河道内生态需水估算方法及其评述_钟华平
河道内生态需水估算方法及其评述
钟华平1,2,刘 恒2,耿雷华2,徐春晓2
(1.河海大学,江苏南京 210098;2.南京水利科学研究院,江苏南京 210029)
摘要:针对目前常用的水文指标法、水力学法、整体分析法和栖息地法,4大类河道内生态需水估算方法就其适用条件和范围作了相关评述。认为不同的估算方法有其不同的适用条件和范围,在实际应用中需根据已有资料条件和研究的目的,选用不同的计算方法。
关 键 词:生态需水;估算方法;河道内;栖息地中图分类号:X143;X171.1;G353.11 文献标识码:A 文章编号:1001-6791(2006)03-0430-05
收稿日期:2004-12-18;修订日期:2005-04-30基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2003CB415104)作者简介:钟华平(1964-),男,江西赣县人,南京水利科学研究院教授级高级工程师,河海大学博士研究生,主要从事水资源可持续利用、水政策法规研究。E-mail:hpzhong@nhri.cn河道内生态需水通常是指河流为了维持某一特定生态系统的基本生态功能,河道应保持的流量。河道内生态流量一般指维持水生和岸栖生物生存的最小需水量[1]。
国外经过多年来的研究,已形成了一些相对成熟的生态需水估算方法。基本可以分为:水文指标法、水力
学法、整体分析法和栖息地法等4大类。不同的计算方法各有其适用条件和适用范围,选定生态需水评估方法
应考虑下列因素:河流类型;人们的生态环境价值观;计算结果的精度要求;收集资料的费用和困难程度等。一些国家的生态需水评价,还依据计算的精度进行评价结果分级[1]。
1 河道内生态需水评估方法
1.1 水文指标法(HydrologicalIndexMethods)水文指标法(也称历史流量法)是生态需水评价中最简单的、需要数据最少的方法,它依据历史水文数据确
定需水量。最常用的方法有Tennant法或称蒙大拿(Montana)法、水生物基流法、可变范围法、7Q10法、德克萨斯(Texas)法、流量持续时间曲线分析法、年最小流量法和水力变化指标法(IHA)等。(1)Tennant法 Tennant法是由美国DonTennant于1976年首次提出,开始应用于美国中西部。通过12个栖
息地河道流量与栖息地质量关系的研究,经多次改进[2],现被美国16个州采用。Tennant法确定的河道内最小生
态流量是以测站的年平均天然流量百分率表示,如以天然流量的10%为标准确定的生态流量,表示可以维持河道
生物栖息地生存,30%表示能维持适宜的栖息地生态系统(加拿大临近大西洋的各省采用25%的比例),60%～100%表示原始天然河流的生态系统[3]。根据鱼类等的生长条件,分两个时段(10～3月,4～9月)设定不同标准。
使用Tennant法应注意,Tennant法是建立在干旱半干旱地区永久性河流基础上,判别栖息地环境优劣的推
荐基流标准在平均流量的10%～200%范围内设定。这种方法未考虑河流的几何形态对流量的影响,未考虑流量变化大的河流及季节性河流,在实际应用时,使用该方法应根据本地区的情况对基流标准进行适当改进,该
方法计算结果的精度还与对栖息地重要性认知程度有关。
Tennant法主要优点是使用简单,操作方便,一旦建立了流量与水生生态系统之间的关系,需要的数据就
相对少,也不需要进行大量的野外工作,可以在生态资料缺乏的地区使用。但由于对河流的实际情况作了简化处理,没有直接考虑生物的需求和生物间的相互影响,只能在优先度不高的河段使用,或者作为检验其它计算
方法的一种粗略方法[4]。第17卷第3期2006年5月 水科学进展ADVANCESINWATERSCIENCEVol.17,No.3 May,2006 Tennant法主要不足之处是仅描述了最小生态需水,不能表征河道生态需水的天然变化过程,需要把实测
的流量还原到没有受人类影响的天然状态的流量,该法不适合干旱地区的季节性河流(有零流量),在实际工作
中要建立流量与水生生态系统之间的关系比较困难,关系的建立一般需要有30年以上的径流还原资料。(2)水生物基流法(AquaticBaseFlowMethod,ABF) 水生物基流法属标准设定法,由美国鱼类和野生动物保护部门在研究了48条流域面积在50平方英里以上,且有25年以上观测资料,没有修建对环境影响较大的
