关于生态流量的概念解析

王中根，赵玲玲，陈庆伟，黄 振，4

（1.中国科学院地理科学与资源研究所 陆地水循环及地表过程重点实验室，100101，北京；2.广州地理研究所，510002，广州；3.水利部水资源管理中心，100053，北京；4.中国科学院大学，100049，北京；5.水利部珠江河口动力学及伴生过程调控重点实验室，510002，广州）

地球生命系统的维持需要一定量能够循环流动的水。 生态流量概念的提出与发展，正是因应生态文明建设而生，是实现人与自然和谐发展的必然产物，也是维持地球健康水循环的必由之路。

目前， 生态流量的概念并不清晰，其定义与计算方法也不统一[1]。 从概念解析看，任何概念都是人类在认识客观世界过程中将所感知事物的共同本质属性抽象出来，加以概括形成。 随着人类认识的深入和客观世界的变化，概念的内涵和外延会不断地演化。 生态流量是“流量”概念的一种演化发展， 属于一类特定的流量，既继承了“流量”的共性，又拥有自身的特性。 本文提到的“流量”特指河水流量，即在单位时间内通过河流某一断面的水量（一般用m3/s 表示）。 流量也可以用单位时段内（如日、月、季、年）流出河流断面的总水量来表示，即常说的河川径流量（m3）。 从文献查阅看，生态流量概念的提出，最早可以追溯到20 世纪40 年代初的河道枯水流量（Low Flow）[2]、河道基流（Base Flow）[3]的研究，50 年代开始了基于流量、流速、水位与水生生物关系的河流生态流量（Ecological Flow）研究[4]，60—70 年代出现了河流生态流量相关的评价和计算方法研究[5，6]，80 年代以后生态流量的概念已在不同学科领域与行业管理中得到了快速发展，演变出不同的概念与定义。 为了深入理解生态流量的概念， 本文将从其产生和演变过程中剖析其内涵和外延，为生态流量的理论与实践研究奠定基础。

一、概念的演化

生态流量的概念经过多年发展，大致可以分为两类概念演化体系：一是用时段总水量（m3）来表示，演化出“生态需水量”“环境需水量”“生态环境需水量”，以及“生态用水量”“环境用水量”“生态环境用水量”等不同的概念；二是用瞬时流量（m3/s）来表示，延续了流量的基本概念，发展出不同类型的生态流量和环境流量的概念。

1.时段水量的概念

用时段内的总水量表征，提出了生态需水量的概念[7]。20 世纪90 年代随着国际地圈生物圈计划（IGBP）推动， 生态需水的理论研究得到了快速发展， 基于河流生态系统完整性的生态需水（Ecological Water Demand；Ecological Water Requirement）研究蓬勃发展，并演化出河道内生态需水和河道外生态需水的概念，以及生态环境需水（Eco-environmental Water Demand；Eco-environmental Water Requirement）的概念。 但关于生态需水的定义并不统一，如Covich（1993）[8]提出的生态需水定义“保证恢复和维持生态系统健康发展所需的水量”；刘昌明（1999）[9]提出“最小生态需水量是维系生态环境系统基本功能的一种水量”； 王浩（2003）[10]提出“生态需水是在流域自然资源，特别是水土资源开发利用条件下，为了维护河流为核心的流域生态系统动态平衡，避免生态系统发生不可逆的退化所需要的临界水分条件”；夏军（2002）[11]提出“生态环境需水量是维系生态系统平衡最基本的需用水量，是生态系统安全的一种基本阈值”等。 此外，从用水管理的角度，还提出相关的生态用水、环境用水以及生态环境用水的概念。如1989年汤奇成提出了生态用水的概念[12]；1990 年《中国水利百科全书》给出了环境用水量的定义“改善水质、协调生态和美化环境等的用水”；2000 年《中国可持续发展水资源战略研究报告》界定了生态环境用水的概念、 范畴及分类，将狭义的生态环境用水定义为“维护生态环境不再恶化并逐步改善所需要消耗的水资源总量”； 将广义的生态环境用水定义为“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”。

