河道是大自然的主動(dòng)脈和大血管，不僅具有行洪排澇、供水灌溉、交通航運(yùn)、水能發(fā)電等社會(huì)服務(wù)功能，而且具有棲息地、輸送、源匯、水分涵養(yǎng)、水體凈化、生物多樣性保護(hù)、景觀等多種生態(tài)環(huán)境服務(wù)功能。然而，水利水電工程的開(kāi)發(fā)建設(shè)，在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)，也在一定程度上改變了河道原有的水文情勢(shì)，容易對(duì)下游河道產(chǎn)生水質(zhì)惡化、棲息地安全性脅迫等水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，對(duì)河道生態(tài)環(huán)境服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生了不利影響。為了維持河道生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡，首先應(yīng)滿足其對(duì)水量的合理需求，尤其要滿足最小生態(tài)需水量的需求。如何既要滿足水利水電工程的用水需求，確保工程正常運(yùn)行，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的又好又快發(fā)展，又能滿足水利水電工程下游河道尤其是減水河段的最小生態(tài)用水需求，確保河道生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定不受破壞性影響，是一個(gè)亟需解決的新課題。進(jìn)行最小生態(tài)需水量的計(jì)算，不僅是建設(shè)項(xiàng)目水資源論證當(dāng)中的重要一環(huán)，更是解決上述新課題的技術(shù)基礎(chǔ)與關(guān)鍵。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，從生態(tài)水文學(xué)的角度，討論了引水式電站減水河段最小生態(tài)需水的概念及其計(jì)算方法。

1國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展概述

1.1國(guó)外研究進(jìn)展概述

20世紀(jì)70年代以前，國(guó)際上還沒(méi)有形成明確的河道生態(tài)需水量概念，英美等國(guó)開(kāi)始在法律中設(shè)定水庫(kù)下泄的最小流量，以滿足河流下流地區(qū)航運(yùn)、公共健康以及漁業(yè)對(duì)水量，水質(zhì)的需求[1,2]。但到80年代，伴隨著人們對(duì)河道生態(tài)系統(tǒng)及其生命健康的認(rèn)識(shí)與理解，河道生態(tài)需水量也逐漸得以重視與關(guān)注，并成為討論和研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。1989年，Gore建議在河流規(guī)定最小流量，并指出生物群落的最小流量需求僅是管理決策的一部分[3]。1998年，Gleick明確提出了基本生態(tài)需水量(BasicEc-ologicalWaterRequirement)的概念，即需要提供一定質(zhì)量和數(shù)量的水供給天然生境，以求最小程度地改變天然生態(tài)系統(tǒng)，并保護(hù)物種多樣性和生態(tài)完整性，認(rèn)為生態(tài)需水量在一定的時(shí)間和空間下是可以變動(dòng)的值[4]。2002年，David等認(rèn)為，如果濕地（湖泊）水量低于某一個(gè)量時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的破壞及功能的喪失。為了最大程度地實(shí)現(xiàn)濕地的生態(tài)價(jià)值，必須滿足它本身所需要的水量[5]。在生態(tài)環(huán)境需水及用水研究方法上，1976年，White為產(chǎn)卵、飼養(yǎng)和魚(yú)道定義了微生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，利用這些指標(biāo)和水力模型一起預(yù)測(cè)流量變化對(duì)漁業(yè)的影響[6]。1976年，Tennant提出了Tennant法，該方法是目前國(guó)內(nèi)外通用的一種確定河道內(nèi)推薦流量的方法，其河流流量推薦值以預(yù)先確定的年平均流量的百分?jǐn)?shù)為基礎(chǔ)[7]。1982年，Bovee提出的最小流量增量法（IFIM）是預(yù)測(cè)最小保護(hù)流量的一個(gè)方法[8]。1982年，Boner提出了7Ｑ10法，即采用90%保證率最枯連續(xù)7ｄ的平均水量作為設(shè)計(jì)值[9]。除此之外，還有基于水文學(xué)參數(shù)的Q95th、ABF、BasicFlow、Taxas等，基于水力學(xué)參數(shù)的濕周法、Singh、R2Cross等，生物/水力數(shù)據(jù)收集與分析方法（如Basque法、HQI法和RCHARC法等）、棲息地職業(yè)判斷法（如整體分析法、分區(qū)建快法BBM和專(zhuān)家小組評(píng)價(jià)法等）以及FRC等生物響應(yīng)模擬模型法等研究方法。從國(guó)外研究進(jìn)展來(lái)看，對(duì)水利工程下游河道尤其是引水式水電站減水河道最小生態(tài)需水量的研究并不很多。

