陳昂，隋欣，廖文根，陳凱麒

（1.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司水電環(huán)境研究院，北京100012；

2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院國(guó)家水電可持續(xù)發(fā)展研究中心，北京100038；

3.清華大學(xué)土木水利學(xué)院，北京100084；

4.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京100120；

5.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京100012）

我國(guó)河流生態(tài)基流理論研究回顧

陳昂1，2，3，隋欣2，廖文根4，陳凱麒5

（1.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司水電環(huán)境研究院，北京100012；

2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院國(guó)家水電可持續(xù)發(fā)展研究中心，北京100038；

3.清華大學(xué)土木水利學(xué)院，北京100084；

4.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京100120；

5.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京100012）

從生態(tài)基流的概念內(nèi)涵、發(fā)展歷程、計(jì)算方法和相關(guān)規(guī)定4個(gè)方面回顧了我國(guó)河流生態(tài)基流的發(fā)展歷程。首先梳理了生態(tài)基流的概念，從生態(tài)基流支撐的河流生態(tài)系統(tǒng)功能、生態(tài)需水過程辨析了我國(guó)河流生態(tài)基流內(nèi)涵；根據(jù)40年來我國(guó)河流生態(tài)基流的發(fā)展歷程，將其分為探索、起步、發(fā)展和完善階段共4個(gè)階段，并總結(jié)了各階段的特征；回顧梳理了國(guó)內(nèi)外生態(tài)基流計(jì)算方法的發(fā)展歷程，并對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行分類；最后梳理了我國(guó)已頒布的河流生態(tài)基流相關(guān)法律、規(guī)范、導(dǎo)則和指南，分析了現(xiàn)有規(guī)定的不足及未來的研究發(fā)展方向?？蔀槲覈?guó)河流生態(tài)基流理論研究提供依據(jù)，為河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)政策的制定提供決策參考。

生態(tài)基流；環(huán)境影響評(píng)價(jià)；生態(tài)需水；環(huán)境流

1 研究背景

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)水資源的過度利用影響了流域或區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，需要進(jìn)行水資源的科學(xué)核算與調(diào)控研究，即研究河流生態(tài)基流，保障河道中維持一定的流量［1］。目前我國(guó)處于水電開發(fā)的快速發(fā)展時(shí)期，尤其是西南生態(tài)敏感區(qū)、西北生態(tài)脆弱區(qū)等地的水電開發(fā)面臨諸多生態(tài)環(huán)境問題。生態(tài)基流是水電工程建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)，對(duì)維持河流基本的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能、保護(hù)水生生物健康具有重要意義。自20世紀(jì)70年代我國(guó)開始探索河流生態(tài)基流以來，經(jīng)過40年的發(fā)展已取得了一定的成果，建立了我國(guó)生態(tài)需水研究的指標(biāo)體系，以及水循環(huán)的生態(tài)效應(yīng)與區(qū)域生態(tài)需水類型的關(guān)系，針對(duì)不同區(qū)域、不同類型及不同時(shí)間的生態(tài)用水需求引進(jìn)并改進(jìn)了多種生態(tài)需水計(jì)算方法，完成了我國(guó)分區(qū)域生態(tài)需水研究［2］。作為生態(tài)用水控制的基本依據(jù)，生態(tài)基流已成為水資源綜合管理中亟需解決的問題之一。為解決日益突出的用水矛盾，保證我國(guó)水利水電工程與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，2006年原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理司發(fā)布《水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）》（下稱“指南”），明確提出生態(tài)基流下限不得低于多年平均天然徑流量的10%，對(duì)實(shí)際工作起到重要指導(dǎo)作用［3］。與國(guó)外相比，我國(guó)河流生態(tài)基流問題更加突出，生態(tài)用水問題突出的流域河流甚至出現(xiàn)斷流等現(xiàn)象，很大程度上影響了河流生態(tài)系統(tǒng)健康［4］。由于“指南”中未對(duì)河流生態(tài)基流的概念內(nèi)涵進(jìn)行嚴(yán)格的界定，隨著我國(guó)水電開發(fā)河段趨于敏感，待開發(fā)區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱以及國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，在我國(guó)水利水電工程建設(shè)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)中對(duì)河流生態(tài)基流的考慮顯露出一些不足，給生態(tài)基流措施的執(zhí)行帶來了一定的困難；因此，現(xiàn)階段亟需明確河流生態(tài)基流的用水需求與不同生態(tài)保護(hù)目標(biāo)用水需求之間的區(qū)別與聯(lián)系，進(jìn)一步完善和補(bǔ)充河流生態(tài)基流概念內(nèi)涵、生態(tài)基流標(biāo)準(zhǔn)。

本文系統(tǒng)歸納了現(xiàn)有河流生態(tài)基流的研究成果，綜述了河流生態(tài)基流的發(fā)展歷程，辨析了河流生態(tài)基流的概念內(nèi)涵，回顧梳理了生態(tài)基流的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程與計(jì)算方法，總結(jié)分析了河流生態(tài)基流的法律法規(guī)、導(dǎo)則、指南和規(guī)范等相關(guān)規(guī)定。研究可為明確河流生態(tài)基流的概念內(nèi)涵、計(jì)算方法和促進(jìn)河流生態(tài)基流標(biāo)準(zhǔn)的制定提供依據(jù)，為水利水電開發(fā)中生態(tài)基流的管理提供理論支撐，具有重要的理論意義。

