生態(tài)需水在輸水工程生態(tài)影響評價中的應(yīng)用

全 元,劉 昕, 王辰星,3,單 鵬,3,董孟婷,3,唐明方,吳 鋼,*

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗室, 北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100049 3 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

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生態(tài)需水在輸水工程生態(tài)影響評價中的應(yīng)用

全 元1,2,3,劉 昕1, 王辰星1,3,單 鵬1,3,董孟婷1,3,唐明方1,吳 鋼1,*

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗室, 北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100049 3 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

以南水北調(diào)工程為例的輸水管道工程在解決我國水資源供需矛盾和地域分配不均的問題中發(fā)揮著重要作用,輸水管道工程的建設(shè)在產(chǎn)生巨大社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益的同時,也給工程建設(shè)區(qū)域、調(diào)水相關(guān)區(qū)域脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來新的問題。工程建設(shè)的環(huán)境影響評價往往關(guān)心工程建設(shè)、運(yùn)行時期對相關(guān)區(qū)域內(nèi)主要環(huán)境要素的影響、響應(yīng)及評價,而對工程建設(shè)相關(guān)的關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)的影響關(guān)注較小。而南水北調(diào)等輸水管道工程是與水密切相關(guān)的國家級大型工程,對工程建設(shè)區(qū)域、影響區(qū)域的水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響,如何科學(xué)、定量地評價輸水工程對關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)的影響是輸水工程建設(shè)管理人員關(guān)注的熱點(diǎn)之一?；趯ι鷳B(tài)需水評價理論與方法的總結(jié)及輸水工程生態(tài)影響定量評價難點(diǎn)的分析,對生態(tài)需水與水生生態(tài)系統(tǒng)健康之間相輔相成的關(guān)系進(jìn)行研究,提出了將生態(tài)需水引入輸水工程生態(tài)影響評價的技術(shù)路徑與評價模型。以南水北調(diào)中線工程為例,對其影響范圍內(nèi)的生態(tài)需水量進(jìn)行評價,進(jìn)而判斷工程建設(shè)運(yùn)行對相關(guān)區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)的影響。

生態(tài)需水;生態(tài)影響評價;南水北調(diào)中線工程

水資源短缺與地域分配不均是我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中在水資源配置方面不可忽視的雙重難題,以跨流域調(diào)水工程為主的大型輸水工程是解決這一難題的重要途徑之一。南水北調(diào)中線工程的建設(shè)目標(biāo)是解決北京、天津、山東等省份700萬人長期飲用高氟水和苦咸水的問題,并增強(qiáng)受水區(qū)水資源承載能力；在社會經(jīng)濟(jì)方面,實(shí)現(xiàn)北方地區(qū)工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值每年增加500億元和就業(yè)人口每年增加50萬至60萬人；并且有效緩解受水區(qū)地下水超采等區(qū)域水環(huán)境問題,為地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供保障[1]。然而,由于跨流域調(diào)水工程規(guī)模巨大,涉及生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜,影響范圍與程度不易確定,給輸水工程的生態(tài)環(huán)境影響評價尤其是對關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)的影響評價工作帶來了很大挑戰(zhàn)。通過定量、科學(xué)評價跨流域調(diào)水工程對生態(tài)系統(tǒng)造成的影響,不僅可以直觀反映工程的可行性與綜合效益,也能為大型輸水工程的建設(shè)管理提供決策支持。

生態(tài)需水量理論是近年來水資源利用領(lǐng)域廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問題,生態(tài)需水量的內(nèi)涵涉及生態(tài)學(xué)、水文學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多個領(lǐng)域,并且與生態(tài)系統(tǒng)健康(尤其是水生生態(tài)系統(tǒng))密不可分,是生態(tài)保護(hù)的有效評價工具之一。生態(tài)需水量的理論與方法近年來得到了迅速發(fā)展[2- 5],然而由于生態(tài)需水量概念復(fù)雜內(nèi)涵廣泛,至今國內(nèi)外對其仍沒有形成一個明確統(tǒng)一的定義。隨著生境法、生態(tài)系統(tǒng)分析法等生態(tài)需水量計算方法的完善,將生態(tài)需水評價引入生態(tài)影響評價中逐漸變成現(xiàn)實(shí),尤其在涉及水資源的建設(shè)項目中得到了廣泛的應(yīng)用。

