摘要：目前對生態(tài)環(huán)境需水量的研究越來越多，對生態(tài)環(huán)境需水量的定義和計算方法也各不相同。對各種定義加以區(qū)分，著重對不同類型生態(tài)環(huán)境需水量的計算方法進行概括總結(jié)，分別介紹了城市、湖泊、濕地和流域生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境需水量的計算方法。

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境需水；概念；計算方法

1 前言

水是地球生物賴以生存的源泉，是生命系統(tǒng)的基礎(chǔ)。1988年聯(lián)合國教科文組織（UNESO）和世界氣象組織（WMO）定義水資源是“作為資源的水應(yīng)當(dāng)是可供利用或可能被利用，具有足夠數(shù)量和可靠質(zhì)量，并可為滿足某地的水資源需求而能長期供應(yīng)的水源。”［1］過去人們只注重生活用水，生產(chǎn)用水的開發(fā)與研究，而今隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的需要，生態(tài)需水研究在世界許多國家受到廣泛關(guān)注，已經(jīng)成為目前生態(tài)學(xué)、水文學(xué)和水資源學(xué)研究的前沿問題。因此，做好現(xiàn)狀和規(guī)劃狀態(tài)下的生態(tài)需水估算，有利于水利規(guī)劃，有利于生態(tài)環(huán)境調(diào)控與管理，更有利于水資源的優(yōu)化配置。

2 生態(tài)環(huán)境需水量的概念

盡管國內(nèi)外對生態(tài)需水這一類問題的研究很多，但到目前為止還沒有一個得到學(xué)術(shù)界公認的特別準(zhǔn)確的概念，甚至沒有一個統(tǒng)一的名稱，分別有生態(tài)用水、環(huán)境用水、生態(tài)需水、環(huán)境需水、生態(tài)環(huán)境用水和生態(tài)環(huán)境需水，不同的名稱對應(yīng)著各自不同的含義，現(xiàn)解釋如下。

2.1需水與用水

需水與用水是不同層次的兩個概念，需水是一個狀態(tài)值，強調(diào)為了維持某種狀態(tài)或達到某種程度而需要的水量，而用水是一個動態(tài)的概念，強調(diào)在發(fā)展過程中實際消耗的水量。因此，應(yīng)將生態(tài)需水與生態(tài)用水在本質(zhì)上加以區(qū)分，生態(tài)需水是維持某種生態(tài)系統(tǒng)功能或維持某種生態(tài)平衡所需要具備的水量，生態(tài)用水則是指生態(tài)系統(tǒng)在自然發(fā)展過程中實際消耗的水資源總量［2］。就其內(nèi)涵和研究現(xiàn)狀來看，國內(nèi)外較為關(guān)注的是生態(tài)需水量。

2.2生態(tài)需水與環(huán)境需水

生態(tài)系統(tǒng)是由生物群落及其生存環(huán)境共同組成的、不斷進行能量交換和物質(zhì)循環(huán)、不斷進行生態(tài)控制和生態(tài)調(diào)節(jié)的動態(tài)平衡系統(tǒng)。為生態(tài)系統(tǒng)提供所需的一定質(zhì)量和數(shù)量的水以維持物種的多樣性和生態(tài)完整性，這部分所需的水即叫做生態(tài)需水量。

環(huán)境泛指圍繞某一中心——人類群體的生存環(huán)境的空間及其介質(zhì)，一般，包括自然和社會環(huán)境。環(huán)境需水實質(zhì)就是為滿足自然、社會的各種功能健康所需要的水量。只有在明確目標(biāo)的前提下環(huán)境用水才會被賦予具體的含義［3］。

2.3生態(tài)環(huán)境需水

嚴格的講，生態(tài)與環(huán)境是分屬兩個不同學(xué)科但是在含義上有重疊的概念，在很多不具備分別探討生態(tài)需水與環(huán)境需水的條件時，如果將生態(tài)需水和環(huán)境需水綜合考慮就會自然的提出“生態(tài)環(huán)境需水量”這一概念，可以定義為：生物所在環(huán)境中的各種生態(tài)因子（環(huán)境中對生物有直接作用的因子）所構(gòu)成的綜合體稱為生態(tài)環(huán)境，其維持生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需要的水量叫做生態(tài)環(huán)境需水量［3］。有區(qū)域（水域）生態(tài)環(huán)境需水；城市生態(tài)環(huán)境需水；植被生態(tài)環(huán)境需水量；改善江、河、湖水的生態(tài)環(huán)境需水；濕地生態(tài)環(huán)境需水……等等

