基于水循环模拟的沼泽湿地生态需水研究

论文摘要

扎龙湿地位于我国东北松嫩平原地区,是我国最大的以鹤类等大型水禽为主体的珍稀鸟类和湿地生态类型国家级自然保护区,在调节区域气候、滞蓄洪水、净化水体、减轻污染等方面具有重要作用。然而,近年来的水资源短缺已经严重影响到湿地生态环境健康甚至当地经济社会的可持续发展。为解决扎龙湿地生态需水及生态补水问题,本文研究了基于水循环模拟的湿地生态需水计算方法,主要得出以下结论:(1)针对寒区沼泽湿地的特性,构建了能够模拟寒区沼泽湿地水循环过程时空变化的半分布式湿地水循环模型。该模型引入调整系数来处理寒区湿地的冻结和解冻效应,从而改进了寒区湿地出流量的模拟问题,该模型的可靠性已经在扎龙湿地的应用中得到验证,模型模拟的扎龙湿地水面面积和湿地出流量都具有较高精度。(2)提出了基于水循环模拟的沼泽湿地生态需水量计算方法。该方法以湿地水循环模型为工具,针对各种来水频率建立湿地来水量与湿地水文指标的关系曲线,根据该曲线和不同生态需水等级目标来确定不同来水频率下不同生态需水等级目标下的生态需水量。该方法提出的生态需水量计算方法能够针对具体年份确定该年份的生态需水量,结合湿地来水预测即可确定该年份的生态补水量,为确定具体年份的湿地生态补水量提供了一种量化方法。(3)提出了利用湿地水循环模型研究湿地生态补水策略的方法。该方法以湿地水循环模型为工具,对于假设的若干生态补水方案进行模拟,并对各方案的模拟结果进行对比分析,选出其中最符合湿地自然水循环特性的方案为最优方案。将该方法应用于扎龙湿地,得出了扎龙湿地的生态补水策略:①年内补水的最佳时期为汛期;②在条件许可的条件下,可利用人工补水模拟洪水脉冲对湿地进行洪水冲击,以达到一年补水多年受益的效果。(4)人类用水对扎龙湿地天然径流的影响比例多年平均在20%以下,影响程度并不是很高,但是呈现不断加强的趋势。单独对湿地来水量而言,来水量在枯水年大量减少的主要原因是自然枯水周期引起的,而人类用水则使湿地缺水更为严重。保证湿地生态需水是扎龙湿地恢复的重要对策,但还需要其他措施的配合,如加强污染管理,减轻湿地内部人类干扰,提高湿地管理水平和全民湿地保护意识,只有这些措施的积极配合,才能真正实现扎龙湿地的生态恢复和可持续利用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状与存在的问题
• 1.2.1 湿地水循环模型研究进展
• 1.2.2 湿地生态需水研究进展
• 1.2.3 基于水循环模拟的湿地生态需水研究进展
• 1.2.4 目前研究方法中存在的问题
• 1.3 研究目的及主要研究内容
• 1.3.1 主要研究目的
• 1.3.2 主要研究内容及总体结构框架
• 2 基于水循环模拟的沼泽湿地生态需水计算方法
• 2.1 湿地生态需水关键问题辨析
• 2.1.1 湿地生态需水概念辨析
• 2.1.2 湿地生态需水等级问题辨析
• 2.2 基于水循环研究湿地生态需水的理论基础
• 2.2.1 湿地生态水文关系
• 2.2.2 洪水脉冲对湿地的作用
• 2.2.3 湿地生态需水决策过程
• 2.3 基于水循环模拟的沼泽湿地生态需水计算方法
• 2.3.1 构建湿地生态水文关系模型
• 2.3.2 选取沼泽湿地水文指标
• 2.3.3 选取来水频率
• 2.3.4 生态需水计算步骤
• 2.4 本章小结
• 3 扎龙湿地水循环特性及人类活动影响分析
• 3.1 扎龙湿地概况
• 3.2 自然水循环要素特性分析
• 3.2.1 降水年际年内特性
• 3.2.2 蒸发年际年内特性
• 3.2.3 出入境水量变化特性
• 3.3 人类用水对扎龙湿地自然来水量影响程度分析
• 3.3.1 年际影响分析
• 3.3.2 年内影响分析
• 3.4 人类对湿地开发利用分析
• 3.4.1 人造工程对湿地的影响分析
• 3.4.2 土地利用变化对湿地的影响分析
• 3.5 本章小结
• 4 扎龙湿地水循环模拟模型
• 4.1 水循环模型构建思路
• 4.2 水循环模型结构
• 4.2.1 湿地单元划分
• 4.2.2 湿地单元之间的水流交换
• 4.2.3 湿地单元模型
• 4.3 水循环模型参数标定与检验
• 4.3.1 模型参数标定
• 4.3.2 出流量检验
• 4.3.3 湿地水面面积检验
• 4.4 水循环模型在模拟扎龙湿地自然水文特性中的应用
• 4.5 本章小结
• 5 基于水循环模拟的扎龙湿地生态需水量计算
• 5.1 基本计算条件设定
• 5.2 根据水面面积指标确定生态需水量
• 5.3 根据出流量指标确定生态需水量
• 5.4 根据综合水循环指标确定生态需水量
• 5.4.1 统计特征值
• 5.4.2 典型生态需水量
• 5.5 面向具体年份的湿地生态需水过程
• 5.5.1 确定具体年份年生态需水量
• 5.5.2 确定年内生态需水过程
• 5.6 不同研究方法及成果比较
• 5.7 本章小结
• 6 扎龙湿地生态补水量计算及补水策略分析
• 6.1 扎龙湿地生态补水量确定
• 6.1.1 扎龙湿地来水量预测
• 6.1.2 扎龙湿地生态补水量确定
• 6.2 与历史实际补水对比分析
• 6.2.1 生成5种分析方案
• 6.2.2 各种方法计算的湿地补水量对比分析
• 6.3 扎龙湿地生态补水策略讨论
• 6.3.1 年内生态补水时机的选择
• 6.3.2 生态补水的跨年度效应
• 6.3.3 扎龙湿地生态补水策略
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