目前輸水工程所引起的生態(tài)環(huán)境問題主要有：調(diào)水區(qū)下游水資源平衡被打破,沿線施工帶潛水層被破壞等。輸水工程生態(tài)影響評價在整體生態(tài)環(huán)境影響評價中存在著定量評價水平低、評價結(jié)果可信度低等問題,極大地影響了環(huán)境影響評價報告書的科學(xué)性降低了評價結(jié)果的可信度[6]。

本研究針對當(dāng)前輸水管道工程生態(tài)影響定量評價過程中出現(xiàn)的評價范圍、定量評價方法、評價閾值等方面存在的問題,通過對現(xiàn)有生態(tài)需水理論與評價方法的比較分析,提出將生態(tài)需水評價理論與方法應(yīng)用于輸水管道工程生態(tài)影響評價的理論、方法與注意事項。以南水北調(diào)中線工程為研究案例,對流域內(nèi)不同區(qū)域生態(tài)需水量做出了定量評價,評價結(jié)果為南水北調(diào)輸水工程生態(tài)影響評價提供了數(shù)據(jù)支持,也相應(yīng)地驗證了評價模型的現(xiàn)實(shí)可用性和實(shí)際操作性。

1 材料與方法

1.1 生態(tài)需水量及其評價方法

1.1.1 生態(tài)需水理論及內(nèi)涵

生態(tài)需水量是基于源于對水資源管理中保證恢復(fù)和維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能所需水量而提出概念。Gleick對基本生態(tài)需水的描述是,提供一定質(zhì)量和一定數(shù)量的水給自然生境,以求最少改變自然生態(tài)系統(tǒng)的過程,并保證物種多樣性和生態(tài)完整性[7]。錢正英等認(rèn)為,從廣義上講,生態(tài)需水是指維持全球生態(tài)系統(tǒng)水分平衡包括水熱平衡,水鹽平衡,水沙平衡,生物平衡所需用的水；從狹義上講,生態(tài)環(huán)境需水是指為維護(hù)生態(tài)環(huán)境不再惡化,并逐漸改善所需要消耗的水資源總量[8]。

國內(nèi)外眾多學(xué)者基于不同的研究背景、研究對象和研究目標(biāo)對生態(tài)需水量的概念做了多方面的解讀。劉昌明等基于河流生態(tài)系統(tǒng)的基本內(nèi)涵定義河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)需水量是為了維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的天然結(jié)構(gòu)與功能[9]。李麗娟等認(rèn)為生態(tài)環(huán)境需水量是指為維持地表水體特定的生態(tài)環(huán)境功能,天然水體必須蓄存和消耗的最小水量[10]。陳敏建從流域生態(tài)系統(tǒng)的角度出發(fā),認(rèn)為生態(tài)需水是在流域自然資源,特別是在水上資源開發(fā)利用的條件下,為維護(hù)以河流為核心的流域生態(tài)系統(tǒng)平衡,避免生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生不可逆的退化所需要的臨界水分條件[11]。馬樂寬等基于對不同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)需水的辨析,認(rèn)為生態(tài)需水是指“維持生態(tài)系統(tǒng)健康所需的水”,并提出了相應(yīng)的概念體系[12]。陽蓉指出生態(tài)需水量應(yīng)該是特定區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)需水量的總稱,包括生物體自身的需水量和生物體賴以生存的環(huán)境需水量,生態(tài)需水量實(shí)質(zhì)上是維持生態(tài)系統(tǒng)生物群落和棲息環(huán)境動態(tài)穩(wěn)定所需的用水量[13]。

