生態(tài)需求流量與河道內(nèi)生態(tài)需水量計算研究
——以瀾滄江、紅河為例

胡 波，鄭艷霞，翟紅娟，崔保山

(1.長江科學(xué)院 水土保持研究所，武漢 430010；2.北京師范大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京 100875；3.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院 生態(tài)產(chǎn)業(yè)工程有限公司，武漢 430010；4.長江流域水資源保護(hù)局 科研所，武漢 430051)

生態(tài)需求流量與河道內(nèi)生態(tài)需水量計算研究
——以瀾滄江、紅河為例

胡 波1,2，鄭艷霞3，翟紅娟4，崔保山2

(1.長江科學(xué)院 水土保持研究所，武漢 430010；2.北京師范大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，北京 100875；3.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院 生態(tài)產(chǎn)業(yè)工程有限公司，武漢 430010；4.長江流域水資源保護(hù)局 科研所，武漢 430051)

目前關(guān)于生態(tài)需水的研究較多，但相關(guān)研究主要是從水資源需求和流量控制這2個角度進(jìn)行理論方法以及案例應(yīng)用方面的探討，未將二者有力地結(jié)合在一起。將河道生態(tài)需水總量與河流生態(tài)需求流量相結(jié)合，提出了生態(tài)需水系數(shù)-水文參數(shù)耦合模型，選擇西南縱向嶺谷區(qū)2條典型河流的相似斷面進(jìn)行案例應(yīng)用研究，分別計算了河道內(nèi)生態(tài)需水量和河流生態(tài)需求流量，并對比分析了二者的結(jié)果，同時對不同地區(qū)的案例應(yīng)用進(jìn)行了比較分析。經(jīng)過計算，結(jié)果表明：紅河河道內(nèi)最小、適宜以及理想生態(tài)需水量分別占還原徑流量的21.55%，34.51%，54.62%；而瀾滄江河道最小、適宜以及理想內(nèi)生態(tài)需水量分別占還原徑流量的15.61%，27.45%，48.85%；由紅河干流生態(tài)需求流量推算的河道內(nèi)生態(tài)需水量占還原徑流量的42.27%，而瀾滄江推算值為19.06%。分析可知：生態(tài)需求流量與河道內(nèi)生態(tài)需水量由于應(yīng)用層面不同而使得其結(jié)果有一點(diǎn)差異，通過對二者的綜合分析，可以為水資源管理以及生態(tài)保護(hù)提供一定的科學(xué)支持；多元相關(guān)性分析結(jié)果表明，提出的河流生態(tài)需求流量的模擬結(jié)果有很強(qiáng)的相關(guān)性；將生態(tài)需水系數(shù)-水文參數(shù)耦合模型應(yīng)用于瀾滄江與紅河生態(tài)需水的計算研究，發(fā)現(xiàn)該模型具有很強(qiáng)的實際操作性。

河道內(nèi)生態(tài)需水；生態(tài)需求流量；生態(tài)特征指數(shù)；瀾滄江；紅河

1 研究背景

隨著人類活動能力的擴(kuò)大以及影響程度的增強(qiáng)，河流生態(tài)需水問題成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。生態(tài)需水計算涉及到多學(xué)科多領(lǐng)域問題，計算方法已經(jīng)達(dá)到200多種，目前應(yīng)用較為廣泛的有水文學(xué)方法、水力學(xué)方法、整體分析方法以及棲息地方法等[1-9]。盡管生態(tài)需水相關(guān)研究及其廣泛，但從管理應(yīng)用層面看，其主要分為2個層面，一方面主要是應(yīng)用于流域水資源管理，即河道生態(tài)需水量的研究，屬于總量控制層面；另一方面主要是應(yīng)用于河流生態(tài)保護(hù)，即河流流量方面的研究，屬于瞬時控制層面。如何協(xié)調(diào)流域水資源管理與河流生態(tài)保護(hù)，以及如何將河道生態(tài)需水量與河流生態(tài)流量有力地結(jié)合成為當(dāng)前以及未來亟待解決的一個問題，而目前以及未來研究的重點(diǎn)主要集中分析方法優(yōu)化、指標(biāo)體系細(xì)化、計算模型驗證等幾個方面。

