西北干旱区城市河道外生态环境需水量计算方法探讨——以克拉玛依市为例

根据《全国水资源综合规划技术细则》,河道外生态环境是指河道外陆域以及不与河道之间相通的湿地、湖泊、绿地等。河道外生态是我国西北干旱区城市健康发展的重要生态屏障,水资源作为河道外生态赖以生存的最重要因素,它的保证程度直接影响着河道外生态功能的发挥。为了保证河道外生态环境用水需求,维持生态服务功能,要研究符合区域实际的计算方法,合理确定河道外生态环境用水量,为区域水资源合理配置提出理论依据。文章以位于沙漠边缘的新疆克拉玛依市为研究区域,提出适宜克拉玛依市河道外生态需水计算方法,计算2010—2015年克拉玛依市河道外生态需水量,并与实际统计的用水量对比分析,说明计算方法的合理性。     

干旱内陆河流域河流系统生态需水量计算

以玛纳斯河流域为例,分河流基本生态环境需水量、河流输沙排盐水量和湖泊洼地生态环境需水量以及河流污染防治需水量四部分,对区域河流系统的生态环境需水量进行了概算。计算结果表明,玛纳斯河流域生态需水量为8.63×108m3,约占流域地表径流总量的55.03%。因此,研究结果对提高水资源利用效率、控制河流污染、改善生态环境有着重要的理论意义和实用价值。     

疏勒河流域生态需水量研究

采用Tennant法、近10 a最枯月实测径流量法、90%保证率法、月年保证率法分别计算了疏勒河流域的生态基流;对敏感生态需水(包括河流湿地生态需水、湖泊生态需水、重要水生生物生态需水),采用流域典型区进行计算。疏勒河流域生态需水即为其生态基流与敏感生态需水之和。在对上述方法进行比较、分析的基础上,得出的90%的保证率法即为疏勒河流域生态基流比较合适的计算方法。计算结果表明:该河流域生态基流的所需水量为河流90%保证率下的最枯月平均流量的23%,河流的湿地生态需水量为6.40亿m~3,湖泊生态需水量为0.14亿m~3,重要水生生物的生态需水量为0.23亿m~3。在此基础上,通过计算得出疏勒河流域的生态需水量为6.77亿m~3。据此确定了疏勒河流域水生态红线和生态特征流量值,可为最严格水资源管理及水生态红线管理提供参考依据。     

青海省生态需水量研究

采用Tennant法和90%保证率最枯月平均流量法计算了青海省各河流的生态基流,并计算了重要敏感区的生态需水量。结果表明:青海省除西北诸河流域中巴音河和格尔木河的生态基流占多年平均流量比例较高,其他分区各河流的生态基流占比均在10%～30%之间;青海省河流的河谷林草生态需水量为30.32亿m~3,青海湖、克鲁克湖和托素湖生态需水量为25.43亿m~3,重要水生生物生态需水量为21.23亿m~3,生态需水总量为76.98亿m~3。本研究可为青海省合理调配水资源、进行水生态保护与修复提供科学依据。     

海滦河流域河流系统生态环境需水量计算

从水资源开发利用中的生态环境问题出发,探讨河流系统生态环境需水量的内涵,指出生态环境需水量是指地表水体维持特定的生态环境功能所必须蓄存和消耗的最小水量。在这一概念的基础上,构建计算河流系统生态环境需水量的理论基础。以海滦河流域为例,分河流基本生态环境需水量、河流输沙排盐水量和湖泊洼地生态环境需水量三部分,概算了区域河流系统的生态环境需水量。计算结果表明,海滦河流域生态需水量为124×108m3,约占流域地表径流总量的54%。若海滦河流域水资源开发率超过40%时,就会对生态环境造成严重影响。     

云南海峰湿地生态需水分析

云南省海峰湿地结构完整、功能齐全,是云南最具代表性的典型喀斯特湿地景观,具有较高的科研、科考价值。近年由于连年干旱,湿地水位逐年下降,为防止生态环境恶化、湿地面积减小、生物多样性遭到破坏等生态问题发生,需要分析确定海峰湿地适宜的生态水位和生态需水量。依据海峰湿地水域、水位实测成果,结合湿地保护区降水、蒸发及鱼类调查资料,采取鱼类生境法和湿地形态法分析了维持湿地生态系统所需的适宜生态水位和生态需水量。分析结果为,海峰湿地适宜生态水位为1 955.2 m,生态需水年均为0.539 m~3/s,各月生态需水量为0.467~0.597 m~3/s。分析结果可供海峰湿地保护区和类似地区管理参考。     