本研究中認(rèn)為生態(tài)需水量是衡量與水資源相關(guān)的自然、人工或復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到其預(yù)定的生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的度量工具。生態(tài)需水量是生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在屬性變量,由生態(tài)系統(tǒng)的健康程度決定。生態(tài)需水量內(nèi)涵的關(guān)鍵要素包括生態(tài)系統(tǒng)的水資源特性、生態(tài)保護(hù)目標(biāo)與生態(tài)條件。生態(tài)保護(hù)目標(biāo)主要包括阻止生態(tài)系統(tǒng)的不再惡化與已破壞的生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)恢復(fù)。不同生態(tài)保護(hù)目標(biāo)確定最小的或者適宜的生態(tài)需水量。

生態(tài)需水的概念與生態(tài)缺水、生態(tài)環(huán)境需水、生態(tài)用水、生態(tài)耗水等相互重疊,很多研究人員并未對這些概念進(jìn)行區(qū)分,而是等同使用。但從生態(tài)影響評價的角度出發(fā),生態(tài)需水是由生態(tài)系統(tǒng)自身本所確定的維持系統(tǒng)健康水平的固有水量；生態(tài)用水則是水資源開發(fā)利用過程中,實(shí)際供給生態(tài)系統(tǒng)的水量；而國家統(tǒng)計局統(tǒng)計年鑒中的生態(tài)用水是除生產(chǎn)生活用水之外的水資源消耗。

1.1.2 河道內(nèi)生態(tài)需水量的計算方法

生態(tài)需水的評價方法主要有水力學(xué)法、水文學(xué)法、棲息地定額法、整體分析法、生態(tài)系統(tǒng)綜合分析法等。生態(tài)需水量概念復(fù)雜,計算方法多樣?；诓煌年P(guān)注熱點(diǎn),不同的研究人員在實(shí)際評價過程中秉承的生態(tài)需水量概念也不盡相同。如,關(guān)注水質(zhì)污染的研究者側(cè)重于維持水生生物所需的生態(tài)需水量,關(guān)注洪澇災(zāi)害的研究者側(cè)重于水文學(xué)分析等[14]。

水力學(xué)方法主要包括濕周法、R2CROSS法、生態(tài)水力模擬法、徑流與河床形態(tài)分析法、生態(tài)水力半徑法等。水力學(xué)方法通過考慮水生生態(tài)系統(tǒng)的健康水平確定相關(guān)的水力學(xué)參數(shù),進(jìn)而確定其生態(tài)流量。其中濕周法利用濕周作為棲息地質(zhì)量的評價指標(biāo),建立臨界棲息地濕周與流量的關(guān)系曲線,根據(jù)濕周流量關(guān)系圖中的拐點(diǎn)確定河流生態(tài)流量。劉昌明等提出的生態(tài)水力半徑法是通過給予水力半徑生態(tài)學(xué)的意義,確定生態(tài)水力半徑,然后根據(jù)生態(tài)水力半徑推求過水?dāng)嗝娴牧髁?并將其記為滿足一定生態(tài)功能的所需要的生態(tài)流量[15]。

常見的水文學(xué)方法有蒙大拿法(Tennant法)、流量歷史曲線法、7Q10法、Texas法、NGPRP法、基本流量法等,其中蒙大拿法是水文學(xué)方法中最常用的方法。水文學(xué)方法的優(yōu)勢在于使用簡單、方便,計算結(jié)果和水資源規(guī)劃易于結(jié)合,可以在生態(tài)資料缺乏的地區(qū)使用,具有宏觀的指導(dǎo)意義。但其不足之處在于作為核心方法為單一的經(jīng)驗公式,沒有直接考慮生物需求和生物之間的相互影響,評價過程和結(jié)果過于粗略[16]。

棲息地定額法主要包括有效寬度法、加權(quán)有效寬度法及河道內(nèi)流量增加法(IFIM,Instream Flow Incremental Methodology),河道內(nèi)流量增加法的應(yīng)用最為廣泛。河道內(nèi)流量增加法綜合考慮棲息地相關(guān)的流速、最小水深、水溫及水質(zhì)參數(shù)等,但其存在的問題是實(shí)際評價過程中所要求輸入的信息缺失過多[17]。

