付鵬,陳凱麒,曹曉紅,王光磊

(1.松遼水利委員會(huì)水文局,吉林長(zhǎng)春 130021;2.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心,北京 100012)

水利水電建設(shè)中河流生態(tài)用水理論與方法研究

Study on theory and methods of river’s ecologicalwater in water resources and hydropower

付鵬1,陳凱麒2,曹曉紅2,王光磊1

(1.松遼水利委員會(huì)水文局,吉林長(zhǎng)春 130021;2.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心,北京 100012)

國(guó)內(nèi)外研究表明,除了水質(zhì),生態(tài)用水也是維持生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的重要因素。因此,在水資源配置中保證一定量的生態(tài)用水是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要措施。生態(tài)用水具有時(shí)空尺度和閾值范圍,而人類大規(guī)模的水電開發(fā)則會(huì)造成其時(shí)空尺度的改變,甚至生態(tài)閾限難以被滿足。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明,近5年來我國(guó)新建水電站下泄生態(tài)流量的不滿足率達(dá)到57%。我國(guó)目前急需考慮的生態(tài)用水政策是:盡快建立河流最小生態(tài)流量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),制定河流生態(tài)用水配套法律法規(guī);同時(shí),通過跨流域調(diào)水等水段,加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境需水的宏觀調(diào)控。建議最小生態(tài)用水量不應(yīng)小于工程所在河流控制斷面多年平均流量的10%,當(dāng)多年平均流量大于80m3/s時(shí)不小于5%;同時(shí)根據(jù)河流的不同生態(tài)環(huán)境功能,應(yīng)積極開展多方法、多方案比選。

生態(tài)用水;水電水利建設(shè);生態(tài)用水政策;標(biāo)準(zhǔn);法律法規(guī);跨流域調(diào)水

河湖淡水資源是人類主要的用水來源,同時(shí)維系著流域生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)展。過去的研究多關(guān)注于控制水質(zhì),往往忽略了水量對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要作用。近年來,國(guó)內(nèi)外研究表明,水量也是保持生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的重要因素之一。人類大規(guī)模的水電開發(fā)和無節(jié)制取水,大量侵占了維持生態(tài)和環(huán)境所需的水量,同樣能夠造成生態(tài)環(huán)境的破壞。

因此,要保護(hù)生態(tài)環(huán)境,避免水資源掠奪式開發(fā),就必須在水資源配置中,保證生態(tài)環(huán)境在一定的時(shí)空范圍內(nèi)擁有符合質(zhì)量和數(shù)量要求的水量。國(guó)家環(huán)?？偩趾蛧?guó)家發(fā)改委聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)水電建設(shè)環(huán)境保護(hù)工作的通知》(環(huán)發(fā)[2005]13號(hào))明確指出:“要根據(jù)用電、用水和生態(tài)環(huán)境等方面的要求,研究制定電站優(yōu)化運(yùn)行方式,最大限度地減輕對(duì)水環(huán)境的影響。對(duì)于引水式等水電開發(fā)方式,應(yīng)避免電站運(yùn)行造成局部河段脫水,落實(shí)泄水建筑物建設(shè)和運(yùn)行,確保下泄一定的生態(tài)流量?！?/p>

1 生態(tài)用水概念

1.1 生態(tài)環(huán)境需水與生態(tài)用水

生態(tài)環(huán)境需水量是生態(tài)需水量與環(huán)境需水量的總和。生態(tài)需水是指維持生態(tài)系統(tǒng)中具有生命的生物物體水分平衡所需要的水量[1]。主要包括保護(hù)天然植被所需要的水量;水土保持所需要的水量;保護(hù)水生生物所需要的水量。環(huán)境需水則是指為保護(hù)和改善人類居住環(huán)境及其水環(huán)境所需要的水量。主要包括改善用水水質(zhì)所需要的水量;維持水沙平衡、水鹽平衡的水量;回補(bǔ)地下水的回灌用水;美化環(huán)境與休閑旅游的水量。

生態(tài)用水是某種生態(tài)水平下所使用和發(fā)生的水量總和。常常是由于自然原因,如降雨、洪水等造成水的儲(chǔ)存或匯集,也可能是由于人為原因,如截流、引水、筑壩等形成的相關(guān)系統(tǒng)。這些水量未必是合理、可持續(xù)的,多數(shù)是被動(dòng)接受的水量。從概念上講,生態(tài)用水應(yīng)滿足生態(tài)環(huán)境需水量。

