如何定量计算城市生态环境所需水量？

城市生态环境需水量是指为了改善城市环境而人为补充的水量，它是以改善城市环境为目的的。

城市生态环境需水量由绿地系统生态环境需水量和河湖系统生态环境需水量组成。绿地系统需水量包括绿地植被蒸散需水量、植被生长制造有机物需水量以及维持植被生存的土壤含水需水量组成。而河湖系统需水量的计算分为水面蒸发需水量、湖泊换水需水量、水底渗漏需水量、湖泊作为栖息地存在的自身需水量、污染物稀释净化需水量和河道基流需水量等。下面参照杨志峰等[2]、田英等[38]和姜翠玲等[39]的研究成果给出相应的计算公式。

1.城市绿地生态环境需水量

城市绿地有园林、道路绿化带、河岸生态林、风景区林地等。绿地需水量包括绿地植被蒸散需水量、植被生长需水量以及维持植被生长的最小土壤含水量。（1）绿地植被蒸散发需水量WE。绿地植被蒸散发需水量计算公式如下

式中：A为城市绿地面积，由于在城市绿化覆盖率计算中，绿地面积统计一般将水面包括在内，因此这里的绿地面积应不包括湖泊和河流水面面积；Ep为植被蒸散量，mm/a。

由于不同植被的蒸散量不同，精确计算时可根据城市主要绿化植被类型所占面积及蒸散量分别求需水量后，再求总和。

（2）植被生长制造有机物需水量Wp。从植物生理角度看，植物在生命活动中所吸收的大量水分中仅有小部分用于制造有机物，其余绝大部分则用于蒸腾及棵间蒸发。研究表明植被自身的含水量和植被蒸散量的比例大约为1∶99，于是取植被生长制造有机物需水量与植被蒸散需水量的比例为1∶99，则有

（3）维持植被生存的土壤含水需水量Ws。当土壤含水量在凋萎系数以下时，土壤含水量不能补偿植物的耗水量，植物将产生永久凋萎，通常把它作为植物可利用土壤水分的下限。如果土壤含水量达到植物生长阻滞含水量，植物虽然还能从土壤吸收水分，但因补给不足，只能维持生命，生长受到阻滞。当灌溉超过田间持水量时，只能加深土壤的湿润深度，而不能再增加土层中的含水量的百分数。因此，田间持水量是土壤中作物有效含水量的上限值，常作为灌溉上限和计算灌水定额的依据和标准[2]。因此

式中：As为植被覆盖土壤面积；hs为土壤深度；ρ为土壤容重，g/cm3；ξ为土壤含水量系数，%。

另外，据许有鹏[40]推荐，城市绿地用水可简单地采用每平方米绿地面积每月用水1～2L来估算。

2.城市河湖生态环境需水量

此处所指的河湖是城内河流和湖泊，其需水量是指维持城内河流基流和湖泊一定水面面积、满足景观条件及水上航运、保护生物多样性所需的水量。

（1）水面蒸发需水量We。水面蒸发是水体水分的消耗项，无论是湖泊还是河流，都必须将这部分水进行补充，才能保证在入水和出水平衡的情况下，水位保持基本不变，水量不至于减少或干涸。计算公式如下

式中：Aw为河湖水面面积；Ew为河湖水面蒸发量，mm/a。(www.xing528.com)

（2）渗漏需水量Wl。河湖渗漏需水量是指当河湖水位高于地下水位时，通过河湖底部渗漏和岸边侧渗向地下水补充的水量，其计算公式为

式中：k为含水层平均渗透系数，mm/d；I为水力坡度；w为过水断面面积；T为补给时间，d。

另外，也可根据杨志峰等提出的经验公式计算[2]

式中：W年渗为河湖年渗漏损失，m3；k为经验取值，m，与河湖水文地质条件有关，优良（库床为不透水层）取0～0.5m，中等取0.5～1.0m，较差取1.0～2.0m；F河湖为河湖年平均蓄水水面面积，m2。

（3）水体自身存在的需水量W自身。水体自身存在的需水量是指维持河流湖泊正常存在及发挥功能的蓄水量，是水体发挥生物栖息地和娱乐场所功能存在的前提条件，属于生态环境需水的重要组成部分，计算公式为

式中：A1为河湖面积；h1为河湖平均水深。

（4）污染物稀释净化需水量Q。污染物稀释净化需水量计算公式为

另外，利用有限水资源进行污染物稀释不符合城市水资源可持续利用，尽量推行零排放或达标排放，从根本上解决水污染问题。

（5）换水需水量W换。当城市湖泊自身不能净化输入的污染物，人工换水成为一种解决办法，实质是促进水体流动起来，换水量和次数一般由相关部门规划而来，模拟河湖自身换水周期达到最佳效果。换水实施应同清淤、疏浚结合起来，做到标本兼治。每年的换水需水量为

式中：Ac为城市湖泊面积；hc为城市湖泊平均水深；T为城市湖泊换水周期，年。

（6）河道基流WR。河道基流需水量是保持河流一定流速和流量所需的水量，计算公式为

式中：AR为河道平均断面面积；v为流速。