劉 丹

( 遼寧省河庫(kù)管理服務(wù)中心(遼寧省水文局)，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

遼河口濕地是世界最大的蘆葦沼澤濕地，被列入國(guó)際濕地保護(hù)名錄[1]。其生態(tài)環(huán)境保護(hù)一直是國(guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。河口濕地的生態(tài)環(huán)境比較復(fù)雜，其生態(tài)系統(tǒng)由很多部分組成，因此在計(jì)算河口濕地生態(tài)環(huán)境需水量時(shí)應(yīng)考慮到濕地中包括的各類(lèi)生態(tài)環(huán)境需水量[2]。首先，維持濕地植被的正常發(fā)育及濕地的土壤環(huán)境是主要的需水功能，因此必須首先考慮濕地植被需水量和濕地土壤需水量[3]。另外，河口濕地作為許多珍稀動(dòng)物遷徙、繁殖的基地，生物棲息地需水的計(jì)算也非常重要，同時(shí)，河口濕地生態(tài)環(huán)境需水量還應(yīng)考慮補(bǔ)給地下水需水量及水體凈化污染物所需的水量[4]。如果在河口濕地中存在水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘等人工建造的水域，則其包含在生態(tài)需水計(jì)算范圍內(nèi)[5]。因此，濕地植被、土壤、生物棲息地、補(bǔ)給地下、污染物凈化、水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘所需水量都應(yīng)包括在濕地生態(tài)需水計(jì)算范圍內(nèi)[6]。而在計(jì)算過(guò)程中應(yīng)去除各類(lèi)生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算的重復(fù)部分，污染物凈化和生物棲息生態(tài)效果具有重合性，因此污染物凈化所需水量不在列入計(jì)算[6]。各類(lèi)濕地生態(tài)環(huán)境需水量的分級(jí)按照總生態(tài)環(huán)境需水量的分級(jí)特征，也相應(yīng)地分為最小、最適和最大需水量[7]。近些年來(lái)，流域生態(tài)需水的研究取得不少成果[8- 15]，但是對(duì)于各類(lèi)生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算綜合確定流域需水的研究還較少。遼河是遼寧省第一大河，其河流生態(tài)恢復(fù)一直是社會(huì)關(guān)注熱點(diǎn)，為此本文分別計(jì)算遼河口濕地植被、土壤、生物棲息地、地下水補(bǔ)給量及水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘的需水量，最終對(duì)遼河口濕地生態(tài)需水量進(jìn)行綜合確定，研究成果對(duì)于遼河口濕地生態(tài)環(huán)境修復(fù)和保護(hù)規(guī)劃具有重要的參考價(jià)值。

1 生態(tài)環(huán)境綜合需水計(jì)算方法

濕地植被、土壤、生物棲息地、地下水補(bǔ)給以及水域生態(tài)需水量是濕地生態(tài)需水量的各組成部分。濕地生態(tài)環(huán)境需水總量是各類(lèi)需水量的相加總和。其計(jì)算方法如下。

1.1 濕地植被生態(tài)需水量

濕地植被需水量是指滿足植被同化、蒸騰耗水、葉面蒸散、土壤蒸發(fā)所消耗的水量，其中99%的植被需水主要消耗于土壤蒸發(fā)以及葉面蒸散，因此濕地植被需水主要為其兩者之和：

WP=APETm

(1)

式中，WP—需水量計(jì)算值，m3；AP—植被覆蓋面積；ETm—土壤蒸發(fā)量，mm。

1.2 濕地土壤生態(tài)需水量

濕地土壤生態(tài)需水量和土壤含水量并不等同，其和植物生長(zhǎng)需水相關(guān)，濕地土壤類(lèi)型和其含水量及持水量有所差異，其計(jì)算方程為：

Wt=aHtAt

(2)

式中，Wt—土壤需水量，m3；a—不同土壤類(lèi)型飽和含水量的比例，%；Ht—土層深度，m；At—濕地土壤所占的面積，m2。

1.3 生物棲息地需水量

魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)繁殖以及棲息所需要的水量是生物棲息地生態(tài)需水量。依據(jù)水深和過(guò)水面積比可以對(duì)生物棲息地水量進(jìn)行簡(jiǎn)要計(jì)算：