2.瞬时流量的概念

用瞬时流量来表征，延续了流量的基本概念。 如2000 年欧盟“水框架指令”给出生态流量的定义[1]，即维持水生态系统健康且提供我们依赖的服务所需要的水量；2007 年国际环境流大会“布里斯班宣言”提出了环境流量（Environmental Flow）的定义[1]，即维持淡水、河口淡水系统及依赖于这些系统的人类宜居环境所需要的水流数量、 过程及质量；2010 年美国大自然保护协会给出环境流量的定义[1]，即维持水生态系统的组分、 功能、过程和弹性，以及满足人类物质和服务需求下所需确定的径流水量和时间尺度。 国内关于生态流量的研究最早起源于20 世纪70 年代末的河流最小流量（Minimum Flow）[13]，不同专家学者从不同角度提出不同的概念和定义，如廖文根（2010）[14]提出生态基流的概念，定义为“维持河流基本形态和基本生态功能的河道内最小流量”；陈敏健（2007）[15]提出适宜生态流量的概念，定义为“水生态系统的生物完整性随水量减少而发生演变，以生态系统衰退临界状态的水分条件定义为维持水体生物完整性的需水”；刘晓燕（2008）[16]提出河流环境流量的概念，定义为“在维持河流自然功能和社会功能均衡发挥的前提下，能够将河流的河床、水质和生态维持在良好状态所需要的河川径流条件”等。

从演化过程看，经过螺旋式上升发展， 逐步向流量的本质属性回归。即生态流量不仅是一定数量和质量的河水， 更重要的是循环流动的河水。 对于湖泊一类的面状水体而言，其垂向流动性（即蒸发过程）往往占主导地位，可以用生态水位来表征其生态流量。

二、概念的内涵与外延

生态流量的概念随着人类认识的深入在不断地发展变化，根据其形成与演化过程，本文总结归纳出以下定义：生态流量是维持某一时空范围内生态与环境系统的结构与功能，所需的单位时间内通过河流某一断面的水量。 为了进一步理解概念，我们从内涵与外延进行解析。

1.内涵

内涵是指概念所反映事物的本质属性总和。 生态流量本质上是一种特定的河水流量，是在陆地河湖水系中循环流动的水量。 其本质属性是维持陆地生态与环境系统的结构与功能，所需水的特殊性质主要包括：

①质与量统一性。 水是质与量的统一体。 水量的保证是生态系统存在的前提，水质的要求是生态与环境系统功能正常发挥的重要基础。

②可再生性与流动性。 河湖水系中水的周而复始循环流动才能为陆地生态系统健康发展提供物质流和能量流，可再生性与流动性是生态流量最显著的本质属性。

③时空异质性。 由于水循环存在显著的空间差异性，因此生态流量在不同自然地理环境中具有空间异质性；此外，地球万物生长具有季节性变化，生态流量也有与之相适应的季节性“脉冲”波动性。

④阈值性与适宜性。 既然具有时空异质性，那么对于某一特定时空范围下的生态与环境系统而言，生态流量便具有上限、下限的变动区间，表现为一定的阈值性与适宜性。

2.外延

生态流量概念的外延是由各种不同类型的生态流量所构成，如河湖生态流量、河流生态流量、湖泊生态水位、基本生态流量、目标生态流量、适宜生态流量、生态基流、环境流量。甚至可以把生态需水量、 环境需水量、生态环境需水量，以及生态用水量、环境用水量和生态环境用水量等也看作是生态流量概念的外延。

三、不同行业的定义

定义是对于一种事物本质特征或一个概念的内涵和外延确切而简要的说明。 目前，关于生态流量的定义并不统一，不同行业部门给出了不同的定义。

1.水利部门

在水资源保护规划编制规程（SL 613—2013）中，给出了生态基流和敏感生态需水的定义。 生态基流指为维持河流基本形态和基本生态功能，即防止河道断流，避免河流水生生物群落遭受到无法恢复破坏的河道内最小流量；敏感生态需水指维持河湖生态敏感区正常生态功能的需水量及过程，在多沙河流，一般还要同时考虑输沙水量。 在河湖生态需水计算规范（SL/Z 712—2014）中给出了基本生态环境需水量和目标生态环境需水量的定义。 基本生态环境需水量指维持河流、湖泊、沼泽给定的生态环境保护目标所对应的生态环境功能不丧失， 需要保留在河道内的最小水量，是河道内生态环境需水要求的下限值；目标生态环境需水量指维持河流、湖泊、沼泽给定的生态环境保护目标所对应的生态环境功能正常发挥，需要保留在河道内的水量，是河道外经济社会消耗河湖水量的控制值。在水利部水资管〔2020〕67 号文件中， 河湖生态流量定义为维系河流、湖泊等水生态系统的结构和功能，需要保留在河湖内符合水质要求的流量（水量、水位）及其过程。