王晶等人[10]以大渡河流域干旱河谷為例，進(jìn)行了生態(tài)需水量的研究，干旱河谷生態(tài)需水是指能夠維系干旱河谷生態(tài)功能的基本環(huán)境目標(biāo)、恢復(fù)干旱河谷生態(tài)景觀的生態(tài)系統(tǒng)所需求的水量。許敬梅等[11]將人類需水量納入生態(tài)環(huán)境需水量的范疇，以岷江上游干旱河谷為例分別計算了河道內(nèi)生態(tài)需水、植被需水以及人類需水量。王西琴等人[12]通過建立二元水循環(huán)下(自然水循環(huán)與人類活動影響下的水循環(huán))的河流生態(tài)需水的水量與水質(zhì)計算方法，確定了河流生態(tài)需水的“質(zhì)”與“量”評價標(biāo)準(zhǔn)，最終實現(xiàn)了二元水循環(huán)下河流生態(tài)需水水量與水質(zhì)的綜合評價；并以遼河流域為例進(jìn)行實證分析，分析遼河流域生態(tài)需水是否滿足控制因素(水量或水質(zhì))。鄭建平等[13]從水生生物保護(hù)角度出發(fā)，采用最小月流量方法計算了大洋河瀕危魚類產(chǎn)卵期、枯水期的生態(tài)流量。李嘉等人[14]提出了計算河道最小生態(tài)基流量的生態(tài)水力學(xué)法，即通過模擬目標(biāo)水生生物適宜的水力生境確定河道最小生態(tài)需水量，其中包括：水位、流量、流速等系列要素。楊志峰等[15]提出動態(tài)生態(tài)環(huán)境需水量計算方法，首先利用月保證率法計算出初始生態(tài)環(huán)境需水狀態(tài)空間，再根據(jù)實際的水資源開發(fā)利用形勢，綜合考慮自然因素和社會因素，形成生態(tài)環(huán)境需水量的狀態(tài)空間，然后用改進(jìn)的水文指數(shù)法評價各生態(tài)環(huán)境需水狀態(tài)，使生態(tài)環(huán)境需水的計算由靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)。

基于以上分析，本文提出了河流生態(tài)需求流量的概念，并將其與河道生態(tài)需水總量相結(jié)合，運(yùn)用生態(tài)需水系數(shù)-水文參數(shù)耦合模型，選擇西南縱向嶺谷區(qū)2條典型河流的相似斷面進(jìn)行案例應(yīng)用研究，分別計算了河道內(nèi)生態(tài)需水量和河流生態(tài)需求流量，并進(jìn)行了驗證與對比分析。

表1 西南縱向嶺谷區(qū)典型河流特征要素Table 1 Characteristics of Lancang river and Honghe river

2 資料與數(shù)據(jù)處理

西南縱向嶺谷區(qū)是指位于我國西南、與青藏高原隆升直接相關(guān)聯(lián)的橫斷山及毗鄰的南北走向山系河谷區(qū)，是紅河、湄公河、薩爾溫江和伊洛瓦底江4條國際大河的上游，與緬甸、老撾、越南相連，與泰國、柬埔寨和印度相近，是我國與東南亞極為重要的生態(tài)廊道。該地區(qū)生物群落、物種多樣性十分顯著，生態(tài)系統(tǒng)特征明顯；受東亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)的影響，水資源充沛，但受到地形地貌的影響，降水隨時空變化較大，水資源時空分布不均，同時由于人類活動的影響，尤其是干流大型水電站的建設(shè)使得水資源的可持續(xù)發(fā)展具有不確定性[16]。本文以南北流向的瀾滄江和西北至東南流向的紅河(表1)為案例區(qū)進(jìn)行分析。

本文涉及的方法有資料搜集、野外調(diào)查、數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析等。其中：資料搜集包括水質(zhì)、徑流量、流量、泥沙等序列數(shù)據(jù)；野外調(diào)查包含水文(水位、水深、流速等)、水質(zhì)(TN、TP、pH、水溫等)、植被(喬灌草物種、高度、蓋度、冠幅等)、土壤(TDR、質(zhì)地、顏色等)、環(huán)境要素(坡度、坡向、空氣溫濕度等)等；調(diào)查樣地包括瀾滄江流域20個樣帶206個樣地、紅河流域的14個樣帶66個樣地；數(shù)據(jù)處理與分析方法包括水質(zhì)綜合指數(shù)(采用有機(jī)污染指數(shù)和毒理-重金屬污染指數(shù))、生物多樣性分析(采用香奈-維納指數(shù)、均勻度指數(shù)、物種豐富度及優(yōu)勢度等)；統(tǒng)計分析(水文頻度、變異、相關(guān)性及主成分等)采用SPSS13.0，DPS7.5，Mann-Kendall等方法處理[5]。

