向海湿地缺水成因浅析

黎世忠，刘媛媛

（1.德惠市水利局，吉林 德惠 130300；2.松辽水利委员会水文局（信息中心），吉林 长春 130021）

1 向海湿地

向海湿地位于吉林省西部通榆县境内，科尔沁草原中部，西与内蒙古科右中旗接壤，北与洮南市相邻，1992年被列入《国际重要湿地名录》。湿地内主要为湖河相容冲积地貌，地势低洼平坦，河道极不明显，沼泽地植被多为芦苇，土地盐渍化比较普遍，土壤为沙土、栗钙土和盐碱土，土层厚度0.5～1.0 m。保护区地属温带大陆性季风气候区，为半干旱草原地带，春季多风干旱，夏季温暖，冬季严寒少雪、风沙大。年平均气温4.9℃，年平均降水量406 mm，集中在7—8月，年平均蒸发量1945 mm[1]。湿地水体主要补给来源为霍林河、额穆泰河和引洮工程径流以及夏季降水和区域地下水，向海水库坐落于保护区内。

2 统计方式

1）监督分类

由于研究区域在不同季节不同的气候条件下，遥感影像会存在较大的差异，为了较准确地反映补水前后湿地的不同状况，选取较贴近补水时间的影像图，由ENVI软件根据用户选定的类别和样本进行监督分类，主要提取水体和盐碱地。

2）湿地水面面积动态度

一些学者采用湿地面积动态度分析湿地变化特征[2]。湿地面积动态度是指某研究区一定时间范围内湿地水面面积的变化，湿地水面面积采用湿地范围内所有地表水体面积之和。利用动态度模型分析湿地水面的时空变化，可以真实反映区域湿地水面面积变化的剧烈程度。类似于距平计算，但由于加入了时间参数，可以更准确的描述变化过程。具体的公式为：

式中：LC为研究时段内湿地水面面积动态度；Ua和Ub分别为研究期初和研究期末湿地水面面积；T为研究时期长，为简化分析，取年为时间单位。

3）质心偏移模型

湿地水体面积的消长在空间上的分布程度由质心偏移模型进行分析。这里的质心取湿地中较大面积的水体表面所形成几何图形的近似几何中心。质心偏移的方向可以说明该水体在某方向上扩张或者在其反方向上缩减。具体的公式为：

式中：Xt为t年湿地水体分布质心的经度；Yt为t年湿地水体分布质心的纬度；Cti为t年第i个湿地水体块的面积；Xi为第i个湿地水体块质心的经度；Yi为第i个湿地水体块质心的纬度。

3 数据分析

1）监督分类结果

选取向海湿地区域2007，2009—2011年7月至8月间，云含量较低，影像时间较接近补水期的Landset TM影像，进行水体和盐碱地监督分类。由解译结果统计得出，2007，2009—2011年向海湿地水体总面积分别为47.83，48.69，37.98和49.03 km2。其中，水面面积在1 hm2以上的水体个数分别为34，36，33和41。在水体面积变化的同时，盐碱地面积以相反趋势变化，2009—2010年所占总面积比例上涨约6%，2010—2011年所占比例下降了约9%。湿地水体、盐碱地变化统计表见表1。

表1 各年份水体、盐碱地变化情况统计表

2）水面面积动态度

由湿地水面面积动态度公式计算得出，2007—2009年水面面积变化不大，2009—2010年水面面积动态度为-0.22%，2010—2011年水面面积动态度为0.29%，由于2011年所选择影像为补水后时期影像，即同期水面面积在补水后得到了增加。

3）质心偏移

取其中较大的水体统计其质心偏移得出，2007—2009年，湿地水体质心向东南方向移动较大，从影像上可看出湿地水体在西北方向上呈现萎缩态势；2009—2010年，湿地水体质心向西南方向略微偏移，影像上可观察到湿地东南方向水体出现消退；2010—2011年，湿地水体数量明显增多，水体质心向偏西方向移动。

4）年平均气温分析

向海湿地所处的霍林河流域属温带半干旱大陆性季风气候区，以白云胡硕站为流域上下游分界点，下游主要为湿地及平原区，年平均气温5.6℃[3]。由于缺乏当地气温数据，采用中国气象科学数据共享服务网提供的吉林省前郭尔罗斯站气温数据[4]，该站位于研究区域同一流域的下游地区，气候条件较为相似，因此可以借用该站资料。分别统计该站2004—2010年年平均温度得出，时段内年平均气温曲线呈现波状，2004—2005年气温下降，2005—2007年气温逐年攀升，且速度较快，2007—2010年间，年平均气温逐年下降，平均每年减少约0.85℃，但均高于白云胡硕站以下霍林河流域的年平均气温。

