生態(tài)流量保障相關(guān)問題研究

林育青，陳求穩(wěn)

（南京水利科學(xué)研究院，水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，210029，南京）

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。 水與人類生存發(fā)展、人類幸福感密切關(guān)聯(lián)。 隨著“綠水青山就是金山銀山”等生態(tài)文明理念日益深入人心，人民對享受美好生態(tài)環(huán)境的愿景越來越強(qiáng)烈， 提升河湖水生態(tài)健康、建設(shè)“幸福河湖”是人民對美好生活的迫切需求，也是當(dāng)前及今后水利改革發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

生態(tài)流量是保障河湖生態(tài)功能的重要指標(biāo)，是統(tǒng)籌生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水， 優(yōu)化配置水資源的重要基礎(chǔ)，事關(guān)國家水安全保障和生態(tài)文明建設(shè)大局。 合理確定河湖生態(tài)流量，實(shí)施嚴(yán)格的生態(tài)流量管控，是當(dāng)前建設(shè)“幸福河湖”的核心問題，也是全面貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想和新時期治水思路的具體體現(xiàn)。

一、生態(tài)流量的內(nèi)涵

根據(jù)不同保護(hù)要求，生態(tài)流量可分為基本生態(tài)流量和目標(biāo)生態(tài)流量?；旧鷳B(tài)流量是指維持河流、 湖泊、沼澤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能不喪失，需要保留在河湖沼內(nèi)的最小水量及其過程， 是河湖生態(tài)水量要求的底線?；旧鷳B(tài)流量又可分為生態(tài)基流和敏感期生態(tài)流量、不同時段生態(tài)流量和全年生態(tài)流量等表征指標(biāo)。 目標(biāo)生態(tài)流量是指正常發(fā)揮河流、 湖泊、沼澤生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，需要保留在河道內(nèi)的流量。

目前， 自定目標(biāo)的生態(tài)流量認(rèn)可度不一，多以綜合規(guī)劃和行業(yè)部門確定的生態(tài)基流及敏感期生態(tài)流量為主。

二、生態(tài)流量的確定

1.常用計(jì)算方法

生態(tài)流量的計(jì)算應(yīng)根據(jù)河湖生態(tài)環(huán)境功能、生態(tài)環(huán)境狀況及人類對河流的開發(fā)利用程度，合理確定維持河流基本生態(tài)環(huán)境功能和維系給定目標(biāo)下生態(tài)環(huán)境功能的不同保護(hù)要求，計(jì)算基本生態(tài)環(huán)境需水量和目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量。

迄今為止，國際上有200 多種生態(tài)環(huán)境流量計(jì)算方法，大致可分為水文學(xué)法、水力學(xué)法、棲息地評價法、整體分析法。 常見計(jì)算方法見表1。

按照河流生態(tài)流量的計(jì)算方式，又可劃分為查表法、數(shù)據(jù)分析法、功能分析法、水力棲息模型法等4 類，其中Tennant 方法是查表法的代表，基于IHA（Indicators of Hydrologic Alteration）的變動范圍法是數(shù)據(jù)分析法的代表，BBM（Building Block Methodology）法是功能分析法的代表方法。

實(shí)際計(jì)算生態(tài)流量過程中， 并不局限于單一的方法，可將兩種或多種方法結(jié)合使用，例如將水文學(xué)與水力學(xué)結(jié)合，將水文學(xué)與棲息地法相結(jié)合等。

表1 生態(tài)流量計(jì)算基本方法

2.不同生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)流量計(jì)算

保障河湖生態(tài)流量（水量）目的是為了維持河流、湖沼生態(tài)系統(tǒng)的基本形態(tài)、生物基本棲息地，以及生物多樣性等生態(tài)功能。 由于不同生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能不同，其對應(yīng)的生態(tài)流量各具特征。 在計(jì)算生態(tài)流量時，要根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征選擇合適的生態(tài)流量計(jì)算方法。

