前言:本站為你精心整理了蘭州生態環境建設的主要用水措施范文,希望能為你的創作提供參考價值,我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文,歡迎咨詢。
研究區概況
蘭州市地處中國黃土高原、青藏高原和蒙新高原的過渡地帶,屬中國黃土高原的最西端,為甘肅黃土高原隴中北部黃土丘陵、河谷盆地類型區。降水稀少,氣候干旱,屬于北溫帶半干旱大陸性季風氣候[16],林草覆被率低、植被稀疏、群落單純[17],生態環境非常脆弱[18]。蘭州市年平均氣溫9.8℃,1月平均溫度-5.3℃,7月平均溫度22.4℃,多年平均降水量311.7mm,最大年降水量546.7mm,最小年降水量155.3mm,降水主要集中在7—9月,占全年降水量的60%以上,年蒸發量1446.4mm,年日照時數2424h,無霜期186d。由于深居內陸,遠離海洋,且不少山脈走向與來自海洋的暖濕氣流相垂直,致使暖濕氣流不易到達,降水機會稀少。總體氣候特點是干燥寒冷,冬季長,溫差大,降水量少且分布不均,蒸發量大,日照強[19-20]。蘭州市南北兩山地跨蘭州市轄區內的城關區、七里河區、安寧區、西固區、榆中縣、皋蘭縣和永登縣,東西長60km,南北寬5~50km。研究區范圍在35°53′18″—36°33′56″N,103°21′04″—104°00′38″E之間(圖1)。在該研究區中,經國家發展計劃委員會批復的南北兩山綠化造林一期工程建設面積為220km2[21-22]。蘭州南北兩山環境條件分異,南部高山地區有天然森林分布,中部有大面積黃土丘陵,北部為荒漠草原區[23-25]。中國工程院專家組在其向國務院提交的《關于西北地區水資源配置、生態環境建設和可持續發展戰略研究匯報》中指出“年降水量在400mm以下的地區,應明確規定以灌、草為主的植被建設方向,并充分利用草原生態系統的自我修復能力”。因此,南北兩山的自然條件不適宜森林的生長,也不適宜于進行大面積的人工造林。綜合考慮經濟、生態和管理等多方面因素,通過適度灌溉和依靠天然降雨開展植樹種草,是綠化蘭州南北兩山、改善蘭州生態環境的重要途徑[26]。雖然已有研究人員提出可通過集雨、補灌和保水技術改善蘭州南北兩山的植被蓋度,但是并沒有定量地給出各種技術的使用依據和使用措施,如在哪些區域集雨、哪些區域補灌、補灌的時間和水量。針對以上問題,通過提出一種決策支持模式,為管理層提供決策依據,以解決蘭州南北兩山生態環境建設中的用水措施問題。
決策支持模式
針對生態環境建設的決策支持問題,提出了構建“決策支持系統+專家知識”的模式(圖2)。研究初期先根據研究區內的地理環境特點、氣候特征、植被生態特征、區域經濟特征等內容構建基礎地理數據庫、植被生長參數數據庫、模型庫、方法庫等,并建立生態規劃決策支持系統。然后根據不同的生態建設情景,通過系統運行,給出相應的生態建設方案。最后,結合當地的專家經驗知識及經濟發展需求,制定最終的決策方案。決策支持模式的基礎是建立自然環境數據庫和生態數據庫。自然環境數據庫中的數據經過GIS空間處理后作為模型的輸入參數參與計算,通過模型的運行獲取生態規劃的理論場景。模型在進行模擬時還需要生態數據庫提供植物物理參數支持,通過建立生態數據庫,可以限定模型運行的條件和閾值,例如適宜植被生長的最低生物溫度、最高海拔以及植被最低蒸發量、需水量等條件。通過植被生態數據庫中參數的限制,模型能夠更好地模擬研究區的生態場景。相關專家或部門在制定生態建設決策方案時可以參考模型模擬出的生態規劃理論場景,并根據已有的經驗知識,制定決策方案。生態規劃決策方案集中的決策方案也可以作為影響因素之一參與到下一階段的生態環境演替中,最終得到理想的生態建設決策方案。
實例與討論