大坝或调水工程的河流后创立的方法[2]。它设定某一特定时段月平均流量最小值的月份,其流量满足鱼类生存
条件。该方法一年分3个时段考虑,夏季主要考虑满足最低流量,设定流量为一年中3个时段最低的,以8月份的月平均流量表示;秋季和冬季时段,要考虑水生物的产卵和孵化,设定的流量为中等流量,以2月份的月
平均流量表示;春季也主要考虑水生物的产卵和孵化,所需流量在3个时段中为最大,以4月份或5月份的月
平均流量表示。
这种方法的优点是考虑了流量的季节变化,对小河流比较适合。其缺点是对于较大河流,由于受人为影响因素大,要获得还原后的径流量,需要有长期的河流取水统计资料;另外,对某些月份,河流的径流量达不到
设定流量的要求。此法不适合于季节性河流。(3)可变范围法(RangeofVariabilityApproach,RVA) RVA法是最常用的水文指标法,其目的是提供河流系统与流量相关的生态综合统计特征,识别水文变化在维护生态系统中的重要作用。RVA法主要用于确定保
护天然生态系统和生物多样性的河道天然流量的目标流量[5]。RVA描述的流量过程线的可变范围是指天然生
态系统可以承受的变化范围,并可提供影响环境变化的流量分级指标。RVA法可以反映取水和其它人为改变
径流量的影响情况,表征维持湿地、漫滩和其它生态系统价值和作用的水文系统。在RVA流量过程线中,当其流量为最大与最小流量差值的1/4时[6],该数值为所求的生态需水流量。
RVA法至少需要有20年的流量数据资料。如果数据不足,就要延长观测,或利用水文模拟模型模拟。RVA
法的应用在河流管理与现代水生生态理论之间构筑了一条通道。(4)7Q10法 7Q10法采用近10年中每年最枯连续7天的平均水量作为河流最小流量的设计值。该方法最
初是由美国开发用于保证污水处理厂排放的废水在干旱季节满足水质标准,不代表河道内生态需水量。
7Q10法的应用在我国演变为采用近10年最小月平均流量或90%保证率最小月平均流量。该法主要是为了
防止河流水质污染而设定的,在许多大型水利工程建设的环境影响评价中得到应用。基于水文学参数的7Q10法,没有考虑水生物、水量的季节变化,其计算的生态流量一般比其它方法计算出的流量要小,只可维持低水
平的栖息地。(5)德克萨斯(Texas)法 德克萨斯法采用某一保证率的月平均流量表述所需的生态流量,月流量保证率
的设定考虑了区域内典型动物群(鱼类总量和已知的水生物)的生存状态对水量的需求。德克萨斯法首次考虑了不同的生物特性(如产卵期或孵化期)和区域水文特征(月流量变化大)条件下的月需水量,比现有的一些同类规
划方法前进了一步。
上述水文指标法,其优点是:使用相对简单,在流域层面上,适合于对需水量计算精度要求较低的评估,这些方法要求现场实测数据较少,在多数情况下仅要求有历史流量记录数据,不需要使用昂贵的设备进行野外
工作。水文指标法的缺点:虽然水文指标法对资源现场调查的数据资料精度要求较低,但还要求进行大量的野
外工作,以满足设定不同标准和获取必要的参数;这些方法仅适用于已进行了河流观测和研究的地区。
1.2 水力学法(HydraulicMethods)水力学法是把流量变化与河道的各种水力几何学参数联系起来的求解生态需水的方法。目前,水力学法应
用最广的是湿周法。(1)湿周法(WettedPerimeterMethod) 湿周法是基于野外测流方法估算最小生态需水量的最简单的方法[7]。河道的湿周是指河道横断面湿润表面(水面以下河床)的线性长度。湿周法假定能保护好临界区域水生物栖息地的湿周,也能对非临界区域的栖息地提供足够的保护[8]。采用湿周法确定栖息地最小生态需水量,需要建立浅431 第3期钟华平等:河道内生态需水估算方法及其评述滩湿周与流量的关系曲线。
图1 采用湿周法确定河道内生态需水量 Fig.1Useofthewettedperimetermethodtoestimateinstreamflows在湿周与流量关系曲线中,其转折点的流量就是维持
浅滩的最小生态需水量(图1),它表征在该处流量减少较
小时湿周的减少会显著增大。在湿周与流量曲线图上,转折点代表该处曲线的曲率为45°,曲线的斜率为1。曲线
的转折点受河道形态特征、礁石和沙洲的存在与否、河岸
