生态用水计算
A. 什么是生态用水
生态用水也叫生态需水、生态环境用水，是近几年随着生态环境逐渐恶化而提专出的新概念。属
一般广义上说：是指维持全球生态系统水分平衡所需要的水量，比如河流、湿地等维持本身功能所需要的水量。
从专业角度讲：生态用水具体包括维持水热平衡（即降水与地表水蒸发、植被蒸腾之间的平衡）、生物平衡（维持水生生物生长及水体自然净化）、水沙平衡（清除河道淤积、水库淤积）和水盐平衡（防止海水入侵、保持淡水性状）所需的水量。
B. （二）河道内生态环境需水量计算
河流在从源头流向河口的过程中，随着汇流面积的增大，一般水量也随之增大。即水量是汇水面积或河长的单调增函数。设定一个河道生态环境需水流量为Q（P），即可在河流上找到一个断面，且断面以下的河道水量一般能满足Q≥Q（P）。因此，任何一条或一段河流只需选择一个断面进行生态环境流量的计算即可。对较大的河流或沿程水量、水功能差异悬殊的河流，则可以分段计算。
因为大沽夹河源短流急，流域位于山东半岛，处于东经120°50′～121°20′、北纬37°00′～37°40′之间。所以，只取一个断面即可。根据引水入河工程取水点的影响范围的实际情况，这里取夹河福山站断面水文站进行计算。计算结果见表8-9。
表8-9 大沽夹河下游各断面生态环境需水量计算结果 单位：m3/s
对于本次研究的河流，基本属于有水文站点的季节性河流。
推荐的基流分为汛期和非汛期，其中汛期为4～10月，非汛期为10月～次年3月。
汛期总流量（3.81＋96.0＋53.3＋22.6）×31＝5447.01m3/s
5447.01×40%＝2178.704m3/s
非汛期总流量（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. 算生态需水的tennant法
Tennant法也称为蒙大拿法（Montana method），是Tennant，D.L等人于1976年提出。他们在1964-1974年对美国蒙大拿、怀俄明及内布拉斯加的11条河流进行了野外研究。通过分析地域、断面和流量变化对渔业的影响，建立了河宽、水深、流速等鱼类栖息地参数与流量之间的关系。多年平均天然径流量的10%是保持河流生态系统健康的最小流量，多年平均天然径流量的30%能为大多数水生生物提供较好的栖息地条件
D. 关于生态需水量的定量理论<sup>[1]</sup>
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漫延，使生态系统为人类提供生态服务的功能逐渐消失，实际是对生活与生产挤占生态用水的自然报复。当前的热点与难点，从应用上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6m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
水资源问题与区域研究
或者其比值趋近于1
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在这种条件下，生态系统处于稳定状态。但是，Rn/P→1的条件下并不时时处处存在。当Rn/P≥1时，“三生”用水处于竞争状态，生活与生产用水的发展使生态用水受到影响或被挤占；当Rn/P≤1时，水分有盈余，生态用水常能满足。盈余过多时还会形成湿地生态系统（包括湖沼、河滩与三角洲）。
应当指出的是，上述的P不完全等于一个区域的降水收入，P的含义是一个区域中各种形式水的收入（包括地面与地下客水的汇集）。对于前述的Rn/P≫1或Rn/P≪1，计算其适宜生态需水可通过人工方法加大或减小水分收入：
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从水利措施上看，△P1称为补水（如灌水、引水等）；△P2称为排水。△P1为适宜生态需水的需补水量；△P2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10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》。水文气候学定义的最大缺水量（D）的计算是
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式中：P为年平均降水量（mm）;E0为蒸发能力或潜在蒸发量（mm）。上式又可写为
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显然，其中的E0/P是区（流）域的干燥指数。考虑区域或流域水量平衡，则
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其中，R为年平均径流；E为年平均实际蒸发；△W为流域土壤蓄水变量，对年平均而言，可近似认为△W≈0。显然，结合流域水文的缺水量计算可写为
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（6.3）式对西北内陆河出山口的径流散失区具有特殊意义。因内陆河出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E0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
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显然，在未开发的内陆河或无人类用水的情况下，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（DE）为
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（6.5）式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DE在人类活动区增加，而在天然生态区的R减少，势必使原来信赖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E0折算生态区（Fi）的生态需水量（E）值。
