水回馈的测算方法在湿地恢复中的应用课件

1、2015/10/161水回馈的测算方法在湿地恢复中的应用2015/10/161主要内容1. 项目背景2. 水回馈量计算概述3. 湿地水回馈计算案例4. 水回馈计算在湿地恢复中的应用及启示2015/10/162DanubeEastAfricaMekong多瑙河东非湄公河Yangtze长江RioGrande/RioBravoSoutheastRiversandStreams东南河anReef中美洲暗礁2015/10/162Mesoameric1. 项目背景The Ecosystems in Yangtze River Basin （长江流域生态系统）2015/10/163长江上游2015/10/1

2、6 - 662015/10/164 世界自然基金会 (WWF) 于 2008 年开始启动长江流域水资源保护项目，取得了一定的经验和可推广的成果。 水回馈量 ( 水回馈量 ) 是水源地水资源综合保护项目的一个目标指标，通过计算水回馈量，可以用量化的数据直观地证明项目的执行情况和取得的成果。 WWF 收集了岷江流域和嘉陵江等流域的工作数据，并通过 Limnotech 公司提供的计算平台，进行了水回馈量计算的初步尝试。 认识到计算水回馈量是量化项目成果的一个重要工具，可以在项目 中继续 推广 应用 。 同时， WWF 也认识到要得到科学可信的量化结果，必须要有众多数据的支持才能完成，因此水回馈量数据

3、及信息的收集和计算就显得尤为重要。 需要更多的企业或个人参与到水 回馈的 理念 中来！2015/10/1672. 水回馈量计算概述2.1Water Replenishment （水回馈 / 水补偿）基本含义： 向自然界新增或补充的水量和改善的水质。水量效益：增加或减少的水量（ ML/year 百万升水 / 年），如减少的径流量（水源涵养）、增加的水量、等。水 质 效 益 ： （ 1 ） 水 土 流失 （ 泥 沙 减 少 ）（ 2 ）水质指标（水污染、营养物质等）2015/10/1682015/10/165绿水水灰水蓝水 绿水：指用于农作物生产的雨水 蓝水：指地表水与地下水（如江河、湖泊、地下蓄

4、水层等） 灰水：指水污染指标，例如施用化肥2015/10/169Quantifying Replenish Benefits水回馈效益的量化 Changes in water quantity estimated in units ofmillion liters (ML) per year以“百万升 / 年”为单位的水量变化情况 Movement from existing (disturbed) condition towardnatural hydrology 从目前（受干扰）到自然流态的变化 Changes in water quality estimated in unitsof m

5、etric tons (MT) per year. 以 ML/ 年为单位的水质变化情况 Pollutant load reductions (e.g., sediment, nutrients) 污染物减排（沉淀及营养物等）102015/10/162015/10/1662.2 水回馈效益量The Coca-Cola Company is quantifying the water- related “Replenish” benefits derivedthrough its Community Water Partnership (CWP) projects.可口可乐公司正在利用“社区水合作

6、伙伴项目 (CWP) ”获得定量化与水相关的补偿 / 回馈效益。至 2014 年，一共约有 400 个 “社区水合作伙伴项目 (CWP) ” 项目被实施。2.2.1 总水回馈效益到 2014 年底， CWP 项目完成了水量回馈效益约 153.6 BL/yr (15.36 亿立方米 / 年 ) ，其中，可口可乐公司完成约占 94% 的水回馈效益为 162.6BL/yr (16.26 亿立方米 / 年 ) 。2014 年内，有 41 个活动项目的水质效益是正在减少泥沙负荷超过 380 万吨 / 年。2015/10/16112.2.2 流域保护活动的水回馈效益：2014 年有 51 个流域保护活动项

7、目2014 年，可口可乐公司完成的水量补偿效益为 121.1 BL/yr (12.11 亿立方米 / 年 ) 。2014 年，水质效益是正在减少泥沙负荷超过 380 万吨 / 年。2.2.3 生产性用水的水回馈效益2014 年有 26 个 生产性用水回馈的 活动项目2014 年，可口可乐公司完成的水量补偿效益为 25.6 BL/yr ( 2.56 亿立方米 / 年 ) 。2.2.4 供水和卫生活动的水回馈效益2014 年有 111.9887 万个受益者2014 年，可口可乐公司完成的水量补偿效益为 6.8 BL/yr (0. 68 亿立方米 / 年 ) 。2015/10/16122015/10

