河漫灘濕地影響下的水利水電工程論文范文

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1研究區域與研究方法

1.1研究區域概況

1.1.1二卡自然保護區二卡自然保護區位于呼倫貝爾市滿洲里市東北，地理坐標：N49°26′~49°32′；E117°45′~117°51′，屬黑龍江流域。區域屬中溫帶大陸性氣候，冬季漫長寒冷，夏季溫涼短促，降水集中，春秋兩季降水少，多大風。年平均氣溫-0.1℃，極端最低氣溫-42.7℃，極端最高氣溫40.1℃，降水量319mm，蒸發量1405.5mm。保護區的核心區位于北部，總面積1927hm2；緩沖區位于核心區外圍，面積1611hm2；其余區域為實驗區，面積為3143hm2。二卡自然保護區的地理位置及功能區劃見圖1。保護區主要由湖濱平

原、沖積平原、河谷漫灘、沙地沙崗、高平原等地貌組成。保護區中部301高速公路橫穿而過，路基每隔400m設置一處涵洞，以維持南北區域的水力聯通。1.1.2海拉爾河保護區主要受東側的海拉爾河補給。由于地處高緯度地區，海拉爾河徑流量年內分布極為不均：11月至翌年3月為冰封期，徑流量極小；4月至10月為非冰封期，非冰封期徑流量占年徑流量約95%。海拉爾河發源于大興安嶺西側，呈東至西流向。海拉爾河在二卡自然保護區附近為河流下游，屬于典型的平原型河流。河流兩岸地勢平坦開闊，當徑流量較大時，河水出槽漫灘，為河漫灘濕地提供補給。海拉爾河上游擬建某水利水電工程（A工程），工程建設后將改變二卡自然保護區斷面的水文情勢，繼而影響保護區的濕地生態系統。

1.2研究方法

1.2.1水文基礎數據二卡自然保護區植物的主要生長季節為5-9月，因此以1961~2010年共計50年內的海拉爾河嵯崗水文站的5-9月水文資料為基礎，針對月均徑流量進行分析，總計250個數據樣本。嵯崗水文站位于二卡自然保護區上游約30km的海拉爾河干流上，從嵯崗水文站至二卡自然保護區的海拉爾河段內，無支流匯入，也無取水口。因此，嵯崗站的水文資料可較好的表征二卡自然保護區附近的海拉爾河水文情勢。

1.2.2植被基礎數據采用TM5影像作為基礎信息源進行遙感解譯。遙感解譯結合資料收集、現場調查進行：2011年8月通過植被調查以及現有資料為解譯提供參照；2012年9月通過現場調查，對解譯成果進一步驗證。

1.2.3濕地分類對于濕地的定義及分類，目前被普遍接受的是1971年于伊朗拉姆薩爾簽署的《濕地公約》。其濕地定義為：濕地系指不問其為天然或人工、常久或暫時性之沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止或流動、或為淡水、半咸水或咸水體者，包括低潮時水深不超過6m的水域。《濕地公約》同時還對海洋濕地、內陸濕地、人工濕地的濕地類型進行了細分。二卡自然保護區內的濕地屬于內陸濕地，參照《濕地公約》對濕地類型的分類，結合保護區植被類型，本研究區域涉及的濕地類型有：湖泊濕地、季節性河流濕地、灌叢沼澤、草本沼澤和鹽化沼澤。

