試論生態(tài)水利工程的基本設(shè)計(jì)原則

張振宇

【摘要】生態(tài)水利工程是基于水利工程所造成了一系列生態(tài)問(wèn)題而進(jìn)行的自覺(jué)的反思和改進(jìn)，從技術(shù)上、規(guī)劃上革除工程建設(shè)中由于粗放式建設(shè)方式和技術(shù)不到位等原因造成的對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。因此在科學(xué)發(fā)展觀(guān)、可持續(xù)發(fā)展理念等思維的指導(dǎo)下，水利工程與生態(tài)工程進(jìn)行了創(chuàng)造性結(jié)合，并在借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從生態(tài)建設(shè)技術(shù)和水利工程管理方式改進(jìn)出發(fā)，樹(shù)立正確的生態(tài)水利工程建設(shè)規(guī)劃目標(biāo)和設(shè)計(jì)原則。

【關(guān)鍵詞】：生態(tài)；水利工程；基本設(shè)計(jì)原則；分析；

前言

從學(xué)科發(fā)展角度看，現(xiàn)在的水利工程學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)主要是工程力學(xué)和水，水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)主要對(duì)象是水文系統(tǒng)，往往忽視生命系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)吸收生態(tài)學(xué)的理論及方法，促進(jìn)水利工程學(xué)與生態(tài)學(xué)的交叉融合，用以改進(jìn)和完善水利工程的規(guī)劃及設(shè)計(jì)理論，形成水利工程學(xué)的新的學(xué)科分支-生態(tài)水利工程學(xué)。生態(tài)水利工程學(xué)作為水利工程學(xué)的一個(gè)新的分支，是研究水利工程在滿(mǎn)足人類(lèi)社會(huì)需求的同時(shí)，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求的原理與技術(shù)方法的工程學(xué)。生態(tài)水利工程的內(nèi)涵是：對(duì)于新建工程，是指進(jìn)行傳統(tǒng)水利建設(shè)的同時(shí)（如治河、防洪工程），兼顧河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)。對(duì)于已建工程，則是對(duì)于被嚴(yán)重干擾河流，重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

一、水利工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響

水利工程在社會(huì)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展發(fā)揮了重大作用，此外，我們也應(yīng)看到水利工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)所造成的影響。人類(lèi)興修水利工程的種種人為活動(dòng)致使河流的多樣性、流動(dòng)性和連續(xù)性發(fā)生改變，水域的水溫、水深、自流水邊界、水域流速等自然規(guī)律也隨之發(fā)生了重大變化。這些變化會(huì)對(duì)河流的生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響，我們必須對(duì)這些影響給予高度的重視。在未來(lái)的水利工程興修時(shí)，應(yīng)全面把握生態(tài)系統(tǒng)健康與社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求兩者之間的關(guān)系，做到水利工程在滿(mǎn)足人類(lèi)社會(huì)需求的同時(shí)，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)的健康及可持續(xù)發(fā)展。

二、生態(tài)水利工程的基本設(shè)計(jì)原則

（一）、確保工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性

生態(tài)水利工程作為水利工程的分支，首先要遵守水利工程的設(shè)計(jì)原則，保證工程安全性是任何水利工程設(shè)計(jì)的最基本的原則。設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入實(shí)際，充分考察水體的水質(zhì)、水流等基本情況，進(jìn)而充分考慮水對(duì)建筑物的侵蝕作用、對(duì)泥沙的堆積和搬運(yùn)作用，同時(shí)還應(yīng)全面把握河道走勢(shì)的自然規(guī)律等。只有保證了工程的穩(wěn)定性、持久性以及設(shè)施的安全，才能確保建筑物持久地發(fā)揮其功能。在保證了工程安全性的同時(shí)，我們還應(yīng)對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行合理分析，力求實(shí)現(xiàn)資金投入最少、經(jīng)濟(jì)小于和生態(tài)效益最大化的基本原則。

（二）、保證水體內(nèi)部環(huán)境的多樣性

相關(guān)調(diào)查顯示，一個(gè)地區(qū)的非生物環(huán)境的多樣性能夠影響其生活群落的多樣性。也就是說(shuō)，如果一個(gè)地區(qū)的自然環(huán)境種類(lèi)多樣，當(dāng)?shù)氐纳锓N類(lèi)也會(huì)日漸豐富，食物鏈的組成也將更復(fù)雜，這樣生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界變化的適應(yīng)能力和抵抗能力越強(qiáng)。如果我們興建的水利工程致使該流域內(nèi)的水體內(nèi)部環(huán)境日趨單一化，那么，就會(huì)導(dǎo)致水生生物種類(lèi)多樣性的減少、食物鏈結(jié)構(gòu)逐漸簡(jiǎn)化、生態(tài)系統(tǒng)日趨單一化，造成水體對(duì)外界變化的適應(yīng)能力和抵抗能力降低，自然凈化能力逐漸下降，并逐步喪失其基本功能。所以，在水利工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)河流的近期及遠(yuǎn)期的水文情況進(jìn)行深入了解，掌握生物種類(lèi)與生態(tài)環(huán)境間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)草案組建數(shù)學(xué)模型，對(duì)其可行性、可操作性進(jìn)行論證，從而保證水利設(shè)施的興建能夠擁有足夠的豐富多樣的環(huán)境，進(jìn)而將對(duì)自然環(huán)境的影響降到最低。

