河道生态需水量研究进展_潘扎荣

河道生态需水量研究进展_潘扎荣
河道生态需水量研究进展_潘扎荣

第22卷第4期2011年8月

水资源与水工程学报

Journal of Water Resources &Water Engineering

Vol.22No.4Aug .,2011

收稿日期:2011-01-12;修回日期:2011-05-15

基金项目:水利部公益型项目(201001015);国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07210-004-04)资助作者简介:潘扎荣(1985-),男,福建南平人,硕士研究生,主要从事水文学及水资源方面的研究。

河道生态需水量研究进展

潘扎荣,阮晓红,周金金,单楠

(南京大学地球科学与工程学院水科学系,南京210093)

要:对国内外河道生态需水的理论研究与计算方法进行了回顾与分析,将河道生态需水量计算方法划分为水文设定法、水力参数法、栖息地模拟法及整体分析法。着重讨论并分析了各种计算方法的理论依据、适用范围、优缺点及其在我国的发展与应用情况。最后,结合我国实际情况对河道生态需水量研究进行了展望。关键词:河道;生态需水;计算方法中图分类号:X171.1

文献标识码:A

文章编号:1672-643X (2011)04-0089-06

Research progress on river ecological flow requirements

PAN Zharong ,RUAN Xiaohong ,ZHOU Jinjin ,SHAN Nan

(Department of Hydrosciences ,College of Earch Science and Engineering ,Nanjing University ,Nanjing ,210093,China )

Abstract :This paper reviewed and analyzed the theoretical research and calculation methods of river eco-logical flow requirements at home and abroad.These methods are classified into four types of hydrological setting ,hydraulic parameters ,habitat simulation and generality.The theoretical characteristics ,scope of application ,advantages and disadvantages ,development and adaptability of these methods in China were major discussed.At last ,this paper summarized the research progress combined with the actual situation in our country.

Key words :river channel ;ecological flow requirement ;calculation methods 长期以来,人们对河流水资源的开发利用主要

考虑农业、

工业和生活等方面的需求,而忽视了维持河流水生态系统平衡对河流水量、水质的需求,对河

流生态系统的干扰程度不断提高,河道水量日益减少甚至断流,污染及生态环境退化日益严重。近年来,随着人们保护生态环境和维护生物多样性意识的的增强,

人们认识到在水资源的开发利用中必须维持河道一定的流量,河流生态需水量研究已成为当前的一个热点问题。因此,

本文通过回顾国内外河道生态需水量的理论研究与计算方法,着重对河道生态需水量的计算方法进行比较分析,提出当前

河道生态需水研究中存在的问题,并对我国河道生态需水量研究的趋势进行展望。

1

研究进展

1.1

国外研究进展

20世纪70年代以前,国际上还没有形成明确的河道生态需水量概念。英美等国开始在法律中设定水库下泄的最小流量,以满足河流下流地区航运、

公共健康以及渔业对水量,水质的需求

[1,2]

。20世纪70-80年代,河道生态需水量研究得

到了广泛的认可,

从不同的角度进行理论探讨,并提出了多种评估方法。1976年Tennant 等[3]

提出了Tennant 法,该方法奠定了河道生态需水量的理论基础,对后期的研究有很大的促进作用。同年,Water 等人基于河流微生境指标(如水深、流速),首次提

出加权可利用面积(weighted usable area )概念[1]

。在此基础上,美国渔业与野生动物署于1982年提出河道内流量增量法[4]

,使得河道内流量分配逐渐与实际相结合。该时期还出现了基于水力学分析的湿

周法、

R2CROSS 法等。20世纪90年代以来,随着河流连续统理论、洪水脉冲理论等的相续提出,河流水文-生态响应研究

也取得了一定进展[5]

,人们开始考虑维持河流生态系统甚至流域生态系统完整性的生态流量需求。1998年,

Gleick [6-7]明确提出了基本生态需水量(Basic Ec-ological Water Requirement )的概念,即需要提供一定质量和数量的水供给天然生境,以求最小程度地改变天然生态系统,并保护物种多样性和生态完整性;认为生态需水量在一定的时间和空间下是可以变动的

值。原有的研究方法不断得到改进的同时又出现了一些新的研究方法,如南非的BBM法等。

近年来,国外河道生态需水研究着重生态系统本身对水资源的需求,维持生态系统生物群落和栖息环境动态稳定所需的用水量,已经广泛应用于河流(或流域)水资源管理与河流生态修复工程[8]。当前主要研究内容包括河道流量与水生生物生境的关系及其模拟模型开发研究[9,10];河流自然水情不同程度变化下的生态响应研究[11];河流栖息地异质性与生物多样性之间的关系研究[12]等。

1.2国内研究进展

我国有关河道生态需水研究可以追溯到20世纪70、80年代,主要为保证改善水质所需的河道最小流量确定方法的研究。从90年代开始,我国研究者针对生态环境需水的概念、内涵与外延展开了大量研究[13]。

21世纪以来,我国河道生态需水量研究理论趋于成熟,同时涌现出了许多适合我国实际情况的研究方法。从生态系统水平衡和生物水分生理[14]、水循环生态效应变化机理[15]以及流域尺度生态环境需水与缺水等角度[16]重新认识了生态需水的概念、内涵和外延。从生态系统整体性出发,提出既需要按照系统功能分别考虑,又需要依据各功能之间的关系进行统一计算[17];既要考虑流域内不同水系、不同河段生态环境的差异性和时空变化规律,又要结合河流的空间结构特征、各河段的相互关系以及流域的水文特征进行整合计算[18]。近年来,基于河流生物栖息地模拟的生态需水量研究逐渐得到了重视[19-22]。李凤清等[21]选取香溪河大型底栖动物最优势类群四节蜉为指示生物,建立了我国大陆地区第一个基于长期的连续的野外现场实测数据的水生生物栖息地适合度模型(habitat suitability model,HSM)。

2河道生态需水量估算方法

据Tharme[23]在2003年的总结,全球有44个国家进行河流生态环境需水量计算研究,所用方法超过200种。大致分为四类:水文设定法、水力参数法、栖息地模拟法及整体分析法,本文着重分析各种典型方法的理论依据、适用范围与优缺点,以及我国河道生态需水量计算方法的应用情况。

2.1水文设定法

水文设定法最初是由生态学家和工程学家基于长期的野外调查,资料收集,统计分析及专家判定,建立流量与水生生物生存、河道形态等之间的适应关系而提出的[10],代表方法有Tennant法[3]、Texas 法[24]等。

2.1.1Tennant法也叫蒙大拿(Montana)法,由Tennant等人于1964-1974年间通过分析美国干旱半干旱地区的11条永久性河流(6条在蒙大拿州,4条在怀俄明州,1条在内布拉斯加州)流量与水生生物、河流景观及娱乐之间的适应关系而提出的,以预先确定的天然年平均流量百分数作为推荐流量,如表1[3,7]。该标准在美国维吉尼亚地区的河流中得到了证实[25]。

Tennant法简单快速,不需要现场观测,适合于确定大河流的流量,具有宏观的定性指导意义。由于对河流实际情况作了过多的简化处理,不足以反映河流的天然水文变化过程,并且没有直接考虑生物需求和生物间的相互影响等。因此,通常应用于优先度不高的河段或者作为其他方法的一种检验。具体应用时,需要分析其流量标准是否符合当地河流的实际情况,并结合河流管理目标,对流量标准进行适当调整[26]和改进[27]。

表1Tennant法为保护河流生态环境的流量标准%流量及相应生态状况描述最大最佳极好非常好好中差极差

推荐流量(平均流量百分比)

一般用水期

(10-3月)

20060 10040302010100 10鱼类产卵育幼期

(4-9月)

