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(cè)局，河南 新鄉(xiāng)453002；2.河南省安陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局，河南 安陽(yáng) 455000)

0 引言

濕地有著“地球之肺”的美稱，起著清潔空氣、調(diào)節(jié)局部小氣候的作用。 豫北黃河故道濕地鳥(niǎo)類國(guó)家級(jí)自然保護(hù)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(nèi)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(lái)的一段槽型凹地，地理位置為東經(jīng)114°07′、北緯34°54′，長(zhǎng)約30 km，寬約3.5 km，面積10500 ha；后者地理坐標(biāo)為東經(jīng)114°29′，北緯35°24′，長(zhǎng)約50 km，寬度3 km，面積14 280 ha。保護(hù)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(niǎo)類國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)是河南省的第一個(gè)濕地鳥(niǎo)類生態(tài)自然保護(hù)區(qū)，也是我國(guó)黃河以北暖濕帶內(nèi)陸平原人口稠密區(qū)罕有的水禽棲息越冬區(qū)域。 區(qū)內(nèi)水域、灘涂廣闊，野生動(dòng)植物資源豐富、鳥(niǎo)類眾多，是黃河中下游平原人口稠密區(qū)交通發(fā)達(dá)地帶遺存下來(lái)的較大的一塊濕地，動(dòng)植物的北方物種、南方物種和廣布種十分豐富， 是冬候鳥(niǎo)的越冬北界， 共有鳥(niǎo)類130余種，其中有國(guó)家一級(jí)、二級(jí)保護(hù)鳥(niǎo)類34 種。 該區(qū)域具有重要的生物多樣性保護(hù)意義和潛在的科研開(kāi)發(fā)及生態(tài)旅游價(jià)值，對(duì)保護(hù)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(jù)保護(hù)區(qū)生態(tài)修復(fù)規(guī)劃要求，濕地面積按最小、較小、中等3 個(gè)級(jí)別研究，面積分別按2400 ha、3000 ha、3550 ha 研究相應(yīng)的需水量[1-2]。 濕地需水量的研究應(yīng)從濕地植物需水量、土壤需水量、生物棲息需水量、補(bǔ)給地下水需水量、休閑及旅游需水量等五個(gè)方面進(jìn)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(guò)程耗水和植物體內(nèi)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(guò)程耗水和植物體內(nèi)包含的水分是植物生長(zhǎng)過(guò)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(xiàng)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(dá)式為：

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

濕地是植物種類極其豐富的地區(qū)，實(shí)際計(jì)算植物需水量時(shí)是根據(jù)植物特征來(lái)劃分需水量級(jí)別、進(jìn)行計(jì)算的，如表1 所示。 根據(jù)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?shù)幕咎卣鲃澐中杷考?jí)別是合理的。

根據(jù)植蒸發(fā)耗水占植物需水量的99%的比例，計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

表1 植物蒸發(fā)需水量級(jí)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(zhǎng)及其需水量密切相關(guān)。 植被密集的沼澤、草甸濕地和植被稀疏或?yàn)┩繚竦赜?jì)算土壤需水量的方法有差異。 土壤儲(chǔ)水量是計(jì)算土壤需水量的基礎(chǔ)和依據(jù)。 在實(shí)際計(jì)算中，通常用土壤的持水量類型如調(diào)萎濕度、 田間持水量、毛管持水量、飽和持水量等來(lái)劃定需水量等級(jí)，并進(jìn)行計(jì)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(jí)劃分Table 3 Wetland soil water requirement classification

濕地土壤需水量計(jì)算見(jiàn)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(yú)類、 鳥(niǎo)類等棲息、繁殖需要的基本水量。 以濕地的不同類型為基礎(chǔ)，找出關(guān)鍵保護(hù)物種，如魚(yú)類或鳥(niǎo)類，根據(jù)正常年份魚(yú)類或鳥(niǎo)類在該區(qū)棲息、繁殖的范圍，計(jì)算其正常需水量，以避免與濕地土壤需水量的重復(fù)。 這里只計(jì)算地表以上低洼地的蓄水量 （滿足野生動(dòng)物棲息、繁殖的水量）。

