生態用水計算
A. 什麼是生態用水
生態用水也叫生態需水、生態環境用水，是近幾年隨著生態環境逐漸惡化而提專出的新概念。屬
一般廣義上說：是指維持全球生態系統水分平衡所需要的水量，比如河流、濕地等維持本身功能所需要的水量。
從專業角度講：生態用水具體包括維持水熱平衡（即降水與地表水蒸發、植被蒸騰之間的平衡）、生物平衡（維持水生生物生長及水體自然凈化）、水沙平衡（清除河道淤積、水庫淤積）和水鹽平衡（防止海水入侵、保持淡水性狀）所需的水量。
B. （二）河道內生態環境需水量計算
河流在從源頭流向河口的過程中，隨著匯流面積的增大，一般水量也隨之增大。即水量是匯水面積或河長的單調增函數。設定一個河道生態環境需水流量為Q（P），即可在河流上找到一個斷面，且斷面以下的河道水量一般能滿足Q≥Q（P）。因此，任何一條或一段河流只需選擇一個斷面進行生態環境流量的計算即可。對較大的河流或沿程水量、水功能差異懸殊的河流，則可以分段計算。
因為大沽夾河源短流急，流域位於山東半島，處於東經120°50′～121°20′、北緯37°00′～37°40′之間。所以，只取一個斷面即可。根據引水入河工程取水點的影響范圍的實際情況，這里取夾河福山站斷面水文站進行計算。計算結果見表8-9。
表8-9 大沽夾河下游各斷面生態環境需水量計算結果 單位：m3/s
對於本次研究的河流，基本屬於有水文站點的季節性河流。
推薦的基流分為汛期和非汛期，其中汛期為4～10月，非汛期為10月～次年3月。
汛期總流量（3.81＋96.0＋53.3＋22.6）×31＝5447.01m3/s
5447.01×40%＝2178.704m3/s
非汛期總流量（4.48＋1.16）×31＝174.84m3/s
174.84×20%＝34.968m3/s
全年5447.01＋174.84＝5621.85m3/s
5621.85×30%＝1686.555m3/s
C. 算生態需水的tennant法
Tennant法也稱為蒙大拿法（Montana method），是Tennant，D.L等人於1976年提出。他們在1964-1974年對美國蒙大拿、懷俄明及內布拉斯加的11條河流進行了野外研究。通過分析地域、斷面和流量變化對漁業的影響，建立了河寬、水深、流速等魚類棲息地參數與流量之間的關系。多年平均天然徑流量的10%是保持河流生態系統健康的最小流量，多年平均天然徑流量的30%能為大多數水生生物提供較好的棲息地條件
D. 關於生態需水量的定量理論<sup>[1]</sup>
由於在我國，特別是北方，生活、生產與生態（「三生」）的用水是共享的關系，「三生」之間自然存在著相互的矛盾與競爭。由於生活與生產過多地用水，普遍認為是擠佔了生態用水，致使生態系統退化，其結果表現為森林、草場與植被的嚴重退化，包括荒漠化與沙塵暴的漫延，使生態系統為人類提供生態服務的功能逐漸消失，實際是對生活與生產擠占生態用水的自然報復。當前的熱點與難點，從應用上主要是水資源開發利用中的生態需水量的定量及其理論問題。
由於生態需水的研究方興未艾，目前尚無完善的理論方法，因此，不同的水文水資源和生態學者持有不同的觀點與理解，而有不同的要求與定義。歸納起來有以下幾點：
第一，從維護現有生態系統功能的角度，遏制其不再繼續退化的「最小生態需水量」。例如西北內陸區維持胡楊林生長，保持其地區的地下水埋深為6m所需保持給予的水量，從生態學的角度講是不可擠占的水量。又如華北的「明珠」——白洋淀，使其不致乾涸並保持水生生物生存而需從大清河下定義為最小生態需水量。顯然，不同生態系統的這一需水量是極不相同的，不可以一概全。在已經形成「三生」水矛盾競爭的我國北方地區，重視生態需水，不擠占生態用水，預留最小生態需水量，應成為資源合理開發利用的一條原則。最小生態需水雖是某種意義上的權宜之計，但其現實性與易操作性應為當務之急。
第二，適宜生態需水量是以生態系統的水、熱條件最佳匹配為標准。其定量是由能量（凈輻射Rn）換算的水分當量（通過除以蒸發潛熱L）與水分收入（P）相等為基礎。即其比值為1
水資源問題與區域研究
或者其比值趨近於1
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在這種條件下，生態系統處於穩定狀態。但是，Rn/P→1的條件下並不時時處處存在。當Rn/P≥1時，「三生」用水處於競爭狀態，生活與生產用水的發展使生態用水受到影響或被擠占；當Rn/P≤1時，水分有盈餘，生態用水常能滿足。盈餘過多時還會形成濕地生態系統（包括湖沼、河灘與三角洲）。
