生态需水计算方法：降水口径和河道内方法

(一)降水口径天然生态需水计算方法

1.河道内生态需水计算

河道内生态需水包括河口入海需水、河道需水和湖泊需水。

(1)河口入海需水。河口入海生态需水是为维系河口生态系统稳定所需的水量。河口生态系统对河流入海水量的要求包括:防止海水倒灌所需的河流水量;保护河口地区不被海水侵蚀所需的来沙量和相应的来水量;因河口特殊生物对水的含盐量、营养物等有特定要求而形成的对来水的要求;其他特殊要求,如河口造陆对来水来沙的要求。

(2)河道生态需水。河道生态需水是为满足河道生态功能所需要的最低水量。河道的生态功能包括:输沙功能、排盐功能、水生生物栖息地功能和陆生动物水源地功能。这些生态功能对河流断面流量、水位、水质有一定的要求。河道生态需水就是能够符合这些要求的最低水量。

河道生态需水有断面河流生态需水和河段生态需水的分别。

1)河流断面生态需水:每个河流断面的生态需水具体表现为满足生态要求的最低断面流量过程线,断面生态需水量就等于最低断面流量过程线的积分。输沙、排盐、生物等限制因子分别决定各自在各断面的输沙需水、排盐需水和生物需水。河流断面生态需水等于断面输沙需水、排盐需水和生物需水中的最大者:

式中:EWRrp为河流断面生态需水量;EWRrps为河流断面输沙需水量;EWRrpa为河流断面排盐需水量;EWRrpb为河流断面生物需水量。

2)河段生态需水:对于有一定长度的特定的河段,河道生态需水在数量上等于河段下断面生态需水量加上抵消该河段蒸散、渗漏的水量:

式中:EWRrs为河段生态需水量;EWRrp为河段下断面生态需水量;ETrs为河段蒸散量;ILrs为河段渗漏量。

因为断面过流和渗漏的水量并没有消耗,还可以作为下游入流或地下水再利用,所以河段净耗水等于河道蒸散量。河道蒸散量包括河道水面蒸发量和河道植被的蒸腾量。

河道需水和入海需水应该统一考虑,因为河道需水和入海需水之间可能有重复。同处河口断面的河流生态需水和入海生态需水是有区别的,断面河流生态需水是根据河流的生态要求决定的,而入海生态需水是根据断面以下的河口生态系统的要求决定的。但二者之间存在重复,需要统一考虑。河口断面生态需水等于断面河流生态需水和入海生态需水之中的大者:

式中:EWRrm为河口断面生态需水量;EWRrmp为河口断面河流生态需水量;EWRrms为河口断面入海生态需水。

对于整条河流而言,河道生态需水等于最下游的河口断面的河流生态需水量加上全部河段的蒸散量和河道渗漏量:

式中:EWRr为整条河流的河道生态和海口生态的总需水量;EWRrm为河口断面的生态需水量;ETr为整条河流的蒸散量。ILr为河流总渗漏水量。

这里值得注意和说明的是:河道渗漏水量只是从河道地表水转化成地下水,还可以再利用。而且,只要河道还保持向下游输送生产、生活用水的功能,就必然有输水渗漏损失。所以河道生态需水总量中可以包括河道渗漏水量,但河道生态净需水量一般不包括河道渗漏水量,除了河流只保留生态功能的场合。如果河道生态需水中包括了河道渗漏水量,那么它与水资源可利用量就有交叉和重复。这是在计算生态需水、生产及生活可利用量与水资源总量的平衡时应该注意的问题。(www.xing528.com)

(3)湖泊生态需水。湖泊生态需水是为满足湖泊保护标准(一定面积、水质等)所需要的水量。净需水量是所需保护的湖泊面积的水面蒸散量,等于湖泊面积乘以平均蒸散强度。

2.降水口径河道外天然生态需水计算

降水口径的河道外生态需水是河道外所有天然植被(包括森林植被、草原植被和荒漠植被)正常生长所需要的水量。各类植被的需水量等于其面积乘以正常生长条件下的蒸散强度:

式中:EWRoutp为降水口径天然植被需水;Ai为i类植被的面积;ETi为i类植被的蒸散强度;N为划分的植被类型数目。

天然植被的面积可以通过遥感、地面调查等方法获得。蒸散强度需要有实际观测资料才能比较准确地估计。如果没有观测资料,可以利用彭曼公式等经验和理论方法估算,但要注意用多种方法互相校核。

(二)径流口径天然生态需水计算方法

1.径流口径河道内生态需水计算

与降水口径的河道内生态需水计算完全相同。

2.径流口径河道外天然生态需水计算

径流口径河道外天然生态需水与降水口径河道外天然生态需水有如下关系:

植被有效降水指总降水量中可以被植被以土壤水的形式直接有效利用的部分。在干旱区,非生长季节的一些降水不能被植被直接利用,也很难贮存在土壤中留待生长季节利用(很快就被蒸发),因而是无效的。另一方面,如果生长季节的降水有地表或地下产流,则产流也不能被植被直接利用,对局域植被而言也是无效的。因此植被有效降水只包括两部分:非生长季节降水增加的、且保存到生长季节的土壤蓄水量和生长季节降水没有形成产流的部分。

对于地带性植被而言,只由当地降水供养,有如下关系:

如前所述,径流口径河道外天然生态需水就是需要保护的河道外非地带性天然植被需要径流供给的水量:

河道外非地带性天然植被存在于河流、湖泊或泉水附近地下水埋藏较浅的地带,依靠地下水供养才能生存。常见的类型有:天然绿洲乔木林,例如塔里木河和黑河下游的胡杨林;天然绿洲灌丛植被,例如塔里木盆地、黑河盆地、柴达木盆地底部的部分柽柳、梭梭和白刺灌丛植被;天然绿洲草原植被,例如在柴达木盆地围绕盆地中心湖泊呈带状分布的细土带-地下水出露带附近虽无地表积水但地下水埋藏很浅的沼泽植被,以及盆地底部河流阶地上的沼泽植被、草原植被。