吳燕鋒,章光新

(中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,吉林 長春 130102)

濕地與森林、海洋并稱為全球三大生態(tài)系統(tǒng),是自然生態(tài)空間的重要組成部分,在維護流域水量平衡、減輕洪旱災(zāi)害和應(yīng)對氣候變化等方面發(fā)揮極其重要的作用,支撐人類經(jīng)濟社會和生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[1- 2]。然而,近幾十年來,在全球氣候變化與高強度人類活動的雙重影響下,全球尺度濕地面積大幅度萎縮和功能急劇下降,已對流域生態(tài)安全和水安全構(gòu)成了威脅[3- 5]?！?018年世界水資源發(fā)展報告》[6]中強調(diào)基于自然的水資源解決方案(Nature- based solutions for water)的理念是通過利用自然生態(tài)系統(tǒng)的“蓄- 滯- 滲- 凈- 排”的特點和功能來管理水的可獲得性、水質(zhì)和涉水風險與災(zāi)害,增加可利用水量、改善水質(zhì)和降低水旱災(zāi)害風險,從而強化整體水安全。濕地水文調(diào)蓄功能是濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要組成部分,開展定量評估對濕地生態(tài)功能評價和濕地生態(tài)系統(tǒng)管理具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。作為濕地水文功能核心構(gòu)成部分的濕地水文調(diào)蓄功能是指在流域尺度上濕地生態(tài)系統(tǒng)對水循環(huán)過程及水量平衡發(fā)揮的調(diào)節(jié)作用和功效,可作為基于自然的水資源與氣候變化解決方案中的重要載體,以應(yīng)對干旱洪水等極端水文事件帶來的風險[7- 8],從而服務(wù)于生態(tài)海綿智慧流域建設(shè)[9- 10]。

20世紀80年代起,出于濕地生態(tài)系統(tǒng)管理的需要,濕地生態(tài)服務(wù)功能的評估逐步得到重視,國內(nèi)外專家也對濕地水文功能評估開展了大量研究工作,取得了豐碩的成果[11- 12],主要集中在單塊濕地水文功能的研究,對單塊濕地水文功能的大小及其影響因素認識較為全面。但是,目前流域尺度濕地水文調(diào)蓄功能定量評估方興未艾,國內(nèi)外研究存在分歧[13- 16],深度挖掘再認識比較缺乏,對流域濕地水文調(diào)蓄功能的概念、內(nèi)涵及其特征和影響因素等的系統(tǒng)性研究有待加強,尤其缺乏有關(guān)流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估方法和模型的最新研究成果的歸納和總結(jié),難以滿足學科發(fā)展和實踐應(yīng)用的需求。

本文力求深入闡述流域濕地水文調(diào)蓄功能的概念、內(nèi)涵及其特征和影響因素,探討流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估方法,介紹流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估模型與應(yīng)用情況,指出該領(lǐng)域未來亟需加強研究的重點方向,以期更好地為流域濕地恢復保護與水資源綜合管控提供科學支撐。

1 流域濕地水文調(diào)蓄功能概念、內(nèi)涵與特征

1.1 流域濕地水文調(diào)蓄功能概念與內(nèi)涵

20世紀80年代,國際上出現(xiàn)了濕地水文功能的概念,認為濕地水文功能是濕地水文過程所表現(xiàn)出來的所有功能,是濕地生態(tài)系統(tǒng)與水文過程相互作用的產(chǎn)物,主要包括洪水削減、水沙攔蓄、水質(zhì)凈化和補給地下水等功能[6- 7]。其中,濕地水文調(diào)蓄功能是濕地水文功能的核心內(nèi)容,也是近年來學者們關(guān)注的焦點之一[16]。縱觀國內(nèi)外有關(guān)濕地水文功能的概念,目前尚缺乏流域濕地水文調(diào)蓄功能公認的定義。筆者認為,流域濕地水文調(diào)蓄功能是指流域濕地對水文過程的累計影響效應(yīng),即在流域尺度上濕地生態(tài)系統(tǒng)借助其特殊的水文物理特性,以水循環(huán)為紐帶,通過影響流域蒸散發(fā)、入滲、地表徑流、地下徑流和河道徑流等方式而改變流域水文過程的能力(圖1),主要體現(xiàn)在調(diào)節(jié)徑流、削減洪峰、維持基流和補給地下水等4個方面,具有時空變異性、閾值性和多維性等特征(圖2),在維持流域健康水循環(huán)和水安全中發(fā)揮重要作用。