應當指出的是，上述的P不完全等於一個區域的降水收入，P的含義是一個區域中各種形式水的收入（包括地面與地下客水的匯集）。對於前述的Rn/P≫1或Rn/P≪1，計算其適宜生態需水可通過人工方法加大或減小水分收入：
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從水利措施上看，△P1稱為補水（如灌水、引水等）；△P2稱為排水。△P1為適宜生態需水的需補水量；△P2為適宜生態需水的需排水量。
第三，區（流）域最大缺水量，或水文氣候學定義的區域水量盈虧，其中最大的缺水量包含著區域的生態缺水。這一定義是參照了前蘇聯國際水文10年國家委員會組織撰寫並由聯合國教科文組織於1978年出版的巨著《世界水平衡和地球水資源》。水文氣候學定義的最大缺水量（D）的計算是
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式中：P為年平均降水量（mm）;E0為蒸發能力或潛在蒸發量（mm）。上式又可寫為
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顯然，其中的E0/P是區（流）域的乾燥指數。考慮區域或流域水量平衡，則
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其中，R為年平均徑流；E為年平均實際蒸發；△W為流域土壤蓄水變數，對年平均而言，可近似認為△W≈0。顯然，結合流域水文的缺水量計算可寫為
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（6.3）式對西北內陸河出山口的徑流散失區具有特殊意義。因內陸河出山口以外的降水特別稀少，不敷蒸發的消耗能力，且山口以外的徑流難以產生，R值主要來自山口以上，如果R值一定，天然E0又難以控制，則實際蒸發量E具有生態意義。
若要實現最大缺水量D=0，則有
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顯然，在未開發的內陸河或無人類用水的情況下，R是全區（流）域的生態需水的主要來源，其生態需水量的不足（DE）為
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（6.5）式中的蒸發能力或潛在蒸發量與出山口的徑流量差值應是該區（流）域的天然最大生態需水量。
由於人類活動的進入，人工綠洲生態系統的建立，生活與生產用水的追加，通過截留R，造成DE在人類活動區增加，而在天然生態區的R減少，勢必使原來信賴R的天然生態系統失水或使E減少，因此，我們必須通過對原有天然生態系統的E值的計算確定各種生態類別的需水量。
由於內陸河區（流）域缺乏對蒸散（E）的觀測，因此，採用氣象方法得出潛在蒸發來分類估算，可用計算得到的E0折算生態區（Fi）的生態需水量（E）值。
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顯然，（6.6）式表示的是最大生態需水量，其中為保護生態類型（i）的規定面積，Fi實際是一個折算系數，顯然不同，生態需水量不同。
此外，在生態需水量的定量研究中，區分生態需水量、生態用水量與生態耗水量是很有必要的。生態需水量（Dd）是由生態系統對水的需求，加之其對水的利用與消耗，分為3種：即生態固有的需水量（Dd）、生態用水量是實際供給生態系統的水量（Ds）、生態耗水量（Dc）是De的消耗量。在目前的情況下，它們的關系應是：Dd＞Ds≥De。
E. 河道內生態環境需水算不算取用水總量
河道外用水指通過提、蓄、引等不同方式而利用的河水，如工、農業用水和城市生活用水等；
河道內用水指河道內水資源的利用，水運、漁業、旅遊、沖沙及生態環境用水。
F. 計算湖泊生態水位只用一個水文站可以嗎
我國的水文計算中的水位是以上海吳淞口標尺為0為標準的；但是陸地上的標高是以黃海高程標尺點為0為標準的。
G. 2004年全國總用水量5548億立方米，其中生活用水佔11.7％，工業用水佔22.2％，農業用水佔64.6％，生態用水
加強農業基來礎設施建源設，加強蓄水設施，節約用水。改進農業生產方式，粗獷式農業技術要想集約型農業生產發展。增加農業方面投入，給予資金支持。同時對生活用水工業用水進行凈化處理的研究，使得可以重復使用，減少環境污染。
H. 什麼是生態環境用水
