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會仙巖溶濕地生態水資源評價

壹、水資源評價範圍

會仙巖溶濕地水系統構成復雜,涉及範圍廣。本次選擇會仙巖溶濕地核心區,開展濕地水資源的調查與評價。

會仙巖溶濕地核心區包括清水江流域、睦洞湖、分水塘、蓮塘和秦塘濕地等,具體範圍為:西部以太平河(相思江)、會仙河為界,北部以地表分水嶺(也是地下水分水嶺)為界,東部以良豐江為界,南部按地表分水嶺圈定。由此圈定的水資源評價區總面積為186.06km2。

二、水資源調查與評價方法

本次濕地水資源的調查與評價是在濕地水文地質遙感解譯與地面區域調查的基礎上,依托濕地已有的主要水文站的長期水文觀測資料,並在核心區內選擇具有代表性地段(包括巖溶泉口、巖溶地下河出口、河流控制性斷面),建立濕地生態水文與水資源觀測站(網)(長期或短期)(見圖3-12),開展定期的水位觀測與測流,並由此厘定水資源評價的各項參數。

濕地水資源結構由水資源輸入、輸出和結構性蓄(持)水、生態需水等主要部分組成。濕地的水資源狀態取決於濕地水的輸入(補給)與輸出兩大因素之間的平衡。水文過程穩定、生態保持良好的濕地,其水的輸入(補給)與輸出應該保持相對平衡狀態;水輸入量大於輸出量的濕地處於演進狀態,水域面積逐年擴大,地表、地下水位逐步升高,濕地生態逐步改良;相反,濕地水域面積逐步縮小,生態環境將逐步退化,直至衰竭。

會仙巖溶濕地地表、地下水文結構極端復雜,加上濕地區內人口密集,人類活動(包括修建儲(引)水工程、泄洪導流渠道、耕地和魚塘占用濕地及作物耗水與人畜用水等)改變了地形、地貌和水文結構及水量的均衡關系,使其水資源的結構十分復雜。按照2006年至2008年對濕地的調查結果,其核心區水資源結構可以概括成如圖3-34所示。濕地水資源量評價采用如下計算方法:

會仙巖溶濕地生態系統研究

式中:Wo為濕地水資源輸出量,包括濕地輸出的水徑流總量(Wso,Wgo)和濕地水面蒸發量We等;Wi為濕地水資源輸入量,包括大氣降水Wp,會仙河等外源水補給Wi外,青獅潭補水Wi青等;Weq為濕地生態需水量(可利用水資源量),包括工農業用水W用和生態需水Weq等。

圖3-34 會仙巖溶濕地水資源結構模式

1.水資源輸入

會仙巖溶濕地核心區水資源輸入主要是大氣降水,其次是核心區外圍外源水補給和青獅潭水庫補水三大部分。

(1)大氣降水

會仙巖溶濕地位於北回歸線附近,屬於典型的中亞熱帶季風氣候。這裏地處廣西多雨地帶的桂北暴雨中心南緣,降水量充沛,多年平均降雨量(1951~2008年)為1890.4mm,年平均最大降雨量為2452.7mm,年平均最少降雨量為1313.3mm。按照水資源評價區總面積186.06km2計算,大氣降水總量Wp為351727824m3。

(2)青獅潭水庫補水

青獅潭水庫對會仙巖溶濕地的補水主要通過北部青獅潭水庫西幹渠馬面支渠及其眾多分支渠道實施補水。補水主要用於濕地分布區內的農田灌溉,部分成為魚塘用水或濕地的生態需水。

馬面支渠系青獅潭水庫西幹渠的主要支渠,次壹級分支渠道可及整個濕地,包括四塘鄉峨底—全洞—西官莊的清水江流域,會仙鎮督龍—馬面—蓮塘、秦村、芬塘和會仙以西等地。但是,由於青獅潭水庫西幹渠馬面支渠補水流量有限,尤其是農忙季節還需要與其他地區分享西幹渠的水資源,因此,馬面支渠屬於管制性補水,農忙季節(每年4~10月)實際的補水天數平均每月不足15天,加上渠道上段沿線滲漏和分流,農忙季節補水實際只能到達督龍壹帶,在峨底-督龍渠段通過多個出口(或次壹級渠道)排向濕地,但補水量並不穩定;而督龍以南、以西、以東的陡門、馬面、會仙和莫家等地的渠道長期無水補給而處於廢棄狀態,部分渠段已遭受嚴重受破壞。

