天津市生態(tài)需水量分析

劉洪濤 劉薇 邵勇 卓熠

（1天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 天津 300204 2天津江河弘元環(huán)境技術(shù)研究有限公司 天津 300220）

天津市的在水資源方面存在諸如本地水資源嚴(yán)重不足、入境水量大幅減少、生態(tài)用水赤字巨大、水資源的保護(hù)形勢(shì)嚴(yán)峻等等問(wèn)題。為協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，維護(hù)生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置與可持續(xù)利用，對(duì)天津市的生態(tài)需水的研究是必要的。

1 概述

1.1 生態(tài)需水的定義

生態(tài)需水是一個(gè)復(fù)雜的概念，至今國(guó)內(nèi)外對(duì)其仍沒(méi)有形成一個(gè)明確統(tǒng)一的定義。本文采用《河湖生態(tài)需水評(píng)估導(dǎo)則》[1]（試行）（SL/Z 479-2010）中對(duì)生態(tài)需水的定義：將生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)過(guò)程維持在一定水平所需要的水量，指一定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的水生態(tài)系統(tǒng)對(duì)水量的需求。

1.2 生態(tài)需水的計(jì)算方法

目前河流生態(tài)需水的主要計(jì)算方法[2]有：（1）水文學(xué)方法，也稱“歷史流量法”、“統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)”。包括Tennant法（蒙大拿法）、基本流量法、流量歷時(shí)曲線法等。該方法主要利用歷史流量資料來(lái)推導(dǎo)河流的生態(tài)流量，取天然徑流的百分比作為河流生態(tài)需水的推薦值。（2）水力學(xué)法，包括濕周法、R2CROSS法、簡(jiǎn)化水尺分析法、WSP水力模擬法等。該方法應(yīng)用水力學(xué)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，分析河流流量與魚(yú)類棲息地指示因子之間的關(guān)系，從而確定生態(tài)需水量。其所考慮的參數(shù)有濕周、水面寬度、流速、深度、橫斷面面積等。該方法需要收集河流流量與河流橫斷面參數(shù)方面的數(shù)據(jù)。（3）棲息地法，通過(guò)評(píng)價(jià)水生生物對(duì)水力學(xué)條件的要求確定生態(tài)需水的方法。包括河道內(nèi)流量增加法、自然棲息地模擬系統(tǒng)、有效寬度法、加權(quán)有效寬度法等。

根據(jù)河流的生態(tài)環(huán)境功能將河流生態(tài)環(huán)境需水劃分為六部分[3]，分別為河流基本生態(tài)需水量、防治河流水質(zhì)污染的生態(tài)需水量、維持水生生物棲息地生態(tài)平衡需水量，河流水面蒸發(fā)和河道滲漏用水量、河流輸沙需水量、維持河流系統(tǒng)景觀及水上娛樂(lè)需水量。

2 天津市生態(tài)需水量計(jì)算分析

2.1 計(jì)算分區(qū)

依據(jù)天津市河湖水系和水資源的特點(diǎn)，將其劃分為北部山區(qū)、北系平原區(qū)、中心城區(qū)-濱海新區(qū)核心區(qū)和南系平原區(qū)等四個(gè)區(qū)。其中：

一區(qū)為薊運(yùn)河、?河以北的北部薊縣山地生態(tài)環(huán)境建設(shè)和保護(hù)區(qū)，是天津城市的水源涵養(yǎng)地。

二區(qū)為?河、薊運(yùn)河以南，永定新河以北的北部平原區(qū)，由武清、寶坻、寧河、漢沽四區(qū)縣及北辰區(qū)的部分地區(qū)組成，是我市地表水資源相對(duì)豐富的地區(qū)，城市防洪的緩沖區(qū)，生態(tài)建設(shè)的保障區(qū)。

三區(qū)為永定新河以南、獨(dú)流減河以北，是以中心城區(qū)-濱海新區(qū)核心區(qū)為主構(gòu)成的區(qū)域，是天津政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心和天津生態(tài)城市建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域。