2 概念內(nèi)涵回顧

2.1 相關(guān)概念河流生態(tài)基流及相關(guān)概念眾多，國(guó)外使用較多的有環(huán)境流量（Environmental Flow）、河道內(nèi)流量（In-stream Flow）、最小流量（Minimum Flow）、最小可接受流量（Minimum Acceptable Flow）等［5-7］。國(guó)內(nèi)生態(tài)基流的相關(guān)概念大多是在國(guó)外概念基礎(chǔ)上提出的，同時(shí)我國(guó)學(xué)者從多方面界定了河流生態(tài)基流的概念及內(nèi)涵，例如《水資源保護(hù)工作手冊(cè)》《中國(guó)水利百科全書》《21世紀(jì)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究》提出的生態(tài)用水、環(huán)境用水、河道內(nèi)生態(tài)需水等概念。目前使用較多的概念有生態(tài)基流、生態(tài)需水、敏感生態(tài)需水、生態(tài)環(huán)境需水量、最小生態(tài)需水量、適宜生態(tài)流量、環(huán)境流、環(huán)境水流等（表1），由于未形成統(tǒng)一的概念，除上述定義之外，我國(guó)河流生態(tài)基流研究中還存在一些其它定義，如最小生態(tài)流量、基本環(huán)境需水、敏感生態(tài)需水量、生態(tài)系統(tǒng)需水量等［8-12］。

表1 河流生態(tài)基流相關(guān)概念

在眾多概念中，河流生態(tài)基流僅是生態(tài)需水的一個(gè)方面，河流生態(tài)需水是在特定水平下滿足河流生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常運(yùn)行的需水量和需水過程。包括為保護(hù)和改善河流水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)和諧、環(huán)境美化目標(biāo)和其它具有美學(xué)價(jià)值目標(biāo)等所需的水量；維持水生生物正常生長(zhǎng)、保護(hù)特殊生物和珍稀物種生存所需的水量；維持河流水沙平衡、水鹽平衡等各項(xiàng)平衡關(guān)系所需的水量；以及人類日常生產(chǎn)、生活所需的水量等內(nèi)容［13-16］。因此，對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)不同功能需求，生態(tài)需水又分為水面生態(tài)需水（河流形態(tài)，水土保持、航運(yùn)、娛樂、景觀等）、輸沙需水、生物生長(zhǎng)繁殖需水和氣候調(diào)節(jié)需水等。

對(duì)于不同的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)象，生態(tài)需水以流域、河流、濕地、湖泊、河口等不同空間尺度表現(xiàn)，河流生態(tài)需水又可分為河道內(nèi)生態(tài)需水與河道外生態(tài)需水［17-19］。根據(jù)河道內(nèi)生態(tài)需水所滿足的功能，又可分為河道內(nèi)生態(tài)基流和河道內(nèi)敏感生態(tài)需水，本文所指的河流生態(tài)基流即為河道內(nèi)生態(tài)基流，是為維持河道不斷流，避免水生生物群落遭受到無法恢復(fù)破壞的河道內(nèi)最小流量。

2.2 內(nèi)涵辨析研究和確定河流生態(tài)基流的目的在于遏止由河道斷流和流量減少造成的生物多樣性減少、生態(tài)環(huán)境惡化等問題，最終實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展；但由于相關(guān)概念眾多，內(nèi)涵不斷擴(kuò)展，形成了滿足河道內(nèi)外多種生態(tài)功能的河流生態(tài)基流概念體系。對(duì)其內(nèi)涵需要從幾個(gè)方面進(jìn)行辨析，一是河流生態(tài)基流維持的不同功能辨析，二是需水過程與需水量的辨析，三是河流生態(tài)基流閾值設(shè)定與變化過程的辨析。

（1）河流生態(tài)基流維持的功能辨析。河流生態(tài)基流是指為維持河流基本形態(tài)和基本生態(tài)功能所需的流量，重點(diǎn)在于河流最基本的功能，即維持河流不斷流所需的流量（表2）。

生態(tài)需水是為了在流域自然資源開發(fā)利用的條件下維持流域生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡所需要的臨界水分條件，強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡不被破壞，滿足的是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的需水量和需水過程；敏感生態(tài)需水則是強(qiáng)調(diào)生態(tài)敏感區(qū)的需水量及需水過程，不同敏感區(qū)和敏感目標(biāo)的用水需求差異較大；生態(tài)環(huán)境需水量強(qiáng)調(diào)維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡的需水量；最小生態(tài)需水量是生態(tài)環(huán)境需水量的最小值，強(qiáng)調(diào)維持生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的臨界水量；適宜生態(tài)流量強(qiáng)調(diào)水生生態(tài)系統(tǒng)完整性，功能范圍相對(duì)較小，僅面向河流中的水生生物，包括魚類、浮游動(dòng)植物、底棲生物等；環(huán)境流則強(qiáng)調(diào)自然-社會(huì)二元水循環(huán)的協(xié)調(diào)發(fā)展；環(huán)境水流在環(huán)境流的基礎(chǔ)上更加強(qiáng)調(diào)河道內(nèi)的水文過程。

