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水利工程论文-对生态需(用)水研究的几点看法.doc

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水利工程论文-对生态需(用)水研究的几点看法.doc

水利工程论文对生态需(用)水研究的几点看法摘要研究河流或流域的生态需(用)水是当前水利科研的热点,人类用水应当考虑其它生物的用水需求的理念已经被河流管理者广泛接受并逐渐应用于实践。但目前的研究基本概念较为混乱,研究成果难免会引起误导。关键词生态用水生态需水研究河流或流域的生态需(用)水是当前水利科研的热点,人类用水应当考虑其它生物的用水需求的理念已经被河流管理者广泛接受并逐渐应用于实践。但目前的研究基本概念较为混乱,研究成果难免会引起误导。1、生物群是生态需(用)水的主体生态学最早起源于生物学,主要研究生物及其环境的相互关系,即它是一门研究生物的生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的学科。生态学进一步发展提出了生态系统概念,它的涵义是由生物与环境相互作用构成的整体。在一定时空范围内,生物成分和非生物成分通过彼此间不断的物质循环、能量流动和信息传递,相互联系,相互影响,这样共同形成的一个生态学功能单位,叫做生态系统。生态系统包括4大组分生产者(主要是绿色植物)、消费者(包括食草动物、食肉动物、杂食动物、寄生动物、腐食动物等)、分解者(主要是细菌和真菌)、非生物环境(是生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动的场所,即生物的栖息地、繁殖地和迁徙地)。生态系统的核心组分是包括生产者、消费者和分解者在内的生物群落。从上述的基本概念看出,生态系统至少反映两层涵义(1)特别强调生物是系统的主体,而研究生态系统的目的是希望生态系统中生物群落之食物链能够正常运行、生物群落能够正常演替。(2)人是生态系统中生物群落的一员。因此,所谓生态需(用)水,用户主体是包括人在内的生物。这样看来,目前在进行流域生态需(用)水研究时,把人类需(用)水排除在外显然存在一定问题。所谓流域生态用水,应该指全流域范围内所有生物(包括人类、植物和其它动物)繁衍生息所使用的水,其中,人类用水占相当大部分。按此推论,显然违背了人们提出生态需(用)水概念的初衷。所谓流域生态需水,是指整个流域生态系统正常运行所需要的水。它同样包括人类生产生活需水和其它生物需水两部分。但研究后者显然没有实际意义,因为在流域那么大的区域,人们不会为了实现生态价值而经常到山上或荒野去浇灌林草。无论是林草用水,还是林草需水,都只是个被动接受问题。因此,在流域层面如何研究生态需(用)水值得进一步思考。不过,如果能分别把流域生态系统中农地、草地和林地的实际耗水量及其对河川径流的影响研究清楚,显然对流域水资源评价和分配具有重要的意义。仅研究河流生态系统的需水则可以避免以上困难。因为,河流生态系统是指河道的水流区域和与此水域有直接水体交换的生态单元(如湿地生态系统和河岸生态系统)。对于绝大部分河流而言,河流生态系统中不会包括人类。由于人类从河川大规模引水,使得河流生态系统中生物群的繁殖地、栖息地和迁徙地受到很大影响,进而影响生物群的繁衍生息,这样的情况在世界各国的很多河流都不同程度在存在,因此,人们提出了河流生态需水概念,目的是想通过约束人类对河川径流的索取量,使河流生态系统中的生物群能正常繁衍生息。总之,利用生态学的基本理论解决水问题,要考虑其适用范围,否则容易让人误解。2、明确生态恢复目标是确定生态需水的前提漫谈生态需水是没有意义的。谈生态需水必须要明确生态恢复的目标,即生态健康的指标。这些年,国内外有不少人作这样的研究,最广泛接受的观点为所谓生态系统健康的主要指标包括活力、弹性力和组织等三方面,其中活力指系统中物质和能量的交换量,弹性力指系统抵御压力和在压力减小时从干扰中恢复的能力,组织指系统的复杂性,一般认为系统越复杂越健康(但未看到资料说明,为什么系统越复杂越健康)。