1.2.4濕地景觀破碎度濕地景觀破碎度表征著濕地被分割的程度，計算公式如下。式中，C為濕地的破碎度；N為某濕地類型斑塊的總個數；A為某濕地類型的總面積。

2結果與討論

2.1海拉爾河月均流量分析基于嵯崗水文站1961年至2010年5~9月份的水文資料，海拉爾河最小月均流量為5.91m3/s，最大月均流量為558.54m3/s。以10m3/s為梯度對海拉爾河月均流量進行頻數及頻率統計，統計值區間為0-560m3/s，根據統計結果繪制頻率密度圖及頻率分布圖見圖2。海拉爾河位于高緯度地區，冬季存在封凍現象，不適宜按照枯水期、平水期、豐水期進行水文周期劃分。為了研究需要，將海拉爾河流域主要植被生長期（5~9月份）的月均流量劃分為低、中、高三類徑流水平：月均流量小于58m3/s為低徑流（出現頻率P≥75%）；月均流量在58~186m3/s的為中徑流（75%>P>25%）；月均流量大于186m3/s為高徑流（P≤25%）。綜合考慮遙感數據的可用性，分別選取三個時段代表海拉爾河的低、中、高徑流期。2009年8~9月為低徑流期，月均流量分別為61.42m3/s、56.01m3/s，時段平均流量為58.72m3/s（P=74.6%）。2010年5~8月為中徑流期，月均流量分別為161.21m3/s、108.21m3/s、98.91m3/s、108.70m3/s，時段平均流量為119.26m3/s（P=44.4%）。2009年5~7月為高徑流期，月均流量分別為149.09m3/s、157.43m3/s、264.53m3/s，時段平均流量為190.35m3/s（P=23.8%）。

2.2不同徑流期內濕地差異分析采用三個時段末的TM5影像作為基礎信息源進行解譯，以研究水文情勢對二卡自然保護區的影響：2009年10月1日、2010年9月7日、2009年8月3日的影像資料分別代表海拉爾河低、中、高徑流期。解譯成果及統計見表1、圖3及圖4。二卡自然保護區的濕地面積受水文情勢的影響較大，在低、中、高徑流期內濕地面積比例分別為43.03%、53.66%、69.56%。此外，濕地類型在不同徑流期也存在著較大的差異。低徑流期內，保護區濕地以鹽化沼澤為主，占總濕地面積的50.31%；中徑流期內，保護區內各類型濕地的面積較接近，季節性河流濕地、草本沼澤及鹽化沼澤的比例分別為28.40%、25.14%和28.31%；高徑流期內，保護區以季節性河流濕地為主，占總濕地面積的52.3%。對比三個研究時段可見，隨著海拉爾河徑流量的增加，時段末的濕地總面積以及季節性河流濕地面積增加、鹽化沼澤面積減少。水文情勢是制約濕地類型與演替的最基本因素。海拉爾河徑流量的變化，引起保護區的水量、淹水歷時、淹沒范圍、漫灘頻率等水文情勢變化，短期改變區域的淹沒狀況及濕地類型，如低徑流期的鹽化沼澤在高徑流期被淹沒成為季節性河流濕地。同時，水文情勢對濕地的理化環境產生影響（如營養物質的可獲取性、土壤和水體含鹽量、pH值和沉積物特性等），繼而引起保護區濕地植被的組成、結構和功能的變動，最終帶來濕地的演替。地勢較低的區域可得到較充足的水源補給，維持長期積水狀態，成為湖泊濕地；地勢適中的區域不定期得到水源補給，區域不斷處于“干-濕”交替中，逐漸發育成為灌叢濕地、草本沼澤或鹽化沼澤。而地勢較高的區域不能得到足夠的水源的補給，在當地氣候條件下發育形成濕地以外的生態系統。

