区域生态环境服务功能需水量研究方法与分析以北京市顺义区为例

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区域生态环境效劳区域生态环境服务功能需水量研究方法与分析以北京市顺义区为例【完整版】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载）区域生态环境效劳功能需水量研究方法与分析——以北京市顺义区为例刘素玲，王字欣，张淦(中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083)摘要：生态需水的本质就是维持生态系统生物群落及其生境动态稳定所需的用水量。本文在顺义区生态功能分区的根底上，以顺义区2021年土地利用现状为依据，把顺义区生态环境需水类型划分为河道内、河道外两大一级需水类型，并且利用GIS对各类型的面积进行统计，以蒸发渗漏、植被需水、土壤需水等为主要指标，计算出顺义区环境需水总量为5．1亿m3，其中河道内需水最多，为1．87亿m3，其次是湿地1．29亿m3，绿地1．15亿m3，最少的为林地0．78亿m3。最后从顺义区自身特点、水资源利用现状和节水用水方面提出了相关建议。关键词：生态环境需水顺义区河道内湿地旱地StudyonEcologicalandEnvironmentalWaterDemandinShunyiDistrictofBeijingLiuSuLing，WangYuXin，ZhangGan(CollegeofWaterResourcesandCivilEngineering，ChinaAgriculturalUniversity,Beijing,100083)Abstract：EcologicalandEnvironmentalWaterrequirementisaminimumallocationofwaterresourcesinShunyiDistrictwateraccount．BasedontheEcologicalfunctionzoningofShunyidistrictsandthelandusestatusin2021ofShunyidistricts，TheauthorclassifiedShunyidistrictsEcologicalandEnvironmentalWaterrequirementintotwolocaltypes，innerriverandouterriver．AndusingGIScountedthearea，withevaporationandleakage，soilwaterrequirement、plantwaterrequirementasthemajorindex，calculatedShunyiDistrictEnvironmentalWaterRequirementwas510millionm3，theinnerriverwaterdemandis187millionm3，followedbywetland129millionm3，greenspace115millionm3，atleastfortheforest78millionm3．Finally，theauthorfromtheangleofShunyiDistrict’Sowncharacteristics，thepresentsituationofwaterresourcesutilizationandwatersaving，putsforwardrelatedsuggestions．127KeyKeywords：Eco·environmental，WaterRequirement，ShunyiDistrict，innerfiver，outerfiver，Wetlands，Dryland1引言生态环境需水量的计算是生态系统中水资源规划配置的重要内容之一。生态需水的本质就是维持生态系统生物群落及其生境动态稳定所需的用水量。环境需水量实质上就是为满足生态系统的各种根本功能健康所需的用水。生态环境需水是影响流域生态系统健康的重要因素，生态环境需水量的界定、计算和分析是水资源管理中实现人与自然和谐开展的重要途径【1l【21。Gleick在20世纪90年代把生态环境需水中的根本需水量(BWR)解释为确保人类健康并且维持生态系统的最小生态需水量，并作为水生态可持续开展的一个重要方面，同时也强调了水资源利用中合理分配的理念【3】。本研究参考杨志峰等在2002年提出的生态环境需水概念界定，将顺义区的生态环境需水定义为区域生态环境发挥正常功能的自然环境最小需水量【41。2区域概况和研究思路2．1区域概况顺义区位于北京市东北部，全区面积1021．6平方公里，常住人口87．7万人。全区平原面积占95．7％。平均海拔35m。属暖温带大陆性半湿润季风性气候。是北京市重要的水源地之一，多年地表径流量根本为0(潮白河径流主要为再生水)，多年平均可开采量为4．3亿m3【51。相关研究显示顺义区当人均水资源占有量为501．27立方米，顺义区的水匮乏度到达了1．98，其水资源开发量己超出了水资源承载力度【6】。2．2区域水资源利用情况2．