水利工程論文-對生態(tài)需（用）水研究的幾點看法摘要：研究河流或流域的生態(tài)需（用）水是當前水利科研的熱點，“人類用水應(yīng)當考慮其它生物的用水需求”的理念已經(jīng)被河流管理者廣泛接受并逐漸應(yīng)用于實踐。但目前的研究基本概念較為混亂，研究成果難免會引起誤導(dǎo)。關(guān)鍵詞：生態(tài)用水生態(tài)需水研究河流或流域的生態(tài)需（用）水是當前水利科研的熱點，“人類用水應(yīng)當考慮其它生物的用水需求”的理念已經(jīng)被河流管理者廣泛接受并逐漸應(yīng)用于實踐。但目前的研究基本概念較為混亂，研究成果難免會引起誤導(dǎo)。1、生物群是生態(tài)需（用）水的主體生態(tài)學(xué)最早起源于生物學(xué)，主要研究“生物及其環(huán)境的相互關(guān)系”，即它是一門研究生物的生存條件、生物及其群體與環(huán)境相互作用的過程及其規(guī)律的學(xué)科。生態(tài)學(xué)進一步發(fā)展提出了“生態(tài)系統(tǒng)”概念，它的涵義是“由生物與環(huán)境相互作用構(gòu)成的整體”。在一定時空范圍內(nèi)，生物成分和非生物成分通過彼此間不斷的物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞，相互聯(lián)系，相互影響，這樣共同形成的一個生態(tài)學(xué)功能單位，叫做生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)包括4大組分：生產(chǎn)者（主要是綠色植物）、消費者（包括食草動物、食肉動物、雜食動物、寄生動物、腐食動物等）、分解者（主要是細菌和真菌）、非生物環(huán)境（是生物賴以生存的物質(zhì)和能量的源泉及活動的場所，即生物的棲息地、繁殖地和遷徙地）。生態(tài)系統(tǒng)的核心組分是包括生產(chǎn)者、消費者和分解者在內(nèi)的生物群落。從上述的基本概念看出，“生態(tài)系統(tǒng)”至少反映兩層涵義：（1）特別強調(diào)生物是系統(tǒng)的主體，而研究生態(tài)系統(tǒng)的目的是希望生態(tài)系統(tǒng)中生物群落之食物鏈能夠正常運行、生物群落能夠正常演替。（2）人是生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的一員。因此，所謂生態(tài)需（用）水，用戶主體是包括人在內(nèi)的生物。這樣看來，目前在進行流域生態(tài)需（用）水研究時，把人類需（用）水排除在外顯然存在一定問題。所謂流域生態(tài)用水，應(yīng)該指全流域范圍內(nèi)所有生物（包括人類、植物和其它動物）繁衍生息所使用的水，其中，人類用水占相當大部分。按此推論，顯然違背了人們提出生態(tài)需（用）水概念的初衷。所謂流域生態(tài)需水，是指整個流域生態(tài)系統(tǒng)正常運行所需要的水。它同樣包括人類生產(chǎn)生活需水和其它生物需水兩部分。但研究后者顯然沒有實際意義，因為在流域那么大的區(qū)域，人們不會為了實現(xiàn)生態(tài)價值而經(jīng)常到山上或荒野去澆灌林草。無論是林草用水，還是林草需水，都只是個被動接受問題。因此，在流域?qū)用嫒绾窝芯可鷳B(tài)需（用）水值得進一步思考。不過，如果能分別把流域生態(tài)系統(tǒng)中農(nóng)地、草地和林地的實際耗水量及其對河川徑流的影響研究清楚，顯然對流域水資源評價和分配具有重要的意義。僅研究河流生態(tài)系統(tǒng)的需水則可以避免以上困難。因為，河流生態(tài)系統(tǒng)是指河道的水流區(qū)域和與此水域有直接水體交換的生態(tài)單元（如濕地生態(tài)系統(tǒng)和河岸生態(tài)系統(tǒng)）。對于絕大部分河流而言，河流生態(tài)系統(tǒng)中不會包括人類。由于人類從河川大規(guī)模引水，使得河流生態(tài)系統(tǒng)中生物群的繁殖地、棲息地和遷徙地受到很大影響，進而影響生物群的繁衍生息，這樣的情況在世界各國的很多河流都不同程度在存在，因此，人們提出了河流生態(tài)需水概念，目的是想通過約束人類對河川徑流的索取量，使河流生態(tài)系統(tǒng)中的生物群能正常繁衍生息?？傊蒙鷳B(tài)學(xué)的基本理論解決水問題，要考慮其適用范圍，否則容易讓人誤解。2、明確生態(tài)恢復(fù)目標是確定生態(tài)需水的前提漫談生態(tài)需水是沒有意義的。談生態(tài)需水必須要明確生態(tài)恢復(fù)的目標，即生態(tài)健康的指標。這些年，國內(nèi)外有不少人作這樣的研究，最廣泛接受的觀點為：所謂生態(tài)系統(tǒng)健康的主要指標包括活力、彈性力和組織等三方面，其中活力指系統(tǒng)中物質(zhì)和能量的交換量，彈性力指系統(tǒng)抵御壓力和在壓力減小時從干擾中恢復(fù)的能力，組織指系統(tǒng)的復(fù)雜性，一般認為系統(tǒng)越復(fù)雜越健康（但未看到資料說明，為什么系統(tǒng)越復(fù)雜越健康）。定性的概念好像很科學(xué)，但關(guān)鍵是量化的、具體的指標是多少？由于研究生態(tài)健康指標的復(fù)雜性，人們更希望用一些指示性物種來代表生態(tài)系統(tǒng)的健康程度，即生態(tài)系統(tǒng)保護，應(yīng)該是保護系統(tǒng)中關(guān)鍵種群的繁殖地、棲息地和遷徙地。