打印本文 
关闭窗口 依赖于水的生态系统的退化不仅会降低一些环境价值，例如维持生态多样性和保护濒危的物种等，还会直接影响那些依靠生态系统的经济部门。在世界的很多地方，人们依赖于发挥正常功能的河流系统和三角洲获得鱼类或者进行航运，利用洪泛区的植被进行放牧，获得木材和食物，以及利用湿地进行泥沙淤积和污染过滤，生态改变将会影响人们的生活。
理解水流对生态系统的作用非常关键，这触发了一个国际性的研究，即人们希望了解和描述水流和生态系统功能之间的关系，目的是具体确定环境流量，停止或者阻止生态环境的退化，并且最小化生态特征价值的损失。这种理解用于描述河流的流量，将会：最小化或消除新的水资源利用和发展所带来的负面影响；恢复过去不良发展对生态系统造成的不良影响；给人们一种计算不良影响的补偿机制。
这方面的解释可以简单到“环境流量是为鱼类生存提供湿润环境的水深”，或者复杂到“为维持整个河流或流域的生态系统彻底健康的水流情况”。有这些知识武装到头脑，决策者能分清水资源的消费性利用和生态系统利用两个方面的需求，同时掌握两种需求之间的平衡。当然，环境流量本身还不足以确保河流的健康生态，环境流量的分配还需要与其他一些补偿性措施结合在一起，例如水质改善措施等，目的是为了获得一个高效节省的水资源管理模式。
河流的流量特征
河流流量特征可分为三种：基流(即低流量)、每年发生的小洪水，和偶尔发生的淹没洪泛区的大洪水。不同流态影响河流生态系统不同部分，低流量发生于河流没有洪水的时候，其在湿润季节比在干旱季节多变，分为全年性低流量，湿润季节的低流量和雨后几天的低流量等，不同季节的低流量对生态物种影响又不同。小洪水促使鱼类产卵繁殖，形成低水质水流，冲刷河床使河中呈现出不同的顺序，也造成不同的生态环境，造成上下游不同地方同时进行的不同行为，例如上游鱼类迁徙和河岸种子发芽等。大洪水对河流的生态影响与小洪水相同，但其冲刷能力更强，足以重新塑造河槽的形状，能在河床上搬运大的鹅卵石和方石，并且在洪泛区淤积泥沙、营养物质、鱼卵和植物种子，补充河岸的土壤含水量，促使河岸的植物种子发芽生长，通过冲刷河口三角洲保持着河流和大海的联系，这些洪水淹没死水、冲刷河槽和滩区，促成滩区很多物种的生长，例如水鸟等。这三种流态的缺失会有各自不同的生态效果，理解这些流态的生态效应是正确评估环境流量的关键。这些流量形态在一年内的时间分布也是重要的因为气温和时间对生态系统发挥方面作用重大，然而，这些决定于实时条件。
河流流态的时间特征对河流整个生态系统的影响也十分重要。河流流态在低流量、小洪水、大洪水之间反复波动，使河流不同处被水流淹没或暴露的时间各不相同，使河流的物理条件多样化，有别于生态多样性和生态平衡的稳定性。河流中释放的非环境用途的水量可能会对水环境造成破坏，例如发电水流，用于水利发电的水流释放，会对下游水流、洪水和鱼类生态状态产生波动性影响。灌溉流量释放，这种流量的释放会造成下游季节性流量的反常，造成干旱季节的水流比湿润季节还大，将水生物种生长周期所需的温度和其他条件改变。航运流量，对航运设置的非自然性大流量，易造成河床和河岸的冲刷，使河流流态单一，缺乏变化性，稀释污染流量，通过大流量来稀释污染的做法是不可取的。如果污染能在源头上得到控制，可以节省很多大量水流用于其他目的。跨流域调水，使水流从一个流域调到另一个流域，存在很多生态弊端，会通过新物种或者竞争性物种的引进而影响生态系统的多样性。平衡多部门之间竞争性用水需求是水资源管理者最大的挑战。过去，很多发展的环境代价都被忽略了，当水资源利用增加到不可持续的时候，即系统由于过度开发而退化的时候，人类所付出的代价要超过所获得的利益。
环境流量的变化
为了科学确定环境流量，在过去的20年，世界上很多国家研究了很多方法，例如欧洲、美国、南非和澳大利亚等。一些方法是用来保护濒危物种的，而其他则是用以扩大生态保护的范围的，这些技术在25个以上的国家得到了应用，在温带半湿润地区的河流上取得很宝贵的经验，但在热带地区的应用很少。环境流量的评估方法有两类，单一法和关联法。单一法主要解决狭隘和具体的目标，其结果是推荐一简单的流量值或简单的流态组合，其结果是不需要商议的，因为所有努力都表现为流量值的高低。关联法则与此相反，主要考虑影响河流流量诸要素间的关系，或者河流的多方面，一旦这些关系被确定，其结果不再受制于某一个河流条件，关联法更适合于商议。