的变化以及下游回水等因素影响。支流较多的河道,其湿周与流量关系的规律性一般较差,曲线可能有多个转折
点,这种情况,关系曲线上最低的转折点为所要求的最小
生态流量。
湿周法假定河流的流量与鱼类食物量的生产区域大小成比例,浅滩的湿周是其相关指标。湿周法是为了保护敏
感水生物栖息地而设定适当流量的一种计算方法。采用湿
周法需要测量特定地点(如浅滩)的河道横断面,并确定该断面的流量变化。
采用湿周法的优点是使用相对简单,要求的数据量相对少。缺点是只能获得最小生态基流量,没有考虑水
温变化对水生物的影响。(2)R2Cross法 R2Cross法是由科罗拉多水利委员会针对高海拔的冷水河流为保护浅滩栖息地冷水鱼类(如鲑鱼、鳟鱼等)而开发的,属中等标准设定法。该法选择特定的浅滩———水生无脊椎动物和一些鱼类繁殖的
重要栖息地,确定其临界流量,假定临界流量如果能满足该处生物的生存,则河流其它地方的流量也能满足其
它栖息地的要求。利用曼宁公式,计算特定浅滩处的河道最小流量代表整个河流的最小流量。河道流量由河道的平均水深、湿周率和平均流速确定。这种方法仅提出了维持浅滩的夏季最小生态流量,没有考虑年内其它时
段的天然径流过程。
R2Cross法只要求进行一些野外现场观测,不一定要有观测站的观测数据,因此没有设立观测站的河流也
可用此法,但必须选择合适的研究断面。1.3 整体分析法(HolisticMethods)
整体分析法主要指BBM法(BuildingBlockMethod),BBM法是由南非水务及林业部与有关科研机构一起开发
的,在南部非洲已得到广泛应用[1]。
在BBM法中,依据现状生态环境把河道内生态环境状况分为6级,即:①生态环境未变化;②生态环境变化很小;③生态环境适度改变;④生态环境有较大的改变;⑤天然栖息地广泛丧失;⑥以及生态环境处
于危险境地。根据生态环境状态的前4级设定4种未来生态管理类型[9]。
BBM法把河道内的流量划分4部分,即最小流量、栖息地能维持的洪水流量、河道可维持的洪水流量和生物产卵期回游需要的流量,要求分别确定这4部分的月分配流量、生态环境状况级别和生态管理类型。
BBM法的主要目的是求算上述4部分的年均天然径流量的百分率。在依据生态环境状况分级和生态管理
分类的基础上,分别为4种生态管理类型建立维持最小流量的百分率与可变性指数(变差系数/基流指数,CV/
BFI)之间的关系曲线。变差系数指标准偏差与平均值的比值,基流指数指总流量占基流量的比值。BBM法的优点:对大、小生态流量均考虑了月流量的变化;分部分的最小流量可初步作为河道内的生态
计算河道内生态需水量的DESKTOPRESERVE模型及其应用
计算河道内生态需水量的DESKTOPRESERVE模型及其应用
计算河道内生态需水量的DESKTOP RESERVE模型及其应用
摘要：DESKTOP RESERVE模型源于构造块方法,计算时只需要历史流量资料,通过河道水情特征来反映河流生态功能.模型分别对平水年基流量、枯水年基流量、平水年高流量与枯水年高流量四个模块进行年值模拟,再分配至月值,模型最终输出为各月不同保证率下的生态需水量序列,用于水资源管理.但由于模型的噪音项包含的不确定性较构造块方法更多,因此模型适用于对河道内生态需水量进行初步快速的预测.作
者：陈星 崔广柏 刘凌 樊彦芳 周力 CHEN Xing CUI
Guang-bo LIU Ling FAN Yan-fang ZHOU Li 作者单位：河海大学水资源环境学院,江苏,南京,210098 期 刊：水资源保护 ISTICPKU Journal：WATER RESOURCES PROTECTION 年，卷(期)：2007, 23(1) 分类号：X32 关键词：DESKTOP RESERVE模型 河道 生态需水量 构造块方法 水情特征
河道水力学模型及最小生态需水量的估算
河道水力学模型及最小生态需水量的估算
本文根据河道的几何特征，使用非恒定流数学模型，及考虑圣维南方程组，通过程序模拟研究河流断面流量和水位过程。对此，本文以玉符河为例展开研究，研究结果表明：在水流量为2.9m3/s时，河段的区域水深大约为0.1m，满足大多数河道平均水深的0.1m的需求；河道平均流速为0.3m/s，满足河道平均流速需要超过0.3m/s的需求。由此可得出，玉符河最小生态需水量估算值为2.9m3/s。
标签：圣维南方程组；生态需水量；河流