2.3濕地生態閾值分析生態系統發生突變的點或區間，在生態學領域稱為“生態閾值”。生態閾值目前尚無統一定義，但公認的一點含義是：當生態因子擾動接近生態閾值時，生態系統的功能、結構或過程會發生不同狀態間的躍變。濕地生態系統對環境具有適應、調節能力，且該能力與濕地面積呈正相關，濕地面積也被諸多研究者作為生態閾值判別指標。以二卡自然保護區為代表的大部分河漫灘濕地缺乏觀測資料或基礎研究，制約了河漫灘濕地的生態閾值研究。河流的水文情勢是河漫灘濕地形成與演替的最基本因素，與濕地面積之間也有著較好的相關性。因此，可以河流水文情勢為基礎，從濕地面積角度進行生態閾值分析。海拉爾河的低、中、高徑流期不僅引起二卡自然保護區濕地總面積的變化，同時還短期改變了保護區內濕地類型的分布狀況，帶來濕地景觀破碎度的差異。景觀破碎度反應了空間結構的復雜性，在一定程度上表征了生態系統的穩定性，可作為濕地穩定性的評價指標。從表2可見，在海拉爾河的低、中、高徑流期，二卡自然保護區濕地的破碎度分別為1.02、0.84、0.64，徑流量越低，濕地破碎度越大。更值得關注的是，湖泊濕地的破碎度在低徑流期達到了1.37，比中、高徑流期增加了一倍以上。二卡自然保護區是典型的河漫灘濕地，徑流補給是濕地水源的主要來源。湖泊濕地形成于地勢較低的區域，是整個濕地的中心區。湖泊濕地的面積萎縮且破碎化程度上升，表明整個濕地區域的水量已經較為缺乏，亟需得到新的徑流補給，濕地已處于較不穩定的狀態。本研究選取的低徑流期末（平均流量58.72m3/s，P=74.6%），保護區濕地面積占全區面積的比例僅為43.03%，濕地景觀破碎度達到1.02，尤其是湖泊濕地的破碎度出現一個較明顯的躍變，由中徑流期的0.57增加到1.37。結合生態閾值的含義，此時段的濕地狀態可近似的作為區域的生態閾值，即維持二卡自然保護區濕地面積占全區域面積的43.03%。

2.4工程對濕地影響評價擬建A工程引起海拉爾河水文情勢的變化突出表現在平水年及枯水年：平水年內，二卡自然保護區斷面5~9月份月均流量由159.75m3/s減少至134.75m3/s；枯水年內，二卡自然保護區斷面5~9月份月均流量由66.9m3/s減少至52.6m3/s。基于本文2.2小節研究內容，海拉爾河月均流量與二卡自然保護區的濕地面積比例存在著正相關，月均流量越大則濕地面積越多。月均流量對濕地面積的影響是多元的，其相互關系受到諸多因素的影響。為了半定量評價A工程對濕地的影響，假定月均流量與濕地面積比例為線性相關（如圖5）。采用內插法易得，平水年內，二卡自然保護區5~9月份月均流量減少導致濕地面積比例由58.87%減少至56.32%；枯水年內，二卡自然保護區5~9月份月均流量減少導致濕地面積比例由45.23%減少至42.34%。結合本文2.3小結研究結果進行A工程建設對濕地的影響評價。平水年內，A工程建設導致二卡自然保護區濕地面積比例減少至56.32%，濕地生態系統受影響程度處于可接受范圍內。枯水年內，A工程建設導致二卡自然保護區濕地面積比例減少至42.34%，已低于43.03%的生態閾值，濕地生態系統健康及穩定將受到一定的影響，需要采用人造洪水等措施以減少水文情勢變化對濕地的影響。

3結論與展望

水利水電工程建設對河流水文情勢的影響較容易分析得出定量的評價結果，但對于濕地生態系統的影響評價大多只能進行定性分析。本文結合水文學與生態學方法，以水文觀測資料為基礎，同時利用遙感解譯等生態學研究手段，分析保護區濕地生態系統與其主要補給河流水文情勢之間的關系，嘗試定量評價水利水電工程建設對濕地的影響程度。同時，綜合分析濕地生態系統與河流水文情勢的變化趨勢，得出濕地生態閾值，從而評價水利水電工程建設對濕地影響的可接受性。本研究以期為水利水電工程環境影響評價工作中的濕地影響分析提供參考與思路借鑒。

作者：胡春明李黛青李曜單位：中國科學院生態環境研究中心