河流生態(tài)系統(tǒng)可根據(jù)地理位置及河流大小特征等細(xì)分為： 大江大河與支流溪流、山區(qū)河流與平原河網(wǎng)、高含沙河流以及咸淡水交錯的河口等。 不同河流類型的生態(tài)流量共性表現(xiàn)為，水文情勢及水力學(xué)要素是河流生態(tài)流量的重要影響因子。 根據(jù)資料的齊備情況， 通常可采用水文學(xué)法、 水力學(xué)法、棲息地評價法等計(jì)算生態(tài)流量。

然而，不同類型河流的生態(tài)流量又各具特點(diǎn)。 例如，山區(qū)河流多建有大型水利工程，水文情勢的改變以及其對生物棲息地的影響需要在推求生態(tài)流量時予以考慮；平原河網(wǎng)閘壩密布，流速較小，生物基本棲息地功能下降甚至喪失，需要實(shí)施嚴(yán)格的生態(tài)流量管控； 部分溪流由于小水電項(xiàng)目的過度開發(fā)，出現(xiàn)減脫水河段，河流出現(xiàn)不同程度萎縮甚至斷流， 計(jì)算生態(tài)流量時應(yīng)予以重點(diǎn)考慮水流連通性。 河口區(qū)的生態(tài)流量， 主要目的是維持河口基本形態(tài)，河口灘地潮間帶水生生物基本棲息地，同時要考慮防潮壓咸等生態(tài)環(huán)境功能，因此可根據(jù)河口泥沙輸運(yùn)、 河口水生生物需水、河口水鹽平衡等計(jì)算河口生態(tài)流量。

湖沼生態(tài)系統(tǒng)主要包括湖泊、沼澤、濕地等。 湖沼生態(tài)需水計(jì)算通常采用水位作為指標(biāo)，通過核算生態(tài)水位，推求湖泊生態(tài)流量（水量），以維持湖泊、沼澤的生態(tài)環(huán)境功能。

綜上所述， 生態(tài)系統(tǒng)組成與功能不同，其生態(tài)流量計(jì)算方法不同。 在實(shí)際計(jì)算過程中，通常多個生態(tài)系統(tǒng)相互聯(lián)系，例如河湖連通、河沼連通，以及河湖河口沼澤連通等，此時應(yīng)該將多個生態(tài)系統(tǒng)作為一個整體考慮，建立多個生態(tài)系統(tǒng)之間的水力聯(lián)系，推求滿足多個生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)流量過程。

此外，分項(xiàng)計(jì)算后需對所得的不同生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)流量進(jìn)行核驗(yàn)。 河流控制斷面生態(tài)流量均應(yīng)小于相應(yīng)時段的天然徑流量，一般不應(yīng)大于多年平均實(shí)測徑流（現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)社會用水?dāng)D占生態(tài)環(huán)境用水的河流除外）。 河口生態(tài)流量一般不大于多年平均入海水量。 湖泊沼澤生態(tài)流量應(yīng)與出入湖泊、沼澤的河流節(jié)點(diǎn)生態(tài)環(huán)境需水量相協(xié)調(diào)，年內(nèi)不同時段平均水位不大于天然情況下多年平均相應(yīng)時段水位（《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》SL/Z 712—2014）。

3.生態(tài)敏感期保護(hù)對象

河湖生態(tài)敏感期重點(diǎn)保護(hù)對象主要包括魚類生境、底棲生境、河谷林、河流濕地、防控水華等。

以魚類生境保護(hù)為例，可結(jié)合國家級種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)及河口控制斷面，根據(jù)魚類洄游、產(chǎn)卵等階段對流速因子的需求設(shè)定生態(tài)流速目標(biāo)，推求促進(jìn)魚類繁殖的生態(tài)流量；針對平原河網(wǎng)地區(qū)魚類越冬期對水深需求，設(shè)定最小水深，推求魚類越冬期所需生態(tài)水量；綜合魚類洄游、產(chǎn)卵、越冬重要生命階段，提出貫穿魚類完整生活史的生態(tài)流量過程，或者面向年內(nèi)不同時期各目標(biāo)物種的特殊需求確定年內(nèi)生態(tài)流量過程。