定性的概念好像很科学,但关键是量化的、具体的指标是多少由于研究生态健康指标的复杂性,人们更希望用一些指示性物种来代表生态系统的健康程度,即生态系统保护,应该是保护系统中关键种群的繁殖地、栖息地和迁徙地。所谓关键种,是指生态系统或生物群落中那些相对其多度而言对其它物种具有非常不成比例影响,并在维护生态系统的生物多样性及其结构、功能及稳定性方面起关键性作用,一旦消失或削弱,整个生态系统或生物群落就可能发生根本性变化的物种。为恢复河流生态系统的健康,人们需要深入调研河流生态系统中生物群落的组成,从生物多样性和社会角度,提出最需要保护的关键生物种群和对生物繁衍生息至关重要的湿地或湖泊规模。需要指出的是,确定河流生态系统保护的目标不仅仅是一个科学问题,也是一个社会问题,它很大程度上取决于当时人们的价值取向。3、生物繁衍生息与水流条件的响应关系是计算河流生态需水的基础必须明确,水流条件不是决定生态系统健康的唯一因素。根据生态学研究成果,影响生态系统健康的因素包括(1)水流条件,包括河流的水循环状态或降水、流速和流态、水体质量等,它是生态系统中生命的基础元素。那么,为了某生态系统在某水平下运行所需要的水就叫做生态需水该生态系统实际运行用掉的水叫做生态用水。生态系统运行所需要的水来自降水、河川径流、土壤水和地下水等水源。(2)碳、氮、磷等重要营养物质条件,它们分别是生态系统的骨架元素、代谢元素和信息元素(3)土地利用方式。特别是湿地附近的土地利用方式直接影响湿地的规模和结构(4)空气质量,它对生物的生存环境具有重要影响(5)气候变化(6)外来生物物种入侵等。由此可见,没有水,生态系统中的生物群落没法生存和演替但仅仅有水,远远还不能满足生态系统健康的要求。要计算河流的生态需水,需利用多年河川径流变化资料和同期保护物种或保护物种的栖息地等变化资料,建立两者之间的相关关系。那么,在已知的河流生态系统保护目标基础上,就可以计算出河流生态需水量。在过去的几十年中,人们并没有有意识地对以上数据进行系统观测,因此,要建立该响应关系可能是一个非常困难的工作。正是由于这么多的困难,近20多年来,国际上发展了数十种河流生态需水计算方法,包括标准流量法(如7Q10,Tennant和Q95等)、水力学法如RCROSS,湿周法和Richter法等,并因计算简单而被广泛采纳,计算结果大多在河川天然流量的60~80%之间。但问题是(1)天然径流系列的选择缺乏科学论证(2)由于方法本身缺乏物理意义,因此缺乏科学数据来证明,如果满足这样的径流条件,河流生态系统处于什么样的健康水平。4、黄河生态需水范畴刍议黄河的情况与其它江河不同,其下游滩区居住着181万人,他们理所当然的成为河流生态系统生物群的重要组成部分,其生产生活需水也应是河流生态系统需水的重要组成部分。但在目前全流域缺水的特殊背景下,考虑到目前河流生态保护的重点和热点,可以在有说明的前提下,按照目前流行的河流生态需水概念,下游滩区生产、生活需水暂不纳入黄河生态需水范畴。这样,黄河的河流生态系统需水应包括(1)维持河流水体一定规模生物群的繁衍生息所需要的河川径流条件,包括流量、流速、水深等。(2)维持一定规模淡水湿地所需要的水量。(3)维持河岸生态单元良性运行所需要的水流条件,不过该问题的难度在于难分清多少来自降水,多少应该依赖河川和地下水。由于黄河的特殊性和复杂性,河道输沙需水以及自净需水等是否纳入黄河生态需水还有待进一步商榷黄河是一条高含沙河流,其泥沙必须依赖水流动力输送至致灾最小区域,如深海、河口或滩区低洼地带,否则主槽就会萎缩、悬河和二级悬河就会加剧,进一步影响防洪安全,我们把这部分水需求叫做输沙需水。因此,在黄河河川径流的配置中,必须考虑输沙需水。显然,输沙需水的主要服务对象是河流自身,而不是河流内的生物,因此将输沙需水作为河流生态系统生物群繁衍生息所需要的水是很勉强的。输沙需水实际上是河流自身需水,最终反映为可持续地保护人类安全的河流需水。在一定的污染水平下,为维持河川水质良好,也需要维持一定的河川流量,以通过稀释等达到自净目的,我们暂把该水量称之为自净需水。维持一个良好的水质,不仅是河流生态系统生物群繁衍生息的需要,更是两岸人民生活生产的需要,因此,把自净需水直接纳入河流的生态需水也是不合适的。

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