新鄭市生態水系需水量研究

□劉付榮（河南省鄭州水文水資源勘測局）

新鄭市生態水系需水量研究

□劉付榮（河南省鄭州水文水資源勘測局）

在探討生態環境需水量概念的基礎上，總結了目前常用的生態需水量研究方法。并在對新鄭市水系調查分析的基礎上，根據新鄭市水系的實際情況，采用換水周期法根據水系水體規模、蒸發量及滲漏量計算了新鄭市水系生態環境需水量。計算結果表明，新鄭市河道和人工湖泊生態需水量分別為3533萬m3和1079萬m3。今后需要加強河道生態資料的監測和收集，建立以生態學信息為基礎的物理實驗模型，為定量研究河道內生態環境需水量提供有力支撐。

新鄭市，生態水系，需水量

水是生態環境系統的核心要素，是經濟社會可持續發展戰略的重要支撐。但在水資源的開發利用中，人們往往只重視生產和生活對水資源的需要，而忽視生態環境的需求，甚至在實際用水中掠奪生態環境用水，致使區域生態環境惡化，直接威脅到人類的生存與發展。維護生態系統的良性循環必須重視對水資源的合理開發與保護，充分考慮生態環境需水和水資源的持續利用。如何協調人與生態環境的關系，維持、恢復、重建、改善區域生態環境，保障生態環境用水，是當前人類面臨的迫切任務，也是可持續發展和水資源可持續利用的重要內容。

目前生態環境需水的定量化研究還有一定難度，但該研究是目前水資源可持續管理的一種迫切需要。研究生態需水已成為生態環境與社會可持續發展的需要，生態系統良性循環的需要、實現水資源合理配置的需要以及生態環境惡化治理緊迫性的需要。因此，研究生態環境需水不僅具有理論上的重要意義，而且具有較高的實際應用價值。

新鄭市位于河南省中部，地處北緯34°16′～34°39′，東經113°30′～113°54′之間，總面積873km2，其中市區建成區面積22km2。新鄭市域范圍內主要河流有：雙洎河、黃水河、潩水河、梅河、蓮河、柳河、暖泉河、高路河、十七里河、十八里河和潮河等，河流總長223.82km。新鄭市內自然排水系統較為完整，但各排水河道現狀防洪除澇標準不統一，部分河道防洪標準偏低，河道侵占、淤積嚴重，造成行洪能力不足。由于鄉鎮工業廢水排放污染、農業生產的殘留、居民生活污水和廢棄物的污染、農村水處理設施欠缺和跨區域污染，使市域范圍水體污染嚴重，地表水水質質量日趨惡化，不僅帶來了嚴重的水環境問題，更加劇了水資源的貧乏。新鄭市市域范圍內的大部分河道水生生境比較單一，水體自凈能力較差，水生態系統功能下降，水生生物多樣性受到破壞。因此，該研究以新鄭市為例，對新鄭市的生態環境需水量進行了分析，為城市生態環境需水量研究提供理論依據與方法支持。

1.生態環境需水量的概念及其研究方法

生態環境需水包括河道內生態環境需水量和河道外生態環境需水量。河道內生態環境需水量指為維護河流系統正常的生態結構和功能所必須保持的水量，河道內生態環境需水量研究范圍包括河道及連通的湖泊、濕地、洪泛區范圍內的陸地。河道外生態環境需水量主要指保護和恢復河流下游的天然植被及生態環境、水土保持及水保范圍之外的林草植被建設所需水量。河道最小生態需水量是指維系和保護河流的最基本生態功能不受破壞所必須在河道內保留的最小水量，河道最小生態需水量所要滿足的生態功能主要是維持水生生物棲息地和維持河流生態系統平衡。河道最小環境需水量主要包括河道滲流需水量、河道蒸發需水量、河道自凈需水量以及河道輸沙需水量。河道最小生態需水量的確定在國內外有過大量的研究，其中最為典型的是Tennant法、此外還有7Q10法、濕周法、R2Cross法、棲息地法等。國內楊志峰等還提出了月（年）保證率設定法和最小月（年）計算法。一般地，河道生態環境需水量的合理取值是河道最小生態需水量、河道自凈需水量以及河道輸沙需水量等三項中的最大者與河道滲流需水量、河道蒸發需水量之和。