水文索引法，主要基于历史数据，很少考虑河沙或其生物群落的特殊性。水力学方法，主要利用流量和河流形态的关系，例如水深、流速、湿周计算出河流的流量，这种方法要求对河流的某些物理特征进行测量，所以比水文索引法更敏感，然而此法对可接受流量的判断更多的基于河流的物理特征而不是河流的生态需求。专家模式法，利用一组专家人员判断不同的生态需求。统一单一法，需要收集待研究河流的数据，并且建立河流流量特征与主要生态群组需水之间的结构联系。
两个实例
水文索引法也叫Tennant法，是一种简单的桌面方法，花费相对较低，方便好用。其过程需要进行一定程度的研究，并且需要专家输入，此法结果比单纯的数据研究的结果可靠性要高。此法是基于对野外河流的观察，包括河流状况，河流中流量多少和鱼生存环境之间的关系，此法所推荐的环境流量，可以维持鱼类，野生物种的生存，同时提供娱乐和其他资源。例如某河流年均径流量为1亿立方米，则秋冬季的径流约占40％，即相当于1.3立方米每秒的平均流量。据称此法能适合各种形状大小和地理状况的河流，至少可以在世界的大多数地方应用，在所有快速发展的方法中，Tennant法是最适合于美国西部的一些河流，因为人们对于这里河流的水文和生态特征十分了解，其主要目标是为了保护鲑鱼的生存条件。
水力关系法与水文索引法相同，水力关系法也利用水文记录数据，然而此法将水文数据与单一断面收集的数据联系起来。其中，湿周法是一个低分辨率，针对具体河流的解决方法，用于维持季节性鱼类数量的流量确定，相对快速和花费低廉。根据研究的自信程度决定野外测量和观察的次数，此法是基于鱼类生长对食物获得多少有关，即于湿周的长短有关而得到，利用湿周、水深和流速确定鱼类可以获得食物，以及进行正常的生长繁殖所需要的最小流量。关系的建立基于对河流不同流速时湿周的测量，其推荐结果可以从河流的湿周与流量关系曲线的最大曲率得到，最大曲率即代表满足鱼类最大生存的最小流量需求。此类法的特点是观察到的湿周与流量的关系，用以确定适合鱼类生存的环境流量是基于通常情况，对于特殊河流的鱼的生存并没有得到验证，为改进此法，还要进行详细的研究，以确定湿周与特殊鱼类的关系。
专家模式
专家模式通常由一组专家人员来判断不同的生态物种的流量需求，专家的成员组成决定于河流的具体环境和社会特征及问题，但典型地应包括：水文学家、地理学家、水生生物学家、鱼类方面的专家，很多情况，一个或多个社区代表也会加入专家组。专家的经历用于参考其对环境流量评估的可靠性，将这些专家组成专家组而不是单独聘请，意在形成一个统一的环境流量的评估结果。尽管一个专家组和另一个专家组所进行的过程和结果可能会各不相同，但通常专家组会对河流的不同点段进行野外考查，如果河流的上游有被坝体滞留的水，则在野外考察中可能会向下游释放不同量级的水流，以便专家能看见河流不同程度的淹没，有时还包括不同流量的生态反应。专家组会与流域利益相关者会面，了解沿河不同社区的水需求，专家组有权获取相关的水文记录、生态记录和报告等。基于以上信息，专家组将产生一个报告，描述各种流量下的河流生态反应，包括低流量，中等流量和大流量等。此法在澳大利亚东部的很多河流得到了广泛应用，并且取得了成功。其特点是快速、灵活，且综合不同专家的知识，不依靠模型，但是其结论只能针对具体河流。
整体法
整体法是将流量相关数据和知识组合起来的必要手段，此法通常是以上几种方法的组合，特别是专家模式法，是一种更加通常意义的方法，包括很多独立过程的连接，产生一种任何独立过程所不能产生的结果，此法在南半球应用较多，主要因为北半球的很多方法主要是针对特殊种群的，对于整个河流生态健康的管理不是很多。澳大利亚的整体法和南非的建筑版地法(BBM)原理和前提相同，两法都要求提前评估未来河流被期待的情景，环境流量的模拟建立于月到月的基础上，通过不同部分的考虑来获得整体情况。南非的建筑板块法(BBM)适用于在南非数据有限，缺少资金和时间的情况下评估河流的环境流量。其结果主要取决于可以获得的知识、专家观点和有限的新数据。这些信息用于结构化的描述环境流量和河流生态的主要组成部分。物理部门和生态部分都被包括，例如，水文、物理环境、化学水质、植被、鱼和无脊椎动物，还有河流两岸的居民等。野外测验包括河流代表点断面校核，建立流量与水深、流速和淹没面积的关系，生物专家也进行野外考查，从中他们得出河流不同时期水生物种和河流流量的关系。数据采集后，河流未来情形会在一个专家组成的研讨会中讨论。南非的BBM法能与任何的相关知识结合，适用于数据多或不多的情形，解决很多河流生态问题，最新的流量由一组河流专家确定，在南非有详细记录，然而，其有效性却需要长时间的修正。
打印本文 关闭窗口