1.2 生態(tài)環(huán)境需水量的時(shí)空尺度和閾值范圍

生態(tài)環(huán)境需水量具有動(dòng)態(tài)性,其大小隨時(shí)間和空間的變換而變化。同時(shí)又具有臨界性,只有外界干擾超越了其“生態(tài)閾限”的上限或下限,才會(huì)導(dǎo)致生態(tài)平衡失調(diào)或生態(tài)系統(tǒng)崩潰[2]。

1.2.1 生態(tài)環(huán)境需水量的時(shí)間尺度

生態(tài)系統(tǒng)隨著時(shí)間而進(jìn)化、演替。因此,生態(tài)需水也具有時(shí)間性,不同時(shí)間具有不同的生態(tài)環(huán)境需水的內(nèi)涵,現(xiàn)今的生態(tài)環(huán)境需水可能不是未來的生態(tài)環(huán)境需水。另外,生態(tài)環(huán)境需水的時(shí)間性還表現(xiàn)為水資源循環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間變化性,河流系統(tǒng)表現(xiàn)為年際波動(dòng)、季節(jié)的分配。例如河流的輸沙排鹽主要是利用汛期的洪水量,而對(duì)于河流基本的污染凈化和水生態(tài)功能的維持,則要求全年各個(gè)時(shí)段都要有相應(yīng)的水量保證。

1.2.2 生態(tài)環(huán)境需水量的空間尺度

生態(tài)環(huán)境需水量按照空間尺度可分為區(qū)域生態(tài)環(huán)境需水和流域生態(tài)環(huán)境需水。區(qū)域生態(tài)環(huán)境需水主要針對(duì)水資源敏感地區(qū),特別是干旱、半干旱及半濕潤(rùn)地區(qū),這些地區(qū)水資源自然條件薄弱,存在長(zhǎng)時(shí)間、大范圍、深程度的資源型缺水、工程型缺水和水質(zhì)型缺水。流域生態(tài)環(huán)境需水是從全流域的角度,研究上、中、下游生態(tài)環(huán)境需水的時(shí)空變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,可以比較各流域間生態(tài)環(huán)境需水在量和質(zhì)上的差異和共性。

1.2.3 生態(tài)環(huán)境需水量的閾值范圍

對(duì)于任意一個(gè)生態(tài)系統(tǒng),其生態(tài)環(huán)境需水量都存在一個(gè)上、下限,如果可供利用的水資源量過少,那么將不能滿足生物生存的需要,生態(tài)系統(tǒng)將退化或死亡。生態(tài)環(huán)境需水的閾值范圍,與自然條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和對(duì)生態(tài)環(huán)境重視程度有關(guān),目前國(guó)內(nèi)外專家對(duì)此提出了不少觀點(diǎn),但還沒有定論。美國(guó)1978年的第二次全國(guó)水資源評(píng)價(jià),以分區(qū)河流出流點(diǎn)的月流量狀況為根據(jù),估計(jì)了魚和野生生物、水力發(fā)電、航運(yùn)等河道內(nèi)用水的標(biāo)準(zhǔn):(1)河道內(nèi)徑流為多年平均值的60%,是為大多數(shù)水生生物生長(zhǎng)期提供優(yōu)良至極好的棲息條件的基本流量;(2)河道內(nèi)徑流為多年平均值的30%,是保持大多數(shù)水生生物有好的棲息條件的基本流量;(3)河道內(nèi)徑流為多年平均值的10%,是保持大多數(shù)水生生物短時(shí)間生存的最低瞬時(shí)徑流量。

1.3 生態(tài)環(huán)境需水量的分類

按照生態(tài)系統(tǒng)類型可以將生態(tài)環(huán)境需水量分為自然和人工生態(tài)系統(tǒng)需水量;按照空間尺度,可分為區(qū)域和流域生態(tài)環(huán)境需水量;按空間位置可分為河道內(nèi)和河道外生態(tài)環(huán)境需水量等等[3]。