根據2006~2007年對區內青獅潭西幹渠對濕地補水的調查和不定期測量結果(表3-15),選擇渠道進入濕地核心區入口附近的四塘峨底隧道旁、趙家南部的流量測量結果,計算的渠道年平均補水流量為0.805m3/s,每年為濕地補水天數按照農忙季節平均107天、農閑季節平均151天,計算青獅潭水庫對濕地的補水總量為:

會仙巖溶濕地生態系統研究

表3-15 青獅潭水庫西幹渠馬面支渠流量實測

(3)南部駕橋嶺碎屑巖山區外源水補給

會仙巖溶濕地外源水輸入包括兩部分,壹部分為太平河通過清水江入相思江的過境洪水,另壹部分為會仙河通過睦洞湖的過境洪水及枯季的引水。過境洪水在短期內會再次排出濕地。本次水資源評價中所指的外源水是指來源於西南面會仙河,通過攔河壩和引水渠道補給濕地的水資源量。

會仙河發源於駕橋嶺背斜北部,臨桂縣六塘鄉小江附近,源頭建有小江車計嶺水庫、小江水庫等。會仙河從臨桂六塘鄉廣洞、會仙鎮幹上進入會仙巖溶濕地平坦的峰林平原區後,河流坡度小,河流呈九曲十八彎的形態穿越濕地西部邊緣於四塘鄉江頭附近匯入相思江。由於地勢平坦,洪水季節會仙河泛濫,大量洪水通過低窪溝谷排向會仙濕地的腹部,包括睦洞湖、分水塘、渣塘底和蓮塘等,使會仙濕地成為會仙河實際的泄洪區;平、枯水季節,由於會仙河水位較低,河水不能自流到濕地,但當地群眾在河道內建設有梯級的攔河堤壩,或提高水位並沿泄洪低窪溝溪修建渠道引水,或蓄水並修建提灌站(或臨時抽水站)提水後通過渠道引水,主要灌溉會仙河右岸的濕地內耕地或補給魚塘用水,部分盈余水通過渠道補給濕地。從會仙鎮同助(下貝)至高橋的會仙河段,***建有13座攔河壩、4個提灌站和相關灌溉渠道、13條引水渠道(直接從會仙河攔河引水)和1條古運河(洪水季節洪水倒灌入濕地)(表3-16),還有更多的臨時性抽水設施。因此,從某種意義上講,會仙河也是會仙巖溶濕地的重要補給水源。

表3-16 會仙河攔河壩、提灌站和引水渠道

續表

以上眾多的水利工程,大部分首先是用於農田灌溉、魚塘用水和人畜飲水,農田灌溉季節即便有盈余的水間接補給濕地,補給水量也十分有限,但雨季洪水泛濫短時間補給濕地的泄洪水量比較大。其中壹年大部分時間能直接補給濕地的引水渠道僅有17號、18號、21號、25號和26號等少數引水渠道。本次僅對位於睦洞七星碼頭(來源於蔣家、新村附近攔河壩附近的17號、18號和20號引水渠道)、山尾西部會錦公路與會仙引水渠道交匯點(來源於會仙、下堽貝攔河壩附近的21號、25號引水渠道)和潘家西會錦公路與九圖-潘家(來源於幹上附近的26號引水渠道)渠道斷面進行了不定期水文觀測。測流結果見表3-17。

表3-17 會仙河引水渠道流量測量結果

續表

由此計算出的各渠道對濕地的直接補給水量如下:

1)睦洞七星碼頭會仙河引水渠道:年平均流量0.035m3/s,年補給水資源總量為:0.035(m3/s)×365(d)×24(h/d)×60(min/h)×60(s/min)=1103760m3。

