生态用水方案：减少淤积与防止海水入侵

生态环境是人类生存和发展的基本条件，是经济、社会发展的基础，一定的生态环境要靠一定的水量来维护。生态环境用水是指为维持生态与环境功能和进行生态环境建设所需要的最小需水量。我国地域辽阔，气候多样，生态环境需水具有地域性、自然性和功能性特点。生态环境用水量是具有相对性，建立或维持不同质量的生态环境，需要不同的生态环境用水量。从广义上讲生态环境用水是维持地球生态系统平衡，如水热平衡、生物平衡、水沙平衡、水盐平衡等所消耗的水分。狭义的生态环境用水是指为维护生态环境质量不再进一步恶化，并得到逐渐改善所需消耗的水资源量，包括水土保持中植被生态用水、维持河道不干涸的河道最小环境用水、地下水维持一定水位用水、河湖湿地生态系统修复用水、城市维持一定景观水面的城市河湖用水、维护海洋生态环境所需的入海水量及污染水域的稀释净化用水等。生态环境用水的数量与恢复和建设生态环境的标准有关(标准低则用水量小，标准高则用水量大)。简言之，生态环境建设所消耗的水就是生态环境用水，用水量的大小与生态环境建设的标准有关。按照修复和美化生态环境的要求，可按河道内和河道外两类生态环境需水口径分别进行计算。河道内生态环境用水一般分为维持河道基本功能和河口生态环境的用水。河道外生态环境用水分为城镇生态环境美化和其他生态环境建设用水等。

3.5.1.1　生态用水的主要组成部分

1.河流生态恢复用水量

河流生态恢复用水量主要考虑两方面:一是考虑河流水体维持原有自然景观，使河流不萎缩，并能基本维持生态平衡所需的最小水量;二是考虑现状条件各主要河段的污染情况，按照水污染防治规划和水环境功能区划的要求，所需增加的稀释水量。

2.城市生态环境用水

城市生态环境用水泛指维持城市生态水环境所必需的基本用水。城市生态环境用水包括水量、水体、水质、水能、水景等多种形式，包括绿化美化用水、旅游观光用水、河湖水系用水、地下补给用水、抽水蓄能用水等多个方面。城市生态环境用水应注意把握其空间、时间尺度，充分利用水的自然属性和经济属性，逐步提高城市生态水环境质量。

3.湿地恢复水量

湿地是自然界生物多样性最为丰富、独特的生态系统，具有调蓄洪水、调节气候、涵养水源、净化水质、维护生物多样性等多种重要的生态、经济、社会功能。保护湿地资源、维持湿地基本生态过程，是改善生态环境和保障社会可持续发展的需要，也是世界自然环境保护的重点之一。

4.地下水恢复水量

对地下水无节制的超采，会造成地下水位下降、地面沉陷等诸多问题，地下水生态环境日益恶化。因此必须严格控制地下水的超采，特别是深层地下水的超采。在有条件的地区还要进行地下水的人工回补与禁采部分浅层地下水，逐步使地下水位恢复到一个合理的水平。

5.入海水量

保持一定的入海水量是维持河口和海湾生态平衡所必需的，河流所挟带的营养物质和泥沙是海洋生物生长发育所需的营养物以及保持海岸线动态平衡的重要物质来源。此外，对于防止河口淤积和海水入侵，保持一定的入海水量也是十分必要的。因此，从生态及水、沙动力平衡角度出发，最小入海水量应考虑减少河口淤积、防止海水入侵及海洋生态需要。

6.水土保持生态用水

水土保持是维护河流水生态平衡的重要一环，实施水土保持，将使山区植被得到恢复，减少干旱、洪涝等自然灾害危害，减轻土壤侵蚀，保护人类赖以生存的土地资源，有力地促进山区经济的建设。水土保持所需的生态用水(耗水)，也属于生态环境用水的范围。

3.5.1.2　生态用水的计算方法

生态环境用水计量的主要目的是为了流域和区域水资源优化配置，保障水资源开发利用与生态环境保护和经济建设协调发展。如何计算生态环境用水，以何种生态环境作为基准计算生态环境用水则成为首先必须明确的问题，目前国内研究一致认为，为维持生态环境不至于进一步退化，应以生态环境现状作为评价生态用水的起点，而不是以天然生态环境为尺度进行评价。因此，书中所涉及的用水概念均是指狭义上的生态环境用水。

