向海濕地缺水成因淺析

黎世忠，劉媛媛

（1.德惠市水利局，吉林 德惠 130300；2.松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林 長春 130021）

1 向海濕地

向海濕地位于吉林省西部通榆縣境內(nèi)，科爾沁草原中部，西與內(nèi)蒙古科右中旗接壤，北與洮南市相鄰，1992年被列入《國際重要濕地名錄》。濕地內(nèi)主要為湖河相容沖積地貌，地勢低洼平坦，河道極不明顯，沼澤地植被多為蘆葦，土地鹽漬化比較普遍，土壤為沙土、栗鈣土和鹽堿土，土層厚度0.5～1.0 m。保護區(qū)地屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，為半干旱草原地帶，春季多風(fēng)干旱，夏季溫暖，冬季嚴寒少雪、風(fēng)沙大。年平均氣溫4.9℃，年平均降水量406 mm，集中在7—8月，年平均蒸發(fā)量1945 mm[1]。濕地水體主要補給來源為霍林河、額穆泰河和引洮工程徑流以及夏季降水和區(qū)域地下水，向海水庫坐落于保護區(qū)內(nèi)。

2 統(tǒng)計方式

1）監(jiān)督分類

由于研究區(qū)域在不同季節(jié)不同的氣候條件下，遙感影像會存在較大的差異，為了較準確地反映補水前后濕地的不同狀況，選取較貼近補水時間的影像圖，由ENVI軟件根據(jù)用戶選定的類別和樣本進行監(jiān)督分類，主要提取水體和鹽堿地。

2）濕地水面面積動態(tài)度

一些學(xué)者采用濕地面積動態(tài)度分析濕地變化特征[2]。濕地面積動態(tài)度是指某研究區(qū)一定時間范圍內(nèi)濕地水面面積的變化，濕地水面面積采用濕地范圍內(nèi)所有地表水體面積之和。利用動態(tài)度模型分析濕地水面的時空變化，可以真實反映區(qū)域濕地水面面積變化的劇烈程度。類似于距平計算，但由于加入了時間參數(shù)，可以更準確的描述變化過程。具體的公式為：

式中：LC為研究時段內(nèi)濕地水面面積動態(tài)度；Ua和Ub分別為研究期初和研究期末濕地水面面積；T為研究時期長，為簡化分析，取年為時間單位。

3）質(zhì)心偏移模型

濕地水體面積的消長在空間上的分布程度由質(zhì)心偏移模型進行分析。這里的質(zhì)心取濕地中較大面積的水體表面所形成幾何圖形的近似幾何中心。質(zhì)心偏移的方向可以說明該水體在某方向上擴張或者在其反方向上縮減。具體的公式為：

式中：Xt為t年濕地水體分布質(zhì)心的經(jīng)度；Yt為t年濕地水體分布質(zhì)心的緯度；Cti為t年第i個濕地水體塊的面積；Xi為第i個濕地水體塊質(zhì)心的經(jīng)度；Yi為第i個濕地水體塊質(zhì)心的緯度。

3 數(shù)據(jù)分析

1）監(jiān)督分類結(jié)果

選取向海濕地區(qū)域2007，2009—2011年7月至8月間，云含量較低，影像時間較接近補水期的Landset TM影像，進行水體和鹽堿地監(jiān)督分類。由解譯結(jié)果統(tǒng)計得出，2007，2009—2011年向海濕地水體總面積分別為47.83，48.69，37.98和49.03 km2。其中，水面面積在1 hm2以上的水體個數(shù)分別為34，36，33和41。在水體面積變化的同時，鹽堿地面積以相反趨勢變化，2009—2010年所占總面積比例上漲約6%，2010—2011年所占比例下降了約9%。濕地水體、鹽堿地變化統(tǒng)計表見表1。

表1 各年份水體、鹽堿地變化情況統(tǒng)計表

2）水面面積動態(tài)度

由濕地水面面積動態(tài)度公式計算得出，2007—2009年水面面積變化不大，2009—2010年水面面積動態(tài)度為-0.22%，2010—2011年水面面積動態(tài)度為0.29%，由于2011年所選擇影像為補水后時期影像，即同期水面面積在補水后得到了增加。

