第十章 生態(tài)用水

第十章生態(tài)用水第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)生態(tài)用水的概念第二節(jié)生態(tài)用水的途徑及意義第三節(jié)生態(tài)用水量計算及我國生態(tài)用水狀況第四節(jié)生態(tài)用水保障措施思考題本章內容第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)生態(tài)用水的概念第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五（一）生態(tài)系統(tǒng)的定義

生態(tài)系統(tǒng)一詞是由英國生態(tài)學家坦斯萊（A.G.Tansley）于1935年首次提出，指在一定的空間內生物成分和非生物成分通過物質循環(huán)和能量流動相互作用、相互依存而構成的一個生態(tài)學功能單位。它把生物及其非生物環(huán)境看成是互相影響、彼此依存的統(tǒng)一整體。第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五（二）生態(tài)系統(tǒng)的結構特征

生態(tài)系統(tǒng)由生物成分和非生物成分兩部分組成，如圖10-1所示。生態(tài)系統(tǒng)生物成分非生物成分生產者消費者綠色植物光合細菌及自養(yǎng)生物初級消費者：草食動物次級消費者：肉食動物三級消費者：大型肉食動物分解者：微生物、小型動物溫度、陽光土壤水、二氧化碳、氧有機物等圖10-1生態(tài)系統(tǒng)的結構第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五生態(tài)系統(tǒng)不論是自然的還是人工的，都具下列共同特性：（1）生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)學上的一個主要結構和功能單位，屬于生態(tài)學研究的最高層次。（2）生態(tài)系統(tǒng)內部具有自我調節(jié)能力。其結構越復雜，物種數越多，自我調節(jié)能力越強。（3）能量流動、物質循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的兩大功能。（4）生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級的數目因生產者固定能值所限及能流過程中能量的損失，一般不超過5~6個。（5）生態(tài)系統(tǒng)是一個動態(tài)系統(tǒng)，要經歷一個從簡單到復雜、從不成熟到成熟的發(fā)育過程。

第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五（三）生態(tài)系統(tǒng)的功能凈化空氣；調節(jié)氣候；水土保持；調蓄洪水；涵養(yǎng)水源；有機物質的生產；污染降解。第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

水資源是生態(tài)系統(tǒng)存在的基礎；

人類過度掠奪水資源，使生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴重破壞；

生態(tài)系統(tǒng)的惡化又會影響人類的生存和發(fā)展；

對經濟社會發(fā)展的宏觀調控，是實現人與自然和諧共徑。第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五（一）生態(tài)用水的由來國外情況：20世紀40年代，初步研究。

20世紀70年代，歐洲、澳大利亞、南非等國家先后開展了相關方面的研究，并，提出了許多計算和評價方法。

20世紀90年代，隨著水資源學和環(huán)境科學在相關領域研究的深入，生態(tài)系統(tǒng)用（或需）水量化研究才正式成為全球關注的焦點。

第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五國內情況：20世紀80年代末期，做初步研究，起步較晚。

直到20世紀90年代前半期，生態(tài)用水研究一直停留于僅有名稱而無內涵的狀態(tài)，對其概念的定義、內涵的界定、類型劃分等理論問題均未進行過深入的研究和探討。

20世紀90年代后期，隨著國家“九五”科技攻關項目深入開展，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)用水研究的進程。

第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五（二）生態(tài)用水的定義生態(tài)用水也叫生態(tài)需水、生態(tài)環(huán)境用水，是近幾年隨著生態(tài)環(huán)境逐漸惡化而提出的新概念。一般廣義上說：是指維持全球生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需要的水量，比如河流、濕地等維持本身功能所需要的水量。生態(tài)用水具體包括維持水熱平衡（即降水與地表水蒸發(fā)、植被蒸騰之間的平衡）、生物平衡（維持水生生物生長及水體自然凈化）、水沙平衡（清除河道淤積、水庫淤積）和水鹽平衡（防止海水入侵、保持淡水性狀）所需的水量。第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五與生態(tài)用水相對應的還有生態(tài)需水和生態(tài)缺水兩個概念，為了便于區(qū)分也給出它們的定義，如下：生態(tài)需水（ecologicalwaterdemand）：以水循環(huán)為紐帶，從維持生態(tài)系統(tǒng)自身生存角度，相對一定生態(tài)環(huán)境質量目標下客觀需求的水資源。生態(tài)需水與相應的生態(tài)保護、恢復目標以及生態(tài)系統(tǒng)自身需求直接相關，生態(tài)保護、恢復目標不同，生態(tài)需水就會不同。生態(tài)需水是相對合理的水量。生態(tài)耗水（ecologicalwaterconsume）：生態(tài)耗水是指現狀多個水資源用戶（生產、生活和生態(tài)）或者未來水資源配置（生產、生活和生態(tài)）后，生態(tài)系統(tǒng)實際消耗的水量。它需要通過該區(qū)域經濟社會與生態(tài)耗水的平衡計算來確定。生產、生活耗水過大，必然擠占生態(tài)耗水。第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五（三）生態(tài)用水的分類生態(tài)用水可以按照使用的范圍、對象和功能進行分級和分類。按照水資源的空間位置和補給來源，生態(tài)用水被劃分為河道內生態(tài)用水、河道外生態(tài)用水兩部分；依據生態(tài)系統(tǒng)分類，又對生態(tài)用水進行二級劃分，如將河道內生態(tài)用水

