怎样重装系统1引言
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 ac
tivities ；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
朝河兰水源涵养功能分析
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，主要研究方向为绿建造与管理，E-mail ：958576068@qq 。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
3.2.2.3地表径流量R
地表径流量由降雨量乘以地表径流系数获得。各生态系统的遍布情况主要根据深圳市生态资源测算和城管城市绿地调查数据得到。深圳市生态林主
要为常绿阔叶林，径流系数取2．67；
城市绿地和农用地主要为稀疏林、草地和稀疏灌丛，径流系数取值19．20；湿地主要为滩涂湿地、人工湿地和湖库坑塘，径流系数取值0．00，如图3。
图3深圳市各类型生态系统地表径流系数分布
3.2.2.4蒸散发量ET
根据国家生态系统观测研究网络科技资源服务系统网站提供的产品数据，进行坐标系统转换和裁剪处理。通过ArcGIS 软件对原始数据进行处理，得到蒸散发因子栅格图（图4）。
图4深圳市蒸散发量分布
3．3生态系统服务功能分级评价方法
根据模型计算，得到不同类型生态系统服务值
（如水源涵养量）栅格图。在地理信息系统软件中，运
用栅格计算器，输入公式
“Int （［某一功能的栅格数据］/［某一功能栅格数据的最大值］×100）”，得到归一化后的生态系统服务值栅格图。导出栅格数据属性表，属性表记录了每一个栅格像元的生态系统服
侧位停车技巧务值，将服务值按从高到低的顺序排列，计算累加服
务值。将累加服务值占生态系统服务总值比例的20％，50％与80％所对应的栅格值，作为生态系统服务功能评估分级的分界点，利用地理信息系统软件的重分类工具，将生态系统服务功能重要性分为4级，即极重要、高度重要、重要和一般重要。
由统计得到的深圳各区各生态系统类型水源涵养量可得出水源涵养能力，如下所示：
EQ=TQ
A
式中，EQ 为水源涵养能力指数，104m 3/km 2；TQ 为水源涵养量，m 3；A 为生态系统面积，km 2。
4结果与分析
4．1水源涵养功能空间分布特征
4．1．1水源涵养量空间分布特征
根据水量平衡方程计算出深圳全市的水源涵养量总量为11．8亿m 3，空间上总体呈现由西北部逐渐向东南部增强的分布趋势，梧桐山及马峦山以南降雨量较高地区的森林生态系统发挥着重要的涵养作用，如图5所示。从图5中可以看出，水源涵养量较高的区域主要集中在七娘山、排牙山、田头山、马峦山、梧桐山等地。由于该些地区的降雨量丰富，且主要为森林生态系统，所以水源涵养量较高。
图5深圳市水源涵养量空间分布
4．1．2不同生态系统水源涵养功能差异
不同生态系统由于地理位置、降水条件、植被结构存在空间差异，因此水源涵养功能也表现出显著的差异。本文统计了深圳市主要生态系统水源涵养量及其能力，如图6所示，水源涵养总量为11．8亿m
3，其中生态林的水源涵养量达到8．09亿m 3，约占全市生态系统水源涵养量的68.56％，由此可见，生态林的水源涵养量所占比例较高，因此生态林
高：1352
低：586
水源涵养量/m 3
N S
W
E
km
5
10
提示信息20径流系数
02.6719.20
km
0510
黎明结婚20
N S
W
E
km
5
10
20
N S
W
E
高：661.4
低：636.5
蒸散发量/mm
28
环境保护与循环经济
是深圳市水源涵养的主体。其次为城市绿地，为1．9亿m 3，约占水源涵养总量的16．1％。水源涵养能力可以用来表示水源涵养功能的强弱，因而不同生态系统的水源涵养功能由强到弱依次为城市绿地>生态林>湿地>农用地。其中城市绿地的水源涵养能力最高，达到4．48×107mm ，其次是生态林，水源涵养能力为1．30×107mm 。总的来看，深圳市各主要生态系统的水源涵养能力的差异较大，生态林的水源涵养能力仅仅达到城市绿地的29％。
图6深圳市主要生态系统水源涵养特征
4．1．3不同区域水源涵养功能差异
深圳市各区的水源涵养特征如图7所示。由图
7可以看出，由于大鹏新区面积大、降雨量丰富、主要为森林生态系统，所以水源涵养量最大，达到3．07亿m 3
，约占全市水源涵养总量的25．94％。其次是
宝安区和龙岗区，为1．70亿m 3
和2．04亿m 3
，约占全市
水源涵养总量的14．33％和17．24％。从水源涵养能力来看，龙岗区的水源涵养能力最高，为1．86×107mm ，宝安区位居第二，为1．41×107mm 。
