水资源作为基础的自然资源，能够维持整个生态 系统的功能完整和良性循环；同时，它也是重要的战 略性资源，在社会经济发展中具有不可缺少和无以替 代的作用。然而长期以来，人们在水资源开发利用中 着重考虑了生产、生活用水的经济效益，而在维护河 流和流域健康方面的需水并未引起足够重视，忽略了 生态系统本身的需水，致使生态失衡，河流干涸或断 流、水土流失等环境问题频发，进而制约了经济的发 展。在这种背景下，生态需水问题逐渐引起关注，并成 为学术界研究和讨论的热点及难点问题之一^{[1, 2]}。

生态需水研究是实现水资源合理开发和优化配 置的基础性工作，也是维持和改善生态系统、实现水 资源永续利用的根本保障。国内这方面的研究目前尚 处在起步阶段，有些项目论证中甚至不考虑这部分的 估算，同时由于估算方法的差异直接影响了生态需水 量估算的准确性，也就影响到相关持续发展的若干战 略性问题。为此，文章通过回顾国内外生态需水研究 的理论进展，对常用的几类生态需水量估算方法的优 缺点、适用范围等方面进行了系统评价，指出当前研 究中存在问题和未来发展趋势，以期为生态系统的建 设和水资源合理配置等方面提供有益的参考。 1 生态需水研究概况 1.1 国外生态需水研究概述

国外生态需水研究始于美国，主要集中在河流生 态系统方面。早在20世纪40 年代，美国渔业与野生 动物保护组织为避免河流生态系统退化，开始对河道 内最小生态流量进行研究^[3]，主要研究鱼类生长繁殖 和产量与河流流量的关系。20 世纪50—60 年代，针 对河道枯水流量和鱼类及无脊椎动物等所需水量，制 定了一些关于补偿流量的规定，目的在于保护鱼类、 航运需求和下游公众健康用水权益。1963 年英国水 资源法（第19 条）要求河流管理局设置最小需水量 （MAFs），并对其进行定期监测。

20 世纪60—70 年代，孟加拉、印度和埃及等国 家对其流域（如布拉马普特河流域、印度河流域、埃及 尼罗河工程等）水资源进行重新评价和规划，并在1971 年利用“河道内流量法”计算了河流的基本流量^[4]。

20 世纪70—80 年代末期，河流生态需水及其相 关概念得到人们普遍认可，学者们开始从不同角度对 其进行研究。1976 年Tennant等^[5]根据水文历史资料 进行河流流量分析，在完成对美国西部地区河流流量 与生物关系的研究后，提出了基于历史流量资料的 Montana 法，奠定了河流生态需水的理论基础，对以 后的研究起到很大带动作用。随后，一些水力学家根 据实测河道断面参数（如宽度、深度、流速和湿周等） 估算河流所需流量，形成了基于水力学分析的方法， 例如湿周法、流量-水面宽关系曲线法。但由于上述2 类方法没有与相关的生物变量结合，致使河道生态需 水研究缺乏生物学依据，影响了方法的可信度，于是 有专家将水力分析与生境评价相结合，提出了基于生 境适宜性评价和模拟的方法，例如IFIM/PHABSIM 法、R2-Cross法^[6]。

20 世纪90 年代，随着生态环境问题的日益严 重，水资源和生态相关性的研究陆续开展，生态环境 需水量研究才逐渐成为全球关注的焦点^[7]，这一时期 明确提出了生态需水的概念^[8]，并开展了广泛讨论，强 调在确定河流流量的同时应考虑生态系统的完整性。 近年来国际间为促进水文水资源研究，通力合作，其中 包括对河流低流量的研究，如FRIEND（Flow Regimes from International Experimental and Network Data）行动 计划，这个行动计划概括了这一时期的主要研究成 果^[9]，其中最新的研究成果有北欧地区小流量和干旱 研究、南非区域水资源和干旱评估方法研究、枯水期 流量时间系列与断流分析、地域性生态水文学理论和 水资源统一管理的论述等。总之，国际间的类似合作， 使得先进的研究技术和手段应用到更多的具有完整 水文数据库的国家和地区，与此同时，生态需水研究 对象也才由过去仅关心的物种及河道形态的研究，扩 展到维持河道生态功能的最小流量和最适宜流量的 研究，而且还考虑了河流生态系统的整体性，其研究 方向也扩展到河流外生态系统^{[10, 11]}。