20060 10060504030100 10

2.1.2Texas法Texas法是在Tennant法的基础上进一步考虑了季节变化因素,根据各月的流量频率曲线进行计算,将50%保证率月均流量(中值流量)的特定百分率(通常为10% 30%)作为河道最小生态流量[24],其中特定百分率可根据研究区典型水生植物及鱼类的需水特性设定,也有学者根据各月的流量序列变异系数确定[8]。

该方法首次考虑了生物生命特征(如产卵期或

09水资源与水工程学报2011年

孵化期)和区域水文特征(月流量变化大)条件下的水量需求[28],具有一定的生物基础。考虑Texas州的地域特性,河流均为暖水性河流,所以该法适合流量变化主要受融雪补给影响的河流。

2.2水力参数法

水力参数法假定河道形态在时间尺度上是稳定的,并认为在河流某一断面计算生态需水量之后,其下游同一功能的河道流量一般总能满足河道生态功能的流量要求。从而,通过选择河道断面水力参数(如湿周、流速、水深等)替代河流生物栖息地要素,建立栖息地和流量的关系来确定流量的推荐值。主要包括湿周法[29]和R2CROSS法[7]等。

2.2.1湿周法湿周法基于这样的假设:保护好临界区域(通常为浅滩)水生物栖息地的湿周,也能对非临界区域的栖息地提供足够的保护。该方法的关键是建立河道湿周与流量的关系曲线,这种关系可从多个河道断面的几何尺寸-流量关系实测数据经验推求,或从单一河道断面的一组几何尺寸-流量数据中计算得出。继而取曲线的第一个拐点所对应的流量作为河流最小生态需水量的推荐值。Gippel 等[29]认为,从关系曲线上直接判断拐点易产生较大误差,推荐采用最大曲率法或者斜率为1法来确定拐点位置。目前,国内普遍认为最大曲率法更合理可靠[30、31]。王庆国等[32]综合考虑相对湿周(代表栖息地质量)和湿周长(代表栖息地数量)两方面的因素,建议把多年平均流量与相应湿周长比值的平方根作为判定拐点的斜率值。

湿周法要求河床形状稳定,否则无法建立稳定的湿周 流量关系曲线,也就没有固定的增长变化点。吉利娜[30]探讨了不同河道几何断面的湿周 流量关系,指出湿周法更适用于宽浅型河道。2.2.2R2CROSS法该方法由美国科罗拉多州水利局为保护高海拔冷水河流中的鱼类(如蛙鱼、鳟鱼等)浅滩栖息地而开发[33]。基于湿周法相同的假设,以河流顶宽、平均水深、平均流速以及湿周率作为栖息地的评估指数,见表2[7]。根据实测资料或水力模拟,以曼宁公式为基础,建立流量与评估指数之间的对应关系,结合预先设定的标准和专家意见确定流量推荐值。对于无观测站的河流也可以使用,但必须选择合适的研究断面,以能够确切地表征整个河道特征。

该方法具有明显的地域特性,不同地区的河流水生生物对其栖息地有不同的偏好,应根据水生生物的特点修正水力参数标准值[34]。

表2R2CROSS法确定最小河道流量的标准m,%,m/s 河流顶宽平均水深湿周率平均流速

0.30 6.100.06500.30

6.40 12.190.06 0.12500.30

12.50 18.290.12 0.1850 600.30

18.59 30.480.18 0.30≥700.30

2.3栖息地模拟法

栖息地模拟法主要是根据河流水生生物所需生境的水文、水力等条件来确定流量推荐值,目的是为水生生物提供一个适宜的物理生境。该方法因为可以量化生物栖息地可利用性与流量之间的关系,并且具有一定的生物学基础,已成为河道生态需水量研究的热点。最具代表的是河道内流量增量法(IF-IM/PHABSIM)[4、35]。

IFIM法是由美国渔业及野生动物署(U.S.Fish Wildlife Service,USFWS)于20世纪70年代构思和研发的河道内流量研究理论体系框架,通过模拟物种可利用栖息地和流量之间的关系,为河流规划、保护和管理提供基础信息和科学依据[35]。该方法综合考虑了指示生物的多尺度生境因子,并以此最终确定了指示生物的适宜生境面积。其中微生境因子包括水深、流速、基质及覆盖物;中生境因子包括河道形态(深潭、浅滩、急流等)等;大生境因子包括河道结构、水温、水质等方面。

PHABSIM(Physical Habitat Simulation)模型是IFIM法理论体系中的微生境模拟与评价模型,是IFIM法的核心。该模型由一整套软件,主要包括水文模型、水力模型和物理生境模型组成,将大量的河流水文、形态资料与特定水生生物信息相结合,模拟建立指示物种在不同生命阶段下可利用物理生境和流量之间的定量关系,以水生生物提供多样化的适宜物理生境为目的,确定生态需水量的推荐值。PHABSIM模型已被作为一种管理工具而得到广泛使用[23]。生境适宜性指标HSI(Habitat Suitability Indices)是其生物学基础,起着关键的作用。通常通过实地调查或实验判定,结合专家意见,确定特定生物各个生境因子的适宜阀值与相应的权重,最终建立生境适宜性标准。

IFIM/PHABSIM法对数据要求较高,需要进行大量的野外现场调查工作,而且只侧重于某些特定物种的保护,没有考虑生物群落及其相互影响,从而使这种方法的应用受到一定的限制[25]。然而,该方法将生物资料和河流流量相结合,有一定的生物学

19

第4期潘扎荣,等:河道生态需水量研究进展

基础,在许多国家被认为是目前最具科学和法律可靠性的方法,具有显著的应用价值[8]。

近年来,PHABSIM模型在河流生态工程和恢复研究过程中得到了改进[36]。一方面是利用河流二维水力模型,耦合栖息地适宜性模型来模拟水深和流速[36],从而更为准确、详尽地定量描述水流的空间异质性[37]。另一方面,随着“3S”技术,特别是遥感(RS)与地理信息系统(GIS)的引入,无论是在资料的收集[37],还是在信息的空间表达与分析[9]以及模拟模型的构建[38]等方面都极大地促进了栖息地模拟方法的发展。基于PHABSIM模型产生了一些新的栖息地模拟模型。Jorde和Schneider利用模糊准则技术开发了鱼类和底栖牛物栖息地质量评估软件CASIMIR[39],缺乏考虑物理栖息地变量之间可能存在的相互关系[36]。Parasiewicz提出的Meso-HABSIM模型[40]弥补了PHABSIM模型在中尺度上应用的不足[10]。

2.4整体分析法

整体分析法也叫综合法,主要有南非的BBM 法[41]以及在BBM法基础上发展而来的DRIFT 法[41]和澳大利亚的HEA法[8]等。该类方法以保持河流水情的天然状况为基本原则,指明洪水和低流量都是维持河流生态系统健康所必需的,其大小、次数及持续时间需根据一定的保护要求来确定。克服了栖息地模拟法只针对某种生物的缺点,强调从河流生态系统的整体出发,考虑整个生态系统的需水要求。该方法关键是需要结合不同学科领域关于河流天然水情、地形地貌与水生生物信息,甚至流域内的社会经济发展等方面的知识展开研究[41],从而使推荐的河道流量能够同时满足河流的各项生态、环境及经济功能。由于部分资料很难获得,推荐以专家意见来弥补,这样更符合当前河流综合管理的要求[42],虽然结果的可靠性受到置疑,并且资源消耗大,耗时较长,却具有很大的发展前景。

2.5国内代表方法

我国学者在引入国外河道生态需水量计算方法的同时,主要根据水质保护标准或特定的生态环境要求,积极探索适合我国国情的河道生态需水量核算方法,如河道稀释自净需水、冲沙需水、景观娱乐需水等,并取得了许多重要成果,见表3。

