不同口径的生态水需求调查及分析

(一)需小心对待的生态需水概念

曾有人估算柴达木盆地的生态需水为数百亿m3,但柴达木盆地的总水资源量不过50亿m3左右,因而认为全部水资源都用于生态也满足不了生态要求,人类不能动用一点水资源。这显然与实际情况不符。为什么会出现这种矛盾?原因在于:所谓数百亿m3的生态需水包括天然湖泊、河流的水面蒸发量和天然植被的蒸散量,这些蒸发量和蒸散量有一部分来源于地下径流和地表径流即常规水资源的供给,更主要的是来源于没有转化成径流的降水的供给。没有转化成径流的那部分降水,是消耗于植物截留、填洼和增加土壤水的降水,在干旱区总降水量中占绝大部分。因此不能把由非常规水资源供给的生态需水与常规水资源相平衡,否则就会闹出矛盾和笑话。

汤奇成等于90年代初在我国较早提出了生态需水概念。王芳等(2002)将生态需水的概念界定为:为维护生态系统稳定、天然生态保护与人工生态建设所消耗的水量,并将生态需水界定在比较广义的“水”(降水)范围。

按字面意思,生态需水指为维持生态系统的结构和功能的稳定所需要的水量。但生态需水与人类需水的区分、以及生态需水的分类都有很强的人为性,原因是人类本来也是生态系统的组成部分,人类用水也属于广义的生态用水。因此必须注意各处生态需水的具体含义,不可随便使用和混淆。根据研究问题的不同,对生态需水可以有不同的理解和计量方法。按统计范围由大到小,生态需水(用水)包括以下几个层次,见图10-1。

1.全球生态系统用水

包括地球上全部的水。最广义地说,地球上所有的水都是生态用水。这是因为:第一,全球地球表层系统是个非常巨大复杂的生态系统,地球上的水在其中起了非常关键的作用,水的存在、水的循环是全球生态系统的基础。正是因为有了水,才有地球上的生命和生态系统。第二,所谓对人类而言不需要、并且过多会成为灾害的洪水,在生态系统中也有很重要的功能,甚至是不可缺少的。例如俗语说“大水出好河”,洪水可以把小水时被淤浅的河道冲深,构造新的河流生态系统。又如尼罗河等很多河流两岸的生态系统是靠洪水泛滥带来的营养物而得以维持的。再如塔里木河和黑河下游的胡杨林种子必须有洪水泛滥才能发芽。第三,人类也是生态系统的一分子,因此人类用水也是生态用水的一部分。

图10-1　不同口径的生态需水(用水)的包含关系

2.陆地生态系统用水

包括陆地(及河口)生态用水和人类用水,排除海洋里的水。这是对陆域生态系统起作用的水,是参与陆海之间能量物质迁移因而对近海生态系统也有影响的那部分水。从动态更新特性来说,指除海洋以外的陆地的降水。

3.与人类生产生活用水相区别的陆地(包括河口)生态用水

不包括人类生产生活用水,但包括人工生态用水。在数量上等于陆地总降水量减去人类生产生活耗水量,可称为降水口径总生态用水量。相对于一定的生态保护要求而言生态系统所需要的总水量就是降水口径总生态需水。

4.与人类用水相区别的天然生态系统的生态用水

不包括人类生活生产用水,也不包括人工生态用水。在数量上等于陆地总降水量减去人类耗水量(包括人工生态耗水量),可称为降水口径天然生态用水量。

5.径流口径总生态需水

陆地总生态需水(包括天然生态和人工生态)中由常规水资源供给的部分,可称为径流口径总生态需水。其中不包括由降水直接供给的生态需水,不包括主要用于人类生活和经济生产的人类用水,但包括主要用于为生态保护的人工河湖、人工防护林的人工生态用水。

6.径流口径天然生态需水

由常规水资源供给的天然生态需水,可称为径流口径天然生态需水。其中不包括人类用水及其中的人类生态用水(如城市河湖用水、农田防护林用水、居民点防护林用水),也不包括由降水直接供给的生态需水。(www.xing528.com)

