扎龙湿地生态环境需水量研究

扎龙湿地生态环境需水量研究

扎龙自然保护区位于黑龙江省富义县、太来县、铁峰区、阳阳溪区、大庆林甸县和杜尔伯特蒙古族自治县的六个区县，总面积为2000公里和2个区。这是一个以鹤为主要生态鸟类和湿地物种为主的珍稀鸟类和湿地。随着人类对湿地的持续探索和过度分配和利用水资源，扎隆湿地的生态环境恶化。其中，水是湿地最敏感的元素，也是湿地生态环境恶化的主要因素。乌裕尔河是维持扎龙湿地生存的主导因素,其水量减少的主要原因是:上游森林过量砍伐,中上游植被遭到破坏,径流量变小;乌裕尔河中、上游地区工农业生产用水量增加,截留、分流水源十分严重.由于扎龙湿地严重缺水,自2002年起,水利部和黑龙江省政府先后对湿地实施了补水,缓解了扎龙自然保护区湿地水资源严重短缺的问题,也为再调配和合理配置生态环境需水提供了良机.但如何有效分配从嫩江调来的水资源,在保护生产、生活用水的同时,给湿地生态环境以最适宜的水量,是一个亟待解决的问题.本文在湖泡、河流生态环境需水量研究的基础上,重点分析了扎龙湿地生态环境现状需水量和适宜需水量,为合理配置和调控水资源,逐步恢复扎龙湿地生态系统功能和实现区域可持续发展提供有力依据.1需水量计算方法湿地生态环境需水量主要包括湖泡需水量、植物需水量、土壤需水量及野生生物栖息地需水量等.目前,各种需水量的计算方法很多,但许多方法的计算参数难以确定,本文根据扎龙湿地的实际情况,多方对比,确定了如下的计算方法.1.1湖泡洼地水气藏水资源量核算湖泡的生态环境需水量核算采用水量平衡法、换水周期法、功能法等,湖泡洼地生态环境需水量主要考虑为维持湖泡湿地特定的水、盐以及水生生态条件,湖泡洼地一年内消耗的水量.根据水量平衡原理,在无取水的自然条件下,湖泡洼地的计算公式如下:ΔWl=P+Ri-Rf-E+ΔWg,式中,ΔWl(m3/a)为湖泡洼地蓄水量的变化量;P(m3/a)为降水量;Ri(m3/a)为入湖水量;Rf(m3/a)为出湖水量;E(m3/a)为湖泡洼地水面的蒸发量;ΔWg(m3/a)为地下水变化量.为维持湖泡湿地的生态环境功能,要求湖泡洼地蓄水量不发生变化,即ΔWl=0,对北方河流,由于水蒸发量E大于降水量P,因此在地下水位维持动态平衡的条件下(ΔWg=0),必须补充相当一部分湖水量消耗于湖泡洼地水面的蒸散.因此,可以认为湖泡洼地的生态环境用水主要用以维持湖泡洼地水量平衡而消耗于水面蒸散的净水量,其核算公式:Wl=∑Ai(Ei-Ρi)⋅10-3‚Wl=∑Ai(Ei−Pi)⋅10−3‚式中,Wl(m3/a)为湖泡洼地的生态环境需水量;Ai(m2)为湖泡洼地的水面面积;Ei(mm)为相应水面的蒸发能力;Pi(mm)为湖泡洼地上的降水量.1.2植物需水量的基本概念植物需水量包括植物同化过程耗水和植物体内包含的水分、蒸腾耗水、湿地植株表面蒸发耗水以及土壤蒸发耗水四部分.前两部分是植物生理过程所必需的,称为生理需水,后两部分是植物生活环境条件形成中所必需的,称为生态环境需水.其中蒸腾耗水和土壤蒸发是最主要耗水项目,占植物需水量的99%,其他两项仅占1%.因而把植物需水量近似理解为植物叶面蒸腾和棵间土壤蒸发的水量之和,称为蒸散发量.