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1、2005年9月南京晓庄学院学报VOL.21,NO.5第21卷第5期JOURNALOFNANJINGXIAOZHUANGCOLLEGESep.,2005生态需水计算的理论基础和方法探析123丰华丽,郑红星,曹阳(1.南京水利科学研究院,江苏 南京 210029;2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;3.河海大学 环境科学与工程学院,江苏 南京 210098)[摘 要]生态需水的研究已成为国内外地球科学领域普遍关注的一个热点问题。本文探讨了生态需水计算的一般理论基础,对现有的计算方法进行整理和分类,并评价了各种方法的特点和局限,构建了一个较为明晰的生态需水计算框架。研究认
2、为,生态需水的计算应该在水与生态系统关系的基础上,遵循水文循环和水量平衡原理、自然地带性原理以及生态系统完整性原理,进行水资源的合理配置。对于整个流域生态需水的估算,可分为河道外生态需水和河流廊道生态需水两部分。目前,河道外生态需水的计算方法主要有基于蒸散发或基于生物量两种方法。河流廊道生态需水的计算方法主要有分项合成法和整体耦合法。[关键词]生态需水;河道外;河流廊道;理论方法[中图分类号]P33[文献标识码]A[文章编号]1009-7902(2005)05-0050-06水是生态系统最重要的因子之一。随着社会经济的发展,水资源开发利用范围和强度的不断地扩大和加深已经影响到了生态系统
3、的安全。特别是在干旱半干旱地区,人类活动对生态系统需水量的挤占已成为生态环境退化的一个重要原因。基于这样的认识,从生态环境保护以及水资源可持续利用的角度出发,生态需水的研究已成为国内外地球科学领域普遍关注的一个热点问题,是生态水文学研究的重要课题之一。在国外,生态需水研究主要集中在河流生态系统。在我国,生态需水的研究处在发展阶段,但发展很快,并取得了一定的研究成果。从国内外生态需水的研究看,研究人员从不同的研究目的出发,对生态需水的认识不尽相同,提出的概念也有所差别,同时尚缺乏生态需水计算理论和方法的系统研究,在实际应用中还存在许多不确定性因素。研究认为,生态需水是指在特定的生态目标下
4、,维持一定时空范围内的生态系统水分平[1]衡所需要的总水量。在这一概念的基础上,本文将探讨生态需水计算的一般理论基础,构建一个较为明晰的生态需水计算框架,同时对现有的计算方法进行整理和分类,并评价各种方法的特点和局限,以期为生态需水的进一步研究提供新的思路。1 生态需水计算的理论基础[1]生态需水的概念是针对生态环境的保护和建设以及水资源的合理开发利用而提出的,其实质[基金项目] 国家科技攻关项目(2004BA610A-01),南京水利科学院基金项目(Y50402)[收稿日期]2005-03-15[作者简介] 丰华丽(1974-),女,南京水利科学研究院副研究员、博士。丰华丽,郑红星,
5、曹阳:生态需水计算的理论基础和方法探析·51·是考虑生态保护和生态建设的需求,合理配置水资源配置。从这个意义上讲,生态需水的计算与生态学、水文学和水资源学等研究领域关系密切。本文认为生态需水计算最基本的理论问题包括以下几个方面。1.1 水与生态系统的关系水与生态系统的关系是生态环境需水量计算最重要的理论依据。在生物群体结构和动态的调整方面,非生物的水文过程起着重要作用;另一方面生态系统的结构和格局,也影响着降水的分配、径流[2]变化等。严格地讲,只有深入地理解并掌握了水量、水质以及水力等条件对生态系统的影响,才可能科学合理地确定生态需水量。生物作为生态系统最重要的组成成分,对整个生态系
6、统的健康和发展起着重要作用。根生物的生存与发展,依赖于综合环境因子的存在,据Shelford的耐性定律,只要其中一项因子的量(或质)不足或过多,超过了某种生物的耐性限度,该物种便不能生存,甚至灭绝。因此估算生态需水时需考虑阈值原则。如图1所示,生态需水并不是一个恒定的值,而应该存在一个阈值区间为õWmin,Wopti,Wmaxô,其中Wmin、Wopti、Wmax分别对应着图1的最小生态需水、最适生态需水和最大生态需水。图1 生态需水变化的阈值区间1.2 水文循环和水量平衡原理水文循环深刻地影响着生态系统的结构和功能,是自然界中一系列物理过程、化学过程和生物过程的基础。在水文循环过程,
7、植被在各个环节所起的作用以及对不同环节变化的响应关系研究,特别是植被与土壤水分关系的研究,对计算生态需水至关重要。目前,对生态需水的研究只注重给出生态需水的量值,而缺乏分析所需水分的主要来源(地下水、降水还是土壤水)、需水的时间分布以及同一生态系统中不同植物间水分利用和竞争的关系。以上信息的获得,只有在水文循环和水量平衡的基础上,辨识水文过程和生态过程的相互作用,才能合理地估算生态需水,提供更科学、更有效的信息指导生产实践。1.3 自然地带性原