5）逐日降水数据分析

霍林河白云胡硕站以下流域多年平均降水量约为424.2 mm，且主要集中在夏季，约占全年总雨量的3/4。降水特性主要体现为降水日数少，多阵性降水，持续降水时间较短，几乎无持续暴雨[3]。统计向海、创业、同发、双岗、三家子、瞻榆6站2006—2010年年累计降水量。2006—2009年，降水总体上持续减少，且各年累计降水量较多年平均降水量均偏少3至4成。由年平均气温和面平均雨量数据对比可以看出，2006—2007年，气温上升，而同期降水减少；2007—2009年，气温下降，但同期降水无明显变化；2010年降水总量虽较前期略微增加，但仍远低于多年同期值。水体质心偏移与降水分布有关，统计单站2006—2010年降水累计量可以得出，额穆泰河一侧的创业、三家子站降水量占面平均雨量比重较大，而向海湿地以上的霍林河同发站降水较少，位于湿地南部的瞻榆站降水较北部的双岗站偏少；单站多年平均雨量的分布也呈同一格局。研究区年平均气温和面平均雨量统计图见图1，2。

图1 2004—2010年平均气温统计图

图2 2006—2010湿地面平均雨量统计图

6）径流数据分析

向海湿地水体的补给来源除降水外，主要为霍林河、额穆泰河和引洮工程径流来水。其中霍林河为嫩江右岸最下游无尾支流，发源于内蒙古扎鲁特旗大兴安岭山脉的后特勒罕山，流经内蒙古科尔沁右翼中旗、吉林省通榆、大安、前郭等地。大水时，河流在向海湿地漫散向东，经查干泡汇入嫩江，一般年份及小水年，河流穿行于沙丘沼泽之间、局部河流呈现潜流、断流、干涸状态，在下游漫散消失。霍林河进入向海湿地以前控制站为白云胡硕水文站，该站在过去5年内频繁出现干涸现象。2006—2010年的各年汛期内干涸共计71 d，占总天数的10%偏多。除2008年年平均流量为6.39 m3/s以外，其余各年年平均流量不足1 m3/s，年平均流量及汛期平均流量较多年同期均偏少一倍。白云胡硕站下游同发水文站2007—2008年年平均流量均低于4 m3/s，较历年同期偏少一倍。

7）人类活动影响

向海湿地所在区域为吉林省西部地区与内蒙古自治区交界处，经济水平较为落后，产业格式为风电工业、农副产品加工业和旅游业[1]。以通榆县为例，该县2009年人口36万，人口密度43人/km2，为联合国粮农组织建议标准的2倍。由于大量湖泊水体转化为盐碱地、沼泽或开发为耕地，该地区农业人口密度降低[1]的同时，也意味着水体面积的高速萎缩。地表水无法满足人口增加带来的需求后，索取转向地下水，2005—2010年间，白城一带地下水水量持续急剧下降[5]，地下水位变动势必要求更多的来自地表水的补给，造成地表水量的再减少。另一方面，受水资源分配控制，霍林河、额穆泰河上游建设了多座水库和灌区引水工程，使得本来受季节调节严重的向海湿地水源补给更加拮据。

8）2011年补水效益

2011年6月19日起，国家统一部署对向海湿地进行补水。6月20日起，察尔森水库日均出库流量从40 m3/s逐渐加大，最大日出库流量达到57 m3/s。根据《引察济向生态应急补水实施方案》，本次补水以镇西水文站过流量达到8000 m3/s为准[5]。供水初期镇西水文站日均流量约10 m3/s，6月25日镇西水文站流量达到35.5 m3/s，同时，盐铺断面恢复过流，流量6.1 m3/s；2 d后，镇西水文站累计水量为0.184×108m3，向海水库入口断面恢复过流，流量1.1 m3/s；7月8日镇西水文站累计水量为0.52×108m3，向海水库核心区入口断面恢复过流，流量0.5 m3/s；7月15日，镇西水文站累计水量超过0.8×108m3，向海水库核心区入口断面累计水量达到0.11×108m3。有资料[6]称截至7月22日，此次生态应急补水中向海湿地增加水量0.473×108m3，使湿地有水面积增加近11.5 km2，由影像解译成果，2010—2011年同期水体增加面积约11.05 km2，盐碱地面积有所减少。

4 结语

由上述分析得出，向海湿地水体出现大幅度萎缩、干涸的主要原因是长期连续的气候干旱、水源补给匮乏和人类活动加剧。气温偏高使得原本就数倍于降水量的蒸发量愈加增大，高强度的蒸发、偏枯的降水造成径流断流、地下水减少和土壤盐碱化，人类活动对土地类型的变化起到增进作用，加剧了植被的消退和湿地的水分损失。补水可以有效改善湿地生态环境，但对于长期干旱地区，做好水土保持和地下水保护，对土地进行保护性开发才是使人类与自然和谐发展的长久之策。

[1]向海湿地保护区.百度百科.

[2]王秀兰，包玉海.土地利用动态变化研究方法探讨[J].地理科学进展，1999（1）.

[3]霍林河流域降雨径流预报方案编制报告.松辽水利委员会水文局（信息中心），2008.

[4]中国气象科学数据共享服务网.http://www.escience.gov.cn/metdata/page/index.html.

[5]松辽流域地下水通报.http://www.slwr.gov.cn.

[6]松辽水利委员会防汛抗旱办公室，防汛抗旱简报.2011（10，12）.