黑龙江省主要河流生态需水量的分析与研究

2012-10-24王宏伟

黑龙江水利科技 2012年3期

王宏伟，王俊

(黑龙江省水利科学研究院，哈尔滨150080)

0 引言

水是生命之源，是自然资源环境的主要组成部分，水资源是国民经济发展和社会进步的生命线，也是人类生存和经济社会发展的物质基础。黑龙江省生态环境保护问题，不仅关系到省内水资源可持续发展问题，而且也可引发国际敏感问题，其生态治理和环境保护具有不可替代的战略意义。同时随着我省经济快速发展，工业化和城市化加快，人们对水资源的数量和质量的要求也越来越高，并且超计划用水和大量污水排放，导致水资源有效利用量减少，水环境恶化，在水资源有限的情况下，人为过量使用必然挤占自然生态系统所需的水资源量，引起自然生态系统的变化。就目前而言，如何充分利用水资源的同时，保证生态系统的需水量，达到人与自然生态系统的协调发展，是当前急需解决的问题，是促进建设环境友好型社会发展的需要，更是人与自然和谐共处发展的需要。因此，开展对黑龙江省主要河道生态环境需水量的研究，不仅是实现嫩江、黑龙江、松花江、乌苏里江和绥芬河流域水资源的合理利用、科学保护和有效进行流域水污染控制管理的重要环节之一; 同时，也为建设生态大省提供技术支撑和基础依据。

本文通过对全省21 条主要江河，33个主要河段断面河道生态环境需水量估算，提出河流生态环境需水量的科学数据，为我省河流水资源的优化配置和水环境改善提供技术支持，并以此提出符合实际情况的控制措施，在今后的河流开发利用中最大限度满足河流自身生态环境用水需要。

1 河流生态需水的相关概念

1.1 河道生态需水

河道生态需水是指维持水生生物正常生长及保护特殊生物和珍稀物种生存所需要的水量。

1.2 河道最小生态需水

河道最小生态需水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，基理论上由河流的基流量组成。河道最小生态需水量所要满足的生态功能主要包括:①维持水生生物栖息地，②维持河流生态系统平衡。

1.3 河道环境需水

河道环境需水是指为保护和改善河流水体水质、为维持河流水沙平衡、水盐平衡及维持河口地区生态环境平衡所需要的水量。

1.4 河道最小环境需水量

为维系和保护河流的最基本环境功能不受破坏，所必须在河道内保留的最小水量，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。其理论上由河流的基流量组成，但其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。河道最小环境需水量所要满足的环境功能主要包括:①保持水体一定的稀释能力;②保持水体一定的自净能力。需要指出的是对于河流基本的污染净化功能的维持，要求全年各时段都要有相应的水量保证。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。

2 黑龙江省主要河流生态需水实例计算分析

黑龙江省位于我国东北地区的北部，是中国位置最北、纬度最高和气温最低的边疆省份。北部、东北部以黑龙江和乌苏里江主航道与俄罗斯为界，东南部以老爷岭东麓与俄罗斯相邻;西部为大兴安岭纵贯，与内蒙古自治区毗邻; 南部、西南部与吉林省接壤。黑龙江省河流众多，流域面积在50 km2以上的河流有1 918条，5 000 km2以上的河流有27 条，10 000 km2以上的河流有18 条，构成了黑龙江、松花江( 含嫩江) 、乌苏里江和绥芬河4 大水系。

本次对黑龙江省主要河流生态需水的计算分析采用月保证率法计算成果，并采用Montana 法进行验证。由于生态需水量不是一个固定值，而是在一个阈值区间内变化。对全省21 条主要江河，33个水文断面，采用月(年) 保证率法、蒙大拿法计算河道生态需水量，结果列入表1。