2)下堽貝-會仙-大源頭引水渠道(圖3-35)年補給水資源總量(采用分時段計算方法)為7147823m3。

圖3-35 下堽貝-會仙-大源頭引水渠道2007年流量曲線

3)會仙九圖-潘家引水渠道(圖3-36)年補給水資源總量(采用分時段計算方法)為15912346m3。

圖3-36 會仙九圖-潘家引水渠道2007年流量曲線

以上各引水渠道對濕地的直接水資源年補給總量(未包括其他引水渠農田灌溉水間接補給濕地和洪水泛濫補給濕地的水資源)Wi外為24163929m3。

2.水資源輸出

主要包括濕地水輸出(徑流總量)和蒸發等。

濕地核心區的河流輸出口眾多,雖然在本次研究中對壹些主要河流、水點進行了觀測和測流(圖3-37),但由於沒有建立相應的水文監測站,缺乏系統的水文實測資料。因此,其水資源輸出(即排出濕地核心區的水徑流)總量W徑依據位於濕地邊緣的良豐水文站和鳳凰水文站的流量測量資料推算為182008705m3。

圖3-37 清水河睦洞河流量曲線

濕地核心區的水資源蒸發主要是指河流、湖泊、沼澤、魚塘和水田的水面蒸發。本次水資源評價將土壤和植被的葉面水分蒸發作為濕地生態需水來考慮,不列入蒸發量的計算中。對巖溶地區,由於降水快速入滲補給地下,其蒸發量在本次研究中也不納入評價中。因此,濕地核心區蒸發總量采用如下公式計算:

會仙巖溶濕地生態系統研究

式中:We為濕地核心區蒸發總量;Sw為濕地核心區水域總面積(包括河流、湖泊、沼澤、魚塘和水田的總面積);Ve為單位年平均蒸發量(本次采用1569.7mm)。

2007~2008年采用了以遙感計算機分類為主、配合實地路線調查和點上驗證的方法,對會仙濕地核心區內各類濕地現狀與面積進行了調查和統計,調查結果表明,2006年11月濕地核心區水域總面積為58.2km2(表3-18)。

表3-18 2006年11月會仙濕地核心區各類濕地遙感調查統計

根據以上數據,采用公式(3-5)計算的會仙巖溶濕地核心區蒸發總量為91356540m3。

由此計算的濕地核心區水資源輸出總量為273365245m3。

3.濕地工農業用水需求分析

會仙巖溶濕地工農業用水主要包括城鄉生活用水、工業用水、農業用水等幾個方面。根據桂林市社會統計資料[6]和前人對桂林市附近地區需(用)水現狀的調查、統計和研究[7],對會仙巖溶濕地核心區的用水分析如下:

1)生活用水:會仙巖溶濕地核心區人口約5萬,其中鄉鎮非農業人口約7000人。根據桂林市社會統計資料[6],2009年城鎮人均生活用水量按照327.96L/d計算,農村人均生活用水按照124.5L/d計算,會仙巖溶濕地核心區內年生活用水總量為2791965.3m3。但是,區內廣西師範大學、桂林旅遊專科學校和桂林理工大學等大專院校在雁山的校區內學生、教職員工的生活用水未統計在內。校園生活用水需求及其對濕地的影響有待進壹步評價。

2)城鎮工業用水:會仙巖溶濕地核心區的工業主要有臨桂縣工業集中區,其余為位於各鄉(鎮)城區的鄉鎮企業。2008年區內工業總產值估計大約為8億元左右。按照桂林市300m3/萬元的城鎮工業用水定額計算,區內的城鎮工業用水總量約為24000000m3。

3)農業用水:臨桂縣是廣西桂林主要的農產品生產區,會仙巖溶濕地又是臨桂縣主要的農業生產區。農產品類型主要有種植業、養殖業、果林產業等。涉及的土地利用類型主要有水田、旱地(水澆地,含菜地)、魚塘與養殖場、林地、果園等。根據2006年對濕地核心區農業遙感土地利用調查的統計結果,結合對桂林市周邊地區不同農業種植、養殖類型的農業用水指標的統計分析,對區內各類農業用水量及農業用水總量進行分析,計算結果見表3-19。

