关于生态需水量的概念和重要性，本文主要内容关键词为：需水量论文,重要性论文,生态论文,概念论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
21世纪的水文水资源问题正面临着巨大的挑战与机遇。主要是如何满足社会与经济发展对水资源日益增长的需要。防治水旱灾害，维持生态需水和控制因发展而带来的水污染，不断改善水环境。陆地系统中的水功能可以分解为资源水、灾害水、生态水与环境水。四者之间存在相互联系和相互转变的关系，是一种新的“四水转化”关系。作为资源、生态和环境要素的水，其利用是水系统的正面效益；其过剩和不足的变化引起水旱灾害、其质量演变造成的污染引起生态、环境的退化或破坏则是负面效应。把握水资源、水灾害、水生态与水环境之间存在相互联系和相互关系是可持续发展研究的一个核心问题。本文主要讨论生态水的问题。
一、生态需水的概念
过去20年来生态系统中的水文过程与植物对水文过程影响的重要性变得日益明显。1999年Andrew j.Baird与Robert L.Wilby主编出版了《生态水文学》，副题为“陆地与水生环境中的植物与水”。该书称作第一部概括陆地与水生环境植物与水交叉复杂关系的书。
这本有10个篇章的专著偏重于一些原理方面的阐述，给读者提供了很好的基本概念。但是，该书缺乏应用方面的延伸，特别是与水资源的开发利用，即生态需水问题，尚少有涉及。
我国近年来针对生态环境保护问题，开展的生态需水研究则在应用上大大丰富了生态水文的研究内容，1999年作者在《中国水利》杂志（10月）发表了《中国21世纪水资源供需分析：生态水利》一文，从理论出发联系实际，阐明了生态水文学中的应用问题，提出了“四大平衡”的概念，即：（一）水、热（能）平衡；（二）水、盐平衡；（三）水、沙平衡；（四）水量平衡与供需平衡。
众所周知，对生态系统的研究来说，物质与能量的交换与传输规律是生态学研究的物理学基础，而水、盐平衡则涉及生态学研究的化学基础问题。这里提到的盐分包括化学盐类，内含生物地球化学要素及其随水分运动的过程。至于水量平衡和水量供需平衡，则联系区域水资源自然背景（区域水量平衡固有结构）及其与经济社会和生态环境的综合性问题。
当前的热点与难点，从应用上看主要是水资源开发利用中的生态需水量的定量及其理论问题。由于在我国，特别是北方，生活、生产与生态（“三生”）的用水是共享的关系，“三生”之间自然存在着相互的矛盾与竞争。由于生活与生产过多地用水，普遍认为是挤占了生态用水，致使生态系统退化，其结果表现为森林，草场与植被的严重退化，包括荒漠化与沙尘暴的蔓延，使生态系统为人类提供生态服务的功能逐渐丧失，实际是对生活与生产挤占生态用水的自然报复。我们必须引以为戒。
二、关于生态需水量的定量理论
由于生态需水的研究方兴未艾，目前尚无完善的理论方法，因此，不同的水文水资源和生态学者持有不同的观点与理解，而有不同的要求与定义。归纳起来有以下几点：
第一，从维护现有生态系统功能的角度，遏制其不再继续退化的“最小生态需水量”。例如西北内陆区维持胡杨林生长，保持其地区的地下水埋深为6cm所需保持给予的水量，从生态学的角度讲是不可挤占的水量。又如华北的“明珠”——白洋淀，使其不致干涸并保持水生生物生存而需从大清河下定义为最小生态需水量。显然，不同生态系统的这一需水量是极不相同的，不可以一概全。在已经形成“三生”水矛盾竞争的我国北方地区，重视生态需水，不挤占生态用水，预留最小生态需水量，应成为水资源合理开发利用的一条原则。最小生态需水虽是某种意义上的权宜之计，但其现实性与易操作性应为当务之急。
第二，适宜生态需水量是以生态系统的水、热条件最佳匹配为标准。其定量是由能量（净辐射Rn）换算的水分当量（通过除以蒸发潜热L）与水分收入(P)相等为基础。即其比值为1
从水利措施上看，△P[,1]称为补水（如灌水、引水等），△P[,2]称为排水。△P[,1]为适宜生态需水的需补水量，△P[,2]为适宜生态需水的需排水量。
第三，区（流）域最大缺水量，或水文气候学定义的区域水量盈亏，其中最大的缺水量包含着区域的生态缺水。这一定义是参照了前苏联国际水文十年国家委员会组织撰写并由联合国教科文组织于1978年出版的巨著《世界水平衡和地球水资源》(World Water Balance and Water Resources of the Earth)。水文气候学定义的最大缺水量(D)的计算是
D=P-E[,0] (2)
式中：P为年平均降水量(mm);E[,0]为蒸发能力或潜在蒸发量(mm)上式又可写为
(3)式对西北内陆河出山口的径流散失区具有特殊意义。因内陆河山口以外的降水特别稀少，不敷蒸发的消耗能力，且山口以外的径流难以产生，R值主要来自山口以上，如果R值一定，天然E[,0]又难以控制，则实际蒸发量E具有生态意义。
