资源上有重要的意义外，还

24、有其他很多独特的功能，对湿地的研究也从由原先侧重于湿地资源、环境、生物多样性及其保护与利用等方面上升到对整个湿地区域的利用与保护，并在研究湿地生态需水的基础上提出了湿地水文结构理论。郭跃东等8对扎龙湿地生态水文格局特征及水环境功能进行了分析，揭示了水文情势和人为干扰对生态水文格局脆弱性的影响。崔保山、杨志峰9分析了湿地生态环境需水量的内涵和临界阈值，探讨了湿地生态环- 5 -境需水量计算方法和相关指标，并应用生态学的方法，按照湿地生态系统的组成结构及其功能，确定了湿地生态环境需水量的5个等级，即最大、最优、优等、中等和最小需水量。对湿地生态需水量和环境需水量各种类型的主要特点、存在特征和关键指

25、标进行了系统剖析，特别对湿地植物需水量、土壤需水量、野生生物栖息地需水量、补水需水量、防止盐水入侵需水量、防止岸线侵蚀及河口生态环境需水量、净化污染物需水量等计算方法和理论模型进行了探讨。张明祥等10在湿地恢复方面，从湿地恢复的基本概念和应遵循的原则入手，阐述了湿地恢复的两种模式：被动恢复模式和主动恢复模式，并从多方面介绍了常见的湿地恢复措施。比如在针对河南省郑州黄河自然保护区周边人口众多，湿地围垦现象严重的现象上, 由当地保护区的地形特征、水文状况、受威胁状况和和湿地植物的适宜性特点, 提出郑州黄河湿地的恢复模式可分为自然湿地恢复模式和主动湿地恢复模式。陈敏建等3在针对水土资源开发利用引发的

26、湿地消退问题上，通过研究湿地水分运动径流进退的关系、湿地生境和生物的扩展关系，分析湿地水文连接度下降引起的湿地消退效应。并根据水循环原理和湿地生境分布规律提出了湿地生态水文结构理论，建立湿地径流场与生物多样性场的概念。主要目的是根据所建立的湿地生态水文结构模型来确定最小生态需水量和适宜生态需水量，对湿地管理提供生态安全阈值。并且分别对扎龙湿地和松辽流域湿地生态区进行研究分析。所得到的结果基本合理，从而其研究成果可为保护湿地生物完整性，发挥湿地生态系统的正常功能提供了参考的依据，也方便于湿地的规划管理和安全保障。从以上分析可以看出，湿地生态需水在缓解湿地消退的研究方面具有很重要的意义，并且国内外

27、对湿地生态需水是在水资源开发利用的过程中为保证水资源可持续利用而提出的，在修复退化湿地研究中有较为深入的进展。一些学者在研究过程中提出了自己的观点和看法，并总结前人的研究成果，在理论和方法上有所突破。特别是湿地水文结构理论的提出，为湿地生态需水提供了计算模型，为湿地管理提供生态安全阀值。1.4 研究目标、内容及方法在湿地的分类中，湿地的类型众多，其特性也存在差异。本文研究的对象是湖泊沼泽型湿地。为了简便以下以湿地简称。湿地在水土资源开发利用中不断萎缩消退，导致了湿地很多生态功能的退化，为保护- 6 -并修复湿地展开湿地生态需水的研究。通过分析湿地水分运移规律与湿地生态演变关系，提出湿地生态水文

28、结构，建立湿地生态水文模型，并以鄱阳湖湿地为实例进行湿地生态水文结构分析与计算通过分析湿地水分循环规律与生态演替关系，提出湿地水文结构，建立湿地生态水文模型。利用湖泊形态分析法和历史经验分析法来分析鄱阳湖湿地生态水文结构，为鄱阳湖湿地生态需水研究提供阀值，为当地湿地管理和保护提供科学依据。在借鉴扎龙湿地生态水文结构分析的成功例子上，将湿地水文结构理论应用到鄱阳湖湿地的研究，并针对鄱阳湖湿地进行专门研究，主要内容如下：(1 通过分析湿地水文循环的生态效应，分析湿地形成因子，湿地的水分与湿地生态演替关系；(2 根据湿地生态水文结构理论，构建湿地生态水文计算模型；(3 利用获取的水文资料，通过利用湖

