摘要：目前對(duì)生態(tài)環(huán)境需水量的研究越來(lái)越多，對(duì)生態(tài)環(huán)境需水量的定義和計(jì)算方法也各不相同。對(duì)各種定義加以區(qū)分，著重對(duì)不同類型生態(tài)環(huán)境需水量的計(jì)算方法進(jìn)行概括總結(jié)，分別介紹了城市、湖泊、濕地和流域生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境需水量的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境需水；概念；計(jì)算方法

1 前言

水是地球生物賴以生存的源泉，是生命系統(tǒng)的基礎(chǔ)。1988年聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESO）和世界氣象組織（WMO）定義水資源是“作為資源的水應(yīng)當(dāng)是可供利用或可能被利用，具有足夠數(shù)量和可靠質(zhì)量，并可為滿足某地的水資源需求而能長(zhǎng)期供應(yīng)的水源。”［1］過(guò)去人們只注重生活用水，生產(chǎn)用水的開發(fā)與研究，而今隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的需要，生態(tài)需水研究在世界許多國(guó)家受到廣泛關(guān)注，已經(jīng)成為目前生態(tài)學(xué)、水文學(xué)和水資源學(xué)研究的前沿問(wèn)題。因此，做好現(xiàn)狀和規(guī)劃狀態(tài)下的生態(tài)需水估算，有利于水利規(guī)劃，有利于生態(tài)環(huán)境調(diào)控與管理，更有利于水資源的優(yōu)化配置。

2 生態(tài)環(huán)境需水量的概念

盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)需水這一類問(wèn)題的研究很多，但到目前為止還沒(méi)有一個(gè)得到學(xué)術(shù)界公認(rèn)的特別準(zhǔn)確的概念，甚至沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的名稱，分別有生態(tài)用水、環(huán)境用水、生態(tài)需水、環(huán)境需水、生態(tài)環(huán)境用水和生態(tài)環(huán)境需水，不同的名稱對(duì)應(yīng)著各自不同的含義，現(xiàn)解釋如下。

2.1需水與用水

需水與用水是不同層次的兩個(gè)概念，需水是一個(gè)狀態(tài)值，強(qiáng)調(diào)為了維持某種狀態(tài)或達(dá)到某種程度而需要的水量，而用水是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，強(qiáng)調(diào)在發(fā)展過(guò)程中實(shí)際消耗的水量。因此，應(yīng)將生態(tài)需水與生態(tài)用水在本質(zhì)上加以區(qū)分，生態(tài)需水是維持某種生態(tài)系統(tǒng)功能或維持某種生態(tài)平衡所需要具備的水量，生態(tài)用水則是指生態(tài)系統(tǒng)在自然發(fā)展過(guò)程中實(shí)際消耗的水資源總量［2］。就其內(nèi)涵和研究現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)內(nèi)外較為關(guān)注的是生態(tài)需水量。

2.2生態(tài)需水與環(huán)境需水

生態(tài)系統(tǒng)是由生物群落及其生存環(huán)境共同組成的、不斷進(jìn)行能量交換和物質(zhì)循環(huán)、不斷進(jìn)行生態(tài)控制和生態(tài)調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)。為生態(tài)系統(tǒng)提供所需的一定質(zhì)量和數(shù)量的水以維持物種的多樣性和生態(tài)完整性，這部分所需的水即叫做生態(tài)需水量。

環(huán)境泛指圍繞某一中心——人類群體的生存環(huán)境的空間及其介質(zhì)，一般，包括自然和社會(huì)環(huán)境。環(huán)境需水實(shí)質(zhì)就是為滿足自然、社會(huì)的各種功能健康所需要的水量。只有在明確目標(biāo)的前提下環(huán)境用水才會(huì)被賦予具體的含義［3］。

