生态环境需水计算方法概述

<= 前= 言
水是地球 生 物 赖 以 生 存 的 源 泉， 是 生 命 系 统 的 基 础。 BDEE 年联合国教科文组织 （ L-X’I） 和世界气象组织 （ /YI） 定义水资源是 “ 作为资源的水应当是可供利用或可能被利 用， 具有足够数量和可靠质量， 并可为满足某地的水资源需
［B］ 求而能长期供应的水源。 ” 过去人们只注重生活用水， 生产
河口滨海区生态环境需水量与健康生态特征指标间的非线性 耦合关系得到神经网络计算模型， 借助 J,-8,K 工具箱， 快速实
［##］ ； 拾兵、 李希宁等还针 现数据的预处理、 网络的训练和仿真
。#$4% 年， 美国渔业与野生动
物保护组织规定了维护河流的最小生态流量， 后来随着河流 污染问题的出现， 河流生态恢复保护和水资源管理的需求， 5" 类别、 生态需 26*,78 和 9" :" ;8*7<= 等人对生态需水的概念、
大利亚把 “ 低地河流系统环境需水量” 作为 #$$3 —#$$’ 年研 究与发展计划项目； 英国环境部 /%%# 年 《 面向未来的水资 源》 报告中， 对未来 /> 年英国的环境用水和社会用水需要进 行了分析， 提出了 !% 个行动方案措施。预计在未来的几十
［’］ 年中， 全世界范围内的生态环境用水量将明显增加 。
外较为关注的是生态需水量。
> > >= 生态需水与环境需水
生态系统是由生物群落及其生存环境共同组成的、 不断 进行能量交换和物质循环、 不断进行生态控制和生态调节的 动态平衡系统。为生态系统提供所需的一定质量和数量的 水以维持物种的多样性和生态完整性， 这部分所需的水即叫 做生态需水量。 环境泛指围绕某一中心— — —人类群体的生存环境的空 间及其介质， 一般， 包括自然和社会环境。环境需水实质就 是为满足自然、 社会的各种功能健康所需要的水量。只有在
第 ! 卷" 第 # 期 #$$% 年 & 月
南 水 北 调 与 水 利 科 技 ’()*+,*(,-(.*+ /0*1. 2.03451.4 036 /0*1. ’781371 9 217+3(:(;<
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生态环境需水计算方法概述
赵" 博， 王铁良， 周林飞， 杨培奇
" " !# 国内研究现状
在我国， 从 /% 世纪 &% 年代开始就有人对环境用水给出 了定义： 环境用水是改善水质、 协调生态和美化环境用水等。 #$$> 年， 汤奇成以新疆地区为背景， 论述了生态环境用水的
［&］ 主要用途： 对一些重要的湖泊进行补水和人工植被用水 ，
% " $# 城市生态环境需水量计算
［4］
看国内外生态用水研究已取得了较大进展， 生态用水的概念 已相对明确， 核算方法也趋于完善。各国学者依据不同的案 例进行了大量研究， 特别是我国不仅研究了河流的生态用
［$］ 水， 对林地、 绿洲、 湿地等生态用水也进行了研究 。
目前新型的技术、 计算手段使生态环境需水量研究在原 有理论、 技术的基础上有了很多新的突破， !2 技术， 神经网络 技术等令生态环境需水量的研究呈现出新的姿态。崔保山、 胡波、 杨志峰在西南纵向岭谷区河道生态需水量的计算中提 出了生态径流—需水系数综合计算河道生态需水量模型， 构 建了河道生态需水评估体系， 又根据河流水文情势的周期性 变化， 提出异变系数与生态特征指数综合设定河道生态需水
［#］ 实际消耗的水资源总量 。就其内涵和研究现状来看， 国内
用水的开发与研究， 而今随着可持续发展观念的深入和生态 环境建设的需要， 生态需水研究在世界许多国家受到广泛关 注， 已经成为目前生态学、 水文学和水资源学研究的前沿问 题。因此， 做好现状和规划状态下的生态需水估算， 有利于 水利规划， 有利于生态环境调控与管理， 更有利于水资源的 优化配置。
需水 （ ?,@7< *<A 8AB7<,8 C,-*D D*EF7D*G*+-）的概念框架， 即提供 一定质量和一定数量的水给天然生境，以求最小化地改变天
［3］ 然生态系统的过程， 并保护物种多样性和生态整合性 。澳