2 水利水電建設(shè)的生態(tài)影響

2.1 生態(tài)影響分析

(1)對(duì)陸生生態(tài)的影響。主要表現(xiàn)為對(duì)河道兩岸部分區(qū)域內(nèi)植被的影響。水電站建設(shè)改變河流兩岸水文情勢(shì)的時(shí)空變化,尤其是引水式電站的開發(fā),造成下游部分河段脫水或嚴(yán)重減水的情況。河水是河岸區(qū)域植被的主要補(bǔ)水來源,如果補(bǔ)給水量達(dá)不到植被需水的下限,將會(huì)造成植被物種的改變,由喜水植物向旱作植物轉(zhuǎn)變。

(2)對(duì)水生生態(tài)的影響。大壩的建設(shè)影響河流的流量、流速、水深等,從而改變了原河道的生態(tài)環(huán)境,使部分魚種可能遷徙到上游或其他適合其生存的溪流中,生存空間被不斷壓縮。魚類生存空間大幅度減小,這對(duì)魚類種群和數(shù)量影響較大,最終可能導(dǎo)致物種滅絕。支流河流作為生態(tài)用水的來源,也因小水電的開發(fā)而影響其流量、水深等,逐步失去補(bǔ)充干流生態(tài)用水的功能。

(3)對(duì)當(dāng)?shù)赜盟挠绊?。受季風(fēng)氣候影響,我國(guó)大多數(shù)河流年內(nèi)、年際徑流分布不均,豐、枯季節(jié)流量相差懸殊。對(duì)于部分引水式或混合式水電站,閘廠址間不同程度的減、脫水現(xiàn)象,將使原河段兩岸居民的生活用水或灌溉用水需求受到影響。另外,引水式和混合式發(fā)電也可能引起河段兩岸地下水位和井水位下降,對(duì)用水造成影響。

(4)對(duì)景觀的影響。水電站的設(shè)計(jì)對(duì)于景觀考慮不足,特別是引水式和混合式開發(fā)主要考慮發(fā)電效益,未考慮下泄生態(tài)景觀流量,使下游河段水文情勢(shì)發(fā)生較大的變化,甚至出現(xiàn)枯水期斷流現(xiàn)象,河床底部亂石裸露,影響了河道與河谷自然景觀的和諧。

2.2 管理現(xiàn)狀分析

原國(guó)家環(huán)?？偩汁h(huán)境工程評(píng)估中心統(tǒng)計(jì)了2002至2005年審查的9個(gè)引水式水電站和28個(gè)堤壩式水電站資料,對(duì)下泄生態(tài)流量分別采用Tennant法和法國(guó)規(guī)定方法進(jìn)行估算,并與環(huán)評(píng)報(bào)告中提出的下泄生態(tài)流量進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),雖然水利水電建設(shè)項(xiàng)目對(duì)下泄生態(tài)流量的重視程度日益增強(qiáng),尤其對(duì)引水式電站的生態(tài)流量問題更為關(guān)注,但仍然存在著以下問題:

(1)水電站下泄生態(tài)流量缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。水電站下游河道的生態(tài)用水流量沒有統(tǒng)一的控制標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致電站設(shè)計(jì)中對(duì)其下游生態(tài)用水缺乏統(tǒng)一的要求。9個(gè)引水式水電站中有2個(gè)未提出下泄流量設(shè)計(jì),有7個(gè)提出了下泄流量設(shè)計(jì)。其中有4個(gè)不滿足生態(tài)流量的基本要求,不滿足率接近57%。對(duì)于28個(gè)堤壩式水電站工程,由于有航運(yùn)、供水等要求,除3個(gè)工程外,大部分工程的下泄流量可以滿足生態(tài)用水需求,但部分項(xiàng)目仍缺乏具體的工程保障措施,并且未考慮電站調(diào)峰運(yùn)行造成的日流量變化引起的負(fù)面影響。

(2)對(duì)下泄生態(tài)流量缺乏工程保證措施的設(shè)計(jì)和論證。在分析統(tǒng)計(jì)的37個(gè)水電站中,接近30%沒有給出下泄流量的具體實(shí)現(xiàn)方式和保證措施,其余電站雖然提出了保證措施,但缺乏詳細(xì)的論證和說明。同時(shí),對(duì)水庫(kù)初期蓄水時(shí)段造成的下游斷流問題缺乏重視。如重慶烏江彭水水電站,初期蓄水期將出現(xiàn)9 d的斷流時(shí)段,未就如何采取適當(dāng)方式緩解給出具體設(shè)計(jì)。

