河道与湖泊生态需水理论与实践

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河道与湖泊生态需水理论与实践是研究如何满足河流、湖泊生态系统健康需求的科学领域。其核心目标是在人类用水需求和生态环境保护之间寻求平衡，确保水资源的可持续利用。

生态需水理论主要探讨维持生态系统结构、功能和生物多样性的最低水量要求。对于河道而言，生态需水包括基流（维持水生生物生存的基本流量）、洪峰流量（模拟自然水文过程以促进物种繁殖）以及季节性变化流量等。对于湖泊，生态需水涉及水位调控、水质维护及湿地补水等方面，以保障湖滨植被、鱼类和其他水生生物的生存环境。

在实践中，生态需水的研究与管理面临诸多挑战，如气候变化导致的水资源波动、流域开发带来的水文改变以及污染问题。因此，需要结合遥感监测、数值模拟等技术手段，制定科学合理的生态调度方案。例如，通过水库联合调度释放生态流量，恢复河道连通性；或实施人工补水措施，缓解湖泊干涸现象。

此外，生态需水的管理还需融入法律政策体系，建立多方协作机制，将生态保护理念贯穿于水资源规划、分配和管理全过程。这不仅有助于提升生态系统服务功能，还能为社会经济可持续发展提供坚实基础。

河道生态需水内涵是生态需水研究的基础。本章从河道生 态系统的组成、结构、功能和特征入手，研究河道径流与生态 系统的关系，进而探讨生态需水的概念和分类；在此基础上， 研究生态需水的特性；最后分析生态需水的量化途径，为研究 生态需水计算方法打下基础

2.1河道生态系统的基本特性

2 河道生态需水基本内

生态系统是指生物群落与非生物环境相互作用，通过物质 和能量流共同构成的生物和环境统一体。在生态系统中，生物 同它们的理化环境相互作用，使得能量在其内部流动，从而形 成一定的营养结构、生物多样性和物质循环。它强调系统的各 组成部分之间的必然联系、相互作用和因果关系，儿个组成部 分构成功能上的统一体。 根据人类对生态系统的影响，生态系统可分为天然生态 系统和人工生态系统两大类。根据非物质环境的主要特征 天然生态系统又可分为淡水生态系统、海洋生态系统和陆地 生态系统。而人工生态系统又可分为农业生态系统和城市生 态系统。 河道生态系统是指河道内淡水生态系统，也就是河道内以 径流为介质的淡水生态系统

生态系统由生物和非生物环境组成。生物分为生产者、消 费者和分解者。非生物环境包括媒介、气候条件、无机物质和 有机物质。非生物环境是生命的支撑系统，是生物生存的基础 条件。媒介包括水、岩土和空气。气候条件包括温度、光照及 其他物理因素。无机物质包括C、N、P、CO2、H2O等。有 机化合物包括蛋白质、碳水化合物、脂类、腐殖质等。生态系 统的组成如图2.1所示

河道生态系统的显著特征是以河流淡水作为生物的栖息环 境。它同样由生物和非生物环境两部分组成。非生物环境概括 为气候、河道径流与河床。气候条件包括温度、光照及其他物 理因素。径流包括水量和水质两个部分。水质包括水中的无机 物质、有机化合物和水温。河床包括河床土壤与河床形态。河 道生态系统的组成如图2.2所示

图2.2河道生态系统的组成

河道生态系统是气候、径流、河床及生物组成的有机墨 。这四部分在河道生态系统中发挥看各自的作用，相互之

结构是生态系统内各要素相互联系、相互作用的方式，是 生态系统的基础属性。河道生态系统包括干流及各级支流、湖 泊和水库等，呈网络状。河道系统在空间上具有三维特征，即 纵向（上游至下游）、横向（河床与洪泛平原）、垂直方向（河 川径流与地下水）。同时，这些特征随时间发生变化。 河道内生物主要包括：藻类、浮游植物、浮游动物、大型 水生植物、底栖动物和鱼类。水生态系统中的生产者主要是个 体很小的各种藻类（浮游植物）。在浅水区，通常生长着一些 水生高等植物。初级消费者主要是个体很小的各种浮游动物 水生态系统中大型消费者除了食草性浮游动物之外，还包括其 他食性的浮游动物、底栖动物和鱼类。和其他的类群相比，鱼 类在水生态系统中的位置独特。一般情况下，鱼类是水生态系 统中的顶级群落。受着环境因子的影响，鱼类会产生各种变 化，适应环境；同时，作为顶级群落，鱼类对其他类群的存在 和丰度有着重要作用［43」。河道生态系统一般都是异养系统 其能量主要依靠陆地系统的输送，而不是依靠自己固定，所以 河道生态系统更多地依赖于河道外生态系统。 在研究生态需水时，要研究各类生物在生态系统中的不同 作用。鱼类作为水生态系统中的顶级群落，鱼类种群的稳定是 水生态系统稳定的标志。因此，鱼类可以作为水生态系统稳定 的指示物

2.1.3.2生态系统服务功能

（1）生态系统服务功能的定义。生态系统服务功能是指生 态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的大然环境 条件与效用。生态系统提供的商品和服务代表着人类直接和间 接从生态系统得到的利益。生态系统服务功能是指人类从生态 系统中获得的效益。这些功能包括供给功能（如粮食与水的供

