東北地理所在流域濕地蓄水能力定量評估研究方面取得重要進展
濕地是地球上重要的生態系統之一，主要通過濕地洼地和土壤的蓄水能力使其具有涵養水源、調蓄洪水、補充地下水等多水文功能性。濕地蓄水能力作為濕地多水文功能性發揮的載體，開展其定量評估對流域生態水文調控及應對極端水文事件的韌性提升、濕地恢復重建及格局優化具有重要的理論和現實意義。然而，當前國際上尚未形成一套完整的適用于大尺度流域濕地蓄水能力精確評估的技術方法體系，其主要歸因于（1）開源星載的DEM數據在表征濕地水上植被區的地形信息上存在大量的偏差值，且DEM數據采集無法穿透水面導致水下地形信息缺失；（2）國內外土壤基礎數據庫（HWSD、SoilGrids等）提供的土壤孔隙度、土壤容重等土壤理化性質數據多為模型預測值，缺乏廣泛的實測數據驗證，且模型參數率定對濕地土壤參數空間異質性的考量不足。
針對上述問題，東北地理所水文與水資源學科組研究人員首次提出了流域濕地蓄水能力定量評估框架，其核心通過精細刻畫濕地匯水區和濕地測高曲線改進濕地模塊，結合微波遙感數據與牛頓-拉夫森優化算法建立參數網格化率定方法，最終構建了適用于流域濕地蓄水能力評估的生態水文模型，并應用于東北嫩江流域。研究結果表明：（1）基于多源測高衛星、水體頻率數據、形態學算法等可高精度估測濕地水上/水下地形信息，與實測地形信息的相對誤差小于3%；（2）構建的流域濕地蓄水能力評估的生態水文模型可有效提高濕地地表產流和表層/深層土壤水分模擬精度，分別為2.4% ~ 9.0%和12.5% ~ 53.9%；（3）量化評估了過去30年嫩江流域濕地蓄水能力演變過程，發現1990年嫩江流域濕地蓄水能力為332億m3，其中濕地土壤蓄水能力約為洼地蓄水能力的2.5倍，至2015年濕地蓄水能力累計喪失64億m3。本研究提出的流域濕地蓄水能力精確評估的生態水文模型構建的技術方法，可應用于大江大河流域濕地蓄水能力定量評估，為基于自然的流域水資源與氣候變化解決方案提供重要的理論支撐和實踐應用。
研究成果發表在《中國科學:地球科學》(中英文版)和國際水文水資源領域Top期刊《Hydrology and Earth System Sciences》上，由中國科學院東北地理與農業生態研究所胡博亭博士生（第一作者）、章光新研究員（通訊作者）和吳燕鋒副研究員等共同完成。研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項(A 類)項目(XDA28020501)、國家重點研發計劃項目(2021YFC3200203)和國家自然科學基金聯合基金重點項目(U24A20570)等項目聯合資助。
論文信息如下：
胡博亭,章光新,孫敬軒,李峰平,吳燕鋒,陳立文,章清松. 流域濕地蓄水能力評估的生態水文模型構建及應用研究(J/OL). 中國科學:地球科學(中英版),2025. https://www.sciengine.com/doi/10.1360/SSTe-2025-0159.
Hu,B.,Chen,L.,Wu,Y.,Sun,J.,Xu,Y. J.,Zhang,Q.,and Zhang,G. A novel framework for accurately quantifying wetland depression water storage capacity with coarse-resolution terrain data,Hydrol. Earth Syst. Sci.,29,6023–6041,https://doi.org/10.5194/hess-29-6023-2025,2025.
圖1 流域濕地蓄水能力評估原理示意圖
圖2 濕地測高曲線構建流程圖
圖3 流域濕地蓄水能力評估的生態水文模型構建流程圖
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