干旱情景下湿地生态水文演变及综合应对

【摘要】：随着我国生态文明建设提上议事日程,如何在满足人类社会经济发展的前提下,通过水资源的合理配置,保证生态环境用水要求,这是一个重大而复杂的问题。而在气候变化影响下,频繁发生的干旱使得解决这一问题变得更加困难。由于湿地生态系统具有较高的生产力和物种多样性,同时也对环境变化特别是水文波动较敏感,是生态水文领域和变化环境影响研究的理想对象。因此,研究干旱情景下湿地的生态水文演变,完善干旱极值条件下的生态水文理论,对生态环境保护及用水调度有重要意义。 白洋淀湿地位于华北平原,是北方典型湖泊湿地。近年来,湿地不断受到干旱威胁,虽然通过流域和跨流域补水方式缓解了这一威胁,但调水过程应当根据湿地干旱过程中的生态水文变化合理实施。本文以白洋淀湿地为研究载体,采用室内控制实验、野外调查、数值模拟,揭示干旱情景下湿地的生态水文演变特征,在此基础上通过对湿地干旱脆弱性进行评价,提出湿地维持和保护措施。本文主要研究工作如下： (1)在辨识湿地干旱内涵的基础上,认为白洋淀湿地从20世纪80年代后开始受到较严重的干旱威胁和影响,造成这一结果的原因主要是人类活动(大约占75%),其次是气候变化(大约占25%)。随着社会经济发展,人工取用水量增加,这使得湿地天然入淀水量基本为零。湿地维持要靠调水,而且基本是跨流域调水,这一现象在很长一段时间都不会有改变。 (2)针对白洋淀湿地地形起伏、边界复杂、水生植物茂密等特点,构建了湿地水动力学模型,其中地形表达具有二阶精度,采用具有和谐性的近似底坡项,模型曼宁糙率在有水生植物生长区域采用等效曼宁糙率表示,而在无植物区域则采用正常曼宁糙率。采用典型算例对模型进行了验证,模拟结果较好。将模型应用于湿地,分析了湿地干旱过程中流场的变化。 (3)整体上,芦苇比香蒲耐旱性和恢复力更强。它们的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率在对照、轻旱、中旱情景下都随着时间表现出上升趋势,但对于重旱和特旱,以上指标随着时间表现出很明显的下降趋势。芦苇和香蒲耐受干旱胁迫的阈值不同,分别为土壤含水量不低于20%、30%。补水主要使芦苇和香蒲加强了水分吸收,增加了鲜重。植物受干旱胁迫如果未超过其耐受阈值,则补水能较大程度减轻其受干旱的影响。湿地干旱使其水量减少,水质变差,从而使得湿地的沉水植物优势群落在向挺水植物优势群落转变。 (4)基于湿地干旱过程中生态水文变化特征,构建了干旱情景下白洋淀湿地干旱脆弱性评价指标体系。在不受外界影响下,湿地干旱在不小于8.3m时脆弱性最小。进入2000年以后,湿地干旱脆弱性升高,达到4级。在分析特定外界因素对湿地干旱脆弱性评价结果后,考虑到未来社会经济可能更加发展,建议将湿地最低水位控制在7.5m以上 (5)在明确白洋淀湿地生态功能的基础上,结合湿地干旱脆弱性评价结果,建议将湿地生态保护阈值限制为水位不小于7.5m,其对应的最小需水量为1.1亿m3。湿地干旱应对措施主要是增加湿地水量,减少湿地水量的消耗,同时保证湿地生态用地不被挤占等。

【关键词】：湿地干旱 植被水文 水分胁迫 湿地水动力学模型 脆弱性评价 生态需水
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X143;X171
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