Wq=ABHw

(3)

式中，Wq—魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)棲息所需要的水量，m3；A—濕地面積，m2；B—水面占比，%；Hw—水深，m。

1.4 補(bǔ)給地下水需水量

地下水通過(guò)自然滲漏補(bǔ)給的水量為地下水補(bǔ)給量，遼河濕地主要的用地類(lèi)型為蘆葦、水稻、水域均補(bǔ)給地下水需水量，其中地下水補(bǔ)給來(lái)自于葦田的水量計(jì)算方程為：

Wb=KIAsT

(4)

式中，Wb—補(bǔ)水量，m3；K—滲透系數(shù)，m/d；I—水力坡度；As—滲流剖面存在面積，m2；T—計(jì)算時(shí)長(zhǎng)，d。由于遼河口濕地中有大面積的水田，因此，水稻生長(zhǎng)期的降水入滲和灌溉入滲也應(yīng)計(jì)算在內(nèi)，計(jì)算水田補(bǔ)給地下水量的公式為：

Wr=ΦTrF

(5)

式中，Wr—水田補(bǔ)給地下水量，m3；Φ—水田穩(wěn)滲率，黏土Φ=1mm/d；Tr—水稻生長(zhǎng)期，單季稻為120d；F—水田面積，m2。

1.5 水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘生態(tài)環(huán)境需水量

水塘、養(yǎng)殖水庫(kù)的基本生態(tài)功能維持所需要的的水量則為水域生態(tài)需水量，其計(jì)算方程為：

Wt=At(E-P)

(6)

式中，Wt—水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘生態(tài)環(huán)境需水量，m3；At—水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘的水面面積，m2；E—相應(yīng)的水面蒸發(fā)量，mm；P—水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘上的降水量，mm。

2 遼河口濕地生態(tài)環(huán)境綜合需水應(yīng)用

2.1 濕地植被生態(tài)需水量計(jì)算

草甸群落、鹽地堿蓬群落、蘆葦群落、香蒲群落和種植群落是遼河口濕地主要植被類(lèi)型，由于濕地植被類(lèi)型較多，對(duì)其植被生態(tài)需水量計(jì)算時(shí)主要以水稻作為關(guān)鍵物種進(jìn)行計(jì)算，蘆葦作為野生植被進(jìn)行計(jì)算，以蘆葦和水稻作為濕地植被需水計(jì)算的兩種主要類(lèi)型植被。植物生長(zhǎng)級(jí)別以植被覆蓋度作為兩種植物的基本特征進(jìn)行分級(jí)指標(biāo)的劃分。

遼河口濕度水面蒸發(fā)年平均值按照歷年水文資料分析為900～950mm，植被非生長(zhǎng)期和生長(zhǎng)期蒸發(fā)分別是水面蒸發(fā)的1.1倍和2倍之多。按照公式(1)對(duì)濕地植被需水進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 濕地植被需水量

2.2 濕地土壤生態(tài)需水量計(jì)算

潮灘鹽土、濱海鹽土、草甸鹽土、沼澤鹽土和水稻土是遼河濕地5種主要的土壤類(lèi)型。蘆葦生長(zhǎng)的土壤主要為鹽土和沼澤土，鹽土是濕地分布較為廣泛的灘涂主要類(lèi)型土壤，水田生長(zhǎng)土壤主要分布在水稻土上，鹽土、沼澤土和水稻土是濕地土壤需水計(jì)算時(shí)按照土壤水特征所劃分的主要類(lèi)型土壤。濕地土壤水計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 濕地土壤需水量

2.3 生物棲息地需水量計(jì)算

遼河口濕地內(nèi)50%以上的種群水量為珍惜鳥(niǎo)類(lèi)黑嘴鷗。蘆葦沼澤濕地是黑嘴鷗棲息的主要區(qū)域，濕地總面積的40%分布有蘆葦沼澤。水禽棲息的最佳場(chǎng)所由沼澤植被和水面共同組成。濕地物種豐富性由兩種用地類(lèi)型的面積相對(duì)比例所決定。10%～75%水面比分布有遼河口濕地的蘆葦沼澤，黑嘴鷗生長(zhǎng)繁殖需要的水深為蘆葦生長(zhǎng)所需水深，考慮黑嘴鷗捕獵魚(yú)類(lèi)作為食物的需要，水深上限設(shè)置為2m。生物的棲息所需水量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 濕地生物棲息地需水量

