吉林省湿地调蓄洪水功能分析及其价值评估

摘要：湿地通过调节流量、减缓流速和蓄积水资源，在调节河川径流、补给地下水和维持区域水平衡中发挥着重要作用，吉林省湿地面积较大，分布较广，在调蓄洪水中具有重要价值。笔者通过核算吉林省湿地调蓄洪水价值及其在各区县的空间分配规律，阐明了吉林省湿地调蓄洪水价值整体特征。结果显示，吉林省调蓄洪水突出区域主要分布于中部和北部，其中中部突出区域面积为0.7万km²，北部为1.2万km²。吉林省湿地调蓄洪水总价值为2 910.1亿元，排序为人工湿地(1 218.72亿元)＞湖泊湿地(815.28亿元)＞沼泽湿地(510.97亿元)＞河流湿地(365.13亿元)。各区县调蓄洪水价值排序为白城市(798.52亿元)＞松原市(768.19亿元)＞长春市(413.46亿元)＞吉林市(302.08亿元)＞延边市(214.94亿元)＞通化市(175.06亿元)＞四平市(112.60亿元)＞辽源市(68.93亿元)＞白山市(56.32亿元)。另外，各区县单位面积调蓄洪水价值以松原市最大，白山市最小；人均占有调蓄洪水价值白城市最高，四平市最低。各种湿地类型其单位面积和人均调蓄洪水价值空间分布，各区县差异明显。

关键词：水资源，调蓄洪水，湿地价值，生态系统服务，吉林省

作为全球三大生态系统之一的湿地具有重要的生态系统服务功能，如调蓄洪水、供给水资源、涵养水资源、调节气候、维持生物多样性等^[1-2]。湿地生态系统服务功能一般被定义为发生在湿地中的各种过程及其表现形式和作用结果^[3-4]，湿地具有强大的调蓄洪水能力，汛期可以通过调节河流径流量削减洪峰、均化洪水、减少洪水灾害^[5-6]。特别是沼泽湿地，因其土壤具有较强的蓄水和透水能力，不仅具有削减洪峰和均化洪水能力，还能借助湿地植被减缓洪水流速，延长泄洪时间，进而削弱对下游的影响^[7-8]。另外湖白和水库湿地具有较大的容积，可以在汛期大量蓄积洪水，既能满足削减洪水的目的，也能在旱季发挥供给水资源，缓解旱情的作用^[9]。可以说湿地的调蓄洪水能力对区域防洪和水资源配置具有重要的作用。

目前关于湿地生态系统服务价值评价已有很多成熟的技术方法，且多种尺度上的价值评价都有研究者涉及，获得很多宝贵的研究结论。然而目前的湿地生态系统服务价值评价多从整体服务角度出发，缺少一定程度上针对湿地生态系统关键功能的评价和深入分析，特别是关于湿地在调蓄洪水价值评价空间分布格局等方面的研究，较少有人关注^[10-13]。

吉林省湿地资源较为丰富，据2009年全省第二次湿地资源调查统计，全省共有湿地面积172.8万hm²。丰富的湿地资源对维持吉林省生态系统功能具有重要价值。目前关于吉林湿地价值评价多从整体上考虑，缺乏对吉林省湿地调蓄洪水价值的单独分析，特别是对价值空间分布特征等的研究还不够深入。因此，笔者通过对吉林省湿地调蓄洪水价值的科学评估，为吉林生态安全和水利工程建设等提供科学依据。

1   研究区概况与计算模型

1.1   研究区概况

吉林省位于我国东北地区中部，地处北纬40°52′～46°18′，东经121°38′～131°19′，东西最长约750 km，南北最宽约600 km，总面积187 400 km²，属于中温带亚湿润季风气候类型，西部远离海洋而接近干燥的蒙古高原，气候干燥，全省形成了显著的温带大陆性季风气候，并有明显的四季更替。大部分地区年平均气温为3～5℃，全年日照2 200～3 000 h，年活动积温平均在2 700～3 600℃，年降水量在550～910 mm，无霜期120～160 d，具有雨热同季特点，对各种农作物生长十分有利。初霜期在9月下旬，终霜在4月末5月初。吉林省湿地总面积1728 465.4 hm²，包括河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和人工湿地4类。其中，河流湿地面积251109.9 hm²，占湿地总面积的15%；湖泊湿地面积112 135.6 hm²，占湿地总面积的6%；沼泽湿地面积527 086.2 hm²，占总面积的30%；人工湿地面积838 133.7 hm²，占湿地总面积的49%^[14-15]。

