第十二章 水文学与生态环境

1. 第十二章水文学与生态环境

2. 第十二章 水文学与生态环境 主要内容 12.1 生态环境的概念及其与水的联系 12.2 生态环境需水量计算

3. 12.1 生态环境的概念及其与水的联系 12.1 生态环境的概念及其与水的联系 12.1.1 生态环境的概念 生态环境是以人类为主体，其他生命物体和非生命物质都被视为环境要素的环境，除包括自然因素外，还包括社会因素。

4. 12.1.2 生态环境与水的联系 下面将从不同的角度来介绍水对生态环境的影响和作用。 （1）水是生态环境存在的基础 水是一切细胞和生命组织的主要成分，是构成自然界一切生命的重要物质基础。 无论自然界环境条件多么恶劣，只要有水的保证， 就可能有生态系统的存在和繁衍。

5. （2）人类过度掠夺水资源，使生态环境遭受严重破坏（2）人类过度掠夺水资源，使生态环境遭受严重破坏 自十八世纪中叶的工业革命以来，随着科技和经济的飞速发展，人类征服自然、改造自然的意识在逐步增强，向自然界的索取亦越来越多，由此对自然界造成的破坏规模越来越大，程度也越来越深。包括水资源在内的其他资源都遭到了人们的过度开发和掠夺，人类对自然的破坏已超越了自然界自身的恢复能力，因此，地下水超采严重、土地荒漠化、水环境恶化这些专业词汇已成为人们耳闻目睹的常用词，生态环境问题也由局部地区扩展到了全球范围，由短期效应转变为影响子孙后代的长久危机。

6. （3）生态环境的恶化又会影响到人类的生存和发展（3）生态环境的恶化又会影响到人类的生存和发展 人类在向自然索取的同时，反过来也受到了自然对人类的反作用。随着人类对生态环境的破坏越来越严重，一系列的负面效应已经回报到了人类自身。目前，我国的河流、湖泊和水库都遭到了不同程度的污染。在七大水系和内陆河流评价河段中，符合I、II类的仅占25%，III类的占27%，IV、V类的占48%；中小河流50%不符合渔业水质标准；全国一半以上的人口饮用污染超标水；巢湖、滇池、太湖、洪泽湖已发生了严重富营养化，水体变色发臭，引起湖泊生态系统的改变。由此可见，人类在自身发展的同时，必须要考虑自然资源和生态环境的承受能力。否则，过度的开发将会让人类尝到自己种下的恶果。

7. （4）对经济社会发展的宏观调控，是实现人类与生态环境和谐共存的途径（4）对经济社会发展的宏观调控，是实现人类与生态环境和谐共存的途径 人类与生态环境和谐共存是当今社会发展的主流指导思想，也是可持续发展理论的重要体现，对经济社会的宏观调控则是实现这一目标的重要手段。就水资源而言，用“以供定需”替代“以需定供”，通过对水资源的合理分配，使得在保证生态环境需水的前提下，考虑经济社会需水；加强污水处理和水环境保护工作，严格控制污水排放总量，确保各类水体不超越水环境容量的范围；通过水资源规划为水资源保护确立目标和方向，同时通过水资源管理工作，将水资源保护落到实处。

8. 12.2 生态环境需水量计算 12.2 生态环境需水量计算 12.2.1 生态环境需水的概念 广义的生态环境需水是指“特定区域、特定时段、特定条件下，生态环境达到某一水平时的总需求水分”。 狭义的生态环境需水是指“特定区域、特定时段、特定条件下，生态环境达到某一水平时的总需求水资源量”。

9. 12.2.2 生态环境需水量计算方法综述 12.2.2.1 河流生态环境需水量计算方法 （1）标准流量设定法 是根据河流流量，把按照一定统计标准对应的流量值作为河流基本流量值。如，蒙大拿法（Montana法），是将多年平均径流量的百分比作为一定保护目标下的流量需求（丰华丽等，2003）；7Q10法，是将近10年最枯月平均流量或90％保证率最枯月平均流量作为河流基本流量设计值。

10. （2）物理栖息地计算法 是根据河流特征、流量与物种栖息地之间的关系，建立定量化模拟模型，并据此确定河流基本流量值。如，河道内流量增加法（IFIM法），它是由一套分析工具和计算机模型组成，用来评价河道内流量的变化对渠道结构、水质、温度和所选物种适宜栖息地的影响；物理栖息地模拟模型法（PHABSIM法），是IFIM法的计算程序包，它是关于河道内物理变量（深度、流速、底质和盖度）变化、特殊物种栖息地及研究生物的生活阶段的一套计算机模型（丰华丽等，2003）。

