黃河故道濕地自然保護區(qū)需水量研究

孫孝波,孫 珂, 穆玉珠,張家武,張彥波

（1.河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測局，河南 新鄉(xiāng)453002；2.河南省安陽水文水資源勘測局，河南 安陽 455000)

0 引言

濕地有著“地球之肺”的美稱，起著清潔空氣、調節(jié)局部小氣候的作用。 豫北黃河故道濕地鳥類國家級自然保護區(qū)位于河南省新鄉(xiāng)市東部，由衛(wèi)輝市和延津縣接壤的黃河故道以及封丘縣境內的黃河灘涂和背河洼地組成。 前者為古黃河改道后遺留下來的一段槽型凹地，地理位置為東經114°07′、北緯34°54′，長約30 km，寬約3.5 km，面積10500 ha；后者地理坐標為東經114°29′，北緯35°24′，長約50 km，寬度3 km，面積14 280 ha。保護區(qū)總面積24 780 ha。前者為主要研究區(qū)域。 豫北黃河故道濕地鳥類國家級自然保護區(qū)是河南省的第一個濕地鳥類生態(tài)自然保護區(qū)，也是我國黃河以北暖濕帶內陸平原人口稠密區(qū)罕有的水禽棲息越冬區(qū)域。 區(qū)內水域、灘涂廣闊，野生動植物資源豐富、鳥類眾多，是黃河中下游平原人口稠密區(qū)交通發(fā)達地帶遺存下來的較大的一塊濕地，動植物的北方物種、南方物種和廣布種十分豐富， 是冬候鳥的越冬北界， 共有鳥類130余種，其中有國家一級、二級保護鳥類34 種。 該區(qū)域具有重要的生物多樣性保護意義和潛在的科研開發(fā)及生態(tài)旅游價值，對保護中原地區(qū)的生物多樣性具有重要意義。

1 濕地需水量

根據保護區(qū)生態(tài)修復規(guī)劃要求，濕地面積按最小、較小、中等3 個級別研究，面積分別按2400 ha、3000 ha、3550 ha 研究相應的需水量[1-2]。 濕地需水量的研究應從濕地植物需水量、土壤需水量、生物棲息需水量、補給地下水需水量、休閑及旅游需水量等五個方面進行研究[2-3]。

1.1 植物需水量

植物需水量包括四部分：植物同化過程耗水和植物體內包含的水分、蒸騰耗水、濕地植株表面蒸發(fā)耗水及土壤蒸發(fā)耗水。 植物同化過程耗水和植物體內包含的水分是植物生長過程需要，稱為生理需水。 蒸騰耗水、濕地植株表面蒸發(fā)耗水及土壤蒸發(fā)耗水是植物生活環(huán)境條件中所必需的，稱為生態(tài)需水。 其中蒸騰耗水和土壤蒸發(fā)耗水是最主要耗水項目，占植物需水量的99%，其他僅占1%。 因而，人們把植物需水量近似理解為植物葉面蒸騰和棵間土壤蒸發(fā)的水量之和，稱為蒸發(fā)量。 表達式為：

式中：Wp為植物需水量，m3；ETM為蒸發(fā)量，m3；t 為時間，d。

濕地是植物種類極其豐富的地區(qū)，實際計算植物需水量時是根據植物特征來劃分需水量級別、進行計算的，如表1 所示。 根據黃淮海地區(qū)濕地植被的基本特征， 即沼澤類型以草叢沼澤和鹽沼為主，而草叢沼澤中以蘆葦群落為主，還分布有小面積苔草群落、香蒲群落、菖蒲群落等。 所以，以蘆葦的基本特征劃分需水量級別是合理的。

根據植蒸發(fā)耗水占植物需水量的99%的比例，計算結果如表2 所示。

表1 植物蒸發(fā)需水量級別劃分Table 1 Plant evaporation water requirement classification

1.2 濕地土壤需水量

濕地土壤需水量與植物生長及其需水量密切相關。 植被密集的沼澤、草甸濕地和植被稀疏或灘涂濕地計算土壤需水量的方法有差異。 土壤儲水量是計算土壤需水量的基礎和依據。 在實際計算中，通常用土壤的持水量類型如調萎濕度、 田間持水量、毛管持水量、飽和持水量等來劃定需水量等級，并進行計算。

表2 濕地植物需水量表Table 2 Wetland plant water requirement

表3 濕地土壤需水量等級劃分Table 3 Wetland soil water requirement classification

濕地土壤需水量計算見表4。

表4 濕地土壤需水量表Table 4 Wetland soil water requirement

1.3 生物棲息地需水量

野生生物棲息地需水量是魚類、 鳥類等棲息、繁殖需要的基本水量。 以濕地的不同類型為基礎，找出關鍵保護物種，如魚類或鳥類，根據正常年份魚類或鳥類在該區(qū)棲息、繁殖的范圍，計算其正常需水量，以避免與濕地土壤需水量的重復。 這里只計算地表以上低洼地的蓄水量 （滿足野生動物棲息、繁殖的水量）。

