基于HGM法的濕地生態(tài)特征蓄水量研究

林 冰

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng)110006）

1 濕地概況

臥龍湖濕地位于遼寧省沈陽(yáng)市康平縣西北的勝利鄉(xiāng)馬蓮?fù)臀髂?，坐?biāo)是東經(jīng) 23°18'，北緯 42°42'。臥龍湖是沈陽(yáng)市境內(nèi)重要的生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū)域，保持著最多的動(dòng)植物物種，也是每年大量候鳥(niǎo)遷徙的必經(jīng)之地。

2 濕地生態(tài)評(píng)價(jià)方法

水文地貌評(píng)價(jià)（HGM）法，是通過(guò)對(duì)濕地水文地貌分類，然后對(duì)各自相應(yīng)的類別進(jìn)行評(píng)價(jià)。水文地貌分類法基于那些影響濕地功能的基本因素來(lái)建立，這些因素包括地質(zhì)地貌、水源和水動(dòng)力學(xué)特征等[1]。該方法精確具體，可以對(duì)濕地進(jìn)行時(shí)間地點(diǎn)上的橫縱向比較，因此本次研究選擇水文地貌評(píng)價(jià)（HGM）法作為臥龍湖濕地的評(píng)價(jià)方法，采用如下公式：

其中，F(xiàn)I代表計(jì)算的功能指標(biāo)，n和m分別代表控制變量和總變量數(shù)。

濕地如果在最小的人為干擾條件下最大限度地發(fā)揮其功能的水文及景觀狀態(tài)，參考標(biāo)準(zhǔn)下的功能指標(biāo)值為1，完全喪失此功能狀態(tài)下的功能指標(biāo)值為0。例如針對(duì)濕地蓄水功能分析，如果選取年份較長(zhǎng)，變幅較大，則選取最大蓄水量年份的蓄水量為參考標(biāo)準(zhǔn)值1，最小蓄水量年份蓄水量為最小功能值，一般最小功能值幾乎是0，但是為了符合實(shí)際，選取1個(gè)接近于0的很小的數(shù)作為功能指標(biāo)，中間蓄水量的功能值按曲線關(guān)系并結(jié)合實(shí)際擬定。如果沒(méi)有具體的試驗(yàn)數(shù)值，則需要選取影響蓄水量功能指標(biāo)的參數(shù)來(lái)建立功能評(píng)價(jià)模型。如河邊濕地短期地表水儲(chǔ)存的功能指標(biāo)值可以如下公式所示：

其中：VFREQ、VINUND表示洪水頻率和平均深度指標(biāo)；VMICRO表示微地形指標(biāo)；VSHRUB表示灌木等覆蓋指標(biāo)；VDTREE表示樹(shù)密度指標(biāo)；VCWD表示粗糙木本碎片指標(biāo)。上式可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，如針對(duì)臥龍湖濕地，可以調(diào)整關(guān)于樹(shù)木的指標(biāo)為蘆葦苔草的相應(yīng)指標(biāo)。不過(guò)調(diào)整應(yīng)該符合一定的原則，如功能指標(biāo)值應(yīng)在0～1之間變化，選取的參考標(biāo)準(zhǔn)的功能指標(biāo)值為1，調(diào)整任何變量導(dǎo)致的功能變化應(yīng)該符合實(shí)際情況，控制好主要變量等等。

3 臥龍湖濕地蓄水量計(jì)算

本次研究擬通過(guò)臥龍湖濕地功能指標(biāo)年際間的對(duì)比，確定臥龍湖濕地最大蓄水量、最小蓄水量以及其所分布的年份。濕地的生態(tài)環(huán)境功能主要涉及到以下3個(gè)方面：蓄水量、生物化學(xué)和生物棲息。

3.1 蓄水量

濕地是介于水陸之間的具有獨(dú)特水文條件的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)于水文條件的變化具有較強(qiáng)的敏感性[3]。通過(guò)平衡分析計(jì)算得出臥龍湖逐年蓄水量情況，從數(shù)據(jù)系列中可以看出1986年的蓄水量5 901萬(wàn)m3最大，這一年的蓄水量指標(biāo)值定為1，其他年份分別按照當(dāng)年的蓄水量除以標(biāo)準(zhǔn)值，得出當(dāng)年的蓄水量指標(biāo)，其指標(biāo)數(shù)值越大也就說(shuō)明當(dāng)年的蓄水量也越大。