29、泊形态分析法分析湿地中心区；利用指示性物种分析法、历史经验分析法和估算法分析湿地活动区；实现鄱阳湖湿地生态水文结构的分析与计算；(4 提出鄱阳湖湿地系统的生态水文指标，用于湿地水土资源合理利用与保护的规划和管理实践。湿地水文结构分析与计算包括湿地中心区和适宜活动区两方面内容。对于中心区的计算有湖泊形态分析法和水文连接度法；对于适宜活动区的计算有湿地生物多样性中的特定物种法（指示性物种）、历史经验分析法和估算法三种。根据鄱阳湖的特征，本设计对湿地中心区采用湖泊形态分析法；对于湿地适宜活动区本论文采用上述三种方法分别进行讨论比较。- 7 -第二章 湿地生态水文结构本章主要内容是分析湿地的生态水文结

30、构。从目标水体的水量递减过程对其生态系统产生的影响进行分析，提出生态需水特征值；针对湿地水体目标，通过分析水分与湿地生态演替关系以及生物与水域活动，提出湿地生态水文结构理论，建立湿地径流场与生物多样性场的概念，并揭示湿地生态需水特征值与湿地生态水文结构关系。从而说明对湿地生态水文结构进行分析计算对于湿地生态需水乃至整个湿地合理管理与保护的作用。2.1 湿地水文循环的生态效应分析与生态需水特征像其他生态系统一样，湿地生态系统中的水分输入包括降水、地表径流、地下径流以及泛滥的河水。水的输出包括蒸散发作用、地表径流和地下径流。湿地的水文状态是输入、输出的水量平衡与湿地地貌形态综合作用的结果。其中，前

31、者决定湿地的水分收支，后者决定湿地的蓄水能力。湿地的水量平衡可以用下式表示：V 2-V 1=V =P +Rr +Gr -E -Rc -Gc ( 2-1 式中：V 1、V 2 为湿地某时段初、末的蓄水体积；V 为湿地蓄水体积的变化；P 为降水量；Rr 为地表径流流入量；Gr 为地下水补给地表水量；E 为蒸散发水量；Rc 为地表径流流出量；Gc 为地表水渗漏补给地下水量。湿地之所以称之为湿地，是因为其具有一定的地表水分。是这部分地表水水分来支撑着湿地的存在和维持湿地功能效益的正常发挥。湿地生态系统依赖于地表水体，并随着地表水体的变化而变化。在丰水季节，湿地的地表水一般情况下会增加。这是因为降水和地

32、表入流的补给要远大于湿地的蒸散发与出流的损失，在此期间，地下水与地表水间的转化关系为地表水补给地下水。随着地表水的增加，湿地的水面面积增大，湿地生物的生境得到扩展，湿地生态系统与陆地生态系统的营养物质交换增加，有利于湿地生态功能效益发挥。- 8 -在枯水季节，湿地地表水量靠地表入流和地下水反调节补给，湿地量损失为地表出流和蒸散发，此时V 为负值，湿地地表水量呈递减的趋势。湿地地表水量减少，水面面积萎缩，这就导致水生生物的生境受到限制和压缩，湿地的生态功能和效益受损。要维持湿地的基本结构和功能，就必须保证湿地一定的地表水量，或者说保持湿地的一定的水域范围，避免出现V 持续为负值的情形，以免出现生

33、态灾难。从湿地水文效应分析可以得出，支撑湿地生态系统的关键是湿地具有一定的地表水。水分条件是湿地水热平衡的重要基础，也是制约生物生长和繁殖的重要因子。而且湿地由陆地和水体相互作用形成，湿地所保持和周转水分的数量也介于陆地与水体之间。由于具有这些中间特征，湿地对水分储蓄量和运动方式的改变特别敏感。自然和人类活动所造成的水分数量的任何变化，都会反映在湿地生态系统的结构和功能上，因此保证湿地具有一定的地表水量至关重要。同时，湿地水文循环是一个独特的水域活动场，水分运动与补给和生物多样性关系十分密切。各种生物的分布依据湿地的水位梯度形成一个相对固定的范围，它们之间通过食物链(网 传递能量和营养。因此，

34、解决湿地生态需水问题，需从湿地空间整体去研究径流与生物分布的依存关系，研究支撑这种关系的水分条件。无论是湖泊湿地，还是河流，生态系统的结构和功能都由水文、生物、地形、水质和连通性五部分组成，每一部分都有各自的功能，并相互发生着作用。其中，水文是主动的、起决定性作用的部分。河流、湖泊等生态用水问题之所以倍受重视，是因为水量锐减，导致水体生态功能出现严重退化。水量减少是水体生态系统退化的关键因素，生态破坏是一个渐变过程。随着各种“破坏性”能量的积累，逐渐逼近一种“突变”的状态，导致出现不可逆转的标志性事件。有两种状态最为关键：一是生态链被破坏，生物量和物种大规模减少，直至消亡；二是，更严重的，水体

