【中科院之聲】基于自然的干旱緩解方案——濕地功不可沒!
濕地廣泛分布于世界各地，是自然生態(tài)空間的重要組成部分，對強(qiáng)流域水安全和保障人類社會(huì)福祉至關(guān)重要。濕地水文調(diào)蓄功能可作為基于自然的水資源與氣候變化解決方案中的重要載體，在維護(hù)流域水量平衡、減輕洪旱災(zāi)害和應(yīng)對全球氣候變化等方面發(fā)揮極其重要的作用。干旱調(diào)節(jié)功能是濕地水文調(diào)蓄功能的重要組成部分。但是，在流域尺度上，濕地發(fā)揮的干旱延緩功能有多大以及濕地是如何發(fā)揮干旱延緩功能的?
濕地是保障供水安全的“水源穩(wěn)壓器”——干旱緩解功能實(shí)現(xiàn)的前提
濕地是最重要的天然水源地，是淡水之源和最大的淡水貯存庫。濕地一般分布在地勢低洼處，其表面和內(nèi)部都可以儲(chǔ)蓄大量的水。此外，濕地土壤具有特殊的水文物理性質(zhì)，即濕地中的泥炭土、濕地植物和質(zhì)地粘稠的不透水層具有極強(qiáng)的持水性，這些特性保障了濕地巨大的蓄水能力(圖1)。在降雨之初，若濕地土壤具有較低的土壤含水量，濕地幾乎可以全部儲(chǔ)蓄其上游的降雨量，形成巨大的儲(chǔ)水空間。嫩江流域下游濕地可儲(chǔ)水36.6億噸，再加上該區(qū)域內(nèi)湖泊蓄水47億噸，蓄水總量可以達(dá)83.6億t，相當(dāng)于嫩江流域年徑流量的39.4%。如此巨大的蓄水量是濕地干旱緩解功能實(shí)現(xiàn)的前提。
圖1 有和無濕地情境下的降雨——徑流過程
濕地是水量平衡的“調(diào)節(jié)器”——干旱緩解功能有效發(fā)揮的保障
干旱是人類面臨的主要自然災(zāi)害，即使在科技發(fā)達(dá)，它造成的災(zāi)難性后果仍然比比皆是。干旱的特征可從強(qiáng)度、頻次、持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重性等方面來表征，也可以將干旱事件分為發(fā)展期和恢復(fù)期兩個(gè)時(shí)段更深入的認(rèn)識(shí)干旱特征(圖2)。此外，干旱會(huì)發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)化，如持續(xù)的氣象干旱導(dǎo)致江河徑流、水庫和湖泊水位及地下水位下降，引發(fā)水文干旱。
圖2 干旱事件及其特征的確定
濕地是水量平衡的“調(diào)節(jié)器”，其通過緩慢釋放存儲(chǔ)的大量水資源，從兩方面影響干旱事件的特征，發(fā)揮著緩解水文干旱的作用：
1)流域濕地對地表徑流具有重要的調(diào)節(jié)功能，一方面濕地通過直接補(bǔ)給河道基流的方式維系河道生態(tài)流量，另一方面通過補(bǔ)給地下水的方式間接發(fā)揮著調(diào)節(jié)河道徑流作用，使水資源在一定尺度上具有可持續(xù)性。與無濕地情境下的模擬結(jié)果比較，在濕地的作用下，河道水文干旱的持續(xù)時(shí)間變短，水文干旱的嚴(yán)重程度減輕，水文干旱發(fā)展進(jìn)程變緩，干旱恢復(fù)過程加快(圖3)。
圖3 濕地對水文干旱持續(xù)時(shí)間、嚴(yán)重程度(A)和干旱演化特征的影響(B)
2)濕地可以抑制氣象干旱向水文干旱的轉(zhuǎn)化。濕地削弱氣象干旱與水文干旱的關(guān)系，延長氣象干旱向水文干旱的傳播時(shí)間和響應(yīng)周期，降低氣象干旱向水文干旱的轉(zhuǎn)變概率(圖4)。通過模型模擬發(fā)現(xiàn)，在濕地調(diào)蓄作用下，中國嫩江上游的甘河和加拿大Charles流域的Nelson河氣象干旱向水文干旱的轉(zhuǎn)變概率分別下降了19%和18%。但是，濕地對干旱調(diào)蓄作用的強(qiáng)度和效應(yīng)有明顯差異性，甚至在一定條件下濕地發(fā)揮著加劇干旱嚴(yán)重程度的作用。
圖4 濕地對氣象干旱-水文干旱的相關(guān)性(A)、傳播時(shí)間(B)和響應(yīng)周期(C)的影響
結(jié)語：提升濕地干旱緩解功能，增強(qiáng)流域應(yīng)對氣候變化的能力。
隨著全球氣候變暖的進(jìn)一步加劇，尤其是干旱頻率和強(qiáng)度的進(jìn)一步增加，迫切需要開展?jié)竦氐幕謴?fù)保護(hù)與重建，提升和改善現(xiàn)狀濕地的水文功能，使?jié)竦馗珊稻徑夤δ芙】登矣行У陌l(fā)揮，助推生態(tài)海綿智慧流域建設(shè)，踐行中國的“基于自然的水資源與氣候變化解決方案”;同時(shí)，開展面向流域水安全的綠色基礎(chǔ)設(shè)施(如濕地)-灰色基礎(chǔ)設(shè)施(如水庫)協(xié)同優(yōu)化與管理，增強(qiáng)流域應(yīng)對氣候變化的能力。
參考文獻(xiàn)：
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