表3国内河道生态需水量计算方法

代表方法功能目标主要特点成果

环境功能设定法[43]河流稀释自净功

将水量和水质相结合,适合于污染严

重的河流

渭河最小环境需水量为1918亿m3,

占年径流量的12.9%

生物空间最小需求法[44]生物对生存空间

的最小需求

以水面宽率、平均水深和最大水深为

鱼类生存空间的指标建立标准

颍河周口断面的最小生态流量为7

m3/s,占多年平均流量的5.6%

最小输沙需水量法[45]河流泥沙冲淤平

通过河段上游断面水流挟沙力与含

沙量比较,分两种情况计算

渭河下游控制站输沙需水量为85.08

亿m3

生态水力模拟法[46]减水河段鱼类的

生存及繁衍

将生物信息与流量资料相结合,考虑

了水力生境参数的全河段变化

雅砻江锦屏二级水电站猫猫滩闸枯

季下泄流量为45m3/s

生态水力半径法[47]多功能目标(如

鱼类生存、输沙,

自净等)

同时考虑河道自身信息和维持河道

某一生态功能所需河流流速

雅砻江支流泥曲的朱巴站1972-

1987年(除1982年)的逐年河道内生

态需水量

3结论与展望

综上可知,水文设定法虽然精度不高,但却是基于对河道实际情况的长期调查与监测,在专家学者的判定下,对流量与水生生物生存、繁殖、迁移等行为的关系进行定性分析与标准设定,其快速、便捷的优点是其他方法无法比拟的。随着河流水情变化的生态系统响应研究的发展,水文设定法在未来的河流水资源规划管理中也将继续发挥着重要的作用。与水文设定法相比,水力参数法以河道断面为研究尺度,明确考虑了生物对栖息地的需求,包含更多更为具体的河流信息,可以为其他方法提供水力学依据[29]。栖息地模拟法通过建立河道流量与目标生物栖息地之间的关系,探求能够为目标生物提供足够的优质栖息地与维持河流生态系统生物多样性的生态流量,具有明确的物理意义和生物基础,已经得到了广泛的认可和应用,为目前的研究热点。综合法在近年来发展较快,更加强调河流生态系统的整

29水资源与水工程学报2011年

体性,考虑专家意见进行综合评判,更能满足河流综合管理的需求,具有较大的发展前景。目前,水文设定法与水力参数法已在我国得到了较为广泛的应用。然而,基于我国缺乏长时间序列的生物资料,大多数都是直接引用国外已有的相同或相似物种的生境适宜度曲线,这其中不可避免地存在误差。栖息地模拟法在我国尚处于起步探索阶段。

由于河流生态需水的复杂性,目前为止,还没有形成统一的计算原则[17],河道生态需水量计算方法和模式仍在不断地发展更新。基于我国研究现状,我国学者可以在以下几个方面展开进一步研究:促进多学科的交叉融合,进一步地研究河道生态需水理论,完善评估方法;生物多样性对物理栖息地特性之间的时空响应关系研究;流域尺度下水文与生态系统的基础性响应关系研究;不同生态目标下的生态需水量评价指标体系和计算方法研究;加强“3S”等新技术的应用,以获取分布在不同尺度范围内的河道生境数据,进行生境适宜性的多尺度评价,从而加强人们对河道生态流量的基本理解,更好地协调人类用水与维持河流自身健康需水间的平衡,为河流水文—生态的下一步研究提供依据,最终促进区域生态流量标准的划定和落实。

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49水资源与水工程学报2011年

河道内生态需水估算方法及其评述

河道内生态需水估算方法及其评述 钟华平!,",刘 恒",耿雷华",徐春晓"(!#河海大学,江苏南京"!$$%&;"’南京水利科学研究院,江苏南京 "!$$"%)摘要:针对目前常用的水文指标法、水力学法、整体分析法和栖息地法,(大类河道内生态需水估算方法就其适用 条件和范围作了相关评述。认为不同的估算方法有其不同的适用条件和范围,在实际应用中需根据已有资料条件 和研究的目的,选用不同的计算方法。 关键词:生态需水;估算方法;河道内;栖息地 中图分类号:)!(*;)!+!#!;,*-*#!! 文献标识码:.文章编号:!$$!/0+%!("$$0)$*/$(*$/$-收稿日期:"$$(/!"/!&;修订日期:"$$-/$(/*$ 基金项目:国家重点基础研究发展计划(%+*计划)资助项目("$$*12(!-!$() 作者简介:钟华平(!%0(3),男,江西赣县人,南京水利科学研究院教授级高级工程师,河海大学博士研究生,主要从事水资源可持续利用、水政策法规研究。4/5678:9:;9<=>?=9@7#A=河道内生态需水通常是指河流为了维持某一特定生态系统的基本生态功能,河道应保持的流量。河道内生 态流量一般指维持水生和岸栖生物生存的最小需水量[!]。 国外经过多年来的研究,已形成了一些相对成熟的生态需水估算方法。基本可以分为:水文指标法、水力学法、整体分析法和栖息地法等(大类。不同的计算方法各有其适用条件和适用范围,选定生态需水评估方法应考虑下列因素:河流类型;人们的生态环境价值观;计算结果的精度要求;收集资料的费用和困难程度等。 一些国家的生态需水评价,还依据计算的精度进行评价结果分级[!]。 ! 河道内生态需水评估方法!"!水文指标法(BCD@<8<>7A68E=DFG HFI9

河道治理及生态修复的研究

河道治理及生态修复的研究 摘要:虽然河道生态治理在我国的很多城市已经初具规模,但实际的治理效果 并不是很理想,导致这一现象的原因是因为在开展河道治理工作之前,相关工作 人员对影响河道生态系统的因素并不了解,河道治理模式缺乏科学性、系统性。 鉴于此,就河道治理存在的问题及生态治理建议展开了探讨,以期为相关工作起 到参考作用。 关键词:河道治理;生态修复;措施 引言 作为城市生态系统重要组成部分的河道,因其污染问题的严重性而日益受到 人们的关注,河道污染导致水质变坏,不仅会降低农作物的产量和质量、影响到 渔业生产的产量和质量、制约到工业的发展,更加会危害到人体的健康,加速生 态环境的退化和破坏,也会造成经济上的损失。因此,河道污染治理势在必行。 1河道治理的意义 城市化进程的不断加快加速了我国的水质污染,城市中的河道过水面积正在 逐渐减小。在处理河道的污水时,通常情况下是使用人工渠化、裁弯取直等传统 方式,从而使得河道的生态环境几乎失去了基本的功能,河道生态破坏现象严重。通过总结近年来国内外河道治理的方法经验发现,在河道修复工作中,仅仅恢复 河道的基本生态功能仍然无法实现河道治理的目标,还需要恢复水体的自净能力,从而实现改善环境、净化水体以及美化景观的目的。作为承载城市文化底蕴以及 城市发展的关键点,城市河道的治理工作需要考虑到社会、环境、人文以及生态 等方面的因素,从而建立新型的河道生态模式,这就要求河道生态不仅要发挥出 抗洪、排涝的机泵功能,同时还应顺应自然界的规律变化,恢复河道的环境生态 特征,确保生态环境的稳定发展。 2河道治理以及生态修复工作的主要原则 2.1生态治理的原则 目前,人们的一些不良生产和生活习惯对生态环境造成了极大的危害,进而 威胁着河流及其周边地区的整个生态系统。因此,在治理河道工程时,不能破坏 原有的生态系统,导致生态系统的进一步恶化。相反,我们应该创造一种生态手段,如河岸景观和选择树木或灌木,以改善河流生态环境,以有效地保持原有的 生态系统的河流。 2.2区域规划的原则 治理好河流,必须考虑城市发展和生态环境的方方面面。我们不应过分考虑 某一方面。毕竟,我们必须为人民服务,以便本末倒置。如果有冲突,我们应该 从两个方面进行权衡,以避免生态环境的进一步恶化。河流管理是城市总体规划 的一部分。为城市的发展提供更高的生活质量是必要的。 2.3远近结合的原则 河流治理工程不是一天就可以完成的,而是一个漫长而复杂的过程。所以对 于河流管理,不要急功近利,而是要长期坚持治理距离相结合的原则。具体而言,有关部门应根据渠道的实际情况,制定了详细的治疗计划应该包括短期、中期和 长期目标的治理计划,以及具体的管理措施和程序的每一个阶段,逐步推进,从 而实现长期健康发展,河流生态系统。 3河道治理及生态修复的措施 3.1修复河床断面

