江汉平原湿地水系统综合评价与水资源管理探讨

第26卷第3期 地 理 科 学Vol.26 No.3

2006年06月SCIENTIAGEOGRAPHICASINICAJune,2006

江汉平原湿地水系统综合评价与

水资源管理探讨

王学雷,吕宪国,任宪友

农业生态研究所,吉林长春130012)

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(1.中国科学院测量与地球物理研究所,湖北武汉430077;2.中国科学院东北地理与

摘要:江汉平原分布着由河流湖泊-沼泽-沼泽型水稻土-潜育型水稻土组成的湿地系统。江汉平原湿地在蓄水滞洪、调节气候、水质净化、维持生物多样性和改善生态环境方面有着十分重要的作用。在探讨江汉平原湿地水系统结构和功能的基础上,提出了合理利用湿地水资源和实施科学水管理的途径,首先要对水资源和水环境进行积极的保护;其次积极实施退田还湖,增强江汉平原湿地的调蓄洪水能力,减轻洪涝灾害损失;其三是建立江汉平原水环境安全调控体系;最后将江汉平原湿地水系统管理纳入整个长江中游及长江流域的统一管理与规划之中,进行总体协调与管理。

关 键 词:湿地;水系统;水资源;水环境;江汉平原

中图分类号:P941.27 文献标识码:A 文章编号:1000-0690(2006)03-0311-05

湿地是介于陆地生态系统与水体生态系统之间的独特系统,是水、土和生物在同一时间与空间上的有机耦合,对水要素的存在及运动方式有着较

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强的依赖性和敏感性。

水是湿地生态系统形成的关键因子和最敏感因子,在湿地过程中起着重要作用。不论是化学过程中的湿地营养元素的循环、重金属元素的富集与迁移,还是生物过程中湿地植物的生长、湿地动物的生存,以及物理过程中能量流动、生态功能实现,都是在水的参与或以水为载体进行的。

江汉平原地处湖北省中南部,北接荆山、大洪山,东连大别山和鄂东南丘陵,西邻鄂西山地,为一向南部洞庭湖敞开的凹陷盆地,总面积37597km。江汉平原是由长江、汉江及其支流多次泛滥、冲积、沉积而成的冲积湖积平原,区内湖泊星罗棋布,水网密集交错,微地貌复杂,是中国典型的亚热带湿地生态区,是历史上有名的/水袋子0。江汉平原土地肥沃,气候条件优越,雨热同期,适宜多种农作物生长,是湖北省重要的农副业商品生产基地,在国家粮食安全战略中占有重要地位。研究江汉平原湿地水系统的特点,分析平原流域水系统功

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能,找出合理利用湿地水资源和实施科学水管理的途径,对区内湿地生态的保护与恢复具有重要意义,也有利于区域社会经济的可持续发展。

1 江汉平原湿地系统结构特征

湿地系统结构是研究湿地水系统时空分布、水系统形成及演化的基础,是湿地水系统研究的重要内容。江汉平原位于长江中游流域,系长江和汉水泛滥、淤积形成的冲积平原,分布着由河流湖泊-沼泽-沼泽型水稻土-潜育型水稻土组成的湿地系统。江汉平原湿地系统结构特点如下:

一是结构比较复杂。反映在江汉平原湿地的类型多样性上,按照综合性和主导性分类原则,江汉平原拥有湖泊湿地、河流湿地、人工湿地等三大类;每一大类又可分为两个类型)))水体类型和沼泽类型。再根据其它特征又可进一步划分。河流湿地中,水体类型为永久性河道,沼泽类型为芦苇地、草滩地和泥沙滩地;湖泊湿地中,水体类为雍塞湖、弓形湖、洼地湖和岗边湖,沼泽类为草滩地和泥沙滩地;人工湿地中,水体类型为渠道、池塘和水库,水稻土类为沼泽型水稻土、潜育型水稻土、潴育

