□劉付榮（河南省鄭州水文水資源勘測局）

新鄭市生態(tài)水系需水量研究

□劉付榮（河南省鄭州水文水資源勘測局）

在探討生態(tài)環(huán)境需水量概念的基礎(chǔ)上，總結(jié)了目前常用的生態(tài)需水量研究方法。并在對新鄭市水系調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)新鄭市水系的實(shí)際情況，采用換水周期法根據(jù)水系水體規(guī)模、蒸發(fā)量及滲漏量計(jì)算了新鄭市水系生態(tài)環(huán)境需水量。計(jì)算結(jié)果表明，新鄭市河道和人工湖泊生態(tài)需水量分別為3533萬m3和1079萬m3。今后需要加強(qiáng)河道生態(tài)資料的監(jiān)測和收集，建立以生態(tài)學(xué)信息為基礎(chǔ)的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，為定量研究河道?nèi)生態(tài)環(huán)境需水量提供有力支撐。

新鄭市，生態(tài)水系，需水量

水是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的核心要素，是經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要支撐。但在水資源的開發(fā)利用中，人們往往只重視生產(chǎn)和生活對水資源的需要，而忽視生態(tài)環(huán)境的需求，甚至在實(shí)際用水中掠奪生態(tài)環(huán)境用水，致使區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化，直接威脅到人類的生存與發(fā)展。維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)必須重視對水資源的合理開發(fā)與保護(hù)，充分考慮生態(tài)環(huán)境需水和水資源的持續(xù)利用。如何協(xié)調(diào)人與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，維持、恢復(fù)、重建、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，保障生態(tài)環(huán)境用水，是當(dāng)前人類面臨的迫切任務(wù)，也是可持續(xù)發(fā)展和水資源可持續(xù)利用的重要內(nèi)容。

目前生態(tài)環(huán)境需水的定量化研究還有一定難度，但該研究是目前水資源可持續(xù)管理的一種迫切需要。研究生態(tài)需水已成為生態(tài)環(huán)境與社會可持續(xù)發(fā)展的需要，生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的需要、實(shí)現(xiàn)水資源合理配置的需要以及生態(tài)環(huán)境惡化治理緊迫性的需要。因此，研究生態(tài)環(huán)境需水不僅具有理論上的重要意義，而且具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

新鄭市位于河南省中部，地處北緯34°16′～34°39′，東經(jīng)113°30′～113°54′之間，總面積873km2，其中市區(qū)建成區(qū)面積22km2。新鄭市域范圍內(nèi)主要河流有：雙洎河、黃水河、潩水河、梅河、蓮河、柳河、暖泉河、高路河、十七里河、十八里河和潮河等，河流總長223.82km。新鄭市內(nèi)自然排水系統(tǒng)較為完整，但各排水河道現(xiàn)狀防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，部分河道防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，河道侵占、淤積嚴(yán)重，造成行洪能力不足。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)廢水排放污染、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的殘留、居民生活污水和廢棄物的污染、農(nóng)村水處理設(shè)施欠缺和跨區(qū)域污染，使市域范圍水體污染嚴(yán)重，地表水水質(zhì)質(zhì)量日趨惡化，不僅帶來了嚴(yán)重的水環(huán)境問題，更加劇了水資源的貧乏。新鄭市市域范圍內(nèi)的大部分河道水生生境比較單一，水體自凈能力較差，水生態(tài)系統(tǒng)功能下降，水生生物多樣性受到破壞。因此，該研究以新鄭市為例，對新鄭市的生態(tài)環(huán)境需水量進(jìn)行了分析，為城市生態(tài)環(huán)境需水量研究提供理論依據(jù)與方法支持。

1.生態(tài)環(huán)境需水量的概念及其研究方法

生態(tài)環(huán)境需水包括河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量和河道外生態(tài)環(huán)境需水量。河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量指為維護(hù)河流系統(tǒng)正常的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能所必須保持的水量，河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量研究范圍包括河道及連通的湖泊、濕地、洪泛區(qū)范圍內(nèi)的陸地。河道外生態(tài)環(huán)境需水量主要指保護(hù)和恢復(fù)河流下游的天然植被及生態(tài)環(huán)境、水土保持及水保范圍之外的林草植被建設(shè)所需水量。河道最小生態(tài)需水量是指維系和保護(hù)河流的最基本生態(tài)功能不受破壞所必須在河道內(nèi)保留的最小水量，河道最小生態(tài)需水量所要滿足的生態(tài)功能主要是維持水生生物棲息地和維持河流生態(tài)系統(tǒng)平衡。河道最小環(huán)境需水量主要包括河道滲流需水量、河道蒸發(fā)需水量、河道自凈需水量以及河道輸沙需水量。河道最小生態(tài)需水量的確定在國內(nèi)外有過大量的研究，其中最為典型的是Tennant法、此外還有7Q10法、濕周法、R2Cross法、棲息地法等。國內(nèi)楊志峰等還提出了月（年）保證率設(shè)定法和最小月（年）計(jì)算法。一般地，河道生態(tài)環(huán)境需水量的合理取值是河道最小生態(tài)需水量、河道自凈需水量以及河道輸沙需水量等三項(xiàng)中的最大者與河道滲流需水量、河道蒸發(fā)需水量之和。

