理论教育 河流生态需水问题及未来研究重点

河流生态需水问题及未来研究重点

时间:2023-10-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:我国河流生态需水研究的起步较晚,尽管在理论研究和实践应用方面均取得了重大进展,但仍然有许多问题有待进一步研究。河道生态需水是在河流生态问题日益严重的背景下提出的,研究生态需水的最终目标是恢复和保护河流健康。同时,河流生态需水研究忽略河滨湿地的研究,虽然提出了考虑洪泛平原等因素来综合管理河流流量的思想,但未进行具体的研究。

河流生态需水问题及未来研究重点

我国河流生态需水研究的起步较晚,尽管在理论研究和实践应用方面均取得了重大进展,但仍然有许多问题有待进一步研究。

(1)相关基础理论的研究。河道生态需水是一个正在深入研究的科学问题,它是水文学生态学环境学、气候学等交叉领域的研究内容之一。对于河道生态需水的估算,科学理论的指导具有重要的意义。基于河流生态水文学的研究思路是估算生态需水的基本途径,但是,我国的生态水文学基础研究刚刚开始,尽管在一些方面已经有一定的成果,如新塔里木河下游生态需水实验方面的研究等。然而,由于区域地表水与地下水转化关系复杂,使得生态需水估计的理论和方法目前仍处在初期发展阶段。尺度转化问题也是目前的研究工作中非常重要但是又重视不够的方面。有关研究指出,生态学和水文学均具有各自的尺度域,对于二者的交叉学科——生态水文学研究而言,只有当数据建立在既适合生态学尺度又适合水文学尺度时,研究结论才最可靠,否则将失去作用和意义。因此,尽快开展生态需水的基础理论——生态水文学及其相关支撑理论的研究,以便建立生态环境需水的理论框架,完善其概念及内涵已迫在眉睫

(2)河道生态需水与河流保护目标的关系。河道生态需水是在河流生态问题日益严重的背景下提出的,研究生态需水的最终目标是恢复和保护河流健康。目前,在研究河道生态需水时,虽然已经认识到这一点,但大多是定性描述,真正从机理方面去研究基于生态保护目标的河道生态需水的文献还不多,更缺乏生态目标的定量化描述。在确定河道生态需水时,生态保护目标不明确,生态用水计算大多是以现状为主,缺乏生态合理性分析,亦无具体的生态保护目标,因而无法准确判断研究成果的实际价值。多数研究集中在如何精确计算生态需水的多少,而忽视了与实际水资源量的结合。目前,我国大部分地区仍处于一次工业化阶段(沿海部分地区开始进入二次工业化阶段)。21世纪上半叶的工业化进程明显,意味着未来一段时间内社会经济需水还会继续增加,即使采取节水措施,由于水资源短缺及水质性缺水的严重局面,生态需水在短时间内仍然会面临严峻的挑战。在这种情况下,就存在一个优先保护、次要保护、保护目标的高低等问题。而这一问题的正确解决,首先要依赖于河流生态系统的评价结果与生态保护目标的建立。因此,如何将河流生态保护目标与河道生态需水相结合,是急需要研究的问题。

(3)水量和水质的统一问题。河道生态需水是在特定时间和空间满足生态系统某种生态功能所需保持的一定水质目标下的水量。因此,如果单纯从水量角度进行研究,可能会导致在水量上满足了生态系统对水的需求,而水质却不能满足生态系统的要求。事实上,水生生物对水质十分敏感,满足鱼类生存的水质标准至少要求在Ⅲ类以上,低于该标准,就难以生存。目前,虽然已经认识到河流生态需水是在满足一定水质目标下的水量,但还缺乏水量与水质相结合的机理研究,更没有将两者统一起来进行研究的案例。在实际的研究中,河道生态需水的评估仅考虑水量要素,缺乏对水质状况的考虑,实际是一种理想水质状况下的生态需水评估。我国目前地表水污染状况十分严重,如果仅考虑水量,难以反映实际的生态水所面临的水质性匮乏状况,如辽河、海河、淮河等污染比较严重的流域。因此,从水量与水质相结合的角度综合评估生态需水,对于我国具有更加重要的现实意义。

