王中根，趙玲玲，陳慶偉，黃 振，4

（1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100101，北京；2.廣州地理研究所，510002，廣州；3.水利部水資源管理中心，100053，北京；4.中國科學(xué)院大學(xué)，100049，北京；5.水利部珠江河口動(dòng)力學(xué)及伴生過程調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，510002，廣州）

地球生命系統(tǒng)的維持需要一定量能夠循環(huán)流動(dòng)的水。 生態(tài)流量概念的提出與發(fā)展，正是因應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)而生，是實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是維持地球健康水循環(huán)的必由之路。

目前， 生態(tài)流量的概念并不清晰，其定義與計(jì)算方法也不統(tǒng)一[1]。 從概念解析看，任何概念都是人類在認(rèn)識(shí)客觀世界過程中將所感知事物的共同本質(zhì)屬性抽象出來，加以概括形成。 隨著人類認(rèn)識(shí)的深入和客觀世界的變化，概念的內(nèi)涵和外延會(huì)不斷地演化。 生態(tài)流量是“流量”概念的一種演化發(fā)展， 屬于一類特定的流量，既繼承了“流量”的共性，又擁有自身的特性。 本文提到的“流量”特指河水流量，即在單位時(shí)間內(nèi)通過河流某一斷面的水量（一般用m3/s 表示）。 流量也可以用單位時(shí)段內(nèi)（如日、月、季、年）流出河流斷面的總水量來表示，即常說的河川徑流量（m3）。 從文獻(xiàn)查閱看，生態(tài)流量概念的提出，最早可以追溯到20 世紀(jì)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 年代開始了基于流量、流速、水位與水生生物關(guān)系的河流生態(tài)流量（Ecological Flow）研究[4]，60—70 年代出現(xiàn)了河流生態(tài)流量相關(guān)的評(píng)價(jià)和計(jì)算方法研究[5，6]，80 年代以后生態(tài)流量的概念已在不同學(xué)科領(lǐng)域與行業(yè)管理中得到了快速發(fā)展，演變出不同的概念與定義。 為了深入理解生態(tài)流量的概念， 本文將從其產(chǎn)生和演變過程中剖析其內(nèi)涵和外延，為生態(tài)流量的理論與實(shí)踐研究奠定基礎(chǔ)。

一、概念的演化

生態(tài)流量的概念經(jīng)過多年發(fā)展，大致可以分為兩類概念演化體系：一是用時(shí)段總水量（m3）來表示，演化出“生態(tài)需水量”“環(huán)境需水量”“生態(tài)環(huán)境需水量”，以及“生態(tài)用水量”“環(huán)境用水量”“生態(tài)環(huán)境用水量”等不同的概念；二是用瞬時(shí)流量（m3/s）來表示，延續(xù)了流量的基本概念，發(fā)展出不同類型的生態(tài)流量和環(huán)境流量的概念。

1.時(shí)段水量的概念

用時(shí)段內(nèi)的總水量表征，提出了生態(tài)需水量的概念[7]。20 世紀(jì)90 年代隨著國際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP）推動(dòng)， 生態(tài)需水的理論研究得到了快速發(fā)展， 基于河流生態(tài)系統(tǒng)完整性的生態(tài)需水（Ecological Water Demand；Ecological Water Requirement）研究蓬勃發(fā)展，并演化出河道內(nèi)生態(tài)需水和河道外生態(tài)需水的概念，以及生態(tài)環(huán)境需水（Eco-environmental Water Demand；Eco-environmental Water Requirement）的概念。 但關(guān)于生態(tài)需水的定義并不統(tǒng)一，如Covich（1993）[8]提出的生態(tài)需水定義“保證恢復(fù)和維持生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展所需的水量”；劉昌明（1999）[9]提出“最小生態(tài)需水量是維系生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)基本功能的一種水量”； 王浩（2003）[10]提出“生態(tài)需水是在流域自然資源，特別是水土資源開發(fā)利用條件下，為了維護(hù)河流為核心的流域生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡，避免生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生不可逆的退化所需要的臨界水分條件”；夏軍（2002）[11]提出“生態(tài)環(huán)境需水量是維系生態(tài)系統(tǒng)平衡最基本的需用水量，是生態(tài)系統(tǒng)安全的一種基本閾值”等。 此外，從用水管理的角度，還提出相關(guān)的生態(tài)用水、環(huán)境用水以及生態(tài)環(huán)境用水的概念。如1989年湯奇成提出了生態(tài)用水的概念[12]；1990 年《中國水利百科全書》給出了環(huán)境用水量的定義“改善水質(zhì)、協(xié)調(diào)生態(tài)和美化環(huán)境等的用水”；2000 年《中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究報(bào)告》界定了生態(tài)環(huán)境用水的概念、 范疇及分類，將狹義的生態(tài)環(huán)境用水定義為“維護(hù)生態(tài)環(huán)境不再惡化并逐步改善所需要消耗的水資源總量”； 將廣義的生態(tài)環(huán)境用水定義為“維持全球生物地理生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需用的水，包括水熱平衡、水沙平衡、水鹽平衡等，都是生態(tài)環(huán)境用水”。