整體分析法以盡量維持河流水生態(tài)系統(tǒng)原始功能為主要原則,評價相應(yīng)的完整生態(tài)系統(tǒng)的水需求量,包括發(fā)源地、河道、河岸地帶、洪積平原、地下水、沼澤和河口等。在整體分析法的評價過程中,河流的天然狀態(tài)是河流生態(tài)系統(tǒng)最基本的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。常用的整體分析法有南非的建筑堆塊法和澳大利亞的整體評價法等[18]。

生態(tài)系統(tǒng)分析法從生態(tài)需水理論的內(nèi)涵出發(fā),通過對生態(tài)保護(hù)目標(biāo)進(jìn)行分解并逐一梳理目標(biāo)之間的關(guān)系,最終確定生態(tài)需水量。生態(tài)系統(tǒng)分析法的一般性分析框架包括河流基本生態(tài)需水、保持河流水質(zhì)的生態(tài)需水、維持水生生物棲息地生態(tài)系統(tǒng)平衡需水、滲漏和蒸發(fā)生態(tài)需水、維持河流景觀及娛樂需水等[19- 21]。

基于生態(tài)需水量概念三要素(生態(tài)系統(tǒng)水資源特性、生態(tài)保護(hù)目標(biāo)和生態(tài)條件),各類生態(tài)需水量的計算方法存在的主要問題是成熟的生態(tài)需水量評價方法往往容易忽略生態(tài)保護(hù)目標(biāo)與生態(tài)條件,以生態(tài)系統(tǒng)為主的生態(tài)需水量計算模型又由于設(shè)計大量估算結(jié)果可信度不高。

1.2 輸水工程生態(tài)影響評價存在的問題

輸水工程生態(tài)影響評價中存在的主要問題有3個方面。

第一,確定生態(tài)影響評價的評價要素及范圍存在困難。主要的問題包括：(1)一般的生態(tài)影響評價均包括陸生生態(tài)系統(tǒng)、水生生態(tài)系統(tǒng)、水土流失3個方面,并沒有針對具體的工程內(nèi)容和工程特性對生態(tài)要素進(jìn)行逐一確定,評價重點(diǎn)不明顯；(2)評價要素的時空范圍與生態(tài)影響不匹配,因而,如何準(zhǔn)確評價工程的影響范圍、影響的時間長短需要更加精確的規(guī)定與說明。

第二,評價方法存在的問題。主要問題包括：(1)定性描述的方法居多,定量分析的方法應(yīng)用較少；(2)定量評價方法存在的精度與可行性不匹配的問題,即要求評價結(jié)果精度越高,評價所缺乏的資料越多,存在的不確定性程度越高,評價工作的可行性越低；(3)現(xiàn)有的比較成熟的評價方法不能應(yīng)用于重要且敏感的生態(tài)問題的評價。(4)技術(shù)導(dǎo)則中提到的方法(如列表清單法、類比分析法等)沒有明確統(tǒng)一的評價規(guī)范,對評價結(jié)果產(chǎn)生較大影響從而導(dǎo)致誤差過高。

第三,監(jiān)測與反饋的缺乏。主要的問題包括：(1)一般來講,評價中的生態(tài)監(jiān)測只是“狀態(tài)監(jiān)測”而非“過程監(jiān)測”,評價結(jié)果并不能真實(shí)反映生態(tài)環(huán)境的變化趨勢與規(guī)律；(2)對評價結(jié)果缺乏相應(yīng)的反饋機(jī)制,缺乏對評價結(jié)果的定量驗證,評價的糾錯能力不高。