3 生態(tài)環(huán)境需水量研究現(xiàn)狀

3.1國外研究現(xiàn)狀

生態(tài)環(huán)境需水量的研究工作最早是在國外開展的，美國早在1908年便對生態(tài)需水量進行了研究，提出了流域管理的概念，認為流域水環(huán)境是一個整體，并且先后提出了關(guān)于河道最小生態(tài)流量核算的多種方法，如7Q10法，Tennant法，濕周法，R2CROSS法等。20世紀中葉的美國，隨著大量水庫的修建和水資源開發(fā)利用程度的不斷提高，資源管理部門開始關(guān)注漁場的減少，并逐步開展了一些關(guān)于魚類生長、繁殖及其產(chǎn)量與河流流量之間的關(guān)系研究，從而提出了河流最小環(huán)境（或生物）流量的概念。英國從20世紀60年代設(shè)立水資源局，70年代進一步實行集中管理，設(shè)立國家水理事會，在各流域水務(wù)局管轄范圍內(nèi)實行對地表水和地下水、供水和排水、水質(zhì)和水量的統(tǒng)一管理，協(xié)調(diào)水資源在各部門之間的分配。法國也在20世紀后期也進行了相關(guān)的研究，1992年頒布水法：要保證河流的最低生物流量。在漁業(yè)法和鄉(xiāng)村法中規(guī)定了水利工程施工建設(shè)和運用管理應(yīng)當(dāng)保證的河道內(nèi)最小環(huán)境流量的底限，最小環(huán)境流量或最低生物流量即相當(dāng)于目前通常認為的生態(tài)用水量［4］。1940年，美國漁業(yè)與野生動物保護組織規(guī)定了維護河流的最小生態(tài)流量，后來隨著河流污染問題的出現(xiàn)，河流生態(tài)恢復(fù)保護和水資源管理的需求，J.Sheail和P.H.Gleick等人對生態(tài)需水的概念、類別、生態(tài)需水范圍等進行了探討［5］。1996年，Gleick 明確給出基本生態(tài)需水(Basic eco logical water requirement) 的概念框架，即提供一定質(zhì)量和一定數(shù)量的水給天然生境， 以求最小化地改變天然生態(tài)系統(tǒng)的過程， 并保護物種多樣性和生態(tài)整合性［6］。澳大利亞把“低地河流系統(tǒng)環(huán)境需水量”作為1996—1997 年研究與發(fā)展計劃項目；英國環(huán)境部2001 年《面向未來的水資源》報告中，對未來25 年英國的環(huán)境用水和社會用水需要進行了分析，提出了30個行動方案措施。預(yù)計在未來的幾十年中，全世界范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境用水量將明顯增加［7］。

3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在我國，從20世紀80年代開始就有人對環(huán)境用水給出了定義：環(huán)境用水是改善水質(zhì)、協(xié)調(diào)生態(tài)和美化環(huán)境用水等。1995 年，湯奇成以新疆地區(qū)為背景，論述了生態(tài)環(huán)境用水的主要用途：對一些重要的湖泊進行補水和人工植被用水［8］，是我國較早提出生態(tài)環(huán)境需水問題的教授。最近幾年，隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷進步，人們對生態(tài)環(huán)境重要性的認識不斷提高，生態(tài)需水量的概念也受到越來越多的關(guān)注。由中國工程院組織專家完成的《21世紀中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究》認為：廣義的生態(tài)環(huán)境用水是指“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”。狹義的生態(tài)環(huán)境用水是指為“維護生態(tài)環(huán)境不再惡化并逐漸改善所需要消耗的水資源總量”［2］。我國從保護生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)出發(fā)對黃河、淮河、海河的河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量進行了估算，對內(nèi)陸河流域片干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境需水、地下水超采嚴重的地區(qū)的生態(tài)環(huán)境用水進行了估算，并對全國生態(tài)環(huán)境用水制定了800～1 000億m3的目標(biāo)［8］。從生態(tài)用水研究與應(yīng)用發(fā)展概況來看國內(nèi)外生態(tài)用水研究已取得了較大進展，生態(tài)用水的概念已相對明確，核算方法也趨于完善。各國學(xué)者依據(jù)不同的案例進行了大量研究，特別是我國不僅研究了河流的生態(tài)用水，對林地、綠洲、濕地等生態(tài)用水也進行了研究［9］。