这里用水与需水的区别是:用水是实际用的水,需水是相对于一定的要求所需要的水。用水的平衡约束是总用水量等于总供水量,而需水的平衡约束是总需水量小于等于供水量。

对水资源的开发利用、供需平衡约束而言,重要的因素是径流口径的生态需水概念。下面我们对径流口径的生态需水作进一步的讨论。

(二)径流口径生态需水

1.定义

生态系统用水的供给来源可以是降水及其转化的土壤水,也可以是地表或地下径流。对常规水资源开发利用而言,最重要的是径流水资源的供需平衡。因此,在总的生态需水中,我们最关心的是需要径流供给的那部分生态需水量。我们把这部分需要保护的生态系统的总需水量中需要径流资源供给的生态需水定义为径流口径生态需水。与此相对应,由全部水资源(降水及其转化的土壤水、径流)供给的生态需水定义为降水口径生态需水。

包含人工生态需水的径流口径生态需水称为径流口径总生态需水;不包括人工生态需水的径流口径生态需水称为径流口径天然生态需水。

王芳等(2002)也区分了两种不同口径的生态需水,因为径流水资源是可控的,其所供给的生态需水就被称为“可控生态需水”;降水是不可控的,所以降水口径的生态需水被称为“不可控生态需水”。

2.河道外生态需水与河道内生态需水

从空间角度而言,生态需水包括河道内生态需水和河道外生态需水。河道内生态需水是满足河道或湖泊等天然地表水体通航、排沙、水生动植物繁衍、景观等要求的最低需水量。河道外生态需水是天然地表水体之外陆域植被对地下水的需要量。

这里需要指出的是,从生态系统对径流水资源消耗的角度而言,所谓河道内生态需水是对地表水体的需求,河道外生态需水是对地下水的需求。这是因为,所谓“河道内”是根据地表的水陆界线划分的,只能是“地表水体”,而不应包括“地下水体”,否则就不存在“内外”之分。因此,既然河道内生态需水界定为对地表水的需求,与此对应的河道外生态需水就必然是对地下水的需求。河湖边缘的过度带比较特殊,在水位高时消耗的是地表水,可归为河道内需水,在水位低时消耗的是地下水,可归为河道外需水。为简便起见,可以把与河道、湖泊邻近的湿地的需水总是归类到河道内生态需水。

3.河道外生态需水只针对非地带性植被

既然河道外生态需水是对地下水的需求,那么在地下水位埋藏很深的地方,例如高山山坡上,就不存在河道外生态需水,原因是地下水埋藏太深植物利用不了。实际上,所有与当地气候条件相适应的地带性植被^[1]都只需要当地降水来供养,不需要消耗径流水资源。只有生长于地下水埋藏较浅的地方的非地带性植被,才需要地下水的供养。由此又可明确河道外生态需水的一个性质,那就是:径流口径的河道外生态需水是针对非地带性植被而言的。

4.天然生态用水与人工生态用水的差别与归类

河道外天然生态需水的另一个重要性质是它不需要通过灌溉来满足,仅仅是利用埋藏较浅的地下水而已,这就要求地下水位不能太深。由此也可明确天然生态和人工生态的一个明显区别:天然生态用水是不需要人工灌溉的,需要人工灌溉的生态用水必然是人工生态用水。因此人工生态用水和其他生产生活用水有同样的性质:都必须通过人工设施来调蓄和输送。而天然生态需水只要限制人类用水不超过规定的限度,就能自然地得到满足。天然生态需水与人工生态需水的这一差别,及人工生态用水与其他生产生活用水的共同性,正是我们主张把人工生态耗水归并到人类耗水而非生态耗水的理由。

尽管生态系统包括天然生态系统和人工生态系统,生态需水量也应包括天然生态需水和人工生态需水,但由于人工生态需水与人类生产生活需水往往融为一体密不可分,所以人工生态用水可以归类到人类生产生活用水之中。具体而言,以经济生产为目的的林草灌溉,虽然也有生态功能,应该归为生产用水;农田防护林网的主要功能也是为了保护农田生产,而且其用水与农田灌溉是一体的,所以防护林网用水也应该归为生产用水;为了保护、美化居民点的林地、草地、人工河湖用水,可以归为公共生活用水。

5.水土保持耗水不应归入径流口径的生态耗水

根据径流口径生态需水概念,生态需水不应包括水土保持耗水。原因是水土保持耗水实质上是由于下垫面改变而使径流资源量减少,并不是对径流资源的消耗,因而水土保持耗水更恰当的归类应该是下垫面改变对产流的影响(减少),而不属于径流口径的生态用水(但可归为降水口径的生态用水)。