前言：
河流是生态系统中重要的组成部分，河流生态系统的稳定直接影响到人类生存的环境。为例确保河流生态系统稳定的发展，实现人与自然的和谐发展，对河流最小生态需水量的研究显得尤为重要，对于促进保证生态系统的稳定具有重要的意义。
1、數学模型
明渠一维恒定流的微分方程组由明渠非恒定流的运动方程和连续性方程组成，将其称为圣维南方程组。通常情况下，连续性方程能够确定明渠非恒定流中过水断面的面积随着时间的变化率与流量随位置的变化率之和为零，但在实际的情况中，需要考虑到渗漏的影响。对此，在连续性方程的基础上，进入流段内渗漏量为qtλdsdt。其中qt为单位面积渗漏量，λ为湿周，得出连续方程为：
αA/αt+αQ/αχ=qtλ
非恒定流运动方程为：
αQ/αt+α/αχ（Q2/A）+gA×（αZ/αχ）+gA×（Q|Q|/K2）=0
其中，s，t分别为空间坐标和时间；K为流量模数；g为重力加速度；Z为水位；A为过水断面面积；Q为断面平均流速。
2、河道最小生态需水量估算
2.1 玉符河概况
玉符河发源于泰山北麓，汇入黄河，位于山东省济南市，流域面积751km2，全场85.4km，年平均降雨量约为700mm，河流上的卧龙山水库是济南市供水的重要水源地，水库以下为山丘河道，纵向坡度较陡。流域内多为山岭地形，平均海拔为500m，河流上游属于渗透性石灰岩结构，地势较高，北部地势较低。近年来，玉符河受到上游水资源开发利用和自然降雨等的影响，其生态系统已遭到
浅谈生态环境用水量对坝后式水电站发电的影响
小水电２０１２年第５期（总第１６７期）
浅淡生态环境用水量对坝后式
水电站发电的影响
王霞 郑雄伟陈志刚（浙江省水利水电勘测设计院浙江杭州 ３１０００２） 技术交流
【摘要】在７Ｆ－￣ｇ资源开发利用过程中，应将生态环境保护放在重要位置。坝后式水电站不存在脱水河段，但若调峰运 行会使坝下河段出现减（脱）水现象，需按河道生态环境需求下泄生态流量，最大限度减轻对河流造成的负面生态影响。 以１座坝后式水电站为例，分析不同方案的生态环境用水量对发电效益造成的不同影响，以及生态环境流量与发电流量相 结合的方式所具有的优势。表２个。 【关键词】坝后式电站 生态环境用水量发电效益
电力能源是国民经济发展中最重要的基础能
源，我国常规电力能源以火电和水电为主。随着资
源节约型、环境友好型社会建设的大力推进，水电
作为清洁可再生能源，在节能减排、保护和改善生
态环境方面优势凸显。水电站每发电１ ｋＷ・ｈ，相
当于减排ＣＯ２１．０７４ ｋｇ，减少Ｓ０２和氮氧化物排放
约０．００１ ６ ｋｇ。因此，水电能源是电力能源不可或
缺的重要组成部分，国家在制定电力发展政策时将
大力发展水电放在ｌ『十分重要的地位。 但是，水电站的兴建阻断了天然河道，改变了
河道自然演进过程及天然水流情势，使河流的连续
性和河道的流态都发生了变化，进而引发整条河流
上下游的水文特征发生改变，对河道及周边地区产
生了不利影响，影响河流的生态健康。随着水利水
电建设力度的加大，随之带来的河流生态环境问题
正日益受到社会各界关注，这已经成为影响我国水
电开发和环境可持续发展的主要问题 Ｊ。水环境
与水生态保护既是目前水利水电工程建设面临的敏
感性问题，也是水利水电可持续发展的限制性因素
之一。
１水电站的生态环境用水量
水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资
收稿日期：２０１２—０６—１２ 作者简介：王霞（１９７７一），女，工程师，主要从事水利 规划工作。Ｅｍａｉｌ：ｗｘ６７１８＠ｓｉｎａ．（￣ｏｔｎ 源，是生态环境的控制性要素ｌ＿３ Ｊ。水电站的生态环
城市河流、湖泊生态需水计算方法
22
附录A 城市河流生态需水计算方法
A.1 水文学法
A.1.1 Q
p法。又称不同频率最枯月平均值法，以节点长系列（≥30
年）天然月
平均流量、月平均水位或径流量（Q
）为基础，用每年的最枯月排频，选择不同
频率下的最枯月平均流量、月平均水位或径流量作为节点基本生态环境需水量的
最小值。频率P
根据河湖水资源开发利用程度、规模、来水等实际情况确定，
宜取90%
或95%
。
A.1.2 Ternnant
法。依据观测资料建立的流量和河流生态环境状况之间的经验关
系，用历史流量资料就可以确定年内不同时段的生态环境需水量，使用简单、方
