水文學(xué)與生態(tài)環(huán)境.ppt

第十二章 水文學(xué)與生態(tài)環(huán)境,生態(tài)環(huán)境的概念及其與水的聯(lián)系,生態(tài)環(huán)境需水量計算,12.1,12.2,第十二章 水文學(xué)與生態(tài)環(huán)境,主要內(nèi)容,12.1 生態(tài)環(huán)境的概念及其與水的聯(lián)系,12.1 生態(tài)環(huán)境的概念及其與水的聯(lián)系,12.1.1 生態(tài)環(huán)境的概念,生態(tài)環(huán)境是以人類為主體，其他生命物體和非生命物質(zhì)都被視為環(huán)境要素的環(huán)境，除包括自然因素外，還包括社會因素。,12.1.2 生態(tài)環(huán)境與水的聯(lián)系,下面將從不同的角度來介紹水對生態(tài)環(huán)境的影響和作用。,（1）水是生態(tài)環(huán)境存在的基礎(chǔ),水是一切細(xì)胞和生命組織的主要成分，是構(gòu)成自然界一切生命的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。,無論自然界環(huán)境條件多么惡劣，只要有水的保證， 就可能有生態(tài)系統(tǒng)的存在和繁衍。,（2）人類過度掠奪水資源，使生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞,自十八世紀(jì)中葉的工業(yè)革命以來，隨著科技和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類征服自然、改造自然的意識在逐步增強，向自然界的索取亦越來越多，由此對自然界造成的破壞規(guī)模越來越大，程度也越來越深。包括水資源在內(nèi)的其他資源都遭到了人們的過度開發(fā)和掠奪，人類對自然的破壞已超越了自然界自身的恢復(fù)能力，因此，地下水超采嚴(yán)重、土地荒漠化、水環(huán)境惡化這些專業(yè)詞匯已成為人們耳聞目睹的常用詞，生態(tài)環(huán)境問題也由局部地區(qū)擴(kuò)展到了全球范圍，由短期效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛绊懽訉O后代的長久危機。,（3）生態(tài)環(huán)境的惡化又會影響到人類的生存和發(fā)展,人類在向自然索取的同時，反過來也受到了自然對人類的反作用。隨著人類對生態(tài)環(huán)境的破壞越來越嚴(yán)重，一系列的負(fù)面效應(yīng)已經(jīng)回報到了人類自身。目前，我國的河流、湖泊和水庫都遭到了不同程度的污染。在七大水系和內(nèi)陸河流評價河段中，符合I、II類的僅占25%，III類的占27%，IV、V類的占48%；中小河流50%不符合漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；全國一半以上的人口飲用污染超標(biāo)水；巢湖、滇池、太湖、洪澤湖已發(fā)生了嚴(yán)重富營養(yǎng)化，水體變色發(fā)臭，引起湖泊生態(tài)系統(tǒng)的改變。由此可見，人類在自身發(fā)展的同時，必須要考慮自然資源和生態(tài)環(huán)境的承受能力。否則，過度的開發(fā)將會讓人類嘗到自己種下的惡果。,（4）對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的宏觀調(diào)控，是實現(xiàn)人類與生態(tài)環(huán)境和諧共存的途徑,人類與生態(tài)環(huán)境和諧共存是當(dāng)今社會發(fā)展的主流指導(dǎo)思想，也是可持續(xù)發(fā)展理論的重要體現(xiàn)，對經(jīng)濟(jì)社會的宏觀調(diào)控則是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。