對(duì)生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的思考

韋光林

(貴州省安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州安順561000)

對(duì)生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的思考

韋光林

(貴州省安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州安順561000)

水利工程是有效調(diào)配和利用自然界中的地表水和地下水的工程。近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增加，水利工程由傳統(tǒng)的模式轉(zhuǎn)向生態(tài)環(huán)保方面，生態(tài)水利工程由此產(chǎn)生。由于生態(tài)水利工程在我國(guó)尚處于不成熟階段，因此在生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。文章從生態(tài)水利的基本知識(shí)入手，剖析水利工程對(duì)生態(tài)的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行思考并試著總結(jié)生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)。

生態(tài)水利;水利工程;工程影響;生態(tài)保護(hù);設(shè)計(jì)思考

生態(tài)水利工程是將生態(tài)保護(hù)與水利工程相結(jié)合的綜合工程，摒棄傳統(tǒng)的水利工程存在的生態(tài)破壞弊端，加強(qiáng)對(duì)生態(tài)的保護(hù)，是一項(xiàng)符合時(shí)代發(fā)展所需的工程。然而生態(tài)水利工程畢竟是較為綜合復(fù)雜的工程，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素多樣，究竟哪些因素是最為關(guān)鍵的，是生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需要思考的問題。

1 生態(tài)水利工程概述

生態(tài)水利工程是指以系統(tǒng)思想為基本出發(fā)點(diǎn)，按照生態(tài)學(xué)、水利工程學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果、專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)代管理手段相互結(jié)合，以期獲得較高的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益的現(xiàn)代工程。生態(tài)水利工程將生態(tài)保護(hù)學(xué)與水利工程學(xué)相互融合，滿足社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，盡量減小對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響和破壞，符合生態(tài)工程的整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、再生原理，符合現(xiàn)代的可持續(xù)發(fā)展理念，有效提升水利工程帶來的綜合效益。

2 水利工程對(duì)生態(tài)的影響

水利工程可有效改善水庫(kù)周邊的環(huán)境，改善大壩上游的航運(yùn)條件，防止洪澇災(zāi)害，開發(fā)清潔能源等，但是，水利工程在給生態(tài)帶來好處的同時(shí)，也存在不可忽視的弊端。

水利工程對(duì)生態(tài)的影響可分為對(duì)自然環(huán)境的影響及對(duì)自然環(huán)境的影響。其中對(duì)自然的影響包括對(duì)氣候、水文、泥沙、水體、地質(zhì)等影響，對(duì)社會(huì)環(huán)境的影響主要包括對(duì)生物、文物、移民等影響。

水利工程對(duì)生態(tài)最明顯的影響就是導(dǎo)致氣候的改變。正常情況下，大氣環(huán)流控制地區(qū)性氣候狀況，水利工程中修建大、中型水庫(kù)及灌溉工程后，原先的陸地會(huì)受到影響變成了濕地或水體，使局部地表空氣變得較濕潤(rùn)，局部小氣候的風(fēng)、降雨、氣溫、霧等氣象因子會(huì)受到一定的影響。南方大型水庫(kù)，夏季水面溫度低于氣溫，氣層穩(wěn)定，大氣對(duì)流減弱，降水量減少;但冬季水面較暖，大氣對(duì)流作用增強(qiáng)，降水量增加這就導(dǎo)致降雨時(shí)間的分布發(fā)生改變，于此同時(shí)，由于水庫(kù)低溫效應(yīng)的影響可使降雨分布發(fā)生改變，一般庫(kù)區(qū)蒸發(fā)量加大，空氣變得濕潤(rùn)。庫(kù)區(qū)和鄰近地區(qū)的降水量有所減少，而一定距離的外圍區(qū)降雨則有所增加，一般來說，地勢(shì)高的迎風(fēng)面降雨增加，而背風(fēng)面降雨則減少，也就是說降雨地區(qū)的分布也會(huì)受到影響而改變，修建水庫(kù)形成了大面積蓄水，在陽(yáng)光輻射下，蒸發(fā)量增加引起的降水量增加。水庫(kù)建成后，庫(kù)區(qū)的下墊面由陸面變?yōu)樗?，與空氣間的能量交換方式和強(qiáng)度均發(fā)生變化，從而導(dǎo)致氣溫發(fā)生變化，年平均氣溫略有升高。