圖1 以水循環(huán)為紐帶的流域濕地對水文過程調(diào)蓄作用概念[14]Fig.1 Conceptual representation of hydrological regulation functions of wetlands in a watershed via the processes of water cycle [14]

濕地水文調(diào)蓄功能的大小主要由其特殊的水文物理性質(zhì)決定,即濕地往往具有較高的土壤孔隙度和較強的土壤飽和持水量等特征,汛期通過吸收和儲存來水發(fā)揮削減地表徑流、降低流速和削弱洪峰等作用；非汛期以緩慢釋水和下滲側(cè)滲的方式發(fā)揮水源供給、維持基流和補給地下水等作用[17- 19](圖2(c))。流域濕地以水文連通為媒介,即通過地表徑流、地下徑流、蓄滿產(chǎn)流和潛流等方式與其他濕地和地表水系統(tǒng)連通,影響流域水文過程,發(fā)揮其水文調(diào)蓄功能[20- 22](圖2(b))。流域濕地的類型、面積和位置等因素影響其水文調(diào)蓄功能的大小(強或弱)及效應(yīng)(增加或減小徑流)[13,23- 24]。

圖2 流域濕地水文調(diào)蓄功能示意Fig.2 Illustration of hydrological regulation functions of wetlands in a watershed

1.2 流域濕地水文調(diào)蓄功能特征

1.2.1 時空變異性

流域水文過程和濕地水文物理特性具有顯著的多時間尺度(年際、季節(jié)性和逐日時變特征)和空間尺度變化特征,流域濕地水文調(diào)蓄功能的大小和效應(yīng)也呈現(xiàn)明顯的時空變異性。同時,流域氣候變化[25]、地形地貌特征[18,26]、濕地特性[13,27- 30]和人類活動[12,31- 32]等在不同的時空尺度上影響濕地之間及濕地與其他地表水系統(tǒng)水文連通程度,引起濕地特定的水文調(diào)蓄功能的大小和效應(yīng)呈現(xiàn)時空變異性；其次,在氣候變化和人類活動的影響下,濕地水文調(diào)蓄作用的幾個方面可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,從而呈現(xiàn)時間尺度上的差異性。流域雨養(yǎng)濕地(如孤立濕地)在降雨期間主要發(fā)揮削減和延緩地表徑流的作用[13,15],而在非降雨期間主要發(fā)揮補給地下水而增強基流的作用[33]。另外,不同空間位置的濕地具有特定的水文情勢,其與地表徑流和地下徑流的連通性不同,在流域尺度發(fā)揮水文功能的效應(yīng)有顯著差異性[22]。如流域上游孤立濕地在一定程度上發(fā)揮增強下游洪水的作用,下游河濱濕地主要發(fā)揮調(diào)節(jié)徑流和削減洪水的作用[15,34]。