目前新型的技術(shù)、計算手段使生態(tài)環(huán)境需水量研究在原有理論、技術(shù)的基礎(chǔ)上有了很多新的突破，3S技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等令生態(tài)環(huán)境需水量的研究呈現(xiàn)出新的姿態(tài)。崔保山、胡波、楊志峰在西南縱向嶺谷區(qū)河道生態(tài)需水量的計算中提出了生態(tài)徑流—需水系數(shù)綜合計算河道生態(tài)需水量模型，構(gòu)建了河道生態(tài)需水評估體系，又根據(jù)河流水文情勢的周期性變化，提出異變系數(shù)與生態(tài)特征指數(shù)綜合設(shè)定河道生態(tài)需水等級系數(shù)的方法［10］；張長春、王光謙、魏加華等利用遙感技術(shù)重點對黃河三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)需水量中的蒸散量進行了計算［7］；張遠、楊志峰等從黃淮海地區(qū)林地生態(tài)系統(tǒng)的水量平衡出發(fā)，在GIS支持下計算研究區(qū)的林地最小生態(tài)環(huán)境需水量［6］；拾兵、李希寧等利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最新技術(shù)，建立了河口濱海區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量與健康生態(tài)特征指標(biāo)間的非線性耦合關(guān)系得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模型，借助Matlab工具箱，快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理、網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和仿真［11］；拾兵、李希寧等還針對河口與近海生物對環(huán)境條件變化響應(yīng)的非線性和不連續(xù)性，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強大的非線性映射能力，建立了以水位、流量、含沙量、葉綠素濃度為輸入變量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)了對黃河口濱海區(qū)典型年份生態(tài)最小需水量的成功預(yù)測［12］。

4 支持生態(tài)環(huán)境需水量研究的理論與方法

現(xiàn)在國內(nèi)外對生態(tài)環(huán)境需水量的研究已經(jīng)達到了比較先進的水平，計算方法多樣且較為成熟，可是目前生態(tài)環(huán)境需水量的種類很多，包括城市生態(tài)環(huán)境需水量，濕地環(huán)境需水量，流域生態(tài)環(huán)境需水量等等，不同的類型應(yīng)對應(yīng)有不同的研究方法，只有區(qū)別的加以對待才能有的放矢，準(zhǔn)確地指導(dǎo)實踐。

4.1城市生態(tài)環(huán)境需水量計算

4.1.1城市生活需水包括居民家庭生活需水和市政公共需水兩部分。我國建設(shè)部于1998 年發(fā)布的《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》(GB50282—98) 中給出了城市人均綜合用水定額的法定指標(biāo)。第i年的城市生活需水量可用相關(guān)法進行計算和預(yù)測［12］：

Wli=P0(1+R1)nKi（1）

式中：P0—基準(zhǔn)年份人口數(shù)量（人）；R1—城市人口計劃增長率（%）；Ki—第i水平年擬訂的年人均綜合用水定額（m3) ；n—從基準(zhǔn)年到i水平年的年數(shù)。

4.1.2城市工業(yè)需水量工業(yè)需水是指工礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中用于制造、加工、冷卻、洗滌和其他工業(yè)生產(chǎn)過程中的用水。城市工業(yè)需水量的計算方法有萬元產(chǎn)值需水量，即用現(xiàn)狀年萬元產(chǎn)值或預(yù)測水平年萬元產(chǎn)值乘以工業(yè)萬元產(chǎn)值需水量定額［15］。另一種計算工業(yè)需水量的方法是需水增長趨勢分析法。此法是根據(jù)歷年工業(yè)用水增長率計算推測第年的工業(yè)需水量［12］，計算公式如下：

