淮河流域系統開展生態需水研究的現狀與趨勢分析

水 艷 李麗華 喻光曄

淮河流域系統開展生態需水研究的現狀與趨勢分析

水 艷 李麗華 喻光曄

淮河流域地處我國的南北氣候過渡帶，流域面積27萬m2。干流以北地區天然基流缺乏，時空分布不均；流域內支流眾多，分布有大量湖泊、洼地，是河湖并存的典型流域水生態系統。目前，淮河流域大部分區域水生態系統存在無節制的過度開發，水生態系統健康存在著不同程度的問題。研究流域生態需水問題已經成為維系河湖生態系統健康運行的關鍵工作。

結合國內外生態需水研究的發展過程，本文在總結淮河流域系統研究流域生態需水現狀的基礎上，提出近期淮河流域生態需水急需研究的熱點和趨勢，以期為進一步的生態需水合理配置提供參考。

一、國內外生態需水研究的發展過程

生態需水量是指為了最大程度地改善天然生態系統和維持生態系統的完整性，并且保證天然生境的生物多樣性時所需的水量。該概念是Gleick 在1996年提出的，但是關于生態需水的研究從20世紀40年代就開始了。目前，美國、南非、澳大利亞、日本等國對生態需水的研究已經較為成熟，而我國對于生態需水研究起步較晚。

1.國外研究

國外生態需水研究始于20世紀40年代，70多年的研究大致經歷了三個階段。

（1）相關概念提出。20世紀40年代，美國漁業與野生動物保護協會圍繞魚類生長繁殖與河流流量關系進行了研究，并首先提出了“In-streamFlow Requirement”的概念——避免河流生態系統退化的河流最小生態流量。這一時期還沒有明確形成河流生態需水的概念，但一些關于流量補償的規定開始制定并實施。

（2）生態流量定量研究。20世紀五六十年代，出現了關于河流生態流量的定量研究和基于過程的研究。一些早期工作建立了流量和流速、鮮魚、大型無脊椎動物、大型水生植物的聯系。在此期間，河流生態學家將注意力集中在能量流、碳通量和大型無脊椎動物生活史方面。隨后，國外學者對印度和孟加拉的布拉馬普特拉河流域（1960年）、巴基斯坦的印度河流域（1968年）和埃及尼羅河工程（1972年）進行了重新評價和規劃。20世紀70～80年代，美國、澳大利亞、南非、法國和加拿大等國家針對河流生態系統，比較系統地開展了關于魚類生長繁殖、產量與河流流量關系的研究，提出了一些計算和評價方法，取得了初步性研究成果。

（3）生態系統整體分析。90年代以后，通過水資源和生態環境的相關性研究，生態需水量研究正式成為全球關注的焦點問題之一，河流生態需水概念被明確提出。研究對象也由過去僅關心的物種（如魚類和無脊椎動物等）及河道物理形態的研究，擴展到維持河道流量的研究，包括最小流量和最適宜流量，而且還考慮了河流生態系統的整體性，其研究方向也不再局限于河流生態系統，已擴展到了河流外生態系統。此時，陸續出現了一些新的研究方法，如BBM法、整體分析法以及基于河道流量與水生物生境關系的模型模擬法等。

2.國內研究

國內關于河流生態需水的研究始于20世紀70年代，主要集中在河流最小流量的確定。

20世紀80年代，針對河流斷流、水污染嚴重等問題，國務院環境保護委員會在《關于防治水污染技術政策的規定》中指出：在水資源規劃時，要保證為改善水質所需的環境用水，其研究主要集中在宏觀戰略方面，對如何實施、管理仍處于探索階段。這一時期，針對中國北方流域出現的水資源短缺現象，學者們在探討生態需水概念的同時，對河流、植被、濕地、湖泊等生態系統的生態需水量展開了大量研究，并相繼提出一些理論。劉昌明根據流域水資源開發利用與生態需水的關系，提出了生態水利的“四大平衡”原理（水熱平衡、水鹽平衡、水沙平衡、水量平衡），并探討了“三生”用水（生活、生產與生態）之間的共享性。

20世紀90年代，由于西北內陸地區生態環境惡化，生態問題突出，首先開始了對西北干旱、半干旱區生態需水研究。國家“九五”科技攻關項目“西北地區水資源合理利用與生態環境保護”對干旱區生態需水進行了系統研究，提出了針對干旱區特點的生態需水計算方法，并于2003年出版了該項目的系列專著，從此揭開了我國生態需水研究的序幕。之后，黃淮海平原區河道斷流、河道淤積、地下水大面積超采、河流入海口淤積、海水入侵、河流污染等問題引起了人們的關注，開始了黃淮海平原地區河流湖泊生態需水的研究。

