■核心提示
从基础理论、应用技术、管理决策三个层面，研究提出一系列相互关联的关键技术，形成符合我国实际的生态需水理论与计算方法体系。提出了水循环生态效应理论，建立了区域生态需水类型划分的三大准则，为区域生态需水计算奠定理论基础。提出了多参数河流生态需水理论，建立了多参数全过程河道生态需水计算方法。提出了湿地生态水文结构理论，建立了湿地生态水文结构模型计算方法。以生态需水特征值建立生态用水分析机制，提出处理经济用水与生态用水关系的准则，以生态河流的标准为基础，建立河流生态调度管理机制。
■将新闻进行到底
今年年初的2009年度国家科学技术奖励大会上，中国水利水电科学研究院完成的“中国分区域生态需水”项目获得国家科技进步奖二等奖。
这个历时9年的项目横跨水文水资源、自然生态环境保护等多领域。根据我国区域水问题复杂、与水资源相关的生态深度破坏情景、恢复管理目标分阶段多元、经济用水与生态用水竞争权衡等特点，开辟了生态危机管理的技术途径。
我们常常将水资源使用权优先赋予了农业、居民生活和工业，而生态用水通常被忽略或者被排挤——
有点陌生的生态需水研究
什么是生态需水研究？这个词汇的真正涵义并没有这几个字看起来那么简单。
中国水科院副总工程师陈敏建教授解释说：“生态需水是在流域自然资源，特别是水土资源开发利用条件下，为了维护河流为核心的流域生态系统动态平衡，避免生态系统发生不可逆的退化所需要的临界水分条件。”
有专家表示，生态需水是与流域工业、农业、城市生活需水相并列的一个用水单元。而生态需水概念的提出，强调了水资源、生态系统和人类社会的相互协调，这是因为传统的流域环境管理在水资源分配方案中，常常将水资源使用权优先赋予了农业、居民生活和工业，而生态用水通常被忽略或被排挤。
流域水循环生态效应分析是生态需水的理论基础，该项目提出了水循环生态效应理论，建立了区域生态需水类型划分的三大准则——
水循环生态效应理论
根据质量守恒定律，研究水循环的水分运移与转化关系；根据水循环要素运动的动力学特点，分析水循环能量转化特征；根据能量守恒与转化定律，研究水循环的驱动力变化。
“在人类活动作用下，水文循环的能量系统发生变化，导致水分运动的再分配，从而引起生态系统的相应改变。”中国工程院院士、中国水科院水资源所所长王浩院士说。
陈敏建说，人工作用的能量及其积累与转化是导致水循环生态效应出现系列改变的原因。最初人工直接作用于地表取水、地下水开采，只在局地短期内有限地影响到作用河段，由于水资源的取用与消耗，使得天然径流量减少、地下水位下降。当这些活动的力度和密度持续增大，使得能量持续积累，河道频繁干涸，地下水位大面积持续下降，引起地表地下水转化关系的变化，进而导致降雨—径流关系发生改变。
其主要特点是包气带增厚，致使增加蒸发，减少径流。蒸发的增加导致水热条件的改变，此时人工作用的机械能转化为热力学的负功，通过几十年长期积累，将导致水循环基本格局的改变。
生态效应判定准则
第一准则：用以区分内陆河与外流域生态需水。根据降水量是否满足陆地植被需求，判定和区分内陆河流域与外流河流域水循环生态效应，这取决于降水量分布、蒸散发等水热条件。
这个准则是区分内陆河干旱区与外流域水循环生态效应的指示性标志，反映了完全不同的生态需水类型，决定了不同的计算方法和研究方向。
第二准则：用以区分半湿润半干旱区与湿润地区生态需水。由降雨径流关系的稳定程度，判定和区分半湿润半干旱区与湿润地区水循环生态效应，取决于降雨—径流关系的稳定性，表现在两方面：径流生成条件的变化和径流运动条件的变化。
第三准则：用以区分地表水体生态需水的差异。地表水体如河流湖泊等的水生态系统随水量发生变化，无论水循环特点如何，水生态系统在低水情况下都有一个临界的变化特性。不同区域敏感度大不相同。
根据区域水循环生态效应，研发区域生态需水计算模型。
提出了多参数河流生态需水理论，建立了多参数全过程河道生态需水计算方法——
多参数河流生态需水理论及计算
首先，我们先看一下生态水文季节定义：河流生态系统一年内随河流水情脉动，由汛前期、汛期、汛后枯水期构成一个完整的生理变化周期。按生态水文季节的概念，生态需水属于多参数问题。以生态水文季节的概念，统一定义了生态需水特征值，由三个参数组成：最小生态需水、适宜生态需水、洪水期生态需水。