Wi=W0(1+R2)n（2）

式中：W0—基準(zhǔn)年份工業(yè)需水量（m3/ a）；R2—工業(yè)用水年平均增長率（%）。

4.1.3城市綠地生態(tài)需水和城市水面生態(tài)需水河流湖泊、林地草坪是城市生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分，城市綠地生態(tài)用水和城市水面生態(tài)用水構(gòu)成了計算城市生態(tài)用水量的主體。理想的城市水生態(tài)環(huán)境應(yīng)具有良好的水質(zhì)、足夠的水量和寬闊的水面［2］。城市綠地生態(tài)用水一般采用面積定額法計算，計算公式如下［13］：

QL=ΨF（3）

式中：QL—城市綠地生態(tài)用水量（m3/a）；Ψ—綠化用水定額（m3/a•m2)；F—綠化覆蓋面積(m2)。城市水面因其沒有人工取水，水面相對固定，可采用水面蒸發(fā)直接計算。

QS=(Ei-Pi)S/1 000（4）

式中：QS—城市水面生態(tài)用水量（m3/a）；(Ei-Pi)—i城市的蒸發(fā)和降雨量（mm/a）；S—城市的水面面積（km2）。

（4）城市生態(tài)環(huán)境需水量的總和就是生活需水量、工業(yè)需水量、城市綠地生態(tài)需水和水面生態(tài)需水的總和［14］。即：

W=Wli+Wi+QL+QS(5)

4.2湖泊生態(tài)環(huán)境需水量計算

確定和保證湖泊生態(tài)系統(tǒng)必須的最小需水量是解決問題的關(guān)鍵和前提，計算湖泊最小生態(tài)環(huán)境需水量的方法有：①水量平衡法；②換水周期法；③最小水位法；④功能法。對于受損失嚴重的湖泊，功能法無論從理論基礎(chǔ)、計算原則和計算步驟，還是從需水量的分類和組成，都比較準(zhǔn)確地反映了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康現(xiàn)狀和湖泊生態(tài)系統(tǒng)需水量之間的相互關(guān)系［6］。

湖泊水資源以地表水為存在形式，同時與大汽水、土壤水和地下水有著密切的關(guān)系，在計算生態(tài)需水量時，應(yīng)重點考慮以下幾個方面［2］：①湖泊蒸散需水量W1，此項主要為湖泊水面蒸發(fā)量，若湖泊中含有大量的挺水植物和浮水植物，則還需要考慮這些高等植物的蒸散量。②湖泊滲漏水量W2。③湖泊自身存在的需水量W3，指為保證湖泊中水生生物的正常生長、發(fā)育和繁殖，需要湖泊常年存蓄一定的水量，同時，為保證湖泊、水庫的正常存在及功能的發(fā)揮，應(yīng)保持湖泊存在一定的蓄水量，此水量屬于生態(tài)需水的重要組成部分。W3 的計算可依據(jù)湖泊多年的水文資料，在一定保證率的情況下，求出湖泊的平均水深，再根據(jù)湖面面積，算出湖泊平均蓄水量，此水量可作為W3 的估計值。④換水需水量W4 和環(huán)境稀釋需水量W5，此兩種需水量互相存在包容關(guān)系，所以在計算湖泊生態(tài)需水量時，不能把此兩項需水量簡單相加，而應(yīng)取其中的最大值作為計算依據(jù)。換水需水量W4可根據(jù)城市規(guī)劃部門確定的換水周期、換水方案和換水次數(shù)，模擬湖泊自身換水周期以達到清淤、疏浚和污染物凈化的最佳效果來進行計算，換水的每年需水量環(huán)境稀釋需水量W5可根據(jù)湖泊水質(zhì)模型來確定，湖泊水質(zhì)與湖泊蓄水量、出湖流量和污染物排入量有關(guān)，湖泊水體環(huán)境容量是湖泊水體的稀釋容量、自凈容量和遷移容量之和［11］。