2区域水资源利用情况一●■■·_ 圭农二兰态业业活胃嗣胃胃木木水木，-·_5000一■■■-●_-图l顺义区2006--2011年各产业用水结构根据顺义区2006．2011产业用水结构变化情况，其行业用水量差异较大。农业和工业用水量依然是用水大账户，而随着顺义区人口增长和城市化进程的加快，生活用水量呈逐步增加趋势。如图1所示，每年农业用水占水资源总利用量的50％以上，而生态环境用水那么很少，缺乏水资源利用总量的1％。用水的严重不平衡反映出区内生态环境建设的巨大压力。二三EF一二、‘河{!河}-纂鋈，唾瓣裹‘鎏lor|||羹_{冀誉妻o；耋{；蠢11 !一禚柰．H¨酣一毒一一{129北京市顺义区2021北京市顺义区2021年土地利用现状，对顺义区生态环境需水进行了分类‘4】f9】，共分为河道内和河道外两个大的一级需水类型，其中河道外生态环境需水又分为湿地生态环境需水和旱地生态环境需水，具体如图2所示。2．3．2顺义区生态环境需水类型分布图2顺义区生态环境需水类型分布图本研究通过对顺义区的地形地貌以及水资源的现状分析，根据顺义区生态保护规划和各生态环境需水类型的生态属性，确定其需水等级并选取相应的需水量计算指标【4】[91。图3为顺义区三大生态格局(生态建设区、生态保育区和生态控制区)内的不同生态环境需水类型分布。2．3．3顺义区生态环境需水类型的计算指标本研究的指标类型主要可以分为旱地和非旱地两大类。旱地指标主要包括绿地、林地和湿地生态环境需水相关的植物需水和土壤需水两大指标。非旱地指标主要包括湿地、河道内生态环境需水相关的水体蒸发和渗漏两大指标。具体如表1所示。表1顺义区不同生态环境需水类型的计算指标Tab．1ReliedindicatorsofShunyidifferentEco．environmentWaterdemand需水类型 主要指标体系河道内生态环境需水 河道水面蒸发渗漏量湿地湖泊生态环境需水 湖泊湿地蒸发渗漏量、湿地植物需水、湿地土壤需水、湿地栖息地需水绿地生态环境需水 植物需水、土壤需水林地生态环境需水 植物需水、土壤需水表注：计算河流水系生态环境需水常用的有Tenn柚t法、水生物基流法、可变范围法、7Q10法等【10】【111，考虑顺义区季节性的径流特点，本研究中将河道岸边林地归为绿化需水计算。3计算方法3．1总生态环境需水3计算方法3．1总生态环境需水‰=∑嘛，+峰，+％，)式中，w总一表示顺义区总生态环境需水(m3)；I一表示第i类生态分区；W河i～表示第i条河流水面的生态环境需水(m3)：W早i～表示第i类旱地生态环境需水(m3)；W湿地i一表示第i类湿地湖泊的生态环境需水(m3)。不同区域的生态环境需水类型划分依据不同，但是根本都包含了河道、旱地以及湿地三大类型，有学者将城市生态环境系统单独作为为一种系统。本研究中主要的分类如图2所示。其中旱地生态环境需水计算林地和草地的土壤需水和植物需水；河道内生态环境需水主要计算水体蒸发渗漏需水；而湿地生态环境需水既计算了土壤、植物需水量的又计算了水体蒸发渗漏需水量。3．2顺义区河道内生态环境需水顺义区的河流水系环境需水主要考虑蒸发渗漏方面，相对于山区和河口处的水域来讲，顺义区的水土保持需水和河流输沙需水量可以不计。第i类分区河流生态环境需水量计算公式如下：‰=∑E×4 (2)式中，％一表示河流水系环境需水(m3)；Ai一表示水面积(m2)；Ei一表示单位面积水面蒸发渗漏需水量(m3)；i一表示分区内第i个水面。Ei由该流域的平均蒸发量、降水量和渗漏量等水文数据确定。本文根据顺义区水务局“十二五〞局“十二五〞水务开展规划报告和张彤等?北京市城市环境生态需水初探?的研究，以北京市多年自然气候条件影响下的经验值作为顺义区的河湖水系蒸发渗漏的估算值，确定河流湖泊蒸发渗漏损失取值为2cm／d，水深取值为lm[12】【13】。3．3旱地生态环境需水旱地生态环境系统是顺义区的典型需水系统，一般可分为林地生态系统，草地生态系统和城市绿地生态系统，其中城市绿地生态系统又分为林地、草地两大局部。一般计算公式为：哗：∑／1够町+艮，)：主A，×(E丹+a“×日。，) (3)i=l 』=l式中，W早一表示旱地生态环境需水(m3)；Ws广表示第i类植被区土壤需水(m3)；Wpi一表示第i植被区植被需水(ms)；Ai一表示第i类植被区面积(m2)；Ep广一表示第i类植被区植物蒸散需水量(turn)；asi-表示第i类植被区土壤田间持水量的百分比(％)；Hs广表示第i类植被区土壤深度(m)；卜表示旱地第i类生态系统。本文中旱地植物中林地EP值参考陈丽华2001年等研究的具有代表性的北京市林地植被的平均值370．53ram【14l；绿化用地EP值参考刘旭升等2021年研究的取值856．2rnrn[15】；湿地植物EP值参考张云等计算顺义汉石桥湿地时最小取值800mm[161。土壤需水Ws参考杨志峰等在流域的根底上对相关指标的界定值；湿地as和Hsi分别参考张云等计算顺义汉石桥湿地时最小取值30％和150．250era／15】；旱地林地和绿化用地的‰和Hsi参考杨志峰等2006年的研究，分别取值45％、150cm和30eral71。3．4湿地生态环境需水顺义区的湿地较为集中，并且皆为河流形成的湖泊水库形态。湿地湖泊生态区同时还包括土壤需水、植物需水以及生物栖息地需水等。