生态需水研究进展及估算方法探索论文

生态需水研究进展及估算方法探索论文 1国内生态需水研究进展 国内生态需水研究尚处于起步阶段,归结起来大致可分为3个阶段:(1)20世纪70 年代末为初步认识阶段。先是探讨河流最小流量问题,主要集中在河流最小流量确定方法 的研究方面。以长江水资源保护科学研究所的《环境用水初步探讨》为代表。(2)20世 纪80年代为探索阶段。针对水污染日益严重的问题,国家环境保护委员会在《关于防治 水污染技术政策的规定》中指出:在水资源规划中要保证为改善水质所需的环境用水,主 要集中在宏观战略方面的研究,对如何具体实施和管理仍处于探索阶段。4(3)20世纪 90年代后期~21世纪初期为蓬勃发展阶段。在国家“九五”科技攻关项目“西北地区水资 源保护与合理利用”和1999年中国工程院项目“中国可持续发展水资源战略研究”等的 推动下,真正揭开了我国生态用水研究的序幕,有关生态需水研究的迅速开展起来,研究 对象也从河流生态系统逐渐拓展到植被、湖泊、湿地、城市等各种生态系统。如倪晋仁[13]针对黄河河流系统的主要功能目标,利用1950年以来的观测资料,分析了黄河下游 河流各类最小生态环境需水量;赵文智[14]在评述干旱区生态水文过程研究进展的基础上,提出了生态需水量的概念及相关确定方法,并从恢复生态学和生态水文学的角度,确定干 旱区适宜人工植被的种类组成和格局;崔保山[15]从生态水文学原理出发,对湖泊最小生 态需水量的`概念进行了探讨,并提出了计算最小生态需水量的3种方法(1.曲线相关法; 2.功能法; 3.最低生态水位法);李九一[16]提出了沼泽湿地生态储水量的概念与内涵, 界定了其与生态需水量的区别与联系,探讨了两者的计算依据与方法,并以扎龙湿地为实 例进行了计算;杨志峰[17]从降水量概念和水资源量概念两个角度界定了城市生态环境需 水量的概念与内涵,分析其类型和属性特征,建立了城市生态环境需水量的方法体系。(4)21世纪初期以来的实证研究阶段。主要从水循环角度研究具体河流的河道生态需水,如渭河、黄河、海滦河、塔里木河等,研究重点也转向河道生态需水在实践中如何配置的 问题,另有学者从水量和水质相结合的角度重新认识生态需水[18]。综上分析,我国生态 需水研究是在巨大的人口压力导致生态环境严重恶化的背景下提出的,多从河流地貌学、 水文和水资源角度研究,主要集中在干旱、半干旱地区和半湿润地区,其内涵和外延均较 国外大,涵盖面较广。 2生态需水的分类及估算方法 生态需水估算方法归纳起来主要涵盖两个方面:一是河流生态需水即河道内生态需水;二是陆地生态需水即河道外生态需水。生态需水估算应根据各种生态类型的需水特点,考 虑不同保证率下的生态需水状况。 2.1河流生态需水 已有的常见各类方法的代表模型、优缺点及适用范围见表1。以上各大类中都包含许 多具体方法,而每种具体方法又有其不同的适用条件和范围。在实际应用中,关键是能够

关于生态环境需水量若干问题的探讨

关于生态环境需水量若干问题的探讨 崔树彬 摘要生态环境需水量是指一个特定区域内的生态系统的需水量。对其计算,国内外已有一些方法。但水土保持需水量不必作为生态环境需水量进行单独的计算,河道水沙平衡需水量也不宜纳入生态环境需水量。 关键词生态环境需水量定义计算 概念和定义 在美国,环境用水系指服务于鱼类和野生动物、娱乐及其他美学价值类的水资源需求。主要包括:①联邦和州确定的自然和景观河流的基本流量。联邦制定了《自然和景观河流法》,将部分河流划定为自然风景类河流,以保护其不被开发或阻止开发与该法案目的不一致的水利工程。一些州也划定出本州的自然和景观河流加以保护。②河道内用水。指用于航运、娱乐、鱼类和野生动物保护以及景观的用水。③湿地需水。主要指湿地保护区的需水包括咸水湿地、微盐沼泽和淡水湿地的需水。④海湾和三角洲的流量。为保持和控制海湾和三角洲的环境(咸度、入海流量)而规定的需水量。我国1990年的《中国水利百科全书》将环境用水量定义为:“改善水质、协调生态和美化环境等的用水”。并进一步解释为:改善水质,即“对于河流,应保证枯水期的最小流量,使其得到一定的污径比,以改善水质”;协调生态用水,即“水生物受外界非生物环境的影响……一般可根据不同鱼类区系,鱼类组成及生理习性来考虑维持鱼类生态环境用水。为了防止入海河口泥沙淤积,维护河口地区生态环境,需要保持一定的河道径流水量”;美化环境用水,即“对于旅游区的水库、湖泊和河流,应考虑旅游景观和通航要求,保持一定的湖面和水深……在城市,主要应根据各地气候条件和水源条件,考虑城市的净化、绿化即公园湖泊等用水要求”;此外,还有为控制地面沉降的回灌用水,为减轻咸潮倒灌而加大枯水季河道水量用水等。 上述定义和概念基本上都是基于水体及与水体有直接联系的“水生态”和“水环境”的用水量。目前,我国水利界及社会各界所讨论的“生态环境用水量”,已经大大超过了上述内容和范围。例如,由中国工程院组织43位院士和近300位院外专家参加完成的《21世纪中国可持续发展水资源战略研究》认为:广义的生态环境用水,是指“维持全球生物地理生态系统水分平衡所需用的水,包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡等,都是生态环境用水”。“狭义的生态环境用水是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善所需要消耗的水资源总量”。狭义的“生态环境用水计算的区域应当是水资源供需矛盾突出以及生态环境相对脆弱和问题严重的干旱、半干旱和季节性干旱的半湿润区”。狭义的生态环境用水主要包括“保护和恢复内陆河流下游的天然植被及生态环境;水土保持及水保范围之外的林草植被建设;维持河流水沙平衡及湿地、水域等生态环境的基流;回补黄淮海平原及其他地方的超采地下水”等方面。由此可见,不论是广义的还是狭义