便。不同河道内生态环境状况对应的流量百分比见表A.1.1
。
表A.1.2
不同河道内生态环境状况对应的流置百分比（%
）
不同流量百分比对应
河道内生态环境状况 占同时段多年年均天然流量
百分比(
年内较枯时段） 占同时段多年年均天然流量百分比
(
年内较丰时段）
最大 200 200
最佳 60
～100 60
～100
极好 40 50
非常好 30 50
好 20 40
中 10 30
差 10 10
极差 0
～10 0
～10
A.1.3
频率曲线法。用长系列水文资料的月平均流量、月平均水位或径流量的
历史资料构建各月水文频率曲线，将95%
频率相应的月平均流量、月平均水位或
径流量作为对应月份的节点基本生态环境需水量，组成年内不同时段值，用汛期、
非汛期各月的平均值复核汛期、非汛期的基本生态环境需水量。
A.1.4
流量历时曲线法、7Q
10法、近10
年最枯月平均流量（水位）法等其他水
文学法计算方法可参考SL/Z 712
。
23
A.2 水力学法
A.2.1
湿周法。水力学法中最常用的方法，利用湿周作为水生生物栖息地指标，
通过收集水生生物栖息地的河道尺寸及对应的流量数据，分析湿周与流量之间的
关系，建立湿周—流量的关系曲线。将曲线中拐点对应流量作为基本生态环境需
水量，即维持生物栖息地功能不丧失的水量。
生态需水研究进展及估算方法探索论文
生态需水研究进展及估算方法探索论文
生态需水研究进展及估算方法探索论文
1国内生态需水研究进展
国内生态需水研究尚处于起步阶段，归结起来大致可分为3个阶段：（1）20世纪70年代末为初步认识阶段。先是探讨河流最小流量问题，主要集中在河流最小流量确定方法的研究方面。以长江水资源保护科学研究所的《环境用水初步探讨》为代表。（2）20世纪80年代为探索阶段。针对水污染日益严重的问题，国家环境保护委员会在《关于防治水污染技术政策的规定》中指出：在水资源规划中要保证为改善水质所需的环境用水，主要集中在宏观战略方面的研究，对如何具体实施和管理仍处于探索阶段。4（3）20世纪90年代后期~21世纪初期为蓬勃发展阶段。在国家“九五”科技攻关项目“西北地区水资源保护与合理利用”和1999年中国工程院项目“中国可持续发展水资源战略研究”等的推动下，真正揭开了我国生态用水研究的序幕，有关生态需水研究的迅速开展起来，研究对象也从河流生态系统逐渐拓展到植被、湖泊、湿地、城市等各种生态系统。如倪晋仁[13]针对黄河河流系统的主要功能目标，利用1950年以来的观测资料，分析了黄河下游河流各类最小生态环境需水量；赵文智[14]在评述干旱区生态水文过程研究进展的基础上，提出了生态需水量的概念及相关确定方法，并从恢复生态学和生态水文学的角度，确定干旱区适宜人工植被的种类组成和格局；崔保山[15]从生态水文学原理出发，对湖泊最小生态需水量的概念进行了探讨，并提出了计算最小生态需水量的3种方法（1.曲线相关法；2.功能法；3.最低生态水位法）；李九一[16]提出了沼泽湿地生态储水量的概念与内涵，界定了其与生态需水量的区别与联系，探讨了两者的计算依据与方法，并以扎龙湿地为实例进行了计算；杨志峰[17]从降水量概念和水资源量概念两个角度界定了城市生态环境需水量的概念与内涵，分析其类型和属性特征，建立了城市生态环境需水量的方法体系。（4）21世纪初期以来的实证研究阶段。主要从水循环角度研究具体河流的河道生态需水，如渭河、黄河、海滦河、塔里木河等，研究重点也转向河道生态需水在实践中如何配置的`问题，另有学者从水量和水质相结合的角度重新认识生态需水[18]。综上分析，我国生态需水研究是在巨大的人口压力导致生态环境严重恶化的背景下提出的，多从河流地貌学、水文和水资源角度研究，主要集中在干旱、半干旱地区和半湿润地区，其内涵和外延均较国外大，涵盖面较广。
基于栖息地模拟的河道生态需水量多目标评价方法及其应用
2008年
5月水 利 学 报
SHUILI XUEBAO
第
39卷 第
5期
收稿日期
:20072
072
19
基金项目教育部新世纪优秀人才支持计划(
6)
;清华大学基础研究基金(
q5)
作者简介郝增超
(),男
,山东招远人
,硕士生
,主要从事水文水资源研究。2
z5@文章编号
:05592
9350(
2008)
052
05572
05
基于栖息地模拟的河道生态需水量多目标评价方法及其应用
