1、2.2.1 洪水脈沖理論（1）洪水脈沖理論的產(chǎn)生和發(fā)展洪水脈沖理論（Flood pulse concept）產(chǎn)生于1989年，是Junk等基于對(duì)亞馬孫河和密西西比河濕地的長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，作為河流生態(tài)理論提出的。并通過(guò)構(gòu)建一個(gè)大型水文數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)河流濕地的動(dòng)態(tài)變化。隨著人們對(duì)洪泛濕地生態(tài)水文過(guò)程的深入認(rèn)識(shí)，該理論得到了進(jìn)一步的發(fā)展，Puckridgr（1998）等提出識(shí)別水文變量的方法，并強(qiáng)調(diào)了水位變化對(duì)棲息地大小和特性的影響。Tockner et al（2000）將洪水脈沖理論擴(kuò)展到了溫帶地區(qū)，提出在溫帶地區(qū)除考慮洪水脈沖外，還需考慮溫度變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響。2003 年，Junk提出該理論可

2、以作為大型河流洪泛灘區(qū)系統(tǒng)的一般概念。該理論不僅關(guān)注了洪水側(cè)向漫溢產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和能量傳遞的生態(tài)過(guò)程，同時(shí)還關(guān)注水文情勢(shì)特別是水位漲落過(guò)程對(duì)生物過(guò)程的影響。到目前為止洪水脈沖理論已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)綜合的生態(tài)水文學(xué)方法，是研究復(fù)雜洪泛平原濕地生態(tài)過(guò)程的重要理論，可以作為河流生態(tài)修復(fù)的理論基礎(chǔ)之一（董哲仁，2003，2006，2007ab）。（2）洪水脈沖理論核心洪水脈沖是河流洪泛灘區(qū)系統(tǒng)生物生存、生產(chǎn)力和交互作用的主要驅(qū)動(dòng)力。在大型原始熱帶河流洪泛灘區(qū)系統(tǒng)，周期性的洪水脈沖可造成有機(jī)體的適應(yīng)和對(duì)洪泛灘區(qū)的有效利用。洪水水位漲落引起的生態(tài)過(guò)程，直接或間接影響河流洪泛灘區(qū)系統(tǒng)的水生或陸生生物群落的

3、組成和種群密度，也會(huì)引發(fā)不同的行為特點(diǎn)，比如鳥(niǎo)類(lèi)遷徙、魚(yú)類(lèi)洄游、涉禽的繁殖以及陸生無(wú)脊椎動(dòng)物的繁殖和遷徙。Jowett(1992, 1998)通過(guò)研究不同年齡的鮭魚(yú)、無(wú)脊椎底棲生物對(duì)流量的不同需求來(lái)確定河流基流量和配水規(guī)律。Beecher(1990)認(rèn)為最小流量標(biāo)準(zhǔn)是基于多參數(shù)聯(lián)合確定的，即歷史流量變化、河道形態(tài)、水質(zhì)、水生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型，同時(shí)利用經(jīng)驗(yàn)公式及模擬模型進(jìn)行校正，最終由仲裁組給出建議，并指出河道流量需求也依賴(lài)下游狀況、氣候條件及水文參數(shù)。適宜的棲息地流量、流速、洪水脈沖頻率是保證底棲動(dòng)物正常呼吸和覓食行為的必要條件。Death(1995, 1996) 和Hart(1996)研究發(fā)現(xiàn)墨蚊

4、喜歡棲息在流速為2mm/s的底床上，而10mm/s相對(duì)分布較少，后來(lái)在新西蘭做案例研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)復(fù)雜水利參數(shù)結(jié)合水深、洪水脈沖規(guī)律、流速以及底質(zhì)可全面預(yù)測(cè)底棲動(dòng)物豐富度。激流群落生物體對(duì)流速、水深以及底質(zhì)響應(yīng)程度差別很大，主要原因是水利參數(shù)變化受洪水脈沖規(guī)律的影響較大。Jowett(1998)認(rèn)為河床底部受到水深，坡度，沉積物補(bǔ)給洪水的規(guī)模和頻率的影響，在比較不同大小河流中深水無(wú)脊椎動(dòng)物棲息地時(shí)，發(fā)現(xiàn)小河流中的較低深度和流速要比大河流更利于無(wú)脊椎動(dòng)物生活。Petts(1990)認(rèn)為在河流管理中，生態(tài)系統(tǒng)特征與河流流量變化存在著聯(lián)系，豐水年和伴隨而來(lái)的高徑流量對(duì)于維持河道整體的形態(tài)和洪泛平原系統(tǒng)特