生态环境用水的各个方面有一定的重复，计算时需注意扣除重复量。

1.水土保持生态环境用水

以流域为单元，通过采取综合治理措施(生物措施、工程措施、农业耕作措施)改善流域生态环境，维持生态环境健康发展所消耗的水量，称为水土保持生态环境用水。其计量方法主要有两种:水文法和水保法。

(1)水文法。是根据对降雨、径流和产沙基本规律的分析，利用实测水、沙资料，建立降雨产流产沙模型(统计模型、概念性模型)，利用模型计算某一时期治理流域在未治理状态下的产流产沙量，与同一时期实测径流泥沙量相比，可得出水土保持生态环境建设减水量，再扣除治理前后流域工农业及生活用水增量，即得水土保持生态环境用水量。水文法的优点是简单易用，对同一流域使用效果较好，反映了水土保持生态环境建设的减水效应。

(2)水保法(成因分析法)。是从人类活动对下垫面条件的改变而引起水沙变化的实际情况出发，根据各项措施数量、质量和蓄水拦沙指标等因素分别计算各项水利水保措施的生态用水量，进而计算水利水保措施的单项及综合生态用水量。水保法属于经验统计方法，计算精度的关键是蓄水拦沙指标的确定和治理措施数量、质量以及分布的调查落实。

2.植被建设生态环境用水

植被建设生态环境用水是指在一定的气候和土壤水分条件下植被所消耗的水量。其计算公式为

式中:Wi为植被类型i的生态环境用水量;Ai为植被类型i的面积;Wfi为植被类型i在特定自然条件下的耗水定额。

由于影响植被耗水的因子非常多，耗水量很难测定和计算，至今没有统一的公式或模型可以准确地计算分布在各种自然条件下植被的耗水量。目前大多数学者所计算的植被用水均是通过间接模型推求的，从耗水角度而言，有些计算结果应属于植被需水量而非真正的用水量。

3.维持河流水沙平衡用水

水沙平衡主要是指河流中下游的冲淤平衡。为了输沙排沙，维持冲刷与侵蚀的动态平衡，需要一定的生态环境用水量与之匹配，这部分水量就称之为水沙平衡用水。在一定的输沙总量要求下，输沙水量直接取决于水流含沙量的大小。对于北方河流而言，汛期的输沙量约占全年输沙总量的80%以上，即河流的输沙功能主要在汛期完成，因此可以忽略非汛期较小的输沙水量。在上述假设前提下，河流汛期输沙用水量计算公式如下:

式中:Ws为输沙用水量;St为多年平均输沙量;Cmax为多年最大月平均含沙量的平均值;Cij为第i年j月的月平均含沙量;n为统计年数。

4.保护和维持河流生态系统的生态基流用水

河流生态系统的生态基流用水主要用以维持水生生物的正常生长，以及满足部分的排盐、入渗补给、污染自净等方面的要求。对于常年性河流而言，维持河流的基本生态环境功能不受破坏，就是要求年内各时段的河川径流量都能维持在一定的水平上，不出现诸如断流等可能导致河流生态环境功能破坏的现象。基于这种考虑，以河流最小月平均实测径流量的多年平均值作为河流的基本生态环境用水量。其公式为

式中:Wb为河流生态基流用水，亿m3;Qij为第i年j月的月均流量，m3/s;T为换算常数，为31.536×106;n为统计年数。

(1)环境保护稀释用水。环境保护稀释用水，是指把污水浓度稀释到某一标准所需的稀释水量。根据国家环境保护法、水污染防治法规定，工业废水须经过处理达到允许的排放标准后才能排放，并需加强对工业废水处理和排放的管理。因此，防治水源污染的主要措施是严格控制排污，稀释水体只是一种辅助性的改善水质的办法，特别在水源缺乏的地区，更不能靠稀释来解决水质污染问题。

现状和不同发展时期排污预测，各地环保和水源保护部门都进行了大量的工作，饮用水、地面水、渔业用水、农灌用水以及工业排放污水水质标准国家已颁发正式标准，各河、湖泊、水库控制水文站的水情资料也每年都有记录，这三种资料，就是计算环境保护稀释用水的基本资料。

稀释用水近似分析方法有下面两种。

1)按清、污比值确定稀释流量和用水量。首先，应调查了解各级分区内的污染源，包括污染负荷、污水量、污水排放方式、各种污染物排放浓度等;其次，要了解河段的污染特性，以确定控制该河段污染的临界期;最后，在此基础上，按一定的清、污比值确定稀释流量和用水量。根据污染物和污水浓度不同，清、污比取值从3～50不等。