据陈敏建教授介绍，国内现有计算方法基本上属于消化引进国外成果。国外生态需水计算大多着眼于一个较安全的单参数，生态需水作为正常状态控制指标，避免出现低于控制指标的情况出现，这符合国外河川径流量利用程度不高、大部分时间水量无忧的情景。
但是按照生态水文季节概念，现有方法不尽满足要求。另一方面，生态水文季节概念提供了多参数研究生态需水的统一框架，具有开放性和包容性，现存的计算方法成果经过论证，可以在三参数之间进行内插或近似地引用。
因此，创新研究出了与多参数生态需水特征值相适应的计算方法。
提出了湿地生态水文结构理论，建立了湿地生态水文结构模型计算方法——
湿地生态水文结构演变与计算
湿地属于由径流支撑的非地带性生态系统，水分运动与补给和生物多样性关系密切。陈敏建教授介绍，湿地径流运动与生物多样性形成对应关系，犹如一个“生物多样性场”：各种生物在一个相对固定的范围内生存繁衍，具有适宜的生境条件，并形成生物链。
按水域活动特点和生物特点，湿地径流场由两部分组成：湿地中心区和湿地活动区。
水资源开发利用影响湿地生态水文结构的演变，主要是由水量和水域活动空间的变化引起。湿地水土资源开发利用两大因素引起湿地消退，减少湿地活动空间并降低湿地生态功能。一是引水消退效应引起，二是围垦消退效应引起。
确定湿地水文结构有两个最关键的问题：一是要界定中心区的范围，二是湿地活动区的适宜范围。在确定湿地生态水文结构之后，进行水平衡分析，维持中心区的水量条件即为最小生态需水，维持适宜区的水量条件为适宜生态需水。为此，针对湿地中心区计算与湿地活动区适宜范围计算，该项目分别提出了两种计算方法。
以生态河流的标准为基础，建立了河流生态调度管理机制——
建立生态用水分析评价机制
该项目利用具有明确机理的生态需水特征值，建立生态用水分析评价机制，作为水资源配置中处理经济用水与生态用水的分析平台。实现将生态与环境问题以及其他水体功能需求有机结合，统一考虑。考虑到非汛期生态需水对规划管理的敏感性，以非汛期最小生态需水、适宜生态需水，建立生态用水分析评价机制。
水资源供需平衡生态用水分析
通过生态用水分析机制，对生态用水控制性指标进行明确的生态学评价，使得生态用水控制性指标可以包括各种功能，具有很好的兼容性。生态用水控制性指标在参与水资源供需平衡分析时可以不断调整。
由生态用水分析机制与生态用水控制性指标共同构成的生态安全分析功能，在水资源规划中可以进行供需平衡多方案分析，从根本上解决经济用水与生态用水作为一个有机整体同步进行供需分析的难题，使得水资源供需分析加入生态用水之后，大大扩充了分析范围并增强了分析功能，丰富了水资源配置理论。
生态河流的标准与河流生态安全调度管理
将分季节生态需水耦合，形成了具有时间特征的年内生态需水标准过程线，组成了生态河流的标准，可作为河流生态管理水量调度图。
以生态河流的标准指导河流生态安全调度管理。设立了河流生态水情调度预警流量。对应于最小生态流量、适宜生态流量的满足程度，进行不同等级的预警，以适宜生态流量设定为黄色预警流量，以最小生态流量设定为红色预警。
建立了河流生态用水危机管理机制。当枯水期河流流量低于警戒线时，取水管理进入非常状态。在警戒线以下设立断流（干涸）风险防线，生态用水指标适度下调，在防线与警戒线之间保持脉动，以杜绝断流。红色预警线以下，提高水费，限制取水并作为生态补偿。
湿地安全管理与生态补水
湿地生态水文结构为湿地管理提供生态安全阈值。根据湿地生态缺水的程度，进行不同级别的预警管理。湿地中心区为红色预警区域，适宜活动区为黄色预警区域。当湿地水面小于中心区面积时，生态系统的安全已经降至最低。此时进入“红色预警”危机管理状态。需要采取调水措施，以保证湿地生态安全。当湿地的水量能维持适宜生态需水量（活动区生物多样性获得保障），生态系统是相对安全的。(记者 滕继濮) |
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