5、別重要。Scatena(1993)在研究加勒比海沿岸國(guó)家水文過(guò)程時(shí)，認(rèn)為底棲動(dòng)物海牛、蝦類(lèi)、蟹類(lèi)具有響應(yīng)流量和水量波動(dòng)的能力，可以用來(lái)確定生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)策略，對(duì)洪水脈沖具有指示作用。John 等通過(guò)研究水位(涉及到沉積物類(lèi)型)對(duì)濕地植被種類(lèi)的影響得出，在泛洪濕地或季節(jié)性淹水環(huán)境中多形成優(yōu)勢(shì)植物或優(yōu)勢(shì)度指數(shù)較大(John, et al, 1999)。洪水脈沖理論體現(xiàn)了三個(gè)概念內(nèi)容，即水陸過(guò)渡帶、移動(dòng)岸線(xiàn)和高速公路類(lèi)比（Junk., 1989, 2003）。其中水陸過(guò)渡帶指的是定期被側(cè)向溢流、降雨或地下水淹沒(méi)的區(qū)域，該區(qū)域產(chǎn)生的物化環(huán)境能導(dǎo)致生物產(chǎn)生形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)、生物氣候?qū)W或生態(tài)學(xué)適應(yīng)性等

6、方面的反應(yīng)，從而產(chǎn)生特定的群落結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為群落過(guò)渡帶。移動(dòng)岸線(xiàn)是洪水脈沖理論中另一個(gè)重要的概念。移動(dòng)岸線(xiàn)指水生環(huán)境的近河岸帶邊緣，橫穿洪泛灘區(qū)或水陸交錯(cuò)帶。洪泛灘區(qū)上的移動(dòng)岸線(xiàn)可使有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)快速循環(huán)，因而產(chǎn)生較高的生產(chǎn)力。而高速公路類(lèi)比內(nèi)涵是在河流洪泛灘區(qū)系統(tǒng)中，主要生態(tài)過(guò)程發(fā)生在洪泛灘區(qū)，而主河道只是用作生物遷移的路線(xiàn)。Junk（2003）將河流洪泛灘區(qū)系統(tǒng)中的河流網(wǎng)絡(luò)按照高速公路類(lèi)比，其中主河道代表高速公路，河道中的魚(yú)類(lèi)等生物代表公路上的車(chē)輛，洪泛灘區(qū)則提供高速公路以外的產(chǎn)品來(lái)源，如農(nóng)場(chǎng)、油田、礦山等。在這樣的類(lèi)比下，河流僅作為通往喂食、育種、產(chǎn)卵區(qū)域的路線(xiàn)，或低溫季節(jié)時(shí)的避難所。石

7、川雅朗等(2001)在IFIM法和PHABSIM法的支持下，結(jié)合試驗(yàn)測(cè)得的魚(yú)群半徑、流速、水深等參數(shù)估算魚(yú)類(lèi)對(duì)棲息地流量的要求，同時(shí)建立了相應(yīng)模型及計(jì)算軟件包。此時(shí)，作為評(píng)估流量制度改變引起生態(tài)改變的一種新型方法，即DRIFT法與流量響應(yīng)法產(chǎn)生，都有潛力發(fā)展成為流量棲息地整合模型，其研究意義深遠(yuǎn) (OKeeffe et al, 2002; King et al, 2003)。生物對(duì)水文過(guò)程的影響非常敏感，無(wú)論動(dòng)物還是植物，對(duì)水量的需求均有一定的限度，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響到生物的生存和發(fā)展（張晶和董哲仁, 2008）。洪水脈沖理論強(qiáng)調(diào)在洪水期間，河流水位上漲，水體側(cè)向漫溢到洪泛灘區(qū)，河流水體中的有

8、機(jī)物、無(wú)機(jī)物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨水體涌入灘區(qū)，受淹土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到釋放，洪泛灘區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力大大增加，陸生生物或腐爛分解，或遷徙到未淹沒(méi)地區(qū)，或?qū)樗a(chǎn)生適應(yīng)性；水生生物或適應(yīng)淹沒(méi)環(huán)境，或遷徙到灘地，部分魚(yú)類(lèi)開(kāi)始產(chǎn)卵；當(dāng)水位回落時(shí)，水體回歸主河道，灘區(qū)水體攜帶陸生生物腐殖質(zhì)進(jìn)入河流，洪泛灘區(qū)被陸生生物重新占領(lǐng)，大量的水鳥(niǎo)產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)擱淺并且匯集成為陸生生物的食物網(wǎng)的組成部分，水生生物或者向相對(duì)持久的水塘、濕地遷徙，或者適應(yīng)周期性的干旱條件，水塘、濕地等相對(duì)持久性水體與河流主流逐漸隔離。生物生產(chǎn)力在洪水循環(huán)中因過(guò)程的多變性得以提高，因此洪水脈沖對(duì)維持遺傳和物種多樣性、保護(hù)特有的自然現(xiàn)象有重要意義。（

9、3）洪水脈沖理論應(yīng)用洪水脈沖理論可以應(yīng)用于鹽堿地、沼澤濕地的恢復(fù)。規(guī)模較大的洪水可使洪泛灘區(qū)范圍內(nèi)的鹽堿地、沼澤濕地和草地轉(zhuǎn)換為河流湖泊濕地，或?qū)⒋竺娣e草地和鹽堿地轉(zhuǎn)換為沼澤濕地，降低景觀(guān)破碎化程度，增強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)通性，提高濕地的生態(tài)功能。另外在河流濕地恢復(fù)中，僅僅保障河流最小生態(tài)需水不足以實(shí)現(xiàn)河流濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，還需要考慮其水文變化過(guò)程。在改善河流物理?xiàng)⒌氐耐瑫r(shí)，需要了解生物對(duì)于水文情勢(shì)(hydrological regime)的生理學(xué)需求，提高水文情勢(shì)多樣性，以全面提高棲息地的空間異質(zhì)性（張晶，2008）。另外，河流與灘區(qū)、湖泊、水塘、沼澤的連通性是洪水脈沖效應(yīng)的地貌學(xué)基礎(chǔ)，因