图7深圳市各区水源涵养特征
4．2水源涵养功能分级评价
空间上来看，全市水源涵养服务能力总体呈现由西北部逐渐向东南部增强的分布趋势（图8）。对于各区而言，大鹏新区、盐田区、罗湖区东部、龙岗区
东北部等地城市开发建设活动较少，森林资源丰富，土壤质地疏松，因此整体的水源涵养服务能力相对较强；南山区、福田区、宝安区沿海一带、龙华区等地城市建设开发强度大，人为干扰较多，城市生态系统结构较为单一，森林资源相对匮乏，导致水源涵养服务能力较弱。
图8深圳市水源涵养功能重要性评价结果分级
深圳市水源涵养功能极重要区域面积为137．96km 2，约占全市土地面积的6．91％；高度重要区面积为225．77km 2，约占全市土地面积的11．31％；二者土地面积总和为363．73km 2，约占全市土地面积的18．21％。深圳市生态系统水源涵养服务功能高度重要区和极重要区域主要以连片斑块集中分布在清林径水库、松子坑水库、东深供水—深圳水库、梧桐山风景名胜区、梧桐山森林公园、银湖山郊野公园、田头山自然保护区、大鹏半岛自然保护区、大鹏半岛国家地质公园等地。
5
结论与讨论
本文以水量平衡方程为基础，计算得到深圳市
生态系统水源涵养量，分析不同生态系统类型的水源涵养能力及其空间分布特征，并对其水源涵养重要性进行分级评价。主要结论如下：
（1）深圳市水源涵养服务能力空间上总体呈现由西北部逐渐向东南部增强的分布趋势，大鹏新区、盐田区、罗湖区东部、龙岗区东北部等地的水源涵养服务能力相对较强。按生态系统类型分析，生态林的水源涵养量达到8．09亿m 3，约占全市生态系统水源涵养量的68．45％，因此生态林是其水源涵养的主体。从水源涵养能力的角度来说，城市绿地的水源涵养能力最强。在深圳市各区中，水源涵养量最高的是
生态系统
生态林
水源涵养量/m 3
水源涵养量900000000800000000700000000600000000500000000400000000300000000200000000100000000
50000000450000004000000035000000300000002500000020000000150000001000000050000000
城市绿地农用地湿地（含湖库坑塘）
水源涵养能力/m m
水源涵养能力
N S
W
E
水源涵养重要性分级
km
051020
一般重要
重要高度重要极重要
曹郁照片宝安区水源涵养量/m 3
35000000030000000025000000020000000015000000010000000050000000
20000000
180000001600000014000000120000001000000080000006000000400000020000000
水源涵养能力/m m
水源涵养量
水源涵养能力
大
鹏新区福田区光明新区龙岗区龙华区罗湖区南山区坪
山区前海盐田
区
区域
29
大鹏新区，水源涵养能力最强的是龙岗区。
（2）深圳市水源涵养服务功能高度重要和极重要区域主要呈现连片斑块集中分布在清林径水库、梧桐山风景名胜区、大鹏半岛自然保护区等深圳市东南部地区。深圳市水源涵养功能极重要区域面积为137．96km2，约占全市土地面积的6．91％；高度重要区面积为225．77km2，约占全市土地面积的11．31％；二者土地面积总和为363．73km2，约占全市土地面积的18．21％。
（3）水量平衡法的思想是把整个森林生态系统当做一个“黑箱”，从整个水流量的流入以及流出作为出发点，考虑水量的平衡，水源涵养量即为整个森林生态系统的降水量与蒸发散失量以及其他流失之间的差值。水量平衡法是从宏观角度来分析问题，将森林生态系统作为整个的研究对象，计算过程相对简单，容易操作，便于让人理解。整个分析过程涉及到以下三类数据：降水量、水分蒸发散失量以及林地面积，其中蒸发散失量数据的获取难度最大。在现有的技术水平条件下，对森林水分蒸发散失量的计算大多只能通过其他相关的数据进行推测，无法进行准确的实际测算。此外，这种推算方法是将森林生态系统当成一个静态均质的“黑箱”，但是真正实际情况下却不是如此，而且这种方法中并未考虑地下水、地表枯落物层、林冠截留等因素的影响，因此这样计算的结果并不精确。水量平衡法忽视
森林作为一个完整的、动态的生态系统水文循环系统的载体，需要基于对森林水源涵养的生态过程和作用机制展开深入研究和探索，才能从根本上解决森林水源涵养能力的科学评价等问题。
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30环境保护与循环经济
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