濕地生態(tài)水文過(guò)程與模型概述

廖翔+包文君+范杰

摘要：水文情勢(shì)的改變使得濕地的退化已經(jīng)到了相當(dāng)嚴(yán)重的地步，濕地生態(tài)水文過(guò)程以及模型構(gòu)建方法對(duì)遏制濕地的退化具有非常重要的意義。綜合國(guó)內(nèi)外對(duì)濕地生態(tài)水文過(guò)程及模型的研究，綜述了濕地生態(tài)水文過(guò)程的內(nèi)容；詳細(xì)的論述了濕地生態(tài)水文過(guò)程模型的構(gòu)建方法，并指出各個(gè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)以及目前的應(yīng)用現(xiàn)狀；最后指出模型未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，為控制水文情勢(shì)改變、濕地退化等問(wèn)題提供科學(xué)的決策依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：水文情勢(shì)；濕地生態(tài)水文過(guò)程；模型構(gòu)建

濕地被譽(yù)為“地球之腎”，是三大生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有重要的資源和生態(tài)功能，在維持區(qū)域水量平衡、減輕洪澇災(zāi)害、改善水質(zhì)等方面具有重要作用[1]。這一切，都依賴于濕地的水文過(guò)程。因此，濕地的水文過(guò)程在其形成、發(fā)育、演化直至消亡的整個(gè)過(guò)程中起著主導(dǎo)作用，并且通過(guò)水文情勢(shì)的改變進(jìn)一步來(lái)控制植被的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)、空間分布格局及生態(tài)過(guò)程，水文情勢(shì)的不良改變成為濕地退化的重要原因。

1 濕地生態(tài)水文過(guò)程

濕地生態(tài)水文過(guò)程是濕地生態(tài)水文學(xué)研究的核心內(nèi)容，其闡述了生物與水分之間的關(guān)系，目標(biāo)是揭示濕地水文格局時(shí)空演變與濕地生物過(guò)程之間的相互作用和反饋機(jī)制，并為濕地科學(xué)保護(hù)和恢復(fù)提供理論依據(jù)[2]。

從水分的角度出發(fā)，濕地生態(tài)水文過(guò)程可以分為三個(gè)部分，包括生態(tài)水文物理過(guò)程，生態(tài)水文化學(xué)過(guò)程和水文過(guò)程的生態(tài)效應(yīng)[3]。其中，水文過(guò)程的生態(tài)效應(yīng)是生態(tài)水文物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程的體現(xiàn)。濕地生態(tài)水文物理過(guò)程主要指濕地植被對(duì)濕地水文的影響，在植被條件改變之后，水文要素如降水、蒸散發(fā)、徑流和地下水等會(huì)如何變化；濕地生態(tài)水文化學(xué)過(guò)程主要指水文行為的化學(xué)方面，即水質(zhì)性研究；水文過(guò)程的生態(tài)效應(yīng)主要表現(xiàn)為植被的生長(zhǎng)和分布隨水文要素的變化[4]。

1.1生態(tài)水文物理過(guò)程。濕地生態(tài)水文物理過(guò)程受眾多因素的綜合影響，包括當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、土壤基質(zhì)、消落帶的水位變化以及植被類(lèi)型。其中氣候條件影響降水量的強(qiáng)度和大小、日照強(qiáng)度以及風(fēng)力大小，從而影響濕地的徑流和蒸散發(fā)過(guò)程；不同的土壤基質(zhì)具有的不同的滲透系數(shù)，從而影響地下水的滲流過(guò)程；濕地消落帶水位的變化引起土壤理化參數(shù)的改變，土壤含水量、pH值、有機(jī)質(zhì)等的變化引起濕地植被類(lèi)型的改變；而濕地植被類(lèi)型及覆蓋率對(duì)降水截流、蒸散發(fā)、徑流和地下水等都有較為顯著的影響，是決定濕地生態(tài)水文物理過(guò)程的重要因素之一，很大程度上它們直接參與水文過(guò)程的進(jìn)行，或者本身就是水文過(guò)程進(jìn)行的基本載體。

1.2生態(tài)水文化學(xué)過(guò)程。不同于生態(tài)過(guò)程中的物理變化，生態(tài)水文化學(xué)過(guò)程主要是指水文行為的化學(xué)方面。淡水生態(tài)系統(tǒng)周?chē)臐竦?、洪泛平原可以通過(guò)改變地表徑流和水文格局來(lái)影響地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄，在控制和降低營(yíng)養(yǎng)物的沉積、運(yùn)移、營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷以及凈化水質(zhì)等方面起著重要的作用[5]。從生態(tài)學(xué)的角度看，研究生態(tài)水文化學(xué)過(guò)程是研究生態(tài)水文的一個(gè)重要分支，有助于揭示濕地生態(tài)系統(tǒng)水文化學(xué)特征及其變化規(guī)律，為濕地保護(hù)和生態(tài)建設(shè)、水資源保護(hù)利用和管理提供科學(xué)的依據(jù)。

