【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，是自然生態空間的重要組成部分，對強流域水安全和保障人類社會福祉至關重要。濕地水文調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，在維護流域水量平衡、減輕洪旱災害和應對全球氣候變化等方面發揮極其重要的作用。干旱調節功能是濕地水文調蓄功能的重要組成部分。但是，在流域尺度上，濕地發揮的干旱延緩功能有多大以及濕地是如何發揮干旱延緩功能的?
濕地是保障供水安全的“水源穩壓器”——干旱緩解功能實現的前提
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，其表面和內部都可以儲蓄大量的水。此外，濕地土壤具有特殊的水文物理性質，即濕地中的泥炭土、濕地植物和質地粘稠的不透水層具有極強的持水性，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蓄其上游的降雨量，形成巨大的儲水空間。嫩江流域下游濕地可儲水36.6億噸，再加上該區域內湖泊蓄水47億噸，蓄水總量可以達83.6億t，相當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現的前提。
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“調節器”——干旱緩解功能有效發揮的保障
干旱是人類面臨的主要自然災害，即使在科技發達，它造成的災難性后果仍然比比皆是。干旱的特征可從強度、頻次、持續時間和嚴重性等方面來表征，也可以將干旱事件分為發展期和恢復期兩個時段更深入的認識干旱特征(圖2)。此外，干旱會發生不同類型的轉化，如持續的氣象干旱導致江河徑流、水庫和湖泊水位及地下水位下降，引發水文干旱。
圖2 干旱事件及其特征的確定
濕地是水量平衡的“調節器”，其通過緩慢釋放存儲的大量水資源，從兩方面影響干旱事件的特征，發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節功能，一方面濕地通過直接補給河道基流的方式維系河道生態流量，另一方面通過補給地下水的方式間接發揮著調節河道徑流作用，使水資源在一定尺度上具有可持續性。與無濕地情境下的模擬結果比較，在濕地的作用下，河道水文干旱的持續時間變短，水文干旱的嚴重程度減輕，水文干旱發展進程變緩，干旱恢復過程加快(圖3)。
圖3 濕地對水文干旱持續時間、嚴重程度(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化。濕地削弱氣象干旱與水文干旱的關系，延長氣象干旱向水文干旱的傳播時間和響應周期，降低氣象干旱向水文干旱的轉變概率(圖4)。通過模型模擬發現，在濕地調蓄作用下，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變概率分別下降了19%和18%。但是，濕地對干旱調蓄作用的強度和效應有明顯差異性，甚至在一定條件下濕地發揮著加劇干旱嚴重程度的作用。
圖4 濕地對氣象干旱-水文干旱的相關性(A)、傳播時間(B)和響應周期(C)的影響
結語：提升濕地干旱緩解功能，增強流域應對氣候變化的能力。
隨著全球氣候變暖的進一步加劇，尤其是干旱頻率和強度的進一步增加，迫切需要開展濕地的恢復保護與重建，提升和改善現狀濕地的水文功能，使濕地干旱緩解功能健康且有效的發揮，助推生態海綿智慧流域建設，踐行中國的“基于自然的水資源與氣候變化解決方案”;同時，開展面向流域水安全的綠色基礎設施(如濕地)-灰色基礎設施(如水庫)協同優化與管理，增強流域應對氣候變化的能力。
參考文獻：
1. Wu, Y., Sun, J., Blanchette, M., Rousseau, A. N., Xu, Y. J., Hu, B., Zhang, G. Wetland mitigation functions on hydrological droughts: From drought characteristics to propagation of meteorological droughts to hydrological droughts. Journal of Hydrology, 2023. 128971.
2. 吳燕鋒, 章光新. 流域濕地水文調蓄功能研究綜述. 水科學進展, 2021. 32(3), 458-469.
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