進一步劃分為河流生態(tài)用水、河口生態(tài)用水、湖泊生態(tài)用水、濕地生態(tài)

用水、地下水回灌生態(tài)用水、城市河湖生態(tài)用水；根據生態(tài)用水的功能不同，再將其進一步進行三級劃分。第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五一級分類二級分類三級分類河道內生態(tài)用水河流生態(tài)用水河道基流用水沖沙用水稀釋凈化用水河口生態(tài)用水沖淤保港用水防潮壓咸用水河口生物用水湖泊生態(tài)用水最小水位用水水生植物用水稀釋凈化用水濕地生態(tài)用水生物棲息地用水沿岸帶及沼澤濕地用水稀釋凈化用水地下水回灌生態(tài)用水地下水回灌用水城市河湖生態(tài)用水城市各種河湖景觀用水河道外生態(tài)用水自然植被用水自然林地（喬灌）用水自然草地用水水土保持生態(tài)用水人工造林用水人工種草用水防護林草生態(tài)用水農田防護林用水防風固沙林用水城市綠化用水城市各種植被或綠地用水表10-1生態(tài)用水分類系統(tǒng)第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)生態(tài)用水的途徑及意義

1、存在的問題（1）生態(tài)用水研究涉及多學科交叉的問題，未形成共認的生態(tài)用水基本理論。（2）生態(tài)用水是一個變量，隨時間和地點不同而不同。（3）水分具有很重要的作用，植被生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)用水計算方法以及植被與水

分的關系研究尚未沒有形成一個系統(tǒng)的理論。（4）生態(tài)用水問題具的空間和時間上動態(tài)變化。（5）生態(tài)用水與地表水的關系研究較多，但生態(tài)用水與地下水之間關系的研究

較少，也只是對某一區(qū)域的某一點的微觀研究，而不是相對于整個系統(tǒng)的

研究。第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

2、我國今后研究的重點（1）加基礎理論研究，統(tǒng)一生態(tài)用水概念，建立共認的生態(tài)用水理論。（2）在微觀領域，對已有一定研究基礎的試驗區(qū)進行分區(qū)分類，作長

期的定位觀測。（3）在宏觀領域，研究現有各大流域生態(tài)用水現狀及可行的水資源配

置方案，通過實際應用的效果，進一步分析生態(tài)用水研究中存在

不足。（4）研究從微觀到宏觀的尺度轉換，將小流域（小區(qū)域）研究成果應

用到在中流域研究中，提出轉換并減小誤差的計算方法，不斷提

高計算適用性和精度。第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

1、供水水源生態(tài)用水水源地表水地下水土壤水降水第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

1、供水方式

河道外生態(tài)用水：由于天然植被系統(tǒng)多依賴于降水補給，因此生態(tài)用水的對象主要是針對城市綠地、人工綠洲、防護林草等各種人工植被系統(tǒng)

河道內生態(tài)用水：則主要通過各種水利工程對河流、湖泊內的水量進行調度和分配，以滿足河道內各種生態(tài)用水需求。河道內生態(tài)用水河道外生態(tài)用水第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)生態(tài)用水量計算及我國生態(tài)用水狀況目前，計算生態(tài)用水量的方法主要有兩大類：針對河流、湖泊（水庫）、濕地、城市等小尺度提出的計算法；針對完整生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域尺度提出的計算方法。第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五河道外生態(tài)用水量計算方法1．直接計算方法以某一區(qū)域某一類型植被的面積乘以其生態(tài)用水定額計算生態(tài)用水量。該方法適用于基礎工作較好的地區(qū)與植被類型，如防護林草、人工綠洲。其計算公式為：