滦河下游区域生态环境用水安全分析

针对水资源开发利用引起的生态环境问题,从生态环境安全的角度出发,计算了滦河下游区域生态环境需水量,包括城市生态环境需水、河道内生态环境需水和湿地生态环境需水3部分。结果表明:2010年和2020年滦河下游区域生态环境需水总量分别为39.54亿m3和40.01亿m3;滦河下游区域规划城市生态供水基本满足需求,而其河道内生态需水和湿地生态需水处于不安全状态。     

石羊河流域下游民勤县生态需水问题探讨

以石羊河下游的民勤县为研究区，在TM遥感影像资料的基础上，借助EARDAS，ARCINFO和ARCview等GIS现代化的高科技手段对民勤地区1987年和2000年两个时段的1：10万遥感图像进行解译，采用“面积定额法”对其生态需水量进行了计算，最终估算出该区的生态需水量，再结合北部平原区的水资源利用现状，为区域水资源合理配置及开发和流域景观设计提供科学依据。     

天津滨海新区湿地生态恢复需水量评估

生态需水量的核算是湿地水文生态恢复的关键步骤。通过分析计算,评估天津滨海新区湿地生态系统各类生态需水的3个特征值:最低生态需水量(即湿地生态系统丧失生态功能的临界需水量)、最适生态需水量(即维持湿地生态功能最佳状态的需水量)、最高生态需水量(即湿地生态系统所能承受的最大水量),得出如下结论:天津滨海地区湿地的生态需水主要包括蒸发蒸散需水量、湿地土壤需水量、补给地下水、湿地生物栖息地需水量4个部分;湿地的最低生态需水量为177.68×106～276.85×106 m3,最适生态需水量539.23×106～807.81×106 m3,最高生态需水量1 206.55×106～1 409.02×106 m3。     

基于生态需水的小流域水资源配置及环境治理

以山区性巴川河为例,探讨研究基于生态需水的小流域水资源配置及环境治理问题。巴川河是重庆铜梁县的"母亲河",对该县经济社会发展有着举足轻重的作用。随着该县经济社会的快速发展和人口增加,目前巴川河水质污染十分严重,致使流域内水资源供需矛盾愈加突出,开展流域水资源配置及环境治理研究非常必要。通过分析巴川河水资源量及水质现状,采用供水保证率和一维水环境容量计算模型等方法,进行区域供水分析和需水预测,结合下游河道生态需水预测成果,采用水文分析计算的方法,提出巴川河流域水资源配置方案,并给出相应的环境治理措施。     

三门峡库区湿地水资源利用效用评价

湿地是水陆相互作用形成的特殊生态系统,为了保证湿地水资源的合理利用,更好地开展湿地水生态环境保护与恢复、水资源管理等工作,需要科学评价湿地水资源利用效用。选取典型的多泥沙河流湿地——三门峡库区湿地为研究区域,将水资源利用效用定义为单位水资源量所产生的湿地生态服务功能价值,以2017年为基准年,结合湿地生态环境需水量与生态服务功能价值计算,基于湿地生态环境需水对生态服务功能的支撑作用辨识,建立了湿地各类型生态环境需水与生态服务功能间的耦合关系,评价了三门峡库区湿地水资源利用效用。三门峡库区湿地在景观保护、水质净化和生态系统平衡维持方面起到了重要作用。评价结果显示:生态环境总需水利用效用为0.47元/m~3;湿地在景观保护和娱乐方面作用显著,景观保护需水和娱乐需水利用效用较高,分别为19.87元/m~3和6.47元/m~3;维持水体自净能力需水利用效用最低,仅为0.01元/m~3。     

流域生态用水与需水研究

水资源不合理利用导致了严重的生态环境问题，流域生态用水与需水研究对流域水资源配置具有重要意义，应用水量平衡原理，提出计算不同频率流域生态用水与需水方法，并以海河流域为例，计算了不同保证率时的生态用水量与需水量，主要结论为，水循环与水量平衡理论是研究流域生态需水的基本原理；生态用水等于水资源总量减去生活生产耗水量；根据不同水资源条件下年生态需水量进行生态配水。     

流域生态需水概念及估算方法评述

生态需水的量化是流域水权分配的重要依据。在综合分析已有生态需水研究的基础上,(1)对造成生态需水相关概念混淆的原因进行了分析,并进一步明确了生态需水的概念内涵;(2)提出了干旱区内陆河流域河道内、外生态需水项,并着重介绍了河道内基础流量需水和河道外植被需水量的估算方法和方法适用条件;(3)提出当前生态需水研究需要重点考虑尺度转换、差异化水量、水量交叉和评价体系等4方面问题。     

