基于水量平衡方程的深圳市生态系统水源涵养功能分析

1引言

现阶段水源涵养的研究主要集中在功能分析和

价值评价两个方面［1］。对水源涵养的功能研究采用定性分析方法来评价水源涵养的能力；而对水源涵养的价值量研究则采用不同评估模型［2-4］，以此定量

分析其功能的价值。1997年，Costanza 等首次计算出

生态系统功能的经济价值，并归纳出17类生态系统服务功能，由此揭开了生态学科中水源涵养功能计算的序幕。1998年，Anne 对生态系统功能的计算进行了进一步研究，提出几种计算方法，从而更好地量化了水源涵养功能。1999年，欧阳志云等［5］国内学者

摘要：水源涵养是生态系统提供的重要调节服务之一，对降水进行截留、渗透、蓄积，并通过蒸散发实现对水流、水循环的调控。以深圳市为研究区域，基于GIS 对空间信息进行分析的能力和水量平衡方程，结合降雨量、蒸散量和生态系统面积等数据，探讨深圳市生态系统的水源涵养功能状况及其空间特征，并分析深圳市水源涵养功能重要性分级特征。结论表明，深圳市水源涵养服务能力在空间上总体呈现由西北部逐渐向东南部增强的分布趋势；由于东南部等地城市森林资源丰富，地形地貌变化较大，丘陵山体多，且开发建设活动较少，因此整体的水源涵养服务能力相对较强；深圳市水源涵养功能极重要区域面积为137．96km 2，高度重要区面积为225．77km 2，主要以连片斑块集中分布在深圳市东南部。

关键词：水源涵养；水量平衡方程；空间特征；深圳市

Abstract ：W ater conservation ，which intercepts ，penetrates and accumulates precipitation ，is one of the important

regulating services provided by the ecosystem．It realizes the regulation of water flow and water cycle through e－

vapotranspiration．This paper discussed the function of water conservation and spatial characteristics of the ecosys－tem in Shenzhen City which took as the research area based on GIS′s ability to analyze spatial information and e－quation of water balance with the data of rainfall ，evapotranspiration and the area of ecosystem．It analysed the graded characteristics of importance of water conservation function in Shenzhen．The results show that ：The spatial distribution trend of water conservation service capabilities in Shenzhen is gradually increasing from northwest to southeast．The southeastern cities are rich in forest resources with great changes in topography and geomorphology ，more hilly mountains ，and less development and construction activities ；accordingly ，the overall service capabili－ties of water conservation is relatively strong．The area of extremely important area of water conservation function in Shenzhen is 137．96and the area of highly important area is 225．77km 2，the mainly distributed in the southeast of Shenzhen with contiguous plaque．Key words ：water conservation ；water balance equation ；spatial characteristics ；Shenzhen city

中图分类号：X 171.1

文献标识码：A

文章编号：1674－1021（2019）01－0026-05

基于水量平衡方程的深圳市生态系统

水源涵养功能分析

丁晓欣1朱韬

1

朱佳2邢诒3常晓颖1

（1.吉林建筑大学，吉林长春130000；2.深圳职业技术学院建筑与环境学院，广东深圳518000；

3.深圳市环境科学研究院，广东深圳518000）

收稿日期：2018－10－27；修订日期：2019－01－15。

作者简介：丁晓欣，女，1964年生，教授，硕士，主要研究方向为绿色建造与管理。*通讯作者：朱韬，男，1995年生，硕士研究生在读，主要研究方向为绿色建造与管理，E-mail ：958576068@ 。资助项目：深圳市人居环境委员会“深圳市生态保护红线划定项目”（SZCG2018160357）。

*26

环境保护与循环经济

最先采用影子工程学方法对我国生态系统的水源涵养功能作用及其经济价值进行了分析和计算。如今生态系统水源涵养的一系列理论发展已趋于完备，尤其是对森林生态系统的研究最为成熟，其具体的数量化计算方法主要包括降水储存量法［6-7］、多因子回归法［8］、综合蓄水能力法［9-11］、水量平衡法［12-13］、林冠截留剩余量法［14］以及森林水文模型法［15-20］等。根据不同计量方法的特点并结合研究区的特征，本文采用水量平衡方程来研究深圳市生态系统水源涵养功能及其空间分布特征，确定水源涵养重要性区域，为区域重要生态功能区保护、生态保护红线划定提供科学依据。

2研究区概况

深圳位于中国广东省境内，珠江口岸东侧，与香港一衣带水，深圳是中国重要的南部海滨城市，地处北回归线以南。水域丰富，河流交错纵横，东至大亚湾与大鹏湾；西侧河流与珠江口以及伶仃洋相连；北部毗邻东莞和惠州两个内陆城市；南部的深圳河直接流向香港。同时深圳市与南海以及太平洋相连，管辖海域广阔。深圳全市都位于低山丘陵滨海区域，东南部多为山地，西北则多为平原，整个地形走势东南高、西北低。

深圳地处热带海洋性气候地区，常年受季风的影响，气候干燥且温和。每年的4月至9月为雨季，每年降雨量大约为1933．3mm。全市的植被类型主要分为常绿阔叶林、常绿针叶林、常绿季雨林等。土壤主要包括赤红壤、红壤、黄壤、水稻土、滨海盐渍土、滨海砂土等，尤其是赤红壤分布最为广泛［21］。

3研究方法

3．1评估模型

通过水量平衡方程来计算水源涵养量，如下所示：TQ=∑j（P i-R i-ET i）×A i×103

式中，TQ为总水源涵养量，m3；P i为降雨量，mm；R i 为地表径流量，mm；ET i为蒸散发量，mm；A i为i类生态系统面积，km2；i为第i类生态系统类型；j为生态系统类型数。

3．2数据来源及计算

3．2．1数据来源

根据水量平衡方程模型，需要收集气象数据集、生态系统类型数据集和蒸散发数据集等数据，才能对水源涵养功能重要性进行评估，具体内容见表1。

表1水源涵养功能重要性评估数据

3．2．2数据计算

3.2.2.1降雨量因子P

根据深圳市气象局提供的2009—2016年117个气象站点月降雨量数据，计算出多年的平均降水量，并将得到的降水量数据依据站点名与ArcGIS中的站点（点图层）数据进行连接。在空间分析工具中选择克里金插值方法得到降水量因子栅格图（图1）。

图1深圳市降雨量分布

3.2.2.2生态系统面积因子

根据深圳市2016年底SPOT6高分辨率（1．5m×1．5m）遥感影像解译的生态资源类型数据集并进行重分类得到［22］。其中，生态用地包括生态林、城市绿地、农用地、湿地四大类，非生态用地包括建设用地和未利用地。该研究主要对生态用地的水源涵养功能进行评估，如图2所示。

图2深圳市生态系统类型分布

生态系统类型

生态林

城市绿地

农用地

湿地

建设用地

未利用地

km

051020

N

S

W E 名称类型分辨率数据来源

生态系统类型

数据集

矢量-

城管局城市绿地调查数据及生

态资源测算解译数据

气象数据集Excel-

深圳市气象局2009—2016年

月降雨量数据

蒸散发数据集栅格1km

国家生态系统观测研究网络科

技资源服务系统网站

i=1

27生态环境

Ecological

Environment