表2 河流生態(tài)基流相關(guān)概念維持的功能

（2）需水過程與需水量的辨析。河流生態(tài)基流要求河道內(nèi)維持一定的流量，而不是一定時(shí)間內(nèi)滿足的需水總量。由于徑流表現(xiàn)出隨時(shí)間變化的特性，需水總量并不能保證在單位時(shí)間生態(tài)基流積分滿足河流基本生態(tài)功能，因此需要在需水過程上對(duì)河流基流提出要求，通常以流量作為指標(biāo)。

（3）生態(tài)基流時(shí)間尺度的辨析。河流生態(tài)基流是指維持河流基本結(jié)構(gòu)和功能所需的最小流量，強(qiáng)調(diào)滿足河流最基本的結(jié)構(gòu)功能，或簡(jiǎn)言之即為保持河流不斷流的最小流量。辨析河流生態(tài)基流研究的時(shí)間尺度對(duì)于確定生態(tài)基流閾值具有指導(dǎo)意義，生態(tài)基流研究的最小時(shí)間單元一般為年，對(duì)于某一條河流特定的河段，其基流在年內(nèi)應(yīng)是單一值，而不是隨時(shí)間不斷變化的流量過程。隨著研究的深入，生態(tài)基流研究的最小時(shí)間尺度逐漸變?yōu)榧净蛟?，即生態(tài)基流在年內(nèi)也可以為多個(gè)值，如Ten?nant法根據(jù)不同用水期將年內(nèi)生態(tài)基流分為魚類產(chǎn)卵期和一般用水期。由于不同區(qū)域不同類型或功能的水利水電工程在確定生態(tài)基流是差異較大，我國(guó)不同區(qū)域的生態(tài)基流顯著差異，確定河流生態(tài)基流時(shí)需要根據(jù)不同時(shí)期或不同水期分別計(jì)算各時(shí)段的生態(tài)基流，如我國(guó)北方地區(qū)生態(tài)基流計(jì)算時(shí)一般分為汛期與非汛期兩個(gè)水期分別確定。

3 發(fā)展歷程回顧

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的河流生態(tài)基流研究較早，從滿足河流的航運(yùn)功能、保護(hù)漁業(yè)資源和生物多樣性、維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康，以及強(qiáng)調(diào)流域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展等多個(gè)方面不斷完善了河流生態(tài)基流的概念和內(nèi)涵，形成了相對(duì)系統(tǒng)的理論體系［20-25］。與國(guó)外相比，我國(guó)的河流生態(tài)基流研究相對(duì)滯后，以20世紀(jì)70年代西北干旱地區(qū)的生態(tài)基流研究為起點(diǎn)至今，大致可以為4個(gè)時(shí)期，即：探索階段、起步階段、發(fā)展階段和完善階段。

3.1 探索階段20世紀(jì)70年代為我國(guó)生態(tài)基流研究的探索階段，起源于西北干旱地區(qū)水資源綜合開發(fā)利用研究中對(duì)最小生態(tài)流量的討論，期間也形成了一些成果，如《環(huán)境用水初步探討》。綜合來看，這個(gè)時(shí)期我國(guó)的河流生態(tài)基流研究剛剛起步，國(guó)外研究也處于緩慢發(fā)展期。

3.2 起步階段20世紀(jì)80年代為我國(guó)生態(tài)基流研究的起步階段，針對(duì)日益嚴(yán)重的斷流、水污染等問題，流域管理機(jī)構(gòu)開始關(guān)注水質(zhì)惡化和水生態(tài)破壞對(duì)淡水生物資源尤其是漁業(yè)資源的嚴(yán)重影響，國(guó)務(wù)院環(huán)境保護(hù)委員會(huì)在《關(guān)于防治水污染技術(shù)政策的規(guī)定》中要求在水資源配置和水資源規(guī)劃時(shí)，保障為保護(hù)和改善水質(zhì)所需的環(huán)境用水，生態(tài)環(huán)境用水是生態(tài)脆弱地區(qū)水資源規(guī)劃中必須考慮的用水類型；1987年，國(guó)務(wù)院頒布了“黃河可供水量分配方案”，限定了黃河自身用水及相關(guān)地區(qū)用水總量，但沒有明確干流重要斷面的流量過程。1988年《水資源保護(hù)工作手冊(cè)》涉及了流域?qū)用娴纳鷳B(tài)需水內(nèi)容，但是未形成明確的概念；隨后，有關(guān)學(xué)者研究了三門峽水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行方式對(duì)下游河道的影響規(guī)律，同時(shí)開展了黃河上游大型水電工程對(duì)下游沖積河流影響研究，探討了水庫(kù)適宜的下泄流量過程。