3 研究方法

本研究采用實測數(shù)據(jù)所分析的生態(tài)需水量是剔除下滲需水以及蒸散發(fā)需水等自然消耗性水量外的生態(tài)需求量；實測徑流即為河道內(nèi)的實際現(xiàn)狀水量，不包含河道水體的下滲和蒸散發(fā)消耗量，采用實測徑流以及實測流量對河流水資源管理具有較強(qiáng)的操作意義。本文主要是以年和月2個尺度進(jìn)行河道生態(tài)需水理論、方法以及案例應(yīng)用方面的研究。本文基于多年實測流量數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境要素以及河流服務(wù)功能分析，以月為研究的時間尺度，提出了生態(tài)流量動態(tài)模擬模型，模擬逐月生態(tài)流量，這為河流水資源管理中的流量控制提供了較好的科學(xué)依據(jù)，案例研究主要針對瀾滄江允景洪過水?dāng)嗝媾c紅河蠻耗過水?dāng)嗝孢M(jìn)行分析；以年為研究的時間尺度，采用生態(tài)等級系數(shù)-生態(tài)徑流耦合模型，通過引進(jìn)系列參數(shù)修正了生態(tài)等級系數(shù)的計算方法，計算了瀾滄江、紅河河道最小、適宜以及理想生態(tài)需水量。

3.1 基本概念與方法

隨著理論的發(fā)展，無論是從河流管理層面還是從生態(tài)保護(hù)層面，將水資源需求(總量控制)和流量控制(瞬時控制)有力地結(jié)合在一起是非常有必要的。據(jù)此，本文將兩者進(jìn)行了結(jié)合，并對生態(tài)需水的相關(guān)概念進(jìn)行了辨析。

(1) 無論是河道生態(tài)需水量還是生態(tài)需求流量，都屬于自然徑流或自然流量中的一部分，會隨時間波動，大于或小于自然徑流。對于水資源充沛的地區(qū)，河流生態(tài)系統(tǒng)對水資源以及河流水體流量的需求基本上都得到了滿足。

(2) 從河流管理以及生態(tài)保護(hù)層面上看，生態(tài)需水應(yīng)當(dāng)保持總量控制與瞬時流量控制的結(jié)合，既要滿足生態(tài)系統(tǒng)對水資源量的需求，又要滿足生態(tài)系統(tǒng)功能維系以及物種保護(hù)的流量控制需求。

(3) 生態(tài)需水應(yīng)當(dāng)是一個結(jié)構(gòu)性概念，包含了3方面的含義，即生態(tài)、需求與水，相關(guān)關(guān)系為：

生態(tài)系統(tǒng)(宏觀)+功能結(jié)構(gòu)需求+水資源=生態(tài)需水量；

生態(tài)系統(tǒng)(微觀)+功能結(jié)構(gòu)需求+流量=生態(tài)需求流量。

(4) 針對目前生態(tài)需水相關(guān)概念的混淆問題，本文就生態(tài)流量與生態(tài)徑流量進(jìn)行界定，其中，兩者都是描述河流自然條件下河道內(nèi)水體水文特征量，表征剔出水文變差后河流自然狀態(tài)下的水文特征值；本文提出的生態(tài)流量與國內(nèi)提出的生態(tài)流量有所不同，國內(nèi)所應(yīng)用的生態(tài)流量從性質(zhì)上與本文中的生態(tài)需求流量是一致的，由于生態(tài)流量無法從字面上體現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)的需求，故本文提出了生態(tài)需求流量(EFR)替代以前研究中的生態(tài)流量(EF)，而本文提出的與生態(tài)徑流量相對的生態(tài)流量主要是用于后文生態(tài)需水計算中的基數(shù)。