湖泊生態(tài)需水量是指為保證特定發(fā)展階段的湖泊生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能并保護(hù)生物多樣性所需要的一定質(zhì)量的水量，主要包括湖泊生物需水量、湖泊蒸散發(fā)需水量和水生生物棲息地需水量。湖泊環(huán)境需水量是以生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，為保證湖泊發(fā)揮正常的環(huán)境功能，為維護(hù)生態(tài)環(huán)境不再惡化并逐步改善所需要的一定質(zhì)量的水量，包括污染物稀釋需水量、防止湖水鹽化需水量、航運(yùn)需水量以及景觀建設(shè)和保護(hù)需水量。

由于不同類型的湖泊其生態(tài)環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)特性差異較大，湖泊最小生態(tài)環(huán)境需水量的計(jì)算方法也有所不同，主要有水量平衡法、換水周期法、最小水位法和功能法。

2.新鄭市水系及湖泊現(xiàn)狀

新鄭市主要河道基本情況見表1。新鄭市現(xiàn)有在冊水庫23座，其中中型水庫和?。?）型水庫的總供水量為1018萬m3，占地表水總供水量的64.9%?？傇O(shè)計(jì)灌溉面積0.86萬hm3，其中中型水庫灌溉面積0.18萬hm2，?。?）型水庫灌溉面積0.61萬hm2，?。?）型水庫灌溉面積0.07萬hm2。按水系規(guī)劃分區(qū)：北部水系有中型水庫1座，?。?）型水庫5座；南部水系有中型水庫1座，?。?）型水庫10座。新鄭市大部分水庫為土壩，建設(shè)時期較早，由于當(dāng)時工程標(biāo)準(zhǔn)及工程質(zhì)量等限制，使得很多水庫存在隱患，如壩高不夠，壩身單薄，滲漏嚴(yán)重，缺少大壩變形滲漏等觀測設(shè)施，防汛道路及管理設(shè)施不健全等等。水庫運(yùn)行多年，老化病險(xiǎn)問題日益突出，目前，新鄭市正加大投資用于水庫除險(xiǎn)加固工程。

表1 新鄭市主要河道基本情況表

3.新鄭市生態(tài)需水計(jì)算

新鄭市屬于淮河流域，其境內(nèi)水系主要河流有雙洎河、黃水河、潩水河、梅河、十七里河、十八里河、潮河、蓮河、高路河、柳河等大小河流共14條，河道總長度223.82km。計(jì)算河道生態(tài)需水量時，僅考慮10條主要河流，其余河流均較小，在此忽略不計(jì)。

新鄭市現(xiàn)有在冊水庫23座，本次規(guī)劃中，僅考慮兩座中型水庫和小（1）型水庫，?。?）型水庫不計(jì)算在內(nèi)。因此，在計(jì)算水庫生態(tài)環(huán)境需水量時也僅考慮中型和?。?）型水庫。

水系生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算時分為河道生態(tài)需水和水庫生態(tài)需水兩部分分別計(jì)算?？紤]到新鄭市河道資料情況，采用換水周期法計(jì)算河湖生態(tài)需水量。河湖生態(tài)需水包括蒸發(fā)量、滲漏量和換水量。其中蒸發(fā)量的計(jì)算是采用年平均蒸發(fā)量乘以水面面積的方法得到。水系滲漏損失量按水體規(guī)模的10%考慮。換水量計(jì)算的過程中，雙洎河和潩水河由于河流較大，按其15d循環(huán)一次，則換水量為水體規(guī)模的24倍計(jì)算，其余河流循環(huán)次數(shù)長一些，換水量按水體規(guī)模的14倍計(jì)算。由于缺乏相應(yīng)的實(shí)測資料，計(jì)算過程中，水面面積根據(jù)相應(yīng)的河道寬度和長度大致按照平均斷面來估計(jì)得到。最后根據(jù)計(jì)算得到的生態(tài)環(huán)境需水量復(fù)核其最小流量是否滿足要求。

表2 新鄭市河道生態(tài)需水量預(yù)測結(jié)果（水量單位：萬m3）

表3 新鄭市人工湖泊生態(tài)需水量預(yù)測結(jié)果（水量單位：萬m3）

湖水庫水面面積為常水位以下的水面面積，根據(jù)相應(yīng)的水庫庫容及水位資料計(jì)算得到，湖庫滲漏損失量按水體規(guī)模的15%考慮。

具體河湖生態(tài)需水量預(yù)測結(jié)果分別見表2和表3。可見，新鄭市河流總生態(tài)需水量為3533萬m3，水庫總生態(tài)需水量為1079萬m3，合計(jì)新鄭市河湖水系總生態(tài)需水量為4612萬m3，其中河道需水量占總生態(tài)需水量的76.6%，水庫需水量占總生態(tài)需水量的23.4%。

4.結(jié)語

本文在調(diào)查了解新鄭市河道基本情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)新鄭市水系的實(shí)際情況，采用換水周期法根據(jù)水系水體規(guī)模、蒸發(fā)量及滲漏量計(jì)算了新鄭市河湖水系生態(tài)環(huán)境需水量，可為水資源管理及水資源配置中提供參考意見。對于資料缺乏的河湖來說，換水周期法是簡單可行的方法，計(jì)算結(jié)果的可行性在于研究者對河湖的熟悉程度，因此，今后需要加強(qiáng)河道生態(tài)資料的監(jiān)測和收集，建立以生態(tài)學(xué)信息為基礎(chǔ)的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑸槎垦芯亢拥纼?nèi)生態(tài)環(huán)境需水量提供有力支撐。

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2012-04-20