河道内生态需水研究中的栖息地模拟方法

河道内生态需水研究中的栖息地模拟方法 陈庆伟1,齐珺2 (1. 水利部综合事业局,北京 100053; 2. 北京市环境保护科学研究院,北京 100037) 摘要:本文主要介绍了生态需水计算中的栖息地模拟法,栖息地模拟法是根据指示物种所需的水力条件确定河流流量,目的是为水生生物提供一个适宜的物理生境。代表方法包括IFIM 法(Instream Flow Incremental Methodology),CASIMIR法(Computer Aided Simulation Model for Instream Flow Regulations)等,其中IFIM应用最为广泛。IFIM法利用水力模型预测水深流速等水力参数,然后与生境适宜性标准相比较,计算适于指定水生物种的生境面积。 关键词:生态需水;IFIM;栖息地模拟 Habitat simulation of the research of Instream environmental flow Chen Qingwei1, Qi Jun2 (1. Bureau of Comprehensive Development, MWR, Beijing 100053; 2. Beijing Municipal Research Institude of Environmental Protection, Beijing 100037) Abstract: Habitat simulation is a way to determine the stream flow which based on required hydraulic conditions of indicated species. The purpose is to provide a suitable physical habitat for the aquatic. Representative methods include IFIM (Instream Flow Incremental Methodology), CASIMIR (Computer Aided Simulation Model for Instream Flow Regulations). IFIM is the most widely used one. IFIM employs hydraulic models to predict the hydraulic parameters, then compare it to the criteria of suitable habitat, and calculate suitable habitat area for indicated species. Keywords:Environmental flow;IFIM;Habitat simulation 1 引言 河流除生活用水、工业用水、农业灌溉、航运、泄洪等功利性功能外,还有一类重要的功能,那就是生态环境功能,如水生生物和珍稀物种的生存、补充土壤水分、纳污等。 水是维持河流系统和谐结构和使之发挥正常功能的介质和动力[1]。河流系统功能通常包括生态功能、环境功能和资源功能等。维持和保护河流生态环境平衡,就是要在水资源开发利用过程中,把河流系统作为一个有机整体,兼顾河流的经济、环境和生态功能,使三者协调发展[2]。然而,长期以来人们对河流水资源的开发利用集中于农业、工业和生活等方面的需要,对维护河流生态环境平衡所需要的水量没有给予足够重视,过量的开发河流水和占用水资源的生态空间,使河流系统的结构和功能遭到破坏,加速了水资源危机,致使生态环境恶化。针对这一事态,国内外一些学者便展开了对河流生态需水量的研究,并取得了一些进展。 生态需水的概念有不同的表示方法,包括:河道内流量(Instream flow)、环境流量(Environmental flow)、生态流量(Ecological flow)、最小流量(Minimum flow)、生态需水(Ecological water requirements)、环境需水(Environmental water requirements)、河道流量目标(River Flow Objectives)。各种表示方法的内涵相似,研究思路和方法也大体相 作者简介:陈庆伟(1977-),男,河南周口人,工学博士,主要研究方向:水资源管理. E-mail: cqw@https://www.360docs.net/doc/f011170554.html,

河道生态修复基础

河道生态修复基础知识 一、概况 河道生态修复是指在生态学原理基础上,使用综合方法,改善水文条件和河道地貌学特征,修复受损伤的水生态系统的生物群体及结构,重建健康的水生生态系统,修复和强化水体生态系统的主要功能,并能使生态系统实现整体协调,自我维持、自我演替的良性循环。 城市河道生态修复是根据自然生态系统多样性的要求,恢复河道自然属性,改变因城市化和传统水利工程所造成的河道的非自然面貌,消除因此带来的生态胁迫,为河道内及滨河的生物重新构建栖息场所,使得生态系统恢复到接近自然的状态,从而恢复城市河道各种功能,保持河道健康。 二、世界河流生态修复进展

世界上许多国家都在进行河道重返自然的生态修复。从上世纪70 年代起开始,发达国家针对人类活动干扰对河道生态系统的负面影响,开发了河道生态修复的理论和技术。并在河道整治工程和堤防工程设计、施工规范中增加了河道生态建设的内容,或颁布了专门的河道生态工程设计导则。 目前,国外河道生态修复技术包括以下:根据“给河道以空间”的洪水管理理念,建设分洪道、降低河漫滩高程;恢复河道连续性和蜿蜒性;河道岸坡生态防护;重建深槽和浅滩序列;恢复洪泛区湿地;创建河道内生物栖息地结构;建设亲水设施;应用多孔和透水护岸材料和结构等。同时,利用生态学理论,采用生态技术修复受污染河水,恢复水体自净能力,如:人工湿地处理系统、河道直接净化技术、氧化塘处理系统、植物——土壤处理系统、水生植物处理系统、生物操纵技术等 1)德国的近自然河道治理工程 德国的Selferr 首先提出近自然河溪治理的概念。它是指能够在完成传统河道治理任务的基础上,接近自然、经济并保持景观美的一种治理方案1。20 世纪50 年代,德国创立了“近自然河道治理工程”,提出河道的整治要符合植物化和生命化的原理。70 年代中期,德国进行了称之为“重新自然化”关于自然的保护与创造的尝试,开始在全国范围内开始拆除了被砼渠道化了的河道,将河道恢复到接近自然的

河道内生态环境需水量计算方法的研究现状及其改进探讨

第17卷第4期2006年 8月 水资源与水工程学报 Jo urnal o f Water Reso urces&Water Eng ineering V o l.17No.4 A ug.,2006  河道内生态环境需水量计算方法的 研究现状及其改进探讨 张代青,高军省 (郑州大学环境与水利学院,河南郑州450002) 摘 要:从河道内生态环境需水量的基本概念出发,提出河道内生态环境需水量的计算方法问题,认为尺度转换问题是河道内生态环境需水计算的基础;总结了目前国内外较为常用的河道内生态环境需水量的计算方法,同时对其进行了综合比较,指出了其优缺点;认为将国外和国内计算方法有机结合并进行合理改进,使之适合国内河道内生态环境需水计算,是今后国内河道内生态环境需水研究的方向之一。 关键词:生态环境需水量;计算方法;研究尺度;河道 中图分类号:X171.1 文献标识码:A 文章编号:1672-643X(2006)04-0068-06 Discuss on the research situation of estimating methods of eco-environmental water requirements in river course and its modification ZHANG Dai-qing,GAO Jun-sheng (School of Env ir onment and W ater conser vancy,Zhengz hou University,Zhengz hou,H e'nan450002,China) Abstract:Based on the basic co ncept of eco-environmental water r equirements in river cour se, the question on estimation metho ds has been pr esented.T he issue of scale transfo rmation w as co nsidered the base to estimate eco-environmental w ater requir em ents in river co urse.Then more general estimatio n methods of eco-environmental w ater requirements in r iv er cour se at ho me and abr oad w er e summ arized,the sy nthesis compar ison to them w as carried on,and the advantag es and disadvantag es of applying them to practice w ere pointed out.Finally,in o rder to estim ate eco-environmental water r equirements in river course in do mestic,it w as tho ug ht that co mbining do mestic estimation metho ds with foreign estimatio n methods and reasonable improvem ent w as one of research directions. Key words:eco-environmental w ater requirements;estimation methods;research scale;river co urse 河流水体是流域地表水资源的主体,对农业、工业、生活以及生态环境用水起主导作用。因此,河道内生态环境需水,特别是河道内生态环境需水量的计算,是水资源领域研究的重点。如冯宝平和张展羽等[1]、王西琴和刘昌明等[2]对河道内生态环境需水量的计算问题都进行了重点阐述。但至今国内外能通用的计算方法却很少,尤其是用国外方法计算国内河流生态环境需水时,结果往往与实际不符,致使许多计算方法的应用受到很大限制。为吸收国外计算方法的优点、准确计算国内河流生态环境需水量、合理开发和综合利用河流水资源,笔者试图对国内外河道内生态环境需水量计算方法进行总结、比较、分析、改进和补充,以寻求符合国内实际的河道内生态环境需水量的计算方法,为较准确计算国内河流生态环境需水量提供一种新思路。 1 基本概念与研究尺度 1.1 基本概念 河道内生态环境需水量是美国渔业和野生动物保护组织最早提出的[3]。目前,虽然国内外已通用这 收稿日期:2006-02-10 基金项目:郑州大学引进人才科研项目资助 作者简介:张代青(1974-),男(汉族),湖南隆回人,硕士研究生,主要从事水文学及水资源研究。

