生態需水理論與方法研究及發展前景分析

郝少英

（山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002）

隨著社會經濟的發展，人類活動對生態系統的干擾不斷加大，甚至超出生態系統的承受能力，生態問題日漸突出，可持續發展面臨嚴峻挑戰。生態需水問題涉及水資源合理配置、土地資源利用、生態環境保護及經濟布局等諸多方面。因此，加強生態需水理論與方法的研究，對扭轉環境惡化局面、保護生態環境、實現經濟可持續發展具有重要意義。

1 生態需水概念及研究內容

1.1 生態需水概念

生態需水是處理人與生態關系的核心。生態需水并不是一個嶄新的術語，而是伴隨生態環境惡化而逐漸為人們所熟知的。生態需水概念的提出體現了一種新的流域環境管理的思維模式，它重視生態環境和水資源之間的內在關系，強調水資源、生態系統和人類社會的相互協調發展的理念。生態需水最早由美國提出，其目的是研究維持河道內魚類生存所需的河道基流，之后發展到河岸帶生態需水研究，直到目前開展的流域尺度、區域尺度上生態需水研究[1]。

國內生態需水研究始于20世紀90年代，不同的研究者由于對生態需水的研究對象、研究思路和技術手段不同，從不同的角度對生態需水進行了界定。從廣義上來講，維持全球生物地理生態系統水分平衡所需的水包括：水熱平衡、生物平衡、水沙平衡、水鹽平衡等所需用的水都是生態需水[2]；狹義地講，生態需水是為了維持生態系統的某種質量水平，需要向生態系統不斷提供或保留的水量[3-5]。這表明生態需水的概念、內涵在不斷豐富。

1.2 生態需水研究內容

20世紀80年代初期，美國在生態需水方面取得了初步研究成果，形成了生態需水分配研究的雛形，并在河道內流量計算方面形成了較完善的方法[6]。之后，生態需水有了長足發展，特別是近年來，為了促進水文水資源研究，國際之間加強了合作，其中包括河流枯水流量研究，最主要的是由國際間共同努力而建立起來的FRIEND行動計劃[7]，隨著FRIEND行動計劃的推廣，生態需水研究在非洲、地中海沿岸干旱地區以及歐洲也相繼發展起來。

我國生態需水的研究盡管起步較晚，但研究進展較快。在國內，生態需水由水文水資源學家率先提出，在相繼研究中也集中在水文和水資源研究領域。我國生態需水的研究從20世紀80年代開始，研究目標主要集中在西北干旱、半干旱地區林草植被建設的生態需水問題上。從90年代后期開始，生態需水方面的研究成果逐漸增多，特別是到2000年以后中國學術界對生態需水研究高度重視，涌現出大量的相關研究成果。總之，隨著這些理論研究的不斷深入和實踐活動的不斷開展，生態需水研究理論將日趨成熟。

2 生態需水量研究方法

生態需水計算方法研究歸納起來主要涵蓋兩個方面：一是河流生態需水即河道內生態需水；二是陸地生態需水即河道外生態需水。

2.1 河道內生態需水研究

目前，生態需水量研究主要集中于河道內生態需水，采用的方法多種多樣，這些研究大多遵循縱向（順水流方向）、橫行（垂直水流方向）、垂向（地表水與地下水上下交換方向）和時間域的四維研究手段[8]，即歷史流量法、水力學法、生物棲息地法和整體分析法，各類方法的代表模型、優缺點及適用范圍見表1。

表1 河道內生態需水計算方法分類及特點

以上每類中都包含多種方法，而每種方法又各有特點和適用范圍。在實際運用中，一個關鍵的問題是根據實際情況從眾多的方法中選出一種或幾種簡單易行且滿足河流生態系統保護要求的合適方法。

2.2 河道外生態需水研究

河道外生態需水主要是指植被生態需水，該研究主要集中在水資源缺乏的干旱和半干旱地區，其計算方法主要包括面積定額法、改進后的彭曼公式法、基于遙感的生態需水量計算方法和潛水蒸發法，各種計算方法的優缺點及適用條件見表2。

表2 河道外生態需水計算方法分類及特點

3 存在問題

目前，國內外在生態需水的研究方面取得了大量成果，在實踐中得到了廣泛應用，但由于水和生態系統關系極其復雜，生態需水理論研究目前還處于探索階段，一些問題有待深入研究，具體包括以下幾方面：

第一，生態需水理論體系的建立。目前，有關生態需水的研究還基本停留在介紹概念或定義的層面上，缺乏對生態目標的明確詮釋，也未對水分—生態耦合作用機理進行系統剖析。因此需要加強生態需水的機理、影響因素、計算方法及評價指標體系等方面的研究，為我國水資源可持續開發利用提供科學依據。

第二，尺度的研究。我國生態需水的尺度研究大部分集中在中尺度水平，空間尺度主要集中于西北內陸地區和黃淮海流域，時間上主要以年月為計算單位，雖然這些宏觀研究為水利部門和環保部門的水資源管理和環境保護提供了一些理論依據，但對于具體的水資源合理配置研究還缺少準確數據和理論依據。

第三，模型的研究。目前，生態需水量多側重于單項研究，而且各項間的計算存在交叉重復，需要建立生態需水量耦合模型，定量分析流域生態需水量。

目前，國內的生態需水研究主要是借鑒國外的相關研究理論和方法，這些理論和方法往往只是理論上的核算，在實踐中難以利用。隨著計算機技術和各種理論方法的不斷完善，生態需水研究無論在理論上，還是實踐中將日益成熟。

[1]嚴登華，何巖，王浩，等.生態水文過程對水環境影響研究述評[J].水科學進展，2005，16（5）：747-752.

[2]張光斗，錢正英.中國可持續發展水資源戰略研究綜合報告[J].中國水利，2000（8）：5-17.

[3]倪晉仁，金玲，趙業安，等.黃河下游河流最小生態環境需水量初步研究[J].水利學報，2002，8：121-129.

[4]劉靜鈴，楊志峰.湖泊生態環境需水量的計算方法研究[J].自然資源學報，2002，17（5）：604-609.

[5]王讓會，盧新民，宋郁東，等.西部干旱區生態需水的規律和特點——以塔里木河下游為例[J].應用生態學報，2003，14（4）：520-524.

[6]Geoffrey E.Petts.Water allocation to protect river ecosystems[J].RegulatedRivers：Research&Management.1996（12）：353-365.

[7]Smakthin V U．Low flow hydrology：a review[J].Journal of Hyd rology，2001，（240）：147-186.

[8]楊沛，毛小苓，李天宏.快速城市化地區生態需水與土地利用結構研究 [J].北京大學學報（自然科學版）網絡版，2009,4：39-47.