%# 支持生态环境需水量研究的理论与方法
现在国内外对生态环境需水量的研究已经达到了比较先 进的水平， 计算方法多样且较为成熟， 可是目前生态环境需水 量的种类很多， 包括城市生态环境需水量， 湿地环境需水量， 流 域生态环境需水量等等， 不同的类型应对应有不同的研究方 法， 只有区别的加以对待才能有的放矢， 准确地指导实践。
% " $ " $# 城市生活需水# 包括居民家庭生活需水和市政公共 需水两部分。我国建设部于 #$$& 年发布的 《 城市给水工程 规划规范》 （ ;?>%/&/ —$& ）中给出了城市人均综合用水定 额的法定指标。第 ! 年的城市生活需水量可用相关法进行计
［>］ 水范围等进行了探讨 。#$$3 年， ;8*7<= 明确给出基本生态
对河口与近海生物对环境条件变化响应的非线性和不连续 性， 利用 ?9 神经网络强大的非线性映射能力， 建立了以水位、 流量、 含沙量、 叶绿素浓度为输入变量的神经网络模型， 实现了
［#/］ 对黄河口滨海区典型年份生态最小需水量的成功预测 。
应着各自不同的含义， 现解释如下。
> > <= 需水与用水
需水与用水是不同层次的两个概念， 需水是一个状态 值， 强调为了维持某种状态或达到某种程度而需要的水量， 而用水是一个动态的概念， 强调在发展过程中实际消耗的水 量。因此， 应将生态需水与生态用水在本质上加以区分， 生 态需水是维持某种生态系统功能或维持某种生态平衡所需 要具备的水量， 生态用水则是指生态系统在自然发展过程中
［&］ # %%% 亿 G! 的目标 。从生态用水研究与应用发展概况来
"# 生态环境需水量研究现状
" " $# 国外研究现状
生态环境需水量的研究工作最早是在国外开展的， 美国 早在 #$%& 年便对生态需水量进行了研究， 提出了流域管理 的概念， 认为流域水环境是一个整体， 并且先后提出了关于 河道最小生态流量核算的多种方法， 如 ’(#% 法， )*++,+- 法， 湿周法， ./0.122 法等。/% 世纪中叶的美国， 随着大量水库 的修建和水资源开发利用程度的不断提高， 资源管理部门开 始关注渔场的减少， 并逐步开展了一些关于鱼类生长、 繁殖 及其产量与河流流量之间的关系研究， 从而提出了河流最小 环境 （ 或生物） 流量的概念。英国从 /% 世纪 3% 年代设立水 资源局， ’% 年代进一步实行集中管理， 设立国家水理事会， 在 各流域水务局管辖范围内实行对地表水和地下水、 供水和排 水、 水质和水量的统一管理， 协调水资源在各部门之间的分 配。法国也在 /% 世纪后期也进行了相关的研究， #$$/ 年颁 布水法： 要保证河流的最低生物流量。在渔业法和乡村法中 规定了水利工程施工建设和运用管理应当保证的河道内最 小环境流量的底限， 最小环境流量或最低生物流量即相当于 目前通常认为的生态用水量
万方数据
环 境 水Leabharlann Baidu利
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第 > 卷 总第 /$ 期・南水北调与水利科技・/%%’ 年第 / 期L
［!］ 明确目标的前提下环境用水才会被赋予具体的含义 。
是我国较早提出生态环境需水问题的教授。最近几年， 随着 经济发展水平的不断进步， 人们对生态环境重要性的认识不 断提高， 生态需水量的概念也受到越来越多的关注。由中国 工程院组织专家完成的 《 /# 世纪中国可持续发展水资源战略 研究》 认为： 广义的生态环境用水是指 “ 维持全球生物地理生 态系统水分平衡所需用的水， 包括水热平衡、 水沙平衡、 水盐 平衡等， 都是生态环境用水” 。狭义的生态环境用水是指为 “ 维护生态环境不再恶化并逐渐改善所需要消耗的水资源总
［!］ 需要的水量叫做生态环境需水量 。有区域 （ 水域） 生态环
境需水； 城市生态环境需水； 植被生态环境需水量； 改善江、 河、 湖水的生态环境需水； 湿地生态环境需水……等等
的河道内生态环境需水量进行了估算， 对内陆河流域片干旱 半干旱地区的生态环境需水、 地下水超采严重的地区的生态 环境用水进行了估算， 并对全国生态环境用水制定了 &%% H