2.能源部门

在生态流量计算规范（NB/T 35091—2016）中给出了生态流量和水生生态基流的定义。生态流量指满足水电工程下游河段保护目标生态需水基本要求的流量及过程；水生生态基流指维持水电工程下游河段水生生物栖息地基本质量的最小流量。

3.生态环境部门

在水电水利建设项目河道生态用水、 低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南（试行）（环评函〔2006〕4 号）中给出了河道生态用水量的定义。 河道生态用水量指维持水生生态系统稳定所需水量、维持河流水环境质量的最小稀释净化水量、河道内输沙水量及河道蒸发需水量。

四、不同计算方法

根据不同的定义，生态流量或生态需水的计算方法超过200 种，大致可划分为：水文学方法、水力学方法、水文-生物分析法、 生境模拟法以及综合法等。

1.水文学方法

水文学方法又叫作“历史流量法”（Historic Flow Methods），通过历史流量资料来推导河流生态流量，是最简单也最具代表性的方法。 由于河流生态系统长期适应流量变化，历史流量中包含了体现河流生态系统在生态平衡状态下运行的流量数据。 目前代表方法有Tennant 法[17]、Texas 法[18]、NGPRP 法[19]、7Q10 法[20]、最枯月平均流量法[21]、基本流量法[22]等。

2.水力学方法

根据生态系统的功能与河道的水力参数（如湿周、流速、深度和宽度等）有一定的关系，可采用与生态功能相对应的水力参数来确定河流生态流量。 该方法的前提假设是选定的水力参数存在一个阈值，当流量变化时，如果不打破该阈值那么河流健康可以得到维持[23]，同时该方法还假定了河道物理形态基本不变，因而在某一断面满足一定流量时，下游同功能河道中的流量也可以满足河道生态功能的流量要求[24]。目前，典型方法有湿周法[25]、R2-Cross 法[26]、生态水力半径法[27]等。

3.水文- 生物分析法

从河流流量与生物量或种群变化关系直接入手, 判断生物对河流流量的需求，以及流量变化对生物种群的影响，研究对象通常是鱼、无脊椎动物（如昆虫、甲壳纲动物、软体动物等）和大型植物（高等植物）。 通常采用多变量回归统计方法， 建立初始生物数据（如，物种生物量或多样性）与环境条件（如，流量、流速、水深、化学、温度）的关系[22]。代表方法有RCHARC 法[28]、Basque 法[29]、流 量-湿地树种关系模型[30，31]等。

4.生境模拟法

在水力学方法的基础上进一步发展而来，对自然生态系统状态不需要预先假设，需要根据指示物种所需的水力条件确定河流流量，为水生生物提供适宜的物理环境， 定量化并基于生物原则的采用物理实验模型的方法。 生境模拟法可定量化，且基于生物原则，被认为是较可信的评价方法。 以IFIM/PHABSIM 法应用最为广泛，其他代表方法有CASIMIR 法、RCHARC 法、Basque 法等[32]。

5.综合法

从生态系统的整体出发，综合考虑流量、泥沙运输、河床形状与河岸带群落之间的关系，提出的河道流量能够同时满足生物保护、 栖息地维持、泥沙沉积、污染控制和景观维护等功能。 该方法克服了水文-生物分析法和生境模拟法只针对1、2 种生物的缺点，强调河流是一个综合生态系统。代表方法有南非的BBM 法[33]和澳大利亚的整体研究法[34]。

五、结 论

①生态流量概念的提出是人水和谐发展的必然产物。 随着人类认识的深入和生态与环境变化，其概念在不断变化， 并演化出以时段总水量（m3）和瞬时流量（m3/s）为表征的两大概念体系，分别以生态需水量和河湖生态流量为代表。

②从概念演化过程看， 经过螺旋式上升发展，逐步向流量的本质属性回归。即生态流量不仅是一定数量和质量的河水，更重要的是循环流动的河水。

③生态流量的本质是维持生态与环境系统的结构与功能所需特定的河水流量，具有质与量统一性、可再生性与流动性、时空异质性、阈值性与适宜性等属性。 对于湖泊一类的面状水体而言，可以用生态水位来表征其生态流量。

④目前生态流量的概念并不十分清晰，不同行业部门给出不同的定义与计算方法，生态流量理论研究仍方兴未艾。