天津市生態需水量分析

劉洪濤 劉薇 邵勇 卓熠

（1天津市水利勘測設計院 天津 300204 2天津江河弘元環境技術研究有限公司 天津 300220）

天津市的在水資源方面存在諸如本地水資源嚴重不足、入境水量大幅減少、生態用水赤字巨大、水資源的保護形勢嚴峻等等問題。為協調經濟社會發展與生態環境之間的關系，維護生態平衡，實現水資源的合理配置與可持續利用，對天津市的生態需水的研究是必要的。

1 概述

1.1 生態需水的定義

生態需水是一個復雜的概念，至今國內外對其仍沒有形成一個明確統一的定義。本文采用《河湖生態需水評估導則》[1]（試行）（SL/Z 479-2010）中對生態需水的定義：將生態系統結構、功能和生態過程維持在一定水平所需要的水量，指一定生態保護目標對應的水生態系統對水量的需求。

1.2 生態需水的計算方法

目前河流生態需水的主要計算方法[2]有：（1）水文學方法，也稱“歷史流量法”、“統計學觀點”。包括Tennant法（蒙大拿法）、基本流量法、流量歷時曲線法等。該方法主要利用歷史流量資料來推導河流的生態流量，取天然徑流的百分比作為河流生態需水的推薦值。（2）水力學法，包括濕周法、R2CROSS法、簡化水尺分析法、WSP水力模擬法等。該方法應用水力學現場數據，分析河流流量與魚類棲息地指示因子之間的關系，從而確定生態需水量。其所考慮的參數有濕周、水面寬度、流速、深度、橫斷面面積等。該方法需要收集河流流量與河流橫斷面參數方面的數據。（3）棲息地法，通過評價水生生物對水力學條件的要求確定生態需水的方法。包括河道內流量增加法、自然棲息地模擬系統、有效寬度法、加權有效寬度法等。

根據河流的生態環境功能將河流生態環境需水劃分為六部分[3]，分別為河流基本生態需水量、防治河流水質污染的生態需水量、維持水生生物棲息地生態平衡需水量，河流水面蒸發和河道滲漏用水量、河流輸沙需水量、維持河流系統景觀及水上娛樂需水量。

2 天津市生態需水量計算分析

2.1 計算分區

依據天津市河湖水系和水資源的特點，將其劃分為北部山區、北系平原區、中心城區-濱海新區核心區和南系平原區等四個區。其中：

一區為薊運河、?河以北的北部薊縣山地生態環境建設和保護區，是天津城市的水源涵養地。

二區為?河、薊運河以南，永定新河以北的北部平原區，由武清、寶坻、寧河、漢沽四區縣及北辰區的部分地區組成，是我市地表水資源相對豐富的地區，城市防洪的緩沖區，生態建設的保障區。

三區為永定新河以南、獨流減河以北，是以中心城區-濱海新區核心區為主構成的區域，是天津政治、經濟和文化中心和天津生態城市建設的重點區域。

四區為獨流減河以南的南部平原區，是城市防洪的緩沖區，生態建設的保障區。

2.2 計算水平年

近期水平年為2020年，遠期水平年為2030年。2030年考慮南水北調東線通水、京津冀協同后水資源條件的改善，考慮適當增大了三區和四區的生態補水量。

2.3 計算方法

由于水資源短缺，天津市生態用水不能完全保障景觀娛樂功能。而天津市的河流水系人工控制工程較多，實測流量并不能真實反應天然徑流，且天津市的河流水系含沙量很小。因此，天津市的生態需水量只計算河流基礎流量、河道蒸發損失量、河道滲漏損失量三者之和的水量。 對于重要的一級河道和中心城區的景觀河道除以上三者的生態需水量外，還考慮一定量的景觀補水。

2.3.1 各分區的生態需水計算原則

受水資源條件的限制，各分區保護對象有所不同，其生態需水的滿足程度亦不同。

一區，河道的生態需水主要保護河道水面寬度，計算時僅為河道蒸發滲漏損失量。

二區，薊運河、潮白新河、北運河、青龍灣減河、龍鳳河、永定新河等一級河道的生態需水主要保護河道的形態功能，計算時考慮河道基礎流量與河道蒸發滲漏損失量之和；其他河道的生態需水僅計算河道蒸發滲漏損失量。