1.2   计算模型

1.2.1   数据来源

本文数据主要来自2013年吉林省水资源公报、2013年吉林省气象数据、吉林省土壤类型数据、遥感反演、DEM提取的水体指数和野外实测的水深数据。用水价格来自2013年吉林省统计年鉴。湿地调蓄洪水贡献率空间布局采用的网格划分距离为70 000 km。具体计算选择情况见表1。

表1   吉林省湿地调蓄洪水价值计算选择情况

1.2.2   调蓄洪水价值计算模型

调蓄洪水价值主要是通过统计数据得到再蓄水总量，或通过遥感数据提取获得的水体指数和野外实测的再蓄水深度计算获得再蓄水总量，利用机会成本法计算获得蓄水调节价值，评估技术流程见图1。

图1   吉林省调蓄洪水价值评估技术流程

吉林省湿地的调蓄洪水价值计算模型^[16-19]可表述为

式中：V_ws为湿地调蓄洪水价值量；C为湿地再蓄水总容量；A为单位体积库容减少的受灾面积；V_unit为单位受灾面积的经济损失；S_i为湿地i的面积；H_i为湿地i的再蓄水深度。

各个参数的计算如下：①单位体积库容减少的受灾面积。2010年朝阳水库承载了4.46亿m³洪水，使得下游永吉县2 625 km²的国土面积免于水灾，计算得到朝阳水库平均每年减免灾害面积2 625 km^2[20]。根据水库总库容可计算出单位体积库容减少的受灾面积为5.885 6×10-4 hm²/m³。②单位受灾面积的经济损失。由于受到可获得的官方统计数据约束，同时考虑机会成本法计算要求，关于单位受灾面积的经济损失只能参考已公开的研究区范围内的文献资料，并以此作为湿地调蓄洪水价值计算依据。根据2010年吉林省统计数据分析，2010年水灾造成全省直接经济损失168.00亿元，洪水灾害主要影响农业和工业，受灾面积20.40万hm^2[21]，推算2010年单位受灾面积的经济损失为82 352.94元/hm²。

2   计算结果

2.1   吉林省湿地调蓄洪水功能空间分布

图2表明，吉林省调蓄洪水突出区域主要分布于中部和北部，其中，中部突出区域面积为0.7万km²，北部为1.2万km²。吉林省东南部以山地地貌为主，调蓄洪水能力较弱，多是集水区；北部和中部在核算湿地调蓄洪水价值后，形成了湿地调蓄洪水价值的“贡献突出区域”，北部突出区域的形成与该区域有较大的国际重要湿地分布有关，是莫莫格湿地保护区和向海湿地保护区所在地，且有较多的河流分布，而中部突出区域分布有吉林省较多的人工湿地(库塘湿地为主)和湖泊湿地。

图2   吉林省湿地调蓄洪水价值贡献率及突出区域分布

2.2   湿地调蓄洪水价值总体分析

根据前文的计算方法，得出吉林省湿地的调蓄洪水总价值为2 910.1亿元(表2)，其中人工湿地价值为1218.72亿元(占总价值的41.88%)，为调蓄洪水最大类型湿地；河流湿地最小，价值为365.13亿元(占总价值的12.55%)；湖泊湿地价值为815.25亿元(占总价值的28.2%)；沼泽湿地价值为510.97亿元(占总价值的17.56%)；具体排序为人工湿地＞湖泊湿地＞沼泽湿地＞河流湿地；各区县调蓄洪水价值排序为白城市(798.52亿元)＞松原市(768.19亿元)＞长春市(413.46亿元)＞吉林市(302.08亿元)＞延边市(214.94亿元)＞通化市(175.06亿元)＞四平市(112.60亿元)＞辽源市(68.93亿元)＞白山市(56.32亿元)，其中白城市占了总价值的27.44%，而白山市仅占1.94%。从图3可以看出，各区县单位面积调蓄洪水价值以松原市最大，而白山市最小；从图4可以看出，白城市人均占有调蓄洪水价值最高，而四平市最低。

