新郑市生态水系需水量研究

□刘付荣（河南省郑州水文水资源勘测局）

新郑市生态水系需水量研究

□刘付荣（河南省郑州水文水资源勘测局）

在探讨生态环境需水量概念的基础上，总结了目前常用的生态需水量研究方法。并在对新郑市水系调查分析的基础上，根据新郑市水系的实际情况，采用换水周期法根据水系水体规模、蒸发量及渗漏量计算了新郑市水系生态环境需水量。计算结果表明，新郑市河道和人工湖泊生态需水量分别为3533万m3和1079万m3。今后需要加强河道生态资料的监测和收集，建立以生态学信息为基础的物理实验模型，为定量研究河道内生态环境需水量提供有力支撑。

新郑市，生态水系，需水量

水是生态环境系统的核心要素，是经济社会可持续发展战略的重要支撑。但在水资源的开发利用中，人们往往只重视生产和生活对水资源的需要，而忽视生态环境的需求，甚至在实际用水中掠夺生态环境用水，致使区域生态环境恶化，直接威胁到人类的生存与发展。维护生态系统的良性循环必须重视对水资源的合理开发与保护，充分考虑生态环境需水和水资源的持续利用。如何协调人与生态环境的关系，维持、恢复、重建、改善区域生态环境，保障生态环境用水，是当前人类面临的迫切任务，也是可持续发展和水资源可持续利用的重要内容。

目前生态环境需水的定量化研究还有一定难度，但该研究是目前水资源可持续管理的一种迫切需要。研究生态需水已成为生态环境与社会可持续发展的需要，生态系统良性循环的需要、实现水资源合理配置的需要以及生态环境恶化治理紧迫性的需要。因此，研究生态环境需水不仅具有理论上的重要意义，而且具有较高的实际应用价值。

新郑市位于河南省中部，地处北纬34°16′～34°39′，东经113°30′～113°54′之间，总面积873km2，其中市区建成区面积22km2。新郑市域范围内主要河流有：双洎河、黄水河、潩水河、梅河、莲河、柳河、暖泉河、高路河、十七里河、十八里河和潮河等，河流总长223.82km。新郑市内自然排水系统较为完整，但各排水河道现状防洪除涝标准不统一，部分河道防洪标准偏低，河道侵占、淤积严重，造成行洪能力不足。由于乡镇工业废水排放污染、农业生产的残留、居民生活污水和废弃物的污染、农村水处理设施欠缺和跨区域污染，使市域范围水体污染严重，地表水水质质量日趋恶化，不仅带来了严重的水环境问题，更加剧了水资源的贫乏。新郑市市域范围内的大部分河道水生生境比较单一，水体自净能力较差，水生态系统功能下降，水生生物多样性受到破坏。因此，该研究以新郑市为例，对新郑市的生态环境需水量进行了分析，为城市生态环境需水量研究提供理论依据与方法支持。

1.生态环境需水量的概念及其研究方法

生态环境需水包括河道内生态环境需水量和河道外生态环境需水量。河道内生态环境需水量指为维护河流系统正常的生态结构和功能所必须保持的水量，河道内生态环境需水量研究范围包括河道及连通的湖泊、湿地、洪泛区范围内的陆地。河道外生态环境需水量主要指保护和恢复河流下游的天然植被及生态环境、水土保持及水保范围之外的林草植被建设所需水量。河道最小生态需水量是指维系和保护河流的最基本生态功能不受破坏所必须在河道内保留的最小水量，河道最小生态需水量所要满足的生态功能主要是维持水生生物栖息地和维持河流生态系统平衡。河道最小环境需水量主要包括河道渗流需水量、河道蒸发需水量、河道自净需水量以及河道输沙需水量。河道最小生态需水量的确定在国内外有过大量的研究，其中最为典型的是Tennant法、此外还有7Q10法、湿周法、R2Cross法、栖息地法等。国内杨志峰等还提出了月（年）保证率设定法和最小月（年）计算法。一般地，河道生态环境需水量的合理取值是河道最小生态需水量、河道自净需水量以及河道输沙需水量等三项中的最大者与河道渗流需水量、河道蒸发需水量之和。