3.2 生物化學(xué)

生物化學(xué)選取綜合污染指數(shù)相關(guān)指標(biāo)，計(jì)算系列為1985～2007年。

其中：P代表綜合污染指數(shù)，Ci代表第i項(xiàng)污染物平均值，n代表污染物項(xiàng)目數(shù)量。

本次綜合污染指數(shù)包括pH值，懸浮物，硬度，溶解氧，高錳酸鹽指數(shù)，5日生化需氧量，氰化物，砷，汞，6價(jià)鉻，鉛，鎘，總氮，總磷，揮發(fā)酚分項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)[4]。利用1985～2007年逐年的分項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果2004年綜合污染指數(shù)指標(biāo)值最大，因此這1年的標(biāo)準(zhǔn)值為1。

3.3 生物棲息

生物棲息方面，本次研究采用生物的多樣性指數(shù)，利用香農(nóng)-威納（Shannon Wiener index）指數(shù)計(jì)算，公式如下：

轉(zhuǎn)化為常用對(duì)數(shù)為：

公式中H代表多樣性指數(shù)，ni表示第i種的個(gè)體數(shù)，N代表所有物種的個(gè)體數(shù)，s代表種數(shù)。

本文針對(duì)臥龍湖實(shí)際特點(diǎn)，選取了動(dòng)植物中最有代表性的野生鳥(niǎo)類和淺水植物作為計(jì)算對(duì)象，分析得出1985年最大，其指標(biāo)值為1。

3.4 綜合分析

綜合分析前文計(jì)算的指標(biāo)，以蓄水量為橫坐標(biāo)從小到大的順序排列，相應(yīng)的各個(gè)指標(biāo)值為縱坐標(biāo)，繪出蓄水量指標(biāo)值與各相關(guān)參數(shù)指標(biāo)值情況表。從圖1中污染指數(shù)、香農(nóng)-威納指數(shù)和蓄水量指標(biāo)數(shù)值變化的趨勢(shì)我們可以看出，在蓄水量低值區(qū)間有1個(gè)拐點(diǎn)，低于該點(diǎn)數(shù)值后各個(gè)指標(biāo)產(chǎn)生急劇變化，同樣在高值區(qū)間也有1個(gè)拐點(diǎn)，高于該數(shù)值后指標(biāo)也有明顯波動(dòng)，說(shuō)明這2個(gè)點(diǎn)是生態(tài)過(guò)渡的敏感點(diǎn)，當(dāng)蓄水量高于或者低于這2點(diǎn)數(shù)值區(qū)間，生態(tài)會(huì)有明顯變化，因此我們選取這2個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的蓄水量，作為最大和最小生態(tài)蓄水量，最小生態(tài)蓄水量對(duì)應(yīng)的是1996年，其相應(yīng)最小生態(tài)蓄水量為495萬(wàn)m3，最大生態(tài)蓄水量對(duì)應(yīng)的是1987年，其相應(yīng)最大生態(tài)蓄水量為5 287萬(wàn)m3。

圖1 蓄水量指標(biāo)值與各相關(guān)參數(shù)指標(biāo)值

4 結(jié)語(yǔ)

臥龍湖濕地發(fā)展變化過(guò)程中，由于自然和人為等因素，曾經(jīng)湖面萎縮，濕地生態(tài)系統(tǒng)功能衰退。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，黨和政府適時(shí)的提出了“水生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策，使臥龍湖濕地重新煥發(fā)了往日的風(fēng)采。濕地蓄水量的穩(wěn)定有助于保持臥龍湖濕地的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)生態(tài)功能，維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和良性循環(huán)，保持生物種群數(shù)量，達(dá)到人與自然和諧共生。本次調(diào)查了臥龍湖濕地基本概況、多年水量及動(dòng)植物物種等自然變化情況，利用水文地貌評(píng)價(jià)（HGM）法研究了濕地的最大蓄水量5 287萬(wàn)m3、最小蓄水量495萬(wàn)m3。為臥龍湖濕地保持生物多樣性、生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展以及相關(guān)部門(mén)決策管理和其他科學(xué)研究提供了參考依據(jù)。