(4)地表水与地下水之间的耦合关系。河道水与周围整个环境的水文水资源系统密切相关,不仅包括地表水,而且包括地下水。在枯水季节,地下水源源不断地补给地表水,形成地表基流,使河道常年有水。但目前,由于人类对地下水资源地过度开发利用,使得地表水和地下水的补给关系发生逆转,在枯水季节河流反而补给地下水,结果导致河道径流衰减,严重时出现断流。因此,在计算河流生态流量时,需要考虑河岸地下水位对河流的调节功能,确定合理的生态地下水位。

目前的研究大多主要考虑地表水,而忽略地下水的动态变化对河道生态需水量的影响。尽管有少数的研究成果,如塔里木河流域生态需水与地下水位的关系以及西辽河生态水位的确定等,但无论是机理探讨还是模型的建立等,均有待于深入的研究。因此,探讨地下水对流域生态环境需水量的影响以及如何耦合地表水与地下水的之间关系,也是需要进一步研究的重要课题。

(5)不同功能生态需水的耦合问题。河流各种生态功能如栖息地功能、景观功能等之间存在着交叉和重复,各种功能所需水量可以兼顾,需对满足多种功能需求的不同量级的水量进行耦合。目前还没有综合定量各种生态功能的生态需水计算模型,而是采取最大值原则,选取最大值作为推荐结果,或者按照主导功能,选择满足主导功能的河道生态需水作为推荐结果。同时,河流生态需水研究忽略河滨湿地的研究,虽然提出了考虑洪泛平原等因素来综合管理河流流量的思想,但未进行具体的研究。在国外,20世纪90年代后的研究不仅研究维持河道的流量,包括最小的和最适宜的流量,而且还考虑了河流流量在纵向上的连接,考虑了河流生态系统的完整性,并充分认识到了洪泛平原流量在研究中的重要性。如南非的BBM 法和澳大利亚的HEA法等,其强调河流是一个综合生态系统,从生态系统整体出发,根据专家意见综合研究流量、泥沙运输、河床形状与河岸带群落之间的关系,使推荐的河道流量能够同时满足生物保护、栖息地维持、泥沙沉积、污染控制和景观维护等功能。特别是认为洪水和低流量都是河流生态系统保护所需要的,其规模和持续时间根据保护要求确定。我国应该借鉴以上方法,尽快开展综合定量不同功能的河道生态需水研究。

(6)方法的改进与适用性问题。中国地域辽阔,生态类型多样,几乎包括了由旱生到湿生,由热带到寒带的广泛谱阈。因此,无论是应用国内的方法,还是引进国外方法,在实际运用中,要根据我国的情况,结合具体河流,加以修订,分清每种方法的适用条件及优缺点,才能使计算结果准确。计算出的结果一定要验证,讨论其合理性。

水文学方法具有其他方法不可替代的优点,是河道生态环境需水研究的一个基本手段,所以在未来研究中水文学法将同样发挥作用,只是方法将不断得到完善,以保证河道生态环境需水计算更加精确、科学。水力学法是向生境模拟法的过渡方法,目前更多是作为理论方法进行讨论,应用较少,其未来价值将体现在为其他方法(例如综合研究方法)提供水力学依据。生物—流量关系分析法尚不成熟,流量与生物种群变化的机理关系不够明确,所以该法一直未成为河道生态环境需水研究的主要方法。(www.daowen.com)

总之,由于某些资料数据(河道断面数据、水生生物生活习性数据等)很难获取,目前还没有一种比较普遍适用的能够量化所有参数并反映各参数之间相互影响的估算生态需水量的方法。不同方法估算生态需水量的结果存在一定的差异和不确定性。目前,国际上越来越重视水生生物指标与河流健康之间关系的研究,并将其作为评价河流健康的重要指标。因此,通过研究水生生物与流量变化的关系,确定适宜的河道生态需水,是中国未来的研究方向。在现阶段,应用已经取得的成果,进一步完善河道生态需水计算方法,显得十分重要。