三區，河道的生態需水除滿足河道形態功能外，還要兼顧娛樂與生態旅游等功能。因此，海河干流、新開河-金鐘河等一級河道的生態需水計算為河道基礎流量、河道蒸發滲漏損失量之和，并考慮中心城區北運河閘、子牙河閘與海河二道閘間的河道景觀補換水量。中心城區的其他二級河道的也考慮了部分景觀補水量。

四區，獨流減河、南運河、馬廠減河等一級河道的生態需水的保護目標同三區，因此計算時除考慮河道基礎流量、河道蒸發滲漏損失量之和，還考慮部分生態補水。其他河道的生態需水僅計算河道蒸發滲漏損失量。

全市的湖庫濕地需水量包括天津市的湖泊、水庫、濕地及城鎮公園水體的生態水量。其中青甸洼、大黃堡洼、黃莊洼、七里海、團泊洼、北大港等六個重要濕地的生態需水既要滿足形態功能，還要滿足生態旅游等文化功能，因此除計算蒸發滲漏損失量外，還考慮一部分維持生態景觀環境需要的景觀補水量。其余的湖庫濕地生態需水量均為蒸發滲漏損失量。

2.3.2 各分區的生態需水量計算方法

（1）生態基礎流量

采用最小月平均流量法[3][4]，即以河流最小月平均實測徑流量的多年平均值作為河流的基本生態環境需水量。其計算公式為：

式中，Wb為河道基本生態需水量；Qij為第i年第j個月的月平均流量；T為換算系數，31.536×106；n為統計年數。

對天津市主要的一級河道實測資料進行分析，計算生態基礎流量的河道包括：潮白新河、北運河、薊運河、龍鳳河、青龍灣減河、永定新河、子牙河、海河、獨流減河、南運河、新開-金鐘河、馬廠減河。

（2）蒸發滲漏損失量

由水量平衡原理，蒸發損失的計算公式為：

式中，Wk為水面蒸發用水量；A為各月平均水面面積；E為各月平均蒸發量，由E601水面蒸發器測定結果計算而得；P為各月的平均降水量。

當河道水位高于兩岸地下水位時，河水將通過滲漏補給地下水。一般采用傳統的達西定律計算。

天津市多年平均的蒸發量為1100mm，年平均降雨量為560mm～720mm，年滲漏損失深度為365mm～730mm。

通過分析計算，河道蒸發滲漏損失深度按1100mm計算，湖庫濕地蒸發滲漏損失按1000mm計算。

（3）景觀補水量

景觀補水量主要指中心城區海河干流及與之相通的二級河道的循環補換水量[6]，以及南部河道（獨流減河、南運河、馬廠減河）的景觀補水量。

2.4 計算結果

通過分析計算，至2020年，天津市總用水量為140827×104m3，至 2030年，天津市總用水量為 179045×104m3，詳見表 1。

表1 各規劃水平年生態需水量預測成果

天津市各分區的河湖生態需水量預測成果見表2。

表2 天津市河湖生態環境需水量分區預測成果

3.1 依據天津市河湖水系和水資源的特點，本文對天津市主要的一級河道、重要濕地及參與水系連通的二級河道等的生態需水量進行了分析計算。該成果可為天津市生態水量的供需平衡分析、為水資源調配和連通工程建設提供參考依據。

3.2 在計算生態需水量時，沒有全面考慮生態需水的各方面，比如水生態環境目標，水生生物棲息地生態平衡需水量等，因此生態需水量的測算還需要進行更為深入的研究，并通過模型實驗計算來分析驗證。

3.3 河口生態需水量需單獨研究。

[1]河湖生態需水評估導則（試行）（SL/Z 479-2010）[S].2010.

[2]崔瑛，張強等，生態需水理論與方法研究進展[J]．湖泊科學．2010，22(4):465-480．

[3]王西琴，劉昌明，楊志峰.生態及環境需水量研究進展與前瞻[J]．水科學進展，2002，13（4）：507-514．

[4]張代青，高軍省.河道內生態環境需水量計算方法的研究現狀及其改進探討[J]．水資源與工程學報，2006， 17(4)：68-73．

[5]徐志俠，王浩，董增川等.河道與湖泊生態需水理論與實踐[M]．北京：中國水利水電出版社，2005．

[6]天津市水利勘測設計院.天津市水系聯通總體規劃[R]．天津．2004．