生态环境需水量的分析与计算 (1)

生态环境需水量的分析与计算 □胥洪军□朱东彪(河南省许昌水文水资源勘测局) 摘要:生态环境需水量是维持生态与环境功能和进行生态环境建设所必需的最小需水量,对人与社会和谐可持续发展具有重要意义。本文结合《许昌市东区水系治理及补源工程建设项目水资源论证报告》,阐述了生态环境需水量的含义及其计算方法简介,从保持水生态环境的目标出发,在建设项目水资源论证中更合理对生态环境需水量的进行分析计算。 关健词:建设项目生态需水水资源论证计算方法 2002年5月1日,由国家水利部和计委颁布的《建设项目水资源论证管理办法》开始实施。建设项目水资源论证,主要是从取水、用水、退水及其影响等方面,对建设项目取用水全过程进行分析计算,对建设项目用水的可行性、合理性以及对周围环境的作用、对其他用水户的影响等诸多因素进行分析,最终提出建设项目用水的水量、水质、工艺流程、排污等一系列方案,作为取水(预)许可申请的技术依据。在需水预测分析计算中,除考虑传统的农业需水、工业需水、城市生活需水外,从重视生态环境,协调生活、生产、生态用水等方面考虑,在建设项目水资源论证中还必需考虑生态环境需水问题。在生态环境脆弱地区,对生态环境需水需要赋予更高的优先级。因此,在2005年5月水利部颁布实施的《建设项目水资源论证导则(试行)》(SL/Z 322—2005)中明确提出在需水预测中应包括河道内生态需水量。本文将根据国内外的有关理论方法,结合水资源论证实践,对生态环境需水量的分析和计算进行初步探讨。 1.生态环境需水的基本概念 1.1生态环境需水的定义 对于生态环境需水的研究有不同的途径与观点,目前还没有形成一个系统、科学的理论体系,研究者对于生态环境需水的概念还不能达成一致。从总体上来看,多数人认为生态需水是水资源短缺地区为了维护生态系统的稳定和保持生态

河道整治及生态修复监理细则

淮安市白马河上游九条河道整治及生态修复工程 监 理 细 则 监理单位:江苏省工程勘测研究院有限责任公司洪泽县白马湖生态保护项目监理部 日期:2016年11月22日

施工监理实施细则 说明: 1.本细则依据工程承建合同文件、设计文件以及《水利水电工程施工监理规范》SL288-2014、《水利工程建设标准强制性条文2016版》等有关工程规范编制。 2.编制单位:江苏省工程勘测研究院有限责任公司洪泽县白马湖生态保护项目监理部 批准人: 编制人: 洪泽县白马湖生态保护项目监理部 日期:2016年11月22日

施工监理实施细则 1、总则 1.1本细则依据工程承建合同文件及有关工程规程规范和技术标准编制。 1.2 本细则适用于水利水电工程建筑材料的质量监理。 2、承包人的责任 2.1承包人应向监理提交建筑材料的采购合同、出厂质量证明、出厂合格证和出厂试验报告。 2.2承包人必须按合同的有关规定建立检测试验室或委托有资质的检测单位,对施工中采用的建筑材料进行自检取样试验,并按规定将试验报告报送监理审查和核备。 2.3监理可按监理合同规定或项目法人要求对建筑材料进行抽检试验,承包人应为监理的抽检试验提供方便。 2.4承包人计划使用代用材料时,应报送监理审批。 2.5承包人应对提供使用的所有材料负全部责任。一旦发现使用不合格的材料,应按监理指示予以更换并将不合格的材料运离工地,并承担由此造成的一切损失和合同责任。 2.6承包人未按规定进行建筑材料的质量检验而造成施工进度延误的,由承包人承担合同责任。 3、申报签证程序

3.1建筑材料进场前,承包人应按合同有关条款规定,将拟选择的有生产许可证的厂家,采购或使用计划,一并报监理审查批准后方可实施。 3.2在建筑材料进场前,承包人应按规定,进行检测试验,并向监理报送《进场材料报验单》。 3.3上述报送文件连同签审意见单均一式四份,经承包人项目经理签署并加盖公章后报送监理部,监理部在检查合格后予以签证确认,承包人方可使建筑材料进场。 3.4 如果承包人未能按期向监理部报送上述文件时,由此造成施工工期延误和其他损失,均由承包人承担合同责任。 4. 质量检验程序 4.1钢筋与型材 4.1.1钢筋与型材,生产厂家应有生产资质和生产许可证,每批应有出厂日期、生产合格证及产品质量检验报告。 4.1.2钢筋使用前,按同品种、同等级、同炉号、同厂家生产每60t一批(不足60t的按一批)验收,每批至少取样一组,做抗拉及冷弯试验。 4.1.3钢号不明的钢材,经试验合格后方可使用,但不能在承重结构的重要部位上使用。对钢号不明的钢材进行试验,其抽样组数不得少于6组。 4.1.4钢筋的焊接方法应符合有关规程规范,对使用的不同品种、钢号、直径的钢筋之间焊接均需至少进行一组焊接强度试验。

河流生态需水

论河流生态环境需水 倪晋仁1,崔树彬2,李天宏1,金玲1 (1.北京大学环境工程系,水沙科学教育部重点实验室; 2.黄河水利委员会水资源保护研究所) 摘要:回顾了生态环境需水量研究的进展,讨论了实现河流各项基本功能目标的河流生态环境用水分类、各类生态环境用水量的计算方法及其间关系。提出了河流生态环境用水量及其阈值确定的各项原则,包括功能性需求原则、分时段考虑原则、分河段考虑原则、主功能优先原则、效率最大化原则、后效最小化原则、多功能协调原则和全河段优化原则。 关键词:河流;生态环境需水量;功能;阈值;原则 基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G1999043603) 作者简介:倪晋仁(1962-),男,山西山阴人。教授,主要研究方向:河流泥沙,环境科学与工程。 l 生态环境需水量的概念 什么是生态需水量,对此目前还没有一个公认的定义。生态需水量应该是特定区域内生态系统需水量的总称,包括生物体自身的需水量和生物体赖以生存的环境需水量,生态需水量实质上就是维持生态系统生物群落和栖息环境动态稳定所需的用水量。因此,生态需水量

不但与生态系统中生物群体结构有关,而且还应与气候、土壤、地质和其它环境条件有关。只有在设定的生态环境标准下,生态需水量才具有明确的意义。 什么是环境需水量,对此迄今也没有一个统一的认识。在美国,环境需水量系指服务于鱼类和野生动物、娱乐及其它具有美学价值目标的水资源需求[1]。在中国,环境需水量被看作为满足水质改善、生态和谐与环境美化目标的水资源需求[2]。环境需水量实质上就是为满足生态系统的各种基本功能健康所需的用水。只有在明确目标功能的前提下,环境需水量才能够被赋予具体的含义[3]。 然而,就像离开环境讨论生态或撇开生态谈论环境一样,生态需水量与环境需水量很难隔裂开来探讨。事实上,不管怎样表述,己有关于生态需水量和环境需水量的研究多数都基于“水生态”和“水环境”两方面需水的考虑。在不具备分别探讨生态需水与环境需水的条件时,如果将生态需水量与环境需水量结合考虑,则会自然地提出“生态环境需水量”的概念。广义地讲,生态环境需水可以被认为是维持全球生物地理生态系统水分平衡所需的用水,包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡用水等[4]。狭义地讲,生态环境需水可以被视作为维护生态环境不再恶化并有所改善所需的水资源总量,包括为保护和恢复内陆河流下游天然植被及生态环境的用水、水土保持及水保范围之外的林草植被建设用水、维持河流水沙平衡及湿地和水域等生态环境的基流、回补区域地下水的水量等方面[2,4]。广义的生态环境需水

