水利部水利水电规划设计总院

水利部水利水电规划设计总院2009年12月,水利部公益性财政专项,水工程规划设计标准中关键生态指标体系研究与应用,1、水工程规划设计关键生态指标体系2、指标定义及内涵3、指标阈值5、标准体系及准则6、问题与展望,水工程是河流功能开发的主要手段，也是影响水生态的主要动因。保护水生态，构建生态友好型水工程规划设计体系是重要而紧迫的任务。,水,BasicNaturalResourceandStrategicEconomicResource,ControllingFactorofEcologyandEnvironment,经济社会发展的重要支撑和保障,基础性的自然资源和战略性的经济资源,生态环境的控制性要素,KeySupportandSafeguardofSocio-EconomicDevelopment,Water,技术路线,1.1指标体系构建的原则和方法1.2生态指标体系结构1.3水工程规划设计关键指标体系,1、水工程规划设计关键生态指标体系,1.1指标体系构建的原则和方法,构建原则,结构：科学性层次性尺度性综合性,指标：代表性与独立性连续性与动态性传统性与创新性可比性与实用性,1.2生态指标体系结构,水工程规划设计阶段及类型划分,结合我国水工程规划设计的阶段划分和工程分类，分析各类型水工程生态影响要素及其空间尺度效应，建立如图水工程规划设计关键生态安全指标体系结构：纵轴表征生态属性和生态指标，横轴表征水工程规划设计的不同阶段和类型，纵横轴交叉点为该生态指标与该工程类型结合判断影响敏感性和空间尺度特征，不同的空间尺度特征下，生态指标的分析评价方法存在差异。空白格表示该规划或工程设计类型一般无需进行该类指标分析。,水工程规划设计阶段及类型划分,属性层,要素层,指标层,属性层,属性层是指标体系的最上层，反映流域生态系统的基本特征。基于前述指标体系构建方法，属性层确定为水文水资源、水环境、河流地貌、生物及栖息地和社会环境五类。,要素层,要素层是属性层的进一步具体化，是表述各属性的具体生态要素。根据生态安全的涵义，在深入分析各属性的结构和关键特征的基础上，结合水工程与河流之间的相关关系的识别来确定各个属性层下的要素层结构。在5大属性的基础上，进一步划分成19个要素。,指标层,本研究针对指标体系各要素，按照流域生态系统驱动、压力、状态、响应等方面，应用理论分析、频度分析、专家咨询等方法，确定了36个关键生态指标。期间利用中国期刊网全文数据库、ProQuest数据库和Elsevier数据库等，收集到分析水工程与生态环境间响应关系的论文、报告等共计1250篇。,尺度,尺度是生态学中的重要概念，通常包括时间尺度和空间尺度，是指观察或研究对象(包括物体、现象或过程)的时间单位和空间分辨率。,空间尺度,流域尺度（basin）廊道尺度（corridor）河段尺度（reach）,3.3水工程规划设计关键指标体系,2关键生态指标释义,水资源可利用量Cwr-1：在保障流域生态安全和水资源可持续利用的前提下，一个流域或区域的当地水资源中，可供河道外经济社会系统开发利用消耗的最大水量（按不重复水量计算，即流域或区域的净耗水量加调出流域或区域的调水量）。年径流变差系数变化率Cwr-2：指年径流序列均方差与数学期望的比值在规划实施前后的变化率，反映径流的年际变化特性。径流年内分配偏差Cwr-3：径流年内分配偏差指实际状况的月径流量与参照状况(多年平均)月径流量年内分配比例的差异程度，反映河川径流量多年平均情况下年内变化过程。,地下水埋深Cwr-4：地下水埋深是指地表至浅层地下水水位之间的垂线距离。地下水埋深和毛管水最大上升高度决定了包气带垂直剖面的含水量分布，与植被生长状况深密切相关。地下水开采系数Cwr-5：地下水开采系数是一定区域地下水的实际开采量与地下水可开采量(允许开采量)的比值。生态基流Cwr-6：生态基流是指为维持河流基本形态和基本生态功能的河道内最小流量。河流基本生态功能主要为防止河道断流、避免河流水生生物群落遭受到无法恢复的破坏等。对北方河流，应提出汛期和非汛期生态基流要求。,敏感生态需水Cwr-7：敏感生态需水是指维持河湖生态敏感区正常生态功能的需水量及过程；在多沙河流，要同时考虑输沙水量。敏感生态需水应分析生态敏感期，非敏感期主要考虑生态基流。