10、此恢復(fù)河流灘區(qū)系統(tǒng)的連通性是河流濕地恢復(fù)的一個(gè)重要任務(wù)。在河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃中應(yīng)在流域的整體尺度上全盤(pán)考慮恢復(fù)連通性問(wèn)題。如拆除效能低下阻隔水體流通的閘壩，恢復(fù)通江湖泊的聯(lián)通性，合理調(diào)度閘壩等工程設(shè)施，疏浚阻礙水系連通的河道洪泛灘區(qū)等?？偟膩?lái)說(shuō)洪水脈沖理論在濕地恢復(fù)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是恢復(fù)原初自然水文情勢(shì)，一是根據(jù)現(xiàn)有水文情勢(shì)優(yōu)化濕地生物配置。 濕地原初自然水文情勢(shì)恢復(fù)許多濕地退化的原因源自水文過(guò)程的喪失或者被人為的改變，如水利工程修建、上游降水減少導(dǎo)致下游泛洪規(guī)律被打破等等。因此，對(duì)于這種情景下的濕地恢復(fù)需要從著手恢復(fù)退化濕地原始自然水文情勢(shì)出發(fā)才能實(shí)現(xiàn)恢復(fù)的目的。如在改善河流物理

11、棲息地的同時(shí)，需要考慮提高水文情勢(shì)多樣性，以全面提高棲息地的空間異質(zhì)性。另外，河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃工作需要調(diào)查水域生物生活史，特別是生物對(duì)于水文情勢(shì)的生理學(xué)需求，在此基礎(chǔ)上改善河流的水文、水力學(xué)條件。河流與灘區(qū)、湖泊、水塘、濕地的連通性是洪水脈沖效應(yīng)的地貌學(xué)基礎(chǔ)，因此恢復(fù)河流灘區(qū)系統(tǒng)的連通性是河流生態(tài)修復(fù)的一個(gè)重要任務(wù)。在河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃中應(yīng)在流域的整體尺度上全盤(pán)考慮恢復(fù)連通性問(wèn)題。如拆除效能低下阻隔水體流通的閘壩；恢復(fù)通江湖泊的口門(mén)；合理調(diào)度閘壩等工程設(shè)施；疏浚阻礙水系連通的河道等。近幾十年來(lái)，各類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)于洪泛灘區(qū)的圍墾侵占，不但降低了上述灘區(qū)的生態(tài)功能，而且降低了防洪功能，增大了洪水風(fēng)險(xiǎn)。

12、因此，洪泛灘區(qū)的恢復(fù)應(yīng)結(jié)合防洪工程整體進(jìn)行規(guī)劃。在有條件的河段擴(kuò)大堤防間距以擴(kuò)大灘區(qū)，提高蓄滯洪水能力。 現(xiàn)有水文情勢(shì)下濕地生物配置受自然條件、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等因素約束，濕地水文條件的改善往往難以通過(guò)人工的方式實(shí)現(xiàn)，因此在無(wú)法改變濕地水文過(guò)程的前提下，特別是對(duì)于難以控制的洪水脈沖頻率，濕地恢復(fù)往往需要從濕地生物優(yōu)化配置角度出發(fā)，通過(guò)合理的物種搭配和科學(xué)空間配置，使得濕地生物適應(yīng)洪水脈沖規(guī)律，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)濕地恢復(fù)效果。洪水是自然界存在的一種普遍現(xiàn)象。濕地植物由于所處生境的特殊性，會(huì)經(jīng)常受到周期性或永久性的洪水脅迫。在長(zhǎng)期的適應(yīng)進(jìn)化過(guò)程中，濕地植物形成了一些特殊的生存策略，以適應(yīng)水文條件

13、的大幅度變化。濕地植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，具有抵抗泛洪災(zāi)害影響，具備適應(yīng)洪水脈沖的能力。水是濕地系統(tǒng)的基本生態(tài)因子和主要控制因素，水位變化對(duì)濕地結(jié)構(gòu)和特征具有明顯的雕塑作用，濕地水分條件和水位的變化直接影響到濕地植物物種組成、物種多樣性和群落演替(徐治國(guó)等, 2006)。崔麗娟等（2010）在北京市西卓家營(yíng)通過(guò)合理的濕地植物篩選和空間配置，實(shí)現(xiàn)了采砂跡地濕地的有效恢復(fù)。參考文獻(xiàn)Junk W.J., Bayley P.B.，& Sparks R.E. The flood pulse concept in River-floodplain Systems J. Canadian special p

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