郝增超
,尚松浩
(清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室
,北京
100084)
摘要
:本文提出基于栖息地模拟法的多目标评价法计算河道生态需水量
,以加权可利用面积(
WUA)最大和流量最
小为目标
,采用理想点法进行求解。该方法综合考虑了生态用水和经济用水
,提供了一个栖息地保护和经济用水
相协调的最优河流生态需水量。最后以鱼类作为指示物种
,对新疆额尔齐斯河中游鱼类产卵期的河道生态需水量
进行了计算。计算结果表明
,其生态流量为
78m3
/s,占该河段多年平均流量的
74%。该结果比直接采用栖息地模
拟法计算的结果小
,但该生态流量可以对河流栖息地提供足够的保护
,且较好地协调了生态用水和经济用水的矛
盾。
关键词
:河道生态需水量
;栖息地模拟法
;多目际评价法
中图分类号
:X143;TV1311
2文献标识码
:A
1 研究背景
随着人们对河流水资源利用程度的不断提高,河水流量减少、水污染加剧以及生态恶化等问题逐渐
涌现,河流生态需水量的研究也逐渐引起了人们的关注。生态需水量的研究在概念上还存在着如生态
需水、生态用水等用法,这些概念之间的区别和联系并不明确[1]
,而且也经常相互替代。为了研究方便,
本文所研究的生态需水是特指河道内流量(
instreamflow)
,即在某一个特定河流或者河段保持现有水生
栖息地和鱼群的足够水量[2]
。
河道内生态需水量的研究方法主要有:水文学方法、水力学方法、栖息地方法和整体法等。水文学
方法有Tennant法、7Q10法、RVA法等,水力学方法有湿周法、R2CROSS法等,栖息地方法有(
贵州省河流生态环境需水量研究方法比较
贵州省河流生态环境需水量研究方法比较
[摘要] 贵州省的水资源开发存在各种问题,水利建设长期以来对生态需水的研究分析工作虽有开展,但对此问题重视程度不够,水资源过的度开发利用的现象普遍存在,保障生态需水未被提到应有高度,生态用水被过度挤占,生态环境质量因此而产生大量问题。本文主要目的在于通过对国内各种主要的生态需水的分析方法,结合本地实际情况,选取最符合贵州省水利,环境科学研究的工程计算方法。
[关键词] 河流生态环境需水量 生态基流 合理化方法 枯水频率法(7Q10
法)
1生态需水的基本概念
生态需水是生态系统达到某种生态水平或者维持某种生态系统平衡所需要的水量,或是发挥期望的生态功能所需要的水量,水量配置是合理的、可持续的。对于一个特定生态系统,其生态需水有一个阈值范围,具有上限值和下限值,超过上下限值都会导致生态系统的退化和破坏。
2生态环境需水量的内涵
主要存在几种认识:在2001 年中国工程院“ 21 世纪中国可持续发展水资源战略研究”项目中对生态用水的概念进行了界定。将广义生态环境用水定义为“ 维持全球生物地理生态系统水分平衡所需用的水, 包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡等, 都是生态环境用水”, 狭义生态环境用水为“ 维护生态环境不再恶化并逐渐改善所需要消耗的水资源总量”。
3国内生态需水计算方法
3.1河流生态需水量计算方法
河流生态用水的计算主要包括: 枯水年天然径流估算法(以最枯年天然径流进行估算)和将河流年最小月均流量的多年平均值作为河流的基本生态环境需水量,这两种河流生态需水量计算的方法属于历史流量法的范围,具有与历史流量法相同的优点和不足。
3.2最枯月平均流量法
以水质目标为约束的生态需水量计算方法10a最枯月平均流量法。采用90%保证率最枯连续7d的平均水量作为河流最小流量设计值。
3.3缺资料地区生态需水量计算方法
水力半径法。依据该方法计算的关键是确定生态水力半径所对应的河道断面
流域生态需水概念及估算方法评述
流域生态需水概念及估算方法评述
施文军;凌红波
【摘 要】生态需水的量化是流域水权分配的重要依据.在综合分析已有生态需水研究的基础上,(1)对造成生态需水相关概念混淆的原因进行了分析,并进一步明确了生态需水的概念内涵；(2)提出了干旱区内陆河流域河道内、外生态需水项,并着重介绍了河道内基础流量需水和河道外植被需水量的估算方法和方法适用条件；(3)提出当前生态需水研究需要重点考虑尺度转换、差异化水量、水量交叉和评价体系等4方面问题.