表2   吉林省湿地调蓄洪水价值统计

图3   吉林省区县单位面积湿地调蓄洪水价值分布

图4   吉林省区县人均湿地调蓄洪水价值分布

2.3   各区县不同湿地类型调蓄洪水价值分析

2.3.1   河流湿地调蓄洪水价值

根据各区县计算结果显示(图5～6)，各区县单位面积河流湿地调蓄洪水价值以白城市(24.98万元/km²)最高，而辽源市(12.47万元/km²)最低；人均占有河流湿地调蓄洪水价值以延边市(0.34万元/人)最高，而长春市市(0.04万元/人)最低。

图5   吉林省区县单位面积河流调蓄洪水价值分布

图6   吉林省区县人均河流调蓄洪水价值分布

2.3.2   湖泊湿地调蓄洪水价值

根据各区县计算结果显示(图7～8)，各区县单位面积湖泊湿地调蓄洪水价值以松原市(217.22万元/km²)最高，而吉林市和辽源市最低(1.07万元/km²)；人均占有湖泊湿地调蓄洪水价值以白城市(1.55万元/人)最高，其次是松原市(1.52万元/人)，而吉林市和松原市不足0.01万元/人。

图7   吉林省区县单位面积湖泊调蓄洪水价值分布

图8   吉林省区县人均湖泊调蓄洪水价值分布

2.3.3   沼泽湿地调蓄洪水价值

根据各区县计算结果显示(图9～10)，各区县单位面积沼泽湿地调蓄洪水价值以白城市(99.02万元/km²)最高，而辽源市最低，不足1.00万元/km²；人均占有沼泽调蓄洪水价值以白城市(1.25万元/人)最高，而辽源市最低，不足0.01万元/人。

图9   吉林省区县单位面积沼泽调蓄洪水价值分布

图10   吉林省区县人均沼泽调蓄洪水价值分布

2.3.4   人工湿地调蓄洪水价值

根据各区县计算结果显示(图11～12)，各区县单位面积人工湿地调蓄洪水价值以长春市(136.71万元/km²)最高，而白山市(5.01万元/km²)最低；人均占有人工湿地调蓄洪水价值以白城市(0.82万元/人)最高，而白山市(0.07万元/人)最低。

图11   吉林省区县单位面积人工湿地调蓄洪水价值分布

图12   吉林省区县人均人工湿地调蓄洪水价值分布

3   讨论

湿地是调蓄洪水的天然“海绵”，通过调节流量、减缓流速和蓄积水资源，在蓄水、调节河川径流、补给地下水和维持区域水平衡中发挥着重要作用^[9，18]。洪水储存在土壤内或以表面水的形式保存于水库、湖泊和沼泽中，可以有效减少下游的洪水量，其中一部分水量在洪水过后可逐渐从储存地排出，满足当地和下游用水；另一部分则在储存的过程中通过蒸散发和下渗补给地下水而被削减^[9,18,22-27]。

本文研究结果显示，吉林省调蓄洪水突出区域主要分布于中部和北部，是该区域湿地调蓄洪水价值较高的原因。其中北部突出区域的形成与该区域分布有大面积沼泽湿地有关，是莫莫格湿地和向海湿地所在地。沼泽湿地调蓄洪水主要依靠沼泽土壤的蓄积储存、下渗补给地下水、蒸散发以及流出水。陈刚起等^[23]研究证实，沼泽湿地能保持大于其土壤本身质量3～9倍，甚至更高的蓄水量。Keddy^[24]认为洪水的持续时间取决于湿地植被情况，另外湿地的发育程度、自然干扰程度、沼泽土壤厚度以及泥炭层累积厚度也是沼泽湿地调蓄洪水能力重要影响因子。如东北三江平原沼泽和沼泽化土壤的草根层和泥炭层，其最大持水量能够达到400%～600%，是该区域沼泽湿地蓄水量高达38.4×10⁸ m³的重要原因^[23,25-26]。另外本文研究结果显示，沼泽湿地调蓄洪水价值低于人工湿地和湖泊湿地，这与研究区沼泽湿地总面积较小以及水库库容较大有一定关系，但沼泽湿地在减缓洪水流速等方面是人工湿地和湖泊湿地无法比拟的。闫敏华等^[25]研究结果显示，近70年，三江平原沼泽湿地面积减少和功能退化导致整个区域的年降水量和年径流量都有减少的趋势，长期观测也表明随着沼泽湿地不断减少，沼泽湿地调蓄洪水作用发生了明显变化。这些研究成果都证实了沼泽湿地在调蓄洪水中具有重要的价值。

