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沼泽湿地生态环境及水循环评价研究

周林飞  
【摘要】: 湿地是地球上具有众多效益、具有重要保护和利用价值的生态系统。湿地水资源短缺和生态环境恶化是当今面临的严重问题。管理好有限的水资源、处理好水资源与生态环境的关系,是湿地保护、管理和利用的基础。因此,本文以扎龙湿地为研究背景,围绕湿地生态环境与水之间的关系问题,开展了以下相关研究: (1)通过相关数据和实地调查,分析了扎龙湿地生态环境功能及生态环境的负面变化,应用遥感手段分析了1986~2002年扎龙湿地土地利用/覆被变化与景观破碎化趋势。提出了恢复湿地的措施。 (2)分析了扎龙湿地区域气象因子与水循环要素的年内及年际变化特征。构建了水面蒸发经验模型,该模型耦合了最高气温、最低气温、湿度、风速4因子,并用该模型解释了平均气温升高而蒸发减少的原因。关于湿地退化成因比较复杂,概括起来可分为两个方面:人类活动影响和气候变化。本研究通过分析气象因子与水循环要素变化趋势,解释了湿地退化的原因。经检验,平均气温升温时期,蒸发有减少的趋势,湿度有增加的趋势,降雨、径流并未减少,这些都有利于湿地的生存,可见气候变化没有给湿地带来负面影响。扎龙湿地生态环境的负面变化应该主要来自于人类活动:一是人类对湿地水资源的占用,二是人类各种活动对湿地结构的破坏。 (3)提出了湿地生态环境需水量的概念,并据此概念将湿地生态环境需水量分为存量(生态蓄水量)与通量(生态耗水量)两个部分。提出了基于生态水面法的湿地生态环境需水量计算模型。应用该方法对扎龙湿地长序列水面面积数据进行了频率分析,再与湿地生态系统健康状况对照分析,确定生态水面系数,得出湿地生态环境需水量安全阈值。安全阈值分为:最小、中等、理想三个级别,分别计算全年月均最小存量、中等存量和理想存量;全年最小通量、中等通量和理想通量,并分别给出了逐月需水过程。分析计算结果表明,扎龙湿地生态环境需水量变化过程符合当地自然水文变化规律。提出了不同降雨频率下的最小、中等生态耗水量的计算方法,并给出了计算结果。 (4)湿地水环境系统是一个灰色系统。本文将灰色聚类法应用到湿地水环境质量评价中,旨在建立起一套比较完善、适合于湿地的水环境质量评价体系。水质分级标准以地表水环境质量标准GB 3838-2002为依据,污染程度共分为5个等级。利用白化权函数描述水质分级界限,利用倒数法确定聚类权,构建了综合评判灰色数学模型,并运用此模型对扎龙湿地水环境质量进行评价与分析。评价结果证实,无论是空间上还是时间系列上,水环境污染都比较严重。扎龙湿地严重的水污染,主要是由缺水型污染、超标型污染和内源型污染三者共同作用而形成的,其中缺水是主导因素。 (5)首次界定了湿地健康水循环的概念,据此概念建立了湿地健康水循环压力-状态-响应概念模型,并运用此模型构建湿地健康水循环评价指标体系。该指标体系探索了压力与湿地健康水循环变化之间的关系,并提出了相应的改善措施,有利于湿地管理工作的顺利开展。湿地健康水循环评价模型采用模糊模式识别模型,各指标权重利用层次分析法确定。提出了5级评价标准,对扎龙湿地水循环状况进行了评价,明确各年的健康状况及限制因子。评价结果与实际进行对比分析,证明评价结果是正确的。最后,以各水循环要素的年内和年际变化规律以及前面的研究内容为依据,提出了扎龙湿地的水资源管理措施。


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