生態需水研究進展及估算方法探索論文

2021-04-14 論文

　　1國內生態需水研究進展

　　國內生態需水研究尚處于起步階段，歸結起來大致可分為3個階段：（1）20世紀70年代末為初步認識階段。先是探討河流最小流量問題，主要集中在河流最小流量確定方法的研究方面。以長江水資源保護科學研究所的《環境用水初步探討》為代表。（2）20世紀80年代為探索階段。針對水污染日益嚴重的問題，國家環境保護委員會在《關于防治水污染技術政策的規定》中指出：在水資源規劃中要保證為改善水質所需的環境用水，主要集中在宏觀戰略方面的研究，對如何具體實施和管理仍處于探索階段。4（3）20世紀90年代后期~21世紀初期為蓬勃發展階段。在國家“九五”科技攻關項目“西北地區水資源保護與合理利用”和1999年中國工程院項目“中國可持續發展水資源戰略研究”等的推動下，真正揭開了我國生態用水研究的序幕，有關生態需水研究的迅速開展起來，研究對象也從河流生態系統逐漸拓展到植被、湖泊、濕地、城市等各種生態系統。如倪晉仁[13]針對黃河河流系統的主要功能目標，利用1950年以來的觀測資料，分析了黃河下游河流各類最小生態環境需水量；趙文智[14]在評述干旱區生態水文過程研究進展的基礎上，提出了生態需水量的概念及相關確定方法，并從恢復生態學和生態水文學的角度，確定干旱區適宜人工植被的種類組成和格局；崔保山[15]從生態水文學原理出發，對湖泊最小生態需水量的概念進行了探討，并提出了計算最小生態需水量的3種方法（1.曲線相關法；2.功能法；3.最低生態水位法）；李九一[16]提出了沼澤濕地生態儲水量的概念與內涵，界定了其與生態需水量的區別與聯系，探討了兩者的計算依據與方法，并以扎龍濕地為實例進行了計算；楊志峰[17]從降水量概念和水資源量概念兩個角度界定了城市生態環境需水量的概念與內涵，分析其類型和屬性特征，建立了城市生態環境需水量的方法體系。（4）21世紀初期以來的實證研究階段。主要從水循環角度研究具體河流的河道生態需水，如渭河、黃河、海灤河、塔里木河等，研究重點也轉向河道生態需水在實踐中如何配置的問題，另有學者從水量和水質相結合的角度重新認識生態需水[18]。綜上分析，我國生態需水研究是在巨大的人口壓力導致生態環境嚴重惡化的背景下提出的，多從河流地貌學、水文和水資源角度研究，主要集中在干旱、半干旱地區和半濕潤地區，其內涵和外延均較國外大，涵蓋面較廣。

　　2生態需水的分類及估算方法

　　生態需水估算方法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。生態需水估算應根據各種生態類型的需水特點，考慮不同保證率下的生態需水狀況。

　　2.1河流生態需水

　　已有的常見各類方法的代表模型、優缺點及適用范圍見表1。以上各大類中都包含許多具體方法，而每種具體方法又有其不同的適用條件和范圍。在實際應用中，關鍵是能夠根據已有資料和研究目的，從這些方法中選取一種或幾種適合自身研究的簡單易行且滿足河流生態系統保護要求的方法。

　　2.2陸地生態需水

　　陸地生態需水即河道外生態需水，主要是植被生態需水。對于干旱與半干旱地區而言，植被生態需水量是保證植物正常、健康生長，同時能夠抑制土地沙化、堿化，乃至荒漠化發展所需的最小水資源量。其主要計算方法的優缺點及適用條件見表2。

　　3存在問題及展望

　　國內學者雖對生態需水進行了大量研究，但至今為止在諸如生態需水概念、術語使用等方面還未達成共識，產生如下分歧：

　　1）同一術語認識不同。如中國人大王西琴[18]教授認為河流生態環境需水是指為維護地表水體特定的生態環境功能，天然水體必須儲存和消耗的最小水量，其水量應從水質和水量兩個方面考慮；西北大學宋進喜[20]教授認為河流生態環境需水是由生物自身生存所需水量和生物體賴以生存的環境需水量兩部分組成的，其實質是指為了維持生態系統生物群落和棲息環境的動態穩定，在天然生態系統保護和生態建設中所需要的水資源總量。

　　2）不同術語混用或相互替代。如有定義生態需水[21-24]，有定義生態用水[25-27]，有定義生態耗水[23]，有定義環境需（用）水[28]，有定義生態環境需水[29-33]，有定義生態基流[34]，也有將生態需水與環境需水進行了區分[22，24，33]。而大多數學者并沒有加以區分，而視上述概念為等同。

　　3）定量研究方面突破甚少。據統計全球約有207種計算生態需水的定量方法，可分為水文學方法、水力學方法、生物棲息地法、整體法及綜合法及其它方法。從檢索國內主要期刊文獻來看，雖然研究對象從河流生態系統已逐漸拓展到植被、湖泊、濕地、城市等各種生態系統，但在計算各自生態需水量時，并沒有因為研究對象的變化而選取相關的特色指標，直接套用公式居多，致使計算結果的準確度降低，很難有實質性的指導意義。

　　4）計算方法缺少對比研究，實際應用困難。國內生態需水研究缺少大量的現場觀測數據，各種算法之間對比研究很少，因此很難確定哪種方法的計算結果更加準確。此外，由于各個學者學術背景的差異，導致認識水平和思維方式的差異，進而選用不同的`方法去計算生態需水量，結論眾多，也無從判斷研究成果的實際價值。生態需水研究是水資源優化配置中的基礎性工作。然而，由于我國相關研究起步較晚，盡管成果較多，但眾家紛紜，實踐應用中不易取舍。因此有必要根據研究目的和需要從眾多方法中選取一種或幾種適合自身研究的簡單易行且滿足河流生態系統保護要求的方法。

　　除此之外，今后還需要將更多的關注點集中在以下幾個方面：

　　1）目前國內關于河流生態需水研究的最大障礙就是缺乏長時間系列的河道實測生態資料（如水生生物生活習性數據），因此，今后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，為今后定量研究河道生態流量提供有力支撐。

　　2）盡快建立具有中國特色、國際上有可比性又能夠相互區別的生態需水的一套概念體系，在研究時根據具體情況來選擇恰當的術語。

　　3）繼續加強生態需水基礎理論研究，諸如明確生態需水目標、建立生態需水評價指標體系、研究不同類型生態需水形成機理及時空分布規律等，為準確計算生態需水提供可靠的理論依據。

　　4）生態需水研究涉及生態學、水文學、環境學、氣候學等多學科領域，所以要加強相關學科之間的合作與交流，共同豐富和發展生態需水的理論與實踐。

　　5）生態需水研究并不是生態脆弱地區的“專利”，其他地區也可進行適當的生態需水估算，以做到預防為主，防治結合。

　　6）在水資源短缺條件下，生態需水經常為經濟需水所擠占，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，即水資源的優化配置模式，也將成為今后研究的重點。