35、自身消失。开展湿地需水的研究，就是为了避免上述生态灾难。首先需要研究能够反映这种临界状态下的水分条件，又要能够满足实际的管理和规划需求。因此我们得到两个临界点：水体自我生存条件和生物完整性。并以此为切入点，寻求描述水体生态需水衡量标准的特征值，然后可以根据不同需要分析这种水分条件的生态功能组成。根据上述分析，目标水体生态特征值由如下两个参数组成：(1 最小生态需水。最小生态需水是生态系统生存与发展的前提条件及其依赖的必须存在，即是生态需水的最低要求。在建立目标水体的水分补给运移规律(降水、地表、地下- 9 -径流 基础上，以目标水体生存劣变(如断流、干涸 临界状态的水分条件定义为维持地表水体生

36、存的最小生态需水。对于湖沼湿地最小生态需水为最小生态水位。(2 适宜生态需水。所谓适宜生态需水，即是为维持生态系统生物完整性的最小需水量，是生态系统演替临界状态的水分条件，对于湖泊沼泽湿地则称之为适宜生态水面面积。以最小生态需水描述水体生存条件，这是生物存在的前提；以水文学和生物学结合的途径定义适宜生态需水，描述水体生物完整性。在我国，将河湖生存与生物生存繁衍两种需求分离具有现实意义。2.2 湿地演变的成因分析湿地是处于陆地生态系统与水体生态系统之间，是一种水陆过渡性质的生态系统。通过分析其关键形成因子以及水分变化条件下生态系统演替，来深入研究湿地形成机理与演变成因。湿地的形成、发育是一个非常

37、复杂和长期的过程，受诸多自然因素和人为因素的影响和制约。自然因素包括地质地貌、气候、水文、植被以及土壤等因素。其中地质地貌和水文因子尤为重要。(1 地质地貌地质地貌因子是制约湿地形成、发育的主要因子，它主要指形成沼泽湿地的原始地貌，它既为沼泽湿地发育提供了构造背景与空间，又制约着沼泽湿地的分布与发育。因为原始地貌受地质内外营力和岩性差异引起水热条件发生复杂变化，新构造运动影响地表形态变化和地表侵蚀、堆积的强度，从而影响水文地质状况。这些变化直接或者间接地控制水热条件，从而制约着沼泽湿地的形成、发育和分布。它们主要从宏观、时空大尺度方面起控制作用。(2 水文因子水文因子是沼泽湿地形成和发育的先决

38、条件，它直接的作用于沼泽湿地的形成发育，如降水、径流、淹水频率及淹水持续期等。在有丰富水源补给的区域，沼泽湿地才可能形成、发育，一般在蒸发量与水源补给量两者大体相适应的情况下，才能使沼泽湿地环境得到持续、稳定的发展，在地表常年过湿或有积水的条件下，才能促使沼泽湿地形成、发育。沼泽湿地是自然地理环境诸多因子综合作用的产物，它们之间是相互影响相互制约的。但从不同尺度上大体可划分为：从宏观尺度上是由地质构造和地貌因子控制的，中观- 10 -尺度上是由气候、土壤和植被因子决定的，微观尺度上为水文(降水量、径流和蒸发等 和人为等因子决定。从湿地生态特性及湿地水文循环的生态效应可知，湿地的生物种群和生态系

39、统在水分条件变化下而引起一定的波动甚至演替。经过长期的进化和演替，湿地生态系统和湿地本身与天然情况下的水分状况相互适应达到一种平衡稳定的状态。湿地生态系统的稳定性很大程度上取决于其水源的稳定性。水文条件能直接改变湿地的物理化学性质，进而影响到物种组成和丰度、第一性生产力、有机物质的积累和营养循环。湿地植物多为水生或具喜湿生活习性，但不同的植物对水分条件的要求和忍耐能力存在差别，导致沼泽湿地内植物的空间分布和植被演替方向与水分条件的时空分布呈显著相关。湿地的生态系统中植物群落的分布，沉水植物、浮水植物和挺水植物生长，这些水生、湿地植物呈带状依次向湖心和核心推进，并不是所有的沼泽湿地植物分布都如此

40、，但它们大都是按这一规律分布的。这是因为在生态系统的演化过程中，这些水生、湿生植物对水分条件(蓄水量、水面面积、水深、淹没时间、淹没周期以及波动范围等 长期适应的结果。湿地中动物也和水分条件密切相关，尤其是水生和两栖动物，但由于动物的复杂性，它们对湿地水文情况变化的响应与植物不同，动物的响应具有一定的主动性。由以上分析可见，湿地的生物分布与水分条件密切相关，水分运动与补给和生物多样性关系密切。2.3 湿地生态水文结构理论径流场与生物多样性场组成了湿地独特的生态水文结构，湿地生态系统的发展、演替以及稳定与湿地径流场和生物多样性场的长期相互作用直接相关。将这种关系分离及耦合，揭示了湿地生态系统的水