2.3生態(tài)環(huán)境需水

嚴(yán)格的講，生態(tài)與環(huán)境是分屬兩個(gè)不同學(xué)科但是在含義上有重疊的概念，在很多不具備分別探討生態(tài)需水與環(huán)境需水的條件時(shí)，如果將生態(tài)需水和環(huán)境需水綜合考慮就會(huì)自然的提出“生態(tài)環(huán)境需水量”這一概念，可以定義為：生物所在環(huán)境中的各種生態(tài)因子（環(huán)境中對(duì)生物有直接作用的因子）所構(gòu)成的綜合體稱為生態(tài)環(huán)境，其維持生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需要的水量叫做生態(tài)環(huán)境需水量［3］。有區(qū)域（水域）生態(tài)環(huán)境需水；城市生態(tài)環(huán)境需水；植被生態(tài)環(huán)境需水量；改善江、河、湖水的生態(tài)環(huán)境需水；濕地生態(tài)環(huán)境需水……等等

3 生態(tài)環(huán)境需水量研究現(xiàn)狀

3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

生態(tài)環(huán)境需水量的研究工作最早是在國(guó)外開展的，美國(guó)早在1908年便對(duì)生態(tài)需水量進(jìn)行了研究，提出了流域管理的概念，認(rèn)為流域水環(huán)境是一個(gè)整體，并且先后提出了關(guān)于河道最小生態(tài)流量核算的多種方法，如7Q10法，Tennant法，濕周法，R2CROSS法等。20世紀(jì)中葉的美國(guó)，隨著大量水庫(kù)的修建和水資源開發(fā)利用程度的不斷提高，資源管理部門開始關(guān)注漁場(chǎng)的減少，并逐步開展了一些關(guān)于魚類生長(zhǎng)、繁殖及其產(chǎn)量與河流流量之間的關(guān)系研究，從而提出了河流最小環(huán)境（或生物）流量的概念。英國(guó)從20世紀(jì)60年代設(shè)立水資源局，70年代進(jìn)一步實(shí)行集中管理，設(shè)立國(guó)家水理事會(huì)，在各流域水務(wù)局管轄范圍內(nèi)實(shí)行對(duì)地表水和地下水、供水和排水、水質(zhì)和水量的統(tǒng)一管理，協(xié)調(diào)水資源在各部門之間的分配。法國(guó)也在20世紀(jì)后期也進(jìn)行了相關(guān)的研究，1992年頒布水法：要保證河流的最低生物流量。在漁業(yè)法和鄉(xiāng)村法中規(guī)定了水利工程施工建設(shè)和運(yùn)用管理應(yīng)當(dāng)保證的河道內(nèi)最小環(huán)境流量的底限，最小環(huán)境流量或最低生物流量即相當(dāng)于目前通常認(rèn)為的生態(tài)用水量［4］。1940年，美國(guó)漁業(yè)與野生動(dòng)物保護(hù)組織規(guī)定了維護(hù)河流的最小生態(tài)流量，后來(lái)隨著河流污染問(wèn)題的出現(xiàn)，河流生態(tài)恢復(fù)保護(hù)和水資源管理的需求，J.Sheail和P.H.Gleick等人對(duì)生態(tài)需水的概念、類別、生態(tài)需水范圍等進(jìn)行了探討［5］。1996年，Gleick 明確給出基本生態(tài)需水(Basic eco logical water requirement) 的概念框架，即提供一定質(zhì)量和一定數(shù)量的水給天然生境， 以求最小化地改變天然生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)程， 并保護(hù)物種多樣性和生態(tài)整合性［6］。澳大利亞把“低地河流系統(tǒng)環(huán)境需水量”作為1996—1997 年研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目；英國(guó)環(huán)境部2001 年《面向未來(lái)的水資源》報(bào)告中，對(duì)未來(lái)25 年英國(guó)的環(huán)境用水和社會(huì)用水需要進(jìn)行了分析，提出了30個(gè)行動(dòng)方案措施。預(yù)計(jì)在未來(lái)的幾十年中，全世界范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境用水量將明顯增加［7］。