3.3 發(fā)展階段20世紀(jì)90年代為我國(guó)生態(tài)基流研究的發(fā)展階段，期間由于西北內(nèi)陸地區(qū)生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，北方流域出現(xiàn)水資源短缺現(xiàn)象，隨著國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃的推動(dòng)，我國(guó)在這個(gè)時(shí)期開展了大量河流生態(tài)基流研究。國(guó)家九五科技攻關(guān)項(xiàng)目的多個(gè)課題對(duì)西北地區(qū)內(nèi)陸河流生態(tài)基流進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究重點(diǎn)是生態(tài)基流的計(jì)算，如“西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)策研究”利用遙感信息建立了基于土地利用變化的區(qū)域生態(tài)需水估算方法，“西北地區(qū)水資源合理利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)”提出了針對(duì)干旱區(qū)特點(diǎn)的生態(tài)需水計(jì)算方法。針對(duì)黃河斷流和水環(huán)境問題，水利部提出在水資源配置研究中應(yīng)當(dāng)考慮生態(tài)環(huán)境用水，1994年《環(huán)境水利學(xué)導(dǎo)論》中明確界定了環(huán)境用水的概念。之后，劉昌明等提出了我國(guó)21世紀(jì)水資源供需的生態(tài)水利問題［26］。

3.4 完善階段2000年至今為我國(guó)生態(tài)基流研究的完善階段，進(jìn)一步又可以分為2000—2010年和2011年至今兩個(gè)階段。隨著我國(guó)學(xué)者在南方地區(qū)、北方地區(qū)、西北干旱地區(qū)等不同區(qū)域生態(tài)需水研究的深入，逐步界定了生態(tài)基流的概念，在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)方法等方面也開展了大量工作，同時(shí)在開展的環(huán)境影響后評(píng)價(jià)工作中也開始考慮河流生態(tài)基流［27-31］。十五期間，“中國(guó)分區(qū)域生態(tài)用水標(biāo)準(zhǔn)研究”建立了全國(guó)層面的生態(tài)需水理論，生態(tài)需水分類體系和生態(tài)用水標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)體系。2011年至今河流生態(tài)基流研究在我國(guó)迅速發(fā)展，主要表現(xiàn)為多學(xué)科知識(shí)的交叉融合，建立了相對(duì)完善的生態(tài)基流概念內(nèi)涵，在技術(shù)方法上與生態(tài)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等相結(jié)合，并在指南、導(dǎo)則等方面不斷完善生態(tài)基流計(jì)算規(guī)范［32-35］。

4 計(jì)算方法回顧

由于對(duì)河流生態(tài)基流的概念界定不清，在引進(jìn)國(guó)外計(jì)算方法時(shí)缺乏對(duì)我國(guó)實(shí)際情況的考慮，不同方法計(jì)算結(jié)果差異較大，我國(guó)尚未形成普適性的生態(tài)基流計(jì)算方法。雖然也有一些方法的改進(jìn)和創(chuàng)新，如環(huán)境功能設(shè)定法、考慮輸沙和水質(zhì)凈化的生態(tài)基流計(jì)算方法等，并且在基本形成了以多年平均天然徑流量的10%作為最小下泄流量標(biāo)準(zhǔn)。但由于我國(guó)河流顯著的區(qū)域性特征及不同區(qū)域河流節(jié)律的差異性，目前河流生態(tài)基流計(jì)算方法尚不足以指導(dǎo)實(shí)踐工作?；谀壳把芯颗c實(shí)踐的背景，本文回顧了國(guó)內(nèi)外河流生態(tài)基流計(jì)算方法的發(fā)展歷程，并對(duì)國(guó)內(nèi)外計(jì)算方法進(jìn)行分類研究，為不同計(jì)算方法的應(yīng)用及我國(guó)河流生態(tài)基流標(biāo)準(zhǔn)的建立提供了依據(jù)。

4.1 國(guó)外發(fā)展歷程1976年Tennant通過對(duì)美國(guó)中西部多條河流棲息地開展調(diào)查建立了河道最小流量與河流棲息地質(zhì)量關(guān)系，按照魚類產(chǎn)卵期將年內(nèi)分為一般用水期和魚類產(chǎn)卵期兩個(gè)時(shí)段，分別提出了不同時(shí)段的流量范圍。隨后，多種方法不斷發(fā)展，1991年Matthews和Bao在德克薩斯州發(fā)展了一種綜合考慮區(qū)域水文特征與不同生物特性的方法，通過某一保證率下的月平均流量表示生態(tài)基流；其它方法如7Q10法、流量歷時(shí)曲線法、變化范圍法等也開始發(fā)展并得到廣泛使用［36-37］。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)魚類和野生動(dòng)物保護(hù)部門為評(píng)估水資源開發(fā)和管理活動(dòng)對(duì)水生生物及河道外生態(tài)系統(tǒng)影響開發(fā)了IFIM法，用于解決水資源管理和生態(tài)系統(tǒng)最小需水量問題，適用于中小型棲息地?？屏_拉多水利委員會(huì)為保護(hù)高海拔冷水河流淺灘棲息地和冷水魚開發(fā)了R2Cross法，以曼寧公式為計(jì)算基礎(chǔ)，通過河流的平均水深、平均流速和濕周率計(jì)算特定淺灘處河道最小流量，并用其代表整個(gè)河流的最小流量。挪威也建立了評(píng)估棲息地質(zhì)量的CASIMIR法和PHABSM法，用以預(yù)測(cè)流量變化對(duì)魚類、無脊椎動(dòng)物和大型水生植物的影響以及自然棲息地的變化情況［38-39］。南非的BBM（Building Block Methodology）法是考慮較為全面的一種方法，將河道內(nèi)的流量劃分四個(gè)等級(jí)，即最小流量、棲息地能維持的洪水流量、河道可維持的洪水流量和生物產(chǎn)卵期洄游需要的流量。2007年，以整體法為基礎(chǔ)發(fā)展起來的ELOHA（Ecological Limits of Hydrologic Alteration）方法被“國(guó)際環(huán)境流大會(huì)”重點(diǎn)推薦，并在世界范圍內(nèi)廣泛使用，世界上已有諸如BBM法、DRIFT法（Downstream Response to Imposed Flow Transformations）、ELOHA法等共10余種整體法。