［/］ 量” 。我国从保护生态环境的目标出发对黄河、 淮河、 海河
! " "# 生态环境需水
严格的讲， 生态与环境是分属两个不同学科但是在含义 上有重叠的概念， 在很多不具备分别探讨生态需水与环境需 水的条件时， 如果将生态需水和环境需水综合考虑就会自然 的提出 “ 生态环境需水量” 这一概念， 可以定义为： 生物所在 环境中的各种生态因子 （ 环境中对生物有直接作用的因子） 所构成的综合体称为生态环境， 其维持生态系统水分平衡所
>= 生态环境需水量的概念
尽管国内外对生态需水这一类问题的研究很多， 但到目 前为止还没有一个得到学术界公认的特别准确的概念， 甚至 没有一个统一的名称， 分别有生态用水、 环境用水、 生态需 水、 环境需水、 生态环境用水和生态环境需水， 不同的名称对
收稿日期： #$$A,B#,B!" " 修回日期： #$$%,$C,BA 基金项目： 高等学校博士学科点专项科研基金， 教技发中心函 ［ #$$A ］ ##A 号； 辽宁省高等学校优秀人才支持计划项目， 辽教发 ［ #$$A ］ B#& 号 作者简介： 赵" 博 （ BDEC,） ， 女， 辽宁抚顺人， 硕士研究生， 主要从事生态环境方面的研究。
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GH?I J(，/?-K 281,:803;，GHIL M83,518，N?-K O18,P8 （ !"#$%&$’ (’)*+,-.,)&- /$*0#)1*.%，!"#$%&$’， BB$BAB ，2"*$&） 78#/%$&/： ?* @.1413*，*+1 Q0*1. 61R036 (5 *+1 17(:(;870: 13S8.(3R13* +04 T113 R(.1 036 R(.1 .1410.7+16> J)* *+1 17(:(;870: 13S8.(3R13*0: Q0*1. .1P)8.1, R13*U4 615838*8(34 036 70:7):0*8(3 R1*+(64 0.1 68551.13*> V3 *+84 @0@1.，8* 6147.8T14 *+1 684*837*8(3 T1*Q113 S0.8()4 615838*8(34 (5 *+1 68551.13* *<@14 (5 17(, 036 41@0.0*1:< 83*.(6)714 *+1 70:7):0*8(3 R1*+(6 (5 17(:(;870: 13S8.(3R13, :(;870: 13S8.(3R13*0: Q0*1.，4)R4 )@ *+1 R1*+(64 5(. 70:7):0*83; Q0*1. 61R036， *0: Q0*1. 61R036 (5 Q+87+ 17(:(;870: 4<4*1R 83 *+1 78*<，:0W1 ，Q1*:036 036 6.0830;1 0.10> 9": ;+%0#： 17(:(;870: 13S8.(3R13*0: Q0*1. 61R036；615838*8(3；70:7):0*8(3 R1*+(6
［ #% ］ 等级系数的方法 ； 张长春、 王光谦、 魏加华等利用遥感技术
重点对黄河三角洲湿地生态系统需水量中的蒸散量进行了
［’］ 计算 ； 张远、 杨志峰等从黄淮海地区林地生态系统的水量平
衡出发， 在 ;I2 支持下计算研究区的林地最小生态环境需水
［3］ 量 ； 拾兵、 李希宁等利用人工神经网络的最新技术， 建立了
（ 沈阳农业大学水利学院， 沈阳 BB$BAB ）
摘要： 目前对生态环境需水量的研究越来越多， 对生态环境需水量的定义和计算方法也各不相同。对各种定义加以区 分， 着重对不同类型生态环境需水量的计算方法进行概括总结， 分别介绍了城市、 湖泊、 湿地和流域生态系统的生态环 境需水量的计算方法。 关键词： 生态环境需水； 概念； 计算方法 中图分类号： FB%B> B" " 文献标识码： ?" " 文章编号： BA%#,BAEC （ #$$% ） $#,$$!C,$!