11. （3）水力学法 是基于水力学参数的计算方法，参数包括湿周、水面宽度、流速、深度和底质类型等。该方法需要建立流量和生态环境之间的关系，用于预测适宜河道内栖息地数量的变化，它与IFIM法的区别在于没有考虑生物因素的响应（丰华丽等，2003）。如，河道湿周法，是利用湿周作为栖息地的质量指标，来估算期望的河道流量值；R-2Cross法，假设浅滩是临界的河流栖息地，以此确定临界参数，来估算期望的河道流量值。

12. 12.2.2.2 植被生态环境需水量计算方法 根据植被生态环境需水的特性，可以把其计算方法分成两大类（左其亭，2002）。 （1）直接计算方法，是以某一区域某一类型植被的面积乘以需水定额，计算得到的水量即为生态环境需水量。该方法适用于基础工作较好的地区与植被类型，其计算的关键是要确定不同覆被类型的需水定额。 （2）间接计算方法，是根据潜水蒸发量的计算，来间接获得生态环境需水量。即，用某一植被类型在某一潜水位范围的面积乘以该潜水位范围时的潜水蒸发量与植被系数，得到的乘积就是生态环境需水量。这种计算方法主要适合于干旱区植被生存主要依赖于地下水的情况。

13. 12.2.2.3 湖泊、湿地生态环境需水量计算方法 湖泊、湿地作为陆面重要生态环境类型，其需水量计算可采用间接计算方法（左其亭、陈曦，2003）。根据湖泊和湿地的实际情况，可以把湖泊或湿地分成：无植物水面区、有植物沼泽区和有植物旱地区。

14. （1）无植物水面区 其蒸发可直接通过水面蒸发观测值换算求得。设湖区Φ20cm蒸发皿观测的月蒸发量为He（mm），选择折算系数k，无植物水面区面积为F1，则蒸发量为： QE1=F1·He·k/1000 (12.2.1)

15. （2）有植物沼泽区 此区蒸散发有两种途径：一种是覆盖层下面的水面蒸发Eq；一种是植物蒸腾Etr。一般情况下由于资料缺乏，要分别准确计算Eq、Etr比较困难，因此常把Eq和Etr合起来（即蒸散发Ep）进行估算。设：无植物覆盖的水面蒸发量为Eq0，可采用下式来估算： QE2=F2·Ep= F2·K s·E q0= K s·F2·He·k/1000 (12.2.2) 式中，K s为植物修正系数；F2为有植物沼泽区面积。其他符号同前。

16. （3）有植物旱地区 此区蒸散发也有两种途径：一种是覆盖层下面的地面蒸发Et；一种是植物蒸腾Etr。同样道理，可以把Et和Etr合起来（即蒸散量Ep）进行估算。简单、直接的方法是根据当地对不同植物耗水量观测资料计算： QE3=μF3/1000 (12.2.3) 式中，μ为当地条件实测充分供水时单位面积植物耗水量(mm)。可参照实际观测值确定。

17. 综上可得湖泊或湿地实际蒸散发量，作为湖泊或湿地生态环境需水量。如下式： QE= F1·He·k/1000+ K s·F2·He·k/1000+μF3/1000 (12.2.4)

18. 12.2.2.4 城市生态环境需水量计算方法 城市生态环境需水主要包括公园湖泊需水、风景观赏河道需水、城市绿化与园林建设需水以及污水稀释需水等。 公园湖泊、风景观赏河道需水量计算，可采用无植物水面的计算方法，即采用式（12.2.1）。 城市绿化与园林建设，包括城市公共绿地、专用绿地、生产绿地、防护绿地以及郊区风景名胜等全部面积。可以根据当地气候条件和园林绿化情况以及用水大小等因素，来确定城市绿化与园林建设需水定额。 污水稀释需水，目前关于这方面的研究还较少。一般情况下，可根据实际污水排放量大小、污水稀释目标的高低，来综合确定单位污水稀释所需的水资源量，然后再计算总稀释需水量。

19. 12.2.3 生态环境需水分类及计算的关键问题 除按照上述的标准进行需水分类外，还可以根据生态环境保护目标的差异，来对生态环境需水进行分类： 1）现状水平生态环境需水量 (W1) ； 2）天然水平生态环境需水量（W0）； 3）最大目标生态环境需水量 (W－)； 4）最低目标生态环境需水量 (W－)； 5）适宜目标生态环境需水量（ ）； 6）优化目标生态环境需水量 (Wm)； 7）情景生态环境需水量 (Wx）。

20. 因此，计算生态环境需水量的关键问题： 一是，要界定“生态环境达到什么水平或目标？”； 二是，要选用合适的、能进行情景分析的计算模 型； 三是，要获得相应的模型参数。

21. 12.2.4 基于水循环模拟的生态环境需水量计算新思路 建立研究区的水循环模型，从而找出哪些项是生态环境需水，哪些项不是。这种“基于水循环模拟的生态环境需水量计算方法”，是从水循环过程及生态环境耗水机理的层面上来研究的，这样可以避免生态环境需水量重复计算问题。

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