8、/1672.3 水回馈量计算(1) 、分类：项目划分以下三种类型 :Type 1: Watershed Restoration类型 1 ：流域保护 具有潜在的流域效益的项目，即对水质和水量具有补偿效益的项目； Type 2: Access to Water and Sanitation 类型 2 ：供水和卫生设施的覆盖 可以产生具有巨大价值的、可测量的社会或经济收益的项目； Type 3: Education and Awareness 类型 3 ：教育和意识培养 主要包括教育、监测、研究或自然规划的项目，这些项目没有可以量化的水收益 . 全球已经完成的项目 300 余项2015/10/161

9、3Qualifying Watershed Restoration Activities（流域修复活动的定量化）活动类型 分 10 类：2015/10/16(1).Agricultural land practice changes( 农业土地使用改变 )(2). Stormwater management( 暴雨管理 )(3). Land use/land cover alterations ( 土地使用 / 地表覆盖物选择 )(4). Hydraulic/hydrologic waterbody alterations( 水利学 / 水文学的水体选择 )(5). Water conserv

10、ation including leak repair( 水保护，包括泄露修复 )(6). Wastewater treatment( 废水处理 )(7). Biologic management( 生物管理 )(8). Water reuse( 水回用 )(9). Rainwater harvesting and aquifer recharge( 雨水收获和含水层补给 )(10). OTHER (Unspecified activity) ( 其它，未有分类的 )142015/10/168水回馈 量计算概述 : 水回馈量计算与气象（如温度、降雨等）、土壤、水文、径流形成、植被蒸散发等密切相

11、关。下图反应了流域水文传输途径，与降雨、蒸散发、土壤下渗、地表径流等密切性关系。 人类活动、人类用水、人类排水等也影响水回馈量计算。 计算机技术如 3S 技术、计算模型也影响影响水回馈量计算。152015/10/16水回馈量计算基本原理较复杂2015/10/1616LandUseDescriptionHydrologicSoilGroupABCDCultivatedlandWithoutconservationtreatment72818891Withconservationtreatment62717881PastureorrangelandPoorcondition68798689Good

12、condition39617480MeadowGoodcondition30587178WoodorforestlandThinstand,poorcover,nomulch245667783Goodcover25557077Openspaces,lawns,parks,golfcourses,cemeteries,etc.Goodcondition:grasscoveron75%ormoreofthearea39617480Faircondition:grasscoveron50-75%ofthearea49697984Commercialandbusinessareas(85%imperv

13、ious)89929495Industrialdistricts(72%impervious)381889193Residential4Averagelotsize(%Impervious)1/8acorless(65)778590921/4ac(38)617583871/3ac(30)577281861/2ac(25)547080851ac(20)51687984Pavedparkinglots,roofs,driveways,5etc.98989898Streetsandroads5Pavedwithcurbsandstormsewers98989898Gravel768589912015

14、/10/16Dirt72828789SCS模型土壤水文组分类标准土壤分类土壤水文性质最小下渗率(mm/h)A在完全湿润的条件下具有较高渗透率的土壤。这类土壤主要由沙砾石组成，由很好的排水，导水能力（产流力低）。如：厚层沙、厚层黄土、团粒化粉砂土7.2611.43B在完全湿润的条件下具有中等渗透率的土壤。这类土壤排水、导水和结构都属于中等。如薄层黄土、沙壤土3.817.26C在完全湿润的条件下具有较低渗透率的土壤。这类土壤大多有一个阻碍水流向下运动的层，下渗率和导水能力较低。如：黏壤土、薄层沙壤土、有机质含量低的土壤、黏质含量高的土壤0.1273.81D在完全湿润的条件下具有很低渗透率的土壤。这