總體來看，國(guó)外河流生態(tài)基流計(jì)算方法已相對(duì)成熟，針對(duì)不同目標(biāo)的流量等級(jí)劃分較為明確，關(guān)注重點(diǎn)不僅是河道內(nèi)最小流量，而是逐漸從基流擴(kuò)展至維持河流生態(tài)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)功能所需流量的層面，尤其關(guān)注河道內(nèi)生物產(chǎn)卵洄游所需的流量過程。

4.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程我國(guó)目前使用最為廣泛的是Tennant法的改進(jìn)，2006年原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理司發(fā)布《水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）》（下稱“指南”），明確提出生態(tài)基流下限不得低于多年平均天然徑流量的10%。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過對(duì)7Q10法進(jìn)行改進(jìn)開發(fā)了一些適用于我國(guó)河流生態(tài)基流計(jì)算的方法，如根據(jù)10年最枯月平均流量、90%保證率河流最枯月平均流量或最枯月平均流量多年平均值等計(jì)算結(jié)果作為河流生態(tài)基流，通常使用的是最枯月平均流量多年平均值進(jìn)行計(jì)算，90%保證率河流最枯月平均流量法也比較適合國(guó)內(nèi)河流的生態(tài)基流計(jì)算。另外，研究者依據(jù)控制斷面歷年最小瞬時(shí)流量進(jìn)行頻率分析，取保證率為90%的最小瞬時(shí)流量作為河段生態(tài)基流；也有以河流最小月平均實(shí)測(cè)徑流量的多年平均值作為生態(tài)基流的河流基本生態(tài)環(huán)境需水量法。國(guó)內(nèi)通過實(shí)例研究及Tennant法驗(yàn)證，將月（年）保證率設(shè)定法作為計(jì)算生態(tài)基流的一種新方法，能夠計(jì)算不同狀況下的河流需水要求，比較適用于黃淮海平原等以季節(jié)性河流為主的地區(qū)。針對(duì)我國(guó)比較嚴(yán)重水環(huán)境污染現(xiàn)狀，研究者提出了根據(jù)河流水質(zhì)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放濃度推算滿足河流稀釋、自凈等環(huán)境功能所需水量的環(huán)境功能設(shè)定法。也有研究者結(jié)合我國(guó)南方季節(jié)性缺水河流的水資源特征和污染情況，提出了一種BOD-DO水質(zhì)數(shù)學(xué)模型法，計(jì)算結(jié)果是針對(duì)枯水季節(jié)得到的，對(duì)季節(jié)性缺水河流是合適的。隨著研究資料的累計(jì)、監(jiān)測(cè)調(diào)查資料逐漸豐富，水力學(xué)方法也得到發(fā)展，如生態(tài)水力學(xué)耦合模型、生態(tài)水力模擬法等，也有學(xué)者結(jié)合生物參數(shù)與河道參數(shù)提出了生態(tài)水力半徑法。在長(zhǎng)江等資料相對(duì)豐富的地區(qū)，研究者提出了以水文-生態(tài)響應(yīng)關(guān)系法，從整體分析了大壩上下游河段的生態(tài)保護(hù)需求。

總體來看，國(guó)內(nèi)河流生態(tài)基流計(jì)算方法研究相對(duì)較少，開始階段大多是對(duì)國(guó)外水文學(xué)和水力學(xué)方法的應(yīng)用和改進(jìn)，大多數(shù)研究是從水文、水質(zhì)角度出發(fā)進(jìn)行研究，生態(tài)基流計(jì)算主要是通過水文歷史資料分析河流流量；后來逐漸提出了一些新的計(jì)算方法，但仍以水文學(xué)方法為主，水力學(xué)法也有一定程度的應(yīng)用。

4.3 計(jì)算方法分類河流生態(tài)基流計(jì)算方法的發(fā)展是隨著研究的深入不斷改善的過程，目前有記載的計(jì)算方法達(dá)200多種。自20世紀(jì)70年代以來，按照時(shí)間階段和方法特點(diǎn)基本可以分為4大類，即水文學(xué)法、水力學(xué)法、棲息地法和整體法。70年代，基于水文歷史資料分析原理，國(guó)外學(xué)者提出了水文學(xué)方法；80年代，研究學(xué)者開始引入河流水力學(xué)參數(shù)計(jì)算生態(tài)基流；90年代，為維持河流生態(tài)系統(tǒng)完整性，各國(guó)學(xué)者側(cè)重于從生態(tài)系統(tǒng)整體角度研究生態(tài)需水，將生物信息納入計(jì)算方法中建立了河流水文水動(dòng)力學(xué)參數(shù)與生物生長(zhǎng)繁殖狀況關(guān)系的棲息地法。隨著河流連續(xù)體理論、洪水脈沖理論等理論的發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)以來，逐漸誕生了強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)整體流量需求的整體法。