(7)生态需水评估及其标准的制订。目前,在各地展开的河道生态需水的研究中,缺乏可参考的评估程序,在确定生态环境需水量的时候,偏重于计算方法的讨论与完善,对于计算结果的合理性在我国却无法检验。大多数以Tennant推荐的流量百分比作为评价的标准,采用比照法进行评价,这种评价是基于在水质达到一定标准的假设前提下进行的,很难反映实际的情况。随着对生态环境需水认识的不断提高,迫切需要有一套完整和系统的生态需水评估程序、需水标准,以便于管理和操作。因此,如何借鉴国外已有的生态需水评估程序,尽快制定河道生态需水的评估程序以及评估标准,应成为未来研究的重点。

(8)生态需水在水资源配置中如何实施的问题。河道生态需水已成为水资源规划、水资源配置、水利工程建设项目中环境影响评价所必须考虑的重要内容,同时成为水生态系统修复、湿地与生物多样性保护等的关键内容。然而,由于理论体系和计算方法的不完善,使得理论与实践的结合还存在较大差距,生态需水在实际的配置难以实施,在有些地区虽然在水资源配置中考虑了生态需水,但仍然达不到预期的目标。

生态环境的不断恶化已经充分证明了忽视生态环境水的配置给人类所造成的难以恢复的生态灾难。如何高效利用水资源,如何在保证生产、生活用水的前提下,科学合理配置生态用水,已经成为当今相关科研领域研究的热点。如何从二元水循环角度、经济学角度建立生态需水的理论体系,如何将水量与水质相结合实现“首先满足生态用水的前提下,合理规划与保障经济用水”的水资源配置原则,如何使河道生态需水起到保护河流生态系统的意义,是河道生态需水研究中急需要解决的问题。

(9)未来水资源配置研究的热点。协调经济需水与生态需水是未来水资源配置研究的热点。生态用水与经济用水的关系及其合理比例的研究尚属空白,严重阻碍了生态需水在水资源配置中的实施,使得生态需水的理论与实践难以结合。迫切需要将经济系统与水生态系统结合起来进行研究,将生态用水与经济用水统一起来进行研究。因此,在深入研究生态需水理论和方法的基础上,研究生态用水与经济用水的竞争关系,确定二者的合理比例,显得十分重要。

我国从以需定供的水资源配置发展到面向宏观经济和面向生态的水资源合理配置研究,把生态需水作为水资源配置需水结构中重要的组成部分。研究生态需水的目的是维持生态系统的良性循环,而在水资源短缺的条件下,河流系统的生态流量权往往被忽视,结果是生态需水被经济需水所挤占。因此,如何遵照公平、高效的原则,实现生态需水与经济需水的协调,亦即如何实现生态系统可持续的水资源优化配置模式,满足水资源的生态价值与经济服务功能,是今后研究的重点。

(10)河道生态需水法律法规的制订。我国有关水资源方面的法律、法规文件较多,但涉及生态需水及其合理分配的内容并不多,使生态水、生活水和生产水发生矛盾、产生冲突。没有法律法规赋予河流生态系统的生态流量权,使生态需水在实践中的应用没有保障,因此,如何使河流系统及其水生生物生存固有的生态水量法制化和规范化,是迫切需要解决的问题。

(11)河道生态需水管理数据库的建立。目前,由于缺乏必要的监测数据,大多数研究都是基于水文数据出发进行研究,偏重于宏观尺度,如我国近10余年来开展的河流环境评估,主要是基于水质的物理—化学监测的环境评估,其不足是忽视了河流的水文、水质条件,以及河流地貌条件的变化对于河流生物群落的影响,限制了国外研究方法在我国的应用,也阻碍了国内水力学、生物学方法的建立。因此,完善现有水资源、水环境监测体系,在已有的监测指标中增加有关生物方面的监测指标,并建立包括水文、水资源、供水量、水质、生态系统类型及其生物资源及其相关特征的数据库,对河道生态需水的进一步深入研究具有十分重要的意义,也是一项刻不容缓的工作。例如,澳大利亚政府于1992年实施了国家河流健康计划,其目的是监测和评价澳大利亚河流的生态状况,并为管理决策提供更全面的生态学及水文学数据,其中用于评价澳大利亚河流生态健康状况的工具是AUSRIVAS和溪流状态指数(ISC)。溪流状态指数(ISC)采用河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质和水生生物等5 个方面的指标,分析河流的生态健康状况。

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