15、类土壤主要由黏土组成，有很高的涨水，大多有一个永久的水位线，黏土层接近地表，其深层土几乎不影响产流，具有很低的导水。如：吸水后显著膨胀的土壤、塑性的黏土、某些盐渍土01.272015/10/169径流量的计算方法 径流量的计算方法较多，较为常用的是径流曲线数模型 (SCS-CN) ，改模型是美国农业部土壤保持局 (USDA) 开发用于估算无资料地区径流量的经验模型。国际上众多模型如 SWAT 、AGNAPS 等都以 SCS-CN 模型进行降雨径流模拟。SCS-CN 法 （ 径 流 曲 线 数 法 ） 已 经 广 泛 在 国 际 上 应 用 ， 其 需 要 四 个基本参数： CN 值、土壤水力传

16、导率、土壤干燥时间、降雨量。2Q runoff Q precip 0.2 S Q precip 0.8 S2540CNS 25.4172015/10/16SCS Runoff Curve Numbers (Antecedent moisture condition II)18Ysed:dailysedimentyield(metrictons)Qsurf:dailyrunoffvolume(mm/h);3qpeak:peakflowrate(m/s);KUSLE:soilerodibilityfactor;LSUSLE:topographicfactor;CUSLE:cover/cropman

17、agementfactor;PUSLE:conservationpracticefactor;2Ahru：为水文响应单元（HRU）的面积，hm2015/10/1610地表水土流失计算 地表水土流失计算常采用土壤通用流失方程（ MUSLE ），该方程与日径流量、峰值流率、地形因子、植被管理因子、保护实践因子等密切相关系。“ Modified Universal Soil Loss Equation ” (MUSLE), (Willianms, 1995)Y sed 11.8 ( Q surf q peak A hru ) 0.56 K USLE LS USLE C USLE P USLE CFR

18、G 2015/10/163. 湿地水回馈计算案例湿地保护 / 水资源保护类型（ 1 ）土地利用和土地覆盖改善（ 2 ）地表或地下水管理（ 3 ）农业和水产养殖业改善（ 4 ）废水处理（ 5 ）水压 / 水文水体变化（ 6 ） 流 域 湿 地 修 复2015/10/1619202015/10/1611案例分享土地利用 / 土地覆盖（ 1 ） . 土地利用 / 土地覆盖 湄公河 齐河流域保护（泰国）- 退化土地的再造林 热带雨林保护（巴西）- 土地保护2015/10/1621案例分享土地利用 / 土地覆盖 湄公河 齐河流域保护 位置：泰国齐河流域 目标： 减少径流 减少泥沙侵蚀 / 径流 增加生物

19、多样性 活动：退耕还林 方法：复杂的实证量化方法 采用径流曲线数法，径流量预计减少 采用改进的通用土壤流失方程，泥沙侵蚀和地表冲刷预计改善2015/10/16222015/10/1612案例分享土地利用 / 土地覆盖森林保护补助计划 ( 巴西 ) 位置：巴西亚马逊州 目标： 遏制毁林 保持水文条件 保护栖息地 保护水源 活动：通过现金补偿环境保护服务，保护热带林 亚马孙地区预计大面积的滥砍滥伐 防止 14 个保护区里 1250 万公顷森林被砍伐14 个保护区目前状况与预计砍伐（红色）程度（没有项目的情况下）对比2015/10/1623案例分享土地利用 / 土地覆盖森林保护补助计划 ( 巴西 )

20、 四个方面： 收入：支付给当地居民，鼓励他们生产可持续的森林产品。 社会：投入（支出款项）用于改善居民的教育、卫生、通讯和交通条件，提高他们的能力，充当森林的守护者。 家庭：支付给地主，他们承诺可持续地开发和保护环境。 协会：给予当地协会财政支持，加强他们在支付森林保护项目的组织和社会控制机制。 方法：通过采用复杂的实证量化方法，对比目前（森林覆盖）和将来（过度砍伐）情况下的雨水径流量和相关的泥沙侵蚀： 采用径流曲线数法，径流量预计增加 采用改进的通用土壤流失方程，泥沙侵蚀和地表冲刷预计增加2015/10/1624保护区总面积（公顷）201020152020202520302035204020