（1）水文學(xué)法。水文學(xué)法是是利用簡(jiǎn)單的水文指標(biāo)設(shè)定流量的傳統(tǒng)的基流計(jì)算方法，又稱標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定法或快速評(píng)價(jià)法，代表方法如Tennant法、90%保證率法、7Q10法、基本流量法等（表3）?？傮w而言，水文學(xué)法以歷史流量為基礎(chǔ)確定河流生態(tài)基流，能反映出年平均流量相同的季節(jié)性河流和非季節(jié)性河流在生態(tài)環(huán)境需水量上的差別。

表3 河流生態(tài)基流計(jì)算的水文學(xué)方法

（2）水力學(xué)法。水力學(xué)法的基本原理是建立流量與河道水力學(xué)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，河道水力學(xué)參數(shù)可以通過實(shí)測(cè)或采用曼寧公式計(jì)算獲得，我國(guó)使用較多的水力學(xué)方法是是濕周法和R2Cross法（表4）。

表4 河流生態(tài)基流計(jì)算的水力學(xué)方法

（3）棲息地法。棲息地法較為復(fù)雜，應(yīng)用比較廣泛的是美國(guó)魚類和野生動(dòng)物保護(hù)部門開發(fā)的河道內(nèi)流量增量法（Instream Flow Incremental Methodology，IFIM），目的是建立魚類和流量關(guān)系。其它方法如物理?xiàng)⒌啬M法（The Physical Habitat Simulation Model，PHABSIM），中尺度棲息地適宜度模型（Mesohabitat Simulation Model，MesoHABSIM）等方法也有所應(yīng)用（表5）。

（4）整體法。整體法包括BBM法、整體研究法、水文-生態(tài)響應(yīng)關(guān)系法等（表6），整體法強(qiáng)調(diào)河流是一個(gè)綜合生態(tài)系統(tǒng)，從生態(tài)系統(tǒng)整體出發(fā)，根據(jù)專家意見綜合研究流量、泥沙運(yùn)輸、河床形狀與河岸帶群落之間的關(guān)系，使推薦的河道流量能夠同時(shí)滿足生物保護(hù)、棲息地維持、泥沙沉積、污染控制和景觀維護(hù)等功能。

表5 河流生態(tài)基流計(jì)算的棲息地法

表6 河流生態(tài)基流計(jì)算的整體法

5 相關(guān)規(guī)定回顧

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、加拿大、法國(guó)、澳大利亞等均以法律法規(guī)、導(dǎo)則等多種形式制訂了河流生態(tài)基流標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)聯(lián)邦制定的《自然和景觀河流法》，法國(guó)的《水法》和《漁業(yè)法》，澳大利亞的《水資源法案》《環(huán)境流導(dǎo)則（1999）》《環(huán)境流導(dǎo)則（2006）》和《環(huán)境流導(dǎo)則草案（2011）》。國(guó)際組織如世界銀行、聯(lián)合國(guó)等，也通過了一些生態(tài)基流相關(guān)的規(guī)定，如《國(guó)際水域非航海使用法條款》。這些規(guī)定對(duì)于河流生態(tài)基流的實(shí)踐起到了指導(dǎo)作用，在極大程度上保障了河流水體中的最小流量，對(duì)于維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要作用。與國(guó)外相比，為保障河流生態(tài)基流，我國(guó)也頒布了一系列河流生態(tài)基流相關(guān)法律、規(guī)范、導(dǎo)則和指南。

5.1 法律我國(guó)河流生態(tài)基流相關(guān)的法律并不多，未形成專門對(duì)河流生態(tài)基流的規(guī)定條款，僅在一些相關(guān)法律中體現(xiàn)了對(duì)生態(tài)需水量的考慮。如《中華人民共和國(guó)水法》第四十五條規(guī)定，調(diào)蓄徑流和分配水量，應(yīng)當(dāng)依據(jù)流域規(guī)劃和水中長(zhǎng)期供求規(guī)劃，以流域?yàn)閱卧贫ㄋ糠峙浞桨?。《中華人民共和國(guó)水資源法》第二十一條規(guī)定，在干旱和半干旱地區(qū)開發(fā)、利用水資源，應(yīng)當(dāng)充分考慮生態(tài)環(huán)境用水需要。2005年新的《中國(guó)人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》第二十九條規(guī)定，國(guó)家在重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)和脆弱區(qū)等區(qū)域劃定生態(tài)保護(hù)紅線，實(shí)行嚴(yán)格保護(hù)。

已發(fā)布的相關(guān)法律雖然未明確提出河流生態(tài)基流的概念內(nèi)涵，但從河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的角度對(duì)生態(tài)需水提出了要求，即要求在河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)時(shí)，應(yīng)劃定河流生態(tài)基流紅線。