（三）、確保河流生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)功能

與傳統(tǒng)水利工程相比，生態(tài)水利工程除了要保證傳統(tǒng)水利工程的基本原則外，還需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候，充分考慮保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)功能，也就是要維持生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。而在這一方面，人工建筑物所起的作用則十分有限，只有自然因素經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇后所形成的生態(tài)圈才具備良好的自我修復(fù)功能，發(fā)揮其作用。所以，在生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免絕對(duì)化的人為力量，應(yīng)充分將人為力量與自然的影響進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而利用生態(tài)系統(tǒng)的自設(shè)計(jì)功能和自組織功能，從大自然中選擇合適的物種，形成良好的合力結(jié)構(gòu)。這樣，不僅僅可以取得生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)及恢復(fù)方面的成效，還能降低工程的建設(shè)成本，降低工程造價(jià)，獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

（四）、確保河流生態(tài)系統(tǒng)的整體性

在傳統(tǒng)的水利工程建設(shè)過(guò)程中，水體常被人為地劃分成不同功能且相對(duì)封閉的小區(qū)域，影響了水體之間的相互聯(lián)系，極大地降低了水體內(nèi)不同小環(huán)境之間的能量交換及物質(zhì)交換速度，從而人為地破壞來(lái)河流生態(tài)形同的穩(wěn)定性和整體性。生態(tài)水利工程在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分掌握施工流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)各要素之間的相互關(guān)系及作用方式，盡最大限度地保持并恢復(fù)水體的原始狀態(tài)，確保河流的生態(tài)系統(tǒng)的整體性不受到外力的破壞，而不能僅僅是在工程結(jié)束后，單純地對(duì)河道水文系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)或是只對(duì)河岸的植被進(jìn)行修復(fù)。

（五）、確保建立完善的河流生態(tài)系統(tǒng)和水利設(shè)施之間的反饋機(jī)制

生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)以成熟的河流生態(tài)系統(tǒng)為主要參照物，并充分利用生態(tài)學(xué)可的相關(guān)理論和環(huán)境工程的先進(jìn)技術(shù)，力求打造一個(gè)健康的、可持續(xù)發(fā)展的河流生態(tài)系統(tǒng)，從而保證工程設(shè)施內(nèi)部的各自然要素可以在不需要人工干預(yù)的環(huán)境自發(fā)地進(jìn)行活動(dòng)，維持生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定和河流水體的質(zhì)量。通常這種自發(fā)活動(dòng)的方向不是單向的，這種不確定性使得生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一種“反饋調(diào)整”的設(shè)計(jì)方法，也就是說(shuō)，在設(shè)計(jì)方案執(zhí)行之后，仍舊需要對(duì)水體的環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)督和評(píng)價(jià)，并根據(jù)反饋的信息對(duì)水利工程項(xiàng)目進(jìn)行不斷的調(diào)整與完善。

三、生態(tài)水利工程面對(duì)的新問(wèn)題

生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)不僅僅需要考慮生態(tài)目標(biāo)，同時(shí)還要確保水利工程建設(shè)的實(shí)用性，所以，在保證水利工程設(shè)施經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境成本尋求平衡點(diǎn)的過(guò)程中，生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)原則需要不斷地去適應(yīng)日趨完善的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及新的生態(tài)水利工程同傳統(tǒng)水利工程建設(shè)之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題，相信隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展以及生態(tài)水利工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，我們必能妥善解決好這些問(wèn)題，最大限度地發(fā)揮生態(tài)水利工程的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益。

結(jié)語(yǔ)

總之，生態(tài)系統(tǒng)的自組織功能表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。自組織的機(jī)理是物種的自然選擇，也就是說(shuō)某些與生態(tài)系統(tǒng)友好的物種，能夠經(jīng)受自然選擇的考驗(yàn)，尋找到相應(yīng)的能源和合適的環(huán)境條件。在這種情況下，生境就可以支持一個(gè)能具有足夠數(shù)量并能進(jìn)行繁殖的種群。自組織功能原理與達(dá)爾文的進(jìn)化論有相似之處，只是研究的尺度不同而已。達(dá)爾文的進(jìn)化論研究是在地球生物圈所有種群的尺度上進(jìn)行的，而自組織功能是在生態(tài)系統(tǒng)中種群之間發(fā)生的。而水利工程是人類(lèi)通過(guò)人工建造建筑物，對(duì)自然水體進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用、調(diào)配及治理，從而實(shí)現(xiàn)除害興利目的的科學(xué)。但是，在水利工程的發(fā)展初期，由于人們對(duì)自然規(guī)律認(rèn)識(shí)的局限性，往往只注重人類(lèi)水利工程對(duì)人類(lèi)社會(huì)需求的滿(mǎn)足，而忽視了對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)，致使早期的許多水利工程都存在影響水體健康的問(wèn)題，引發(fā)了各種環(huán)境問(wèn)題。所以，人們?cè)陂_(kāi)發(fā)水環(huán)境資源時(shí)，應(yīng)兼顧生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪磊.生態(tài)水利工程的基本設(shè)計(jì)原則研究[J].中國(guó)科技博覽.2011（28）.

[2]張麗虹.生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)之我見(jiàn)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）.2011（14）.

[3]趙黎霞，崔建華.生態(tài)水利工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)基本原則[J].水科學(xué)與工程技術(shù).2008（z2）.

[4]邵蕾，李麗.淺談生態(tài)水利工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)基本原則[J].民營(yíng)科技.2011（8）.