2.4 補(bǔ)給地下水需水量計(jì)算

假定地下水補(bǔ)給主要來(lái)自于葦田水面部分，自身需求主要來(lái)自于無(wú)水面區(qū)域。因此按照水量劃分等級(jí)對(duì)其水面比例進(jìn)行劃定。黏質(zhì)土是濕地的均屬土壤，該類(lèi)型土壤滲透系數(shù)一般為0.006md-1，補(bǔ)給時(shí)間受凍融以及來(lái)水季節(jié)變化綜合影響按照145d進(jìn)行設(shè)置，地下水補(bǔ)給計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 葦田補(bǔ)給地下水需水量

2015年和2020年地下水補(bǔ)給由水田補(bǔ)給的水量按照前述水田地下水補(bǔ)給量計(jì)算方法分別為0.131×108m3和0.129×108m3。2015年和2020年水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘和河流河渠按照其相應(yīng)的面積以及滲漏率的水量計(jì)算分別為0.759×108m3和0.760×108m3。

2.5 水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘生態(tài)環(huán)境需水量

遼河口濕地水面蒸發(fā)和降水量多年均值分別為945、626.5mm。最小、最適、最大的水塘、養(yǎng)殖塘以及水庫(kù)需水系數(shù)分別為0.96、1.05、1.17進(jìn)行設(shè)置，其需水量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘生態(tài)環(huán)境需水量

2.6 遼河口濕地生態(tài)環(huán)境需水總量

濕地生態(tài)環(huán)境需水總量為各類(lèi)生態(tài)需水量相加之和，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 遼河口濕地生態(tài)環(huán)境需水量 單位：108m3

從計(jì)算結(jié)果可看出，2020年遼河口濕地各類(lèi)生態(tài)需水量均要高于2015年各類(lèi)生態(tài)需水量，這主要是因?yàn)楦黝?lèi)型面積都較2015年有所增加，使得其生態(tài)需水量有所增加，但由于面積增比不高，使得遼河口各類(lèi)型濕地的生態(tài)需水增幅不大。從濕地補(bǔ)給地下水需水量變化可看出，遼河口濕地葦田的面積要高于水田的面積，其植被覆蓋度也明顯要高于水田，使得葦田補(bǔ)給地下水的需水量要高于水田。在各類(lèi)型生態(tài)環(huán)境需水中，植被和土壤需水量最大，植被及土壤、地下水補(bǔ)給占生態(tài)環(huán)境需水總量的比例分別在70%和15%以上，生物棲息地及及水庫(kù)、水塘、養(yǎng)殖塘的需水量占比分別在4%和3%左右。

3 主要結(jié)論

(1)濕地植被在遼河濕地生態(tài)需水量占比最大，而作為世界最大的蘆葦濕地，重點(diǎn)應(yīng)調(diào)控蘆葦植被的需水量，建議對(duì)蘆葦濕地供水水系清淤，增加濕地自身蓄水量，實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)增擴(kuò)蓄水。

(2)建議根據(jù)濕地水量供給平衡，明確缺水量，構(gòu)建攔河閘壩增加濕地蓄水量，基于現(xiàn)有補(bǔ)水水系進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)控海水優(yōu)化濕地植被生長(zhǎng)條件，并合理制定補(bǔ)水方案和水系布局，提高濕地蓄水量和供水量。

(3)各類(lèi)型生態(tài)需水計(jì)算理論方法中未能對(duì)其重復(fù)計(jì)算項(xiàng)進(jìn)行扣除，研究所得生態(tài)需水量由于未能考慮生物多樣性，計(jì)算值相對(duì)較為保守，在后續(xù)研究中還應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)濕地生物多樣性需水計(jì)算的理論研究，從而提高其生態(tài)需水計(jì)算的精準(zhǔn)性。