生态需水理论与方法研究及发展前景分析

郝少英

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

随着社会经济的发展，人类活动对生态系统的干扰不断加大，甚至超出生态系统的承受能力，生态问题日渐突出，可持续发展面临严峻挑战。生态需水问题涉及水资源合理配置、土地资源利用、生态环境保护及经济布局等诸多方面。因此，加强生态需水理论与方法的研究，对扭转环境恶化局面、保护生态环境、实现经济可持续发展具有重要意义。

1 生态需水概念及研究内容

1.1 生态需水概念

生态需水是处理人与生态关系的核心。生态需水并不是一个崭新的术语，而是伴随生态环境恶化而逐渐为人们所熟知的。生态需水概念的提出体现了一种新的流域环境管理的思维模式，它重视生态环境和水资源之间的内在关系，强调水资源、生态系统和人类社会的相互协调发展的理念。生态需水最早由美国提出，其目的是研究维持河道内鱼类生存所需的河道基流，之后发展到河岸带生态需水研究，直到目前开展的流域尺度、区域尺度上生态需水研究[1]。

国内生态需水研究始于20世纪90年代，不同的研究者由于对生态需水的研究对象、研究思路和技术手段不同，从不同的角度对生态需水进行了界定。从广义上来讲，维持全球生物地理生态系统水分平衡所需的水包括：水热平衡、生物平衡、水沙平衡、水盐平衡等所需用的水都是生态需水[2]；狭义地讲，生态需水是为了维持生态系统的某种质量水平，需要向生态系统不断提供或保留的水量[3-5]。这表明生态需水的概念、内涵在不断丰富。

1.2 生态需水研究内容

20世纪80年代初期，美国在生态需水方面取得了初步研究成果，形成了生态需水分配研究的雏形，并在河道内流量计算方面形成了较完善的方法[6]。之后，生态需水有了长足发展，特别是近年来，为了促进水文水资源研究，国际之间加强了合作，其中包括河流枯水流量研究，最主要的是由国际间共同努力而建立起来的FRIEND行动计划[7]，随着FRIEND行动计划的推广，生态需水研究在非洲、地中海沿岸干旱地区以及欧洲也相继发展起来。

我国生态需水的研究尽管起步较晚，但研究进展较快。在国内，生态需水由水文水资源学家率先提出，在相继研究中也集中在水文和水资源研究领域。我国生态需水的研究从20世纪80年代开始，研究目标主要集中在西北干旱、半干旱地区林草植被建设的生态需水问题上。从90年代后期开始，生态需水方面的研究成果逐渐增多，特别是到2000年以后中国学术界对生态需水研究高度重视，涌现出大量的相关研究成果。总之，随着这些理论研究的不断深入和实践活动的不断开展，生态需水研究理论将日趋成熟。

2 生态需水量研究方法

生态需水计算方法研究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。

2.1 河道内生态需水研究

目前，生态需水量研究主要集中于河道内生态需水，采用的方法多种多样，这些研究大多遵循纵向（顺水流方向）、横行（垂直水流方向）、垂向（地表水与地下水上下交换方向）和时间域的四维研究手段[8]，即历史流量法、水力学法、生物栖息地法和整体分析法，各类方法的代表模型、优缺点及适用范围见表1。

表1 河道内生态需水计算方法分类及特点

以上每类中都包含多种方法，而每种方法又各有特点和适用范围。在实际运用中，一个关键的问题是根据实际情况从众多的方法中选出一种或几种简单易行且满足河流生态系统保护要求的合适方法。

2.2 河道外生态需水研究

河道外生态需水主要是指植被生态需水，该研究主要集中在水资源缺乏的干旱和半干旱地区，其计算方法主要包括面积定额法、改进后的彭曼公式法、基于遥感的生态需水量计算方法和潜水蒸发法，各种计算方法的优缺点及适用条件见表2。

表2 河道外生态需水计算方法分类及特点

3 存在问题

目前，国内外在生态需水的研究方面取得了大量成果，在实践中得到了广泛应用，但由于水和生态系统关系极其复杂，生态需水理论研究目前还处于探索阶段，一些问题有待深入研究，具体包括以下几方面：

第一，生态需水理论体系的建立。目前，有关生态需水的研究还基本停留在介绍概念或定义的层面上，缺乏对生态目标的明确诠释，也未对水分—生态耦合作用机理进行系统剖析。因此需要加强生态需水的机理、影响因素、计算方法及评价指标体系等方面的研究，为我国水资源可持续开发利用提供科学依据。

第二，尺度的研究。我国生态需水的尺度研究大部分集中在中尺度水平，空间尺度主要集中于西北内陆地区和黄淮海流域，时间上主要以年月为计算单位，虽然这些宏观研究为水利部门和环保部门的水资源管理和环境保护提供了一些理论依据，但对于具体的水资源合理配置研究还缺少准确数据和理论依据。

第三，模型的研究。目前，生态需水量多侧重于单项研究，而且各项间的计算存在交叉重复，需要建立生态需水量耦合模型，定量分析流域生态需水量。

目前，国内的生态需水研究主要是借鉴国外的相关研究理论和方法，这些理论和方法往往只是理论上的核算，在实践中难以利用。随着计算机技术和各种理论方法的不断完善，生态需水研究无论在理论上，还是实践中将日益成熟。

[1]严登华，何岩，王浩，等.生态水文过程对水环境影响研究述评[J].水科学进展，2005，16（5）：747-752.

[2]张光斗，钱正英.中国可持续发展水资源战略研究综合报告[J].中国水利，2000（8）：5-17.

[3]倪晋仁，金玲，赵业安，等.黄河下游河流最小生态环境需水量初步研究[J].水利学报，2002，8：121-129.

[4]刘静铃，杨志峰.湖泊生态环境需水量的计算方法研究[J].自然资源学报，2002，17（5）：604-609.

[5]王让会，卢新民，宋郁东，等.西部干旱区生态需水的规律和特点——以塔里木河下游为例[J].应用生态学报，2003，14（4）：520-524.

[6]Geoffrey E.Petts.Water allocation to protect river ecosystems[J].RegulatedRivers：Research&Management.1996（12）：353-365.

[7]Smakthin V U．Low flow hydrology：a review[J].Journal of Hyd rology，2001，（240）：147-186.

[8]杨沛，毛小苓，李天宏.快速城市化地区生态需水与土地利用结构研究 [J].北京大学学报（自然科学版）网络版，2009,4：39-47.