收稿日期:2005-08-16;修订日期:2006-04-17

基金项目:世界自然基金会长江项目(WWF-HSBCCN0088.04)、中国科学院湿地生态与环境重点实验室基金资助。

作者简介:王学雷(1965-),男,湖北浠水人,博士,研究员,博士生导师,主要研究方向:流域湿地生态学与环境管理。Emai:[email protected]

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型水稻土和淹育型水稻土。

二是人类活动对湿地系统的强烈干扰。江汉平原开发历史较早,湿地受人为活动影响较大,主要表现在湿地开发与湖泊围垦,特别是20世纪50年代末至70年代成为江汉平原历史上最大规模的围湖垦殖时期,使平原湖区许多湖泊缩小、消亡或分解,使区域湖泊个数和面积急剧减少。据统计,从50年代末到80年代初,江汉湖群面积大于0.52km的湖泊个数由609个减少到309个,面积从4708km下降到2657km,减少近一半。过度围垦带来严重生态环境问题,洪涝渍旱灾害加重。三是江湖关系复杂,受制于长江及支流(图1)。江汉平原地处长江中游北岸,是历史上/云梦泽0所在地,长江先以漫流形态存在众多湖沼之中,后又以江陵为顶点,呈扇状分流水系向东扩散,后来形成统一的荆江大堤,但河水泛滥时期仍通江。明代以后,荆江大堤修建,江汉平原江湖关系骤变,长江与江汉湖群联系受阻,由于泥沙淤积、抬高河床,荆江逐渐呈悬河状态,使长江与江汉平原

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湿地水分相互补给关系非常复杂。

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流域水系统有助于全面地认识和分析湿地水系统。

流域水系统主要研究气候、土壤、植被等自然条件与湿地水文过程的关系

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江汉平原水系统除了包括湿地水系统外,还包括湿地的补排水系统,即湿地水的输入系统和输出系统,顺畅的湿地水输入与输出系统对维持湿地水系统平衡和水质有重要意义(图2)。

图2 江汉平原湿地水系统关系结构图

Fig.2 Relationstructureofwatersystems

ofwetlandinJianghanPlain

湿地水资源在保障区域社会经济可持续发展中具有不可替代的作用。实现湿地水资源可持续

利用,发挥湿地水资源经济、社会、生态等效益是合理利用和保护湿地资源的重要组成部分。摸清湿地水资源现状,开展湿地水资源研究意义重大。

江汉平原境内河流纵横,湖泊星罗棋布,河流以长江为骨干、支流自边缘丘陵向长江汇注。区内面积大于0.5km湖泊达309个,面积约为2657km,长江横贯全境,汉江由西北部流入本区,于汉口注入长江,加上山区河流注入本区,因而本区水

图1 江汉平原核心区域水系图

Fig.1 WatersystemofJianghanPlain

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量居全省之最。长江与汉水过境的客水总量达到6338@10m,这些来水多在汛期;众多的湖泊在丰水年份,一般可承接150@10m以上的来水。境内除江汉两水外,较大河流北有天门河,中有东荆河,南有内荆河,江南有松滋,虎渡诸河及危水。同时江汉平原降水丰沛,多年平均降雨量达到了1100~1400mm。

虽然江汉平原水资源丰富,但由于径流与过境水高峰同期,与用水存在时空矛盾,造成汛期大量,8

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2 江汉平原水系统特征和水资源评价

湿地水系统,是指在一定的湿地空间范围内由气象、水文、地质、地貌等要素组合起来的,通过一定的湿地过程完成一定的生态环境功能的特殊的复杂系统。湿地水系统是流域水系统的重要组成,,