1.2.2 閾值性

濕地基于“蓄- 滯- 滲- 排”過程發(fā)揮水文調(diào)蓄功能?；凇敖涤? 徑流”過程中濕地水文調(diào)蓄作用的強度和效應(yīng)的變化,將其劃分為3個階段:持續(xù)蓄水期、間歇性蓄滿產(chǎn)流期和持續(xù)蓄滿產(chǎn)流期。在降雨之初,若濕地土壤具有較低的土壤含水量,濕地可以全部儲蓄其匯水區(qū)內(nèi)的降雨量而發(fā)揮削減徑流的作用[35- 37]。隨著降雨的增加,濕地儲蓄水量和削減徑流量逐漸增加；當濕地的土壤接近飽和,濕地本身及其匯水區(qū)所在的負地貌蓄水接近最大值(濕地地下水位逐漸接近于地表),濕地就會發(fā)生間歇性的蓄滿產(chǎn)流[18]；隨著累計降雨量的進一步增大,濕地地下水位等于地表時,濕地就會持續(xù)產(chǎn)流,從而增加地表徑流和河道徑流[25,37]。上述可見,在一定的條件下,流域尺度濕地水文調(diào)蓄功能存在閾值性,當?shù)陀谠撻撝禃r,濕地主要發(fā)揮儲蓄水量和削減徑流的作用；當超過該閾值時,濕地水文調(diào)蓄功能會發(fā)生本質(zhì)性改變,主要發(fā)揮產(chǎn)流輸送和增加徑流的功能(圖3)。

圖3 濕地水文調(diào)蓄功能的閾值效應(yīng)Fig.3 Threshold effects for hydrological regulation functions of wetlands

1.2.3 多維性

流域濕地以水文連通為媒介發(fā)揮其水文調(diào)蓄功能,濕地水文連通的多維度動態(tài)特性[20- 22]決定了流域濕地水文調(diào)蓄功能的多維性,即縱向、橫向和垂向3個空間維度以及 1個時間維度(圖2)。流域濕地縱向調(diào)蓄作用即上游濕地對下游水文過程的調(diào)蓄作用[33,35],主要體現(xiàn)在濕地對下游河道徑流的調(diào)節(jié)作用。如孤立濕地通過儲蓄暴雨徑流并緩慢釋水的方式影響地表徑流過程,進而影響河道徑流過程(圖2(b))。橫向調(diào)蓄作用是指洪泛區(qū)濕地- 河流橫向水文連通發(fā)揮徑流調(diào)節(jié)、洪水削減和基流維持等作用[15,18]；垂向調(diào)蓄作用是指通過濕地地表水- 地下水以及濕地- 大氣界面之間的水量(分)垂向交換(蒸散發(fā))影響區(qū)域地下水均衡及流域水量平衡[38]。從時間維度來看,流域濕地水文調(diào)蓄功能會隨其水文連通和水文過程的變化而變化。如Lee等[33]發(fā)現(xiàn)Tuckahoe Creek流域濕地通過影響地表徑流和地下徑流等發(fā)揮調(diào)蓄下游河道徑流的作用,但其調(diào)蓄作用的強度有明顯的年內(nèi)差異性;Wu等[34]發(fā)現(xiàn),嫩江流域上游濕地對下游洪水的洪量、持續(xù)時間和洪峰流量等有明顯的調(diào)蓄作用,但其調(diào)蓄作用的強度和效應(yīng)在漲水期和退水期差異明顯;吳燕鋒等[39]發(fā)現(xiàn)多布庫爾河流域濕地對總徑流、暴雨徑流和基流的影響效應(yīng)(削弱或增強)和強度有明顯的月、季節(jié)和年尺度變化特征。

2 流域濕地水文調(diào)蓄功能的影響因素

流域濕地水文調(diào)蓄功能的影響因素可分為內(nèi)在因素和外在因素,內(nèi)在因素主要有濕地土壤特性、植被特征和初始水文條件等；外在因素主要有流域特征、降雨特征與氣候變化及人類活動等[3,23,39- 40]。其中,內(nèi)在因素決定了濕地水文調(diào)蓄功能的潛在能力,外在因素直接或間接影響濕地水文調(diào)蓄作用的大小及效應(yīng)。