自然生態(tài)條件+水資源=生態(tài)徑流量(ER，ecological runoff)；

自然生態(tài)條件+流量=生態(tài)流量(EF，ecological flow)。

本文構(gòu)建了河道生態(tài)需水計算模型，即生態(tài)需水系數(shù)-水文參數(shù)耦合模型，如式(1)。

Yk(EWR or EWF)=φk·Y′(Q,F,T) 。

(1)

3.2 生態(tài)需求流量

生態(tài)需水系數(shù)-水文參數(shù)耦合模型應(yīng)用于生態(tài)需求流量計算時，生態(tài)需水系數(shù)是采用生態(tài)特征指數(shù)方法確定[16]，而生態(tài)流量是采用動態(tài)模擬的方法進(jìn)行確定。生態(tài)需求流量計算公式為

(2)

生態(tài)流量模擬的時間尺度主要是以年內(nèi)逐月為主，以最枯月和最豐月為起始點(diǎn)，分偏豐和偏枯2個時間范圍進(jìn)行模擬計算。生態(tài)流量模擬方法主要是針對年際變差顯著，年內(nèi)流量變化明顯的高山峽谷河流；由于汛期、非汛期河流功能顯著，此方法能夠有效地模擬河流正常生態(tài)流量，生態(tài)流量模擬公式如下：

(3)

生態(tài)流量動態(tài)模擬方法主要是基于“河流水文情勢的自然擺動是實現(xiàn)河流功能的基礎(chǔ)”，即通過設(shè)定河流初始狀態(tài)(選擇多年逐月流量平均值)，并選擇典型月份作為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行離散處理，離散處理主要是采用疊加或疊減的方法，從而得到年內(nèi)的流量模擬量；其中離散處理中的疊加處理主要是根據(jù)河流水文變化特征而確定的，根據(jù)不同的豐枯期以及疊加系數(shù)可以獲得生態(tài)流量模擬情景狀態(tài)空間(表2)，在具體實施模擬計算中情景選擇時，每一種情景模式下的生態(tài)流量必須同時需要滿足下列標(biāo)準(zhǔn)：①枯水期不能低于最低自然流量(多年平均最小徑流)；②豐水期不能高于自然洪峰流量(多年平均最高實測徑流)；③保證生態(tài)平衡，減少污染、水電以及道路等人類活動導(dǎo)致的影響；④保證濕地生態(tài)系統(tǒng)生物生長期水量需求；⑤保證枯水期水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)符合生態(tài)系統(tǒng)健康標(biāo)準(zhǔn)(維系生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮)。

表2 生態(tài)流量模擬計算情景狀態(tài)空間Table 2 State space of scenario analysis of ecologicalflow simulation

注：具體疊加標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)研究區(qū)具體生態(tài)水文狀況決定。

基于前文方法研究，本文選擇了瀾滄江允景洪斷面、紅河蠻耗斷面進(jìn)行干流生態(tài)需求流量模擬計算。首先對瀾滄江與紅河的水文要素進(jìn)行分析，其河道內(nèi)流量實現(xiàn)的功能主要是維系河流基礎(chǔ)流量、凈化水質(zhì)以及排淤輸沙等。通過瀾滄江與紅河水文要素對比分析(結(jié)果見圖1)可知：無論是流量、水位還是輸沙量比率，2條河流的年內(nèi)變化規(guī)律都呈現(xiàn)單峰變化趨勢，且二者的服務(wù)功能也趨于一致。但從流量上看，紅河干流年內(nèi)變化幅度較大，水文序列呈現(xiàn)自然湍動，而瀾滄江干流受梯級水電影響，河流年內(nèi)變化幅度不大；從水位上看，瀾滄江變化幅度要顯著大于紅河干流，主要是因瀾滄江河道狹窄、水位落差大(5.53 m)，而紅河干流河道寬廣、落差相對較小(2.48 m)。

圖1 紅河、瀾滄江水文指數(shù)年內(nèi)變化趨勢Fig.1 Annual variation of hydrological indicators in the Lancang River and Honghe River

盡管生態(tài)流量動態(tài)模擬方法應(yīng)用較為簡單，但在瀾滄江與紅河生態(tài)需求流量計算過程中，受各方面原因的限制，生態(tài)流量模擬時未能采用動態(tài)模擬的方法進(jìn)行計算，而是采用簡化公式進(jìn)行計算，同時由于瀾滄江紅河進(jìn)行對比分析時需采用同質(zhì)要素，生態(tài)需水系數(shù)也采用了簡化處理。具體生態(tài)需求流量計算見公式(4)，結(jié)果見表3。