就水資源而言，用“以供定需”替代“以需定供”，通過對水資源的合理分配，使得在保證生態(tài)環(huán)境需水的前提下，考慮經(jīng)濟(jì)社會需水；加強污水處理和水環(huán)境保護(hù)工作，嚴(yán)格控制污水排放總量，確保各類水體不超越水環(huán)境容量的范圍；通過水資源規(guī)劃為水資源保護(hù)確立目標(biāo)和方向，同時通過水資源管理工作，將水資源保護(hù)落到實處。,12.2 生態(tài)環(huán)境需水量計算,12.2 生態(tài)環(huán)境需水量計算,12.2.1 生態(tài)環(huán)境需水的概念,廣義的生態(tài)環(huán)境需水是指“特定區(qū)域、特定時段、特定條件下，生態(tài)環(huán)境達(dá)到某一水平時的總需求水分”。,狹義的生態(tài)環(huán)境需水是指“特定區(qū)域、特定時段、特定條件下，生態(tài)環(huán)境達(dá)到某一水平時的總需求水資源量”。,12.2.2 生態(tài)環(huán)境需水量計算方法綜述,12.2.2.1 河流生態(tài)環(huán)境需水量計算方法,（1）標(biāo)準(zhǔn)流量設(shè)定法,是根據(jù)河流流量，把按照一定統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的流量值作為河流基本流量值。如，蒙大拿法（Montana法），是將多年平均徑流量的百分比作為一定保護(hù)目標(biāo)下的流量需求（豐華麗等，2003）；7Q10法，是將近10年最枯月平均流量或90保證率最枯月平均流量作為河流基本流量設(shè)計值。,（2）物理棲息地計算法,是根據(jù)河流特征、流量與物種棲息地之間的關(guān)系，建立定量化模擬模型，并據(jù)此確定河流基本流量值。如，河道內(nèi)流量增加法（IFIM法），它是由一套分析工具和計算機模型組成，用來評價河道內(nèi)流量的變化對渠道結(jié)構(gòu)、水質(zhì)、溫度和所選物種適宜棲息地的影響；物理棲息地模擬模型法（PHABSIM法），是IFIM法的計算程序包，它是關(guān)于河道內(nèi)物理變量（深度、流速、底質(zhì)和蓋度）變化、特殊物種棲息地及研究生物的生活階段的一套計算機模型（豐華麗等，2003）。,（3）水力學(xué)法,是基于水力學(xué)參數(shù)的計算方法，參數(shù)包括濕周、水面寬度、流速、深度和底質(zhì)類型等。該方法需要建立流量和生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，用于預(yù)測適宜河道內(nèi)棲息地數(shù)量的變化，它與IFIM法的區(qū)別在于沒有考慮生物因素的響應(yīng)（豐華麗等，2003）。如，河道濕周法，是利用濕周作為棲息地的質(zhì)量指標(biāo)，來估算期望的河道流量值；R-2Cross法，假設(shè)淺灘是臨界的河流棲息地，以此確定臨界參數(shù)，來估算期望的河道流量值。,12.2.2.2 植被生態(tài)環(huán)境需水量計算方法,（1）直接計算方法，是以某一區(qū)域某一類型植被的面積乘以需水定額，計算得到的水量即為生態(tài)環(huán)境需水量。該方法適用于基礎(chǔ)工作較好的地區(qū)與植被類型，其計算的關(guān)鍵是要確定不同覆被類型的需水定額。 （2）間接計算方法，是根據(jù)潛水蒸發(fā)量的計算，來間接獲得生態(tài)環(huán)境需水量。即，用某一植被類型在某一潛水位范圍的面積乘以該潛水位范圍時的潛水蒸發(fā)量與植被系數(shù)，得到的乘積就是生態(tài)環(huán)境需水量。這種計算方法主要適合于干旱區(qū)植被生存主要依賴于地下水的情況。,根據(jù)植被生態(tài)環(huán)境需水的特性，可以把其計算方法分成兩大類（左其亭，2002）。,12.2.2.3 湖泊、濕地生態(tài)環(huán)境需水量計算方法,湖泊、濕地作為陸面重要生態(tài)環(huán)境類型，其需水量計算可采用間接計算方法（左其亭、陳曦，2003）。根據(jù)湖泊和濕地的實際情況，可以把湖泊或濕地分成：無植物水面區(qū)、有植物沼澤區(qū)和有植物旱地區(qū)。