1、目前，我国水工程规划设计的生态保护标准及规范体系尚不健全，现有的技术标准和规范中缺乏完整、具体的生态安全保障条款，造成水利规划、水工程设计中缺乏具体的技术要求和依据。鉴此，我院在水利部公益性科研项目水工程规划设计标准中关键生态指标体系研究与应用等相关研究基础上，总结我国水工程规划设计工程实践和经验，提出了水工程规划设计生态指标与应用指导意见，以指导当前的水工程规划设计工作，并为进一步制定、完善相关标准规范，构建生态友好的水工程规划设计体系奠定基础。由于生态问题的复杂性和目前技术水平的局限性，指导意见还有诸多不足之处，需结合水工程规划设计和区域具体情况，在大量监测、评估、研究基础上进一步修改完善
2、。希各单位在应用过程中及时发现问题，总结经验，反馈意见，以利修订。2 水工程规划设计生态指标体系水工程规划设计生态指标体系构建面向水工程规划设计实际，结合水工程规划设计不同阶段和类型，考虑不同的尺度效应。指标体系结构框架见图2-1所示。图中纵轴表征生态属性、要素、指标，横轴表征水工程规划设计的不同阶段和类型，纵横轴交叉点为生态指标与工程类型结合判断的指标敏感性和空间尺度特征。图2-1 指标体系结构框架图纵轴依次分为属性层、要素层和指标层，其中属性层反映流域生态系统的基本特征，分为水文水资源、水环境、河湖地貌、生物及栖息地、社会环境等五类。每一属性层包含具体的生态要素，如水文水资源包含地表水、地
3、下水和生态水文三个生态要素；针对每一生态要素，按照指标需具有科学性、代表性、独立性、实用性的原则，提出一个或多个关键生态指标进行描述。横轴表征水工程规划设计的不同阶段和类型，分为规划阶段和设计阶段，其中水利规划包括流域综合规划、水资源开发利用类规划、防洪规划、水电开发规划等主要类型，水工程设计类型主要包括枢纽工程、灌排工程、航道/河道整治工程、护岸/堤防工程、供水/调水工程、水土保持/生态修复工程、蓄滞洪区建设工程以及围垦工程等。纵横轴交叉点表征各类水工程规划设计对应的生态指标的敏感性及其空间尺度特征。水工程规划设计DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）分析框图见图2-2，生态指标体系总
4、表见表2-1。水工程规划设计关键生态指标体系状态生态系统结构生态系统功能地表水地下水生态水文水文水资源水质水温水环境河流特征连通性稳定性河流地貌植被特征水土流失生态敏感区生物多样性鱼类栖息地生物及栖息地影响自然条件变化气候变化下垫面人类活动驱动人口增长社会进步经济发展驱动力降雨径流改变水工程建设大坝建设引调水灌排工程防洪工程河道治理污染物排放点源污染面源压力保护/修复/补偿预防/改善/减少社会经济调整社会环境响应人群健康开发强度节水水平移民状况景观状况图2-2 水工程规划设计DPSIR分析框图表2-1 水工程规划设计生态指标体系总表属性层要素层指标层（关键生态指标）规划（归类）工程设计流域综合
5、规划水资源开发利用类规划防洪规划水电开发规划枢纽工程灌排航道及河道整治工程护岸及堤防工程供水、调水工程水土保持与水生态修复工程蓄滞洪区建设工程围垦水资源量水资源可利用量Cwr-1B 地表水过程年径流变差系数变化率Cwr-2CR径流年内分配偏差C wr-3地下水状况地下水埋深C wr-4地下水开采系数C wr-5生态水文生态基流C wr-6敏感生态需水C wr-7水功能区水质达标率Ce-1湖库富营养化指数C e-2污染物入河控制量C e-3纳污能力C e-4下泄水温C e-5水温恢复距离C e-6河湖地貌河流特征弯曲率C l-1纵向连通性C l-2BC横向连通性C l-3垂向透水性C l-4岸坡
6、稳定性C l-5河床稳定性C l-6鱼类物种多样性Cb-1CR植物物种多样性C b-2珍稀水生生物存活状况C b-3外来物种威胁程度C b-4植被植被覆盖率C b-5净初级生产力C b-6水土流失土壤侵蚀强度C b-7保护区影响程度C b-8生态需水满足程度C b-9鱼类生境状况C b-10移民（居民）生活状况移民（居民）人均年纯收入CS-1传播阻断率CS-2流域开发强度水资源开发利用率CS-3水能生态安全开发利用率CS-4节水水平灌溉水利用系数CS-5BR单位工业增加值用水量CS-6景观景观舒适度CS-7说明：1、表中空白格表示其对应的规划或工程设计类型与对应的指标敏感性较低，此时该类规划或