3）質(zhì)心偏移

取其中較大的水體統(tǒng)計其質(zhì)心偏移得出，2007—2009年，濕地水體質(zhì)心向東南方向移動較大，從影像上可看出濕地水體在西北方向上呈現(xiàn)萎縮態(tài)勢；2009—2010年，濕地水體質(zhì)心向西南方向略微偏移，影像上可觀察到濕地東南方向水體出現(xiàn)消退；2010—2011年，濕地水體數(shù)量明顯增多，水體質(zhì)心向偏西方向移動。

4）年平均氣溫分析

向海濕地所處的霍林河流域?qū)贉貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，以白云胡碩站為流域上下游分界點，下游主要為濕地及平原區(qū)，年平均氣溫5.6℃[3]。由于缺乏當(dāng)?shù)貧鉁財?shù)據(jù)，采用中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的吉林省前郭爾羅斯站氣溫數(shù)據(jù)[4]，該站位于研究區(qū)域同一流域的下游地區(qū)，氣候條件較為相似，因此可以借用該站資料。分別統(tǒng)計該站2004—2010年年平均溫度得出，時段內(nèi)年平均氣溫曲線呈現(xiàn)波狀，2004—2005年氣溫下降，2005—2007年氣溫逐年攀升，且速度較快，2007—2010年間，年平均氣溫逐年下降，平均每年減少約0.85℃，但均高于白云胡碩站以下霍林河流域的年平均氣溫。

5）逐日降水?dāng)?shù)據(jù)分析

霍林河白云胡碩站以下流域多年平均降水量約為424.2 mm，且主要集中在夏季，約占全年總雨量的3/4。降水特性主要體現(xiàn)為降水日數(shù)少，多陣性降水，持續(xù)降水時間較短，幾乎無持續(xù)暴雨[3]。統(tǒng)計向海、創(chuàng)業(yè)、同發(fā)、雙崗、三家子、瞻榆6站2006—2010年年累計降水量。2006—2009年，降水總體上持續(xù)減少，且各年累計降水量較多年平均降水量均偏少3至4成。由年平均氣溫和面平均雨量數(shù)據(jù)對比可以看出，2006—2007年，氣溫上升，而同期降水減少；2007—2009年，氣溫下降，但同期降水無明顯變化；2010年降水總量雖較前期略微增加，但仍遠低于多年同期值。水體質(zhì)心偏移與降水分布有關(guān)，統(tǒng)計單站2006—2010年降水累計量可以得出，額穆泰河一側(cè)的創(chuàng)業(yè)、三家子站降水量占面平均雨量比重較大，而向海濕地以上的霍林河同發(fā)站降水較少，位于濕地南部的瞻榆站降水較北部的雙崗站偏少；單站多年平均雨量的分布也呈同一格局。研究區(qū)年平均氣溫和面平均雨量統(tǒng)計圖見圖1，2。

圖1 2004—2010年平均氣溫統(tǒng)計圖

圖2 2006—2010濕地面平均雨量統(tǒng)計圖

6）徑流數(shù)據(jù)分析

向海濕地水體的補給來源除降水外，主要為霍林河、額穆泰河和引洮工程徑流來水。其中霍林河為嫩江右岸最下游無尾支流，發(fā)源于內(nèi)蒙古扎魯特旗大興安嶺山脈的后特勒罕山，流經(jīng)內(nèi)蒙古科爾沁右翼中旗、吉林省通榆、大安、前郭等地。大水時，河流在向海濕地漫散向東，經(jīng)查干泡匯入嫩江，一般年份及小水年，河流穿行于沙丘沼澤之間、局部河流呈現(xiàn)潛流、斷流、干涸狀態(tài)，在下游漫散消失?；袅趾舆M入向海濕地以前控制站為白云胡碩水文站，該站在過去5年內(nèi)頻繁出現(xiàn)干涸現(xiàn)象。2006—2010年的各年汛期內(nèi)干涸共計71 d，占總天數(shù)的10%偏多。除2008年年平均流量為6.39 m3/s以外，其余各年年平均流量不足1 m3/s，年平均流量及汛期平均流量較多年同期均偏少一倍。白云胡碩站下游同發(fā)水文站2007—2008年年平均流量均低于4 m3/s，較歷年同期偏少一倍。

