減水河段生態(tài)需水量

1、減水河段生態(tài)需水量河道是大自然的主動脈和大血管，不僅具有行洪排澇、供水灌溉、交通航運、水能發(fā)電等社會服務功能，而且具有棲息地、輸送、源匯、水分涵養(yǎng)、水體凈化、生物多樣性保護、景觀等多種生態(tài)環(huán)境服務功能。然而，水利水電工程的開發(fā)建設，在帶來經(jīng)濟效益和社會效益的同時，也在一定程度上改變了河道原有的水文情勢，容易對下游河道產(chǎn)生水質惡化、棲息地安全性脅迫等水生態(tài)環(huán)境問題，對河道生態(tài)環(huán)境服務功能的實現(xiàn)產(chǎn)生了不利影響。為了維持河道生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡，首先應滿足其對水量的合理需求，尤其要滿足最小生態(tài)需水量的需求。如何既要滿足水利水電工程的用水需求，確保工程正常運行,促進經(jīng)濟社會的又好又快發(fā)展，又能滿足水利水

2、電工程下游河道尤其是減水河段的最小生態(tài)用水需求，確保河道生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定不受破壞性影響，是一個亟需解決的新課題。進行最小生態(tài)需水量的計算,不僅是建設項目水資源論證當中的重要一環(huán)，更是解決上述新課題的技術基礎與關鍵。本文在己有研究的基礎上，從生態(tài)水文學的角度,討論了引水式電站減水河段最小生態(tài)需水的概念及其計算方法。1國內外研究進展概述1.1 國外研究進展概述20世紀70年代以前，國際上還沒有形成明確的河道生態(tài)需水量概念，英美等國開始在法律中設定水庫下泄的最小流量，以滿足河流下流地區(qū)航運、公共健康以及漁業(yè)對水量，水質的需求1,2。但到80年代，伴隨著人們對河道生態(tài)系統(tǒng)及其生命健康的認識與理解，河

3、道生態(tài)需水量也逐漸得以重視與關注，并成為討論和研究的熱點問題之一。1989年，Gore建議在河流規(guī)定最小流量，并指出生物群落的最小流量需求僅是管理決策的一部分。1998年，Gleick明確提出了基本生態(tài)需水量（BasicEc-ologicalWaterRequirement）的概念，即需要提供一定質量和數(shù)量的水供給天然生境，以求最小程度地改變天然生態(tài)系統(tǒng)，并保護物種多樣性和生態(tài)完整性，認為生態(tài)需水量在一定的時間和空間下是可以變動的值4。2002年，David等認為，如果濕地（湖泊）水量低于某一個量時，將會導致其生態(tài)系統(tǒng)結構的破壞及功能的喪失。為了最大程度地實現(xiàn)濕地的生態(tài)價值，必須滿足它本身所需

4、要的水量。在生態(tài)環(huán)境需水及用水研究方法上，1976年，White為產(chǎn)卵、飼養(yǎng)和魚道定義了微生態(tài)環(huán)境指標，利用這些指標和水力模型一起預測流量變化對漁業(yè)的影響。1976年，Tennant提出了Tennant法，該方法是目前國內外通用的一種確定河道內推薦流量的方法，其河流流量推薦值以預先確定的年平均流量的百分數(shù)為基礎7。1982年，Bovee提出的最小流量增量法（IFIM）是預測最小保護流量的一個方法。1982年，Boner提出了7Q10法，即采用90%保證率最枯連續(xù)7d的平均水量作為設計值9。除此之外，還有基于水文學參數(shù)的Q95th>ABF>BasicFlowTaxas等，基于水力學參

5、數(shù)的濕周法、Singh、R2Cross等，生物/水力數(shù)據(jù)收集與分析方法（如Basque法、HQI法和RCHARC法等）、棲息地職業(yè)判斷法（如整體分析法、分區(qū)建快法BBM和專家小組評價法等）以及FRC等生物響應模擬模型法等研究方法。從國外研究進展來看，對水利工程下游河道尤其是引水式水電站減水河道最小生態(tài)需水量的研究并不很多。1.2 國內研究進展概述對于生態(tài)環(huán)境需水、用水等方面的研究，我國起步較晚，對生態(tài)環(huán)境需水、用水的概念、內涵與外延等沒有統(tǒng)一的定義，對其計算方法的研究也并不深入和完善，多以定性分析和宏觀定量相結合的方法為主。1999年中國工程院開展了中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究項目,其中專題之

6、一中國生態(tài)環(huán)境建設與水資源保護利用就我國生態(tài)環(huán)境用水進行了較為深入的研究，界定了生態(tài)環(huán)境用水的概念、范疇及分類，估算了我國生態(tài)環(huán)境用水總量約800-1000億m3（包括地下水的超采量5080億m3）。這一研究成果對我國宏觀水資源規(guī)劃和合理配置具有十分重要的指導意義，推動了生態(tài)環(huán)境用水研究的進程，國內諸多學者也相繼發(fā)表了有關文獻與著作10。21世紀以來,我國河道生態(tài)需水量研究理論趨于成熟，同時涌現(xiàn)出了許多適合我國實際情況的研究方法。同時，隨著人們逐漸認識水利水電工程對下游河道生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響，專家和學者們開始從不同的視角、不同的對象進行了研究，并取得了一定成果11-19。目前，有關這方面的

7、研究，在概念界定、計算方法等理論體系上還有很大的拓展空間和豐富內容。2最小生態(tài)需水址內涵河道最小生態(tài)需水是一個很復雜的概念，不僅包括河道本身生態(tài)系統(tǒng)生理方面的要素，還包括復雜的人類價值及生物的、物理的、倫理的、藝術的、哲學的和經(jīng)濟學的觀點。從上述國內外研究進展來看，由于研究的出發(fā)點和研究的對象等不盡相同，各學者對河道最小生態(tài)需水量的理解和表述也有所差異。河道是陸地和海洋聯(lián)系的紐帶，在生物圈的物質循環(huán)中起著重要作用。它具有縱向成帶現(xiàn)象，其生物多具有適應急流生境的特殊形態(tài)結構、相互制約關系復雜、自凈能力強、受干擾后恢復速度快等特點。但引水式水電站建成后，人為地減少了河道水量，減水河段的長期水量減小使河道生態(tài)系統(tǒng)內各種生物逐漸適應生境而生存。因此，減水河道的最小生態(tài)需水與天然河道也有所區(qū)別。根據(jù)生態(tài)學上的耐受性定律20,21：每一種環(huán)境因子都有一個生態(tài)上的適應范圍大小，稱之為生態(tài)幅。即有一個最低和最高點，兩者之間的幅度為耐性限度。因此，作為減水河段主要生態(tài)因子之一的水量,應在一個合理的范圍之內，即有一個最高、最適和最低3個基點。其上限是減水河段最大生態(tài)需水量，超過此值，一方面，河道將水漫堤岸，可能發(fā)生洪澇災害，嚴重威脅周邊地區(qū)生命財產(chǎn)安全；另一方而，河道在最大水量運行期間在一定程度上因植物根系缺氧、窒息、爛根等