3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

在我國(guó)，從20世紀(jì)80年代開始就有人對(duì)環(huán)境用水給出了定義：環(huán)境用水是改善水質(zhì)、協(xié)調(diào)生態(tài)和美化環(huán)境用水等。1995 年，湯奇成以新疆地區(qū)為背景，論述了生態(tài)環(huán)境用水的主要用途：對(duì)一些重要的湖泊進(jìn)行補(bǔ)水和人工植被用水［8］，是我國(guó)較早提出生態(tài)環(huán)境需水問(wèn)題的教授。最近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷進(jìn)步，人們對(duì)生態(tài)環(huán)境重要性的認(rèn)識(shí)不斷提高，生態(tài)需水量的概念也受到越來(lái)越多的關(guān)注。由中國(guó)工程院組織專家完成的《21世紀(jì)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究》認(rèn)為：廣義的生態(tài)環(huán)境用水是指“維持全球生物地理生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需用的水，包括水熱平衡、水沙平衡、水鹽平衡等，都是生態(tài)環(huán)境用水”。狹義的生態(tài)環(huán)境用水是指為“維護(hù)生態(tài)環(huán)境不再惡化并逐漸改善所需要消耗的水資源總量”［2］。我國(guó)從保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)出發(fā)對(duì)黃河、淮河、海河的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量進(jìn)行了估算，對(duì)內(nèi)陸河流域片干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境需水、地下水超采嚴(yán)重的地區(qū)的生態(tài)環(huán)境用水進(jìn)行了估算，并對(duì)全國(guó)生態(tài)環(huán)境用水制定了800～1 000億m3的目標(biāo)［8］。從生態(tài)用水研究與應(yīng)用發(fā)展概況來(lái)看國(guó)內(nèi)外生態(tài)用水研究已取得了較大進(jìn)展，生態(tài)用水的概念已相對(duì)明確，核算方法也趨于完善。各國(guó)學(xué)者依據(jù)不同的案例進(jìn)行了大量研究，特別是我國(guó)不僅研究了河流的生態(tài)用水，對(duì)林地、綠洲、濕地等生態(tài)用水也進(jìn)行了研究［9］。

目前新型的技術(shù)、計(jì)算手段使生態(tài)環(huán)境需水量研究在原有理論、技術(shù)的基礎(chǔ)上有了很多新的突破，3S技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等令生態(tài)環(huán)境需水量的研究呈現(xiàn)出新的姿態(tài)。崔保山、胡波、楊志峰在西南縱向嶺谷區(qū)河道生態(tài)需水量的計(jì)算中提出了生態(tài)徑流—需水系數(shù)綜合計(jì)算河道生態(tài)需水量模型，構(gòu)建了河道生態(tài)需水評(píng)估體系，又根據(jù)河流水文情勢(shì)的周期性變化，提出異變系數(shù)與生態(tài)特征指數(shù)綜合設(shè)定河道生態(tài)需水等級(jí)系數(shù)的方法［10］；張長(zhǎng)春、王光謙、魏加華等利用遙感技術(shù)重點(diǎn)對(duì)黃河三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)需水量中的蒸散量進(jìn)行了計(jì)算［7］；張遠(yuǎn)、楊志峰等從黃淮海地區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)的水量平衡出發(fā)，在GIS支持下計(jì)算研究區(qū)的林地最小生態(tài)環(huán)境需水量［6］；拾兵、李希寧等利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù)，建立了河口濱海區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量與健康生態(tài)特征指標(biāo)間的非線性耦合關(guān)系得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型，借助Matlab工具箱，快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理、網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和仿真［11］；拾兵、李希寧等還針對(duì)河口與近海生物對(duì)環(huán)境條件變化響應(yīng)的非線性和不連續(xù)性，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線性映射能力，建立了以水位、流量、含沙量、葉綠素濃度為輸入變量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)黃河口濱海區(qū)典型年份生態(tài)最小需水量的成功預(yù)測(cè)［12］。