表3-19 2006年會仙巖溶濕地核心區農業遙感調查統計及用水需求分析

以上3項的濕地用水總量W用為90000533m3。

4.濕地生態需水和水資源評價

除上述濕地用水(包括部分為生態需水)外,濕地的生態需水還包括以下幾個主要部分(可稱為濕地的直接生態需水):

1)濕地植物,包括濕地內各類濕生植物、水生植物(挺水植物、沈水植物和浮水植物)群落,生長所需要的水資源量。此類需水包括植物生長所需要的生理需水(植物莖流量)、葉面蒸騰水分等。

2)濕地的畜、禽生活需水。

3)濕地土壤持水,尤其是沼澤地土壤維持飽水狀態所需要的水資源量。

4)保持濕地當前水位、面積所需要的水資源輸入。

鑒於會仙巖溶濕地植物和動物資源類型的多樣性、分布的復雜性、土壤結構的復雜性,本次調查尚難以查清上述濕地直接生態需水的詳細需求,因此,將會仙巖溶濕地核心區內上述直接生態需水量的計算進行簡化,即將其多項需水指標作為壹個整體——直接生態需水進行統壹考慮,即假定當前濕地的生態現狀為水資源供需基本平衡,以此來計算當前濕地核心區的當前直接生態需水量。

根據上述對濕地核心區水資源結構的分析,按公式(3-4)可以列出如下濕地核心區目前可直接用於生態用水的總量Weq計算公式:

會仙巖溶濕地生態系統研究

當濕地可利用水資源量少於濕地生態需水時,濕地處於退化狀態,濕地的水域面積將逐步減小,濕地地表、地下水位逐步下降,濕地植物與動物的棲息地壓縮,生態逐步退化;當濕地可利用水資源量大於濕地生態需水時,濕地處於演進狀態,濕地水域面積穩步增加,生態環境逐步改善。

但是,事實上當前濕地是處於逐步退化,即水資源供需處於虧損狀態。因此,濕地的生態補水是十分必要的。當前,濕地不同地區的水位(地表、地下水位)並不完全壹致。在濕地核心區中央,如分水塘、睦洞湖,地表、地下水位比較高,壹般枯水季節在海拔149.0m左右,水深0.3~0.7m,豐水季節水位在海拔150.0m左右,洪峰水位甚至可達151.0m左右;而在濕地的東、西相思江河谷和良豐江河谷,枯水季節地下水位通常在海拔147.0m以下,地表水位在海拔148.0左右,洪峰水位可達150.0m左右。但總體來看,濕地的枯水與豐水季節的水位平均存在1~2m的水位差。如果將現有湖泊(含沼澤地)常年水位提高1m,使濕地逐步恢復並保持良好的生態環境狀態,則所需要再增加的濕地水資源量(濕地持水量)為:

會仙巖溶濕地生態系統研究

式中:H為濕地水位增加值,m;Wr為濕地需要增加的持水總量,m3;S為濕地水域面積,m2。

S采用2006年衛星資料,通過遙感調查分析獲取的面積(不含水田)29180457m2。由於水深增加後水域面積相應增大,需乘以1.3的系數。由上述公式計算的Wr結果為37934594.1m3。如果再考慮濕地今後植物增加和畜禽總量增加的生態需水以及廣西師範大學、桂林旅遊專科學校和桂林理工大學等大專院校在雁山校區內的學生、教職員工的生活用水等,濕地缺水現象將更加明顯。對濕地進行生態補水,恢復濕地生態是十分必要的。

針對會仙巖溶濕地的水文地質結構、濕地演化歷史和水文時空變化特點,其生態補水措施以分段建壩蓄洪為主要手段,其次有引外源水(主要是青獅潭西幹渠補水)、跨建渠道、跨河流引水(引太平水補清水江)等幾種方案。此外,生態水系統修復措施還包括濕地外圍匯水區的生態環境修復(重點是植被恢復及植被結構改良、上遊建補水蓄水工程(水庫))等。

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