吉林省中部湿地调蓄洪水价值突出区域形成主要因为分布有较多的人工湿地(库塘湿地为主)和湖泊湿地。水库和湖泊湿地具有重要的调蓄洪水能力已经被广泛证实，特别是在中国的南方地区，其作用尤为显著。如鄱阳湖，经其调节后，一般可削减洪峰流量15%～30%，从而减轻对长江下游的洪水灾害威胁。特别是1954年特大洪水，鄱阳湖湿地调蓄洪水的消减率高达53%，有效地控制了洪水灾害给人们带来的巨大损失，是湿地调蓄洪水重要例证^[9]。Bucher等^[18]研究庞特纳(Pantanel)湿地调蓄洪水功能时发现，湿地有效减缓了来自拉普拉塔盆地(位于玻利维亚、巴拉圭、巴西以及乌拉圭等国)的洪水，避免对下游区域带来洪水灾害。文豪等^[20-21]研究证实，2010年吉林省特大洪水发生时，朝阳水库承载了4.46亿m³的洪水，使得下游永吉县2 625 km²的土地面积免于水灾。这些研究说明水库和湖泊湿地在调蓄洪水方面同沼泽湿地一样具有重要价值，这与本文研究结果一致。人类活动的影响对河流湿地调蓄洪水能力有重要影响的，如混凝土修建的河床使得河道原有的河漫滩丧失，进而加速了洪水下泄的速度，威胁下游安全，此时修建以水库为主的人工湿地就显得非常重要^[28-30]。然而，有研究认为，修建水库等水利工程，将水选择性地汇集在一个区域容易在大坝发生决堤时，引起更大灾害^[31]。典型案例是飓风导致美国密西西比河大坝决堤引起数百人死亡^[29-31]，这也告诉我们如何利用好湿地调蓄洪水功能，科学的规划水利工程是需要充分的科学论证^[30-34]。

Maltby^[27]在研究美国麻省查尔斯河湿地时，发现如果40%的湿地被排干，每年因洪水灾害可造成的经济损失至少增加300万美元，说明湿地在减少洪水灾害上具有重要经济价值。吴秀芹等^[22]研究结果显示，江汉平原洪涝灾害的发生与湿地面积的减少及其功能退化存在密切关系，这说明湿地的丧失和功能的退化是导致其调蓄洪水能力降低的重要驱动力，也是区域发生水旱灾害的关键因素之一。这些研究证实了湿地在调蓄洪水功能上具有重要价值，与本文的核算结果和研究得到的结论基本一致。

4   结论

吉林省调蓄洪水突出区域主要分布于中部和北部，其中，中部突出区域面积为0.7万km²，北部为1.2万km²；东南部以山地地貌为主，调蓄洪水能力较弱，多是集水区，其调蓄洪水价值较低。根据笔者提出的计算方法，得出吉林省湿地的调蓄洪水总价值为2 910.1亿元，其中人工湿地价值为1218.72亿元(占总价值的41.88%)，为调蓄洪水最大类型湿地；而河流湿地最小，价值为365.13亿元(占总价值的12.55%)，具体排序为人工湿地(1218.72亿元)＞湖泊湿地(815.28亿元)＞沼泽湿地(510.97亿元)＞河流湿地(365.13亿元)。各区县调蓄洪水价值排序为白城市(798.52亿元)＞松原市(768.19亿元)＞长春市(413.46亿元)＞吉林市(302.08亿元)＞延边市(214.94亿元)＞通化市(175.06亿元)＞四平市(112.60亿元)＞辽源市(68.93亿元)＞白山市(56.32亿元)，其中白城市占了总价值的27.44%，而白山市仅占1.94%。另外，各区县单位面积调蓄洪水价值以松原市最大，而白山市最小；从人均占有调蓄洪水价值来看，白城市最高，而四平市最低，其次是白山市。各种湿地类型其单位面积和人均调蓄洪水价值空间部分呈明显的地域性，各区县差异明显。