4 支持生態(tài)環(huán)境需水量研究的理論與方法

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)環(huán)境需水量的研究已經(jīng)達(dá)到了比較先進(jìn)的水平，計(jì)算方法多樣且較為成熟，可是目前生態(tài)環(huán)境需水量的種類很多，包括城市生態(tài)環(huán)境需水量，濕地環(huán)境需水量，流域生態(tài)環(huán)境需水量等等，不同的類型應(yīng)對(duì)應(yīng)有不同的研究方法，只有區(qū)別的加以對(duì)待才能有的放矢，準(zhǔn)確地指導(dǎo)實(shí)踐。

4.1城市生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算

4.1.1城市生活需水包括居民家庭生活需水和市政公共需水兩部分。我國(guó)建設(shè)部于1998 年發(fā)布的《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB50282—98) 中給出了城市人均綜合用水定額的法定指標(biāo)。第i年的城市生活需水量可用相關(guān)法進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測(cè)［12］：

Wli=P0(1+R1)nKi（1）

式中：P0—基準(zhǔn)年份人口數(shù)量（人）；R1—城市人口計(jì)劃增長(zhǎng)率（%）；Ki—第i水平年擬訂的年人均綜合用水定額（m3) ；n—從基準(zhǔn)年到i水平年的年數(shù)。

4.1.2城市工業(yè)需水量工業(yè)需水是指工礦企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中用于制造、加工、冷卻、洗滌和其他工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的用水。城市工業(yè)需水量的計(jì)算方法有萬(wàn)元產(chǎn)值需水量，即用現(xiàn)狀年萬(wàn)元產(chǎn)值或預(yù)測(cè)水平年萬(wàn)元產(chǎn)值乘以工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值需水量定額［15］。另一種計(jì)算工業(yè)需水量的方法是需水增長(zhǎng)趨勢(shì)分析法。此法是根據(jù)歷年工業(yè)用水增長(zhǎng)率計(jì)算推測(cè)第年的工業(yè)需水量［12］，計(jì)算公式如下：

Wi=W0(1+R2)n（2）

式中：W0—基準(zhǔn)年份工業(yè)需水量（m3/ a）；R2—工業(yè)用水年平均增長(zhǎng)率（%）。

4.1.3城市綠地生態(tài)需水和城市水面生態(tài)需水河流湖泊、林地草坪是城市生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，城市綠地生態(tài)用水和城市水面生態(tài)用水構(gòu)成了計(jì)算城市生態(tài)用水量的主體。理想的城市水生態(tài)環(huán)境應(yīng)具有良好的水質(zhì)、足夠的水量和寬闊的水面［2］。城市綠地生態(tài)用水一般采用面積定額法計(jì)算，計(jì)算公式如下［13］：

QL=ΨF（3）

式中：QL—城市綠地生態(tài)用水量（m3/a）；Ψ—綠化用水定額（m3/a•m2)；F—綠化覆蓋面積(m2)。城市水面因其沒(méi)有人工取水，水面相對(duì)固定，可采用水面蒸發(fā)直接計(jì)算。

QS=(Ei-Pi)S/1 000（4）

式中：QS—城市水面生態(tài)用水量（m3/a）；(Ei-Pi)—i城市的蒸發(fā)和降雨量（mm/a）；S—城市的水面面積（km2）。

（4）城市生態(tài)環(huán)境需水量的總和就是生活需水量、工業(yè)需水量、城市綠地生態(tài)需水和水面生態(tài)需水的總和［14］。即：

W=Wli+Wi+QL+QS(5)

4.2湖泊生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算

確定和保證湖泊生態(tài)系統(tǒng)必須的最小需水量是解決問(wèn)題的關(guān)鍵和前提，計(jì)算湖泊最小生態(tài)環(huán)境需水量的方法有：①水量平衡法；②換水周期法；③最小水位法；④功能法。對(duì)于受損失嚴(yán)重的湖泊，功能法無(wú)論從理論基礎(chǔ)、計(jì)算原則和計(jì)算步驟，還是從需水量的分類和組成，都比較準(zhǔn)確地反映了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康現(xiàn)狀和湖泊生態(tài)系統(tǒng)需水量之間的相互關(guān)系［6］。