3 生態(tài)用水政策研究

3.1 國(guó)外的生態(tài)環(huán)境用水法律、法規(guī)

生態(tài)用水標(biāo)準(zhǔn)得以執(zhí)行的首要條件是相關(guān)法律的頒布。到目前為止,只有少數(shù)國(guó)家制定了生態(tài)用水相關(guān)的法律、法規(guī)。其中,澳大利亞和南非制定了較為詳細(xì)的生態(tài)用水法規(guī),美國(guó)對(duì)生態(tài)用水研究也較為充分。

3.1.1 澳大利亞

20世紀(jì)70年代初,澳大利亞開始關(guān)注大壩對(duì)河流造成的影響。當(dāng)時(shí)認(rèn)為,不能被利用而流到海里的水量是浪費(fèi)的水量。20年后,澳大利亞實(shí)行了《生態(tài)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略》,并由各級(jí)政府極力推動(dòng)水資源管理改革。

為了給水資源管理機(jī)構(gòu)提供實(shí)施改革措施的職責(zé)和權(quán)限,1996年政府推出了《為生態(tài)系統(tǒng)供水的國(guó)家原則》(以下簡(jiǎn)稱原則)。其中,最基本的原則是河流和濕地是法定的用水個(gè)體,為其配置水資源是保證其生態(tài)可持續(xù)的重要因素[4]。主要步驟如下:(1)確定生態(tài)需水量;(2)為生態(tài)系統(tǒng)供水;(3)生態(tài)用水管理;(4)相關(guān)措施;(5)對(duì)生態(tài)用水的進(jìn)一步研究;(6)公眾參與。

3.1.2 南非

1989年,南非對(duì)河流系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)逐步深化,最近的法律將河流定義為一個(gè)廣泛的生態(tài)系統(tǒng)。在1998年的水法中,生態(tài)用水被充分重視,并給出了嚴(yán)格的限制措施保證生態(tài)用水。水法限定了兩個(gè)權(quán)利:(1)人獲取水資源的權(quán)利;(2)保證生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展所需要的一定數(shù)量和質(zhì)量的水。這兩部分水權(quán)被稱為保留量和生態(tài)保留量[5]。

3.1.3 美國(guó)

美國(guó)的生態(tài)用水法在經(jīng)歷了“河流退化階段”、“河流保護(hù)階段”、“河道流量修復(fù)階段”后,逐漸將河流的管理模式從“最小流量”發(fā)展到維持河流的天然發(fā)生時(shí)間、頻率和歷時(shí)[6]。Richter等人提出的生態(tài)用水管理框架得到了最為廣泛的認(rèn)同,在美國(guó)應(yīng)用最為廣泛,主要分為如下6個(gè)步驟:(1)估計(jì)生態(tài)需水;(2)分析人類活動(dòng)的影響;(3)確定流量模式和生態(tài)系統(tǒng)潛在的沖突;(4)尋找解決方案;(5)通過管理方案試驗(yàn)解決非確定性問題;(6)設(shè)計(jì)并執(zhí)行具有適應(yīng)性的管理方案。

3.2 我國(guó)應(yīng)考慮的生態(tài)用水政策

《環(huán)保法》、《環(huán)評(píng)法》等有關(guān)環(huán)保法規(guī)和其他《水法》、《漁業(yè)法》等有關(guān)資源法規(guī)均對(duì)水電水利建設(shè)項(xiàng)目水環(huán)境和水生生態(tài)保護(hù)提出了原則要求。為進(jìn)一步規(guī)范水利水電開發(fā)中生態(tài)用水的管理與要求,盡快實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)用水與經(jīng)濟(jì)用水的雙贏,促進(jìn)河流生態(tài)流量標(biāo)準(zhǔn)的制定,應(yīng)考慮以下對(duì)策:

(1)制定河流生態(tài)用水配套法律、法規(guī)。制定、完善相關(guān)法規(guī),將生態(tài)用水保障納入法制軌道,構(gòu)建生態(tài)用水的法律保障體系。這是引導(dǎo)社會(huì)和建設(shè)單位重視生態(tài)流量、預(yù)防和懲治侵占生態(tài)用水行為的必要手段。