河道外生態環境用水是指保護、修復或建設給定區域的生態與環境需要人為供內給的水量,包括城鎮容環境用水和河湖補水.\x0d城鎮環境用水分為城鎮綠地灌溉用水和環境衛生清潔用水；河湖補水分為補水類型河湖補水和換水類型河湖補水.引水進入水體後連續流出的常流水河湖用水不屬於河道外生態環境用水.\x0d生態環境用水定額僅指城鎮綠地灌溉定額和環衛清潔用水定額.該定額由實際調查得出.根據水源不同,可通過統計所用的儲水車的容積、車次及頻次,或水表計量等方法,分別獲得2011年所有水源用於灌溉綠地和環衛清潔的實際用水量,包括中水、自來水及直接取自地表或地下水源的用水量,以此計算灌溉綠地定額和環衛清潔用水定額.（王恩瑞整理）作者：王恩瑞來源王恩瑞整理)
I. 關於生態及環境需水的概念
目前，對生態環境需水的概念尚無統一的定義，有些定義為生態需水，有些定義為環境需（用）水，有些定義為生態環境（需）用水，有些將生態需水與環境需水進行區分。文獻[2]對此作了如下闡述：
Covich認為，生態需水就是保證恢復和維持生態系統健康發展所需的水量。Peter H Gleick提出了基本生態需水（basic ecological water requirement）的概念，即提供一定質量和一定數量的水給天然生境，以求最大程度地改變天然生態系統的過程，並保護物種多樣性和生態整合性；同時應該考慮氣候、季節變化等因素對生態需水的影響，認為基本生態需水應是在一定范圍內可以變動的值，而不是一個固定的值。
楊振環、崔宗培、徐乾清等將環境用水的概念定義為：「改善水質、協調生態和美化環境的用水」。湯奇成界定了乾旱區的生態環境用水量概念，認為生態環境用水，一是指對一些重要（對綠洲經濟的持續發展和對周圍生態環境起重要作用）的湖泊進行補水，不主張對乾旱區所有萎縮和乾涸的湖泊進行補水，如羅布泊、台特馬湖等；二是人工造林及人工草場的用水量，以土地沙漠化的面積不再擴大為原則。賈寶全等認為，生態用水就是環境用水或生態環境用水，並給出了乾旱區生態用水的粗略概念：在乾旱區內，凡是對綠洲景觀的生存與發展及環境質量維護與改善起支撐作用的系統所消耗的水分，稱之為生態用水。謝新民等認為：所謂生態需水量是指為解決生態問題（如保護湖泊、濕地、水生生物、生態防護等）所需要的水量。劉昌明根據水資源開發利用與生態用水的關系，提出了「四大平衡」的原理，即水分能量平衡、水鹽平衡、水沙平衡與水量平衡（含水資源供需平衡）。錢正英等認為；「從廣義上講，維持全球生物地理生態系統水分平衡所需要的水，包括水熱平衡、生物平衡、水沙平衡、水鹽平衡等所需要的水都是生態環境用水」，「狹義的生態環境用水是指為維護生態環境不再惡化並逐漸改善所需要消耗的水資源總量」，其狹義概念的實質是生態環境建設用水。根據狹義觀點，錢正英等從保護和恢復內陸河下游的天然植被及生態環境、水土保持和水保范圍之外的林草植被建設、維持河流水沙平衡及濕地水域等生態環境的基流、回補黃淮海平原及其他地方的超采地下水等方面，估算了全國的生態用水，認為全國的生態用水低限應為800×108～1000×108m3。
綜上所述，應該看到，生態需水和環境需水是有區別的：
（1）環境需水是指為保護和改善人類居住環境及其水環境所需要的水量。主要有下列幾個方面：①改善用水水質。對於河流，應保證枯水期的最小流量，使其保證河流最基本的環境功能，達到一定的污徑比，以改善水質。對於湖泊，主要是加強受污染水體的水量交換，提高水體自凈能力和降低單位容積的納污量，以達到湖泊功能要求和水質標准。②協調生態環境。為維持水沙平衡、水鹽平衡及維護河口地區生態環境，需要保持一定的下瀉水量或入海水量。③回補地下水。為遏制超采地下水所引起的地質環境問題，需要一定的回灌用水。④美化環境。主要指城市凈化、綠化及公園湖泊等用水。
（2）生態需水是指維持生態系統中具有生命的生物物體水分平衡所需要的水量。主要有下列幾個方面：①維護天然植被所需要的水量，如森林、草地、濕地、荒漠植被等；②水土保持及水保范圍之外的林草植被建設所需要的水量，如綠洲、生態防護林等；③保護水生生物所需要的水量，如維持湖泊、河流中魚類、浮游植物等生存的用水。
文獻[3]主張「生態用水」概念，並定義為「在一定區域，支撐生態系統完整性所需用的水量」，同時指出，在操作時應根據研究區具體情況，劃分生態系統類型，進而劃分生態用水類型與范圍，針對每一生態用水計算區進行計算，再匯總。顯然，這里的完整性包含了環境的含義在內。文獻中列舉了生態用水計算模型和生態用水定額的確定方法，描述了生態用水量與水資源量的關系以及水資源配置中如何考慮生態水的建議。
筆者認為，「環境」與「生態」有交互重疊的部分，但只用「生態需（用）水」或只用「環境需（用）水」都難以完全涵蓋用以自然生態系統中的水需用量。因此，採用「生態環境需水量」一詞較為貼切。