,（1）無植物水面區(qū),其蒸發(fā)可直接通過水面蒸發(fā)觀測值換算求得。設(shè)湖區(qū)20cm蒸發(fā)皿觀測的月蒸發(fā)量為He（mm），選擇折算系數(shù)k，無植物水面區(qū)面積為F1，則蒸發(fā)量為：,QE1=F1Hek/1000,(12.2.1),（2）有植物沼澤區(qū),此區(qū)蒸散發(fā)有兩種途徑：一種是覆蓋層下面的水面蒸發(fā)Eq；一種是植物蒸騰Etr。一般情況下由于資料缺乏，要分別準(zhǔn)確計算Eq、Etr比較困難，因此常把Eq和Etr合起來（即蒸散發(fā)Ep）進(jìn)行估算。設(shè)：無植物覆蓋的水面蒸發(fā)量為Eq0，可采用下式來估算：,QE2=F2Ep= F2K sE q0= K sF2Hek/1000,(12.2.2),式中，K s為植物修正系數(shù)；F2為有植物沼澤區(qū)面積。其他符號同前。,（3）有植物旱地區(qū),此區(qū)蒸散發(fā)也有兩種途徑：一種是覆蓋層下面的地面蒸發(fā)Et；一種是植物蒸騰Etr。同樣道理，可以把Et和Etr合起來（即蒸散量Ep）進(jìn)行估算。簡單、直接的方法是根據(jù)當(dāng)?shù)貙Σ煌参锖乃坑^測資料計算：,QE3=F3/1000,(12.2.3),式中，為當(dāng)?shù)貤l件實測充分供水時單位面積植物耗水量(mm)。可參照實際觀測值確定。,綜上可得湖泊或濕地實際蒸散發(fā)量，作為湖泊或濕地生態(tài)環(huán)境需水量。如下式：,QE= F1Hek/1000+ K sF2Hek/1000+F3/1000,(12.2.4),12.2.2.4 城市生態(tài)環(huán)境需水量計算方法,城市生態(tài)環(huán)境需水主要包括公園湖泊需水、風(fēng)景觀賞河道需水、城市綠化與園林建設(shè)需水以及污水稀釋需水等。 公園湖泊、風(fēng)景觀賞河道需水量計算，可采用無植物水面的計算方法，即采用式（12.2.1）。 城市綠化與園林建設(shè)，包括城市公共綠地、專用綠地、生產(chǎn)綠地、防護(hù)綠地以及郊區(qū)風(fēng)景名勝等全部面積?？梢愿鶕?jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和園林綠化情況以及用水大小等因素，來確定城市綠化與園林建設(shè)需水定額。 污水稀釋需水，目前關(guān)于這方面的研究還較少。一般情況下，可根據(jù)實際污水排放量大小、污水稀釋目標(biāo)的高低，來綜合確定單位污水稀釋所需的水資源量，然后再計算總稀釋需水量。,12.2.3 生態(tài)環(huán)境需水分類及計算的關(guān)鍵問題,除按照上述的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行需水分類外，還可以根據(jù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的差異，來對生態(tài)環(huán)境需水進(jìn)行分類：,1）現(xiàn)狀水平生態(tài)環(huán)境需水量 (W1) ； 2）天然水平生態(tài)環(huán)境需水量（W0）； 3）最大目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量 (W)； 4）最低目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量 (W)； 5）適宜目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量（ ）； 6）優(yōu)化目標(biāo)生態(tài)環(huán)境需水量 (Wm)； 7）情景生態(tài)環(huán)境需水量 (Wx）。,因此，計算生態(tài)環(huán)境需水量的關(guān)鍵問題：,一是，要界定“生態(tài)環(huán)境達(dá)到什么水平或目標(biāo)？”； 二是，要選用合適的、能進(jìn)行情景分析的計算模 型；