決策支持系統構建在充分研究了生態環境建設的理論基礎和決策支持模式后,初步建立了蘭州南北兩山生態環境建設決策支持系統(圖3)。通過該系統,能夠為蘭州南北兩山地區的生態建設提供優化的具體規劃方案,提出規劃建議,評估與展示生態建設的成果等。根據蘭州南北兩山生態環境建設決策支持系統的業務需要,設計實現如下6項基本功能,分別為數據管理、數據顯示、環境要素空間處理、生態參數設置、生態規劃模擬和數據輸出功能。1)數據管理功能:建立數據庫,存儲與管理基礎地理信息數據和植被物理參數。2)數據顯示功能:實現地圖的瀏覽以及屬性信息查詢與統計。3)環境要素空間處理功能:環境要素空間處理包括氣候要素處理、地形要素處理、土壤要素處理。4)生態參數設置功能:生態參數設置功能用于管理生態建設所需的植物種的生態物理參數。5)生態規劃模擬功能:生態規劃模擬的主要功能是利用常用的生態學模型根據系統提供的數據進行植被模擬,得出不同場景的生態規劃和規劃情景下的生態需水計算等功能。在模型庫中提供若干生態規劃模型供用戶選擇,用戶在進行生態規劃模擬時可以選取最適合于本地區的模型。6)數據輸出功能:數據輸出功能包括輸出矢量數據、輸出柵格數據和輸出綜合地圖。
實例討論采用位于研究區內的常規氣象站及氣象部門增設的氣象站共70多個站的多年觀測資料(主要是氣溫、降水),結合當地的地形氣候等特征,通過空間插值構建高空間分辨率、高精度的降水、氣溫、生物溫度的多年平均值的空間分布數據(圖4A,B)。DEM數據采用美國國家航空航天局(NASA)的AS-TERGDEM數據,空間分辨率為30m。在此基礎上,將構建的基礎數據輸入模型,在本實例中選取模型庫中的Holdridge生命地帶模型[27],模擬長期氣候條件下的植被類型分布格局(圖4C)。從圖4C中可以看出,在無人類活動干擾的長期氣候條件下蘭州市南部地區具備出現常綠針葉林、稀疏林地、灌木林等森林環境的條件,但是研究區內的其他大部分地區只適合存在典型的干旱、半干旱草原。所以,人工生態環境建設要結合不同區域的氣候特點分而治之。在氣候條件中,水分是植被生存、生長的首要條件,對地處黃土高原西端較干旱的蘭州地區來說,水分條件顯得尤為重要,而降水是該地區天然植被生長所需水分的惟一來源。因此,增大降水的利用效率以及在降水少的地區施行人工灌溉成為半干旱區人工生態環境建設的重要措施。南部山區多年平均降雨量大于400mm,可以達到生長森林環境的條件。但是,由于該地區山高坡陡和黃土高原的特殊土質等原因導致雨水極易流失,天然灌溉水量大大減少。針對此,提出在南部山區施行人工集雨,集雨措施主要有魚鱗坑、水平溝、梯田等,通過集水保水使雨水不出山。模擬結果顯示施行集雨措施后南部山區常綠針葉林和稀疏林地面積增大(圖4D)。在集雨措施基礎上實行人工封育保護,禁止砍伐、破壞,排除人類活動的干擾,使南部山區森林環境逐步步入良性發展的演替過程。如圖4A和C所示,降雨量小于400mm的地區在長期氣候條件下植被覆蓋類型為典型草原,而不會出現林地景觀類型。所以,若想達到綠化效果必須采取人工灌溉。在施行人工適當灌溉的同時,配合選取合適的耐旱樹種。圖4E、F、G所示為灌溉量分別為150mm、200mm、250mm時模型模擬的植被類型。從圖中可以看出,當灌溉量為150mm時兩山綠化范圍內北部區域仍然達不到生長稀疏林地的要求,當灌溉量為200mm時兩山綠化范圍內全部達到生長常綠針葉林和稀疏林地的要求,當灌溉量繼續增加至250mm時兩山綠化范圍內的植被覆蓋類型與灌溉量為200mm時的植被覆蓋類型一致。考慮經濟因素和節約用水因素,提出兩山綠化范圍內人工灌溉量控制在200mm時即可達到綠化要求,兩山綠化范圍內可出現常綠針葉林和稀疏林地的森林景觀類型,如圖4F所示。在進行大量研究之后,提出如下兩項生態環境建設措施:①在年平均降雨量大于400mm的地區進行人工集雨。②在平均降雨量小于400mm的地區進行人工灌溉,灌溉水量相當于200mm降雨。綜上所述,兼顧當地的生態、經濟、人文因素,在多方面參考專家經驗知識的基礎上,最終提出了蘭州市南北兩山生態環境建設植被分布格局規劃(圖4H),供決策者參考。
結語
干旱、半干旱地區的生態環境建設一直都備受重視,該文針對生態環境建設的決策困境,探索生態環境建設的決策支持模式。在蘭州市南北兩山生態環境建設決策的應用中,通過決策支持模式支持系統的運行模擬,提出了蘭州市南北兩山生態環境建設的主要用水措施,形成了蘭州市南北兩山生態環境建設規劃圖,從而證實了干旱、半干旱區生態環境建設決策支持模式的可行性。
作者:尹振良肖洪浪鄒松兵陸志翔許寶榮王萬鵬鐘芳單位:中國科學院寒區旱區環境與工程研究所內陸河流域生態水文重點實驗室蘭州大學資源環境學院蘭州市南北兩山環境綠化指揮部