总体来说，国外关于生态需水理论及技术的研究 主要集中在河流生态需水，尤其在河道内生态需水方 面的研究，目前已形成了一套相对成熟的理论和方法 体系^[12]。 1.2 国内生态需水研究进展

国内生态需水研究尚处于起步阶段，归结起来大 致可分为3个阶段：

（1）20 世纪70 年代末为初步认识阶段。先是探 讨河流最小流量问题，主要集中在河流最小流量确定 方法的研究方面。以长江水资源保护科学研究所的 《环境用水初步探讨》为代表。 （2）20 世纪80 年代为探索阶段。针对水污染日 益严重的问题，国家环境保护委员会在《关于防治水 污染技术政策的规定》中指出：在水资源规划中要保 证为改善水质所需的环境用水，主要集中在宏观战略 方面的研究，对如何具体实施和管理仍处于探索阶段。

（3）20世纪90年代后期—21 世纪初期为蓬勃发 展阶段。在国家“九五”科技攻关项目“西北地区水资 源保护与合理利用”和1999 年中国工程院项目“中国 可持续发展水资源战略研究”等的推动下，真正揭开 了我国生态需水研究的序幕，有关生态需水研究迅速 开展起来，研究对象也从河流生态系统逐渐拓展到植 被、湖泊、湿地、城市等各种生态系统。如倪晋仁等^[13]针 对黄河河流系统的主要功能目标，利用1950 年以来 的观测资料，分析了黄河下游河流各类最小生态环境 需水量；赵文智等^[14]在评述干旱区生态水文过程研究 进展的基础上，提出了生态需水量的概念及相关确定 方法，并从恢复生态学和生态水文学的角度，确定干 旱区适宜人工植被的种类组成和格局；崔保山等^[15]从 生态水文学原理出发，对湖泊最小生态需水量的概念 进行了探讨，并提出了计算最小生态需水量的3 种方 法（1.曲线相关法；2.功能法；3.最低生态水位法）；李 九一等^[16]提出了沼泽湿地生态储水量的概念与内涵， 界定了其与生态需水量的区别与联系，探讨了两者的 计算依据与方法，并以扎龙湿地为实例进行了计算；杨志峰等^[17]从降水量概念和水资源量概念2 个角度界 定了城市生态环境需水量的概念与内涵，分析其类型 和属性特征，建立了城市生态环境需水量的方法体 系。

（4）21世纪初期以来的实证研究阶段。主要从水 循环角度研究具体河流的河道生态需水，如渭河、黄 河、海滦河、塔里木河等，研究重点也转向河道生态需 水在实践中如何配置的问题，另有学者从水量和水质 相结合的角度重新认识生态需水^[18]。

综上分析，我国生态需水研究是在巨大的人口压 力导致生态环境严重恶化的背景下提出的，多从河流 地貌学、水文和水资源角度研究，主要集中在干旱、半 干旱地区和半湿润地区，其内涵和外延均较国外大、 涵盖面较广。 2 生态需水的分类及估算方法

生态需水估算方法归纳起来主要涵盖2 个方 面：一是河流生态需水即河道内生态需水；二是陆地 生态需水即河道外生态需水。生态需水估算应根据各 种生态类型的需水特点，考虑不同保证率下的生态需 水状况。 2.1 河流生态需水

河流生态需水是指在特定时间和空间条件下，能 够满足河流系统诸项功能（如水土保持、输水输沙、泄 洪、防污、航运、景观及生态等）所需水量的总称。已有的 常见各类方法的代表模型、优缺点及适用范围见表 1。

表 1 河流生态需水量估算方法^[18]

表选项

以上各大类中都包含许多具体方法，而每种具体 方法又有其不同的适用条件和范围。在实际应用中， 关键是能够根据已有资料和研究目的，从这些方法中 选取一种或几种适合自身研究的简单易行且满足河 流生态系统保护要求的方法。 2.2 陆地生态需水