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的时空分布不匀,客水流量不稳定,常常造成来水集中而形成洪涝灾害,或来水不足而形成干旱威胁,尤其是春旱。江汉平原降水丰沛,但是季节性差异非常明显,4~10月份总降水量约占全年总降水量的77%;而每年5~10月为江水上涨期,大部分地区地面高程低于江河水位,形成地上河,其中5~8月大部分地面径流不能自排入江。这种/水高田低0的自然条件,决定了江汉平原湖区具有湿润易涝的特点,而在江河涨水时期,流域正值雨季,大暴雨多出现在5~8月,而且往往强度大,范围广,降雨过程长,这样经常导致外洪内涝。而在非汛期,外江水位自汛末回落,内垸湖渠河网利用自排机会外泄,以降低圩区地下水位,且为来年汛蓄涝腾空湖容。到了每年春灌季节,由于天然降雨少,外江水位较低,不能自引或引水流量远远小于设计流量,内湖又无蓄水,往往造成春旱时无水灌溉的被动局面

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渊、冲口、垄垱0等。这些湖泊在外表形态和某些水文特征上,仍保留河流作用影响。

3 江汉平原湿地水化学分析与湖泊净化能力

湿地水化学研究是湿地水系统分析的又一重要内容,通过湿地水化学状况变化的监测,可以了解湿地植物种及其植被类型的变化动态,对不适当的变化提出相应的科学控制措施,推动湿地保护与湿地恢复。所谓湿地水化学研究,就是指对湿地水化学特征进行研究、分析,找出影响湿地水化学特征的因子及其贡献大小,探索湿地水化学特征变化对湿地生态系统演化的作用。

由于条件限制,整个江汉平原湿地的水化学监测还没有全面进行,数据还不全面,但我们可以以江汉平原湿地最大的湖泊)))洪湖为例,进行理化特征分析,以反映江汉平原湿地水化学性状。据20世纪90年代对洪湖水质进行的监测结果,洪湖湖水的pH值为8.28,呈偏碱性,秋夏季较低,春季较高;硬度在3.92~11.26德国度之间,属于软水;全湖湖水化学耗氧量分布比较均匀,但季节差异性大,冬季低春季高;HCO3变动范围为50mg/l~130mg/l之间;CO3在0~44mg/l之间,但季节变化大;Ga是湖水中的主要阳离子,浓度在23mg/l左右;PO4随季节有所变化,夏、冬两季稍高;总磷含量也随季节变化而变化,冬季最高,秋季最低;湖水中NH4-N、NO2-N、NO3的含量都较低,湖水平均含氮量1.4Lg/;l洪湖电导率变动于211~490Ls/cm之间,春夏电导率相对秋冬两季为高。总之,通过上述分析,可以看出洪湖湿地湖水比较清洁,水质较好,有较强的自净能力,有机质含量较少,总体属于中富营养型湖泊,这一定程度上反映了江汉平原湖泊湿地的水化学特点和湿地生态系统物质流的特点。

由于湿地的理化及生物特征,对污染物具有物理净化和生物净化功能。湿地可以减缓水流,有利于沉积物质沉降;湿地生物群落能对污染物进行吸附、降解,污水处理的生物氧化塘法和土地处理系统就是利用了湿地的这一功能。充分利用江汉平原的湿地资源进行环境净化,不仅有利于环境质量的提高,而且可以节约大量资金。特别是湖泊、河流湿地系统,这种净化效应更为明显,如江汉平原-,,,+3-2+

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从平原地形结构与水文地质条件来看,江汉平原发达的江河、湖泊为地下水径流提供了良好的补

给条件。广泛而深厚的第四纪各时代的砂、沙砾岩、砾石岩层与粘土层交互成层,构成了多层含水层构成良好的地下水库,据水文地质勘探,江汉平原地下水资源也很丰富,年均蓄水量可达2300@10m。地下水与江河之间有一定的水力联系,相互起着补给调节作用。但与湖水之间,因受湖底淤泥的阻隔,水力联系微弱。