(4)

式中:L表征計算數(shù)據(jù)年數(shù)。受到數(shù)據(jù)資料的限制，本文僅就適宜生態(tài)需求流量進(jìn)行了計算。

表3 瀾滄江、紅河生態(tài)流量、生態(tài)需求流量模擬結(jié)果Table 3 Calculation results of ecological flowrequirement and ecological water requirement inLancang river and Honghe River m3/s

3.3 生態(tài)特征指數(shù)-生態(tài)徑流耦合模型

河道生態(tài)需水從屬于河川天然徑流，進(jìn)行河道生態(tài)需水的計算就是尋找一個最佳相似河道生態(tài)系統(tǒng)需求的水量[16]。綜合分析西南縱向嶺谷區(qū)生態(tài)水文狀況以及結(jié)合現(xiàn)有資料，本文修正了已有的生態(tài)特征指數(shù)-生態(tài)徑流耦合模型(式(5)),并將其應(yīng)用于紅河與瀾滄江干流生態(tài)需水量計算。首先，采用生態(tài)特征指數(shù)計算了紅河生態(tài)需水等級系數(shù)，綜合水文頻率Pearson Ⅲ型分布曲線與頻度法計算了紅河生態(tài)需水量；其次，根據(jù)河流水文要素序列特征分析了瀾滄江干流水文斷面變化要素，修正了瀾滄江河道生態(tài)需水等級系數(shù)，并綜合水文頻率Pearson Ⅲ型分布曲線(圖2)與頻度法計算了瀾滄江河道生態(tài)需水量。

(5)

圖2 紅河、瀾滄江干流水文頻率Pearson Ⅲ型分布曲線Fig.2 Pearson Ⅲ curves of hydrological frequency in mainstream Lancang River and Honghe River

表5 瀾滄江河道生態(tài)需水量Table 5 Ecological in-stream water requirement in the Lancang river

根據(jù)紅河流域的實地考察資料以及典型年的生態(tài)資料綜合分析(受文章篇幅限制，相關(guān)計算過程不再贅述)，本文選取了部分生態(tài)特征指標(biāo)，進(jìn)行模糊綜合評判，其中紅河斷面選擇在蠻耗站，故過水?dāng)嗝孀兓笖?shù)選擇U型中低山寬淺峽谷類型；將綜合評判結(jié)果代入公式(5)可得紅河河道生態(tài)需水量(表4)。本文對瀾滄江河道生態(tài)需水主要是進(jìn)行修正計算(表5)，添加了河道過水?dāng)嗝孀兓笖?shù)以反映水文情勢變化所帶來的生態(tài)效應(yīng)，具體計算過程同上。

2013年，海委通過岳城、潘大水庫及漳河上游河道向天津、河北、河南等地安全供水13億m3，河北四庫向北京應(yīng)急調(diào)水達(dá)4.3億m3。實施山西、河北向北京市集中輸水，調(diào)水7000萬m3。實施引黃濟(jì)冀，通過位山線路將向河北調(diào)水2.8億m3。積極編制南水北調(diào)東中線工程補(bǔ)充規(guī)劃，加快完善流域城鄉(xiāng)供水河網(wǎng)體系。

表4 紅河干流生態(tài)需水等級系數(shù)Table 4 Graded coefficients of in-stream ecologicalwater requirement in mainstream Honghe River

4 分析與討論

(1) 通過采用生態(tài)需水系數(shù)-水文參數(shù)耦合模型分別計算了紅河和瀾滄江的河道內(nèi)生態(tài)需水量與生態(tài)需求流量(表6)。對比分析可得：采用生態(tài)需求流量模擬的瀾滄江與紅河河道生態(tài)需水量分別為145.8×108,42.27×108m3，分別占實測徑流量的25.68%,43.91%，占還原徑流量的19.06%,42.27%。與河道內(nèi)最小、適宜以及理想生態(tài)需水量相比較，由紅河干流生態(tài)需求流量推算的河道內(nèi)生態(tài)需水量(43.91%)介于適宜生態(tài)需水(34.51%)和理想生態(tài)需水(54.62%)，而瀾滄江推算值(25.68%)介于最小生態(tài)需水(15.61%)與適宜生態(tài)需水量(27.45%)之間，對比分析表明，紅河干流生態(tài)需求流量偏高，這是由于紅河干流泥沙含量較高、水位較低、生態(tài)需求起點(diǎn)較高，而瀾滄江干流生態(tài)需求流量計算結(jié)果比較適宜。