21世紀以來，國內河流生態需水研究不斷成熟，國家科技攻關項目“中國分區域生態用水標準研究”構建了生態用水標準基數分析體系，提出了北方半濕潤半干旱地區四大流域生態需水特征值以及不同發展階段的生態用水控制指標。基于遙感和地理信息系統技術，結合水資源計算理論和植被生態理論研究了區域生態需水量。水利部重點項目“北方地區最小生態環境需水量研究”對黃淮海平原水生態系統恢復需要的生態用水進行了研究。在南水北調水資源配置、水利與國民經濟協調發展等項目，以及新的全國水資源規劃中，都將生態需水作為供需平衡必須考慮的內容。楊志峰等對生態需水進行了較為系統的分析，從概念界定等理論出發，探討了各種生態系統生態需水計算和等級劃分方法，并且以黃淮海地區為研究案例，出版了我國第一部生態需水專著。水庫的建設和運行過程中更多的強調了生態調度的重要性，如喬曄等詳細介紹了三峽水庫生態調度實踐及存在的不足；郜國明等針對當前小浪底水庫運行引起的生態環境問題，提出小浪底水庫生態調度的內涵、目標和措施。同時，一些學者在生態需水量模型方面也進行了深入研究，如劉靜玲等構建了河流生態流量計算模型，李鳳清等建立了我國第一個基于長系列野外現場實測數據的水生生物棲息地適合度模型。

二、淮河流域系統研究流域生態需水的現狀

淮河流域系統研究生態需水的成果主要包括《淮河流域綜合規劃》《淮河流域生態用水調度研究報告》《淮河流域水資源保護規劃》等，這些研究成果采用不同的計算方法對淮河流域河道重要控制斷面的生態需水進行計算。

從淮河流域水資源配置的角度出發,《淮河流域綜合規劃》提出了水資源與生態保護控制指標，即淮河流域重要河流和湖泊最小生態流量或水位，范圍包括淮河干流、渦河、沂沭河、洪澤湖、南四湖的10個斷面和湖泊。該研究成果計算生態需水采用的方法是水文學法中的Tennant法。

《淮河流域水資源保護規劃》在《淮河流域綜合規劃》的工作基礎上，選取20個重要水文控制斷面、重要大中型水利樞紐控制斷面作為河流生態基流控制斷面，涉及14條河流，涵蓋了淮河干流及其主要支流，采用水文學法進行生態基流的計算，淮河干流和淮河以南地區水量相對豐沛，非汛期按多年平均流量的6%，汛期按多年平均流量的12%；其他地區考慮水資源比較短缺，非汛期按多年平均流量的3%，汛期按多年平均流量的10%。

《淮河流域生態用水調度研究報告》結合淮河流域的水量、水質及水生態現狀，提出了“淮河法”來計算河道的最小生態需水量。首先根據河流的天然來水量將河道分級，不同的河道級別得出不同的生態流量標準值，然后從生物保護目標要求、水力學要求、水質要求等多方面進行校核，以確保生態需水量的合理性。該研究成果計算了流域27個控制斷面的最小生態需水量。

三、淮河流域生態需水進一步研究的熱點和趨勢

結合國內外生態需水的研究進展以及淮河流域系統研究生態需水的現狀，總結近期和未來淮河流域生態需水的研究重點有以下幾個方面：

1.充分考慮生態流量確定的動態性和耦合性

河流生態流量不是一個定值，而是一個隨著季節、時段、河段的不同而發生變化的動態值，同時也與生態環境保護的目標密切相關。目前的生態需水量多側重于單項研究，而且在區域需水總量計算中，各項簡單相加減并不能解決交叉重復水量問題。因此，今后在對植物和動物水分需求機理深入了解的基礎上，應研究生態系統受水分脅迫最大的時段和在這一時段生態系統對水分需求的特性；同時，應把流域生態系統作為一個有機整體，研究水在各生態系統的循環狀況、循環機理，建立生態需水量耦合模型，合理地定量分析流域生態需水量以增加生態需水計算的實用價值。另外，還應該明確研究的時間尺度和空間尺度，加強水量和水質的耦合研究。

2.建立生態需水評價指標體系

目前，各地開展河流生態需水研究時，由于缺乏可參考的評估標準，需水量的確定往往偏重計算方法的討論與完善，多以Tennant法推薦的流量百分比作為評價標準，難以反映實際情況，不能準確檢驗計算結果的合理性。因此，急需進行大量的野外試驗，建立符合淮河流域生態系統可持續發展的生態需水評估標準，即建立生態需水與生物多樣性、生境多樣性和生態系統健康狀況相關聯的指標體系。

3.深入多方法耦合及3S等新技術在生態需水量化中的應用

國內現有生態環境需水量化方法均存在不同程度的缺陷，尚未形成統一和成熟的適宜我國生態環境建設的量化方法。因此，可以考慮將各種方法進行合理的耦合，取長補短。如有學者提出水文—水力耦合方法。另外，對于新技術（如人工智能、3S技術等）的應用較少，今后應根據淮河流域社會經濟發展狀況、生態環境狀況和水資源的自然、社會屬性，循著可持續發展方向，進一步加強GIS和遙感技術在測量與計算生態環境需水量相關數據方面的應用，研究適合于不同對象、時段及要求的生態環境需水量化方法。

4.生態需水量與經濟需水的合理配置研究

研究生態需水的目的是維持生態系統的良性循環，而在水資源短缺的條件下，生態需水往往被經濟需水擠占，因此在可持續的水資源系統中如何實現生態需水與經濟需水的協調，滿足單位產值的水資源消耗最小，生態服務最大，是今后研究的重點

（作者單位：淮河流域水資源保護局233001）