纳帕海湿地水文情势模拟及关键水文生态效应分析

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中文摘要：高原湿地往往地处大江大河上游，是流域内不可或缺的水文单元，具有重要的生态功能和研究价值。但由于高原湿地大多地理位置偏僻，很少能够开展常规水文监测，因此难以开展高原湿地的水文模拟研究。国际水文协会(IAHS)于2002年发起IAHS Decade(2003-2012)on Prediction in Ungauged Basins（简称PUB）使得无常规水文监测湿地水文模拟成为了水文学界关注的一个热点问题。本研究选取滇西北高原湖沼湿地纳帕海（Ramsar湿地，无常规水文监测湿地）作为研究区，利用111景Landsat TM/ETM+(Landsat Thematic Mapper/EnhancedThematic Mapper Plus)遥感影像作为基础数据源，利用NPSI(Neighborhood SimilarPixel Interpolator)方法对Landsat ETM+(slc-off)影像进行条带修复并结合其他遥感数据建立了纳帕海湿地明水面景观数据库。由于纳帕海湿地水文波动主要受降水因子驱动，根据流域降水的时滞效应理论，本研究建立了65d累积降水量与明水面面积之间的经验关联模型，并估算湿地明水面面积的波动规律。使用RTK(Real-time Kinematic) GNSS(Global Navigation Satellite System)系统对纳帕海湿地区进行湿地微地貌DEM(Digital Elevation Model)，基于ArcGIS平台利用纳帕海湿地明水面景观数据库构建概念模型估算各明水景观对应时期的湿地地表储水量(WS)，进而通过回归分析推测出纳帕海湿地明水面面积(OWA)与地表水储量之间的固有关系，从而建立了65d累积降水量与湿地地表水储量之间的经验关联模型并完成了纳帕海湿地水文情势波动模拟。本研究还利用多个时期明水面空间分布数据叠加建立湿地淹水频率空间格局，进而在获取湿地明水面面积以后，通过不同频率下的淹水面积推算出目标面积所对应的最有可能出现的明水面空间分布格局。模拟结果表明在多年际时间尺度下，纳帕海湿地在干季保持着稳定的水文情势，雨季水文情势波动显著，但无水量减少的趋势;而年内季节时间尺度下，湿地多年月均湿地地表水储量在7月迅速增长，9月达到最大，10月快速回落，11月至翌年6月基本保持平稳。地表水储量在1年内只有4个月份能够达到200万m3以上，以及其在7月和10月快速涨、退的水文情势表明纳帕海湿地正逐渐向陆生生态系统演替。纳帕海湿地降水与明水面面积增长之间存在着明显的时滞效应，这一时滞效应对于纳帕海湿地保护管理和洪灾防范（特别是雨季）具有明确的参考价值。基于上述纳帕海湿地水文模型，本研究对洪水预测、越冬水禽明水面景观栖息地空间格局计算以及湿地植被对水文的响应等三个关键水文生态效应进行分析: (1)纳帕海湿地发生百年一遇洪水的降水条件为:最佳累计降水量(OAP，下同)达到553.90 mm，洪水淹没面积为:3098.20 hm2;发生五十年一遇洪水的降水条件为:OAP达到529.83 mm，洪水淹没面积为:2812.37 hm2;发生二十年一遇洪水的降水条件为:OAP达到495.23 mm，洪水淹没面积为:2427.69hm2;发生十年一遇洪水的降水条件为:OAP达到465.97mm，洪水淹没面积为:2126.49hm2;发生五年一遇洪水的降水条件为:OAP达到432.38mm，洪水淹没面积为:1807.94hm2。通过明水景观空间叠加方法，本研究获得了纳帕海湿地各洪水重现期最有可能出现的淹水空间格局，可以为有关部门的防洪工作提供有效的依据。 (2)越冬水禽明水景观栖息地面积为302.45hm2，占最大明水景观栖息地面积的64.80％，占研究区总面积的9.74％。纳帕海湿地区北部的主湖区仍然是越冬水禽主要的明水景观栖息地。西南部明水栖息地呈孤岛状分布，其余小斑块明水栖息地较为分散。明水面景观作为主要的水禽越冬栖息地，随着水禽数量的逐年增多，其面临的生态压力也在逐渐增大，有关部门应该加强对人为扰动的控制，以最大明水栖息地为恢复目标逐渐释放空间，为保护物种提供更多生境。 (3)2012年7-8月纳帕海植被调查结果显示，纳帕海湿地共记录有湿地植物130种，隶属于36科88属。其中，蕨类植物1科1属2种，苔藓植物1科1属1种，种子植物34科，86属，128种。湿地区存在的主要优势物种为蕨麻（Potentillaanserina）与木里苔草（Carex muliensis）。纳帕海湿地区淹水频度在2.1％以下的区域为中生草甸;淹水频度在2.1％-50.0％范围内的区域为沼泽与湿草甸;湿地区淹水频度在50.0％以上范围内的区域为明水面湿地。人为扰动在淹水频率较低的区域对湿地植被生物多样性的影响更加显著。湿地区边缘，淹水频率较低区域凸显出生态交错带具有的边缘效应。这种边缘效应能够反映出湿地生态系统与陆生生态系统的边界，可以为湿地的界定提供新的思路。

作者：

李杰

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关键词：

高原湿地水文情势模拟洪水预测越冬水禽栖息地生态效应

授予学位：

博士

学科专业：

跨境生态安全

导师：

胡金明

学位年度：

2013

学位授予单位：

云南大学

语种：

中文

中图分类号：