21、452050Amana2,221,8640.13%0.13%0.13%0.13%0.13%0.14%0.17%0.72%1.07%Amapa214,3150.67%2.50%11.63%25.88%40.18%53.55%70.16%85.71%93.09%Canuma22,7584.70%11.47%22.14%36.29%46.65%60.30%68.42%70.89%72.13%Catua-Ipixuna212,3234.96%4.96%4.96%4.96%4.96%10.43%22.02%38.00%67.00%Cajubim2,421,9260.06%0.06%0.06%0.06%0

22、.06%0.06%0.06%0.07%0.15%JumaReserve580,7830.85%2.57%8.36%14.73%20.93%28.77%42.18%54.57%76.55%Mamiraua1,310,8020.78%0.78%0.78%0.78%0.78%0.78%0.83%1.17%1.71%Maues449,8991.40%1.40%1.40%1.59%3.97%12.14%23.75%42.03%66.73%Piaguca/Purus800,8980.32%0.32%0.32%0.32%0.32%0.39%0.88%2.56%11.35%RioGregorio466,797

23、1.65%10.79%30.05%46.13%63.24%77.10%83.63%87.09%90.09%RioMadeira279,6323.86%3.96%5.35%7.03%8.46%11.73%18.29%35.52%71.11%RioNegro102,9788.05%28.78%59.06%73.34%81.40%85.98%88.36%88.36%88.36%Uacari620,3000.55%0.55%0.55%0.55%0.55%0.55%0.55%0.58%1.59%Uatuma423,4590.64%1.61%4.89%8.98%12.92%21.89%33.66%48.9

24、7%69.95%2015/10/1613预计毁林率案例分享土地利用 / 土地覆盖2015/10/1625案例分享土地利用 / 土地覆盖森林保护补助计划（巴西 : 朱马保护区 ） 描述： 项目区 = 580,783 公顷 目前是茂密的热带雨林 按照现有经济发展模式，预计到 2050 年大面积的森林被砍伐 到 2050 年，项目活动的实施让 444,589 公顷森林得以保护2010 年现状和按照现有经济发展模式 2050 年预计状况（红色表示森林砍伐）2015/10/16262015/10/1614（ 2 ） . 地表或地下水水质管理 里奥格兰德河（美国） 重新连结冲积平原，确保环境流量 保护湄公

25、河 /Tram Chim 国家湿地保护区（越南） 湿地恢复的水位管理2015/10/16 里奥格兰德河流域 位置：美国德克萨斯州大弯曲 目标： 增加漫滩频率和周期 改善一种本地物种的水生和河岸环境 活动：清除河岸外来入侵植物和天然堤，确保环境流量 将重新迁移河道沉积物，改善宽、浅、内侧不稳定的河道情况。 这些情况将为补给提供重要的活动冲积平原。案例分析水质管理27案例分析水质管理2015/10/16282015/10/1615 湄公河流域 位置：越南 Tram Chim 国家湿地保护区 目标： 减少洪涝、干旱危害 保持地下水位，减轻盐水侵蚀 项目示范 活动：通过水位管理，恢复湿地 优化水位管理

26、，在旱季通过自然洪水淹没来补充水，减少洪涝灾害。案例分析水质管理2015/10/1629案例分享农业和水产养殖业改善（ 3 ） . 农 业 和 水 产 养 殖 业 改 善 保护湄公河 齐河流域（泰国）- 可 持 续 农 业 技 术 措 施 大堡礁项目（澳大利亚）- 改进农业技术措施 中美洲珊瑚礁（危地马拉（中美洲）- 农林业技术措施2015/10/16302015/10/1616案例分享农业和水产养殖业改善 保护湄公河 位置：泰国齐河流域 活动：改进农业技术措施 项目示范，检验可持续农业技术措施 目标： 减少泥沙侵蚀 / 径流 减少营养负荷 减少径流中过量化学成分 方法：复杂的实证量化方法 采

27、用径流曲线数法，径流量减少 采用改进的通用土壤流失方程，泥沙侵蚀和地表冲刷预计改善2015/10/1631案例分享农业和水产养殖业改善 大堡礁项目 位置：澳大利亚昆士兰州麦基 - 威森迪地区 活动：改进的农业技术措施 描述：同 19 户甘蔗种植户一起，在 4,784 公顷土地上开展和实施精准农业和其他前沿技术。 目标： 减少沉积物、养分和化肥流失 减少径流，增加渗透 / 基流量 方法：应用现有的集水量比例模型（ SedNet andAnnex ），预计由项目实施带来的减少量。2015/10/16322015/10/1617案例分享农业和水产养殖业改善 保护中美洲珊瑚礁 位置：危地马拉 Pueb