【期刊名称】《水利规划与设计》
【年(卷),期】2013(000)008
【总页数】6页(P31-36)
【关键词】生态需水量;概念内涵;计算方法;内陆河流域
【作 者】施文军;凌红波
【作者单位】新疆水利厅玛纳斯河流域管理处 新疆石河子 832000;中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆乌鲁木齐 830011
【正文语种】中 文
【中图分类】X171.1
1 引言
生态需水是当前生态学、水文学、环境学等领域的研究热点，凡是涉及与水资源过程相关的生态系统保育和人类活动影响下的生态系统修复以及生态脆弱区水资源的开发利用等问题，都不可避免的要回答有关生态需水的问题。对于干旱区而言，水资源是发展区域经济的主要限制因素，也是保护生态环境的关键。现阶段人类对水资源利用呈现出掠夺式开发，生产、生活用水和生态需水矛盾日益激化。因此，流域生态需水量化是合理配置水资源，实现水资源可持续利用的基础。
国内外学者对生态需水理论和方法进行了大量的研究和探索。国外生态需水的研究始于20世纪70年代，关注的焦点主要是河流和湿地生态系统。国内生态需水研究从20世纪90年代开始，伴随经济和环境协调发展战略的提出而大量出现，关注的尺度不仅包括绿洲、河流、湿地、湖泊和林地、草地等中小尺度生态系统，还包括整个新疆、西北干旱区等大尺度区域。但是，不论是国内还是国外，有关生态需水概念的内涵以及方法的适用性普遍存在着争议，不同学者针对同一区域生态需水计算结果存在差异，难以科学指导生产实践中水资源合理配置和生态环境建设。因此，明晰生态需水概念和估算方法的适用条件是区域生态需水量计算的基础。
水资源可利用量估算方法
水资源可利用量估算方法
（试行）
一、基本要求
1. 本次水资源综合规划要求进行地表水资源可利用量和水资源可利用总量的分析估算。地表水资源可利用量和水资源可利用总量估算应与地表水资源量及水资源总量评价成果以及相关成果等相互协调。在水资源综合规划调查评价阶段，对地表水资源可利用量和水资源可利用总量进行初步估算。
2. 水资源可利用量是从资源的角度分析可能被消耗利用的水资源量。本次规划中地表水资源可利用量是指在可预见的时期内，在统筹考虑河道内生态环境和其它用水的基础上，通过经济合理、技术可行的措施，在流域（或水系）地表水资源量中，可供河道外生活、生产、生态用水的一次性最大水量（不包括回归水的重复利用）。水资源可利用总量是指在可预见的时期内，在统筹考虑生活、生产和生态环境用水的基础上，通过经济合理、技术可行的措施，在流域水资源总量中可资一次性利用的最大水量。
3. 地表水资源可利用量以流域或独立水系为计算单元，以保持成果的独立性、完整性。在进行地表水资源可利用量估算时，全国初步划分为90个水系，然后对全国10个水资源一级区进行汇总。各水资源一级区水系划分见附件2。具体控制节点由流域机构商相关省（自治区、直辖市）确定。
在估算地表水资源可利用量的基础上，对不同的计算区（根据实际需要划定的区域），估算水资源可利用总量。在供水预测和水资源配置时，地表水资源可利用量、水资源可利用总量用于对流域开发利用的总量控制。
4. 各水系水资源可利用量估算及协调与汇总工作要以流域机构为主进行。对于全部或绝大部分在某一省（自治区、直辖市）范围内的水系，可以该省（自治区、直辖市）为主进行估算，流域机构进行协调平衡与合理性分析；对于涉及省际之间上下游关系的水系，分析计算工作应在相关省（自治区、直辖市）协助下以流域机构为主进行。 5. 本规划仅要求估算多年平均情况下的地表水资源量可利用量和水资源可利用总量。
二、技术路线
（一）计算原则
关于水资源论证中河道内生态需水的探讨
建设项目水资源论证报告书编制ｌｌ 目前关于生态需水计算的方法很多，由于生态系统的 复杂性和对生态系统认识的局限性，没有一种适宜于所有 计算的通用方法。河道内生态需水计算方法已经初步形成 体系，大体分为历史流量法、水力定额法、栖息地法和整体 分析法４类。 历史流量法是利用已有的历史流量资料来推导生态需 水量。该类方法的优点是比较简单，容易操作，对于数据要 求不高，径流数据可与生态数据相联系，容易将计算结果与 水资源规划相结合。但由于简化了区域的实际情况，没有直 接考虑生物的需求和生物间的相互影响，只能在优先度不 高区域使用，或者作为其他方法的一种粗略检验。 