河道生态修复专题报告

河道生态修复专题报告 1、砂坑治理 沙坑的成因分析 导致沙坑形成的原因有人为和自然两种因素,人为的挖沙取石是沙坑形成的主要原因,不合理的开采利用,破坏地表植被,直接导致沙坑形成。同时风蚀、水蚀也加剧了沙坑的形成。 沙坑的特点分析:一般分布较广、且多数比较零散。 沙坑的危害 (1)破坏土地、影响地表景观。 砂石的开采是以剥离挖损土地为主,显着改变了地表景观,一般沙坑开采前是有植被覆盖的河滩地,甚至是农田。开采后地貌和植被遭到破坏,由于沙石的挖去,地面形成巨大的沙坑,且周围堆置着大量的废石与垃圾,严重破坏地表自然景观,形成一个与周围环境完全不同甚至极不协调的外观。随着人类社会的发展与进度,景观的破坏越来越多的引起当地居民的强烈反应。 (2)形成大量沙尘源,容易就地起砂。 沙坑多分布在生态环境原本就很脆弱的河道两侧及荒滩地。由挖沙取石,破坏了植被和表层土壤,形成大面积的荒沙地。到了冬春季节,风起沙扬。 (3)造成大量的水土流失。 人工采石挖沙,形成沙坑,造成周边地段地下水下降,加上人工对地面的扰动,使土壤的抗侵蚀性降低,到了雨季,加剧水土流失,并容易引起塌方等自然地质灾害。 总之,由于砂石的开采,沙坑的形成,破坏了生态环境,污染了大气环境,严重影响了社会经济的发展和人名的生活水平。 沙坑治理的具体措施 (1)大沙坑治理采取小坡平整的措施 1)平整最小边坡1:5。根据植被生长需要及稳固沙土要求,植被自然生长所需坡度不宜陡于1:5。 2)尽量保证堤脚护堤滩地宽度不小于30m。 3)基本保证每一个横断面内,挖填土方内部平衡,且就近平衡。 (2)有常流水的河道,采取引种水草、封河育草的措施,恢复河道的湿地景观。 (3)干旱河道采取撒播草籽的措施,提高河道内的植被盖度,减少水土流失,避免扬沙。 2、土壤改良 针对不同土壤质地类型,提出相应的土壤改良措施模式: (1)河道基质为砾石类占主体的地段:首先将河道局部小地形地貌平整处理,然后覆盖一层3-5cm层厚的生土,并碾压2-3次,压实,形成一个隔水层。其次将河道内的沙土按照1:1的体积比例与客土进行混合配置。主要客土材料配比为:黄壤土60%,有机质(泥炭和农家肥总计15-20%)+植物纤维(粉碎的农作物秸秆20%-25%)。增加适当的土壤改良剂及保水剂,配好的客土覆盖20cm厚度。 (2)沙质土类为主体的地段:河道平整处理,然后覆盖一层3-5cm层厚的生土,并碾压2-3次,压实,形成一个隔水层。将河道内的沙土按照4:3的体积比例与客土进行混合配置。主要客土材料配比为:黄壤土60%,有机质(泥炭和

黄河干流生态与环境需水量研究综述

【摘要】本研究在收集分析国内外有关生态环境需水研究进展的基础上, 紧密结合黄河水环境和水生态特点, 界定了黄河生态环境需水量的内涵和组成。对宁蒙(下河沿—头道拐) 、龙三(龙门—三门峡)和下游3个重要河段的河道生态需水量、环境需水量计算方法及生态需水量、环境需水量耦合等问题进行了研究, 提出了黄河干流10个重要水文断面的适宜生态环境水量和最小生态环境水量。【关键词】生态需水量; 环境需水量; 水质目标; 河道湿地; 耦合研究; 黄河黄河是中华民族的母亲河, 是我国西北、华北地区最大的供水水源, 代写论文以其占全国河川径流2%的有限水资源, 承担着本流域和下游占全国15%耕地面积引黄灌溉、12%人口及50多座大中城市的供水任务。近20年来, 随着流域经济社会的快速发展 , 黄河水资源的过度开发以及日益增加的污染排放量, 致使流域水资源的供需矛盾和水污染问题愈加突出, 也导致了诸如河道频繁断流、河槽萎缩、水质恶化、鱼类产卵场退化、河口湿地面积萎缩等一系列问题, 黄河流域生态系统整体呈恶化趋势。1 黄河生态环境需水量概念及内涵国外对生态环境需水的研究始于20 世纪40 年代, 主要侧重于河道内流量的研究, 这期间有很多定量研究的方法( tennant, 7q10法, 河道湿周法, if-im法, r-cross法等等) 。在我国, 更多的是对流域生态需水和区域生态需水的研究, 特别是对西北内陆河生态需水和黄淮海流域生态需水的研究。尽管目前国内外有关“生态环境需水量”方面研究很多, 但对其概念界定尚无统一的认识, 研究者多根据其研究目标及其要保护的主要功能提出相应的定义[ 1 - 3 ] 。基于对黄河生态系统、水文水资源特性、水资源开发利用程度及水环境状况的认识, 本文认为黄河生态环境需水量概念为: 生态需水量是指为维持黄河水生生物特别是鱼类的正常生存繁殖, 满足河道湿地、河口湿地生态系统基本功能和维持一定规模的水量。环境需水量是指为改善黄河水体水质, 基本满足其环境功能所需要的水量, 环境需水量实质上有着满足水量和水质的双重概念。其内涵主要包括以下几个方面:一是保护河道内水生生物正常生存繁殖的水量; 二是维持河流水体功能水质的水量; 三是满足河道湿地基本功能的水量; 四是维持河口一定规模湿地的水量;五是有利于河口水生生物生存及河口生态修复的水量。黄河适宜生态环境水量是指维系黄河生态系统良性循环的较佳水量, 此时系统状态较理想, 能够发挥较好的生态环境功能。在此状态下, 黄河系统的恢复目标为: 一是黄河水质满足水功能目标要求, 水环境质量有明显改善; 二是黄河主要保护物种鱼类能够获得一定的生存空间, 遭到破坏的鱼类产卵场得到逐步恢复; 三是河道湿地和河口湿地生物多样性、生态完整性能够得到维持, 发挥湿地应有的生态环境功能。最小生态环境水量是指维持系统生存所需的最低水量或底限阈值, 若低于该水量, 系统会发生退化。代写毕业论文对于黄河下游河道来说, 最小生态环境水量也是为了防止河道水体断流并发生功能性裂变, 维持河道水流循环的最小流量。2 理论及方法 2.1 生态需水量根据黄河生态系统和水环境的特点, 一方面由于黄河缺乏长期的水生生物的调查及其生长习性的观测数据, 缺乏相应典型河段主要保护物种生理需水的基础研究支持, 另一方面考虑黄河水生生物并不丰富的实际, 因此, 现阶段很难做到完全生态学意义上的定量研究。足够流动的水体是构成河流生态系统的基础, 从水量及其相关因子考虑, 目前国内外有很多学者利用历史流量法和水力学参数法来计算研究河流生态环境需水量。这种保持河流一定流态的流量可认为是维持河流生命的基本水量。因此研究利用历史流量法(tennant法和90%保证率设定法)计算河道基流,在环境水量研究的基础上, 考虑河口生态修复需水,结合水力学参数法, 对该流量级下的水文要素(如水深、流速、湿周等) 能否满足黄河鱼类的生存空间进行判别, 以体现保护鱼类生存繁衍和维持生境的生态水量需求。(1)tennant法: 脱离特定用途的生态环境用水量计算方法, 也叫tennant法或montana法, 是非现场确定河流生态环境需水的典型方法。该方法以河流水生态健康情况下的多年平均流量观测值为基准, 将保护水生态和水环境的河流流量划分为若干个等级,推荐的标准值是以河流健康状况下多年平均流量值的百分数为基础。tennant法生态环境水量计算的核心问题是必须给出一个预先确定的年平均流量。本研究采