28、lo Viejo 流域 目标：减少侵蚀和受纳水域泥沙淤积 活动：在农林业地区实施改进的管理措施（咖啡、豆蔻） 耕地管理措施 200 公顷 梯田、等高条植 水文评估研究，估计目前的沉积量和预计减少量2015/10/16（ 4 ） . 废水处理案例 人工湿地污水处理系统处理生活污水（成都郫县）33案例分享废水处理2015/10/16342015/10/1618废水处理实例 位 置 ： 成都郫县园田村（岷江流域） 目标：解决周边村民生活污水向河流排放的问题改善河流水质，提升水生生物生存环境降低人们患病风险项目示范 活动：修建人工湿地污水处理系统，处理周边约 200 人的生活污水郫县园田村处理 200

29、 人生活污水的人工湿地处理系统案例分享废水处理2015/10/16（ 5 ） . 水利 / 水文水体变 化案例： 保护湄公河（越南）- 水利 / 水文变化35案例分析水压 / 水文变化2015/10/16362015/10/1619案例分析水压 / 水文变化 保护湄公河 位置：越南 Tram Chim 国家湿地保护区 目标： 减少洪涝、干旱危害 保持地下水位，减轻盐水侵蚀 项目示范 活动：优化水位管理，在旱季通过自然洪水淹没来补充水，减少洪涝灾害，恢复湿地 方法：计算 A1 区排水量增加的效益。计算干旱区存水量增加的效益（ A3 和 A4 区）。干扰状况自然状况37流域修复2015/10/16

30、（ 6 ）流域修复量化：水资源保护成果 预计 水量 改变，以百万升 / 年为计算单位 从目前（干扰）状况向自然水文发展 预计 水质 改变，以吨 / 年为计算单位 重点是沉积量减少2015/10/16382015/10/1620范例流域恢复问题：高径流量、农田水质差2015/10/16范例影响：平均夏季基流量： 100 立方英尺 / 秒平均磷浓度： 300 微克 / 升39流域恢复活动： 缓冲带、改进耕作措施减少径流量和固体物质 / 养分流失2015/10/16效果：夏季基流量增加到 150 立方英尺 / 秒磷浓度减少到 100 微克 / 升402015/10/1621案例流域恢复案例 ： 运河

31、流域的保护和恢复 位置：泰国苏叻他尼府（运河流域） 目标： 保护现有林地 减少径流 保护当地流域，增强环境意识 活动：保护 3,040 公顷林地，防止农业区向热带雨林扩张 方法：复杂的实证量化方法 采用径流曲线数法，径流量预计减少 采用改进的通用土壤流失方程，泥沙侵蚀和地表冲刷预计改善2015/10/1641（ 6 ）流域修复 实例：广元市南河湿地公园修复2015/10/16422015/10/1622工程目标 : 湿地修复 贮水设施提升 稻田改为湿地以提高湿地生物库 修复湿地改善水质 湿地管理和能力培训 湿地可持续农业活动工 程 前 : 仅作为稻田 水量少 湿地修复2015/10/1623工

32、程前 :工程前 :2015/10/1624 湿地修复工程后 : 湿地修复 水量增加 湿地生物库增加引水渠 贮水设施提升2015/10/1625水渠水泥固化 ( 工程前 )去除水渠水泥 ( 工程后 ) 稻田改为湿地以提高湿地生物库 面积： 2.11 平方公顷年水量效益水质效益总效益(ML/yr)可口可乐公司贡献(MT/yr)总效益(MT/yr)可口可乐公司贡献(MT/yr)2009394.4367.9-2010394.4367.9-2011394.4367.9-2012394.4367.9-2013771.36586.6750.080.022014772.27587.5250.080.02201