1.3水文過(guò)程的生態(tài)效應(yīng)。水文過(guò)程的生態(tài)效應(yīng)主要是指在水文過(guò)程對(duì)濕地植被的生長(zhǎng)發(fā)育和空間分布上的影響。一方面，水文過(guò)程的化學(xué)變化會(huì)引起水中物質(zhì)濃度的改變，污染物的過(guò)渡增加會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)污染，造成植物的大量死亡；另一方面，水的物理性質(zhì)和空間分布格局也影響著植物的生長(zhǎng)和空間分布，比如洪水規(guī)模，季節(jié)性洪水發(fā)生時(shí)間以及年平均水位等都對(duì)對(duì)生物的多樣性具有重要的影響。

2.濕地生態(tài)水文模型

濕地生態(tài)水文模型是運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的方式揭示水文過(guò)程的模型。從模型發(fā)展看，其構(gòu)建方法主要有三種，包括統(tǒng)計(jì)方法，遙感方法和數(shù)值模擬方法。從模型的具體構(gòu)建方法可以分為：基于“3S”技術(shù)的濕地生態(tài)水文模型、基于生態(tài)水文過(guò)程的濕地生態(tài)水文模型以及基于生態(tài)-水文模型耦合的濕地生態(tài)水文模型[4]。由于水文過(guò)程具有復(fù)雜性，水文要素具有時(shí)空分布不均勻性，且多地區(qū)缺乏長(zhǎng)期的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，因此建模計(jì)算就十分困難。近年來(lái)，“3S”技術(shù)的發(fā)展解決了數(shù)據(jù)測(cè)量的問(wèn)題，在實(shí)用中得到了普遍的應(yīng)用。其中：RS技術(shù)可以同步獲取大面積的地物信息；GPS具有高度的定位能力，能為RS提供準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)；GIS具有強(qiáng)大的管理和分析能力[1]。因此結(jié)合“3S”技術(shù)構(gòu)建生態(tài)水文模型是目前國(guó)際研究生態(tài)水文學(xué)的一個(gè)重要方向。周德明等以內(nèi)陸平原淡水濕地為例，構(gòu)建以生境特征為核心的濕地生態(tài)水文概念模型，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)在集水區(qū)尺度上基于RS和GIS方法的濕地生態(tài)水文模型范式。生態(tài)-水文模型耦合的濕地生態(tài)水文模型是建立在現(xiàn)有成熟的濕地水文模型之上的一種模型，它對(duì)現(xiàn)有的水文模型進(jìn)行改進(jìn)，考慮生態(tài)效應(yīng)對(duì)水文變化的影響來(lái)建立生態(tài)水文模型，或者將濕地的水文模型和生態(tài)模型進(jìn)行耦合來(lái)建立濕地生態(tài)水文模型。

3.濕地生態(tài)水文模型的展望

由于人對(duì)濕地水文過(guò)程運(yùn)行機(jī)理的認(rèn)識(shí)存在不足，因此對(duì)濕地水文過(guò)程的模擬也存在很大的缺陷。目前國(guó)際上雖然應(yīng)用GIS技術(shù)、遙感技術(shù)等進(jìn)行濕地生態(tài)水文模型，得到了一些重要的成果，但是尚未建立能夠得到普遍運(yùn)用的生態(tài)水文模型。過(guò)去部分研究者建立了SWAT、MILESHE、ModFlow、SWIM等模型，但是這些模型開(kāi)發(fā)時(shí)間過(guò)早，對(duì)濕地運(yùn)行機(jī)制的認(rèn)識(shí)不完善，因此在對(duì)生態(tài)水文過(guò)程的分析中不能簡(jiǎn)單的套用這些模型。由此可見(jiàn)，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)濕地生態(tài)水文模型的建立還存在起步于探索階段，還沒(méi)有建立起成熟完善的模型，因此需要更多的研究者投入模型的探索中，為模型的建立付出更多的努力。

參考文獻(xiàn)

[1]張光新，張蕾，馮夏清，等.2014.濕地生態(tài)水文與水資源管理.北京：科學(xué)出版社.

[2]嚴(yán)登華，何巖，王浩，等.2005.生態(tài)水文過(guò)程對(duì)水環(huán)境影響評(píng)述.水科學(xué)進(jìn)展，16（5）：747-752.

[3]黃奕龍，傅伯杰，陳利頂.2003.生態(tài)水文過(guò)程研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào)，23（3）：580-587.

[4]于文穎，周廣勝，遲道才，等.2007.濕地生態(tài)水文過(guò)程研究進(jìn)展.節(jié)水灌溉，（1）；19-23.

[5 ]章光新.2006.關(guān)于流域生態(tài)水文學(xué)研究的思考.科技導(dǎo)報(bào)，24：42-44