河漫滩湿地影响下的水利水电工程论文范文

1研究区域与研究方法

1.1研究区域概况

1.1.1二卡自然保护区二卡自然保护区位于呼伦贝尔市满洲里市东北，地理坐标：N49°26′~49°32′；E117°45′~117°51′，属黑龙江流域。区域属中温带大陆性气候，冬季漫长寒冷，夏季温凉短促，降水集中，春秋两季降水少，多大风。年平均气温-0.1℃，极端最低气温-42.7℃，极端最高气温40.1℃，降水量319mm，蒸发量1405.5mm。保护区的核心区位于北部，总面积1927hm2；缓冲区位于核心区，面积1611hm2；其余区域为实验区，面积为3143hm2。二卡自然保护区的地理位置及功能区划见图1。保护区主要由湖滨平

原、冲积平原、河谷漫滩、沙地沙岗、高平原等地貌组成。保护区中部301高速公路横穿而过，路基每隔400m设置一处涵洞，以维持南北区域的水力联通。1.1.2海拉尔河保护区主要受东侧的海拉尔河补给。由于地处高纬度地区，海拉尔河径流量年内分布极为不均：11月至翌年3月为冰封期，径流量极小；4月至10月为非冰封期，非冰封期径流量占年径流量约95%。海拉尔河发源于大兴安岭西侧，呈东至西流向。海拉尔河在二卡自然保护区附近为河流下游，属于典型的平原型河流。河流两岸地势平坦开阔，当径流量较大时，河水出槽漫滩，为河漫滩湿地提供补给。海拉尔河上游拟建某水利水电工程（A工程），工程建设后将改变二卡自然保护区断面的水文情势，继而影响保护区的湿地生态系统。

1.2研究方法

1.2.1水文基础数据二卡自然保护区植物的主要生长季节为5-9月，因此以1961~2010年共计50年内的海拉尔河嵯岗水文站的5-9月水文资料为基础，针对月均径流量进行分析，总计250个数据样本。嵯岗水文站位于二卡自然保护区上游约30km的海拉尔河干流上，从嵯岗水文站至二卡自然保护区的海拉尔河段内，无支流汇入，也无取水口。因此，嵯岗站的水文资料可较好的表征二卡自然保护区附近的海拉尔河水文情势。

1.2.2植被基础数据采用TM5影像作为基础信息源进行遥感解译。遥感解译结合资料收集、现场调查进行：2011年8月通过植被调查以及现有资料为解译提供参照；2012年9月通过现场调查，对解译成果进一步验证。

1.2.3湿地分类对于湿地的定义及分类，目前被普遍接受的是1971年于伊朗拉姆萨尔签署的《湿地公约》。其湿地定义为：湿地系指不问其为天然或人工、常久或暂时性之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水体者，包括低潮时水深不超过6m的水域。《湿地公约》同时还对海洋湿地、内陆湿地、人工湿地的湿地类型进行了细分。二卡自然保护区内的湿地属于内陆湿地，参照《湿地公约》对湿地类型的分类，结合保护区植被类型，本研究区域涉及的湿地类型有：湖泊湿地、季节性河流湿地、灌丛沼泽、草本沼泽和盐化沼泽。

1.2.4湿地景观破碎度湿地景观破碎度表征着湿地被分割的程度，计算公式如下。式中，C为湿地的破碎度；N为某湿地类型斑块的总个数；A为某湿地类型的总面积。

2结果与讨论

2.1海拉尔河月均流量分析基于嵯岗水文站1961年至2010年5~9月份的水文资料，海拉尔河最小月均流量为5.91m3/s，最大月均流量为558.54m3/s。以10m3/s为梯度对海拉尔河月均流量进行频数及频率统计，统计值区间为0-560m3/s，根据统计结果绘制频率密度图及频率分布图见图2。海拉尔河位于高纬度地区，冬季存在封冻现象，不适宜按照枯水期、平水期、丰水期进行水文周期划分。为了研究需要，将海拉尔河流域主要植被生长期（5~9月份）的月均流量划分为低、中、高三类径流水平：月均流量小于58m3/s为低径流（出现频率P≥75%）；月均流量在58~186m3/s的为中径流（75%>P>25%）；月均流量大于186m3/s为高径流（P≤25%）。综合考虑遥感数据的可用性，分别选取三个时段代表海拉尔河的低、中、高径流期。2009年8~9月为低径流期，月均流量分别为61.42m3/s、56.01m3/s，时段平均流量为58.72m3/s（P=74.6%）。2010年5~8月为中径流期，月均流量分别为161.21m3/s、108.21m3/s、98.91m3/s、108.70m3/s，时段平均流量为119.26m3/s（P=44.4%）。2009年5~7月为高径流期，月均流量分别为149.09m3/s、157.43m3/s、264.53m3/s，时段平均流量为190.35m3/s（P=23.8%）。