7、设计一般不需分析评价该指标。2、表格中的大写字母B、C、R表示该指标在该规划或工程设计类型中进行分析评价的尺度，B（Basin）表示该指标按照流域尺度进行分析评价，C（Corridor）表示按照河流廊道尺度的进行分析评价，R（Reach）表示按照局部河段尺度进行分析评价。3 指标释义及应用水工程规划设计生态指标总体分为两类，一类是状态指标，用于描述该生态要素在规划或工程实施前后的状态；一类是对比指标，用于直接计算该生态要素由于规划或工程实施引起的变化。以下说明各生态指标的定义及生态内涵、表达形式、计算分析方法及适用条件。3.1 水文水资源3.1.1 水资源可利用量Cwr-11、定义及内涵水资源
8、可利用量是在保障流域生态安全和水资源可持续利用的前提下，一个流域或区域的当地水资源中，可供河道外经济社会系统开发利用消耗的最大水量（按不重复水量计算，即流域或区域的净耗水量加调出流域或区域的调水量）。水资源可利用量是一个流域或区域当地水资源开发利用的最大控制上限，即该流域或区域的水资源承载能力。水资源可利用量用以协调生态环境与经济社会活动用水的关系，控制流域水资源开发利用总体程度，是通过控制水资源开发利用程度保护河湖生态系统的关键指标，是实行严格的用水总量控制的基础和依据，即水资源开发利用的红线。2、指标表达水资源可利用量以满足生态环境需求和维持水资源可持续利用为前提，鉴此，确定水资源可利用量
9、思路为：首先计算河道内生态环境需水量W生态，再从水资源总量W总中减去河道内生态环境需水量即为水资源可利用量：Cwr-1W总W生态W总=W地表W地下W重复其中W地表为地表水资源总量，W地下为浅层地下水资源可开采量，W重复为两者重复量，具体计算见水资源综合规划技术细则。为便于分析计算，可将河道内生态环境需水量分为生态环境基本需水量W基本和生态环境汛期需水量W汛期两部分，即W生态W基本+W汛期即Cwr-1W地表W地下W重复W基本W汛期以下说明生态环境需水量计算思路：（1）河道内生态环境基本需水量河道内生态环境基本需水量需考虑：维持河道基本生态功能的最小需水量（包括防止河道断流、维持河流自净能力、河道
10、冲沙输沙以及维持河湖水生生物基本生存的水量）；维持通河湖泊湿地生态功能的最小需水量（包括湖泊、沼泽地以及必要的地下水补给等需水）；维系河口生态环境的最小需水量（包括冲淤补港、防潮压咸即河口生物保护需水等）；维持河道重要景观的最小水量。以上各类需水是重叠的，即一水多用。在上述各项需水量计算基础上，逐月取外包值后再相加即为多年平均情况下的河道内生态环境基本需水量。（2）河道内生态环境汛期需水量汛期洪水及过程是河流及河口生态保护、河流形态维持、水生生物繁殖的重要条件，应根据河湖生态状况和流域水资源可持续利用需求进行综合分析，合理配置汛期洪水量。可参照Tennant法或敏感生态需水Cwr-7的计算方法
11、和思路，经综合对比分析后，将一定比例的汛期水量作为河道内生态环境汛期需水量。3、应用说明流域综合规划、流域或区域水资源开发利用规划应分析水资源可利用量，指标适用尺度为流域尺度，适用于完整的流域及具有相当规模的区域，局部河段不宜评价该指标。目前，生态环境需水量的计算方法多样且不成熟，水资源可利用量的确定应根据我国不同地区水资源条件和生态环境状况的差异，从不同角度，运用多种方法进行综合分析，并注意完整的流域和局部区域在具体计算时的差别和联系。总体而言，我国水资源可利用率北方地区高于南方地区，一般地区高于生态环境敏感区域。北方水资源短缺地区水资源可利用量计算的主要控制因素是河道内生态环境需水量，南方