,3.1指标阈值研究方法3.2水生态分区研究3.3关键生态指标阈值实例,3、生态指标阈值研究,3.1指标阈值研究方法,水工程生态指标阈值特点,集中反映人类活动与河湖生态安全的关系,水工程生态指标阈值特点,定量化,半定性半定量,定性化,表达型式多样化,数值点,数值区间,原则,方法,数值与方法相结合,水工程生态指标阈值分析方法,经验总结,规范标准及类比,模型分析,专家判断,统计模型,物理模型,数学模型,研究目的：通过分析各分区自然地理及水资源特征、流域生态现状及保护等现状情况，以水生态特征为主线，构建不同区域的水生态分布特点和规律进行水生态分区（同一分区的生态指标的阈值基本一致），为阈值研究提供基础和依据。,3.2水生态分区研究,分区原则：指标阈值的区域性原则与有关区划相协调的原则流域与行政区划有机结合的原则分区依据:自然地理及气候特征全国水资源分区全国生态功能区划,结合我国由西向东形成的三大阶梯地貌类型，参照全国生态功能区划方案，将全国划分七大水生态一级分区，结合地理位置、气候带以及降雨量分布，分别命名为：东北温带亚湿润区（109.37万km2）华北东部温带亚湿润区（72.28万km2）华北西部温带亚干旱区（95.44万km2）西北温带干旱区（204.81万km2）华南东部亚热带湿润区（121.76万km2）华南西部亚热带湿润区（118.46万km2）西南高原气候区（228.99万km2）。,分区成果,根据全国水资源分区和生态功能区划成果，在每个水生态一级区内，依据气候、降雨、人口密度、大城市分布情况以及水源涵养、生物多样性、土壤保持、地下水保护、水域景观等生态功能，参考50个全国重要生态功能区划及水资源综合规划分区，将全国分为34个水生态二级分区，东北温带亚湿润区5个，华北东部温带亚湿润区4个，华北西部温带亚干旱区4个，西北温带干旱区5个，华南东部亚热带湿润区6个，华南西部亚热带湿润区5个，和西南高原气候区5个。类型区的范围，以水资源综合规划三级区套地级行政区划为基本单元具体划分。类型区以习惯地理地貌名称命名。,分区成果,南方河流，应采取多种方法计算，取其外包线作为生态基流的阈值；为保证河流水质，生态基流应不小于90%保证率最枯月平均流量，如采用Tennant法，则应取多年平均天然径流量的20-30%以上。北方河流，应分非汛期和汛期分别确定，并尽量应用多种计算方法。一般情况下，非汛期生态基流应不低于多年平均天然径流量的10；汛期生态基流可按多年平均天然径流量20-30%，或汛期平均流量的10%在汛期合理确定。断流河段（如内陆河、海河、辽河等）生态基流汛期为同期流量的10%；非汛期生态基流可根据各流域综合规划的结果确定。,3.3生态指标阈值实例,生态基流指标阈值（半定性半定量）,结合目标河段实际水资源量、年径流过程、水资源开发程度以及水质现状，以区域经济不受较大损害为前提，选择最大的计算结果作为生态基流阈值。在已开展生境模拟法和整体法计算生态基流的河流，生态基流阈值应参考其计算成果。非汛期生态基流必须能够满足水质达标对流量的要求。在西北内陆水生态区，潜水河段不强制要求满足生态基流。,生态基流指标阈值（半定性半定量）,4水工程生态保护标准体系与相关技术准则4.1水工程生态保护技术标准体系4.2水工程规划设计生态保护基本准则4.3水工程生态保护专项标准准则,我国水工程规划、设计等标准中水工程建设生态环境保护内容较少，而且存在概念模糊，认识程度不够等问题在生态环境保护标准制定中，更注重水环境、污染等方面，对生态物种多样性、完整性等涉及较少，不能对技术法规中提出生态保护要求进行有效的约束和管理影响评价类标准由于生态环境保护基础标准的不足，导致水工程建设生态环境保护影响评价标准混乱、认识不够统一等诸多问题综合、规划、施工类专业标准中生态环境保护的内容和要求，多属于宏观方向性把握，操作依据不够充分,综上，我国水利标准体系在保护生态安全方面存在缺陷，急需建立完整的水工生态保护技术标准体系。,4.1水工程生态保护技术标准体系,现行技术标准中的主要问题,技术标准体系框架示意,4.2水工程规划设计生态保护基本准则,水利规划阶段生态保护准则,工程设计阶段生态保护准则,1、本次研究提出了流域生态系统与流域生态安全的概念及内涵，初步建立了流域生态安全的理论基础，但目前的研究处于探索阶段，理论有待进一步完善。河流生态系统及其生态安全是水利学与生态学交叉领域的研究热点，需进一步提升和完善流域生态安全的相关理论，形成流域生态安全理论体系。2、本次研究完成了水工程规划设计关键生态指标体系的构建，研究成果还需要在实际的工程规划设计实践中检验和完善，需通过实践进一步提高指标体系的科学性、代表性和实用性。,5问题与展望,3、生态指标的阈值研究与生态安全技术