水利工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響也是較為明顯的。主要體現(xiàn)在對(duì)水的泥沙含量、水溫、水質(zhì)3個(gè)方面。在河流上修建水庫(kù)，將破壞天然河流水沙條件與河床形態(tài)的相對(duì)平衡條件。庫(kù)區(qū)水位壅高，壩前侵蝕基準(zhǔn)面抬高，使得水深增加，水面比降減緩，流速減小，水流輸沙能力顯著降低，促使大量泥沙在庫(kù)區(qū)淤積。水庫(kù)淤積與流域面積、流域特征(土壤、植被等)、庫(kù)容以及河道比降等自然因素有關(guān)，還與水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)用方式關(guān)系密切。庫(kù)區(qū)淤積部位和特點(diǎn)與水庫(kù)運(yùn)用方式密切相關(guān)。當(dāng)水庫(kù)蓄水位較高時(shí)，入庫(kù)泥沙首先淤積在水庫(kù)末端的河床上，因而抬高了水庫(kù)的回水位。隨時(shí)間不斷向上游延伸，形成所謂翹尾巴現(xiàn)象，不僅減少有效庫(kù)容，而且形成攔門沙，使上游河道排水不暢以至洪水泛濫。當(dāng)蓄水位較低時(shí)，入庫(kù)泥沙可輸送至壩前淤積直接減少有效庫(kù)容，甚至堵塞引水建筑物，減少引水流量、影響發(fā)電等。目前，我國(guó)部分水庫(kù)淤積相對(duì)嚴(yán)重。水利工程中水庫(kù)工程對(duì)水溫存在不容忽視的影響［1］。水庫(kù)的特點(diǎn)是水面寬廣、水體大、水流遲緩、更新期較長(zhǎng)等，加之水體受太陽(yáng)輻射、對(duì)流混合和熱量傳輸作用，使水庫(kù)具有特殊水溫結(jié)構(gòu)，詳見表1和圖1所示。水庫(kù)水溫隨相對(duì)容積(庫(kù)容與來水量之比)的大小和水深呈不同性狀的變化，一般分為混合型、分層型和過渡型3種。

表1 某水庫(kù)水溫變化趨勢(shì)

水溫的改變最為直接的影響就是對(duì)于魚類的影響及農(nóng)作物的影響。由于魚類繁殖要求一定的水溫條件，如我國(guó)四大家魚繁殖時(shí)要求水溫在18℃以上，我國(guó)的魚類資源是以溫水性魚類為主，水溫變化對(duì)水庫(kù)魚類影響不大。但是出庫(kù)低溫水對(duì)壩下游一定距離內(nèi)的魚類產(chǎn)卵影響較大，有可能推遲魚類產(chǎn)卵期，對(duì)魚類繁殖產(chǎn)生不利影響。此外，低溫灌溉水對(duì)下游農(nóng)作物的生長(zhǎng)期有不利影響，水庫(kù)如采用深孔放水建筑物，存在下泄低溫水的問題，使水庫(kù)下游產(chǎn)生人為冷害，造成農(nóng)作物減產(chǎn)。

水利工程的建設(shè)工程中一般情況下會(huì)產(chǎn)生影響水質(zhì)的污染源，這些污染源沒有得到及時(shí)的處理直接排入水中，導(dǎo)致水質(zhì)量下降，特別是水庫(kù)的溝汊中容易發(fā)生水污染，如水華現(xiàn)象的出現(xiàn);庫(kù)內(nèi)水流流速小，降低了水、氣界面交換的速率和污染物的遷移擴(kuò)散能力，因此復(fù)氧能力減弱，使得水庫(kù)水體自凈能力比河流弱等。

圖1 某水庫(kù)水溫沿垂線分布圖

滑坡、地震、塌岸、等不良地質(zhì)災(zāi)害一般情況下會(huì)伴隨著水利工程中大壩的修建而產(chǎn)生。庫(kù)蓄水后水位升高，岸坡土體的抗剪強(qiáng)度降低，易發(fā)生塌方、山體滑坡及危險(xiǎn)巖體的失穩(wěn)導(dǎo)致滑坡出現(xiàn);水滲入斷層，可導(dǎo)致斷層之間的潤(rùn)滑程度增加;增加巖層中空隙水壓力;水體壓重引起地殼應(yīng)力的增加等都是可能導(dǎo)致地震出現(xiàn)的原因。