(10-1)式中：—河道外生態(tài)用水量，；—第i類植被對應的面積，；—第i類植被年平均灌溉定額，/；—喬木、灌木、草本等植被類型數量。第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五2．間接計算方法該方法是根據潛水蒸發(fā)量的計算，來間接計算生態(tài)用水。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，得到的乘積即為生態(tài)用水。計算公式如下：

(10-2)式中：—第i類植被在地下水位某一埋深時的潛水蒸發(fā)量，由經驗值或實驗確定；K—植被系數，即在其他條件相同的情況下有植被地段的潛水蒸發(fā)量除以無植被地段的潛水蒸發(fā)量所得的系數，由實驗確定。第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五河道內生態(tài)用水量計算方法

河道內生態(tài)用水量的計算，視河道內不同生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境功能用水而異。一般河道內用水主要考慮以下幾個方面：

河流水生生物的保護和利用；多沙河流的水沙平衡；河流水力發(fā)電用水；河流航運。第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五河道內生態(tài)用水量計算方法如下：(10-3)式中：

為河道內生態(tài)用水量；

為河道天然徑流量；

為供給河道外的經濟用水量（包括生產、生活用水）。(10-4)式中：

為受水利工程調控后的河道徑流量；為通過水利工程調度后的生態(tài)補水量；其他符號意義同前。第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五通過式10-4計算出海河流域1997年的生態(tài)用水量，如表10-2。分區(qū)年徑流量（108m3）經濟用水量（108m3）河道生態(tài)用水（108m3）生態(tài)用水占徑流量的比例（%）灤河及冀東沿海31.419.412.038.2海河北系31.334.5-3.2-10.2海河南系50.652.7-2.1-4.2徒駭-馬頰河系4.16.4-2.3-56.4海河流域117.4113.04.43.7表10-21997年海河流域生態(tài)用水量計算結果注：“-”代表生態(tài)用水已嚴重被經濟用水所擠占，且需要從外流域調水補充河道水量。第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五我國生態(tài)用水現狀我國在生態(tài)用水方面的研究起步較晚，對生態(tài)用水的重要性也認識不足，目前我國生態(tài)用水的特點反映在以下兩個方面：生態(tài)用水所占比重非常小生態(tài)用水保障意識仍需提高第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五編號水資源一級分區(qū)2003年2004年2005年2006年用水量/億m3占總用水量比例用水量/億m3占總用水量比例用水量/億m3占總用水量比例用水量/億m3占總用水量比例A松花江3.00.85%3.20.87%5.51.45%2.40.60%B遼河0.00.00%1.30.69%1.60.84%2.41.18%C海河1.90.50%4.31.16%5.11.35%4.61.18%D黃河2.50.71%3.20.86%3.60.94%3.70.93%E淮河3.00.63%4.10.74%5.00.92%5.50.93%F長江27.01.57%30.01.65%22.11.20%24.71.31%G東南諸河7.52.37%7.52.37%7.92.43%8.22.50%H珠江9.01.07%8.00.93%8.91.02%8.60.98%I西南諸河0.60.64%0.20.21%0.30.30%0.30.29%J西北諸河24.94.13%20.13.35%32.85.32%32.65.24%K全國合計79.51.49%82.01.48%92.71.65%93.01.60%表10-32003～2006年全國生態(tài)用水統(tǒng)計表資料來源：2003～2006年《中國水資源公報》。

表10-32003～2006年全國生態(tài)用水統(tǒng)計表第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五抬高水位的工程調節(jié)措施是指通過對河湖水位的抬高，增大河湖水面和水深來滿足生態(tài)用水的需要。蓄水調節(jié)工程措施主要包括在河道或湖泊出口處建設橡膠壩、翻板壩、溢流堰、節(jié)制閘等，以蓄水來抬高水位。第四節(jié)生態(tài)用水保障措施第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五1.橡膠壩

橡膠壩是一種在河道內生態(tài)用水調節(jié)的常見的工程，枯水期能抬高河湖水位,保持壩前水量,以滿足生態(tài)用水的要求。洪水期橡膠壩放空（排氣或水），不影響河道正常行洪，洪水過后再充氣（或水），壩繼續(xù)擋水。其優(yōu)點是既不影響行洪又能方便的抬高水位，工程投資較低，缺點是難適應污染較嚴重的城市河道，特別是漂浮物和推移質對壩體影響較大圖10-3萊蕪市牟汶河三號橡膠壩第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五2.翻板壩