而湖泊和江河之间的关系则要密切得多,湖泊是地表水的蓄水场所,是江河的天然调节器,江汉平原上河道密布,长江由董市、汉水由钟祥进入宽阔的江汉盆地,流水洄荡于平原之上,经常改道变迁,盆地四周的来水向平原汇聚,加上人工开挖的河道,组成错综复杂的水道网。这些大大小小的江河都不同程度地与湖泊相联系,在多雨洪水季节,湖泊可容蓄江河一部分洪水,降低下游河床的洪水水位,保护下游安全。在少雨季节,江河水位低落,湖泊可补给河水,增加江河的流量,这对航运、灌溉、都起着很大作用。另外,江汉平原的湖泊和江河有着承袭关系,江汉湖群中许多湖泊是由江河转化过来的。许多河流的网状分流由于泥沙淤积、河道变迁而逐渐淤塞成湖;有些由于河流左右摆动,河曲发展过程中天然裁弯取直,遗留的河道形成湖泊;还有由于历史上江堤失修,江河经常溃口泛滥,,,/8

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量交换相对频繁,而且水生生物生长茂盛,这均为增加稀释自净作用,消纳污染物质提供了良好条件。洪湖水域水体总体水质良好。洪湖水体总体之所以能保持/绿色湖泊0称号,主要是因为湿地有很强的净化水质的功能。汛期降雨量大,湖渠水流畅通,洪湖湿地对改善生态环境作用更大。

4 江汉平原湿地水系统调蓄功能

湿地在蓄水滞洪、调节气候、水质净化、维持生物多样性和改善生态环境方面有着十分重要的作用。通过对湿地水系统功能进行研究,可以定量地分析湿地水系统在水量平衡调控、维护区域水平衡中的作用,评价湿地在流域调洪减灾中的价值;可以科学地评价湿地水系统提供水资源、补给地下水及向其它区域供水能力和湿地水动态变化对湿地景观格局的影响。

湿地能存储过量的水分,是一个巨大的生物蓄水库。由于这种储水能力,在多雨季节和河流涨水季节,可以分流过量的水分,调节河水径流量削减洪峰,均化洪水,从而减轻和控制洪涝灾害。长江中游湖泊湿地对江河的调节作用更大。如江汉湖群在丰水年份,一般可承接150@10m以上的来水。洪湖是长江中游尤其是江汉平原地区的主要调蓄湖泊,承担着江汉平原四湖中下游的蓄洪及灌溉任务。我们结合地理信息系统技术的应用,通过对多年资料和遥感图象的分析与处理,分析了洪湖

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在调蓄洪水的作用。根据计算机模拟计算,当水位达到27m(洪湖围堤的海拔高程)时的调蓄容量为洪湖的最大调蓄容量,则洪湖最大的调蓄容量

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约为21@10m(图3)。

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图3 洪湖水位(m)-蓄水容量

(@108m3)关系图

Fig.3 RelationshipbetweenwaterlevelofHonghuLakeandtherechargecapacity

求,但由于污染物的乱排乱放,湿地水质有变坏的趋势,应引起重视,确保重要湿地水质的稳定性。其次,要作好退田还湖工作,这是进行湿地水管理、综合利用湿地水资源的重要问题,也是江汉平原开发和综合整治的重大问题。1998年洪水的教训之一,就是要积极进行退田还湖工作,通过退田还湖,可以增强江汉平原湿地的调蓄洪水能力,减轻洪涝灾害损失。

其三,建立江汉平原水环境安全调控体系,特别是区域内主要城市安全纳污量的界定与排污总量的控制,研究区域内各水体的环境容量,主要城市江段安全纳污量,次级支流水环境现状、各主要湖泊的环境承载力等。

其四,要将湿地水系统管理纳入整个长江中游乃至长江流域的统一管理与规划之中,进行总体协调与管理。包括水土流失的控制(上中游),水域污染的调控与管理(主要是中下游),防洪体系的建设,以及水环境一体化管理模式。

5 江汉平原湿地水管理

加强湿地保护与管理成为人们的共识。水是维系湿地存在与发展的关键因子,水系统的变化不仅直接影响湿地自身生态系统的演化,还会对周边区域环境产生较大影响,引起区域生态问题,为此,必须在对湿地水系统进行科学分析的基础上,进行有效的水管理,以确保合理利用湿地水资源,推动区域湿地资源的可持续利用。

就江汉平原湿地水系统而言,加强水管理,首先对水资源进行积极保护,使平原湿地水资源总量保持基本稳定,水质不变坏。根据研究,江汉平原

,参考文献:

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floodandwaterlogginginthetypicalagriculturalregioninJiang2hanPlain[J].ChineseGeographicalScience,2001,11(3):259-263.