2)由允许超标率确定防污临界流量。所谓允许超标率是指在某一规定的水样中，允许某污染物的超标次数和检出次数的比值。在控制某些项目达到一定超标率的前提下，即可定出河段的防污临界流量。各河段允许超标率及含义是不同的，例如长江某河段防污临界流量允许超标率为15%，要求达到这一指标的项目要占全部项目的60%以上，由此推算河段防污临界流量约为13000m3/s。据此，用不同典型年流量过程进行分析即可分析计算出防污需水情况。一般先定出设计流量情况下的河流允许(污染物)负荷量，再根据污染排放情况定出河流防污的临界流量，从而计算出稀释用水。

设计流量又称安全流量，它是指在一定保证率下的枯水流量。计算水域对污染物的允许保证率的确定，要从水文条件、水质目标、经济力量、技术可行等做具体分析、综合比较来确定。国外普遍采用近10年最枯7天的平均流量作为设计流量。我国则根据国内具体情况，对不同水域考虑如下设计流量情况:①河流近10年最枯月平均水量或90%保证率最枯月平均水量;②湖泊近十年最低月平均水位或90%保证率最低月平均水位相应的蓄水量;③水库死库容的蓄水量;④大江大河和水面辽阔的湖库，应确定相应的沿岸水保护区的水量为设计水量;⑤流向不定的水网地区和潮汐河流，应按流速为0时低水位相应水域的水量，计算设计水量。

河流的允许负荷包括两部分:①水源保护区规定的水质标准与上游来水的污染物含量之间的差值，即所谓差值容量;②由于河流的自净或稀释能力，流经该河段以后，污染物消减的数量，即所谓同化容量。

式中:W为河流中某河段的允许负荷量，kg/d;Qp为河段的设计流量，m3/s;q为污水排放量，m3/s;CN为按照规定的水质标准允许污染物的浓度，mg/L;C0为上游来水中，污染物浓度，mg/L;C为流经该河段后，污染物的浓度，mg/L;86.4为单位换算系数。

如果污染物是指BOD一类的有机物，则

式中:K1为BOD的降解速度数，1/d;X为河段长度，km;U为河段的平均流速，km/d。

将式(3.47)代入式(3.46)得

式(3.48)的q是污水排放量，当考虑到河流流量较大，q与Qp相比，可以忽略不计时，C0是游来水中污染物的浓度，假定C0的上限等于CN。因此式(3.48)简化为

式中:X为河段的长度，km;CN为按照水源保护区水质标准所规定的污染物允许浓度，根据最近颁布的《地面水环境质量标准》(GB 3838—2002)所规定的生化需氧量的浓度值。

(2)排咸用水。沿海平原地区分布有盐碱地，为了改良盐碱地，要控制盐分积累，使其水盐平衡，防治土壤盐渍化，是保护土壤生态环境的一项重要内容。其中伏雨洗盐，咸水入海，使平原盐分达到平衡状况，要求一定数量的入海水量(表3.11)。

表3.11　海河流域不同典型年山区下泄水量、盐量和平原入海水、盐对比表

在河道内用水中，淋盐用水一般不单独计算，因为有淋盐需要的地区，在计算灌溉用水中已经考虑了，淋盐水回归到河道之后，也为冲淤、航运、水力发电等综合利用。

(3)鱼类及野生生物生态环境用水。河内鱼类及野生生物生态环境用水，必须建立在各条河流实际的调查研究基础上。美国在全国第二次水资源评价中，把该项用水作为主要河内控制用水，美国本土内渔业及野生生物生长所需理想的径流量为39.2亿m3/d(略低于估算的日平均径流量46.7亿m3/d)。据此推算，其年用水约占美国本土多年平均河川径流量17039亿m3的84%，比重是相当大的。