12、水资源丰沛地区水资源可利用量的计算还需考虑人工对河川径流的调控能力。3.1.2 年径流变差系数变化率Cwr-2年径流变差系数即水文统计分析中的Cv值，是年径流序列均方差与数学期望的比值，反映径流的年际变化特性，通常变差系数值越大，表明该地区径流的年际变化幅度越大，反之则变化幅度小。年径流变差系数变化率是工程建设前与工程建设后年径流变差系数的差值，反映工程对河川径流量年际变化过程的改变程度。水生态系统是水生生物长期演化过程与天然河道年径流过程相适应的产物，河流天然径流的变化过程与其水生态系统有着密切的关系，河流中水生生物种群生命周期的完成需要不同的水文过程，例如，大洪水过程不仅有利于泥沙输送，而
13、且重新连接漫滩湿地与河道，为水生生物拓展了生存空间，也为滩区生物带来了养分；小流量过程，特别是在较大的河流中，可以为支流中的动物群落创造分布的条件，有利于维持物种在不同地区的数量；鱼类产卵繁殖需要特定的流量过程。四大家鱼繁殖期内，涨水的幅度和时长对四大家鱼产卵非常重要。水利工程改变了径流的年际、年内分配过程，因此在水工程规划设计中应考虑这种改变造成的生态影响，可用年径流变差系数变化率和下述的径流年内分配偏差反映这种改变。式中：为年径流量，为多年平均年径流量；n为统计年数；等式右侧两分式分别表示工程建设前、后的径流变差系数。当水工程建设涉及对径流量年际、年内过程敏感的水生态区域，且工程实施可能使
14、径流量年际、年内过程发生明显变化时，应分析年径流变差系数变化率和径流年内分配偏差，为进一步的生态影响评价提供条件。经分析有关数据，推荐该指标的安全阈值见表3-1所示。表3-1 年径流变差系数变化率的阈值选取序号工程建设前年径流变差系数Cwr-2阈值10.0 - 0.20.0520.3 - 0.50.130.60.23.1.3 径流年内分配偏差Cwr-3径流年内分配偏差指规划或工程实施后的月径流量与参照状况（多年平均）月径流量年内分配比例的差异程度，反映河川径流量多年平均情况下年内变化过程。可用下式表示水工程对年内水文过程的改变程度：为第i月径流量多年平均值；为多年平均年径流量；i为1月，2月，
15、12月；下标1表示工程建设前，下标2表示工程建设后。本指标应用条件同上。推荐径流年内分配偏差取值与生态干扰程度的分析表见表3-2所示。表3-2 径流年内分配偏差取值与生态干扰程度径流年内分配偏差状况分类2.0接近参照自然状况2.0-4.0轻度干扰4.0-6.0中等干扰6.0-8.0重大干扰8.0-10.0彻底干扰10.0破坏性干扰3.1.4 地下水埋深Cwr-4地下水埋深是指地表至浅层地下水水位之间的垂线距离。地下水埋深和毛管水最大上升高度决定了包气带垂直剖面的含水量分布，与植被生长状况密切相关。地下水位上升引起次生土壤盐碱化、沼泽化；地下水位下降会造成表层土壤干燥，引起地表植被退化、土壤沙化
16、及环境地质灾害等问题，维持合理的地下水埋深具有重要生态意义。地下水埋深主要通过观测井进行量测。为了保证土壤不产生盐碱化和作物不受盐害所要求保持的地下水最小埋藏深度，也称为地下水临界深度。植物开始发生永久凋萎时的土壤含水率称为凋萎系数，一般来说，凋萎系数与田间持水量之间的土壤水，属于有效水分。最大地下水埋藏深度所对应的土壤允许最小含水量应大于凋萎系数，地下水埋深的变化范围表示如下式：Z临界深度Cwr-4Z凋萎系数可能引起地下水水位变化的水资源利用、堤防、灌溉、排涝等规划和工程，应分析地下水埋深变化，指标尺度为流域或区域尺度，主要应用于工程影响的区域。我国北方地区根据土壤质地和地下水矿化度所采用的
17、地下水临界深度取值见表3-3。表3-3 我国北方地区采用的地下水临界深度表 （单位：m）土壤质地地下水矿化度（g/L）砂壤壤土粘土1.82.11.51.71.01.2252.12.31.71.91.11.35102.32.61.82.01.21.4102.60.82.02.21.30.5有关干旱区研究中将1m以内地下水埋深定义为沼泽化水位、12m内地下水埋深定义为盐渍化水位、24m内地下水埋深定义为适宜生态水位、46m地下水埋深定义为对植物生长发育产生胁迫的地下水位（也称生态警戒水位）、地下水埋深大于6m定义为荒漠化水位。3.1.5 地下水开采系数Cwr-5地下水开采系数是一定区域地下水的实际