33、5772.27587.5250.080.022016772.27587.5250.080.022017772.27587.5250.080.022018772.27587.5250.080.022019772.27587.5250.080.022020772.27587.5250.080.02最终效益772.27587.5250.080.022015/10/1626 修复湿地改善水质 面积： 1.17 hm 2 人工湖泊沿岸湿地修复 改善河口生物栖息环境总水回馈效益：2015/10/16274. 水回馈计算在湿地恢复中的应用及启示2015/10/1653 最典型实例： WWF 中国长江生态区保

34、护项目2015/10/16542015/10/1628长江生态区保护成效 为了保护这条中国的母亲 河，在过去 30 年里， WWF 在长江流域开展了 100 多个保护项目，总计资金投入 3500 万美元。 通过与中国政府的合作， WWF 在岷山、秦岭等六大山系开展大熊 猫栖息地保护工作，推动建立了 66 个野生大熊猫自然保护区，使全球 71% 的野生大熊猫和 57% 的大熊猫栖息地得到保护。 同时， WWF 还推动长江中下游 40 个 自然保护区建立了湿地保护网络， 164 万公顷湿地得到有效保护 。 如湖南岳阳市洞庭湖君山后湖湿地保护项目 ! WWF 积极倡导流域综合管理，恢复河湖生态，确保

35、饮水安全和环境流。 WWF推动建立的长江论坛，为政府、国际组织、学术机构提供讨论长江保护与发展的平台。 到 2020 年， WWF 的目标是通过与合作伙伴的共同努力，有效地管理覆盖长江流域 500 万公顷的长江保护网络，恢复并保持长江的环境流，恢复流域内 50 个湖泊与长江干流的联通，使 3000 万公顷的生态区得到保护，并为 6000 万人提供安全的饮水。2015/10/165556湿地保 护 造林前湿地保 护 后： 生物多 样 性增加 地下水 补给 增加 湿地水量增加 保 护 成都市 饮 用水源地 生 态观 光湿地保护水回馈项目应用实例- 成都云桥湿地保护目前：由成都一家 NGO 组织 (

36、 康华社区发展中心 ) 执行与管理维护 - 现在运行非常良好2015/10/162015/10/1629量化水回馈项目的意义 一个 可量化 的从企业的角度评估保护结果的方式 一个有效的与资助方和公众就项目保护成果进行沟通的方式 一个针对政府利益相关者更有效的对话方式 企业可以参与推广“水回馈”项目 个人可以参与推广“水回馈”项目572015/10/16 - 57Reforestation Example 造林为例58Before reforestation 造林前After reforestation 造林后：径流减少 + 水土流失减少 + 营 养 盐 流失减少2015/10/162015/1

37、0/163059Quantification Steps 量化步骤 特定年份的效益是基于： 效益总量 企业（如可口可乐）承担的成本比例 如需多年执行的项目，需提供完成率例如：成本比例 30% ，完成率 50%（企 业 效益） = 0.30 x 0.50 x ( 效益 总 量 ) 假 设 效益持 续 到 2020 年 对 每年的效益予以 验证2015/10/16量化方法简单法 直接测量或简单经验值计算 需要与效益相关的具体数据或投入等方面的假设 案例：供水，废水处理 复 杂 法 实证 或基于 过 程的方法 需要数据的支持（如，日降雨量） 案例：植 树 造林，水土保持等2015/10/166020

38、15/10/1631关键数据需求 数据的收集应该作为项目重要的一部分（例如：受影响的土地面积） 全球数据库是很好的资源（例如：降水量、土地覆盖率） 对于关键数据需求，已按活动类型给予指导。 特别是企业（个人）合作的项目2015/10/1661关键数据需求例： 土地利用 / 覆盖改善，农业土地技术措施改进： 受影响土地的被影响程度（公顷） 项目所在地经纬度 项目前 / 后土地利用和覆盖情况 日常气象数据（降水量、气温） 坡地 土地类型 / 排水性能 “农业技术措施”指：项目前 / 后耕作和其他农田 / 草原管理措施2015/10/16622015/10/1632关键数据需求例： 地表或地下水量管理 受影响面积的被影响程度 河川径流量监测数据 冲积平原或湿地面积（公顷） 冲积平原 / 湿地被淹没频率 / 深度