表6 生態(tài)需求流量與河道內(nèi)生態(tài)需水量推算值Table 6 Calculation results of ecological flow requirementand ecological in-stream water requirement

通過耦合計算生態(tài)需水等級系數(shù)以及生態(tài)徑流量可得：紅河蠻耗斷面年內(nèi)最小、適宜以及理想生態(tài)需水量分別為21.55×108,34.51×108,54.62×108m3；瀾滄江允景洪斷面年內(nèi)最小、適宜以及理想生態(tài)需水量分別為19.40×108,210.02×108,373.67×108m3(表7)；但由于在進(jìn)行河道生態(tài)需水量計算時采用的基準(zhǔn)量不同，故無法從量上對瀾滄江與紅河進(jìn)行比較。

表7 紅河、瀾滄江河道內(nèi)生態(tài)需水量計算結(jié)果Table 7 Calculation results of ecological in-stream water requirement in Honghe river and Lancang river

紅河河道內(nèi)最小、適宜以及理想生態(tài)需水量分別占實測徑流量的22.38%，35.85%，56.74%，占還原徑流的21.55%，34.51%，54.62%，而瀾滄江河道最小、適宜以及理想內(nèi)生態(tài)需水量分別占實測徑流量的21.03%，36.99%，65.81%，占還原徑流的15.61%，27.45%，48.85%。通過對比分析河道內(nèi)生態(tài)需水量可得：紅河干流最小生態(tài)需水量要略高于瀾滄江干流，這反映了其河道生態(tài)受人類影響程度比瀾滄江類似斷面要嚴(yán)重，而理想生態(tài)需水量瀾滄江顯著大于紅河干流，反映了瀾滄江干流生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜但脆弱，當(dāng)其被破壞后要實現(xiàn)完全恢復(fù)所需要的水量要遠(yuǎn)大于干熱河谷類型的紅河；通過對比分析河道內(nèi)生態(tài)需水占實測以及還原徑流量百分比可得：紅河干流實測徑流與還原徑流差別較小，而瀾滄江干流實測徑流與還原徑流間差別較大，這主要是由于紅河流域為干熱河谷，河谷平坦、水面較低且水量較小，不便于開發(fā)，而瀾滄江流域河谷深切、水量豐沛、水面較寬且水深便于開發(fā)。

圖3 生態(tài)需求流量模擬驗證Fig.3 Validation of simulation of ecological flow requirement

(2) 本文提出了河道生態(tài)需求流量的概念，并采用生態(tài)需水系數(shù)-水文參數(shù)耦合模型進(jìn)行了計算。為了驗證計算結(jié)果的合理性以及準(zhǔn)確性，本文采用多元相關(guān)性分析進(jìn)行驗證，即對模擬生態(tài)需求流量、自然流量、泥沙含量以及河流水位數(shù)據(jù)進(jìn)行多元相關(guān)性分析(圖3)。經(jīng)過分析可得：紅河、瀾滄江干流生態(tài)流量模擬數(shù)據(jù)結(jié)果較好，相關(guān)性較高，能夠很好地反映河流流量特征。

(3) 本文在進(jìn)行河道生態(tài)需水分析中采用了一個重要的系數(shù)，即生態(tài)需水系數(shù)。通過分析計算結(jié)果可得：從生態(tài)需水等級系數(shù)上看，隨著需水等級系數(shù)級別的升高，瀾滄江與紅河生態(tài)需水系數(shù)間的差異也變得愈加顯著，即2條河流在滿足基本生態(tài)需求方面具有一致性，但是隨著保護(hù)以及管理標(biāo)準(zhǔn)級別的升高，兩者需求發(fā)生了改變，瀾滄江上升趨勢要顯著高于紅河，這也從側(cè)面反映了瀾滄江的生態(tài)功能要高于紅河；而紅河干流整體生態(tài)狀況要略差于瀾滄江。

