生態(tài)需水理論與方法研究及發(fā)展前景分析

郝少英

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾不斷加大，甚至超出生態(tài)系統(tǒng)的承受能力，生態(tài)問題日漸突出，可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。生態(tài)需水問題涉及水資源合理配置、土地資源利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)布局等諸多方面。因此，加強(qiáng)生態(tài)需水理論與方法的研究，對扭轉(zhuǎn)環(huán)境惡化局面、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 生態(tài)需水概念及研究內(nèi)容

1.1 生態(tài)需水概念

生態(tài)需水是處理人與生態(tài)關(guān)系的核心。生態(tài)需水并不是一個嶄新的術(shù)語，而是伴隨生態(tài)環(huán)境惡化而逐漸為人們所熟知的。生態(tài)需水概念的提出體現(xiàn)了一種新的流域環(huán)境管理的思維模式，它重視生態(tài)環(huán)境和水資源之間的內(nèi)在關(guān)系，強(qiáng)調(diào)水資源、生態(tài)系統(tǒng)和人類社會的相互協(xié)調(diào)發(fā)展的理念。生態(tài)需水最早由美國提出，其目的是研究維持河道內(nèi)魚類生存所需的河道基流，之后發(fā)展到河岸帶生態(tài)需水研究，直到目前開展的流域尺度、區(qū)域尺度上生態(tài)需水研究[1]。

國內(nèi)生態(tài)需水研究始于20世紀(jì)90年代，不同的研究者由于對生態(tài)需水的研究對象、研究思路和技術(shù)手段不同，從不同的角度對生態(tài)需水進(jìn)行了界定。從廣義上來講，維持全球生物地理生態(tài)系統(tǒng)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(tài)需水[2]；狹義地講，生態(tài)需水是為了維持生態(tài)系統(tǒng)的某種質(zhì)量水平，需要向生態(tài)系統(tǒng)不斷提供或保留的水量[3-5]。這表明生態(tài)需水的概念、內(nèi)涵在不斷豐富。

1.2 生態(tài)需水研究內(nèi)容

20世紀(jì)80年代初期，美國在生態(tài)需水方面取得了初步研究成果，形成了生態(tài)需水分配研究的雛形，并在河道內(nèi)流量計算方面形成了較完善的方法[6]。之后，生態(tài)需水有了長足發(fā)展，特別是近年來，為了促進(jìn)水文水資源研究，國際之間加強(qiáng)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(tài)需水研究在非洲、地中海沿岸干旱地區(qū)以及歐洲也相繼發(fā)展起來。

我國生態(tài)需水的研究盡管起步較晚，但研究進(jìn)展較快。在國內(nèi)，生態(tài)需水由水文水資源學(xué)家率先提出，在相繼研究中也集中在水文和水資源研究領(lǐng)域。我國生態(tài)需水的研究從20世紀(jì)80年代開始，研究目標(biāo)主要集中在西北干旱、半干旱地區(qū)林草植被建設(shè)的生態(tài)需水問題上。從90年代后期開始，生態(tài)需水方面的研究成果逐漸增多，特別是到2000年以后中國學(xué)術(shù)界對生態(tài)需水研究高度重視，涌現(xiàn)出大量的相關(guān)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(tài)需水研究理論將日趨成熟。

2 生態(tài)需水量研究方法

生態(tài)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(tài)需水即河道內(nèi)生態(tài)需水；二是陸地生態(tài)需水即河道外生態(tài)需水。

2.1 河道內(nèi)生態(tài)需水研究

目前，生態(tài)需水量研究主要集中于河道內(nèi)生態(tài)需水，采用的方法多種多樣，這些研究大多遵循縱向（順?biāo)鞣较颍?、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(xué)法、生物棲息地法和整體分析法，各類方法的代表模型、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見表1。

表1 河道內(nèi)生態(tài)需水計算方法分類及特點(diǎn)

以上每類中都包含多種方法，而每種方法又各有特點(diǎn)和適用范圍。在實際運(yùn)用中，一個關(guān)鍵的問題是根據(jù)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(tài)系統(tǒng)保護(hù)要求的合適方法。

2.2 河道外生態(tài)需水研究

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

表2 河道外生態(tài)需水計算方法分類及特點(diǎn)

3 存在問題

目前，國內(nèi)外在生態(tài)需水的研究方面取得了大量成果，在實踐中得到了廣泛應(yīng)用，但由于水和生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系極其復(fù)雜，生態(tài)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(tài)需水理論體系的建立。目前，有關(guān)生態(tài)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(tài)目標(biāo)的明確詮釋，也未對水分—生態(tài)耦合作用機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)剖析。因此需要加強(qiáng)生態(tài)需水的機(jī)理、影響因素、計算方法及評價指標(biāo)體系等方面的研究，為我國水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

第二，尺度的研究。我國生態(tài)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(nèi)陸地區(qū)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(huán)保部門的水資源管理和環(huán)境保護(hù)提供了一些理論依據(jù)，但對于具體的水資源合理配置研究還缺少準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

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

目前，國內(nèi)的生態(tài)需水研究主要是借鑒國外的相關(guān)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(jī)技術(shù)和各種理論方法的不斷完善，生態(tài)需水研究無論在理論上，還是實踐中將日益成熟。

[1]嚴(yán)登華，何巖，王浩，等.生態(tài)水文過程對水環(huán)境影響研究述評[J].水科學(xué)進(jìn)展，2005，16（5）：747-752.

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

[3]倪晉仁，金玲，趙業(yè)安，等.黃河下游河流最小生態(tài)環(huán)境需水量初步研究[J].水利學(xué)報，2002，8：121-129.

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

[5]王讓會，盧新民，宋郁東，等.西部干旱區(qū)生態(tài)需水的規(guī)律和特點(diǎn)——以塔里木河下游為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)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(qū)生態(tài)需水與土地利用結(jié)構(gòu)研究 [J].北京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）網(wǎng)絡(luò)版，2009,4：39-47.