湖泊水資源以地表水為存在形式，同時(shí)與大汽水、土壤水和地下水有著密切的關(guān)系，在計(jì)算生態(tài)需水量時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面［2］：①湖泊蒸散需水量W1，此項(xiàng)主要為湖泊水面蒸發(fā)量，若湖泊中含有大量的挺水植物和浮水植物，則還需要考慮這些高等植物的蒸散量。②湖泊滲漏水量W2。③湖泊自身存在的需水量W3，指為保證湖泊中水生生物的正常生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖，需要湖泊常年存蓄一定的水量，同時(shí)，為保證湖泊、水庫(kù)的正常存在及功能的發(fā)揮，應(yīng)保持湖泊存在一定的蓄水量，此水量屬于生態(tài)需水的重要組成部分。W3 的計(jì)算可依據(jù)湖泊多年的水文資料，在一定保證率的情況下，求出湖泊的平均水深，再根據(jù)湖面面積，算出湖泊平均蓄水量，此水量可作為W3 的估計(jì)值。④換水需水量W4 和環(huán)境稀釋需水量W5，此兩種需水量互相存在包容關(guān)系，所以在計(jì)算湖泊生態(tài)需水量時(shí)，不能把此兩項(xiàng)需水量簡(jiǎn)單相加，而應(yīng)取其中的最大值作為計(jì)算依據(jù)。換水需水量W4可根據(jù)城市規(guī)劃部門確定的換水周期、換水方案和換水次數(shù)，模擬湖泊自身?yè)Q水周期以達(dá)到清淤、疏浚和污染物凈化的最佳效果來(lái)進(jìn)行計(jì)算，換水的每年需水量環(huán)境稀釋需水量W5可根據(jù)湖泊水質(zhì)模型來(lái)確定，湖泊水質(zhì)與湖泊蓄水量、出湖流量和污染物排入量有關(guān)，湖泊水體環(huán)境容量是湖泊水體的稀釋容量、自凈容量和遷移容量之和［11］。

綜上所述，綜合應(yīng)用功能法和水量平衡法得到城市湖泊生態(tài)需水量為：

WS=W1+W2+W3+max(W4,W5)（6）

4.3濕地生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算

隨著近年來(lái)濕地研究的升溫，濕地對(duì)生態(tài)環(huán)境的重要性逐步被人們認(rèn)識(shí)。濕地生態(tài)環(huán)境需水量是為解決濕地的生態(tài)問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)濕地的保護(hù)、管理目標(biāo)所需要的水量，即濕地為維持自身的發(fā)展、保證基本生態(tài)功能所需要的水量，主要包括濕地生物群落需水量、濕地土壤需水量、濕地景觀建設(shè)需水量等。

目前對(duì)于濕地生態(tài)環(huán)境用水的核算還沒(méi)有特別具體的方法。北京師范大學(xué)崔保山等根據(jù)濕地生態(tài)環(huán)境需水量的基本特征和表現(xiàn)，對(duì)濕地生態(tài)需水量進(jìn)行了分類，并根據(jù)各類型的特定功能和價(jià)值對(duì)各自的生態(tài)用水量計(jì)算進(jìn)行了探討，但其計(jì)算方法需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在應(yīng)用中有相當(dāng)難度［4］。大多數(shù)文章應(yīng)用水量平衡原理參照河流生態(tài)用水進(jìn)行核算，例如濕地基本生態(tài)需水量，可采用濕地的陸面和水域蒸發(fā)量代替。

崔麗娟等認(rèn)為濕地水量平衡的研究是濕地生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算過(guò)程中最基礎(chǔ)的研究?jī)?nèi)容，又是研究和解決一系列實(shí)際問(wèn)題的手段和方法。一旦水量平衡失控，濕地水循環(huán)中的某一環(huán)節(jié)就要發(fā)生斷裂，整個(gè)水循環(huán)將受到影響。依據(jù)水量平衡原理，計(jì)算濕地的生態(tài)環(huán)境需水量的公式總結(jié)為［13］：