根據(jù)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(shù)；δ2為枯水期水平面高度訂正系數(shù)。

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(yú)類的優(yōu)越棲息地。 環(huán)境的多樣性一般會(huì)引起物種多樣性。 據(jù)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(chǎng)所，水面和沼澤植被的面積相對(duì)比率，是決定物種豐富性的重要因素。 因此，在實(shí)際計(jì)算中，通過(guò)水面面積百分比和水深要素劃定需水量級(jí)別，如表5 所示。

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

生物棲息地需水量計(jì)算見(jiàn)表6。

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

1.4 濕地補(bǔ)水需水量

補(bǔ)水需水量包括補(bǔ)給地下水或向其他濕地補(bǔ)水。 補(bǔ)給地下水主要通過(guò)下滲來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 下滲的計(jì)算方法可用達(dá)西公式計(jì)算；向其他濕地補(bǔ)水的計(jì)算，主要是通過(guò)被研究濕地來(lái)水量的類型，用水量平衡方程進(jìn)行計(jì)算[4]。

式中：W 為補(bǔ)水量, m3；k 為滲透系數(shù),m/d；I 為水力坡度,滲透路徑中單位長(zhǎng)度上的水頭損失,無(wú)單位；A 為滲流剖面面積,m2；T 為計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)度,d。

濕地具有補(bǔ)給地下水的功能，這一功能是通過(guò)滲漏途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 根據(jù)濕地不同的水面面積百分比，劃分需水量等級(jí)，如表7 所示，在此假定了補(bǔ)給地下水的濕地是有水面的部分濕地。 無(wú)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(bǔ)給地下水等級(jí)劃分Table 7 Wetland supplying underground water requirement classification

濕地地下水補(bǔ)水量計(jì)算結(jié)果如表8 所示。

表8 地下水補(bǔ)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(lè)是濕地重要的環(huán)境功能，劃船及水上項(xiàng)目、垂釣、游泳等是重要的表現(xiàn)形式，同時(shí)要求適宜的水量和水深。 根據(jù)這一特點(diǎn)，以水深作為主要依據(jù)，劃分需水量級(jí)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(jí)別劃分Table 9 Entertainment and tourism water requirement classification

休閑、旅游需水量計(jì)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(jù)前述的濕地生態(tài)環(huán)境需水量等級(jí)劃分及其相應(yīng)的計(jì)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(niǎo)類國(guó)家級(jí)自然保護(hù)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(jié)論

由于近年來(lái)地下水過(guò)量開(kāi)采，水位下降等原因，豫北黃河故道鳥(niǎo)類國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地水面嚴(yán)重萎縮，通過(guò)對(duì)該濕地需水量的研究可知，恢復(fù)和保持濕地為中等級(jí)別（3 550×104m2）時(shí)需水量為10 070×104m3；保持濕地為較小級(jí)別（3 000×104m2）時(shí)需水量為6 359×104m3； 保持濕地為最小級(jí)別 （2 400×104m2）時(shí)需水量為4 386×104m3。 這為解決該濕地的生態(tài)修復(fù)工程提供了科學(xué)依據(jù)，在補(bǔ)充濕地水分時(shí)，可根據(jù)年降水量的不同，動(dòng)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(fù)和保持在中等級(jí)別；在降水量一般的平水年份，可將濕地面積保持在中等級(jí)別；在降水量較小的枯水年份，可將濕地面積保持在最小級(jí)別。 這可以在一定程度上通過(guò)較穩(wěn)定的補(bǔ)水量達(dá)到動(dòng)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(fù)和保護(hù)。

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

[2] 姜德娟,王會(huì)肖,李麗娟. 生態(tài)環(huán)境需水量分類及計(jì)算方法綜述[J]. 地理科學(xué)進(jìn)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(xué)學(xué)報(bào),2002,22(2):219-224.

[4] 劉正峰. 水文地質(zhì)手冊(cè)[M]. 北京:中國(guó)知識(shí)出版社,2010:491-495.