3 生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)主要注意事項(xiàng)

鑒于生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)與生態(tài)水利工程的順利開展具有密切的關(guān)聯(lián)，因此在生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，需要抓住生態(tài)保護(hù)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 水庫(kù)淤積方面

水庫(kù)淤積計(jì)算不僅是水利工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)的一項(xiàng)工作，也是生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段不可缺少的內(nèi)容。水庫(kù)初步設(shè)計(jì)階段可采用如下一維數(shù)學(xué)模型計(jì)算庫(kù)區(qū)淤積平衡地形和回水水面線。重要工程還需通過物理模型試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型計(jì)算兩種方法同時(shí)論證。

一維非飽和輸沙模型基本方程式:

1)水流連續(xù)方程:

2)水流運(yùn)動(dòng)方程:

3)河床變形方程:

4)泥沙連續(xù)方程:

5)水流挾沙力公式:

6)推移質(zhì)輸沙率公式:

3.2 水溫控制方面

生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中水溫控制方面是規(guī)劃設(shè)計(jì)中需要注意的。目前，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的模擬工具已經(jīng)發(fā)展起來，它們可為進(jìn)行這些評(píng)估提供幫助，不僅僅是為溫度變化，而且是為預(yù)測(cè)影響的全部范圍。由挪威幾家機(jī)構(gòu)共同開發(fā)的河流系統(tǒng)模擬工具(RSS)是—個(gè)非常典型的例子，其主要目的是預(yù)先設(shè)想出對(duì)河流進(jìn)行管理的后果，包括一組具體的程序，用來模擬工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)和人口造成的環(huán)境影響，因此，在現(xiàn)有的人力物力財(cái)力允許之下，可采用相關(guān)的模擬工具觀察溫度變化的大小順序和溫度變化的近似影響，并且采取的減輕影響的措施和涉及的范圍。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)方面

在生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要避免生態(tài)設(shè)計(jì)建設(shè)過程中改變生態(tài)系統(tǒng)原有的熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、原始森林生態(tài)系統(tǒng)，水利工程在當(dāng)?shù)氐娜×弦m量，避免過多取料用地，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)受破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前我國(guó)水利工程對(duì)環(huán)境存在著較大的不利影響，這些影響主要體現(xiàn)在對(duì)局部地區(qū)的氣溫改變，水溫、水質(zhì)改變，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐慕邓畷r(shí)間，降水地區(qū)隨之改變，河流中的生物難以適應(yīng)從而遷移、死亡，農(nóng)作物存活率低等，針對(duì)這些問題在生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)在水庫(kù)淤積計(jì)算方面、在水溫控制方面、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)方面進(jìn)行加強(qiáng)，能有效促使生態(tài)水利工程的順利開展。

［1］林成，徐建明.對(duì)生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的思考［J］.吉林水利，2013(06):12-14，22.

Thinking on Planning and Ddesign for Ecological Hydraulic Engineering

WEI Guang-lin
(Guizhou Province Anshun City Water Conservancy ＆ Hydropower Investigation and Design Institute，Anshun 561000，China)

Water conservancy project is an engineering effectively deploying and using natural surface water and groundwater.In recent years，along with the increase of people's awareness of environmental protection，water conservancy project is transferring from the traditional mode to ecological and environmental protection，and ecological water conservancy project appears.Since ecological water conservancy project is still in the immature stage in China，therefore comprehensive factors must be considered in the planning and design for ecological hydraulic engineering.Starting from the basic knowledge of ecological water conservancy，this paper mainly analyzes the effect of water conservancy project on the ecology，on the basis of thinking sums up some important points for the planning and design of the ecological hydraulic engineering.

ecological water conservancy;water conservancy project;impact;ecological protection;design thinking

TV212;X171.4

B

1007-7596(2014)05-0007-03

2013-11-27

韋光林(1970-)，男，布依族，貴州開陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事水利水電工程工作。