渭河宝鸡段河流生态需水量估算分析

河流生态需水研究是水资源优化配置的基础性工作,也是维持和改善生态系统、实现水资源永续利用的保障。以渭河干流宝鸡段为例,基于生态基流、输沙需水和自净需水三方面考虑,最终估算出渭河宝鸡段现阶段河流生态需水量为19.01亿m3。与渭河宝鸡段上游来水量相比,生态需水量缺口较大。最后从增加上游来水量、区段内的节水及控污、建立有效的管理体制等方面提出若干针对性建议。研究成果一定程度上丰富了生态环境需水理论研究,也为维护流域生态环境建设和水资源合理利用提供参考。     

随机流量历时曲线及其在生态流量计算中的应用

河流生态流量是生态水文研究的重要部分,其相关理论和计算方法一直是当前国内外学者研究的热点。尝试基于随机流量历时曲线计算河流系统的生态流量,给出了维持河流生态系统健康各等级流量的历时或频率,并进而估算生态需水,为流域水资源的合理配置提供参考。以松花江干流8个断面为例,研究结果表明,在随机流量历时曲线上基于Q97,10估算得到的最小生态需水量与7Q10法所得到的需水量数值接近且相关性好,而基于保证率P=75%的随机流量历时曲线可求得河道的适宜生态需水量。研究区内嫩江流域大赉断面以上河段最小生态需水量、适宜生态需水量分别为4.6亿m3和99.1亿m3,约占总水资源量的2.6%和56.2%;松花江下游佳木斯控制断面以上河道最小生态需水量、适宜生态需水量分别为79.1亿m3和388.9亿m3,约占总水资源量的13.4%和65.7%。     

内陆干旱区河谷林生态需水研究

本文研究内陆干旱区河谷林的需水情况。首先简要评述了干旱区河谷林生态需水的概况,并以新疆阿尔泰山前平原布尔津河出山口以下河段的河谷林为例,采用参考作物法,计算了研究区内河谷林生态需水量。计算结果表明：该区域的生态需水总量为0.8亿m3,其中6~7月份河谷林需水量较大,月需水量约为全年的25%。这些成果为流域生态保护与水资源合理配置提供了重要的基础数据。     

内陆干旱区河谷林生态需水研究

研究了干旱区河谷林生态需水的概况,并以新疆阿尔泰山前平原布尔津河出山口以下河段的河谷林为例,采用参考作物法,计算了研究区内河谷林生态需水量。计算结果表明：该区域的生态需水总量为0．8亿m2,其中6-7月份河谷林需水量较大,月需水量约为全年的25％。这些成果可为流域生态保护与水资源合理配置提供重要的基础数据。     

银川平原艾依河湿地生态水平衡研究

通过对艾依河水量平衡影响因素作用方式的系统分析,建立适宜的水量平衡方程,测算维持艾依河现有湿地格局和规模的基本需水量。以城市河湖生态需水理论为依据,测算水面蒸发需水量、换水需水量、河道输水损失量、渗透需水量和河道基流量,得出维持艾依河湿地生态健康的生态需水量。     

水资源配置中的生态耗水系统分析

在分析水循环中经济用水和生态用水特点的基础上，根据流域二元水循环模式和耗水平衡原理、径流过程和需水过程的特点，简述了水资源配置系统分析的思路和方法。在分析不同地区生态保护目标特点的基础上，给出了水资源模拟中生态耗水的计算方法，建立了以湖泊或湿地耗水、河道生态用水约束、区域地表生态耗水以及流域出境下泄水量构成的流域生态耗水系统，与水资源配置系统有机地结合在一起，并以松辽流域水资源综合规划嫩江流域的成果简要地说明了生态耗水的分析计算。     

新疆平原区天然绿洲生态需水研究

为研究新疆山区以下流域平原河谷林草及河流尾闾湿地湖泊天然绿洲生态需水量,选择白杨河流域上游达坂城区和下游托克逊区代表性河谷林草及河流尾闾湿地生境区,采用气象土壤和植被生理三维技术同步监测,运用植被耗水及地统模型进行研究。结果表明,河谷林草耗水强度北疆为245～325mm/a,东疆为400～500mm/a,南疆为370～455mm/a;依靠河流补给生态需水量197亿m³;生态需水河道年径流量占比23%～26%,生态基流调控宜遵循河谷林草生长过程及河流“浅漫湿-枯平丰”规律。研究结果可为新疆经济社会生态补水管理提供依据。