天津市生态需水量分析

刘洪涛 刘薇 邵勇 卓熠

（1天津市水利勘测设计院 天津 300204 2天津江河弘元环境技术研究有限公司 天津 300220）

天津市的在水资源方面存在诸如本地水资源严重不足、入境水量大幅减少、生态用水赤字巨大、水资源的保护形势严峻等等问题。为协调经济社会发展与生态环境之间的关系，维护生态平衡，实现水资源的合理配置与可持续利用，对天津市的生态需水的研究是必要的。

1 概述

1.1 生态需水的定义

生态需水是一个复杂的概念，至今国内外对其仍没有形成一个明确统一的定义。本文采用《河湖生态需水评估导则》[1]（试行）（SL/Z 479-2010）中对生态需水的定义：将生态系统结构、功能和生态过程维持在一定水平所需要的水量，指一定生态保护目标对应的水生态系统对水量的需求。

1.2 生态需水的计算方法

目前河流生态需水的主要计算方法[2]有：（1）水文学方法，也称“历史流量法”、“统计学观点”。包括Tennant法（蒙大拿法）、基本流量法、流量历时曲线法等。该方法主要利用历史流量资料来推导河流的生态流量，取天然径流的百分比作为河流生态需水的推荐值。（2）水力学法，包括湿周法、R2CROSS法、简化水尺分析法、WSP水力模拟法等。该方法应用水力学现场数据，分析河流流量与鱼类栖息地指示因子之间的关系，从而确定生态需水量。其所考虑的参数有湿周、水面宽度、流速、深度、横断面面积等。该方法需要收集河流流量与河流横断面参数方面的数据。（3）栖息地法，通过评价水生生物对水力学条件的要求确定生态需水的方法。包括河道内流量增加法、自然栖息地模拟系统、有效宽度法、加权有效宽度法等。

根据河流的生态环境功能将河流生态环境需水划分为六部分[3]，分别为河流基本生态需水量、防治河流水质污染的生态需水量、维持水生生物栖息地生态平衡需水量，河流水面蒸发和河道渗漏用水量、河流输沙需水量、维持河流系统景观及水上娱乐需水量。

2 天津市生态需水量计算分析

2.1 计算分区

依据天津市河湖水系和水资源的特点，将其划分为北部山区、北系平原区、中心城区-滨海新区核心区和南系平原区等四个区。其中：

一区为蓟运河、?河以北的北部蓟县山地生态环境建设和保护区，是天津城市的水源涵养地。

二区为?河、蓟运河以南，永定新河以北的北部平原区，由武清、宝坻、宁河、汉沽四区县及北辰区的部分地区组成，是我市地表水资源相对丰富的地区，城市防洪的缓冲区，生态建设的保障区。

三区为永定新河以南、独流减河以北，是以中心城区-滨海新区核心区为主构成的区域，是天津政治、经济和文化中心和天津生态城市建设的重点区域。

四区为独流减河以南的南部平原区，是城市防洪的缓冲区，生态建设的保障区。

2.2 计算水平年

近期水平年为2020年，远期水平年为2030年。2030年考虑南水北调东线通水、京津冀协同后水资源条件的改善，考虑适当增大了三区和四区的生态补水量。

2.3 计算方法

由于水资源短缺，天津市生态用水不能完全保障景观娱乐功能。而天津市的河流水系人工控制工程较多，实测流量并不能真实反应天然径流，且天津市的河流水系含沙量很小。因此，天津市的生态需水量只计算河流基础流量、河道蒸发损失量、河道渗漏损失量三者之和的水量。 对于重要的一级河道和中心城区的景观河道除以上三者的生态需水量外，还考虑一定量的景观补水。

2.3.1 各分区的生态需水计算原则

受水资源条件的限制，各分区保护对象有所不同，其生态需水的满足程度亦不同。

一区，河道的生态需水主要保护河道水面宽度，计算时仅为河道蒸发渗漏损失量。

二区，蓟运河、潮白新河、北运河、青龙湾减河、龙凤河、永定新河等一级河道的生态需水主要保护河道的形态功能，计算时考虑河道基础流量与河道蒸发渗漏损失量之和；其他河道的生态需水仅计算河道蒸发渗漏损失量。