綜上所述，綜合應(yīng)用功能法和水量平衡法得到城市湖泊生態(tài)需水量為：

WS=W1+W2+W3+max(W4,W5)（6）

4.3濕地生態(tài)環(huán)境需水量計算

隨著近年來濕地研究的升溫，濕地對生態(tài)環(huán)境的重要性逐步被人們認識。濕地生態(tài)環(huán)境需水量是為解決濕地的生態(tài)問題并實現(xiàn)濕地的保護、管理目標(biāo)所需要的水量，即濕地為維持自身的發(fā)展、保證基本生態(tài)功能所需要的水量，主要包括濕地生物群落需水量、濕地土壤需水量、濕地景觀建設(shè)需水量等。

目前對于濕地生態(tài)環(huán)境用水的核算還沒有特別具體的方法。北京師范大學(xué)崔保山等根據(jù)濕地生態(tài)環(huán)境需水量的基本特征和表現(xiàn)，對濕地生態(tài)需水量進行了分類，并根據(jù)各類型的特定功能和價值對各自的生態(tài)用水量計算進行了探討，但其計算方法需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在應(yīng)用中有相當(dāng)難度［4］。大多數(shù)文章應(yīng)用水量平衡原理參照河流生態(tài)用水進行核算，例如濕地基本生態(tài)需水量，可采用濕地的陸面和水域蒸發(fā)量代替。

崔麗娟等認為濕地水量平衡的研究是濕地生態(tài)環(huán)境需水計算過程中最基礎(chǔ)的研究內(nèi)容，又是研究和解決一系列實際問題的手段和方法。一旦水量平衡失控，濕地水循環(huán)中的某一環(huán)節(jié)就要發(fā)生斷裂，整個水循環(huán)將受到影響。依據(jù)水量平衡原理，計算濕地的生態(tài)環(huán)境需水量的公式總結(jié)為［13］：

W2=W1+P+S入-S出-E+ΔWg（7）

式中：W1、W2—濕地系統(tǒng)時段初、時段末水量；P—時段內(nèi)降雨量；S入—時段內(nèi)流入圩內(nèi)濕地系統(tǒng)的徑流量；S出—時段內(nèi)流到圩外水網(wǎng)的徑流量；E—時段內(nèi)蒸發(fā)量；ΔWg—時段內(nèi)地下水變化量。為維持濕地系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境功能，要求系統(tǒng)的蓄水量不發(fā)生變化，時段初和時段末蓄水量相等，即W2=W1系統(tǒng)的地下水位維持動態(tài)平衡，即ΔWg=0。當(dāng)E/ P < 1 時，濕地系統(tǒng)需要排水，排水量Wd＜A（P-E）；當(dāng)E/P=1時，系統(tǒng)水量滿足生態(tài)需水；當(dāng)E/P＞1時，干旱年濕地系統(tǒng)不能滿足生態(tài)需水，調(diào)入水量為We=A（E-P），其中A為濕地系統(tǒng)面積。

此外，魏彥昌，苗鴻等還認為對于天然濕地生態(tài)環(huán)境需水量的確定可以依據(jù)濕地各種生態(tài)功能確定最低生態(tài)水位，如雙臺子河口濕地，可提供種植蘆葦、養(yǎng)殖、旅游和保護盤錦及周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境和物種多樣性等功能，可按照每種生態(tài)功能分別確定相應(yīng)的生態(tài)水位，綜合考慮得到維護生態(tài)功能的最低水位。根據(jù)最低生態(tài)水位確定相應(yīng)的水面和水深，通過考慮蒸發(fā)或滲漏來計算生態(tài)需水量。最低生態(tài)水位確定公式如下：

h=max｛h1,h2,h3,…｝（8）

式中：h—最小生態(tài)水位；h1，h2，h3—濕地不同功能所需最小水位。

實際計算時，可以分別按以上兩種方法計算，將計算的結(jié)果進行對比，從維持濕地系統(tǒng)生態(tài)結(jié)構(gòu)進行核算。

4.4流域生態(tài)環(huán)境需水量計算

盡管國內(nèi)外生態(tài)環(huán)境需水量的研究種類很多，但是研究的最多的仍然是流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境需水量，大量的文章都對此類問題作了研究探討。流域的生態(tài)環(huán)境需水量包括河道內(nèi)生態(tài)需水量和河道外的生態(tài)環(huán)境需水量兩個方面。