1.3 生態(tài)需水在輸水工程生態(tài)影響評價中應(yīng)用的評價方法

1.3.1 評價技術(shù)路徑

生態(tài)需水理論與評價方法在近10年得到了長遠(yuǎn)的發(fā)展,概念內(nèi)涵明晰、邊界凸顯、評價方法多樣,生態(tài)需水的評價具有較高的可操作性。將生態(tài)需水評價引入到生態(tài)影響評價的必要條件已經(jīng)滿足。隨著影響評價學(xué)科的進(jìn)一步成熟,對生態(tài)影響評價有效性的思考逐漸成為建設(shè)項目利益相關(guān)者、環(huán)境影響評價人員與公眾所關(guān)注的焦點(diǎn)問題,由此也引發(fā)了生態(tài)影響評價領(lǐng)域的諸多挑戰(zhàn),生態(tài)影響評價與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的專家學(xué)者也提出了一些應(yīng)對辦法,如實(shí)施生態(tài)累積影響評價,加強(qiáng)生態(tài)監(jiān)測與生態(tài)影響后評價等,但是這些方法均存在可操作性不強(qiáng)、定性分析成分居多的問題。對于生態(tài)影響評價定量、操作性高的評價內(nèi)容與方法的需求增高,將生態(tài)需水評價引入到生態(tài)影響評價中的充分條件也得到了滿足。

1.3.2 評價原則與評價流程

輸水工程的生態(tài)需水評價應(yīng)與生態(tài)影響評價同時展開,遵循重點(diǎn)與全面相結(jié)合、預(yù)防與恢復(fù)相結(jié)合、定量與定性相結(jié)合的、注重吸納已有成果的原則。

具體評價流程如圖1所示,(1)確定評價工作等級,以《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則生態(tài)影響》為參考,若工程建設(shè)明顯改變水文情勢,則評價等級應(yīng)上調(diào)一級；(2)確定評價范圍,一般情況下,輸水工程的生態(tài)影響評價的評價范圍應(yīng)包括輸水區(qū)及其下游區(qū)域、輸水沿線、受水區(qū)以及移民安置區(qū)；(3)生態(tài)現(xiàn)狀評價,主要任務(wù)包括選擇生態(tài)敏感因子與評價因子,對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以及確定生態(tài)需水的評價方法；(4)生態(tài)影響預(yù)測評價,以完成生態(tài)需水評價結(jié)果的計算及分析為主要工作內(nèi)容；(5)生態(tài)防護(hù)與補(bǔ)償措施分析,主要任務(wù)是將防護(hù)、補(bǔ)償措施納入生態(tài)需水評價分析后,綜合得出生態(tài)需水的評價結(jié)果。

圖1 生態(tài)需水評價路線圖Fig.1 The assessment process of EcWR

1.3.3 評價模型

根據(jù)當(dāng)前已有的眾多研究成果、水利部發(fā)布的《河湖生態(tài)需水評估導(dǎo)則》中的結(jié)論[22],結(jié)合多個輸水工程的生態(tài)影響評價報告書中的數(shù)據(jù)測算結(jié)果：當(dāng)生態(tài)需水量低至10%的平均年徑流量時,河槽寬度、水深及流速顯著地減少,水生棲息地已經(jīng)退化,河流底質(zhì)或濕周有近一半暴露,旁支河道將嚴(yán)重地或全部脫水,對水生生態(tài)系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的威脅。因此,本研究提出蒙大拿法確定輸水工程生態(tài)需水評價的評價模型。最小生態(tài)需水量標(biāo)準(zhǔn)為調(diào)水前多年平均徑流量Rf的10%,記為EcWR0；參考值選取調(diào)水后多年平均徑流量Rh的20%,記為EcWR。

若 EcWR0

若 EcWR0>EcWR,則輸水工程對河道生態(tài)需水的結(jié)果不可接受,需要對工程對生態(tài)需水的影響做進(jìn)一步論證。

2 評價案例概況及數(shù)據(jù)來源

南水北調(diào)中線工程從丹江口水庫河南淅川陶岔渠引水,沿線建設(shè)明渠、暗渠等管道工程,輸水干線全長1431.9km。工程規(guī)劃分兩期實(shí)施,一期年均調(diào)水規(guī)模為95億m3,主要解決京、津、冀、豫四省(市)的水資源短缺問題。