在估计每一个水资源分区内鱼类及野生生物用水量时，以分区河流出流点的月流量状况作为判断，提出下列评判标准。

1)“河道内径流为(多年)平均值的60%(即40%为河道外耗水)……这是为大多数水生动物主要生长期及大部旅游需要提供优良至极好的栖息条件所推荐的基本径流量。河宽、水深及流速将提供优良的水生生物生长环境……大部分河道，包括许多急流浅滩区将被淹没。通常可输水的边槽出现水流。只有少数卵石、沙坝将露出水面，大部分江中岛将成为野生动物建立窝穴、进行繁殖和庇护的场所。大部分河岸滩地将成为鱼类所能游及的地带，也将成为野生动物提供安全的穴居区。大部分漩涡、急流和浅滩将适中地投于水中，提供鱼类优良的繁殖和生长环境。岸边植物将有充裕的水量。在任何浅滩区，鱼类的回游将不成问题。在任何河段中水温预计不再是约束鱼类活动的条件。无脊椎动物种类繁多，数量丰富。对捕鱼、划独木舟、划船以及较大游艇的航行和一般的旅游要求来说，水量和水质都是极好的。河流及天然景色是极好的。”

2)“河道内径流为(多年)平均值的30%(即70%为河道外耗水)……这是保持大多数水生动物有好的栖息条件所推荐的基本径流量。河宽、水深及流速一般是令人满意的……除极宽的浅滩区外，大部分河道将没于水中。大部分边槽将有水流。卵石、沙坝将部分淹于水中。许多河中岛将提供野生动物建立窝穴、进行繁殖和庇护的场。许多河岸段将成为鱼类的活动区，也为野生动物提供穴居的场所。许多聚流和大部分漩涡区的深度将足以作为鱼类的活动场所。大鱼可通过急流浅滩区。河段的大部，水温预计不会成为鱼类活动的约束条件。无脊椎动物将有所减少但预计不会成为捕鱼量减少的控制因素。对于捕鱼、筏船及一般的旅游，特别是划独木舟、橡皮筏及吃水浅的船来说，水量和水质条件是好的。河流及天然景色也是令人满意的”。

3)“河道内径流为(多年)平均径流的10%(90%为河道外耗水)……这是保持大多数水生动物短时间生存条件所推荐的最低瞬时径流量。河宽、水深和流速将显著减少，水生生态环境恶化……河道或正常湿周近一半露出水面;宽浅滩露出部分将会更多。边槽将大部或全部干涸。卵石、沙坝也基本上干涸无水;河中岛将不能作为野生动物建立窝穴繁殖和庇护的场所。作为鱼类及皮毛动物的岸边穴居场所将显著消失。许多正常的湿润区水深将变浅以致鱼类不能在此活动而一般只能集中于最深的水坑中。岸边植物将会缺水。大鱼遇到浅滩处将有困难回到上游。水温常常是一个约束因素，尤其是在七、八月的下游河段，无脊椎动物将大大减少。由于鱼类将集中于深坑和深水流中，在这些地点捕鱼将是非常有利的。许多捕鱼者希望这种径流低的状况，然而，鱼可能面临超量捕捞。即便是划独木舟或橡皮筏也是困难的。天然的及河流的景色严重破坏。大部分河流有时径流低于平均径流的10%，因此即便出现上述的低流量(即10%)有时也对天然水流状态提供一些改善条件”。

根据上述标准，各个小区分别根据具体情况定出小区出流处足以维持生命栖息和户外旅游要求的“河道内流量估值”IFA(instream flow approximation)，每个区的IFA都包括年度及月估值。

IFA的估算办法有以下4种:①月“IFA”值为各月份50%频率的月径流量(或流量)，年“IFA”值为各月“IFA”值的平均值。②年“IFA”值为相应50%频率的年径流量(或流量)。月“IFA”值等于各月份50%频率的月径流量(或流量)乘以一个系数，使之各月径流量相加的平均值等于年“IFA”值。③根据季节要求，月“IFA”值相应于估算的天然月径流量(或流量)的40%、60%或100%。年“IFA” 值为各月“IFA”值的平均值。所谓天然径流是指将目前耗水总量及调出外区的水量与实测平均径流量相加，再减去从外区调入的水量及地下水超采量。④与第(c)法相同，但不包括100%的天然月径流量。

5.城市生态用水

城市生态用水是指为了改善城市环境而人为补充的水量，它是以改善城市环境为目的，主要应包括公园湖泊用水、风景观赏河道用水、城市绿化与园林建设用水以及污水稀释用水。其中城市园林绿地用水量可用绿地面积乘以其灌溉定额。

简而言之，生态环境用水就是保护生态环境维护生态平衡所需要的水资源。长期以来，由于人们在水资源的开发利用中强调以满足经济发展为目的，忽视了生态环境用水，导致河道干涸、湿地消失、土地沙化、生物多样性降低等许多生态环境问题。现实使人们认识到，必须重视生态环境用水，合理规划经济、社会用水，以实现水资源的可持续利用。