7）人類活動影響

向海濕地所在區(qū)域為吉林省西部地區(qū)與內(nèi)蒙古自治區(qū)交界處，經(jīng)濟水平較為落后，產(chǎn)業(yè)格式為風(fēng)電工業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)和旅游業(yè)[1]。以通榆縣為例，該縣2009年人口36萬，人口密度43人/km2，為聯(lián)合國糧農(nóng)組織建議標準的2倍。由于大量湖泊水體轉(zhuǎn)化為鹽堿地、沼澤或開發(fā)為耕地，該地區(qū)農(nóng)業(yè)人口密度降低[1]的同時，也意味著水體面積的高速萎縮。地表水無法滿足人口增加帶來的需求后，索取轉(zhuǎn)向地下水，2005—2010年間，白城一帶地下水水量持續(xù)急劇下降[5]，地下水位變動勢必要求更多的來自地表水的補給，造成地表水量的再減少。另一方面，受水資源分配控制，霍林河、額穆泰河上游建設(shè)了多座水庫和灌區(qū)引水工程，使得本來受季節(jié)調(diào)節(jié)嚴重的向海濕地水源補給更加拮據(jù)。

8）2011年補水效益

2011年6月19日起，國家統(tǒng)一部署對向海濕地進行補水。6月20日起，察爾森水庫日均出庫流量從40 m3/s逐漸加大，最大日出庫流量達到57 m3/s。根據(jù)《引察濟向生態(tài)應(yīng)急補水實施方案》，本次補水以鎮(zhèn)西水文站過流量達到8000 m3/s為準[5]。供水初期鎮(zhèn)西水文站日均流量約10 m3/s，6月25日鎮(zhèn)西水文站流量達到35.5 m3/s，同時，鹽鋪斷面恢復(fù)過流，流量6.1 m3/s；2 d后，鎮(zhèn)西水文站累計水量為0.184×108m3，向海水庫入口斷面恢復(fù)過流，流量1.1 m3/s；7月8日鎮(zhèn)西水文站累計水量為0.52×108m3，向海水庫核心區(qū)入口斷面恢復(fù)過流，流量0.5 m3/s；7月15日，鎮(zhèn)西水文站累計水量超過0.8×108m3，向海水庫核心區(qū)入口斷面累計水量達到0.11×108m3。有資料[6]稱截至7月22日，此次生態(tài)應(yīng)急補水中向海濕地增加水量0.473×108m3，使?jié)竦赜兴娣e增加近11.5 km2，由影像解譯成果，2010—2011年同期水體增加面積約11.05 km2，鹽堿地面積有所減少。

4 結(jié)語

由上述分析得出，向海濕地水體出現(xiàn)大幅度萎縮、干涸的主要原因是長期連續(xù)的氣候干旱、水源補給匱乏和人類活動加劇。氣溫偏高使得原本就數(shù)倍于降水量的蒸發(fā)量愈加增大，高強度的蒸發(fā)、偏枯的降水造成徑流斷流、地下水減少和土壤鹽堿化，人類活動對土地類型的變化起到增進作用，加劇了植被的消退和濕地的水分損失。補水可以有效改善濕地生態(tài)環(huán)境，但對于長期干旱地區(qū)，做好水土保持和地下水保護，對土地進行保護性開發(fā)才是使人類與自然和諧發(fā)展的長久之策。

[1]向海濕地保護區(qū).百度百科.

[2]王秀蘭，包玉海.土地利用動態(tài)變化研究方法探討[J].地理科學(xué)進展，1999（1）.

[3]霍林河流域降雨徑流預(yù)報方案編制報告.松遼水利委員會水文局（信息中心），2008.

[4]中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng).http://www.escience.gov.cn/metdata/page/index.html.

[5]松遼流域地下水通報.http://www.slwr.gov.cn.

[6]松遼水利委員會防汛抗旱辦公室，防汛抗旱簡報.2011（10，12）.