四區(qū)為獨(dú)流減河以南的南部平原區(qū)，是城市防洪的緩沖區(qū)，生態(tài)建設(shè)的保障區(qū)。

2.2 計(jì)算水平年

近期水平年為2020年，遠(yuǎn)期水平年為2030年。2030年考慮南水北調(diào)東線通水、京津冀協(xié)同后水資源條件的改善，考慮適當(dāng)增大了三區(qū)和四區(qū)的生態(tài)補(bǔ)水量。

2.3 計(jì)算方法

由于水資源短缺，天津市生態(tài)用水不能完全保障景觀娛樂(lè)功能。而天津市的河流水系人工控制工程較多，實(shí)測(cè)流量并不能真實(shí)反應(yīng)天然徑流，且天津市的河流水系含沙量很小。因此，天津市的生態(tài)需水量只計(jì)算河流基礎(chǔ)流量、河道蒸發(fā)損失量、河道滲漏損失量三者之和的水量。 對(duì)于重要的一級(jí)河道和中心城區(qū)的景觀河道除以上三者的生態(tài)需水量外，還考慮一定量的景觀補(bǔ)水。

2.3.1 各分區(qū)的生態(tài)需水計(jì)算原則

受水資源條件的限制，各分區(qū)保護(hù)對(duì)象有所不同，其生態(tài)需水的滿足程度亦不同。

一區(qū)，河道的生態(tài)需水主要保護(hù)河道水面寬度，計(jì)算時(shí)僅為河道蒸發(fā)滲漏損失量。

二區(qū)，薊運(yùn)河、潮白新河、北運(yùn)河、青龍灣減河、龍鳳河、永定新河等一級(jí)河道的生態(tài)需水主要保護(hù)河道的形態(tài)功能，計(jì)算時(shí)考慮河道基礎(chǔ)流量與河道蒸發(fā)滲漏損失量之和；其他河道的生態(tài)需水僅計(jì)算河道蒸發(fā)滲漏損失量。

三區(qū)，河道的生態(tài)需水除滿足河道形態(tài)功能外，還要兼顧娛樂(lè)與生態(tài)旅游等功能。因此，海河干流、新開(kāi)河-金鐘河等一級(jí)河道的生態(tài)需水計(jì)算為河道基礎(chǔ)流量、河道蒸發(fā)滲漏損失量之和，并考慮中心城區(qū)北運(yùn)河閘、子牙河閘與海河二道閘間的河道景觀補(bǔ)換水量。中心城區(qū)的其他二級(jí)河道的也考慮了部分景觀補(bǔ)水量。

四區(qū)，獨(dú)流減河、南運(yùn)河、馬廠減河等一級(jí)河道的生態(tài)需水的保護(hù)目標(biāo)同三區(qū)，因此計(jì)算時(shí)除考慮河道基礎(chǔ)流量、河道蒸發(fā)滲漏損失量之和，還考慮部分生態(tài)補(bǔ)水。其他河道的生態(tài)需水僅計(jì)算河道蒸發(fā)滲漏損失量。

全市的湖庫(kù)濕地需水量包括天津市的湖泊、水庫(kù)、濕地及城鎮(zhèn)公園水體的生態(tài)水量。其中青甸洼、大黃堡洼、黃莊洼、七里海、團(tuán)泊洼、北大港等六個(gè)重要濕地的生態(tài)需水既要滿足形態(tài)功能，還要滿足生態(tài)旅游等文化功能，因此除計(jì)算蒸發(fā)滲漏損失量外，還考慮一部分維持生態(tài)景觀環(huán)境需要的景觀補(bǔ)水量。其余的湖庫(kù)濕地生態(tài)需水量均為蒸發(fā)滲漏損失量。

2.3.2 各分區(qū)的生態(tài)需水量計(jì)算方法

（1）生態(tài)基礎(chǔ)流量

采用最小月平均流量法[3][4]，即以河流最小月平均實(shí)測(cè)徑流量的多年平均值作為河流的基本生態(tài)環(huán)境需水量。其計(jì)算公式為：