生态需水量计算方法2

生态需水的概念及其计算方法 粟晓玲,康绍忠 (西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室,陕西杨凌 712100) 摘要:论述了生态需水的概念,从生态需水量的基本原理出发,探讨了各类生态需水量计算的框架。以渭河为例, 估算其多年平均河道内生态需水为39180亿m 3。并对未来生态需水研究趋势进行了展望。 关 键 词:生态需水;概念;计算理论 中图分类号:S271;S715 文献标识码:A 文章编号:100126791(2003)062740205 收稿日期:2002207229;修订日期:2002211206 基金项目:国家自然科学基金资助项目(90202201);国家自然科学基金委员会、水利部黄河水利委员会黄河联合研究基金 项目(50279042) 作者简介:粟晓玲(1968-),女,四川开江人,高级工程师,博士研究生,主要从事水文水资源方面的研究。 E 2mail :suxiaoling 68@1631net 生态需水是目前水科学领域非常热门和较新的研究课题,仅仅在最近10年才开始活跃。该领域尽管是科学文献报告的主题内容,但研究多局限在全球政策与法律方面,而且基本上没有真正执行生态需水的配水。有关生态需水的论文还基本停留在介绍一些基本的概念或定义,其计算方法主要从物理的水量平衡、水热平衡、水沙平衡、水盐平衡等方面考虑,而且主要是针对现有生态系统或生态水文条件,没有考虑生态系统和水文过程的相互反馈作用以及不同遗传特性物种的水分生产关系,还缺乏系统的建立在严谨的生理学、生态学和物理学理论及定量的数学方法基础之上的生态需水量计算方法。 什么是最优的植被群体结构组合和良性循环的生态系统?什么是最适于西北旱区的节水型生态系统及如何构建西北旱区生态极度脆弱条件下的节水型生态系统?生态系统最少需要多少水来维持其正常的功能(生态需水的阈值)?如何处理器官、个体、群体及景观生态的关系,由典型植株或局部区域的实验观测资料考虑尺度效应确定某一区域的生态需水量?生态需水和生态耗水有什么区别?如何评价生态耗水的价值并最优协调生态需水与经济需水的矛盾?如何定量评价人类活动及水文循环过程演变对生态系统的影响?这些问题是当前所有水科学和水文生态学工作者所面临的挑战。 1 生态需水量的概念 生态需水量更确切地说应是生态系统的需水量,理解生态需水量首先得从生态系统谈起。 111 生态系统及生态服务 生态系统是在一定空间内由生物成分和非生物成分组成的一个生态学功能单位,包括人类的生命支持系统———大气、水、生物、土壤和岩石,这些要素相互作用构成一个整体,即人类的自然环境。生态系统根据地理条件的不同分为水生生态系统和陆地生态系统两大类[1]。生态系统向人类提供了极其重要的“生态服务”功能:植物进行光合作用并生产氧;细菌处理有机废物并维持良好水质;流域植被建设能减洪并提供稳定的基流及泉水;坡面和河川径流为生活、生产提供水源,并为陆地生态系统和野生生物所利用;健康的生态系统能确保生物多样性的维持和水的良性循环。生态系统服务功能是人类生存与现代文明的基础。生态系统需要水维持其功能并提供生态服务。 第14卷第6期 2003年11月 水科学进展ADVANCES IN WA TER SCIENCE Vol 114,No 16 Nov.,2003

黄河干流生态环境需水量

黄河干流生态环境需水量 摘要:黄河干流生态环境需水量是黄河健康生命水量的重要组成部分。黄河河道生态环境需水量应主要包括以下几个方面:保护河道内水生生物正常生存繁殖的水量;维持河流水体功能水质的水量;满足河道湿地基本功能的水量;维持河口一定规模湿地的水量;有利于河口水生生物生存及河口生态修复的水量。对黄河干流重点河段环境需水量的分析认为:1现状纳污水平下,黄河干流所需流量很大,在目前水资源条件下很难实现;o阶段目标控制水平下,龙门以上河段所需流量基本可以得到保证,但龙门以下河段难以得到保证;?要实现黄河/污染不超标0的目标,入黄支流必须满足入黄水质目标要求,入黄排污口必须满足国家污水综合排放标准。 “维持黄河健康生命”是一种全新的治河理念,其核心是解决黄河”水少”、”沙多”和”水沙不平衡”,以及如何保持以黄河为中心的河流生态系统良性发展的问题[1]。黄河干流生态环境水量是黄河生命水量的重要组成部分,是维持黄河健康生命的关键,也是实现黄河水资源可持续利用的基础。 1 黄河水资源开发利用现状与水污染形势 1.1 水资源开发利用现状 由于黄河天然径流量的变化和沿黄各省区社会经济发展对水资源的过度开发利用,使得黄河水资源供需矛盾日益突出。沿黄地区近10年(1988~1997年)平均总用水量498亿m3,其中地表水量381亿m3,水资源开发利用率为70%以上,远远超过国际上公认的40%警戒线。其结果是黄河下游频繁断流,入海水量锐减。黄河水资源量的减少不仅加剧了黄河水资源的供需矛盾,而且挤占了河道内生态环境用水,严重影响了黄河流域的生态环境安全。 1.2 水污染形势分析 据近年来非汛期水质监测资料初步评价结果,在黄河干流5 464 km河长中,?、ò类水质河长为2 105 km,占总评价河长的38.5%,主要分布在兰州钟家河桥以上河段;ó类水质河长为325 km,占总评价河长的5.9%,主要分布在兰州)下河沿河段;?类水质河长为714 km,占总评价河长的13.1%,主要分布在下河沿)青铜峡、府谷)龙门等河段;?~劣?类水质河长为2 320 km,占总评价河长的42.5%,主要在宁、蒙间的叶盛公路桥)头道拐、喇嘛湾)府谷以及潼关以下河段。水污染因子主要是化学需氧量(CODCr)和氨氮。上述结果表明,黄河干流除源头至下河沿河段水质较好,能基本满足水体功能要求外,下河沿以下河段现状水质都超过功能区水质目标,其中石嘴山)头道拐、潼关)三门峡、小浪底)花园口河段更为突出,以上河段应是研究生态环境水量重点关注的河段。 2 黄河生态系统的基本特征 通过对黄河水生生物调查可知,黄河水生生物种群结构相对较为简单,生物种类、生物种群数量相对较少,这是黄河的自然属性和区域自然环境条件所决定的。黄河干流已修建了12个大型水利枢纽,这些工程在修建时都没有考虑生物通道问题,不但人为改变了河流形态,阻断了水流的连续性和水体自然状态的交换,而且阻隔了水生生物特别是鱼类的洄游。20世纪80年代黄河干流及其支流上的一些鱼类产卵场大多已经消失或发生了相应变化,如伊洛河口的鱼类产卵场由于水污染问题已遭到很大程度的损害。从生态学意义上讲,水利工程的开发对生态环境有一定的负面影响,这就要求人们在河流的开发和水利工程建设时,重视利用非工程措施协调人水关系,最大限度减轻水利工程对自然生态的影响。但是,也不能片面地强调生态保护而简单地否定修建任何水利工程,这同样不符合科学的发展观。应该看到,以鱼类为顶级物种的黄河水生态系统有着较强的自身修复功能和适应调节能力。1999年3月1日起,经国务院批准,由黄委对黄河干流实施全河水量统一调度以来,至今没有发生水文意义上的断流,

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