改进生态水利半径法可有效计算河流生态需水

青海湖是中国面积最大的内陆咸水湖泊，其整个流域是维护青藏高原东北部生态安全的重要屏障。近年来，由于气温升高、引水灌溉、挖沙修路等自然和人为因素的共同影响，流域内河流断流加剧、河岸植被衰退，并严重影响青海湖中唯一经济鱼类青海湖裸鲤的保护。生态缺水成为导致自然环境质量下降的主要原因。为了促进生态系统良性循环，在水资源规划和配置时必须充分考虑生态系统对水的需求。保障生态需水是实现水资源可持续利用的重要基础。

生态需水是维系河流健康的重要保障，对于河流生态系统结构、功能、形态的维护具有重要意义。河流生态需水是由多元变量组成的一个有机整体，包括防止河道断流所需要的河道基流量、维持河流输沙平衡的河道输沙需水、下渗与蒸发需水、净化需水、河滨带湿地需水、生态景观需水等各个结构功能需水量。国外对于河流生态需水的计算，主要基于保护河道鱼类的目的，目前采用的研究方法主要包括水文学方法、水力学方法、生境模拟法、综合分析法等，在此基础上国内学者还提出了生态水力模拟法、水文指数法、生态水力半径法等。总体而言，已有各种方法中同时考虑水生生物信息和生态需水年际差异的研究较少，导致计算结果相对单一，无法体现不同水平年的河流生态需水差异。

2007年，刘昌明院士等提出了生态水力半径法，这是一种同时考虑河道信息（水力半径、糙率、水力坡度）和维持某一生态功能所需河流流速的水力学方法。最近，北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室的马育军博士改进了生态水力半径法，并在青海湖流域以青海湖裸鲤为指示生物进行应用实验。研究综合考虑了河流水深的约束和生态需水的年际差异，并研究了青海湖流域主要河流的生态需水规律，发现河流生态需水量呈现与天然径流量基本一致的变化趋势，体现了不同水平年生态径流的丰枯差异，但前者的变化幅度明显小于后者。研究还发现每年4—5月是河流生态需水供需矛盾最为突出的关键時期，并对不同月份的生态缺水量和可引水量进行了估算，为流域水资源的优化配置提供了重要参考。研究结果发表在《科技导报》2011年第17期上。