表7 我國(guó)河流生態(tài)基流相關(guān)規(guī)定

5.2 規(guī)范2006年《江河流域規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范》對(duì)環(huán)境用水的范圍做出了限定，內(nèi)容包括維護(hù)和改善江河、湖泊等水域環(huán)境的用水；河道輸沙和河口沖淤、壓咸用水；改善鹽漬地和保護(hù)草原、荒漠植被的用水；保護(hù)珍稀、瀕危動(dòng)植物和維持魚類產(chǎn)卵、繁殖的用水；美化環(huán)境及旅游用水等。2008年《水資源供需預(yù)測(cè)分析技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：“生態(tài)基流一般取控制節(jié)點(diǎn)的90%頻率最小月平均流量；河道內(nèi)最小生態(tài)環(huán)境需水量，北方一般采用控制節(jié)點(diǎn)多年平均年徑流量的10%～20%，南方采用20%～30%；滿足特殊要求生態(tài)環(huán)境需水量是在河道最小生態(tài)環(huán)境需水量分析的基礎(chǔ)上，一般也采用占多年平均年徑流量的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行估算?！?011年《水利水電工程環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了應(yīng)設(shè)計(jì)生態(tài)與環(huán)境需水保障措施。2014年《河湖生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算規(guī)范》規(guī)定了河流、湖泊等生態(tài)需水量的計(jì)算方法，并規(guī)定生態(tài)基流是指年內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水過程中的下限值，該值是維持河流控制斷面生態(tài)環(huán)境用水需求，河道中必須予以保留的最小水量。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求和規(guī)定，河流生態(tài)基流為生態(tài)環(huán)境需水過程的下限值，從2006—2014年發(fā)布的規(guī)范可以看出，對(duì)河流生態(tài)基流的概念內(nèi)涵界定逐漸清晰，逐漸將生態(tài)基流從生態(tài)環(huán)境需水的概念中剝離，明確了河道中的最小水量。

5.3 導(dǎo)則2003年的《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則——水利水電工程》指出應(yīng)提出生態(tài)用水補(bǔ)償措施。2005年的《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則（試行）》明確說明，北方河流生態(tài)基流指標(biāo)原則上應(yīng)不小于多年平均流量的10%，枯水時(shí)段不應(yīng)低于同期流量均值的20%。2010年《河湖生態(tài)需水評(píng)估導(dǎo)則（試行）》總結(jié)出較為成熟的生態(tài)基流計(jì)算方法。2011年《水利水電建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》規(guī)定，原則上按多年平均流量的10%～20%確定，水網(wǎng)區(qū)、湖泊、水庫(kù)、閘壩等蓄水工程，可按最小水深控制；季節(jié)性河流或干旱區(qū)，需在保持現(xiàn)狀生態(tài)用水量的基礎(chǔ)上適度增加。2015年《河湖生態(tài)修復(fù)與保護(hù)規(guī)劃編制導(dǎo)則》規(guī)范了生態(tài)需水的類型和概念。2015年《水利建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響后評(píng)價(jià)導(dǎo)則》對(duì)生態(tài)環(huán)境用水的要求是評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境用水量、過程及生態(tài)環(huán)境需水目標(biāo)滿足程度，評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境水量下泄保障和管理措施的執(zhí)行情況及實(shí)施效果。

已發(fā)布的相關(guān)導(dǎo)則提出了河流生態(tài)基流保障的概念和保障措施，在實(shí)施過程中不僅要求維持河流最基本結(jié)構(gòu)和功能的最小流量，同時(shí)要求水利水電工程在建設(shè)時(shí)修建下泄生態(tài)基流保障措施，保障工程運(yùn)行時(shí)的生態(tài)基流下泄。

5.4 指南2005年《水電水利建設(shè)項(xiàng)目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)指南（試行）》中的重點(diǎn)是確定了河流生態(tài)基流推薦標(biāo)準(zhǔn)，“指南”規(guī)定了生態(tài)基流推薦值為多年平均天然徑流量的10%。2010年《水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)生態(tài)指標(biāo)體系與應(yīng)用指導(dǎo)意見》指出，水工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)時(shí)生態(tài)水文要素應(yīng)考慮流域尺度、河流廊道尺度與河段尺度的生態(tài)基流與敏感生態(tài)需水，并進(jìn)一步規(guī)范了河流生態(tài)基流的內(nèi)涵，即為防止河道斷流、避免河流水生生物群落遭受到無法恢復(fù)的破壞所需的最小流量；在生態(tài)基流計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮汛期和非汛期的不同水量需求，由于汛期生態(tài)基流多能得到滿足，通常生態(tài)基流指非汛期生態(tài)基流，對(duì)于我國(guó)北方缺水地區(qū)則要關(guān)注汛期生態(tài)基流是否滿足。

已發(fā)布的相關(guān)指南主要從河流生態(tài)基流的概念內(nèi)涵和計(jì)算方面做出了規(guī)定和建議，目前我國(guó)生態(tài)基流確定時(shí)主要采用“指南”的推薦方法，尚存在一定不足，除年內(nèi)不同時(shí)期或不同水期生態(tài)基流標(biāo)準(zhǔn)的差異外，還應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)開展分區(qū)域差異化的生態(tài)基流區(qū)劃研究，以滿足水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)的要求。