湖泊生态需水量是指为保证特定发展阶段的湖泊生态环境系统结构与功能并保护生物多样性所需要的一定质量的水量，主要包括湖泊生物需水量、湖泊蒸散发需水量和水生生物栖息地需水量。湖泊环境需水量是以生态环境现状为出发点，为保证湖泊发挥正常的环境功能，为维护生态环境不再恶化并逐步改善所需要的一定质量的水量，包括污染物稀释需水量、防止湖水盐化需水量、航运需水量以及景观建设和保护需水量。

由于不同类型的湖泊其生态环境、社会和经济特性差异较大，湖泊最小生态环境需水量的计算方法也有所不同，主要有水量平衡法、换水周期法、最小水位法和功能法。

2.新郑市水系及湖泊现状

新郑市主要河道基本情况见表1。新郑市现有在册水库23座，其中中型水库和小（1）型水库的总供水量为1018万m3，占地表水总供水量的64.9%。总设计灌溉面积0.86万hm3，其中中型水库灌溉面积0.18万hm2，小（1）型水库灌溉面积0.61万hm2，小（2）型水库灌溉面积0.07万hm2。按水系规划分区：北部水系有中型水库1座，小（1）型水库5座；南部水系有中型水库1座，小（1）型水库10座。新郑市大部分水库为土坝，建设时期较早，由于当时工程标准及工程质量等限制，使得很多水库存在隐患，如坝高不够，坝身单薄，渗漏严重，缺少大坝变形渗漏等观测设施，防汛道路及管理设施不健全等等。水库运行多年，老化病险问题日益突出，目前，新郑市正加大投资用于水库除险加固工程。

表1 新郑市主要河道基本情况表

3.新郑市生态需水计算

新郑市属于淮河流域，其境内水系主要河流有双洎河、黄水河、潩水河、梅河、十七里河、十八里河、潮河、莲河、高路河、柳河等大小河流共14条，河道总长度223.82km。计算河道生态需水量时，仅考虑10条主要河流，其余河流均较小，在此忽略不计。

新郑市现有在册水库23座，本次规划中，仅考虑两座中型水库和小（1）型水库，小（2）型水库不计算在内。因此，在计算水库生态环境需水量时也仅考虑中型和小（1）型水库。

水系生态环境需水计算时分为河道生态需水和水库生态需水两部分分别计算。考虑到新郑市河道资料情况，采用换水周期法计算河湖生态需水量。河湖生态需水包括蒸发量、渗漏量和换水量。其中蒸发量的计算是采用年平均蒸发量乘以水面面积的方法得到。水系渗漏损失量按水体规模的10%考虑。换水量计算的过程中，双洎河和潩水河由于河流较大，按其15d循环一次，则换水量为水体规模的24倍计算，其余河流循环次数长一些，换水量按水体规模的14倍计算。由于缺乏相应的实测资料，计算过程中，水面面积根据相应的河道宽度和长度大致按照平均断面来估计得到。最后根据计算得到的生态环境需水量复核其最小流量是否满足要求。

表2 新郑市河道生态需水量预测结果（水量单位：万m3）

表3 新郑市人工湖泊生态需水量预测结果（水量单位：万m3）

湖水库水面面积为常水位以下的水面面积，根据相应的水库库容及水位资料计算得到，湖库渗漏损失量按水体规模的15%考虑。

具体河湖生态需水量预测结果分别见表2和表3。可见，新郑市河流总生态需水量为3533万m3，水库总生态需水量为1079万m3，合计新郑市河湖水系总生态需水量为4612万m3，其中河道需水量占总生态需水量的76.6%，水库需水量占总生态需水量的23.4%。

4.结语

本文在调查了解新郑市河道基本情况的基础上，根据新郑市水系的实际情况，采用换水周期法根据水系水体规模、蒸发量及渗漏量计算了新郑市河湖水系生态环境需水量，可为水资源管理及水资源配置中提供参考意见。对于资料缺乏的河湖来说，换水周期法是简单可行的方法，计算结果的可行性在于研究者对河湖的熟悉程度，因此，今后需要加强河道生态资料的监测和收集，建立以生态学信息为基础的物理实验模型，为定量研究河道内生态环境需水量提供有力支撑。

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2012-04-20