以富拉尔基站全年河道生态需水量为例，由表1 可以看出，采用月(年) 保证率法计算，该站在50%保证率下，年生态需水量16.39 亿～97.13 亿m3，分别占天然多年平均径流量的9% ～54%;在75%保证率下10.80 亿～62.60 亿m3，分别占6% ～35%;在95%保证率下5.51 亿～29.95 亿m3，分别占3% ～16%; 在多年平均情况下，介于18.22 亿～109.56 亿m3，分别占10% ～60%。采用Montana 法计算所得的富拉尔基站河道生态需水量，介于18.16 亿～102.80 亿m3，分别占天然多年平均径流量的10% ～40%。

月(年) 保证率法针对不同代表年分别计算富拉尔基站生态环境需水量，并精确到月，这样可以近似反映河道年内季节变化及年际径流丰枯变化对生态需水的影响，更符合实际，蒙大拿法使用方法，计算结果可以做为月(年) 保证率法的检验，因此采用这两种方法计算河道生态环境需水量比较合理。应说明的是，本次计算只考虑基本维护河流生态系统不致退化所需的最小水量，没有考虑河流纳污、稀释、自净及输沙等环境功能需水。

图1 不同保证率下主要站点河道基本生态需水

生态需水随着年径流的年季变化表现出一定的周期性变化特点，在丰水期有较大的需水量，在枯水期有较小的生态需水年最小值。表2 和图2 是在不同保证率下，各水文站断面河道基本生态需水情况。在多年平均、平水年( 50%) 、枯水年(75%) 、特枯年(95%)4 种情况下各水文测站断面河道基本生态需水变化较大: 多年平均变化在0.0599 亿m3～72.91 亿m3，50% 保证率变化在 0.0322 亿m3～68.98 亿m3，75% 保证率变化在 0.0123 亿m3～53.37 亿m3，95% 保证率变化在 0.0011 亿m3～36.58 亿m3。以上4 种情况，变化范围的最低值均出现在呼兰河庆安站，最大值均出现在松花江干流佳木斯站。

以富拉尔基站为例，见表2。在多年平均、平水年(50%) 、枯水年(75%) 、特枯年(95%) 河道基本生态需水量依次为18.22 亿m3，16.39 亿m3，10.80 亿m3，5.51 亿m3。

富拉尔基站基本生态月需水过程见图2。

图2 富拉尔基站基本生态需水量月分配过程图

生态环境需水量随着生态环境保护目标的不同会发生相应的变化。对生态环境功能的要求越高，相应的生态环境需水量也越多，反之亦然。因此生态需水不是一个定值，其随着保护目标的变化而变化。

图2 可以看出，生态需水随着年径流的年季变化表现出一定的周期性变化特点，在丰水期有较大的需水量，在枯水期有较小的生态需水量。在不同保证率下，河道基本生态需水量变化为:多年平均＞平水年(50%) ＞枯水年(75%) ＞特枯年(95%) 。

3 生态需水量研究展望

生态环境需水量是一个新概念，涉及生态学、水文学、地学等学科，需要多学科联合研究。其理论基础、原理方法有待进一步探索。

1) 生态需水量的理论机制与计算方法研究包括不同生态类型的生态需水特征;基于生态过程的不同类型生态需水的量化模型，包括不同植被组合的生态需水量，生态需水研究中的尺度问题及不同尺度转换方法等;河流系统中尤其是水生生物生态需水量等的定量化研究以及不同类型生态需水量的耦合关系等方面的研究。

2) 生态需水量与经济需水的合理配置研究研究生态需水的目的是维持生态系统的良性循环，而在水资源短缺的条件下，生态需水往往被经济需水挤占，因此在可持续的水资源系统中如何实现生态需水与经济需水的协调，亦即如何实现生态系统可持续的水资源优化配置模式，满足单位产值的水资源消耗最小，生态服务最大，是今后研究的重点。

3) 生态需水相关领域科学问题的研究，包括: 水文循环的生态控制机理; 生态系统健康评价的理论和方法; 不同尺度水循环模型的耦合等。