底棲動物和河岸帶植物相比，種類多、分布廣、生長周期較長、對水文條件變化敏感、能反映污染的長期累積效應(yīng)。 可利用底棲動物為指示生物，建立底棲動物棲息地質(zhì)量與流量的關(guān)系，量化底棲動物生活史對不同生態(tài)流量及其組分（基流、中流量、低流量脈沖、高流量脈沖）的需求。

針對水華控制，可根據(jù)藻類生長與流速及紊流強(qiáng)度的關(guān)系，采用抑制流速法推求滿足水華控制條件的生態(tài)流量； 或基于藻類生物量平衡，采用斷面通量法推算出控制水華所需的流量；或基于斷面通量法、抑制流速法分別推求面向水華控制的斷面生態(tài)流量， 然后取二者的外包線，得到典型斷面生態(tài)流量。此外，針對水華防控的生態(tài)流量計(jì)算， 還有斷面流量觀察法、斷面水質(zhì)目標(biāo)控制等方法。

實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮目標(biāo)魚類產(chǎn)卵、水華防控、濕地保護(hù)等多個生態(tài)敏感期保護(hù)對象的需求，推求河流全時段生態(tài)流量過程。

三、生態(tài)流量保證率與達(dá)標(biāo)評價

1.不同保障率

根據(jù)河流天然徑流的變化特征及其生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)的特點(diǎn)，生態(tài)流量可分為最小生態(tài)流量、 汛期生態(tài)流量、適宜生態(tài)流量，其中通常關(guān)注的是最小生態(tài)流量和適宜生態(tài)流量，它們都屬于非汛期生態(tài)流量。

①最小生態(tài)流量，是指在人類活動的影響下, 水體為了保證水生生物存在所需要的流量，即河流中可以滿足現(xiàn)狀生態(tài)要求的最小徑流量。 最小生態(tài)流量在年內(nèi)通常不是一個常量，同河道內(nèi)自然水流年內(nèi)變化特征類似，是一個連續(xù)變化的過程。

②適宜生態(tài)流量，是考慮目標(biāo)水體水生生物生存、 繁衍對水域水文、水力特性的要求，能夠維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和物種的生存、繁衍的徑流過程。 當(dāng)流量持續(xù)小于該數(shù)值時，將導(dǎo)致生物繁殖條件破壞、 生物量減少、生物完整性降低。 最小生態(tài)流量過程對于維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)來說是最低要求，是不利的水文條件，而適宜生態(tài)流量是保持河流生態(tài)系統(tǒng)健康和生物種群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的徑流過程。

③生態(tài)流量保證率，是指在保障最小生態(tài)流量的前提下，河流各斷面生態(tài)流量的保證程度。 生態(tài)流量保證率不僅可作為評估現(xiàn)狀條件下實(shí)際流量對于水生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)劣程度的指標(biāo)，還可作為中長期流域水資源管理中水庫與閘壩生態(tài)調(diào)度、水資源優(yōu)化配置的定量標(biāo)準(zhǔn)。

2.生態(tài)流量達(dá)標(biāo)評價方法

（1）生態(tài)基流達(dá)標(biāo)評價

對生態(tài)基流現(xiàn)狀達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行評價， 可設(shè)90%年份達(dá)標(biāo)為達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。 為得到科學(xué)可行的達(dá)標(biāo)評價方法，可考慮在月、日不同尺度上采用不同方法進(jìn)行評價，并對分項(xiàng)評價結(jié)果進(jìn)行對比分析，選擇一種相對合理的評價辦法。 評價方法可設(shè)置為：來水保證率在90%以上，逐月平均流量均達(dá)到生態(tài)基流的目標(biāo)值；來水保證率在90%以上，逐日平均流量均達(dá)到生態(tài)基流的目標(biāo)值； 來水保證率在90%以上，逐月平均流量達(dá)標(biāo)、維持河流不斷流且最長連續(xù)不達(dá)標(biāo)天數(shù)小于7 天。

（2）敏感生態(tài)需水達(dá)標(biāo)評價

對重點(diǎn)河流的敏感期生態(tài)流量現(xiàn)狀滿足程度進(jìn)行達(dá)標(biāo)評價，可以年內(nèi)和年度75%達(dá)標(biāo)率為準(zhǔn)，例如每年魚類產(chǎn)卵期有75%月份滿足、 近10年有75%以上年份滿足生態(tài)流量要求，則視為斷面敏感生態(tài)需水達(dá)標(biāo)。