ComprehensiveEvaluationonWetlandWaterSystemandWater

ResourcesManagementintheJianghanPlain

WANGXue2Lei,LUXian2Guo,RENXian2You

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(1.InstituteofGeodesyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Wuhan,Hubei430077;2.Northeast

InstituteofGeographyandAgroecology,ChineseAcademyofSciences,Changchun,Jilin130012)

Abstract:Wateristhekeyfactortoformthewetlandecosystemandalsothemostsensitivecomponentinthewetlandecosystemanditplaysanimportantroleintheprocessofwetland.WetlandisanimportantecosystemintheJianghanPlain,inwhichwaterfactoraffectsitsstructureandfunction.TheJianghanPlainisthetypicalre2

gionofsubtropicalwetlandecosystemsofChina,wheretherearemanylakesandwaterways,andthemicro2phys2iognomyisverycomplex.Thealluvialplainisahoneycombofwaterwaysborderedbynaturallevees,andthede2pressionalareasencompassedbythesewaterwaysaredish2shapedincross2section,distributingthewetlandsys2temscomposedofriver,lake,marsh,gleyedpaddysoilsandswamppaddysoils.AndthehydrologyrelationshipoftheYangtzeRiverandlakesandriversiscomplexandthewatersystemincludeswaterinputtingandoutputtingsystemofwetlandbesidesthewetlandwatersystem.ThewaterresourcesareabundantintheJianghanPlain,butprecipitationisnoteveninspatial2temperaldistributionandtraveler2watervolumeisinstability,whichoftenthecollectionofwaterthatcausefloodandwaterlogorthelackofwaterthatcausedrough.tWetlandsintheJianghanPlainplayanimportantroleinfloodwaterstorage,waterqualityimprovemen,tclimatechanges,biologicaldiver2sityprotectionandeco2environmentimprovemen.tAsastoragespaceforsurfacewater,lakesreducetherisksfromfloodandwaterlog.Ingenerally,Jianghanlakegroupcanaccommodatemorethan150@10mwatervol2umeintheyearabundantinrain.HonghuLakeisamainlakeofstoragewaterintheJianghanPlain,andactsasthefunctionstoringfloodwaterandirrigatingcroplandinthemiddle2lowFourLakesdistrictintheJianghanPlain.Accordingtosomesimulationresults,thelargeststoragewatervolumeofHonghuLakeisabout21@83

10m.Ashavingastrongself2decontaminationcapacity,mostlakesintheJianghanPlainaremoderateeutroph2ication.BasedonprobingintothestructureandfunctionofwetlandwatersystemintheJianghanPlain,theap2proachesandstrategiesaboutwaterresources'reasonablyutilityandscientificwatermanagementaremade.First2ly,waterresourcesandenvironmentshouldbeprotectedactively.Secondly,lakesshouldberestoredfromim2polderinginordertoenhancethestoragefloodwatercapacityofwetlandinJianghanPlain,andtoreducethelossresultedbyfloodandwaterlog.Thethird,waterenvironmentsecuritysystemshouldbesetup.Atlas,twetlandwatermanagementsystemintheJianghanPlainshouldbeincludedinthemanagementandplanofthemiddlereachesoreventhewholeofYangtzeRiverdrainagebasin.Keywords:wetlands;watersystems;waterresources;waterenvironmen;ttheJianghanPlain

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