18、开采量与地下水可开采量（允许开采量）的比值。地表水和地下水的天然联系和相互交换对维护河流和流域的生态系统有着重要的意义，而维持这种联系和交换的前提是避免地下水量超采。地下水资源的开发和利用过程中，若地下水开采量超过允许开采量，将引起地下水水位持续下降，形成区域性的地下水开采漏斗，造成地表水和地下水之间联系和转换中断，河流径流量衰减。为年均地下水开采系数，为地下水开发利用时期内年均地下水实际开采量（万m3 ），为年均地下水可开采量或允许开采量（万m3 ）。可开采量可表示为（若在开采过程中，H为负值）：地下水可开采量由三部分组成，一是侧向补给量，式中Qk表示区域侧向入流量，Qc表示区域侧向排泄量；
19、二是垂向补给量W；三是开采过程中动用的储存量。为含水层的给水度，F为计算区的面积（m2），t为计算时段（最短应选一个水文年）。涉及地下水资源开发利用的规划和工程应分析地下水开采系数。该指标分析尺度为流域尺度。地下水开采系数评价标准可参照表3-4。表3-4 地下水开采系数指标评价标准指标名称评价标准（）优良中差劣地下水开采系数80901001301303.1.6 生态基流Cwr-61、定义及内涵 生态基流是指为维持河流基本形态和基本生态功能的河道内最小流量。河流基本生态功能主要为防止河道断流、避免河流水生生物群落遭受到无法恢复的破坏等。生态基流与河流生态系统的演进过程及水生生物的生活史阶段有关。
20、河流水生生物的生长与水、热同期，在汛期及非汛期对水量的要求不同，因此生态基流有汛期和非汛期之分。由于汛期生态基流多能得到满足，通常生态基流指非汛期生态基流。北方缺水地区则要关注汛期生态基流是否满足。目前，有水文学法、水力学法、生境模拟法和整体法等多种生态基流分析计算方法，水文学法和水力学法运用较为普遍，其生态基流计算方法的表达及适用条件见表3-5。表3-5 生态基流指标表达方法方法类别指标表达适用条件及特点Tennant法水文学法将多年平均流量的10-30%作为生态基流*适用于流量较大的河流；拥有长序列水文资料。方法简单快速90%保证率法百分之九十保证率最枯月平均流量适合水资源量小，且开发利用
21、程度已经较高的河流；要求拥有长序列水文资料。近十年最枯月流量法近十年最枯月平均流量与90%保证率法相同，均用于纳污能力计算4流量历时曲线法利用历史流量资料构建各月流量历时曲线，以90%保证率对应流量作为生态基流*简单快速，同时考虑了各个月份流量的差异。需分析至少20年的日均流量资料湿周法水力学法湿周流量关系图中的拐点确定生态流量；当拐点不明显时，以某个湿周率相应的流量，作为生态流量。湿周率为50%时对应的流量可作为生态基流适合于宽浅矩形渠道和抛物线型断面，且河床形状稳定的河道，直接体现河流湿地及河谷林草需水。67Q10法90%保证率最枯连续7天的平均流量水资源量小，且开发利用程度已经较高的河流
22、；拥有长序列水文资料Tennant法推荐流量见表3-6。表3-6 Tennant法推荐流量表栖息地等定性描述推荐的基流标准（年平均流量百分数）一般用水期（103月）鱼类产卵育幼期（49月）最大200最佳流量60100极好4060非常好3050好20开始退化的差或最小极差（1）各种水利规划及工程设计必须满足河流生态基流要求。（2）由于我国各流域水资源状况差别较大，在基础数据满足的情况下，应采用尽可能多的方法计算生态基流，对比分析各计算结果，选择符合流域实际的方法和结果。我国南方河流，生态基流应不小于90%保证率最枯月平均流量和多年平均天然径流量的10%两者之间的大值，也可采用Tennant法取多年平均天然径流量的20-30%或以上。对北方地区，生态基流应分非汛期和汛期两个水期分别确定，一般情况下，非汛期生态基流应不低于多年平均天然径流量的10；汛期生态基流可按多年平均天然径流量20-30%。