41、文-生态演变机理3。(1 湿地径流场湿地属于由径流支撑的非地带性生态系统，具有其独特的水文和生态特征，径流条件及分布决定了湿地活动区域的大小以及生物多样性的丰富程度。湿地既不同于陆生生态系统，也不像水生生态系统，而是经常处于土壤水分饱和或有浅水层覆盖状态。水的来源(如降水、地表径流、地下水、潮汐和泛滥河流 、水深、水流方式，以及淹水的持续期和频率决定了湿地的多样性。- 11 -我们将具有稳定的水分来源而形成随水文情势变化的有序的径流活动区域称为湿地径流场。径流场是维系湿地生物多样性的关键，为湿地生物多样性提供了生长条件。湿地在性质上属于由径流支撑的非地带性生态系统，径流条件及分布在受地貌影响和

42、控制的同时，也决定了湿地生物多样性的丰富程度和稳定性问题。(2 湿地生物多样性场湿地由于其特殊的水文条件和水成土，支持了独特的适应此条件的生物系统。湿地生物多样性是由植物、动物、微生物等所组成的生物群落与其赖以生存的无机环境之间构成的系统，集中表现在生物链的完整性和稳定性方面。湿地中的各种生物在一个相对固定的范围内生存繁衍，具有适宜的生境条件，并形成生物链，我们称之为生物多样性场。(3 湿地径流场与生物多样性场的关系。湿地生物多样性是以径流运动为基础，通过对径流的反馈作用，不断调整自我，以使整个生境达到最佳状态。湿地水文的每一因素的改变都或多或少地导致生态系统的变化，特别是水文，当它受到自然或

43、人为活动干扰时，生态系统稳定性受到一定程度破坏，进而影响生物群落结构，改变湿地生态系统。湿地径流场与生物多样性场的这种耦合关系，很好的揭示了湿地生态系统的水文-生态演变机理。湿地水循环是一个独特的水域活动场，水分运动与补给和生物多样性关系密切。将湿地径流场与生物多样性场进行分离与耦合，我们就可以获得揭示水文-生态演变机理的湿地生态水文结构。湿地生态水文结构示意如下图。根据水域活动特点和生物特点，将湿地径流场分为两个部分：反映径流运动特征的湿地中心区和反映生物多样性分布特征的湿地活动区。(1 湿地中心区湿地中心区是湿地水分长期驻留的区域，在不同的水文条件下都保存有水。湿地中心区就像湿地的心脏，维

44、持着湿地的基本水分条件，是保证湿地存在的前提。决定中心区大小与范围的是水文与地形地貌条件，既水文学要素与形态学要素。(2 湿地活动区湿地的活动区是指在不同的水文条件下水分进退的径流活动区域。在此区域内湿地生物随水分变化而更替变化。决定活动区合适的大小与范围的是湿地生物完整性，既水文学要素与生态学要素。湿地结构反映了湿地径流场的特点，同时，在径流场上发展起的生物多样性场也出现- 12 -对应关系。以水源为中心，在水域活动及影响范围内具有不同的生境，形成一个“生物多样性场”：各种生物都在一个相对固定的范围生存繁衍，在那里具有适宜的生境条件，并形成生物链。 蒸散发下渗地下水补给图2.1 湿地生态水文

45、结构示意图根据以上分析，我们可以建立湿地生态水文结构的概念性模型（如下表2-2）。为湿地生态水文结构分析计算提供了方法依据。其中最关键的问题是确定湿地结构：界定中心区范围及活动区适宜范围。 - 13 -湿地水土资源开发利用引起湿地消退，减少湿地活动空间并降低湿地生态功能。一是引水消退效应：在湿地上游引水或从湿地直接取水，导致湿地补水量减少，引起湿地由四周向中心退缩，造成一些生物生境衰退和消亡，湿地径流场的衰竭，导致生物多样性场的萎缩，生态系统退化，最终导致中心区消失，湿地消亡。二是围垦消退效应引起：在湿地活动区范围内围垦造田，减少径流活动空间，将生物活动场所挤压甚至完全侵占，径流场被切割，使得