6 結(jié)論與展望

通過對(duì)多種概念內(nèi)涵的辨析，本文認(rèn)為河流生態(tài)基流是指為維持河流基本形態(tài)和基本生態(tài)功能的河道內(nèi)最小流量，是為維持河道不斷流，避免水生生物群落遭受到無法恢復(fù)破壞的河道內(nèi)最小流量。我國(guó)河流生態(tài)基流研究方法研究已逐漸從國(guó)外水文學(xué)方法的引進(jìn)應(yīng)用，到多種計(jì)算方法的改進(jìn)和創(chuàng)新，從水文學(xué)方法逐漸發(fā)展至多種計(jì)算方法比較使用，對(duì)整體法也有所應(yīng)用并針對(duì)我國(guó)河流的實(shí)際情況有所創(chuàng)新，建立了適用于我國(guó)大型河流的水文-生態(tài)響應(yīng)關(guān)系法。盡管從研究方面建立了多種河流生態(tài)基流計(jì)算方法，但從宏觀戰(zhàn)略管理層面，尤其是水利水電建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，如何確定最小下泄流量標(biāo)準(zhǔn)是仍未解決的問題，當(dāng)前河流生態(tài)基流計(jì)算方法采用改進(jìn)后的Tennant法，以多年平均天然徑流量的10%結(jié)合其它環(huán)境保護(hù)目標(biāo)和敏感保護(hù)對(duì)象的用水需求作為生態(tài)基流，統(tǒng)一管理存在一定難度。

我國(guó)河流生態(tài)基流研究與實(shí)踐還面臨諸多問題，生態(tài)基流區(qū)域性特征顯著，研究成果不易移植，給我國(guó)水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)帶來許多困難；目前法律法規(guī)體系尚不健全，未形成有效的生態(tài)基流管理指南，在一定層面上制約了水利水電工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)。由于我國(guó)河流生態(tài)系統(tǒng)的特殊性，未來河流生態(tài)基流研究有待深入開展。未來亟需深入開展河流生態(tài)基流的理論研究，在凝練生態(tài)基流概念內(nèi)涵的基礎(chǔ)上開展生態(tài)基流實(shí)踐研究，同時(shí)開展生態(tài)基流適用性方法研究及生態(tài)基流標(biāo)準(zhǔn)研究，完善河流生態(tài)基流理論體系。未來亟需開展河流生態(tài)基流法律法規(guī)研究和生態(tài)基流紅線約束區(qū)劃研究，以現(xiàn)有規(guī)范、導(dǎo)則和指南為基礎(chǔ)，開展生態(tài)基流理論方法研究，以法律法規(guī)的形式切實(shí)保障生態(tài)基流，同時(shí)積極開展水利水電工程的環(huán)境影響后評(píng)價(jià)研究與實(shí)踐。根據(jù)國(guó)內(nèi)外典型生態(tài)基流調(diào)研資料建立河流生態(tài)基流指標(biāo)體系，結(jié)合水文分區(qū)、水資源分區(qū)、生態(tài)水文分區(qū)等分區(qū)方法，建立河流生態(tài)基流分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和方法，構(gòu)建生態(tài)基流區(qū)劃系統(tǒng)。

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Review study on instream ecological base flow in China

CHEN Ang1，2，3，SUI Xin2，LIAO Wengen4，CHEN Kaiqi5
（1.China Three Gorges Corporation，Institute of Hydropower and Environment Research，Beijing100012，China；
2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing10038，China；
3.Tsinghua University，School of Civil Engineering，Beijing100084，China；
4.Water Resources and Hydropower Planning and Design General Institute，MWR，Beijing100120，China；
5.Appraisal Center for Environment and Engineering Ministry of Environmental Protection，Beijing100012，China）

This paper reviews the development of researches and practices on ecological base flow in China from four aspects such as the concepts and connotation，the development process，the calculation methods and relevant provisions.Firstly we summarized the commonly used concepts around the world，and discrimi?nated between the connotations of the concepts from river ecosystem service functions which ecological flow satisfies，ecological water demand processes and threshold value of ecological base flow.Then we divided the process into four phases and analyzed the characteristics according to 40-year development process of ecological base flow in China.The four phases are exploratory period，the initial period，development peri?od and improvement period.Then we summarized the calculation methods and classified them into four types.In the end，we sorted out the promulgated relevant laws，regulations，guidelines and guidance of eco?logical base flow and analyzed the deficiency and future research directions.The results provided the basis for theoretical studies and decision making in river ecosystem conservation policies.

ecological base flow；environmental impact assessment；ecological water demand；environmen?tal flow

X37

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.06.001

1672-3031（2016）06-0401-11

（責(zé)任編輯：韓昆）

2015-10-13

中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（2016M592404）；中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司資助項(xiàng)目（0799556，0766557，0799558，0799564）

陳昂（1989-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，博士，主要從事生態(tài)水文學(xué)，環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面的研究。

E-mail：chen_ang@ctgpc.com.cn