湖泊换水暂不列到其内。具体计算公式为：132酽湿：∑n帆，+％，+K，)：窆A酊×(H。，+EP，+a。，×Hsi) 酽湿：∑n帆，+％，+K，)：窆A酊×(H。，+EP，+a。，×Hsi) (4)i=1 ，=l式中，W。广-表示第i湿地生物栖息地需水(m3)；Hoi一表示第i湿地水深(m)：Aai一表示第i湿地水生植被面积(m2)；湿地的水面蒸发渗漏需水与河流的保持一致，均以2cm／d计，水深以lm计算，由于湿地多为苇草等水生植物，本研究Hq张云等计算顺义汉石桥湿地时最小水深1．5m。i为该区某一湿地；F-,pi、H。i、asi等指标在公式(3)中已有界定。4结果与分析4．1顺义区生态环境需水计算结果(1)本文在顺义区生态功能分区的根底上划分出了各大需水类型。顺义总林地面积达272．5X106m2，考虑到农业用水计算的重复性，本研究中林地不包括林果园等生产类林业用地。统计的各需水类型的面积中，林地占30．9％，绿地占48．1％，湖泊湿地占10．3％，河流水系占10．7％。在整个顺义区中，总生态环境统计面积占顺义区总面积的23．6％。具体如表2所示。表2顺义区各生态环境需水体系面积统计Table2AreaofShunyidifferentEco—environmentWaterdemand(2)林地生态环境系统是指顺义区的乔木林带，绿地生态环境需水主要是指顺义新城的绿化生态环境需水，以草地和低矮灌木植被为主。顺义区的湿地生态系统主要为河流形成的湖泊、水库、湿地，计算过程中忽略湖泊换水问题。河道内生态环境需水主要考虑了顺义区的河流特点，以计算蒸发渗漏量为主，尚未考虑到河流风沙治理、鱼类繁殖等需水指标，另外属于河流局部的植物需水和土壤需水已折算到旱地类型中。具体各生态环境需水量计算结果如表3所示。表3北京市顺义区生态环境需水计算结果各生态环境需水量计算结果如表3所示。表3北京市顺义区生态环境需水计算结果Table3 DifferentEco·environmentWaterdemandofShunyiDistrict4．2顺义区生态环境需水研究分析(1)顺义区自身生态环境需水特性林地生态环境需水为0．78亿m3，由于顺义区90％以上为平原，乔木林带相对来说比拟少，其需水量在几大需水类型中最少；草地植被涵盖公园绿地以及绿化防护绿地等多类型植被，其面积分布最广，主要生态环境需水量为1．15亿rn3；湿地生态环境需水1．29亿m3，仅次于河道内的生态环境需水1．87亿1133。最终需水结果不仅与各生态环境叙事类型的面积有关，更与其相关指标系数有关。顺义区的生态环境需水大户集中在以潮白河为轴的新城范围区，属于生态环境建设区部分，在开发利用中应该尤其注意维持其生态环境和水资源的循环关系。尤其是断流期增长的河道补水方面。(2)顺义区总水资源利用情况出顺义区总生态环境需水5．1亿立方米，以作者前期研究的顺义区2021年总用水量为根底，计算顺义生态环境需水占水资源总利用量的64．5％。而在顺义区的“十二五"规划中，2021年顺义区的生态用水量仅为83万m3，占总用水量的0．3％，农业用水占63．9％，工业用水占15．O％，生活用水占20．7％。比拟以上数据得知生态用水量要远远小于区内生态环境需水。从0．3％到64．5％的差距使顺义区的水系统和生态环境系统之间的互补作用减弱，用水分配的持续不合理严重影响了水资源系统的平衡性，同时也使整个生态系统的可持续开展受阻。(3)顺义区用水节水建议在生态环境需水供应缺乏的形势下，顺义区地下水超采仍有2亿m3(顺义区统计局相关资料)。因此，未来几年顺义区水资源开展中，需要从农业、工业和生活需水中调配2～5亿立方米的水资源到生态环境需水。在水资源规划利用中，更应该严格控制水资源的产业利用量，适当情况可以牺牲经济效益增加生态环境效益。同时，顺义区也应该注重利用现代化的科学技术，在农业、工业和生活中大力推广节水设施。另外在汛期应该加大雨洪利用工程的实施，从水循环、再生水的利用以及引水工程等方面有方案调配2～5亿立方米的水资源到生态环境需水。在水资源规划利用中，更应该严格控制水资源的产业利用量，适当情况可以牺牲经济效益增加生态环境效益。同时，顺义区也应该注重利用现代化的科学技术，在农业、工业和生活中大力推广节水设施。另外在汛期应该加大雨洪利用工程的实施，从水循环、再生水的利用以及引水工程等方面有方案的增加生态环境需水，逐步推进区域水资源可持续利用。参考文献【l】杨志峰，崔保山，刘静玲，等．生态环境需水量理论、方法和实践【M】．北京：科学出版社，2003．【2】倪晋仁，崔树彬，李天宏，等．论河流生态环境需水[J】．水利学报，2002．(9)：14-19，26．【3】GleickPH．Waterincrisis：pathstosusutainablewateruse[J]．EcologicalApplications，1998，8(3)：571-579．【4】杨志峰，崔保山，刘静玲，等．生态环境需水量理论、方法和实践【M】．北京：科学出版社，2003．【5】顺义区环境保护局．顺义区“十一五〞时期生态开展规划[R】．北京：2004．【6】LiuSuling，WangYuxin，MaoXiaohui．Calculati