沼泽湿地生态环境及水循环评价研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 题目来源
• 1.2 选题背景和意义
• 1.2.1 湿地存在价值及保护
• 1.2.2 水资源与生态环境问题
• 1.2.3 研究意义
• 1.3 研究进展和现状
• 1.3.1 湿地评价研究概述
• 1.3.2 湿地生态环境需水量研究概述
• 1.3.3 水环境质量评价方法研究概述
• 1.3.4 湿地健康水循环评价研究概述
• 1.4 本文的目的及主要研究内容
• 1.4.1 本文的目的
• 1.4.2 论文主要研究内容
• 2 扎龙湿地生态环境功能及负面变化
• 2.1 区域概况及保护区内部功能分区
• 2.1.1 区域概况
• 2.1.2 保护区内部功能分区
• 2.2 扎龙湿地生态环境功能
• 2.2.1 扎龙湿地对西部地区风沙化进程有抑制作用
• 2.2.2 调蓄洪水的功能
• 2.2.3 净化水体的功能
• 2.2.4 保护生物多样性的功能
• 2.2.5 调节局地气候的功能
• 2.3 扎龙湿地生态环境负面变化
• 2.3.1 生物多样性降低及生产能力的不可持续性
• 2.3.2 调蓄洪水功能降低
• 2.3.3 水土流失
• 2.3.4 土地利用/覆被变化
• 2.3.5 湿地景观破碎化明显
• 2.4 扎龙湿地恢复对策
• 2.4.1 基于生态环境需水量的补水措施
• 2.4.2 恢复自然水文情势，利用洪水恢复湿地
• 2.4.3 发挥湿地的自我修复能力
• 2.4.4 生态系统服务功能的可持续利用
• 2.5 本章小结
• 3 扎龙湿地水循环要素变化特征及湿地退化原因
• 3.1 资料和分析方法
• 3.1.1 资料来源
• 3.1.2 分析方法
• 3.2 湿地区域气象因子与水循环要素变化特征分析
• 3.2.1 气温变化
• 3.2.2 风速变化
• 3.2.3 蒸发变化
• 3.2.4 湿度变化
• 3.2.5 降水变化
• 3.2.6 径流变化
• 3.3 蒸发与影响因子的关系分析
• 3.3.1 影响因子的选择
• 3.3.2 蒸发经验模型及敏感性分析
• 3.3.3 蒸发变化趋势原因分析
• 3.4 扎龙湿地退化原因分析
• 3.5 本章小结
• 4 扎龙湿地生态环境需水量安全阈值的研究
• 4.1 湿地定义
• 4.2 湿地生态环境需水量概念及组成
• 4.3 湿地生态环境需水量安全阈值计算模型
• 4.3.1 水文参数的选择及模型的基本思想
• 4.3.2 确定理想、中等和最小生态水面面积
• 4.3.3 湿地生态环境需水量的计算方法
• 4.4 扎龙湿地生态环境需水量安全阈值的确定
• 4.4.1 水面面积的频率分析
• 4.4.2 扎龙湿地生态系统健康分析
• 4.4.3 确定生态水面系数
• 4.4.4 生态蓄水量和水面耗水量计算
• 4.4.5 芦苇需水量计算
• 4.4.6 生态环境需水过程年内变化规律分析
• 4.5 不同降雨频率下的生态耗水量
• 4.6 长效生态补水
• 4.7 本章小结
• 5 扎龙湿地水环境质量评价研究
• 5.1 建立评价数学模型
• 5.1.1 灰色聚类法的基本原理
• 5.1.2 灰类白化权函数的确定
• 5.1.3 确定聚类权
• 5.1.4 确定聚类系数
• 5.1.5 构造聚类向量及评判
• 5.1.6 灰色聚类法的算法
• 5.2 确定评价指标和水质分级标准
• 5.3 模型应用
• 5.3.1 资料处理与参评指标的选取
• 5.3.2 数据的无量纲化处理
• 5.3.3 确定各评价指标对各灰类的聚类权
• 5.3.4 确定各评价对象对各灰类的聚类系数
• 5.3.5 结果分析与评价
• 5.3.6 与悲观评价原则比较
• 5.4 水质恶化的原因分析
• 5.4.1 缺水型污染
• 5.4.2 超标型污染
• 5.4.3 内源型污染
• 5.4.4 治污措施
• 5.5 本章小结
• 6 湿地健康水循环指标体系建立及评价研究
• 6.1 湿地健康水循环的内涵
• 6.2 基于PSR模型的湿地健康水循环评价指标体系
• 6.2.1 湿地健康水循环 PSR概念模型
• 6.2.2 广义的湿地健康水循环评价指标体系
• 6.3 建立湿地健康水循环模糊层次评价模型
• 6.3.1 数据规格化处理
• 6.3.2 模糊模式识别模型
• 6.3.3 层次分析法赋权
• 6.4 扎龙湿地健康水循环评价
• 6.4.1 评价指标选取和评价标准
• 6.4.2 评价结果与分析
• 6.5 基于水循环要素变化特征的水资源管理
• 6.5.1 水资源的年际配置
• 6.5.2 水资源的年内配置
• 6.5.3 利用湿地实现洪水资源化
• 6.5.4 实现湿地健康水循环
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