陆地生态需水即河道外生态需水，主要是植被生 态需水。对于干旱与半干旱地区而言，植被生态需水 量是保证植物正常、健康生长，同时能够抑制土地沙 化、碱化，乃至荒漠化发展所需的最小水资源量。其主 要计算方法的优缺点及适用条件见表 2。

表 2 河道外生态需水量主要计算方法^[19]

表选项

国内学者虽对生态需水进行了大量研究，但至今 为止在诸如生态需水概念、术语使用等方面还未达成 共识，产生如下分歧：

（1）同一术语认识不同。如中国人大王西琴^[18]认 为河流生态环境需水是指为维护地表水体特定的生 态环境功能，天然水体必须储存和消耗的最小水量， 其水量应从水质和水量2个方面考虑；西北大学宋进 喜^[20]认为河流生态环境需水是由生物自身生存所需 水量和生物体赖以生存的环境需水量两部分组成的， 其实质是指为了维持生态系统生物群落和栖息环境 的动态稳定，在天然生态系统保护和生态建设中所需 要的水资源总量。

（2）不同术语混用或相互替代。如有定义生态需 水^{[21, 22, 23, 24]}，有定义生态用水^{[25, 26, 27]}，有定义生态耗水^[23]，有定义 环境需（用）水^[28]，有定义生态环境需水^{[29, 30, 31, 32, 33]}，有定义生态基流^[34]，也有将生态需水与环境需水进行了区分^{[22, 24, 33]}。 而大多数学者并没有加以区分，而视上述概念为 等同。

（3）定量研究方面突破甚少。据统计，全球约有 207 种计算生态需水的定量方法，可分为水文学方 法、水力学方法、生物栖息地法、整体法和综合法及其 他方法。从检索国内主要期刊文献来看，虽然研究对 象从河流生态系统已逐渐拓展到植被、湖泊、湿地、城 市等各种生态系统，但在计算各自生态需水量时，并 没有因为研究对象的变化而选取相关的特色指标，直 接套用公式居多，致使计算结果的准确度降低，很难 有实质性的指导意义。

（4）计算方法缺少对比研究，实际应用困难。国内 生态需水研究缺少大量的现场观测数据，各种算法之 间对比研究很少，因此很难确定哪种方法的计算结果 更加准确。此外，由于各个学者学术背景的差异，导致 认识水平和思维方式的差异，进而选用不同的方法去 计算生态需水量，结论众多，也无从判断研究成果的 实际价值。 4 研究展望

生态需水研究是水资源优化配置中的基础性工 作。然而，由于我国相关研究起步较晚，尽管成果较 多，但众家纷纭，实践应用中不易取舍。因此有必要根 据研究目的和需要从众多方法中选取一种或几种适 合自身研究的简单易行且满足河流生态系统保护要 求的方法。除此之外，今后还需要将更多的关注点集 中在以下几个方面：

（1）目前国内关于河流生态需水研究的最大障碍 就是缺乏长时间系列的河道实测生态资料（如水生生 物生活习性数据），因此，今后要加强河道生态资料的 监测和收集，建立以生态学信息为基础的物理实验模 型，为今后定量研究河道生态流量提供有力支撑。

（2）尽快建立具有中国特色、国际上有可比性又 能够相互区别的生态需水的一套概念体系，在研究时 根据具体情况来选择恰当的术语。

（3）继续加强生态需水基础理论研究，诸如明确 生态需水目标、建立生态需水评价指标体系、研究不 同类型生态需水形成机理及时空分布规律等，为准确 计算生态需水提供可靠的理论依据。

（4）生态需水研究涉及生态学、水文学、环境学、 气候学等多学科领域，所以要加强相关学科之间的合 作与交流，共同丰富和发展生态需水的理论与实践。

（5）生态需水研究并不是生态脆弱地区的“专利”， 其他地区也可进行适当的生态需水估算，以做到预防 为主，防治结合。

（6）在水资源短缺条件下，生态需水经常为经济 需水所挤占，因此在可持续的水资源系统中如何实现 生态需水与经济需水的协调，即水资源的优化配置模 式，也将成为今后研究的重点。