(4) 通過追加水文變化等指數(shù)，本文對瀾滄江河道生態(tài)需水系數(shù)進(jìn)行了糾正處理(圖4)。通過糾正處理后，瀾滄江河道生態(tài)需水等級系數(shù)都呈現(xiàn)下降趨勢，但變化趨勢不大，表明：隨著參數(shù)的增加或減少，河道生態(tài)需水量也隨之變化，但由于變化幅度不大，說明了本文采用的計算模型具有一定的合理性。

圖4 瀾滄江河道生態(tài)需水等級系數(shù)糾正處理Fig.4 Correction of the coefficient of ecological water requirement of Lancang River

5 結(jié) 語

基于目前國內(nèi)外生態(tài)需水相關(guān)研究狀況，本文提出了生態(tài)需求流量的概念，并采用生態(tài)需水系數(shù)-水文參數(shù)耦合模型統(tǒng)一計算了河道內(nèi)生態(tài)需水量與河流生態(tài)需求流量，填補(bǔ)了以往研究的空白，將水資源需求(總量控制)和流量控制(瞬時控制)結(jié)合起來，并采用一定的推算方法將生態(tài)需求流量與河道內(nèi)生態(tài)需水量進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明兩者具有一定的吻合性，這為流域水資源管理(流域管理)與濕地生態(tài)保護(hù)(物種保護(hù))提供了一定的科學(xué)支撐。盡管本文提出了相關(guān)的概念以及計算模擬模型，但是由于受到各種條件的限制，在進(jìn)行具體計算時，未采用本文提出的動態(tài)模擬方法進(jìn)行生態(tài)流量的模擬，同時，泥沙作為生態(tài)需水中的一個要素，未能作為計算指標(biāo)，而只是作為驗證指標(biāo)進(jìn)行分析，這都是本文有待優(yōu)化的地方。

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(編輯：劉運(yùn)飛)

Calculations on Ecological Flow Requirement and Ecological WaterRequirement: Case Study on Lancang River and Honghe River

HU Bo1,2,ZHENG Yan-xia3,ZHAI Hong-juan4,CUI Bao-shan2

(1.Soil and Water Conservation Department,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China;2.School of Environment,Beijing Normal University,Beijing 100875,China;3.Ecological Industrial Engineering Company Limited,Changjiang Institute of Survey,planning,Design and Research,Wuhan 430010,China;4.Division of Scientific Research,Yangtze River Water Resources Protection Bureau,Wuhan 430051,China)

Present researches on ecological water requirement mainly focus on the theoretical approaches and case applications in terms of water resources management and ecology protection,yet no study has been carried out on combining water resources management with ecology protection.In view of this,a model coupling the ecological water requirement coefficient and the hydrological index is established to calculate the ecological in-stream flow requirement and ecological in-stream water requirement in rivers.Two typical rivers (Lancang river and Honghe river) in southwest China are taken as case study.Comparison on the application results reveal that the minimum,appropriate and optimal ecological water requirement in the Honghe River respectively accounts for 21.55%,34.51% and 54.62% of the natural run-off of Honghe River,while the minimum,appropriate and optimal ecological water requirement in the Lancang River respectively takes up 15.61%,27.45% and 48.85% of the natural run-off of Lancang River.The ecological in-stream water requirement of Honghe River deduced from the ecological flow requirement occupies 42.27% of the natural run-off of Honghe River,and the ecological in-stream water requirement of Lancang River calculated by ecological flow requirement makes up 19.06% of the natural run-off of Lancang River.Owning to differences in application,the results of in-stream ecological water requirement and ecological flow requirement are slightly different.Multivariant correlation analysis verifies that the calculation results are strongly correlated,and the model presented in this paper is highly applicable.This comprehensive analysis provides scientific support for both water resources management and ecological protection.

ecological in-stream water requirement;ecological flow requirement;ecological characteristic index;Lancang river;Honghe river

2014-12-28；

2015-01-21

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目(41101521)；國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX0751002-03)；中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃項目(KEJ-EW-STS-087)

胡 波(1980-)，男，山東日照人，高級工程師，主要從流域生態(tài)系統(tǒng)管理與生態(tài)修復(fù)研究，(電話)027-82829611(電子信箱)hubchina@hotmail.com。

10.3969/j.issn.1001-5485.2015.03.020

S157.2

A

1001-5485(2015)03-0099-08

2015,32(03):99-106