W2=W1+P+S入-S出-E+ΔWg（7）

式中：W1、W2—濕地系統(tǒng)時(shí)段初、時(shí)段末水量；P—時(shí)段內(nèi)降雨量；S入—時(shí)段內(nèi)流入圩內(nèi)濕地系統(tǒng)的徑流量；S出—時(shí)段內(nèi)流到圩外水網(wǎng)的徑流量；E—時(shí)段內(nèi)蒸發(fā)量；ΔWg—時(shí)段內(nèi)地下水變化量。為維持濕地系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境功能，要求系統(tǒng)的蓄水量不發(fā)生變化，時(shí)段初和時(shí)段末蓄水量相等，即W2=W1系統(tǒng)的地下水位維持動(dòng)態(tài)平衡，即ΔWg=0。當(dāng)E/ P < 1 時(shí)，濕地系統(tǒng)需要排水，排水量Wd＜A（P-E）；當(dāng)E/P=1時(shí)，系統(tǒng)水量滿足生態(tài)需水；當(dāng)E/P＞1時(shí)，干旱年濕地系統(tǒng)不能滿足生態(tài)需水，調(diào)入水量為We=A（E-P），其中A為濕地系統(tǒng)面積。

此外，魏彥昌，苗鴻等還認(rèn)為對(duì)于天然濕地生態(tài)環(huán)境需水量的確定可以依據(jù)濕地各種生態(tài)功能確定最低生態(tài)水位，如雙臺(tái)子河口濕地，可提供種植蘆葦、養(yǎng)殖、旅游和保護(hù)盤錦及周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境和物種多樣性等功能，可按照每種生態(tài)功能分別確定相應(yīng)的生態(tài)水位，綜合考慮得到維護(hù)生態(tài)功能的最低水位。根據(jù)最低生態(tài)水位確定相應(yīng)的水面和水深，通過(guò)考慮蒸發(fā)或滲漏來(lái)計(jì)算生態(tài)需水量。最低生態(tài)水位確定公式如下：

h=max｛h1,h2,h3,…｝（8）

式中：h—最小生態(tài)水位；h1，h2，h3—濕地不同功能所需最小水位。

實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以分別按以上兩種方法計(jì)算，將計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從維持濕地系統(tǒng)生態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行核算。

4.4流域生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算

盡管國(guó)內(nèi)外生態(tài)環(huán)境需水量的研究種類很多，但是研究的最多的仍然是流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境需水量，大量的文章都對(duì)此類問(wèn)題作了研究探討。流域的生態(tài)環(huán)境需水量包括河道內(nèi)生態(tài)需水量和河道外的生態(tài)環(huán)境需水量?jī)蓚€(gè)方面。

4.4.1河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量

河道內(nèi)生態(tài)需水量是生態(tài)環(huán)境需水的組成部分，是指維系河道生態(tài)系統(tǒng)健康所必須的水量,其對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、形態(tài)的維護(hù)具有重要的意義。從結(jié)構(gòu)功能上看,河道生態(tài)需水是由多元變量組成的一個(gè)有機(jī)整體,包含河道基流量、河道輸沙需水、下滲與蒸發(fā)需水、凈化需水、河濱帶濕地需水、生態(tài)景觀需水等各個(gè)結(jié)構(gòu)功能需水量［21］。其需水量的估算方法很多，有側(cè)重水文學(xué)方面的，也有側(cè)重水力學(xué)方面或生態(tài)學(xué)方面的方法。下面介紹幾種目前最常用的計(jì)算方法。

（1）水文指標(biāo)法是最簡(jiǎn)單、需要數(shù)據(jù)最少的方法，是依據(jù)歷史水文數(shù)據(jù)確定生態(tài)環(huán)境需水量的一種方法。最常用的有Tennant法、水生物基流法、可變范圍法、7Q10法、年最小流量法和流量持續(xù)時(shí)間曲線分析法等［14］。