4.4.1河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量

河道內(nèi)生態(tài)需水量是生態(tài)環(huán)境需水的組成部分，是指維系河道生態(tài)系統(tǒng)健康所必須的水量,其對河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、形態(tài)的維護具有重要的意義。從結(jié)構(gòu)功能上看,河道生態(tài)需水是由多元變量組成的一個有機整體,包含河道基流量、河道輸沙需水、下滲與蒸發(fā)需水、凈化需水、河濱帶濕地需水、生態(tài)景觀需水等各個結(jié)構(gòu)功能需水量［21］。其需水量的估算方法很多，有側(cè)重水文學(xué)方面的，也有側(cè)重水力學(xué)方面或生態(tài)學(xué)方面的方法。下面介紹幾種目前最常用的計算方法。

（1）水文指標(biāo)法是最簡單、需要數(shù)據(jù)最少的方法，是依據(jù)歷史水文數(shù)據(jù)確定生態(tài)環(huán)境需水量的一種方法。最常用的有Tennant法、水生物基流法、可變范圍法、7Q10法、年最小流量法和流量持續(xù)時間曲線分析法等［14］。

其中7Q10法是采用近10年中每年連續(xù)7天最枯的平均水量作為河流最小流量的設(shè)計值［14］。在我國，7Q10法演變?yōu)榻?0年最小月平均流量或90%保證率最小約平均流量。此方法現(xiàn)在我國應(yīng)用較為廣泛，主要是為了防止河流污染而設(shè)定的。

（2）水力學(xué)法是把流量變化與河道的各種水力幾何參數(shù)聯(lián)系起來的求解生態(tài)需水的方法。目前應(yīng)用最多的是濕周法［14］。

此方法利用濕周作為棲息地的質(zhì)量指標(biāo)來估算期望的河道內(nèi)流量值，假設(shè)保護好重點區(qū)域的棲息地的濕周也將對非重點區(qū)域的棲息地提供足夠保護。通過在重點區(qū)域(通常大部分是淺灘) 現(xiàn)場搜集渠道的幾何尺寸和流量數(shù)據(jù)，以重點區(qū)域棲息地類型作為河流其余棲息地部分的代表。該法需要確定濕周與流量之間的關(guān)系，這種關(guān)系可從多個渠道斷面的幾何尺寸與流量關(guān)系實測數(shù)據(jù)經(jīng)驗推求或從單一渠道的一組幾何尺寸與流量數(shù)據(jù)中測算得出。濕周隨流量加大而遞增，速率由快變緩時的分界點流量被認為是維持河流生態(tài)系統(tǒng)最經(jīng)濟、最有效的流量。當(dāng)流量降至常流量的20% 時，為維持生態(tài)功能底限，一般定為生態(tài)基礎(chǔ)流量。R2CROSS 法［4］是對濕周法的擴展，它不以濕周作為環(huán)境條件的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而是確定了平均深度、平均流速及濕周長百分數(shù)作為棲息地指標(biāo)。平均深度與濕周長百分數(shù)分別是河流頂寬和河床總長與濕周長之比的函數(shù)，所有河流的平均流速均采用1英尺/s的常數(shù)［24］。

4.4.2河道外生態(tài)環(huán)境需水量

對河網(wǎng)系統(tǒng)而言，河道外生態(tài)需水量主要是考慮干旱年份需要河網(wǎng)補充的水量，主要指維持河道外植被群落穩(wěn)定所需要的水量,可參照植被生態(tài)需水量計算方法進行計算［18］。另外，河道外生態(tài)環(huán)境需水量還應(yīng)該包括水土保持生態(tài)用水、回補因超采地下水而出現(xiàn)的生態(tài)環(huán)境需水等。