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显然，（6.6）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。
此外，在生态需水量的定量研究中，区分生态需水量、生态用水量与生态耗水量是很有必要的。生态需水量（Dd）是由生态系统对水的需求，加之其对水的利用与消耗，分为3种：即生态固有的需水量（Dd）、生态用水量是实际供给生态系统的水量（Ds）、生态耗水量（Dc）是De的消耗量。在目前的情况下，它们的关系应是：Dd＞Ds≥De。
E. 河道内生态环境需水算不算取用水总量
河道外用水指通过提、蓄、引等不同方式而利用的河水，如工、农业用水和城市生活用水等；
河道内用水指河道内水资源的利用，水运、渔业、旅游、冲沙及生态环境用水。
F. 计算湖泊生态水位只用一个水文站可以吗
我国的水文计算中的水位是以上海吴淞口标尺为0为标准的；但是陆地上的标高是以黄海高程标尺点为0为标准的。
G. 2004年全国总用水量5548亿立方米，其中生活用水占11.7％，工业用水占22.2％，农业用水占64.6％，生态用水
加强农业基来础设施建源设，加强蓄水设施，节约用水。改进农业生产方式，粗犷式农业技术要想集约型农业生产发展。增加农业方面投入，给予资金支持。同时对生活用水工业用水进行净化处理的研究，使得可以重复使用，减少环境污染。
H. 什么是生态环境用水
河道外生态环境用水是指保护、修复或建设给定区域的生态与环境需要人为供内给的水量,包括城镇容环境用水和河湖补水.\x0d城镇环境用水分为城镇绿地灌溉用水和环境卫生清洁用水；河湖补水分为补水类型河湖补水和换水类型河湖补水.引水进入水体后连续流出的常流水河湖用水不属于河道外生态环境用水.\x0d生态环境用水定额仅指城镇绿地灌溉定额和环卫清洁用水定额.该定额由实际调查得出.根据水源不同,可通过统计所用的储水车的容积、车次及频次,或水表计量等方法,分别获得2011年所有水源用于灌溉绿地和环卫清洁的实际用水量,包括中水、自来水及直接取自地表或地下水源的用水量,以此计算灌溉绿地定额和环卫清洁用水定额.（王恩瑞整理）作者：王恩瑞来源王恩瑞整理)
I. 关于生态及环境需水的概念
目前，对生态环境需水的概念尚无统一的定义，有些定义为生态需水，有些定义为环境需（用）水，有些定义为生态环境（需）用水，有些将生态需水与环境需水进行区分。文献[2]对此作了如下阐述：
Covich认为，生态需水就是保证恢复和维持生态系统健康发展所需的水量。Peter H Gleick提出了基本生态需水（basic ecological water requirement）的概念，即提供一定质量和一定数量的水给天然生境，以求最大程度地改变天然生态系统的过程，并保护物种多样性和生态整合性；同时应该考虑气候、季节变化等因素对生态需水的影响，认为基本生态需水应是在一定范围内可以变动的值，而不是一个固定的值。
杨振环、崔宗培、徐乾清等将环境用水的概念定义为：“改善水质、协调生态和美化环境的用水”。汤奇成界定了干旱区的生态环境用水量概念，认为生态环境用水，一是指对一些重要（对绿洲经济的持续发展和对周围生态环境起重要作用）的湖泊进行补水，不主张对干旱区所有萎缩和干涸的湖泊进行补水，如罗布泊、台特马湖等；二是人工造林及人工草场的用水量，以土地沙漠化的面积不再扩大为原则。贾宝全等认为，生态用水就是环境用水或生态环境用水，并给出了干旱区生态用水的粗略概念：在干旱区内，凡是对绿洲景观的生存与发展及环境质量维护与改善起支撑作用的系统所消耗的水分，称之为生态用水。谢新民等认为：所谓生态需水量是指为解决生态问题（如保护湖泊、湿地、水生生物、生态防护等）所需要的水量。刘昌明根据水资源开发利用与生态用水的关系，提出了“四大平衡”的原理，即水分能量平衡、水盐平衡、水沙平衡与水量平衡（含水资源供需平衡）。钱正英等认为；“从广义上讲，维持全球生物地理生态系统水分平衡所需要的水，包括水热平衡、生物平衡、水沙平衡、水盐平衡等所需要的水都是生态环境用水”，“狭义的生态环境用水是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善所需要消耗的水资源总量”，其狭义概念的实质是生态环境建设用水。根据狭义观点，钱正英等从保护和恢复内陆河下游的天然植被及生态环境、水土保持和水保范围之外的林草植被建设、维持河流水沙平衡及湿地水域等生态环境的基流、回补黄淮海平原及其他地方的超采地下水等方面，估算了全国的生态用水，认为全国的生态用水低限应为800×108～1000×108m3。
综上所述，应该看到，生态需水和环境需水是有区别的：
（1）环境需水是指为保护和改善人类居住环境及其水环境所需要的水量。主要有下列几个方面：①改善用水水质。对于河流，应保证枯水期的最小流量，使其保证河流最基本的环境功能，达到一定的污径比，以改善水质。对于湖泊，主要是加强受污染水体的水量交换，提高水体自净能力和降低单位容积的纳污量，以达到湖泊功能要求和水质标准。②协调生态环境。为维持水沙平衡、水盐平衡及维护河口地区生态环境，需要保持一定的下泻水量或入海水量。③回补地下水。为遏制超采地下水所引起的地质环境问题，需要一定的回灌用水。④美化环境。主要指城市净化、绿化及公园湖泊等用水。
（2）生态需水是指维持生态系统中具有生命的生物物体水分平衡所需要的水量。主要有下列几个方面：①维护天然植被所需要的水量，如森林、草地、湿地、荒漠植被等；②水土保持及水保范围之外的林草植被建设所需要的水量，如绿洲、生态防护林等；③保护水生生物所需要的水量，如维持湖泊、河流中鱼类、浮游植物等生存的用水。
文献[3]主张“生态用水”概念，并定义为“在一定区域，支撑生态系统完整性所需用的水量”，同时指出，在操作时应根据研究区具体情况，划分生态系统类型，进而划分生态用水类型与范围，针对每一生态用水计算区进行计算，再汇总。显然，这里的完整性包含了环境的含义在内。文献中列举了生态用水计算模型和生态用水定额的确定方法，描述了生态用水量与水资源量的关系以及水资源配置中如何考虑生态水的建议。
笔者认为，“环境”与“生态”有交互重叠的部分，但只用“生态需（用）水”或只用“环境需（用）水”都难以完全涵盖用以自然生态系统中的水需用量。因此，采用“生态环境需水量”一词较为贴切。