式中，Wb為河道基本生態(tài)需水量；Qij為第i年第j個(gè)月的月平均流量；T為換算系數(shù)，31.536×106；n為統(tǒng)計(jì)年數(shù)。

對(duì)天津市主要的一級(jí)河道實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析，計(jì)算生態(tài)基礎(chǔ)流量的河道包括：潮白新河、北運(yùn)河、薊運(yùn)河、龍鳳河、青龍灣減河、永定新河、子牙河、海河、獨(dú)流減河、南運(yùn)河、新開(kāi)-金鐘河、馬廠減河。

（2）蒸發(fā)滲漏損失量

由水量平衡原理，蒸發(fā)損失的計(jì)算公式為：

式中，Wk為水面蒸發(fā)用水量；A為各月平均水面面積；E為各月平均蒸發(fā)量，由E601水面蒸發(fā)器測(cè)定結(jié)果計(jì)算而得；P為各月的平均降水量。

當(dāng)河道水位高于兩岸地下水位時(shí)，河水將通過(guò)滲漏補(bǔ)給地下水。一般采用傳統(tǒng)的達(dá)西定律計(jì)算。

天津市多年平均的蒸發(fā)量為1100mm，年平均降雨量為560mm～720mm，年滲漏損失深度為365mm～730mm。

通過(guò)分析計(jì)算，河道蒸發(fā)滲漏損失深度按1100mm計(jì)算，湖庫(kù)濕地蒸發(fā)滲漏損失按1000mm計(jì)算。

（3）景觀補(bǔ)水量

景觀補(bǔ)水量主要指中心城區(qū)海河干流及與之相通的二級(jí)河道的循環(huán)補(bǔ)換水量[6]，以及南部河道（獨(dú)流減河、南運(yùn)河、馬廠減河）的景觀補(bǔ)水量。

2.4 計(jì)算結(jié)果

通過(guò)分析計(jì)算，至2020年，天津市總用水量為140827×104m3，至 2030年，天津市總用水量為 179045×104m3，詳見(jiàn)表 1。

表1 各規(guī)劃水平年生態(tài)需水量預(yù)測(cè)成果

天津市各分區(qū)的河湖生態(tài)需水量預(yù)測(cè)成果見(jiàn)表2。

表2 天津市河湖生態(tài)環(huán)境需水量分區(qū)預(yù)測(cè)成果

3.1 依據(jù)天津市河湖水系和水資源的特點(diǎn)，本文對(duì)天津市主要的一級(jí)河道、重要濕地及參與水系連通的二級(jí)河道等的生態(tài)需水量進(jìn)行了分析計(jì)算。該成果可為天津市生態(tài)水量的供需平衡分析、為水資源調(diào)配和連通工程建設(shè)提供參考依據(jù)。

3.2 在計(jì)算生態(tài)需水量時(shí)，沒(méi)有全面考慮生態(tài)需水的各方面，比如水生態(tài)環(huán)境目標(biāo)，水生生物棲息地生態(tài)平衡需水量等，因此生態(tài)需水量的測(cè)算還需要進(jìn)行更為深入的研究，并通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)計(jì)算來(lái)分析驗(yàn)證。

3.3 河口生態(tài)需水量需單獨(dú)研究。

[1]河湖生態(tài)需水評(píng)估導(dǎo)則（試行）（SL/Z 479-2010）[S].2010.

[2]崔瑛，張強(qiáng)等，生態(tài)需水理論與方法研究進(jìn)展[J]．湖泊科學(xué)．2010，22(4):465-480．

[3]王西琴，劉昌明，楊志峰.生態(tài)及環(huán)境需水量研究進(jìn)展與前瞻[J]．水科學(xué)進(jìn)展，2002，13（4）：507-514．

[4]張代青，高軍省.河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算方法的研究現(xiàn)狀及其改進(jìn)探討[J]．水資源與工程學(xué)報(bào)，2006， 17(4)：68-73．

[5]徐志俠，王浩，董增川等.河道與湖泊生態(tài)需水理論與實(shí)踐[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2005．

[6]天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院.天津市水系聯(lián)通總體規(guī)劃[R]．天津．2004．