植被生態(tài)需水計算方法有直接計算法和間接計算法2種。

（1） 直接計算方法。以某一區(qū)域某一類型植被的面積乘以其生態(tài)用水定額，計算得到的水量即為生態(tài)用水，計算公式為：

W=ΣWi=ΣAi•ri（9）

式中：Ai—植被類型的面積；ri—植被類型的生態(tài)用水定額。

該方法適用于基礎(chǔ)工作較好的地區(qū)與植被類型。計算的關(guān)鍵是要確定不同生態(tài)需水類型植被的生態(tài)用水定額�？紤]到有些干旱半干旱地區(qū)降水的作用， 并兼顧到計算的通用性， 把生態(tài)用水定額定義為降水量接近0 時的生態(tài)需水量減去實際降水量［21］。即：

ri=ri0-h（10）

式中：ri—某地區(qū)植被類型的生態(tài)需水定額；ri0—降水量接近0時植被類型i的生態(tài)需水量(常值)；h—某地區(qū)平均降水量。

(2) 間接計算方法。對于某些地區(qū)天然植被生態(tài)需水計算， 如果以前工作積累較少， 模型參數(shù)獲取困難，可以考慮采用間接計算方法。間接計算方法，是根據(jù)潛水蒸發(fā)量的計算， 來間接計算生態(tài)需水［21］。即，用某一植被類型在某一潛水位的面積乘以該潛水位下的潛水蒸發(fā)量與植被系數(shù)，得到的乘積即為生態(tài)需水。計算公式如下：

W=ΣWi=ΣAi•wgi•K（11）

式中：wgi—植被類型在地下水位某一埋深時的潛水蒸發(fā)量；K—植被系數(shù)，即在其它條件相同的情況下有植被地段的潛水蒸發(fā)量除以無植被地段的潛水蒸發(fā)量，所得的系數(shù)。這種計算方法主要適合于干旱區(qū)植被生存主要依賴于地下水的情況。式中，K和wgi是兩個很重要的變量，常由實驗確定。

水土保持生態(tài)用水可以采用水文法和水保法來計算［5］。

(1) 水文法。利用流域降雨和徑流觀測資料分析水土保持減水減沙作用的一種方法，根據(jù)對降雨和徑流基本規(guī)律的分析，利用實測降雨與徑流資料，建立降雨產(chǎn)流模型,利用模型計算某一時期治理流域在未治理狀態(tài)下的產(chǎn)流量，與同一時期實測徑流量相比,其差值即為水土保持用水量。

(2) 水保法。是從成因方面分析計算流域水沙變化的一種方法，是從人類活動對下墊面條件的改變而引起水沙變化的實際情況出發(fā)，根據(jù)各水保項措施的設(shè)備數(shù)量、質(zhì)量和蓄水指標(biāo)等因素分別計算各項水利水保措施的生態(tài)用水量，進而計算水利水保措施的單項及綜合生態(tài)需水量。水保法屬于經(jīng)驗統(tǒng)計方法，計算精度的關(guān)鍵是蓄水?dāng)r沙指標(biāo)的確定和治理措施數(shù)量、質(zhì)量以及分布的調(diào)查核實的準(zhǔn)確度，此外需要將各項水土保持措施的作用綜合起來進行計算，難度較大。

5 結(jié)語

目前生態(tài)環(huán)境需水量的研究在國際上已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，對生態(tài)環(huán)境需水量的研究已經(jīng)達到了比較先進的水平，計算方法也多樣且較為成熟，多種新型研究方法如RS、GIS遙感技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等也得到了應(yīng)用。生態(tài)環(huán)境需水量是一門交叉學(xué)科，應(yīng)結(jié)合經(jīng)濟、社會、規(guī)劃、生態(tài)、水文、水資源等進行研究，任何單學(xué)科的研究成果都是較片面的。生態(tài)環(huán)境需水量是水資源量的一部分，研究生態(tài)環(huán)境需水量應(yīng)結(jié)合流域的水資源規(guī)劃，以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以水資源綜合利用效益最大為目標(biāo)，確定合理的生態(tài)環(huán)境需水量。另外，生態(tài)需水量又是動態(tài)變化的，隨著人類認識水平的提高和生態(tài)環(huán)境的逐步改善，生態(tài)需水量的含義也會發(fā)生相應(yīng)的變化。弄清各概念的內(nèi)涵、各種方法的適用條件，才能更好的為計算工作打下基礎(chǔ)。

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