(2)嚴(yán)格執(zhí)行流域規(guī)劃環(huán)評(píng)制度,充分重視生態(tài)流量規(guī)劃。制定河流生態(tài)流量規(guī)劃是保障生態(tài)用水的前提和保證,必須與其他相關(guān)規(guī)劃協(xié)調(diào)。河流生態(tài)流量規(guī)劃應(yīng)由環(huán)境保護(hù)行政主管部門與河流主管部門聯(lián)合制定,必須在水資源綜合規(guī)劃、專業(yè)規(guī)劃及其他國(guó)民經(jīng)濟(jì)有關(guān)規(guī)劃中占有一席之地,是流域規(guī)劃環(huán)評(píng)的重要支持內(nèi)容之一。

(3)立足長(zhǎng)遠(yuǎn),深入研究河流最小生態(tài)需水量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)地域廣闊、河流眾多,建立河流最小生態(tài)需水量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),要從計(jì)算方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、需水閾值上進(jìn)行系統(tǒng)化研究,為管理決策提供操作性強(qiáng)的方案和準(zhǔn)則。

(4)盡快確定河流最小生態(tài)用水量的紅線指標(biāo),開展多方法、多方案比選。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)最小生態(tài)用水量的概念、內(nèi)涵及數(shù)量的理解尚不統(tǒng)一,沒有形成系統(tǒng)、科學(xué)的理論體系和公認(rèn)的定義,更缺乏統(tǒng)一的計(jì)算評(píng)價(jià)方法。2005年12月,原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局在“水電水利建設(shè)項(xiàng)目水環(huán)境與水生生態(tài)保護(hù)技術(shù)政策研討會(huì)”上,建議按下列指標(biāo)控制:最小生態(tài)用水量不應(yīng)小于工程所在河流控制斷面多年平均流量的10%,當(dāng)多年平均流量大于80m3/s時(shí)不小于5%;環(huán)境污染防治最小用水量,采用工程所在河流控制斷面近10年最枯月平均流量方法或90%保證率流量方法,依據(jù)河流控制水文站長(zhǎng)徑流系列數(shù)據(jù),計(jì)算河流污染防治最小用水量;河口生態(tài)環(huán)境用水量,采用控制咸潮上溯需要的最小流量作為河口生態(tài)環(huán)境用水量。

按照較好保持生態(tài)環(huán)境的基本功能需求,取以上生態(tài)流量中最大的一個(gè),即可以同時(shí)滿足其他最小用水量。在此基礎(chǔ)上,能滿足資料需求條件的水利水電工程可開展多方法、多方案的比選。

3.3 生態(tài)環(huán)境需水的調(diào)控

為實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略,滿足生態(tài)環(huán)境需水量,需要對(duì)水資源進(jìn)行合理配置和調(diào)控。配置分區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)兩個(gè)層次:區(qū)域間配置的任務(wù)是通過跨流域調(diào)水工程進(jìn)行較大范圍內(nèi)的水量調(diào)配;區(qū)域內(nèi)的配置則以流域?yàn)榛A(chǔ),保證生態(tài)環(huán)境需水量。主要措施有以下幾點(diǎn):

(1)高效用水,回歸擠占的生態(tài)環(huán)境用水。制定區(qū)域各行業(yè)用水和節(jié)水規(guī)劃,將用水指標(biāo)分配到各區(qū)域和各行業(yè);制定節(jié)水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),在技術(shù)上強(qiáng)制實(shí)行節(jié)水措施;引入新方法和新技術(shù),采取有力措施,保證在中遠(yuǎn)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)全區(qū)節(jié)水灌溉,工業(yè)企業(yè)采用節(jié)水型新工藝。

(2)充分挖掘當(dāng)?shù)厮Y源潛力,保證生態(tài)系統(tǒng)足夠的水資源量。雨水資源化:一是雨水的自然資源化過程,其含義是雨水通過入滲進(jìn)入土壤,增加土壤水庫(kù)儲(chǔ)水量,直接供給植物生長(zhǎng);二是雨水的人為資源化過程,主要是經(jīng)過人為干預(yù),使雨水變?yōu)橛晁Y源。污水回用:目前大部分廢污水未經(jīng)處理排放,而且大部分用于農(nóng)業(yè)灌溉。通過加強(qiáng)水污染防治力度,提高污水回用率,將為濕地生態(tài)環(huán)境需水提供空間,同時(shí)也將改善濕地生態(tài)環(huán)境。