46、湿地内部能量输送阻塞，导致生物多样性场破碎断裂，直至消失，湿地名存实亡。如果出现复合消退效应，将加速湿地生态水文结构的崩解，直至消亡3。- 14 -第三章 湿地生态水文结构模型计算根据上一章中对湿地水文结构的分析可知，确定湿地生态水文结构要从两个方面来分析研究：一是界定中心区的范围，二是湿地活动区的范围。本章将说明如何利用水文形态学法来计算湿地中心区及利用历史生态调查法估算湿地活动区的范围。3.1湿地中心区的确定天然情况下，在年内与年际之间，湖泊的水面面积是不断地发生变化的，而且变化幅度随着入流量和降水量的不同而不同。但在一般情况下，总有一部分湖泊水面能保持相对稳定的状态，即使在枯水季节也能基

47、本维持，这部分区域就被称之为湖泊湿地的中心区，它是使湖泊湿地处于基本生存状态的最小区域。湿地中心区位于湖泊底部，是湖盆的盆底区域。如果当水体面积小于中心区面积时，蒸发等因素导致一个单位水量的下降而引起的湖泊水面积大幅萎缩，此时的水域范围即为中心区范围。我们定义湖泊最低生态水位为维持湖泊水文和地形子系统功能不出现严重退化所需要的最低水位。所以，防止水面干枯的最低生态水位就是中心区对应的临界水位，这就是计算湿地中心区的原理。 原理见下图（图3.1）。 指示物种法、历史经验分析 图3.1湿地中心区计算原理示意图- 15 -由以上可知，确定湿地中心区的方法是采用计算湿地最低生态水位来实现的。 最低生态

48、水位的计算我们可以用下图来描述。随着湖泊水位的降低，湖泊面积随之减少。由于湖泊水位和面积之间为非线性的关系，当水位不同时，湖泊水位每减少一个单位，湖面面积的减少量是不同的。采用实测湖泊水位和湖泊面积资料，建立湖泊水位和湖泊面积的减少量的关系线，见下图。湖面面积变化率为湖泊面积与水位关系函数的一阶导数。在此关系线上，湖面面积变化率有一个最大值。此最大值意义是：最大值相应湖泊水位向下，湖泊水位每降低一个单位，湖泊水面面积的减少量将显著增加，也即，在此最大值向下，水位每降低一个单位，湖泊功能的减少量将显著增加。若此最大值相应的水位在湖泊天然最低水位附近，则表明，此最大值向下，湖泊水文和地形子系统功能

49、将出现严重退化。因此，此最大值相应水位为最低生态水位11。 面积变化率低生态水位计算示意图 水位（m ）图3-2最前面仔细分析了湿地中心区的范围及计算原理。对于湖泊湿地最低生态水位的计算方法有很多种，比如天然水位资料法、湖泊形态分析法、生物空间最小需求法等。根据天然水位资料较缺乏等现实制约情况，本次毕业设计采用湖泊形态分析法对鄱阳湖湿地最低生态水位进行分析计算。具体计算途径描述如下。S f (Z (式3-1- 16 -2S =0 (式3-2 2Zn （ Z m i -a ）Z （Z m i +n ）b (式3-3min 式中，S 为湖面面积(m 2 ；Z 为湖泊水位(m；Z 为湖泊自然状况下多

50、年最低水位(m；a 和b 分别为何湖泊水位变幅相比较最小的一个正数(m。求解上面三个式子即可得到湖泊最低生态水位. 有此水位对应的水面面积所覆盖的区域就是湿地中心区范围。3.2湿地活动区的确定在径流场活动的范围内，每种生物都以其特定的生境与对应的径流条件相适应，表现出生物对径流场的适应性。另一方面，径流条件决定着生物场的分布状况。因此，可以依据生物多样性来推求湿地活动区的适宜范围。根据活动区的计算原理，确定湿地活动区的范围只要对湿地生物多样性进行分析即可。主要方法有一下几种，分别如下3：方法一：绘制湿地生物多样性场图的方法。绘制湿地生物分布图，从生物完整性角度，以指示性特定物种活动区域作为控制条件，确定生物多样性场最小范围。这是理想的计算途径，实践中由于缺乏大规模生物观测资料，制约了此方法的实现。方法二：湿地生态演变过程经验分析方法。湿地生态系统具有其稳定的生态结构，因此可以利用湿地生态演变过程经验对其分析，从而确定湿地适宜活动区的范围。(1历史分析法。湿地天然生态系统具有稳定的生态结构，随着水资源开发利用量的不断增加，可供生态系统使用的水量不断减少，生态系统经历3个阶段：生态结构稳定生物产量大；生物产量减小生态结构不稳定；物种消失生态结构退化。生态结构不稳定至结构退化的过渡时期，即可认为是生物完整性遭受破坏的临界点。通过调查湿地生态结构、功