四、生態(tài)流量管理

1.政策制定

生態(tài)流量是維護(hù)水生態(tài)安全的重要因子。 近年來，水利部門響應(yīng)國家號召，深入貫徹中央治水思路和新時期水利改革發(fā)展總基調(diào)，積極推進(jìn)水生態(tài)文明建設(shè)，在加強(qiáng)河湖生態(tài)流量確定與保障方面開展了大量的工作（表2）。

表2 近三年水利部門出臺的生態(tài)流量管理部分細(xì)則

2.優(yōu)化調(diào)度

我國水資源時空分布嚴(yán)重不均，對于維持河流生態(tài)流量不利。 一方面，我國水利水電工程數(shù)量位居世界前列，若缺少科學(xué)合理的生態(tài)調(diào)度模式，則會對壩下河湖生態(tài)造成不利影響。 因此， 需要加強(qiáng)流域水量統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)行取用水總量控制。 另一方面，對現(xiàn)有的水利工程調(diào)度模式進(jìn)行改進(jìn)，制定多目標(biāo)的調(diào)度方案、增加生態(tài)約束條件等，試行梯級水庫/水庫群“水文情勢最小干擾度約束”及“下游生態(tài)流量過程約束” 等生態(tài)調(diào)度模式，以補(bǔ)償人類對河流水資源的開發(fā)利用對河流水生態(tài)系統(tǒng)造成的不利影響。

3.標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則

目前有關(guān)生態(tài)流量目標(biāo)制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括 《河湖生態(tài)需水評估導(dǎo)則（試行）》（SL/Z 479—2010）、《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》 （SL/Z 712—2014）、《水資源保護(hù)規(guī)劃編制規(guī)程》（SL 613—2013）、《水電工程生態(tài)流量計(jì)算規(guī)范》（NB/T 35091—2016）等。 今后應(yīng)針對不同區(qū)域河湖生態(tài)體系的不同特點(diǎn)，制定分區(qū)分類的河湖生態(tài)流量目標(biāo)、完善生態(tài)流量計(jì)算及生態(tài)流量監(jiān)管。

五、生態(tài)流量保障工作的難點(diǎn)與重點(diǎn)

1.工程效益與生態(tài)效益之間的平衡

發(fā)電效益與生態(tài)效益之間的平衡是生態(tài)調(diào)度執(zhí)行過程中一個難題。豐水期， 生態(tài)流量一般均能夠滿足，此時水庫因防洪調(diào)度需要以及上網(wǎng)電價偏低產(chǎn)生大量棄水。 而春夏之交的枯水期，既是生態(tài)流量關(guān)鍵需求時期，也是電價高值期。 因此，需要實(shí)現(xiàn)不確定性條件下的日尺度生態(tài)調(diào)度，保障生態(tài)流量的同時，兼顧工程發(fā)電效益，實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的最大化。

2.協(xié)調(diào)水資源調(diào)配，做好中長期水文預(yù)報(bào)

遵循節(jié)水優(yōu)先的原則，集成保水節(jié)水技術(shù)和多目標(biāo)多過程的優(yōu)化配置技術(shù)， 構(gòu)建面向河湖生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的生態(tài)流量調(diào)控技術(shù)。 提高中長期水文預(yù)報(bào)能力，分析來水的不確定性，協(xié)調(diào)跨省跨流域水量分配， 加強(qiáng)水資源調(diào)度，建立水量調(diào)度協(xié)商工作機(jī)制。

3.檢驗(yàn)生態(tài)流量的生態(tài)效果，提高民眾生態(tài)調(diào)度的意愿

完善生態(tài)流量調(diào)配監(jiān)測體系，檢驗(yàn)生態(tài)流量調(diào)配后的生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)效果；健全生態(tài)流量管理機(jī)制，出臺生態(tài)補(bǔ)償及生態(tài)電價等相關(guān)政策，從政策和資金兩方面予以杠桿調(diào)控，提高管理單位及公眾的生態(tài)調(diào)度意愿。