2.瞬時(shí)流量的概念

用瞬時(shí)流量來表征，延續(xù)了流量的基本概念。 如2000 年歐盟“水框架指令”給出生態(tài)流量的定義[1]，即維持水生態(tài)系統(tǒng)健康且提供我們依賴的服務(wù)所需要的水量；2007 年國際環(huán)境流大會(huì)“布里斯班宣言”提出了環(huán)境流量（Environmental Flow）的定義[1]，即維持淡水、河口淡水系統(tǒng)及依賴于這些系統(tǒng)的人類宜居環(huán)境所需要的水流數(shù)量、 過程及質(zhì)量；2010 年美國大自然保護(hù)協(xié)會(huì)給出環(huán)境流量的定義[1]，即維持水生態(tài)系統(tǒng)的組分、 功能、過程和彈性，以及滿足人類物質(zhì)和服務(wù)需求下所需確定的徑流水量和時(shí)間尺度。 國內(nèi)關(guān)于生態(tài)流量的研究最早起源于20 世紀(jì)70 年代末的河流最小流量（Minimum Flow）[13]，不同專家學(xué)者從不同角度提出不同的概念和定義，如廖文根（2010）[14]提出生態(tài)基流的概念，定義為“維持河流基本形態(tài)和基本生態(tài)功能的河道內(nèi)最小流量”；陳敏健（2007）[15]提出適宜生態(tài)流量的概念，定義為“水生態(tài)系統(tǒng)的生物完整性隨水量減少而發(fā)生演變，以生態(tài)系統(tǒng)衰退臨界狀態(tài)的水分條件定義為維持水體生物完整性的需水”；劉曉燕（2008）[16]提出河流環(huán)境流量的概念，定義為“在維持河流自然功能和社會(huì)功能均衡發(fā)揮的前提下，能夠?qū)⒑恿鞯暮哟?、水質(zhì)和生態(tài)維持在良好狀態(tài)所需要的河川徑流條件”等。

從演化過程看，經(jīng)過螺旋式上升發(fā)展， 逐步向流量的本質(zhì)屬性回歸。即生態(tài)流量不僅是一定數(shù)量和質(zhì)量的河水， 更重要的是循環(huán)流動(dòng)的河水。 對(duì)于湖泊一類的面狀水體而言，其垂向流動(dòng)性（即蒸發(fā)過程）往往占主導(dǎo)地位，可以用生態(tài)水位來表征其生態(tài)流量。

二、概念的內(nèi)涵與外延

生態(tài)流量的概念隨著人類認(rèn)識(shí)的深入在不斷地發(fā)展變化，根據(jù)其形成與演化過程，本文總結(jié)歸納出以下定義：生態(tài)流量是維持某一時(shí)空范圍內(nèi)生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，所需的單位時(shí)間內(nèi)通過河流某一斷面的水量。 為了進(jìn)一步理解概念，我們從內(nèi)涵與外延進(jìn)行解析。

1.內(nèi)涵

內(nèi)涵是指概念所反映事物的本質(zhì)屬性總和。 生態(tài)流量本質(zhì)上是一種特定的河水流量，是在陸地河湖水系中循環(huán)流動(dòng)的水量。 其本質(zhì)屬性是維持陸地生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，所需水的特殊性質(zhì)主要包括：

①質(zhì)與量統(tǒng)一性。 水是質(zhì)與量的統(tǒng)一體。 水量的保證是生態(tài)系統(tǒng)存在的前提，水質(zhì)的要求是生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)功能正常發(fā)揮的重要基礎(chǔ)。