根據理想需水量和最小需水量概念，其野生生物棲息地需水量可表示為：

式中： Ab為濕地區(qū)正常年面積，m2；At為洪水期濕地面積，m2；Am為枯水期濕地面積，m2；T12為洪水期水平面高度，m；T2為枯水期水平面高度，m；B為正常年份水平面高度，m；δ1為為洪水期水平面高度訂正系數；δ2為枯水期水平面高度訂正系數。

濕地是多種珍稀物種的繁殖地和遷徙驛站和許多水徙禽及魚類的優(yōu)越棲息地。 環(huán)境的多樣性一般會引起物種多樣性。 據此分析，由水面和沼澤植被共同組成的濕地系統(tǒng)可以為水禽提供最佳的棲息場所，水面和沼澤植被的面積相對比率，是決定物種豐富性的重要因素。 因此，在實際計算中，通過水面面積百分比和水深要素劃定需水量級別，如表5 所示。

表5 生物棲息地需水量級別劃分Table 5 Creature habitat water requirement classification

生物棲息地需水量計算見表6。

表6 生物棲息地需水量表Table 6 Creature habitat water requirement

1.4 濕地補水需水量

補水需水量包括補給地下水或向其他濕地補水。 補給地下水主要通過下滲來進行計算。 下滲的計算方法可用達西公式計算；向其他濕地補水的計算，主要是通過被研究濕地來水量的類型，用水量平衡方程進行計算[4]。

式中：W 為補水量, m3；k 為滲透系數,m/d；I 為水力坡度,滲透路徑中單位長度上的水頭損失,無單位；A 為滲流剖面面積,m2；T 為計算時段長度,d。

濕地具有補給地下水的功能，這一功能是通過滲漏途徑來實現的。 根據濕地不同的水面面積百分比，劃分需水量等級，如表7 所示，在此假定了補給地下水的濕地是有水面的部分濕地。 無水面的沼澤地只具有維持自身狀況的需水功能。

表7 濕地補給地下水等級劃分Table 7 Wetland supplying underground water requirement classification

濕地地下水補水量計算結果如表8 所示。

表8 地下水補水量Table 8 Underground water supplying water requirement

1.5 休閑旅游需水量

休閑、旅游和娛樂是濕地重要的環(huán)境功能，劃船及水上項目、垂釣、游泳等是重要的表現形式，同時要求適宜的水量和水深。 根據這一特點，以水深作為主要依據，劃分需水量級別，如表9 所示。 在一般情況下，將該水量和生物棲息地需水量一起考慮。

表9 休閑、旅游需水量級別劃分Table 9 Entertainment and tourism water requirement classification

休閑、旅游需水量計算如表10 所示。

表10 濕地休閑、旅游需水量Table 10 Wetland entertainment and tourism water requirement

根據前述的濕地生態(tài)環(huán)境需水量等級劃分及其相應的計算，考慮到生物棲息地需水量與旅游休閑需水量的兼容性，取其一代入最小需水量，相加求和，得出豫北黃河故道濕地鳥類國家級自然保護區(qū)濕地需水量（如表11 所示）。

表11 各類濕地生態(tài)環(huán)境型需水量 單位:104m3Table 11 Each water requirement of wetland entironment (Unit:104m3)

2 結論

由于近年來地下水過量開采，水位下降等原因，豫北黃河故道鳥類國家級自然保護區(qū)濕地水面嚴重萎縮，通過對該濕地需水量的研究可知，恢復和保持濕地為中等級別（3 550×104m2）時需水量為10 070×104m3；保持濕地為較小級別（3 000×104m2）時需水量為6 359×104m3； 保持濕地為最小級別 （2 400×104m2）時需水量為4 386×104m3。 這為解決該濕地的生態(tài)修復工程提供了科學依據，在補充濕地水分時，可根據年降水量的不同，動態(tài)控制濕地的面積。 在降水量較大的豐水年份，將濕地面積恢復和保持在中等級別；在降水量一般的平水年份，可將濕地面積保持在中等級別；在降水量較小的枯水年份，可將濕地面積保持在最小級別。 這可以在一定程度上通過較穩(wěn)定的補水量達到動態(tài)保持濕地面積的效果，從而使?jié)竦氐纳鷳B(tài)環(huán)境得到恢復和保護。

[1] 崔保山,楊志峰. 濕地生態(tài)需水量等級劃分與實例分析[J].資源科學, 2003,25(1):21-28.

[2] 姜德娟,王會肖,李麗娟. 生態(tài)環(huán)境需水量分類及計算方法綜述[J]. 地理科學進展,2003,22(4):369-378.

[3] 崔保山,楊志峰. 濕地生態(tài)環(huán)境需水量[J]. 環(huán)境科學學報,2002,22(2):219-224.

[4] 劉正峰. 水文地質手冊[M]. 北京:中國知識出版社,2010:491-495.