2.2不同径流期内湿地差异分析采用三个时段末的TM5影像作为基础信息源进行解译，以研究水文情势对二卡自然保护区的影响：2009年10月1日、2010年9月7日、2009年8月3日的影像资料分别代表海拉尔河低、中、高径流期。解译成果及统计见表1、图3及图4。二卡自然保护区的湿地面积受水文情势的影响较大，在低、中、高径流期内湿地面积比例分别为43.03%、53.66%、69.56%。此外，湿地类型在不同径流期也存在着较大的差异。低径流期内，保护区湿地以盐化沼泽为主，占总湿地面积的50.31%；中径流期内，保护区内各类型湿地的面积较接近，季节性河流湿地、草本沼泽及盐化沼泽的比例分别为28.40%、25.14%和28.31%；高径流期内，保护区以季节性河流湿地为主，占总湿地面积的52.3%。对比三个研究时段可见，随着海拉尔河径流量的增加，时段末的湿地总面积以及季节性河流湿地面积增加、盐化沼泽面积减少。水文情势是制约湿地类型与演替的最基本因素。海拉尔河径流量的变化，引起保护区的水量、淹水历时、淹没范围、漫滩频率等水文情势变化，短期改变区域的淹没状况及湿地类型，如低径流期的盐化沼泽在高径流期被淹没成为季节性河流湿地。同时，水文情势对湿地的理化环境产生影响（如营养物质的可获取性、土壤和水体含盐量、pH值和沉积物特性等），继而引起保护区湿地植被的组成、结构和功能的变动，最终带来湿地的演替。地势较低的区域可得到较充足的水源补给，维持长期积水状态，成为湖泊湿地；地势适中的区域不定期得到水源补给，区域不断处于“干-湿”交替中，逐渐发育成为灌丛湿地、草本沼泽或盐化沼泽。而地势较高的区域不能得到足够的水源的补给，在当地气候条件下发育形成湿地以外的生态系统。

2.3湿地生态阈值分析生态系统发生突变的点或区间，在生态学领域称为“生态阈值”。生态阈值目前尚无统一定义，但公认的一点含义是：当生态因子扰动接近生态阈值时，生态系统的功能、结构或过程会发生不同状态间的跃变。湿地生态系统对环境具有适应、调节能力，且该能力与湿地面积呈正相关，湿地面积也被诸多研究者作为生态阈值判别指标。以二卡自然保护区为代表的大部分河漫滩湿地缺乏观测资料或基础研究，制约了河漫滩湿地的生态阈值研究。河流的水文情势是河漫滩湿地形成与演替的最基本因素，与湿地面积之间也有着较好的相关性。因此，可以河流水文情势为基础，从湿地面积角度进行生态阈值分析。海拉尔河的低、中、高径流期不仅引起二卡自然保护区湿地总面积的变化，同时还短期改变了保护区内湿地类型的分布状况，带来湿地景观破碎度的差异。景观破碎度反应了空间结构的复杂性，在一定程度上表征了生态系统的稳定性，可作为湿地稳定性的评价指标。从表2可见，在海拉尔河的低、中、高径流期，二卡自然保护区湿地的破碎度分别为1.02、0.84、0.64，径流量越低，湿地破碎度越大。更值得关注的是，湖泊湿地的破碎度在低径流期达到了1.37，比中、高径流期增加了一倍以上。二卡自然保护区是典型的河漫滩湿地，径流补给是湿地水源的主要来源。湖泊湿地形成于地势较低的区域，是整个湿地的中心区。湖泊湿地的面积萎缩且破碎化程度上升，表明整个湿地区域的水量已经较为缺乏，亟需得到新的径流补给，湿地已处于较不稳定的状态。本研究选取的低径流期末（平均流量58.72m3/s，P=74.6%），保护区湿地面积占全区面积的比例仅为43.03%，湿地景观破碎度达到1.02，尤其是湖泊湿地的破碎度出现一个较明显的跃变，由中径流期的0.57增加到1.37。结合生态阈值的含义，此时段的湿地状态可近似的作为区域的生态阈值，即维持二卡自然保护区湿地面积占全区域面积的43.03%。

2.4工程对湿地影响评价拟建A工程引起海拉尔河水文情势的变化突出表现在平水年及枯水年：平水年内，二卡自然保护区断面5~9月份月均流量由159.75m3/s减少至134.75m3/s；枯水年内，二卡自然保护区断面5~9月份月均流量由66.9m3/s减少至52.6m3/s。基于本文2.2小节研究内容，海拉尔河月均流量与二卡自然保护区的湿地面积比例存在着正相关，月均流量越大则湿地面积越多。月均流量对湿地面积的影响是多元的，其相互关系受到诸多因素的影响。为了半定量评价A工程对湿地的影响，假定月均流量与湿地面积比例为线性相关（如图5）。采用内插法易得，平水年内，二卡自然保护区5~9月份月均流量减少导致湿地面积比例由58.87%减少至56.32%；枯水年内，二卡自然保护区5~9月份月均流量减少导致湿地面积比例由45.23%减少至42.34%。结合本文2.3小结研究结果进行A工程建设对湿地的影响评价。平水年内，A工程建设导致二卡自然保护区湿地面积比例减少至56.32%，湿地生态系统受影响程度处于可接受范围内。枯水年内，A工程建设导致二卡自然保护区湿地面积比例减少至42.34%，已低于43.03%的生态阈值，湿地生态系统健康及稳定将受到一定的影响，需要采用人造洪水等措施以减少水文情势变化对湿地的影响。

3结论与展望

水利水电工程建设对河流水文情势的影响较容易分析得出定量的评价结果，但对于湿地生态系统的影响评价大多只能进行定性分析。本文结合水文学与生态学方法，以水文观测资料为基础，同时利用遥感解译等生态学研究手段，分析保护区湿地生态系统与其主要补给河流水文情势之间的关系，尝试定量评价水利水电工程建设对湿地的影响程度。同时，综合分析湿地生态系统与河流水文情势的变化趋势，得出湿地生态阈值，从而评价水利水电工程建设对湿地影响的可接受性。本研究以期为水利水电工程环境影响评价工作中的湿地影响分析提供参考与思路借鉴。

作者：胡春明李黛青李曜单位：中国科学院生态环境研究中心