翻板壩是一種間斷蓄水、排水的水利工程，該壩在水位抬高超過設計水位后，翻板在設計的水壓力的作用下倒伏排水或豎立擋水，以保持一定的水位變化范圍，滿足城市景觀和生態(tài)用水的要求。其特點與橡膠壩相同。抬水方便，投資低。但是污染嚴重。圖10-4銅仁地區(qū)印江河翻板壩第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五3.溢流堰溢流堰是一種固定式擋水壩，當水位高于堰頂時，開始溢流，當來水較少，堰頂停止溢流。其優(yōu)點是枯水期能有效地保持河湖水位，漏水少，管理簡單，運行要求低。缺點是對河湖行洪有一定的影響，對水位調節(jié)困難圖10-5萊蕪市侯盤龍溢流壩第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五4.節(jié)制閘節(jié)制閘是建在河道或湖泊排水出口的一種常見的水利工程，能有效地抬高或降低水位，對行洪影響也較小。其特點是水閘開、關頻率較高，水位變幅較大，管理較為復雜，采用哪種水工建筑物抬高河湖水位，必須具體問題具體分析。對管理困難的河湖不應采用節(jié)制閘圖10-6南四湖二級壩第三節(jié)制閘第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

水利調度工程是一項十分復雜的流域或區(qū)域系統(tǒng)工程，通過水資源的合理配置，確保缺水地區(qū)生態(tài)用水要求。20.湖北荊江大堤二期加固工程

21.漢江王浦洲水利樞紐工程

22.黃河小浪底水利樞紐工程

23.長江三峽水利樞紐工程

24.湖南洞庭湖防洪蓄洪工程

25.湖南江埡水利樞紐工程

26.四川石板水電站工程

27.四川大橋水庫工程

28.廣東飛來峽水利樞紐工程1.遼寧觀音閣水庫工程

2.遼寧白石水庫工程

3.河北桃林口水庫工程

4.海河干流治理工程

5.山西萬家寨引黃工程

6.黃河萬家寨水利樞紐工程

7.山西汾河二庫工程

8.黃河上中游地區(qū)水土保持工程

9.甘肅引大人秦工程

10.甘肅河西走廊(疏勒河)農業(yè)灌溉暨移民安置合作開發(fā)項目11.新疆烏魯瓦提水利樞紐工程

12.西藏滿拉水利樞紐工程

13.淮河流域綜合治理工程

14.上海防汛墻加固工程

15.太湖流域綜合治理工程

16.安徽無為大堤加固工程

17.浙江珊溪水利樞紐工程

18.浙江碗窯水庫工程

19.江西鄱陽湖治理一期工程第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五通常，在枯水季節(jié)為滿足工農業(yè)生產以及生態(tài)系統(tǒng)用水需求，需要大量開采地下水，而這又勢必會引起地下水位下降、水資源儲量減少，并引起地面沉降、土地荒蕪、海水入侵等地質災害和環(huán)境問題。因此在開發(fā)利用地下水資源時，必須人為地調節(jié)好地下水的開采與補給關系，在豐水季節(jié)借助各種工程措施，將地表水引入地下，從而達到在時間和空間上對地下水進行合理調配、補償枯水季節(jié)損失的水量的目的，這種增補地下水的方法稱為人工補源回灌工程。第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五1.淺層地面滲水補給淺層地面滲水補給就是將水引入坑塘、渠道、洼地、干涸河床、礦坑、平整耕地及草場中，借助地表水與地下水的水頭差，使水自然滲漏補給含水層，增加含水層的儲存量。圖10-98地面滲入補給其特點是淺層地面滲水補給具有設備簡單、投資少、補給量大、管理方便、因地制宜等優(yōu)點第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五2.深層地下水灌注補給圖10-9深井回灌補給含水層上部覆蓋有弱透水層時，地表水滲入補給強度受到限制，為了使補給水源直接進入潛水或承壓水含水層，常采用深井回灌，通過管井、大口井、豎井等設施，將水灌入地下。第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五其特點是：

①不受地形條件、地面弱透水層分布、地下水位埋深的制；②占地少，可以集中補給，水源浪費少；