从理论上可表达为:dWΡdt=EΤm(t)dWPdt=ETm(t),式中,Wp为植物需水量;ETm为蒸散发量;t(月)为时间.1.3地土壤含水量土壤含水量是核算土壤需水量的基础和依据,湿地土壤含水量通常用下式核算:S=0.1Weh,式中,S(mm)为土壤储水量,0.1为单位转换系数;We为土壤容积湿度;h为土层厚度.1.4湿地生境和生境生物多样性的核算和保持正常水量野生生物栖息地需水量是鱼类、鸟类等栖息、繁殖需要的基本水量.以湿地的不同类型为基础,找出关键保护物种,如鱼类或鸟类,根据正常年份鸟类或鱼类在该区栖息、繁殖的范围内核算其正常水量,为避免与湿地土壤需水量的重复,这里只核算地表以上低洼地的蓄水量(满足野生动物栖息、繁殖的水量).2生态环境需要水的计算根据对2002年4月、7月和10月扎龙自然保护区的ETM卫星影响卫片解译结果,按湿地功能分区确定扎龙湿地土地分类结果见表1.2.1湿地的总水量计算扎龙湿地1956～2000年平均降雨和水面蒸发统计结果见表2,自然保护区湖泡和湿地核心区明水生态环境需水量核算结果见表3.2.2自然保护区和湿地核心区核算实验测定扎龙湿地芦苇蒸散发量(扎龙国家级自然保护区管理局提供)见表4.由于芦苇为扎龙湿地植物绝对优势种,因此以其芦苇需水量作为扎龙湿地植物需水量,自然保护区和湿地核心区核算结果见表5.2.3轻沼计算方法湖泡生态环境需水量核算已考虑土壤因素,因此本核算只考虑轻沼泽;同时由于土壤有长达半年的封冻期,封冻期内不考虑土壤需水量问题,核算扎龙湿地自然保护区和湿地核心区土壤需水量结果见表6.2.4扎龙湿地的最适需水量扎龙湿地野生生物关键保护物种丹顶鹤,根据多年观测结果(扎龙国家级自然保护区管理局提供),一对繁殖鹤所需领地约为2km2,扎龙湿地多年平均丹顶鹤350只/年,因此,需要的领地为350km2,此面积远小于核心区面积,由于此部分水为重复核算,因此在考虑面积超过核心区的面积时,可不考虑此项需水量.扎龙湿地生态需水量由湖泡、湿地植物、湿地土壤以及湿地野生生物栖息地等几部分组成,其间无重复核算水量,因此根据表3、表5和表6,核算扎龙湿地生态环境需水量结果见表7.根据表7的核算,扎龙湿地的生态环境需水量为5.60×108m3,其中核心区为2.17×108m3,计算过程明水已扣除降雨,芦苇蒸腾只是在5～9月扣除了降雨,其他月份没有扣除.5～9月多年平均降雨量为367.5mm,全年多年平均降雨为418.8mm,因此其他月份需扣除的水量为51.3mm.对应的芦苇湿地面积应扣除的水量为0.51×108m3和0.17×108m3,因此,扎龙湿地的生态环境需水总量为5.09×108m3,其中核心区为2.00×108m3.自然来水有丰、平、枯年之分,直接影响扎龙湿地水量的获得,但是,为了维护扎龙湿地的基本功能,最低供水量应以保证湿地核心区生态环境需水量要求,即湿地生态环境最小需水量每年不应低于2.00×108m3.扎龙湿地由于2000年和2001年连续缺水和人为因素,造成2001年年底扎龙湿地发生大火,严重威胁了扎龙湿地的生存.为保护湿地,水利部和黑龙江省政府从2002年4月20日开始到7月底,为扎龙湿地补水2.70×108m3,扎龙湿地非湖泡、沼泽部分降水2.34×108m3,扎龙湿地明水水面面积从2001年10月21日的193.05km2,增加为2002年10月8日的415.53km2,效果非常明显,其