遼河口濕地生態(tài)環(huán)境綜合需水量計算與應(yīng)用研究

劉 丹

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

遼河口濕地是世界最大的蘆葦沼澤濕地，被列入國際濕地保護名錄[1]。其生態(tài)環(huán)境保護一直是國內(nèi)外關(guān)注的熱點。河口濕地的生態(tài)環(huán)境比較復雜，其生態(tài)系統(tǒng)由很多部分組成，因此在計算河口濕地生態(tài)環(huán)境需水量時應(yīng)考慮到濕地中包括的各類生態(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物遷徙、繁殖的基地，生物棲息地需水的計算也非常重要，同時，河口濕地生態(tài)環(huán)境需水量還應(yīng)考慮補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、水塘、養(yǎng)殖塘等人工建造的水域，則其包含在生態(tài)需水計算范圍內(nèi)[5]。因此，濕地植被、土壤、生物棲息地、補給地下、污染物凈化、水庫、水塘、養(yǎng)殖塘所需水量都應(yīng)包括在濕地生態(tài)需水計算范圍內(nèi)[6]。而在計算過程中應(yīng)去除各類生態(tài)環(huán)境需水量計算的重復部分，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算[6]。各類濕地生態(tài)環(huán)境需水量的分級按照總生態(tài)環(huán)境需水量的分級特征，也相應(yīng)地分為最小、最適和最大需水量[7]。近些年來，流域生態(tài)需水的研究取得不少成果[8- 15]，但是對于各類生態(tài)環(huán)境需水量計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)恢復一直是社會關(guān)注熱點，為此本文分別計算遼河口濕地植被、土壤、生物棲息地、地下水補給量及水庫、水塘、養(yǎng)殖塘的需水量，最終對遼河口濕地生態(tài)需水量進行綜合確定，研究成果對于遼河口濕地生態(tài)環(huán)境修復和保護規(guī)劃具有重要的參考價值。

1 生態(tài)環(huán)境綜合需水計算方法

濕地植被、土壤、生物棲息地、地下水補給以及水域生態(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)境需水總量是各類需水量的相加總和。其計算方法如下。

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，其和植物生長需水相關(guān)，濕地土壤類型和其含水量及持水量有所差異，其計算方程為：

Wt=aHtAt

(2)

式中，Wt—土壤需水量，m3；a—不同土壤類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

魚類、鳥類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)水深和過水面積比可以對生物棲息地水量進行簡要計算：

Wq=ABHw

(3)

式中，Wq—魚類、鳥類棲息所需要的水量，m3；A—濕地面積，m2；B—水面占比，%；Hw—水深，m。

1.4 補給地下水需水量

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

Wb=KIAsT

(4)

式中，Wb—補水量，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—計算時長，d。由于遼河口濕地中有大面積的水田，因此，水稻生長期的降水入滲和灌溉入滲也應(yīng)計算在內(nèi)，計算水田補給地下水量的公式為：

Wr=ΦTrF

(5)

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

1.5 水庫、水塘、養(yǎng)殖塘生態(tài)環(huán)境需水量

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

Wt=At(E-P)

(6)

式中，Wt—水庫、水塘、養(yǎng)殖塘生態(tài)環(huán)境需水量，m3；At—水庫、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、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型，由于濕地植被類型較多，對其植被生態(tài)需水量計算時主要以水稻作為關(guān)鍵物種進行計算，蘆葦作為野生植被進行計算，以蘆葦和水稻作為濕地植被需水計算的兩種主要類型植被。植物生長級別以植被覆蓋度作為兩種植物的基本特征進行分級指標的劃分。

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，植被非生長期和生長期蒸發(fā)分別是水面蒸發(fā)的1.1倍和2倍之多。按照公式(1)對濕地植被需水進行計算，計算結(jié)果見表1。

表1 濕地植被需水量

2.2 濕地土壤生態(tài)需水量計算

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種主要的土壤類型。蘆葦生長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型土壤，水田生長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算時按照土壤水特征所劃分的主要類型土壤。濕地土壤水計算結(jié)果見表2。

表2 濕地土壤需水量

2.3 生物棲息地需水量計算

遼河口濕地內(nèi)50%以上的種群水量為珍惜鳥類黑嘴鷗。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型的面積相對比例所決定。10%～75%水面比分布有遼河口濕地的蘆葦沼澤，黑嘴鷗生長繁殖需要的水深為蘆葦生長所需水深，考慮黑嘴鷗捕獵魚類作為食物的需要，水深上限設(shè)置為2m。生物的棲息所需水量計算結(jié)果見表3。

表3 濕地生物棲息地需水量

2.4 補給地下水需水量計算

假定地下水補給主要來自于葦田水面部分，自身需求主要來自于無水面區(qū)域。因此按照水量劃分等級對其水面比例進行劃定。黏質(zhì)土是濕地的均屬土壤，該類型土壤滲透系數(shù)一般為0.006md-1，補給時間受凍融以及來水季節(jié)變化綜合影響按照145d進行設(shè)置，地下水補給計算結(jié)果見表4。

表4 葦田補給地下水需水量

2015年和2020年地下水補給由水田補給的水量按照前述水田地下水補給量計算方法分別為0.131×108m3和0.129×108m3。2015年和2020年水庫、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算分別為0.759×108m3和0.760×108m3。

2.5 水庫、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)殖塘以及水庫需水系數(shù)分別為0.96、1.05、1.17進行設(shè)置，其需水量計算結(jié)果見表5。

表5 水庫、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)境需水總量為各類生態(tài)需水量相加之和，其計算結(jié)果見表6。

表6 遼河口濕地生態(tài)環(huán)境需水量 單位：108m3

從計算結(jié)果可看出，2020年遼河口濕地各類生態(tài)需水量均要高于2015年各類生態(tài)需水量，這主要是因為各類型面積都較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，使得遼河口各類型濕地的生態(tài)需水增幅不大。從濕地補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，使得葦田補給地下水的需水量要高于水田。在各類型生態(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、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，重點應(yīng)調(diào)控蘆葦植被的需水量，建議對蘆葦濕地供水水系清淤，增加濕地自身蓄水量，實現(xiàn)濕地生態(tài)增擴蓄水。

(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)有補水水系進行優(yōu)化，調(diào)控海水優(yōu)化濕地植被生長條件，并合理制定補水方案和水系布局，提高濕地蓄水量和供水量。

(3)各類型生態(tài)需水計算理論方法中未能對其重復計算項進行扣除，研究所得生態(tài)需水量由于未能考慮生物多樣性，計算值相對較為保守，在后續(xù)研究中還應(yīng)重點加強對濕地生物多樣性需水計算的理論研究，從而提高其生態(tài)需水計算的精準性。