2.1 流域濕地水文調(diào)蓄功能的內(nèi)在影響因素

2.1.1 土壤特性

濕地土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和孔隙度在很大程度上決定了濕地的蓄水量、滲漏量和潛流量,進而影響濕地水文調(diào)蓄功能。黏粒和孔隙度的大小決定了濕地土壤的透水性、持水性和排水能力,影響濕地的蓄水和補給地下水功能的大小[28,36]。如三江平原沼澤土壤草根層與泥炭層的容重為 0.10～0.28 kg/m3,總孔隙度大于70%,飽和持水量可達4 000～9 700 g/kg,全區(qū)沼澤土壤的蓄水總量可達46.97億m3[19]。土壤厚度影響濕地的垂向調(diào)蓄作用,濕地下滲和側(cè)滲能力往往隨著土壤厚度的增加而減少[41]。伴隨著濕地的形成和演化以及人類活動的干擾,濕地土壤水文物理性質(zhì)的變化越發(fā)復雜[42- 43],濕地水文調(diào)蓄功能的強度和效應(yīng)也會發(fā)生改變。土壤中動物形成的孔洞和植物殘體會增加濕地的孔隙度。一方面提供了儲水空間,增強了濕地對地表徑流的削減作用[43- 44]；另一方面引起泥炭底層和土壤母質(zhì)層交互的界面水力傳導度增加,從而增加潛流和側(cè)滲量,增強濕地補給地下水功能。

2.1.2 植被特征

濕地植物種類豐富且類型多樣,植被的類型、蓋度和格局及其季相變化直接影響其冠層、枯落物層和土壤層對大氣降水的再分配過程,進而影響濕地對地表徑流和河道徑流的調(diào)蓄作用。植被通過降雨截留、透流作用和干流作用的方式影響降雨- 徑流過程,發(fā)揮削減地表徑流的作用[1,17]；河濱濕地植被因其具有較高的地表粗糙度發(fā)揮延遲下游洪峰形成的作用[14,18]。然而,植被類型、蓋度和格局不同,其粗糙度和枯枝落葉層厚度不同,對地表徑流的削減作用和對河道徑流調(diào)蓄作用有明顯差異[23,45]。另外,植被的季相變化會引起濕地調(diào)蓄功能大小的改變[28,37]。蒸騰是濕地水量支出的主要方式之一,可以為汛期濕地蓄洪削峰提供儲水空間[46- 47]；春季植被蒸騰較弱,對濕地水文調(diào)蓄的貢獻較低；夏季植被強烈的蒸散作用(超過降雨量)可引起濕地保持較低水位狀態(tài),濕地持續(xù)發(fā)揮較強的徑流削減作用[1,29]。

2.1.3 初始水文條件

濕地的初始水文狀況直接影響其蓄水和下滲能力,進而影響濕地水文調(diào)蓄功能。當濕地處于低水位且土壤含水量相對較低時,濕地具有較大的儲水空間,可以儲蓄大量的來水從而發(fā)揮削減地表徑流和河道徑流的作用[26,28]；而當濕地前期土壤含水量較高或水位較高時,濕地直接發(fā)揮水量傳輸?shù)墓δ躘27]。如Bay[29]發(fā)現(xiàn)美國Minnesota濕地處于最低水位時,其對洪峰流量的調(diào)蓄能力可為正常水位條件下調(diào)蓄能力的3倍。

2.2 流域濕地水文調(diào)蓄功能的外在影響因素

2.2.1 流域特征

流域地形地貌、土地利用類型、河網(wǎng)水系等在很大程度上決定了濕地景觀單元及其匯水區(qū)的大小和形狀以及濕地的土壤類型、植被特征和坡度等[25,45- 46],影響濕地水文調(diào)蓄功能。流域的河網(wǎng)水系密度、河道寬度、深度、長度和糙率系數(shù)等對濕地水文連通性有重要的影響,影響流域濕地水文調(diào)蓄功能的強度和效應(yīng)[20- 22,36]。土地利用類型影響濕地內(nèi)部及其匯水區(qū)的地表截留與入滲、積雪融雪[48]和蒸發(fā)蒸騰[47]等水文過程,進而影響濕地的水量收支平衡過程[49],影響濕地景觀與下游景觀類型之間的水量傳輸過程。