②可再生性與流動(dòng)性。 河湖水系中水的周而復(fù)始循環(huán)流動(dòng)才能為陸地生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展提供物質(zhì)流和能量流，可再生性與流動(dòng)性是生態(tài)流量最顯著的本質(zhì)屬性。

③時(shí)空異質(zhì)性。 由于水循環(huán)存在顯著的空間差異性，因此生態(tài)流量在不同自然地理環(huán)境中具有空間異質(zhì)性；此外，地球萬物生長具有季節(jié)性變化，生態(tài)流量也有與之相適應(yīng)的季節(jié)性“脈沖”波動(dòng)性。

④閾值性與適宜性。 既然具有時(shí)空異質(zhì)性，那么對(duì)于某一特定時(shí)空范圍下的生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)而言，生態(tài)流量便具有上限、下限的變動(dòng)區(qū)間，表現(xiàn)為一定的閾值性與適宜性。

2.外延

生態(tài)流量概念的外延是由各種不同類型的生態(tài)流量所構(gòu)成，如河湖生態(tài)流量、河流生態(tài)流量、湖泊生態(tài)水位、基本生態(tài)流量、目標(biāo)生態(tài)流量、適宜生態(tài)流量、生態(tài)基流、環(huán)境流量。甚至可以把生態(tài)需水量、 環(huán)境需水量、生態(tài)環(huán)境需水量，以及生態(tài)用水量、環(huán)境用水量和生態(tài)環(huán)境用水量等也看作是生態(tài)流量概念的外延。

三、不同行業(yè)的定義

定義是對(duì)于一種事物本質(zhì)特征或一個(gè)概念的內(nèi)涵和外延確切而簡要的說明。 目前，關(guān)于生態(tài)流量的定義并不統(tǒng)一，不同行業(yè)部門給出了不同的定義。

1.水利部門

在水資源保護(hù)規(guī)劃編制規(guī)程（SL 613—2013）中，給出了生態(tài)基流和敏感生態(tài)需水的定義。 生態(tài)基流指為維持河流基本形態(tài)和基本生態(tài)功能，即防止河道斷流，避免河流水生生物群落遭受到無法恢復(fù)破壞的河道內(nèi)最小流量；敏感生態(tài)需水指維持河湖生態(tài)敏感區(qū)正常生態(tài)功能的需水量及過程，在多沙河流，一般還要同時(shí)考慮輸沙水量。 在河湖生態(tài)需水計(jì)算規(guī)范（SL/Z 712—2014）中給出了基本生態(tài)環(huán)境需水量和目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量的定義。 基本生態(tài)環(huán)境需水量指維持河流、湖泊、沼澤給定的生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能不喪失， 需要保留在河道內(nèi)的最小水量，是河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水要求的下限值；目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量指維持河流、湖泊、沼澤給定的生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的生態(tài)環(huán)境功能正常發(fā)揮，需要保留在河道內(nèi)的水量，是河道外經(jīng)濟(jì)社會(huì)消耗河湖水量的控制值。在水利部水資管〔2020〕67 號(hào)文件中， 河湖生態(tài)流量定義為維系河流、湖泊等水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，需要保留在河湖內(nèi)符合水質(zhì)要求的流量（水量、水位）及其過程。

2.能源部門

在生態(tài)流量計(jì)算規(guī)范（NB/T 35091—2016）中給出了生態(tài)流量和水生生態(tài)基流的定義。生態(tài)流量指滿足水電工程下游河段保護(hù)目標(biāo)生態(tài)需水基本要求的流量及過程；水生生態(tài)基流指維持水電工程下游河段水生生物棲息地基本質(zhì)量的最小流量。

3.生態(tài)環(huán)境部門

在水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水、 低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）（環(huán)評(píng)函〔2006〕4 號(hào)）中給出了河道生態(tài)用水量的定義。 河道生態(tài)用水量指維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定所需水量、維持河流水環(huán)境質(zhì)量的最小稀釋凈化水量、河道內(nèi)輸沙水量及河道蒸發(fā)需水量。

四、不同計(jì)算方法

根據(jù)不同的定義，生態(tài)流量或生態(tài)需水的計(jì)算方法超過200 種，大致可劃分為：水文學(xué)方法、水力學(xué)方法、水文-生物分析法、 生境模擬法以及綜合法等。