其中7Q10法是采用近10年中每年連續(xù)7天最枯的平均水量作為河流最小流量的設(shè)計(jì)值［14］。在我國(guó)，7Q10法演變?yōu)榻?0年最小月平均流量或90%保證率最小約平均流量。此方法現(xiàn)在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛，主要是為了防止河流污染而設(shè)定的。

（2）水力學(xué)法是把流量變化與河道的各種水力幾何參數(shù)聯(lián)系起來(lái)的求解生態(tài)需水的方法。目前應(yīng)用最多的是濕周法［14］。

此方法利用濕周作為棲息地的質(zhì)量指標(biāo)來(lái)估算期望的河道內(nèi)流量值，假設(shè)保護(hù)好重點(diǎn)區(qū)域的棲息地的濕周也將對(duì)非重點(diǎn)區(qū)域的棲息地提供足夠保護(hù)。通過(guò)在重點(diǎn)區(qū)域(通常大部分是淺灘) 現(xiàn)場(chǎng)搜集渠道的幾何尺寸和流量數(shù)據(jù)，以重點(diǎn)區(qū)域棲息地類型作為河流其余棲息地部分的代表。該法需要確定濕周與流量之間的關(guān)系，這種關(guān)系可從多個(gè)渠道斷面的幾何尺寸與流量關(guān)系實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)推求或從單一渠道的一組幾何尺寸與流量數(shù)據(jù)中測(cè)算得出。濕周隨流量加大而遞增，速率由快變緩時(shí)的分界點(diǎn)流量被認(rèn)為是維持河流生態(tài)系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)、最有效的流量。當(dāng)流量降至常流量的20% 時(shí)，為維持生態(tài)功能底限，一般定為生態(tài)基礎(chǔ)流量。R2CROSS 法［4］是對(duì)濕周法的擴(kuò)展，它不以濕周作為環(huán)境條件的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而是確定了平均深度、平均流速及濕周長(zhǎng)百分?jǐn)?shù)作為棲息地指標(biāo)。平均深度與濕周長(zhǎng)百分?jǐn)?shù)分別是河流頂寬和河床總長(zhǎng)與濕周長(zhǎng)之比的函數(shù)，所有河流的平均流速均采用1英尺/s的常數(shù)［24］。

4.4.2河道外生態(tài)環(huán)境需水量

對(duì)河網(wǎng)系統(tǒng)而言，河道外生態(tài)需水量主要是考慮干旱年份需要河網(wǎng)補(bǔ)充的水量，主要指維持河道外植被群落穩(wěn)定所需要的水量,可參照植被生態(tài)需水量計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算［18］。另外，河道外生態(tài)環(huán)境需水量還應(yīng)該包括水土保持生態(tài)用水、回補(bǔ)因超采地下水而出現(xiàn)的生態(tài)環(huán)境需水等。

植被生態(tài)需水計(jì)算方法有直接計(jì)算法和間接計(jì)算法2種。

（1） 直接計(jì)算方法。以某一區(qū)域某一類型植被的面積乘以其生態(tài)用水定額，計(jì)算得到的水量即為生態(tài)用水，計(jì)算公式為：

W=ΣWi=ΣAi•ri（9）

式中：Ai—植被類型的面積；ri—植被類型的生態(tài)用水定額。

該方法適用于基礎(chǔ)工作較好的地區(qū)與植被類型。計(jì)算的關(guān)鍵是要確定不同生態(tài)需水類型植被的生態(tài)用水定額?？紤]到有些干旱半干旱地區(qū)降水的作用， 并兼顧到計(jì)算的通用性， 把生態(tài)用水定額定義為降水量接近0 時(shí)的生態(tài)需水量減去實(shí)際降水量［21］。即：

ri=ri0-h（10）

式中：ri—某地區(qū)植被類型的生態(tài)需水定額；ri0—降水量接近0時(shí)植被類型i的生態(tài)需水量(常值)；h—某地區(qū)平均降水量。