2.2.2 降雨特征

降雨可以直接補給濕地或通過形成地表徑流和潛流匯入濕地[18,49]。降雨總量、強度、持續(xù)時間和集中度通過影響濕地及其匯水區(qū)的植被截留、填洼、下滲和產(chǎn)流等過程,從而影響濕地在降雨期間及后續(xù)流域產(chǎn)匯流過程中的水文調(diào)蓄作用[29,45,50]。如McCauley等[31]發(fā)現(xiàn)同等雨量的降雨事件中,若雨強較弱且持續(xù)時間較長,濕地可以完全儲蓄降雨量；若雨強較大且過于集中時,即使?jié)竦爻跏纪寥篮枯^低,濕地也會直接以蓄滿產(chǎn)流的方式發(fā)揮水量傳輸功能。

2.2.3 氣候變化

以全球變暖為主要特征的氣候變化加劇全球水文循環(huán)過程,驅(qū)動降水量、蒸發(fā)量、徑流量等水文要素的變化,增強洪水、干旱等水文極值事件發(fā)生的頻率和強度,深刻改變濕地- 流域水文過程與水量平衡[1,3,50],進而影響流域濕地水文調(diào)蓄功能。如李志威等[51]發(fā)現(xiàn)氣候變化下若爾蓋高原濕地地下水位的季節(jié)性波動影響其蓄水能力的大小。

2.2.4 人類活動

流域內(nèi)大規(guī)模墾殖、城市化進程、河道取用水和水庫防洪堤壩的修建等人類活動通過改變流域下墊面狀況、濕地面積和河道徑流機制等,進而影響濕地水文情勢、景觀格局及其水文連通,改變流域濕地水文調(diào)蓄功能的強度和效應(yīng)[32,52- 53]。大規(guī)模的濕地排水和農(nóng)田化直接引起濕地水位下降、面積萎縮和破碎化；水庫和防洪堤壩的修建削弱濕地之間及濕地- 河道之間的水文連通性,引起流域濕地蓄水削洪能力減弱(圖4),加重洪澇災(zāi)害風險[54- 55]。如Rebelo等[55]基于不同歷史濕地分布模擬研究表明,南非弗洛勒爾角河谷濕地農(nóng)田化引起濕地對暴雨的儲蓄能力減弱,加劇流域洪澇災(zāi)害;Voldseth等[56]發(fā)現(xiàn)北美大沼澤濕地匯水區(qū)農(nóng)田化改變了濕地原有的水量平衡,尤其是在枯水期加劇了濕地的干旱強度,致使?jié)竦鼐S持基流的功能幾乎完全喪失;范少英等[57]發(fā)現(xiàn)三峽水庫通過影響鄱陽湖與長江之間的水量交換而改變了鄱陽湖的水文調(diào)蓄能力。

圖4 水庫和防洪堤壩對河濱濕地洪水調(diào)蓄作用影響示意Fig.4 Scheme illustrating the effects of dam and levees on hydrological regulation functions of wetlands

3 流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估

3.1 流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估方法

3.1.1 流域濕地不變情景

目前,國內(nèi)外學者主要從流域內(nèi)有/無濕地情景或濕地排水與否、2個(有/無濕地的流域)或多個子流域(濕地率不同)、濕地出入流量以及濕地生態(tài)水文要素變化等角度評價流域濕地水文調(diào)蓄功能(表1)。研究者主要從濕地的徑流調(diào)節(jié)、洪水調(diào)蓄、基流維持和地下水補給4個方面開展流域濕地水文調(diào)蓄功能量化評估研究。在研究中,主要采用地表徑流、河道日流量與總徑流量及其變異性等指標定量評估流域濕地徑流調(diào)節(jié)功能[33,35,58]；采用洪水頻率、洪量、洪峰流量、年最大洪峰流量、洪水持續(xù)時間(漲水歷時和落水歷時)、洪峰流量出現(xiàn)的時間及洪水風險指數(shù)等指標定量評估流域濕地洪水調(diào)蓄功能；采用基流量、低流量、不同流量歷時曲線閾值流量等指標定量評估流域濕地基流維持功能[34- 35,39]；主要采用下滲量和潛流量等指標定量評估流域濕地補充地下水功能[33,38,60]。