所謂“關(guān)鍵種”，是指生態(tài)系統(tǒng)或生物群落中那些相對其多度而言對其它物種具有非常不成比例影響，并在維護生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性及其結(jié)構(gòu)、功能及穩(wěn)定性方面起關(guān)鍵性作用，一旦消失或削弱，整個生態(tài)系統(tǒng)或生物群落就可能發(fā)生根本性變化的物種。為恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，人們需要深入調(diào)研河流生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的組成，從生物多樣性和社會角度，提出最需要保護的關(guān)鍵生物種群和對生物繁衍生息至關(guān)重要的濕地或湖泊規(guī)模。需要指出的是，確定河流生態(tài)系統(tǒng)保護的目標不僅僅是一個科學(xué)問題，也是一個社會問題，它很大程度上取決于當時人們的價值取向。3、生物繁衍生息與水流條件的響應(yīng)關(guān)系是計算河流生態(tài)需水的基礎(chǔ)必須明確，水流條件不是決定生態(tài)系統(tǒng)健康的唯一因素。根據(jù)生態(tài)學(xué)研究成果，影響生態(tài)系統(tǒng)健康的因素包括：（1）水流條件，包括河流的水循環(huán)狀態(tài)或降水、流速和流態(tài)、水體質(zhì)量等，它是生態(tài)系統(tǒng)中生命的基礎(chǔ)元素。那么，為了某生態(tài)系統(tǒng)在某水平下運行所需要的水就叫做生態(tài)需水；該生態(tài)系統(tǒng)實際運行用掉的水叫做生態(tài)用水。生態(tài)系統(tǒng)運行所需要的水來自降水、河川徑流、土壤水和地下水等水源。（2）碳、氮、磷等重要營養(yǎng)物質(zhì)條件，它們分別是生態(tài)系統(tǒng)的骨架元素、代謝元素和信息元素；（3）土地利用方式。特別是濕地附近的土地利用方式直接影響濕地的規(guī)模和結(jié)構(gòu)；（4）空氣質(zhì)量，它對生物的生存環(huán)境具有重要影響；（5）氣候變化；（6）外來生物物種入侵等。由此可見，沒有水，生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落沒法生存和演替；但僅僅有水，遠遠還不能滿足生態(tài)系統(tǒng)健康的要求。要計算河流的生態(tài)需水，需利用多年河川徑流變化資料和同期保護物種或保護物種的棲息地等變化資料，建立兩者之間的相關(guān)關(guān)系。那么，在已知的河流生態(tài)系統(tǒng)保護目標基礎(chǔ)上，就可以計算出河流生態(tài)需水量。在過去的幾十年中，人們并沒有有意識地對以上數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)觀測，因此，要建立該響應(yīng)關(guān)系可能是一個非常困難的工作。正是由于這么多的困難，近20多年來，國際上發(fā)展了數(shù)十種河流生態(tài)需水計算方法，包括標準流量法（如7Q10，Tennant和Q95等）、水力學(xué)法(如RCROSS,濕周法和Richter法等)，并因計算簡單而被廣泛采納，計算結(jié)果大多在河川天然流量的6080之間。但問題是：（1）天然徑流系列的選擇缺乏科學(xué)論證；（2）由于方法本身缺乏物理意義，因此缺乏科學(xué)數(shù)據(jù)來證明，如果滿足這樣的徑流條件，河流生態(tài)系統(tǒng)處于什么樣的健康水平。4、黃河生態(tài)需水范疇芻議黃河的情況與其它江河不同，其下游灘區(qū)居住著181萬人，他們理所當然的成為河流生態(tài)系統(tǒng)生物群的重要組成部分，其生產(chǎn)生活需水也應(yīng)是河流生態(tài)系統(tǒng)需水的重要組成部分。但在目前全流域缺水的特殊背景下，考慮到目前河流生態(tài)保護的重點和熱點，可以在有說明的前提下，按照目前流行的河流生態(tài)需水概念，下游灘區(qū)生產(chǎn)、生活需水暫不納入黃河生態(tài)需水范疇。這樣，黃河的河流生態(tài)系統(tǒng)需水應(yīng)包括：（1）維持河流水體一定規(guī)模生物群的繁衍生息所需要的河川徑流條件，包括流量、流速、水深等。（2）維持一定規(guī)模淡水濕地所需要的水量。（3）維持河岸生態(tài)單元良性運行所需要的水流條件，不過該問題的難度在于難分清多少來自降水，多少應(yīng)該依賴河川和地下水。由于黃河的特殊性和復(fù)雜性，河道輸沙需水以及自凈需水等是否納入黃河生態(tài)需水還有待進一步商榷：黃河是一條高含沙河流，其泥沙必須依賴水流動力輸送至致災(zāi)最小區(qū)域，如深海、河口或灘區(qū)低洼地帶，否則主槽就會萎縮、懸河和二級懸河就會加劇，進一步影響防洪安全，我們把這部分水需求叫做輸沙需水。因此，在黃河河川徑流的配置中，必須考慮輸沙需水。顯然，輸沙需水的主要服務(wù)對象是河流自身，而不是河流內(nèi)的生物，因此將輸沙需水作為河流生態(tài)系統(tǒng)生物群繁衍生息所需要的水是很勉強的。