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1國外研究動態(tài)

早期的研究是關于河道枯水流量（Low-flow）的研究，這個時期主要是為了滿足河流的航運功能對枯水流量進行研究。隨后，由于河流污染問題的出現，開始對最小可接受流量（minimumaccepbrflows,MAFLs）進行研究，其最小可接受流量除了滿足航運功能外，還要滿足排水納污功能。隨著河流受人為因素影響和控制的加強，河流生態(tài)系統結構和功能遭到破壞，生態(tài)可接受流量范圍（ecologyaccepbrflowregime,EAFR）的研究逐漸展開，其主要是為了恢復河流生態(tài)系統功能，為滿足不同的環(huán)境要求而進行生態(tài)可接受流量范圍的研究。

目前，國際上對河流的生態(tài)環(huán)境需水量使用較為廣泛、通用的概念是枯水流量。近10年來，為了促進水文水資源研究，國際之間加強了合作，其中包括對河道枯水流量的研究，如FREND（FlowReg-imesfromExperimentalandNetData）行動計劃，第一個行動計劃由水文組織（instituteofHydrology（UK））倡導，并為1985-1988年的國際水文計劃方案Ⅲ（UNESOInternationalHydrologicalProgramme-Ⅲ）做了部分工作。這個組織包括13個歐洲國家，主要是應用國家水流量（水文）數據庫及不同的研究方法，預測河流的洪、枯水流量，分析和研究了歐洲西北部1350條河流的的枯水流量狀況。研究集中在應用水力學參數研究枯水流量與流域河床組成特性之間的關系，以及研究不同頻率不同時段年均流量（mean）與最小流量（annualminima）和枯水流量（low-flow）之間的聯系等，第1個歐洲FREND行動計劃采用了西歐國家網絡提供的精確的日流量和相應的流域資料數據庫。隨后，FREND行動計劃開始向橫向（包括東歐國家）和縱向（擴大到大尺度問題、方法問題、枯水流量和洪水流量條件下流域土地利用的變化，水質等問題的研究）的研究方向發(fā)展，其研究的深度和廣度不斷擴大。

目前，FREND組織很快擴展到歐洲及世界其他許多地區(qū)和國家，如西非、中非、北非、地中海地區(qū)及中亞地區(qū)，印度及南亞地區(qū)等，最近正在進行的FREND行動計劃將其研究成果概括在FREND報告中，最新成果有：北歐地區(qū)枯水流量和干旱研究；南非區(qū)域水資源和干旱評估方法研究；西非、中非地區(qū)雨量減少對枯水流量長期影響研究；枯水流量時間系列與斷流分析；地域性生態(tài)水文學理論和水資源統一管理的論述等。總之，國際上在水資源領域的合作使得先進的研究技術和手段應用到更多的具有水文數據庫的國家和地區(qū)，特別是在流域枯水流量的研究方面，顯得更為突出。

國外河流生態(tài)環(huán)境需水量的研究內容概括為：河道流量與魚類生息環(huán)境關系的研究；河道流量、水生生物與DO三者之間的關系的研究；水生生物指示物與流量之間的關系研究；水庫調度考慮生態(tài)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境水量的優(yōu)化分配的研究；生態(tài)環(huán)境用水與經濟用水關系研究等。

國外較為通用的研究方法可分為3類：一是傳統的流量計算法（標準流量法）；二是基于水力學基礎的水力學法；三是基于生物學基礎的棲息地法。

（1）標準流量法。一是7Q10法。采用90%保證率最枯連續(xù)7d的平均水量作為設計值。二是TENNANT法。是美國目前使用確定河道生態(tài)環(huán)境需水量的一種方法，河道流量推薦值以預先確定的年平均流量的百分數為基礎。該法通常在優(yōu)先度不高的河段研究中作為河道流量推薦值使用，或作為其他方法的一種檢驗。

（2）水力學法。一是R2CROSS法。在計算河道流量推薦值時，由河道幾何形態(tài)決定的水深、河寬、流速等因素必須加以考慮。有4項指標：濕周率、河流寬度、平均水深以及平均流速，具有2個標準，即枯水月、豐水月。R2CROSS法以曼寧公式為基礎，由于必須對河流的斷面進行實地調查，才能確定有關的參數，因此這種方法比標準設定法難以應用。二是濕周法。該法的依據是基于以下假定：即保護好臨界區(qū)域的水生生物棲息地的濕周，也將對非臨界區(qū)域的棲息地提供足夠的保護。利用濕周（指水面以下河床橫斷面的線性長度）作為棲息地的質量指標來估算河道內流量值，通過在臨界的棲息地區(qū)域（通常大部分是淺灘）現場搜集河道的幾何尺寸、流量和數據，并以臨界的棲息地類型作為河流的其余部分的棲息地指標。河道的形狀影響分析結果。該法需要確定濕周與流量之間的關系。這種關系可從多個河道斷面的幾何尺寸-流量關系實測數據推求，或從單一河道斷面一組幾何尺寸-流量數據中計算得出。推薦值依據濕周-流量關系曲線中的變化點的位置來確定。