湖泊生態需水量是指為保證特定發展階段的湖泊生態環境系統結構與功能并保護生物多樣性所需要的一定質量的水量，主要包括湖泊生物需水量、湖泊蒸散發需水量和水生生物棲息地需水量。湖泊環境需水量是以生態環境現狀為出發點，為保證湖泊發揮正常的環境功能，為維護生態環境不再惡化并逐步改善所需要的一定質量的水量，包括污染物稀釋需水量、防止湖水鹽化需水量、航運需水量以及景觀建設和保護需水量。

由于不同類型的湖泊其生態環境、社會和經濟特性差異較大，湖泊最小生態環境需水量的計算方法也有所不同，主要有水量平衡法、換水周期法、最小水位法和功能法。

2.新鄭市水系及湖泊現狀

新鄭市主要河道基本情況見表1。新鄭市現有在冊水庫23座，其中中型水庫和小（1）型水庫的總供水量為1018萬m3，占地表水總供水量的64.9%。總設計灌溉面積0.86萬hm3，其中中型水庫灌溉面積0.18萬hm2，小（1）型水庫灌溉面積0.61萬hm2，小（2）型水庫灌溉面積0.07萬hm2。按水系規劃分區：北部水系有中型水庫1座，小（1）型水庫5座；南部水系有中型水庫1座，小（1）型水庫10座。新鄭市大部分水庫為土壩，建設時期較早，由于當時工程標準及工程質量等限制，使得很多水庫存在隱患，如壩高不夠，壩身單薄，滲漏嚴重，缺少大壩變形滲漏等觀測設施，防汛道路及管理設施不健全等等。水庫運行多年，老化病險問題日益突出，目前，新鄭市正加大投資用于水庫除險加固工程。

表1 新鄭市主要河道基本情況表

3.新鄭市生態需水計算

新鄭市屬于淮河流域，其境內水系主要河流有雙洎河、黃水河、潩水河、梅河、十七里河、十八里河、潮河、蓮河、高路河、柳河等大小河流共14條，河道總長度223.82km。計算河道生態需水量時，僅考慮10條主要河流，其余河流均較小，在此忽略不計。

新鄭市現有在冊水庫23座，本次規劃中，僅考慮兩座中型水庫和小（1）型水庫，小（2）型水庫不計算在內。因此，在計算水庫生態環境需水量時也僅考慮中型和小（1）型水庫。

水系生態環境需水計算時分為河道生態需水和水庫生態需水兩部分分別計算。考慮到新鄭市河道資料情況，采用換水周期法計算河湖生態需水量。河湖生態需水包括蒸發量、滲漏量和換水量。其中蒸發量的計算是采用年平均蒸發量乘以水面面積的方法得到。水系滲漏損失量按水體規模的10%考慮。換水量計算的過程中，雙洎河和潩水河由于河流較大，按其15d循環一次，則換水量為水體規模的24倍計算，其余河流循環次數長一些，換水量按水體規模的14倍計算。由于缺乏相應的實測資料，計算過程中，水面面積根據相應的河道寬度和長度大致按照平均斷面來估計得到。最后根據計算得到的生態環境需水量復核其最小流量是否滿足要求。

表2 新鄭市河道生態需水量預測結果（水量單位：萬m3）

表3 新鄭市人工湖泊生態需水量預測結果（水量單位：萬m3）

湖水庫水面面積為常水位以下的水面面積，根據相應的水庫庫容及水位資料計算得到，湖庫滲漏損失量按水體規模的15%考慮。

具體河湖生態需水量預測結果分別見表2和表3。可見，新鄭市河流總生態需水量為3533萬m3，水庫總生態需水量為1079萬m3，合計新鄭市河湖水系總生態需水量為4612萬m3，其中河道需水量占總生態需水量的76.6%，水庫需水量占總生態需水量的23.4%。

4.結語

本文在調查了解新鄭市河道基本情況的基礎上，根據新鄭市水系的實際情況，采用換水周期法根據水系水體規模、蒸發量及滲漏量計算了新鄭市河湖水系生態環境需水量，可為水資源管理及水資源配置中提供參考意見。對于資料缺乏的河湖來說，換水周期法是簡單可行的方法，計算結果的可行性在于研究者對河湖的熟悉程度，因此，今后需要加強河道生態資料的監測和收集，建立以生態學信息為基礎的物理實驗模型，為定量研究河道內生態環境需水量提供有力支撐。

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2012-04-20