给）、调节功能（如调节洪涝、干旱、土地退化，以及疾病 等）、支持功能（如土壤形成与养分循环等）和文化功能（如 娱乐、精神、宗教以及其他非物质方面的效益）44。 河道生态服务功能分为供给功能、调节功能、文化功能和 支持功能。 （2）供给功能。供给功能是指生态系统提供产品的功能 它包括提供水源、提供水能、提供水产品和提供基因资源。 提供水源、供给水能和供给水产品的功能为人熟知，不再 赘述。 维持了生物多样性也就提供了多样的基因资源。生物多样 性是指从分子水平到生态系统水平的各个组织层次上的不同的 生命形式。包括三个层次的概念：生态系统的多样性、物种的 多样性和遗传基因的多样性。 （3）调节功能。生态系统过程的调节功能是：调节气候 调节水分、净化水源、固定二氧化碳和疏通河道。 1）调节气候。河道生态系统对气候均有调节作用，包括 对温度、湿度的调解。从而可以缓冲极端气候对人类的不利 影响。 2）调节水分。调节水分功能包括稳定水源、调蓄洪水 防止海水入侵等。稳定水源包括补给地下水和向其他湿地供 水。调蓄洪水包括降低洪峰流量和滞后洪水过程，从而减少洪 水造成的财产损失。在沿海地区，防止海水对地表水和地下水 的入侵。 3）净化水源。河流通过物理净化、化学净化和生物净化 使水源得到净化。物理净化是指水体中的污染物通过稀释、混 合、沉淀和挥发等过程，使污染物质浓度降低的现象。它主要 依靠对流和扩散两种方式来完成。化学净化是指水中的污染物 通过氧化还原、酸碱反应、分解合成、吸附凝聚等过程，使污 染物存在形态发生变化及浓度降低的现象。生物净化是指在水 中微生物的作用下，通过微生物自身的氧化、还原、合成等生

命活动，把水中的有机物逐渐分解为无机物，使水体得到净化 的过程。 4）固定二氧化碳。碳是一种重要的生命物质，有机体干 重约50%是由碳构成。河道的绿色植物和藻类通过光合作用 固定大气中的CO2，释放O2，将生成的有机物质储存在自身 组织中。 5）河流输送。河流输送包括营养物质输送、泥沙输送和 疏通河道。径流携带并输送大量营养物质如碳、氮、磷等，是 全球生物地球化学循环的重要环节，也是海洋生态系统营养物 质的主要来源，对维系近海生态系统较高的生产力起看关键的 作用。径流携带的泥沙在入海口处沉降淤积，不断形成新的陆 地，一方面增加了土地面积，另一方面也可以保护海岸带免受 风浪侵蚀。河道径流在流动过程中，冲刷河床上的泥沙，达到 疏通河道的作用。河道径流减少将导致泥沙沉积、河床抬高 使调蓄洪水和行洪能力降低。 （4）文化功能。文化功能是指生态系统提供非物质效用与 收益的功能，包括精神与宗教方面、娱乐与生态旅游、美学方 面、激励功能、教育功能、故土情、文化继承等功能。 随着人类物质生活水平的提高，人们对天然生态系统提供 的休闲、娱乐和美学享受服务要求也越来越迫切。水作为一类 观赏的“天然风景”的“灵魂”，其娱乐服务功能是巨大的。 河道生态系统是人类文明的发源地，其景观构成的特点也决定 了它是人类休闲娱乐活动的重要场所。河道内水体和陆地的镶 嵌格局使它具有显著的景观异质性：水生生态系统和陆地生态 系统的结合、上游森林草地景观和下游的湿地景观，使它具有 景观多样性：流动的水体和稳固的岸体构成了景观动与静的和 谐与统一。因此，它带给人类的休闲娱乐功能不仅仅表现为各 种娱乐活动，而且在于带给人们的安静性、运动性、持续性和 舒适性的美学享受和精神体验。 随着全球水资源的短缺，越来越多的科学家投身于水资源

2河道生态需水基本内

利用研究，河道生态系统已成为重要的科学研究和教育 基地[45]。 （5）生命支持功能。生命支持功能是指维持大然生态过程 与生态环境条件的功能，是上述服务功能产生的基础。与其他 服务功能类型不同，它们对人类的影响是间接的，并且需要经 过很长时间才能显现出来。如：土壤形成与保持、光合产氧、 氮循环、水循环、初级生产力和提供生境等

2.1.4生态系统的失衡

生物与非生物之间都在不停地进行着物质循环、能量交 换、信息传递以保持生态平衡。当生态系统结构发生变化时， 就可能导致系统平衡的失调。生态系统平衡失调的功能表现在 两个方面。其一，能量流动在生态系统的某个营养层上受阻 其表现为初级生产者生产力下降和能量转化效率降低。其二， 物质循环正常途径的中断。生态系统地失衡的原因是多方面 的，主要有两个方面：生物物种成分的改变；环境的破坏，如 水源枯竭和环境污染

（1）整体性和关联性。整体性是指系统存在的方式、目标、 功能都表现出统一的整体性。生态系统的各成分通过协同进化 形成了不可分割的统一的有机整体，生态系统的性质和功能 并不能通过其简单的组成成分来反映。各个要素对系统的作用 是在各要素相互作用过程中表现出来的。生态系统的关联性是 指系统内的各要素既相互作用，又相互联系。这些联系包括结 构联系、功能联系、因果联系等。它们决定了整个系统的运行 机制，分析这些联系是构筑一个系统的基础。在河道生态系统 中，所有的生态学过程都是相互和联系的，对生态学过程的某 一个方面的重大干扰将会对整个系统产生影响。例如，上中下 游，干支流，水量、生物和营养物质之间都存在相互联系。 （2）层级性。系统内部各个业系统是升放的，各层次并不 都是同等的，有高、低层次之分。系统中的这种差别主要是由

某物资储运站专用线桥梁工程施工组织设计2.2河道径流与生态系统关系

河道生态需水基本内涵