表1 流域濕地水文調(diào)蓄功能評估方法

3.1.2 流域濕地變化情景

流域濕地面積和格局的變化會引起水文調(diào)蓄功能的改變。近年來,流域濕地變化情景下水文調(diào)蓄功能定量評估引起研究者的關(guān)注和興趣。在研究思路上,研究者主要基于流域內(nèi)不同濕地分布情景開展模擬研究,例如設(shè)置流域濕地的類型(如孤立濕地和河濱濕地、雨養(yǎng)濕地和洪泛濕地)[13]、面積大小[14]、不同位置(如上游和下游濕地、子流域/干流河濱濕地)和蓄水量大小等級[13,33- 34],或不同濕地恢復保護情景下水文連通性變化等情景[58,61],模擬分析流域水文過程變化特征,揭示濕地變化的水文效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)流域濕地季節(jié)性變化[13,62]、濕地的退化[38]、濕地恢復與重建程度[58]和農(nóng)業(yè)開墾[14]等會引起濕地生態(tài)水文過程的改變,進而引起其水文調(diào)蓄功能的變化。如Duncan[63]發(fā)現(xiàn)1980—2008年Cole Greek流域60%的濕地消失導致流域2年、5年和10年一遇的洪水發(fā)生概率均增加了15%;Lee等[33]在Tuckahoe Creek流域基于歷史濕地面積退化特征,在設(shè)定的5種濕地退化情景開展了流域水文過程模擬研究,發(fā)現(xiàn)隨著面積的減少,濕地對流域地表徑流的削減作用和地下水補給量逐漸減弱。

3.2 流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估模型與應(yīng)用

濕地水文模型是開展流域濕地水文調(diào)蓄功能評估研究不可或缺的有效工具[1]。筆者之前已系統(tǒng)介紹了濕地生態(tài)水文模型的概念、內(nèi)涵、構(gòu)建方法及分類,回顧了濕地生態(tài)水文模型的國內(nèi)外發(fā)展歷程,并論述了目前濕地生態(tài)水文模型研究應(yīng)用的重點領(lǐng)域[12],這里重點介紹流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估模型與應(yīng)用。

在流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估研究中,研究者首先采用HEC- 1模型、PRMS(Precipitation Runoff Modeling System)和SWAT模型等傳統(tǒng)的流域水文模型或水動力學模型,主要圍繞濕地洪水調(diào)蓄功能定量評估開展相關(guān)研究[64- 66]。近年來,研究者主要基于現(xiàn)有的流域水文模型或水動力學模型,修改或增加相應(yīng)的濕地模塊,并應(yīng)用于流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估研究。目前主流的耦合濕地模塊的流域水文模型主要有MIKE(SHE、FLOOD和11 /NAM)[67]、改進的SWAT模型[14,22,33,58]和PHTSITEL/HYDROTEL水文模擬平臺[13,34,40,56,68]?；隈詈蠞竦啬K的流域水文模型,研究者主要開展有/無濕地分布情景下流域水文過程的模擬,對比分析水文要素的演變特征,量化濕地水文調(diào)蓄功能。其中,無濕地分布情景下的模擬中,研究者假設(shè)濕地土壤已達到飽和狀態(tài),即濕地土壤無法再發(fā)揮儲蓄水量而削減徑流的作用。該假設(shè)目前已得到國內(nèi)外學者的認可,且已在SWAT[14,33],MIKE 11和HYDROTEL等水文模型中得到廣泛應(yīng)用[67],并用于流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估的研究中。如Wu等[34]基于耦合濕地模塊的PHYSITEL/HYDROTEL模型平臺開展了不同空間位置濕地分布情景下的嫩江流域水文過程模擬,采用有/無濕地情景下的模擬結(jié)果量化了濕地的洪水調(diào)蓄功能及其強度和效應(yīng)的時空差異性。