圖2 漢江中下游各段多年平均徑流量 Fig.2 The average annual run off volume of midstream and downstream of the Han River

南水北調(diào)中線工程對漢江中下游的不利影響表現(xiàn)在水資源、水質(zhì)、地下水等多方面,如漢江下游枯水流量增大、河勢河床變化導(dǎo)致沿江農(nóng)田崩失、工農(nóng)業(yè)和生活缺水量增加、水污染加劇、水生生物種群數(shù)量減少、漁業(yè)捕撈量降低、航運(yùn)和電力受損等。

根據(jù)蒙大拿法,評價案例主要數(shù)據(jù)來源為收集了漢江流域中下游各段多年平均徑流量,如圖2所示。

3 結(jié)果與分析

本研究以南水北調(diào)中線工程對對漢江中下游的影響為重點(diǎn)案例,通過蒙大拿法的生態(tài)需水的評價模型,證明調(diào)水工程對其生態(tài)需水的影響?；谠u價模型的計算結(jié)果如表1所示,漢江中下游各段生態(tài)需水評價結(jié)果均可接受,從生態(tài)需水評價的角度,南水北調(diào)一期工程應(yīng)當(dāng)不會造成漢江中下游明顯的生態(tài)系統(tǒng)退化。

從漢江中下游各段最小生態(tài)需水量與參考值的評價結(jié)果來看,流域內(nèi)最小生態(tài)需水量隨著與取水點(diǎn)距離呈現(xiàn)先增后減的趨勢,但生態(tài)需水參考值不斷增加,生態(tài)需水參考值與最小生態(tài)需水量的差額逐漸增加(圖3)。

表1 生態(tài)需水評價結(jié)果

圖3 南水北調(diào)中線工程下游漢江流域各段生態(tài)需水量Fig.3 The EcWR of midstream and downstream of the Han river

4 討論與結(jié)論

輸水工程通常涉及跨流域調(diào)水、穿越復(fù)雜多樣的生態(tài)系統(tǒng)等客觀問題,不可避免會對調(diào)水區(qū)及其下游、調(diào)水沿線、受水區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成不同程度的影響。目前,雖然《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則生態(tài)影響》中提出了列表清單法、綜合指數(shù)法、類比工程法等評價方法,但這些方法在實(shí)際應(yīng)用中,仍然存在諸多限制,如類比工程法的使用中如何選擇類比工程、綜合指數(shù)法如何構(gòu)建綜合指標(biāo)體系等,因而在項目建設(shè)的生態(tài)影響評價中鮮有使用上述評價方法。本研究從輸水工程的工程特點(diǎn)及其生態(tài)影響評價中存在的現(xiàn)實(shí)問題出發(fā),結(jié)合生態(tài)需水評價理論和方法,提出了將生態(tài)需水評價引入輸水工程生態(tài)影響評價的技術(shù)路徑與評價模型。

研究結(jié)果表明,從生態(tài)需水評價的角度,南水北調(diào)中線一期工程不會影響漢江中下游各段生態(tài)需水的評價結(jié)果,映證了南水北調(diào)中線一期工程生態(tài)影響的評價結(jié)果。同時也進(jìn)一步說明,本研究提出的將生態(tài)需水評價應(yīng)用于輸水工程的生態(tài)影響評價的技術(shù)路徑與評價模型能夠有效評價輸水建設(shè)工程對生態(tài)系統(tǒng)健康水平的影響,為輸水工程生態(tài)影響定量評價提供了新的思路與方法。

輸水工程生態(tài)需水評價是定量評價方法,擺脫了人為因素對生態(tài)影響評價結(jié)果和預(yù)測的限制。由于輸水工程生態(tài)需水評價是基于多年水文、生態(tài)信息做出的過程評價,其結(jié)果相對其他根據(jù)特定時間節(jié)點(diǎn)狀態(tài)所做的狀態(tài)評價可信程度更高。然而本研究只提出了水文學(xué)方法的輸水工程生態(tài)需水評價模型,未來的研究可以嘗試提出其他生態(tài)需水計算方法的評價模型,并且搜集更多的輸水工程案例,進(jìn)行生態(tài)需水評價,驗證改進(jìn)和優(yōu)化現(xiàn)有模型,以期實(shí)現(xiàn)更客觀更準(zhǔn)確的生態(tài)需水評價。

