黄河下游河流最小生态环境需水量初步研究.doc

黄河下游河流最小生态环境需水量初步研究 倪晋仁1,2，金玲1，赵业安3，刘小勇1,2(1.北京大学环境工程系；2.水沙科学教育部重点实验室；3.黄河水利科学研究院) 摘要：根据河流生态环境需水量的概念，针对黄河河流系统的主要功能目标，利用1950年以来的观测资料，分析了黄河下游河流各类最小生态环境需水量。研究表明，黄河下游汛期最小生态环境需水量主要由输沙用水的需求决定，由于黄河下游汛期占全年的大部分来沙量，因而在汛期需水量应该首先满足输沙功能的最低要求。在非汛期，高村、艾山、利津三部对应的各种功能所需临界流量也以输沙需水量为最大，但因该阶段各个河段输沙效率较低，可以优先考虑河流污染防治功能与河流生态功能，取其所需临界流量中较大的一个作为河流生态环境需水量。 关键词：黄河下游；生态环境需水量；功能；原则；阈值基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(G1999043603)作者简介：倪晋仁(1962-)，男，山西山阴人，教授，主要研究方向：河流泥沙，环境科学与工程。 ???? 河流最小生态环境需水量是在特定时间和空间为满足特定的河流系统功能所需的最小临界水量的总称。河流最小生态环境需水量不是一个固定不变的值，而是一个与河流特性、河段位置和时段范围相关的量。河流系统不仅具有输水、输沙、泄洪、自净和航运等功能，而且具有景观和生态功能[1、2]。河流最小生态环境需水量是河流生态环境功能可能受损或遭致死亡的警戒信息，它给出的是一种迫近病态状况的非正常信号，而不是正常情况下河流生态环境功能健康状态的反映。只有在河流水量大于最小生态环境需水量时，才能讨论河流生态环境功能处于何种程度的健康状态。???目前，关于河流最小生态环境需水量的研究尚不充分。在有限的研究成果中，河流水污染防治用水[3-8]临界值可用以水质目标为约束的方法求得，或按照简单的十年最枯月平均流量法估算。前者需要知道上游来流中的污染物浓度、河段内污染物产生量、河段内污染物治理程度、河段内污废水资源化程度、河段内城市污废水产生总量和污染物削减等详细信息，在不易获得准确信息时可以近似采用后一种方法。河流生态用水[8]因河流本身就是其中生物体不能完全脱离的生活环境，所以许多情况下都避开生物体自身需水的问题而直接寻求满足一定数量和质量生物体生存的河流水量，有关的方法如湿周法、R2CROSS法和河道内流量增加法等。在资料短缺的情况下，可以对最小河流生态用水进行规定，如法国规定最小河流生态用水流量不应小于多年平均流量的1/10。河流输沙用水[9]在中国有较多的研究，尤其是围绕黄河进行了很有成效的探索，对含沙量和河流输沙用水之间的关系有了基本的认识，但是对自然和人为影响不断变化的条件下河流输沙目标的选择性研究尚未展开。河口区生态环境用水涉及方面较多，难以从一个方面单独确定。国家水产总局曾在上世纪80年代中期对其河口渔业生态环境需水量进行了估计[10]，认为黄河河口 海域鱼虾生长需要每年4～6月份下泄入海水量60亿m3，枯水年需要在4月份下泄20亿m3，但是这样确定的需水量显然要比最小临界用水量偏大。此外，景观用水近年来也已越来越受到重视，可以根据服务的对象和内容具体确定[8,11]。??? 由于各类河流生态环境用水之间具有相当程度的重叠，因而解决具体问题时应该进行综合考虑。因此，如何在确定单项河流生态环境用水最小临界值的基础上充分考虑具体河流的特性并且进一步协调诸项用水的关系，已经成为今后研究的重点内容。对于黄河下游最小生态环境需水量的问题，我们将重点讨论河流水污染防治用水、河流生态用水、河流输沙用水、河口区生态环境用水和黄河下游各河段和各时段综合的最小临界水量。1 方法和原则　　河流最小生态环境需水量应该按照一定的原则和步骤确定。根据近期的研究成果[9]，基本原则包括功能性需求原则、分时段考虑原则、分河段考虑原则、主功能优先原则、效率最大化原则、后效最小化原则、多功能协调原则和全河段优化原则，现结合黄河下游河道的具体情况对这些原则的实施分述如下。1.1 功能性需求原则 明确具体河流的各类主要生态环境功能是计算河流最小生态环境需水量的第一步。对于于黄河下游河段，尽管有许多功能需要 考虑，但是本文只考虑水污染防治功能、生态功能、输沙功能与河口区生态环境功能。1.2 分时段考虑原则 在不同的时间尺度或在给定时间尺度的不同时段，河流的最小生态环境需水量会因外部条件改变或各项功能主导作用的交替变化而有所不同。因此，在讨论河流最小生态环境需水量时，必须指明时间尺度和一定时间尺度内对应时段，并注意相应时段内各变量的动态变化特征。针对黄河下游河段的河流最小生态环境需水量问题，本文主要考虑50年代以来每隔十年的时间尺度，年内的不同时段则主要包括汛期、非汛期和综合全年各个阶段。1.3 分