基于耦合濕地模塊的流域水文模型,在量化流域濕地水文調(diào)蓄功能的基礎(chǔ)上,圍繞流域濕地水文功能模擬與水資源管控、濕地生態(tài)恢復重建的水文效應(yīng)等方面開展探索研究。主要通過以下兩方面開展研究:①基于歷史濕地情景(恢復至歷史某一時期)的水文模擬,對比分析目前濕地情景和歷史某時段情景下濕地水文功能的差異性；②基于現(xiàn)有濕地分布和重建選址分析,運用優(yōu)化算法和目標函數(shù)(如最大洪峰削減、最低投入和維護成本、最大景觀尺度水文連通性等),模擬多個濕地保護和重建情景下濕地水文情勢和流域水文過程,確定濕地位置和面積大小等最優(yōu)生態(tài)格局。研究發(fā)現(xiàn)流域濕地面積的喪失會引起其水文調(diào)蓄功能的減弱甚至喪失[14,33,38,63],而科學合理的濕地的恢復重建會明顯提升其水文調(diào)蓄功能[58- 59,61,69]。

4 結(jié)論與展望

綜合分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,流域濕地水文調(diào)蓄功能評估方法和模型研究取得了長足發(fā)展,但仍缺乏流域濕地水文過程與流域水文過程耦合機制的研究,難以支撐流域濕地恢復保護與水治理的實踐需求；其次,目前仍缺乏普遍適用性的耦合濕地模塊的流域水文模型,尚未實現(xiàn)濕地水文過程物理機制上的緊密耦合,影響模擬的精度和研究的適用性；另外,如何從發(fā)揮濕地水文服務(wù)功能的視角進行流域水資源綜合管理,踐行基于自然的水資源解決方案,也是流域水資源綜合管理亟須解決的關(guān)鍵科學問題。為進一步推進流域濕地水文調(diào)蓄功能定量評估深入、系統(tǒng)的研究,基于目前已有成果和存在的問題,提出以下幾方面建議與展望。

(1) 加強濕地水文過程與流域水文過程耦合機理研究。把濕地的水循環(huán)過程納入到流域單元內(nèi),從蒸散發(fā)過程、產(chǎn)流過程以及濕地與周圍環(huán)境水文交互過程等方面深入認識和理解不同類型濕地水文過程與流域水文過程相互作用關(guān)系、尺度轉(zhuǎn)換及耦合機制,實現(xiàn)濕地水文過程與流域水文過程緊密耦合。

(2) 加快耦合濕地模塊的流域水文模型的研發(fā)。耦合濕地模塊的流域水文模型是定量評估流域濕地水文調(diào)蓄功能不可或缺的工具,現(xiàn)有流域水文模型中的濕地模塊對不同類型濕地(如木本沼澤、草本沼澤和泥炭沼澤等)的水文特性尤其是濕地地下水模塊的刻畫過于簡化,濕地水文模塊的開發(fā)和和完善仍是未來濕地生態(tài)水文學的重要研究領(lǐng)域。

(3) 強化基于濕地水文調(diào)蓄功能的流域水資源綜合管控。系統(tǒng)評估流域濕地調(diào)蓄洪水、維持基流和補給地下水等水文調(diào)蓄功能的大小及其時空差異性,基于自然的水資源與氣候變化解決方案的理念,將濕地水文調(diào)蓄功能作為重要綠色調(diào)控措施納入到流域水資源綜合管控中,并與傳統(tǒng)水利工程措施和管理措施有機結(jié)合和統(tǒng)籌協(xié)調(diào),以應(yīng)對未來氣候變化帶來的水旱災(zāi)害的風險,保障流域水安全。