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The application of ecological water requirements in the ecological impact assessment of a water conveyance project

QUAN Yuan1,2,3, LIU Xin1, WANG Chenxing1,3,SHAN Peng1,3, DONG Mengting1,3, TANG Mingfang1, WU Gang1,*

1StateKeyofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2CollegeofResourcesandEnvironment,UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

The water conveyance pipeline project plays an important role in solving the supply and demand contradictions and uneven geographic distribution of water in China. Considering the water conveyance pipeline project from a socially beneficial perspective, water supply would increase after the project completion in northern China, where there is heavy water scarcity; water environmental carrying capacity in these regions would be enhanced as well. From an economically beneficial perspective, construction of the pipeline for the water conveyance project would help to increase the regional output values of industry and agriculture, as well as create more jobs for the local residents and others. From an eco-environmentally beneficial perspective, the water conveyance pipeline would provide new solutions to problems such as groundwater overdraft and water pollution in the water-recipient regions. However, even with the aforementioned social, economic, and eco-environmental benefits to relevant regions, the construction of the water conveyance project also creates new problems for the fragile ecosystem and environment such as disruption of the ecosystem balance in the water source area, damage of the phreatic aquifer along the pipeline project, and so on. Therefore, we need to invest more funds, technology, and personnel into the construction and management of the water conveyance project because of this duality. At the same time, there are many obstacles to an ecological impact assessment of water conveyance projects, one of the most important being the lack of quantitative assessment methods. The determination of assessment scope, lack of ecological monitoring and feedback activities are also significant issues to consider in ecological impact assessments. How to assess the eco-environmental impact of water conveyance projects scientifically and quantitatively is a key decision to project construction and management. Initially, when the concepts of ecological water requirements were proposed in 1998, many researchers from various limnological disciplines of study, such as rivers, lakes, and wetlands, paid close attention to these concepts and relevant methods. Researchers interpreted and analyzed the concepts of ecological water requirements from hydrology, hydraulics, and ecosystem perspectives. The assessment methods and calculation models of ecological water requirement were enriched gradually, and the typical methods, such as Tennant, R2CROSS, and IFIM, among others, were widely applied in the assessment of ecological water requirement of rivers, lakes, and wetlands. In this study, based on the assessment theory, methods of ecological water requirement, and the quantitative analysis of ecological impact assessment, further reinforcing the relationship between ecological water requirement and ecosystem health, we established a technological roadmap and an estimation model for the eco-environmental impacts of the water conveyance project, which lie within the ecological water requirements. Using the Middle Route of the South-to-North Water Division Project as a case study, we assess the ecological water requirements of the relevant influenced regions. The results show that water transfer during the first phase of the South-to-North Water Division Project would not have a serious impact on water resources and the ecosystem in the region and would not result in the obvious ecosystem degradation. Additionally, the results prove that methods of ecological water requirement assessment are helpful to ecological impacts assessment.

ecological water requirement; ecological impact assessment; the Middle Route of the SNWD (South-to-North Water Division Project)

環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(201209029- 3)

2014- 11- 05;

日期:2016- 01- 15

10.5846/stxb201411052181

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wug@rcees.ac.cn

全元,劉昕, 王辰星,單鵬,董孟婷,唐明方,吳鋼.生態(tài)需水在輸水工程生態(tài)影響評價中的應(yīng)用.生態(tài)學(xué)報,2016,36(19):6012- 6018.

Quan Y, Liu X, Wang C X,Shan P, Dong M T, Tang M F, Wu G.The application of ecological water requirements in the ecological impact assessment of a water conveyance project.Acta Ecologica Sinica,2016,36(19):6012- 6018.