若要实现最大缺水量D=0，则有
R=E-E[,0] (4)
显然，在未开发的内陆河或夫人类用水的情况下，R是全区（流）域的生态需水的主要来源，其生态需水量的不足(D[,E])为：
D[,E]=E[,0]-R (5)
式(5)中的蒸发能力或潜在蒸发量与出山口的径流量差值应是该区（流）域的天然最大生态需水量。
由于人类活动的进入、人工绿洲生态系统的建立，生活与生产用水的追加，通过截留R，造成D[,E]在人类活动区增加，而在天然生态区的R减少，势必使原来依赖R的天然生态系统失水或使E减少，因此，我们必须通过对原有天然生态系统的E值的计算确定各种生态类别的需水量。
由于内陆河区（流）域缺乏对蒸散(E)的观测，因此，采用气象方法得出潜在蒸发来分类估算，可用计算得到的E[,0]折算生态区(F[,i])的生态需水量(E)值。
显然，(6)式表示的是最大生态需水量，其中为保护生态类型(i)的规定面积，Fi实际是一个折算系数，显然不同，生态需水量不同。
三、关于区分生态需水量、生态用水量与生态耗水量的必要性
生态需水量(D[,d])是由生态系统对水的需求。加之其对水的利用与消耗，分为三种。即
·生态固有的需水量(D[,d])
·生态用水量是实际供给生态系统的水量(D[,s])
·生态耗水量(D[,c])是D[,s]的消耗量。
在目前的情况下，它们的关系应是：
D[,d])＞D[,s]≥D[,c]
在实际计算中需对它们加以区别。
四、不同植被的蒸腾量的确定与估算
国外对乔木（森林）植被的蒸腾有较多的研究。Baird等汇总了欧洲地区不同森林蒸腾量的测定数据（见表1）。欧洲各地森林年蒸腾量多在300mm左右，变化于241-427mm／年之间。其结论为：由于湿度差与叶片气孔传导率存在反比关系，即：湿度差大，气孔张开度变小，气孔传导率变小；湿度差小，气孔张开度变大，气孔传导率变大，由于气孔的这种自动调节作用，所以逐日的森林蒸腾量基本保持在同一水平（约低于4mm），与湿度差关系不大。所以尽管欧洲的湿度大，湿度差比较小，而我国西北地区湿度差大，但表1所得到的森林蒸腾量仍可供我们参考。
我国各地缺乏植物蒸腾量的测定资料，但从多年的调查分析，尚有可供参考的蒸散量估计数字：适宜森林地区的年降水大于400mm，蒸腾量360mm，适宜草地（草原）生长的年降水量大于等于300mm，蒸腾量约200mm。
由于缺乏植被耗水量的观测资料，如何验证并确定植被的生态需水量是我们课题研究的关键。因此，建议用以下方法：首次选定天然植被并进行本底分区，再由区内的气象观测资料进行热量平衡计算。然后由区域天然植被生长的年降水量，气温及热量平衡资料结合区域水量平衡算出植被的需水量。工作方法是结合历史资料进行典型调查，界定天然植被分区。一旦天然植被分区划定，即可用与其相对应的降水、温度等鉴别和推算其需水量。这一研究充分利用高分辩率的遥感信息，研究NDV1及NPP是重要的手段。因为通过NDV1也可以近似推求蒸散量。
五、流域的生态环境需水量计算
流域生态环境需水量主要分为河道内需水与河道外需水两大部分。河道内的生态用水可从河流功能的各方面来分项计算，其原则与方法如下：
●计算时应先确定河道内的生态环境用水量，然后确定河道外的可用水量；
●生态需水与环境需水虽相互联系，但有不同，前者偏重于自然方面，后者侧重污染与水环境容量，但在计算上需统一考虑；
●河道生态需水量可按系统功能分类分别定量。
—河道基流 根据多年最小径流R[,min]与多年平均最小月径流R[,min,av]确定求取
，在只有多年月系列的情况下，河道生态最小基流量用α确定；
—冲沙水量(R[,si]d)从河流多年流量与泥沙系列中选择实测大断面与相应的流量、泥沙进行定量；
—河道环境需水量 主要是保持河流水环境容量的需水量，可参照以下方法计算：(1)Tennant法；(2)月流量保证率设定计算；(3)100%保证率最小月流量等方法；
—与河流相连接的湖泊、湿地的生态需水量 前者用设定水位来计算，后者由湿地水量平衡来确定。
—河流生物需水量 综合考虑水量与水质。简单的方法采用历史资料鉴别。
—城市生态环境需水量。主要是绿化植被的需水量。面积按城市规划计算。
●河道外的生态用水。由从河道引出的水量，主要是生活与生产用水，过去并未专门提供生态用水的计算，但是河流中的水量来自河道外的流域面积。流域内的土地覆盖与土地利用实际要影响汇入河道中的水量。主要是绿化——林草、农田及水土保持（含少量的雨水利用）需用（耗）的水量，可按生态环境保护的规划（规划部门提供）分别在计算河道内、外各种生态系统环境需水的基础上进行汇总。
结语：生态水的研究内涵十分广泛，而且是当前的热点或前缘。本文所讨论的问题仅仅是生态需水的一些理论方法。难免卦一漏万，敬请读者批评指正。