(3)跨流域調(diào)水,保證重要系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境需水。南水北調(diào)解決的既是經(jīng)濟(jì)問題,也是政治、社會(huì)、生態(tài)和環(huán)境問題。其功效有:為流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展提供可靠的水資源保障;穩(wěn)定流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平;控制和恢復(fù)地下水位;保護(hù)和維持生態(tài)環(huán)境功能;防止海岸線侵蝕和海水入侵等。南水北調(diào)將會(huì)使流域水循環(huán)過程發(fā)生較大變化,從而改善與之相關(guān)聯(lián)的水生態(tài)環(huán)境。

4 生態(tài)用水的計(jì)算方法

4.1 河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水

河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水主要包括維持河流水生生物生存的生態(tài)需水量、水面蒸發(fā)損失需水量、防治河流水質(zhì)污染的需水量、維持河流水沙平衡的需水量和維持河口水鹽平衡的需水量等。

4.1.1 維持河流水生生物生存的生態(tài)需水量

代表方法主要有以下幾類:水文學(xué)法;水力學(xué)法;水文—生物分析法;生境模擬法;綜合法[7]。

Tennant法是水文學(xué)法的代表方法之一。該法在計(jì)算維持河流水生生物生存的需水量時(shí)認(rèn)為,河道內(nèi)徑流為50%保證率時(shí),河道流量的10%(即90%為河道外耗水)是大多數(shù)水生生物生存所需的最小水量。Tennant法不需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,常用于在優(yōu)先度不高的河段研究河流流量推薦值,或作為其他方法的檢驗(yàn)。需要注意的是,該法研究的對(duì)象大多為規(guī)模較小的河流,對(duì)于大江大河,其生態(tài)需水量應(yīng)更小,但不低于多年平均流量的5%。

4.1.2 水面蒸發(fā)損失需水量

根據(jù)水面面積、降水量、水面蒸發(fā)量,可求得相應(yīng)各月的蒸發(fā)生態(tài)需水量:

式中:WE水體凈蒸發(fā)損失量,m3;A水體平均水面面積,m2;E水體蒸發(fā)量,m;P水體降雨量,m。

4.1.3 防治河流水質(zhì)污染的需水量

目前主要有以下幾種計(jì)算方法:美國(guó)的7Q10法和中國(guó)的10年最枯月平均流量法;水質(zhì)目標(biāo)法;水環(huán)境功能設(shè)定法[8]。

7Q10法采用90%保證率最枯連續(xù)7天的平均水量作為河流最小設(shè)計(jì)流量。該方法主要用于計(jì)算污染物允許排放量,并用于許多大型水利工程建設(shè)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)。但是,對(duì)于大部分河流來說,7Q10流量小于10%年平均流量,因此,7Q10流量對(duì)于河流生態(tài)保護(hù)所起的作用是有限的。我國(guó)根據(jù)國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行了修改,在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《制訂地方水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原則和方法》(GB 3839-83)中規(guī)定:一般河流采用近10年或90%保證率最枯月平均流量作為河流環(huán)境用水。該方法最初用于水利工程建設(shè)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)。

4.1.4 維持河流水沙平衡的需水量

在一定輸沙總量要求下,可以認(rèn)為輸沙水量直接取決于水流含沙量的大小:

式中:Ws輸沙需水量,m3;St為多年平均輸沙量,t; Cmax為多年最大月平均含沙量,kg/m3;Cij為第i年第j月的月平均含沙量,kg/m3;n為統(tǒng)計(jì)年數(shù)。

4.1.5 維持河口水鹽平衡的需水量

根據(jù)河口含鹽度分布和水流循環(huán)特征,可將河口類型分為鹽水鍥型、峽灣型、緩混合型、強(qiáng)混合型四類。前兩類用鹽水入侵長(zhǎng)度關(guān)于流量的表達(dá)式來計(jì)算最小流量;后兩類用一維水量和水質(zhì)模型來推求鹽水入侵長(zhǎng)度的表達(dá)式,再反推最小流量。

4.2 河道外生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法

河道外生態(tài)環(huán)境需水量主要包括植被蒸發(fā)蒸騰需水量、水土保持需水量和城市生態(tài)需水量等。

4.2.1 植被蒸發(fā)蒸騰需水量

河道外生態(tài)需水量主要以植物的需水量為主,主要表現(xiàn)為植被的蒸散發(fā)。計(jì)算方法主要有水量平衡法、面積定額法、基于遙感與GIS的方法等。