(2) 間接計(jì)算方法。對(duì)于某些地區(qū)天然植被生態(tài)需水計(jì)算， 如果以前工作積累較少， 模型參數(shù)獲取困難，可以考慮采用間接計(jì)算方法。間接計(jì)算方法，是根據(jù)潛水蒸發(fā)量的計(jì)算， 來(lái)間接計(jì)算生態(tài)需水［21］。即，用某一植被類型在某一潛水位的面積乘以該潛水位下的潛水蒸發(fā)量與植被系數(shù)，得到的乘積即為生態(tài)需水。計(jì)算公式如下：

W=ΣWi=ΣAi•wgi•K（11）

式中：wgi—植被類型在地下水位某一埋深時(shí)的潛水蒸發(fā)量；K—植被系數(shù)，即在其它條件相同的情況下有植被地段的潛水蒸發(fā)量除以無(wú)植被地段的潛水蒸發(fā)量，所得的系數(shù)。這種計(jì)算方法主要適合于干旱區(qū)植被生存主要依賴于地下水的情況。式中，K和wgi是兩個(gè)很重要的變量，常由實(shí)驗(yàn)確定。

水土保持生態(tài)用水可以采用水文法和水保法來(lái)計(jì)算［5］。

(1) 水文法。利用流域降雨和徑流觀測(cè)資料分析水土保持減水減沙作用的一種方法，根據(jù)對(duì)降雨和徑流基本規(guī)律的分析，利用實(shí)測(cè)降雨與徑流資料，建立降雨產(chǎn)流模型,利用模型計(jì)算某一時(shí)期治理流域在未治理狀態(tài)下的產(chǎn)流量，與同一時(shí)期實(shí)測(cè)徑流量相比,其差值即為水土保持用水量。

(2) 水保法。是從成因方面分析計(jì)算流域水沙變化的一種方法，是從人類活動(dòng)對(duì)下墊面條件的改變而引起水沙變化的實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)各水保項(xiàng)措施的設(shè)備數(shù)量、質(zhì)量和蓄水指標(biāo)等因素分別計(jì)算各項(xiàng)水利水保措施的生態(tài)用水量，進(jìn)而計(jì)算水利水保措施的單項(xiàng)及綜合生態(tài)需水量。水保法屬于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算精度的關(guān)鍵是蓄水?dāng)r沙指標(biāo)的確定和治理措施數(shù)量、質(zhì)量以及分布的調(diào)查核實(shí)的準(zhǔn)確度，此外需要將各項(xiàng)水土保持措施的作用綜合起來(lái)進(jìn)行計(jì)算，難度較大。

5 結(jié)語(yǔ)

目前生態(tài)環(huán)境需水量的研究在國(guó)際上已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，對(duì)生態(tài)環(huán)境需水量的研究已經(jīng)達(dá)到了比較先進(jìn)的水平，計(jì)算方法也多樣且較為成熟，多種新型研究方法如RS、GIS遙感技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等也得到了應(yīng)用。生態(tài)環(huán)境需水量是一門交叉學(xué)科，應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、規(guī)劃、生態(tài)、水文、水資源等進(jìn)行研究，任何單學(xué)科的研究成果都是較片面的。生態(tài)環(huán)境需水量是水資源量的一部分，研究生態(tài)環(huán)境需水量應(yīng)結(jié)合流域的水資源規(guī)劃，以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以水資源綜合利用效益最大為目標(biāo)，確定合理的生態(tài)環(huán)境需水量。另外，生態(tài)需水量又是動(dòng)態(tài)變化的，隨著人類認(rèn)識(shí)水平的提高和生態(tài)環(huán)境的逐步改善，生態(tài)需水量的含義也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。弄清各概念的內(nèi)涵、各種方法的適用條件，才能更好的為計(jì)算工作打下基礎(chǔ)。

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