水力定额法应用水力学现场数据。考虑河道内生态需 水，需确定河流流量与鱼类栖息地指示因子的关系，考虑参 数有湿周、水面宽度、流速、水深、横断面面积等。与历史流 量法相比，水力定额法包含更多具体的河流信息。然而这种 方法忽略水流流速变化，未考虑具体生物或生命阶段的需 求。同时该类方法假定河道在时间尺度上是稳定，并且所选 横截面能够确切地表征整个河道特征，实际上并非如此。 栖息地定额法用水力学模型计算不同流量相应的河段 水深、流速、水质等栖息地参数，从而确定栖息地与流量的 关系，该方法的生物学基础是栖息地适宜度曲线。由于此方 法是定量且基于生态原理，相对来说更为合理和可靠。 整体分析法建立在尽量维持河流生态系统原始功能的 原则之上，对整个区域的水源发源地、河道、河岸地带、洪积 平原、地下水、河口和沼泽等均需评价。 在水资源论证中具体计算生态需水时可根据计算区的 实际情况选用合适的方法。在现有阶段，由于我国普遍缺乏 生态资料，栖息地法一般无法使用，整体分析法也难以在我 国普遍应用，水力定额法需要野外现场资料，从使用角度 讲，我国现阶段一般具备历史流量法的应用条件，则该方法 应用较多。 ３在水资源论证中计算河道内生态需水存在的 问题 在水资源论证中，如何合理考虑河道内生态需水是焦 点和难点，存在如下问题： （１）只有少部分建设项目水资源论证考虑生态需水，即 使考虑了生态需水，但计算方法过于简单，不能反映项目所 在区域的真实情况； （２）没有掌握各种计算方法的内涵和适用性，对具体河 流生态环境分析不合理，就任意照搬国外的计算方法； 表１ 蚌埠、小柳巷控制断面分时段最小生态流量成果表 单位：ｍ３／ｓ 断面 １Ｏ～３月 ４￣５月 ｌ ６～９月 年均 蚌埠 ２４．８ ４７．５ ９６．２ ５２．５ 小柳巷 ２８．５ ５４ ６ ｌ １１１ ６０¨３ （３）由于项目经费不足和时间有限，工作人员不能对论 证范围内的生态系统做详细的调查和勘测； （４）不同区域和不同部门在生态系统服务价值上认识 不一致，使得评审专家难以下定量结论。 造成上述问题的原因是多方面的，首先是国家还没有 出台水资源论证中生态需水的计算规范，使得论证设计单 位没有参考依据。其次是大多数设计人员对生态需水的基 本理论和计算方法不熟悉；对生态需水的重要性不够重视。 最重要一点是当前国内对生态需水研究仍显不足。在 概念上还存在许多分歧；我国区域生态环境状况复杂多样， 不同区域背景不同，再加上不同部门问、不同学术专业领域 间对生态保护和管理目标的认识也有很大的差别；现有生 态需水量化方法，存在不同程度的缺陷；另外计算方法研究 侧重于单项研究，在区域生态需水总量研究中，经常采用各 项简单相加减的方法，对各分项之间内涵上的交叉重复考 虑不足；目前，关于生态需水量的计算结果，往往仅限于理 论上的讨论，无法满足水资源科学配置的实际需要，究其根 本原因是生态需水保护目标的不统一。 ４实例 本文以淮河流域五河泵站水资源论证为实例，五河泵 站位于安徽省五河县郜湖洼地内，距离蚌埠闸下约６７ｋｉｎ， 总装机５０００ｋＷ，为中型泵站，论证分析范围为蚌埠至洪泽 湖水资源三级区。 在取水水资源论证中，进行了取水河段水量平衡分析， 在计算蚌埠闸下河段用水量时，从城镇生活用水、工业用水、 退水、农业用水和生态环境需水量５个方面考虑，此项目考虑 取水河段的生态环境需水主要是指河段内生态最小需水量， 即确保河道内最小水深和水量，以维持河道内生物需水、补充 蒸发和渗漏损失水量。直接引用最新批复的《淮河流域综合规 ￣．１（２０１２—２０３０年）》中“水生态系统保护与修复”的现成成果， 进行简单相加得出蚌埠闸下河道用水量。淮河干流蚌埠、小柳 巷控制断面分时段最小生态流量成果见表１。 此项目在考虑生态环境需水量时，直接引用已有成果 进行简单计算，至于得出结果是否合理未做进一步的分析 和核实，这也反应了在水资源论证中考虑生态需水时，工作 做得不充分。 ５结论 建设项目水资源论证中考虑生态需水问题，对管理部 门和研究部门来说，是一个全新领域，有许多理论和方法问 题需要进一步探讨和深入研究，同时在实践中进行验证。建 设项目水资源论证中生态需水问题不但要从计算方法上， 而且还要从评价指标体系、需水阈值上进行系统研究，为管 理决策提供更具有操作性的方案和准则。有关部门应该尽 快出台相关规定，规范生态需水的计算方法，确保生态需水 不受侵占，