4.2.2 水土保持需水量

實(shí)施水土保持措施需要耗用水資源,減少下游河道的來水量,因此,應(yīng)將其納入河流生態(tài)環(huán)境需水量的計(jì)算中。計(jì)算方法有水文法和成因分析法。

4.2.3 城市生態(tài)需水量

主要是綠化植被的需水量,風(fēng)景觀賞河湖用水等。城市園林綠地用水量可通過城市規(guī)劃綠地面積乘以其灌溉定額來確定。而城市河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算與前面的河流、湖泊的計(jì)算方法類似。

4.3 計(jì)算中應(yīng)注意的問題

生態(tài)需水量計(jì)算要遵從宏觀考慮,微觀著手原則。計(jì)算中應(yīng)明確河流主要生態(tài)環(huán)境功能,以確定生態(tài)環(huán)境需水量的組成;需開展多方法、多方案的比選;不同地區(qū)、不同規(guī)模河道內(nèi)生態(tài)需水量差異較大,但最小流量不應(yīng)小于河道控制斷面多年平均流量的10%,當(dāng)多年平均流量大于80m3/s時(shí)按5%取用;計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,討論其合理性。

5 結(jié)語(yǔ)

水電水利開發(fā)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有促進(jìn)作用,但其帶來的負(fù)面影響不容忽視。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境,避免水資源掠奪式開發(fā),盡快建立河流最小生態(tài)流量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),制定河流生態(tài)用水配套法律法規(guī)已成為當(dāng)務(wù)之急。構(gòu)建生態(tài)用水的法律保障體系是實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)用水與經(jīng)濟(jì)用水雙贏的必經(jīng)之路。

[1]Nienhuis P H.New Concepts for Sustainable Management of River Basins[M].Netherlands:Backuys Publishers,1998.

[2]倪晉仁,崔樹彬,李天宏,等.論河流生態(tài)環(huán)境需水[J].水利學(xué)報(bào),2002,(9):14-19.

[3]楊愛民,唐克旺,王 浩,等.生態(tài)用水的基本理論與計(jì)算方法[J].水利學(xué)報(bào),2004,(12):1-8.

[4]楊志峰,崔保山,劉靜玲,等.生態(tài)環(huán)境需水量理論、方法與實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[5]桑德拉·頗斯戴爾,布賴恩·里奇特.武會(huì)先,王萬戰(zhàn),宋學(xué)東譯.河流生命——為人類和自然管理水[M].鄭州:黃河水利出版社,2005.

[6]Book P J.River Conservation and Management[M].John W iley& SonsLtd,1992.

[7]楊志峰,張遠(yuǎn).河道生態(tài)環(huán)境需水研究方法比較[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展,2003,(5):294-301.

[8]王西琴,楊志峰,劉昌明.河道最小環(huán)境需水量確定方法及其應(yīng)用研究Ⅱ[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2001,(9):548-552.

TV21

B

1674-8069(2010)05-001-05

2010-08-05;

2010-09-03

付鵬(1976-),男,吉林省吉林市人,工程師,博士,主要從事水資源管理工作。E-mail:pngfu@163.com

Abstract:Internal and international studies suggest that,besides water quality,eco logicalwater is another important facto r to sustain a well-balanced ecosystem.So certain eco logicalwater allocation in water resources is an i mportantm easure to protect ecological environm ent.Ecologicalwater has space-t ime scale and threshold,but its space-t im e scale w illbe changed,even its threshold can not be satisfied because of large-scale hydropower construct ion.Statistics show s that 57%of hydropower stations built in recent 5 years in china can’t satisfy the request of ecologicalwater.The policies China must take into account now are:establishing criterions and correlative law s ofm in im um eco logicalwater in a river,and strengthening macroscopically control of eco logical environm entwater,for example,south-to-north water divers ion.The paper proposes thatm in imum ecologicalwater should not be less than 10%ofm ulti-year average discharge at a control section of a river,but no t be less than 5%when multi-year average discharge is less than 80m3/s.At the sam e t im e,calculation methods of ecologicalwater should be compared according to diversified ecological funct ions of a river.

Key words:ecologicalwater;water resources and hydropower construction;ecologicalwater policies;criter ions; law s and rules;south-to-north water diversion