1.2國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展概述

對(duì)于生態(tài)環(huán)境需水、用水等方面的研究，我國(guó)起步較晚，對(duì)生態(tài)環(huán)境需水、用水的概念、內(nèi)涵與外延等沒(méi)有統(tǒng)一的定義，對(duì)其計(jì)算方法的研究也并不深入和完善，多以定性分析和宏觀定量相結(jié)合的方法為主。1999年中國(guó)工程院開(kāi)展了“中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目,其中專(zhuān)題之一“中國(guó)生態(tài)環(huán)境建設(shè)與水資源保護(hù)利用”就我國(guó)生態(tài)環(huán)境用水進(jìn)行了較為深入的研究，界定了生態(tài)環(huán)境用水的概念、范疇及分類(lèi)，估算了我國(guó)生態(tài)環(huán)境用水總量約800～1000億m3(包括地下水的超采量50～80億m3)。這一研究成果對(duì)我國(guó)宏觀水資源規(guī)劃和合理配置具有十分重要的指導(dǎo)意義，推動(dòng)了生態(tài)環(huán)境用水研究的進(jìn)程，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者也相繼發(fā)表了有關(guān)文獻(xiàn)與著作[10]。21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)河道生態(tài)需水量研究理論趨于成熟，同時(shí)涌現(xiàn)出了許多適合我國(guó)實(shí)際情況的研究方法。同時(shí)，隨著人們逐漸認(rèn)識(shí)水利水電工程對(duì)下游河道生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響，專(zhuān)家和學(xué)者們開(kāi)始從不同的視角、不同的對(duì)象進(jìn)行了研究，并取得了一定成果[11-19]。目前，有關(guān)這方面的研究，在概念界定、計(jì)算方法等理論體系上還有很大的拓展空間和豐富內(nèi)容。

2最小生態(tài)需水量?jī)?nèi)涵

河道最小生態(tài)需水是一個(gè)很復(fù)雜的概念，不僅包括河道本身生態(tài)系統(tǒng)生理方面的要素，還包括復(fù)雜的人類(lèi)價(jià)值及生物的、物理的、倫理的、藝術(shù)的、哲學(xué)的和經(jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)。從上述國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展來(lái)看，由于研究的出發(fā)點(diǎn)和研究的對(duì)象等不盡相同，各學(xué)者對(duì)河道最小生態(tài)需水量的理解和表述也有所差異。河道是陸地和海洋聯(lián)系的紐帶，在生物圈的物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用。它具有縱向成帶現(xiàn)象，其生物多具有適應(yīng)急流生境的特殊形態(tài)結(jié)構(gòu)、相互制約關(guān)系復(fù)雜、自凈能力強(qiáng)、受干擾后恢復(fù)速度快等特點(diǎn)。但引水式水電站建成后，人為地減少了河道水量，減水河段的長(zhǎng)期水量減小使河道生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各種生物逐漸適應(yīng)生境而生存。因此，減水河道的最小生態(tài)需水與天然河道也有所區(qū)別。

根據(jù)生態(tài)學(xué)上的耐受性定律[20,21]：每一種環(huán)境因子都有一個(gè)生態(tài)上的適應(yīng)范圍大小，稱之為生態(tài)幅。即有一個(gè)最低和最高點(diǎn)，兩者之間的幅度為耐性限度。因此，作為減水河段主要生態(tài)因子之一的水量，應(yīng)在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，即有一個(gè)最高、最適和最低3個(gè)基點(diǎn)。其上限是減水河段最大生態(tài)需水量，超過(guò)此值，一方面，河道將水漫堤岸，可能發(fā)生洪澇災(zāi)害，嚴(yán)重威脅周邊地區(qū)生命財(cái)產(chǎn)安全；另一方面，河道在最大水量運(yùn)行期間在一定程度上因植物根系缺氧、窒息、爛根等而影響它們的生長(zhǎng)發(fā)育。下限是減水河道最小生態(tài)需水量，低于此值，植物根系部分的土壤含水層就會(huì)被疏干，植物會(huì)因吸收不到水量而干涸死亡，在一定程度上影響了水生生物棲息地，不利于水生生物的生存和繁衍后代，同時(shí)河道生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能也將會(huì)受到一定程度的損害。