三区，河道的生态需水除满足河道形态功能外，还要兼顾娱乐与生态旅游等功能。因此，海河干流、新开河-金钟河等一级河道的生态需水计算为河道基础流量、河道蒸发渗漏损失量之和，并考虑中心城区北运河闸、子牙河闸与海河二道闸间的河道景观补换水量。中心城区的其他二级河道的也考虑了部分景观补水量。

四区，独流减河、南运河、马厂减河等一级河道的生态需水的保护目标同三区，因此计算时除考虑河道基础流量、河道蒸发渗漏损失量之和，还考虑部分生态补水。其他河道的生态需水仅计算河道蒸发渗漏损失量。

全市的湖库湿地需水量包括天津市的湖泊、水库、湿地及城镇公园水体的生态水量。其中青甸洼、大黄堡洼、黄庄洼、七里海、团泊洼、北大港等六个重要湿地的生态需水既要满足形态功能，还要满足生态旅游等文化功能，因此除计算蒸发渗漏损失量外，还考虑一部分维持生态景观环境需要的景观补水量。其余的湖库湿地生态需水量均为蒸发渗漏损失量。

2.3.2 各分区的生态需水量计算方法

（1）生态基础流量

采用最小月平均流量法[3][4]，即以河流最小月平均实测径流量的多年平均值作为河流的基本生态环境需水量。其计算公式为：

式中，Wb为河道基本生态需水量；Qij为第i年第j个月的月平均流量；T为换算系数，31.536×106；n为统计年数。

对天津市主要的一级河道实测资料进行分析，计算生态基础流量的河道包括：潮白新河、北运河、蓟运河、龙凤河、青龙湾减河、永定新河、子牙河、海河、独流减河、南运河、新开-金钟河、马厂减河。

（2）蒸发渗漏损失量

由水量平衡原理，蒸发损失的计算公式为：

式中，Wk为水面蒸发用水量；A为各月平均水面面积；E为各月平均蒸发量，由E601水面蒸发器测定结果计算而得；P为各月的平均降水量。

当河道水位高于两岸地下水位时，河水将通过渗漏补给地下水。一般采用传统的达西定律计算。

天津市多年平均的蒸发量为1100mm，年平均降雨量为560mm～720mm，年渗漏损失深度为365mm～730mm。

通过分析计算，河道蒸发渗漏损失深度按1100mm计算，湖库湿地蒸发渗漏损失按1000mm计算。

（3）景观补水量

景观补水量主要指中心城区海河干流及与之相通的二级河道的循环补换水量[6]，以及南部河道（独流减河、南运河、马厂减河）的景观补水量。

2.4 计算结果

通过分析计算，至2020年，天津市总用水量为140827×104m3，至 2030年，天津市总用水量为 179045×104m3，详见表 1。

表1 各规划水平年生态需水量预测成果

天津市各分区的河湖生态需水量预测成果见表2。

表2 天津市河湖生态环境需水量分区预测成果

3.1 依据天津市河湖水系和水资源的特点，本文对天津市主要的一级河道、重要湿地及参与水系连通的二级河道等的生态需水量进行了分析计算。该成果可为天津市生态水量的供需平衡分析、为水资源调配和连通工程建设提供参考依据。

3.2 在计算生态需水量时，没有全面考虑生态需水的各方面，比如水生态环境目标，水生生物栖息地生态平衡需水量等，因此生态需水量的测算还需要进行更为深入的研究，并通过模型实验计算来分析验证。

3.3 河口生态需水量需单独研究。

[1]河湖生态需水评估导则（试行）（SL/Z 479-2010）[S].2010.

[2]崔瑛，张强等，生态需水理论与方法研究进展[J]．湖泊科学．2010，22(4):465-480．

[3]王西琴，刘昌明，杨志峰.生态及环境需水量研究进展与前瞻[J]．水科学进展，2002，13（4）：507-514．

[4]张代青，高军省.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[J]．水资源与工程学报，2006， 17(4)：68-73．

[5]徐志侠，王浩，董增川等.河道与湖泊生态需水理论与实践[M]．北京：中国水利水电出版社，2005．

[6]天津市水利勘测设计院.天津市水系联通总体规划[R]．天津．2004．