1.水文學(xué)方法

水文學(xué)方法又叫作“歷史流量法”（Historic Flow Methods），通過歷史流量資料來推導(dǎo)河流生態(tài)流量，是最簡單也最具代表性的方法。 由于河流生態(tài)系統(tǒng)長期適應(yīng)流量變化，歷史流量中包含了體現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)平衡狀態(tài)下運(yùn)行的流量數(shù)據(jù)。 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.水力學(xué)方法

根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的功能與河道的水力參數(shù)（如濕周、流速、深度和寬度等）有一定的關(guān)系，可采用與生態(tài)功能相對(duì)應(yīng)的水力參數(shù)來確定河流生態(tài)流量。 該方法的前提假設(shè)是選定的水力參數(shù)存在一個(gè)閾值，當(dāng)流量變化時(shí)，如果不打破該閾值那么河流健康可以得到維持[23]，同時(shí)該方法還假定了河道物理形態(tài)基本不變，因而在某一斷面滿足一定流量時(shí)，下游同功能河道中的流量也可以滿足河道生態(tài)功能的流量要求[24]。目前，典型方法有濕周法[25]、R2-Cross 法[26]、生態(tài)水力半徑法[27]等。

3.水文- 生物分析法

從河流流量與生物量或種群變化關(guān)系直接入手, 判斷生物對(duì)河流流量的需求，以及流量變化對(duì)生物種群的影響，研究對(duì)象通常是魚、無脊椎動(dòng)物（如昆蟲、甲殼綱動(dòng)物、軟體動(dòng)物等）和大型植物（高等植物）。 通常采用多變量回歸統(tǒng)計(jì)方法， 建立初始生物數(shù)據(jù)（如，物種生物量或多樣性）與環(huán)境條件（如，流量、流速、水深、化學(xué)、溫度）的關(guān)系[22]。代表方法有RCHARC 法[28]、Basque 法[29]、流 量-濕地樹種關(guān)系模型[30，31]等。

4.生境模擬法

在水力學(xué)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)不需要預(yù)先假設(shè)，需要根據(jù)指示物種所需的水力條件確定河流流量，為水生生物提供適宜的物理環(huán)境， 定量化并基于生物原則的采用物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆椒ā?生境模擬法可定量化，且基于生物原則，被認(rèn)為是較可信的評(píng)價(jià)方法。 以IFIM/PHABSIM 法應(yīng)用最為廣泛，其他代表方法有CASIMIR 法、RCHARC 法、Basque 法等[32]。

5.綜合法

從生態(tài)系統(tǒng)的整體出發(fā)，綜合考慮流量、泥沙運(yùn)輸、河床形狀與河岸帶群落之間的關(guān)系，提出的河道流量能夠同時(shí)滿足生物保護(hù)、 棲息地維持、泥沙沉積、污染控制和景觀維護(hù)等功能。 該方法克服了水文-生物分析法和生境模擬法只針對(duì)1、2 種生物的缺點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)河流是一個(gè)綜合生態(tài)系統(tǒng)。代表方法有南非的BBM 法[33]和澳大利亞的整體研究法[34]。

五、結(jié) 論

①生態(tài)流量概念的提出是人水和諧發(fā)展的必然產(chǎn)物。 隨著人類認(rèn)識(shí)的深入和生態(tài)與環(huán)境變化，其概念在不斷變化， 并演化出以時(shí)段總水量（m3）和瞬時(shí)流量（m3/s）為表征的兩大概念體系，分別以生態(tài)需水量和河湖生態(tài)流量為代表。

②從概念演化過程看， 經(jīng)過螺旋式上升發(fā)展，逐步向流量的本質(zhì)屬性回歸。即生態(tài)流量不僅是一定數(shù)量和質(zhì)量的河水，更重要的是循環(huán)流動(dòng)的河水。

③生態(tài)流量的本質(zhì)是維持生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能所需特定的河水流量，具有質(zhì)與量統(tǒng)一性、可再生性與流動(dòng)性、時(shí)空異質(zhì)性、閾值性與適宜性等屬性。 對(duì)于湖泊一類的面狀水體而言，可以用生態(tài)水位來表征其生態(tài)流量。

④目前生態(tài)流量的概念并不十分清晰，不同行業(yè)部門給出不同的定義與計(jì)算方法，生態(tài)流量理論研究仍方興未艾。