（3）棲息地法。一是IFIM（增加法）。IFIM（InstreamFlowIncrementalMethology）法是應用比較廣泛的計算環(huán)境需水量的方法，IFIM根據現場數據如水深、河流基質類型等，采用PHABSIM（physicalHabitatSimulation）模型模擬流速變化和棲息地類型的關系，通過水力學數據和生物學信息的結合，適合于一定流量的主要的水生生物及棲息地。Orth等[21]認為由于IFIM法所需要的定量化的生物資料的缺乏，使這種方法的應用受到一定的限制。King等指出，傳統的IFIM法將其重點放在一些河流生物物種的保護，而沒有考慮諸如河流規(guī)劃以及包括河流兩岸在內的整個生態(tài)系統，由此計算出的推薦流量范圍值并不符合整個河流的管理要求。二是CASIMIR法。CASIMIR（computerAidedSimulationModelforInstreamFlowRequirementsindivertedstream）法是基于現場數據-流量在空間和時間上的變化，采用FST建立水力模型、流量變化、被選定的生物類型之間的關系，估算主要水生生物的數量、規(guī)模，并可模擬水電站的經濟損失。

2國內研究動態(tài)

在我國，系統研究生態(tài)需水量的工作尚處于起步階段，對生態(tài)環(huán)境需水的概念、內涵與外延等沒有統一的定義，對其計算方法的研究也不夠深入、完善，基本停留在定性分析和宏觀定量分析階段。其研究大致可分為3個階段：一是20世紀70年代末開始探討河流最小流量問題。主要集中在河流最小流量確定方法的研究。長江水資源保護科學研究所的《環(huán)境用水初步探討》是其典型代表。二是20世紀80年代，針對水污染日益嚴重的問題，國務院環(huán)境保護委員會《關于防治水污染技術政策的規(guī)定》指出：在水資源規(guī)劃時，要保證改善水質所需的環(huán)境用水。主要集中在宏觀戰(zhàn)略方面的研究，對如何實施、如何管理處于探索階段。三是20世紀90年代以來，針對黃河斷流、水污染嚴重等問題，水利部提出在水資源配置中應考慮生態(tài)環(huán)境用水。如在全國水功能區(qū)劃中考慮了生態(tài)與環(huán)境用水問題。劉昌明提出了我國21世紀水資源供需的“生態(tài)水利”問題。與此同時，與生態(tài)、環(huán)境需水相關的研究也逐漸展開。

主要的研究成果為：一是對非汛期最小流量、水土保持、沖沙水量等的河流系統的生態(tài)環(huán)境需水研究。如20世紀80年代趙業(yè)安、錢意穎總結了黃河三門峽水庫運行對下游河道的影響規(guī)律，同時開展黃河上游大型水電工程對下游沖積河流影響的研究，采用實測資料分析的方法研究大型水庫對徑流泥沙的影響，對每年水庫蓄水與中游高含沙洪水遭遇情況進行了深入研究，通過回歸分析建立了水庫調蓄與下游河道沖淤的相關關系。二是對恢復濕地、城市河湖用水及地下水回補等生態(tài)和生態(tài)環(huán)境需水量的研究。三是對西北干旱、半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量及河道環(huán)境的討論與宏觀定量研究。四是劉昌明根據水資源開發(fā)利用與生態(tài)用水量的關系，提出了“四大平衡”的原理，即水分能量平衡、水鹽平衡、水沙平衡與水量平衡（含水資源平衡），從而豐富了水資源合理開發(fā)利用的內涵。五是錢正英等從保護和恢復內陸河下游的天然植被及生態(tài)環(huán)境、水土保持和水保范圍之外的林草植被建設、維持河流水沙平衡及濕地水域等生態(tài)環(huán)境的基礎流量、回補黃淮海平原及其他地方的超采地下水等方面，分析并估算了全國的生態(tài)用水。

截至目前，國內生態(tài)環(huán)境需水研究方法主要集中在陸地和河流2個方面，而陸地生態(tài)需水主要指“保護和恢復內陸河流下游的天然植被及生態(tài)環(huán)境、水土保持及水保范圍之外的林草植被建設所需水量。其研究方法主要針對西北干旱地區(qū)進行，綜合分析這些研究，不論是天然系統還是人工系統，不論是林地還是草地，計算方法大多為”面積定額法“或”植株定額法“,計算方法為傳統的水平衡計算理論，因此計算方法比較成熟，一般不存在爭議。從大的方面看，河流生態(tài)環(huán)境需水量主要包括3個方面：河道基本生態(tài)、環(huán)境需水、輸沙需水量和入海量。與之對應的研究方法主要集中在第1個研究方面，如：為達到水環(huán)境保護目標，滿足河流納污功能的環(huán)境功能設定法；為滿足河流基本生態(tài)功能，保證不斷流的河流基本生態(tài)環(huán)境需水量計算法、最枯月平均流量法及假設法；為滿足河流水量蒸發(fā)和滲漏要求的水量補充法等。輸沙需水量的計算方法雖然較多，但主要是針對黃河，且大多是從水力學的角度出發(fā)進行研究，不便于操作和應用。實現水沙平衡需用的水量究竟如何計算，至今尚未見到令人滿意的計算方法或計算結果。入海水量的計算方法基本上是宏觀估算，沒有定量計算方法。