生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)原則初探

翟戰(zhàn)清

【摘要】水電建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境也會(huì)帶來一定的負(fù)面影響，這些負(fù)面影響已經(jīng)成為水電開發(fā)的限制性因素。水電工程結(jié)合生態(tài)建設(shè)，是水電事業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文主要探討了水利工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，并針對(duì)此分析了生態(tài)水利工程的基本設(shè)計(jì)原則。

【關(guān)鍵詞】生態(tài)水利；設(shè)計(jì)；原則

生態(tài)水利工程是一門將生態(tài)學(xué)和工程學(xué)很好的結(jié)合在一起的一門學(xué)科，也是講人與自然和諧相處的思想很好的的運(yùn)用于實(shí)際的學(xué)科。該學(xué)科最主要的特點(diǎn)就是順應(yīng)了人類和時(shí)代發(fā)展的需要，我國雖然說在這方面技術(shù)起步的比較慢，不過目前也越來越重視該學(xué)科的發(fā)展，尤其是對(duì)于在生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)原則方面存在的問題也在運(yùn)用大量的人力物力去研究，借鑒了許多國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)方法，也初步形成了一些設(shè)計(jì)原則，雖說是不太完善，不過在將來的不斷研究和發(fā)展中，最終會(huì)取得比較大的進(jìn)步和提高的。

1水利工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

1.1對(duì)水體的影響

一般來講，水利工程都是修建在天然河道上，隨著其修建河流長期演化而成的生態(tài)環(huán)境將會(huì)受到很大的破壞，使河流局部形態(tài)非連續(xù)化和中一化，改變了其多樣性的特點(diǎn)，水利工程的修建也會(huì)改變河流的自然形態(tài)，導(dǎo)致局部河流水深等變化，使下游的水文泥沙發(fā)生變化，由于河流的水文、泥沙是影響河流生態(tài)環(huán)境的原動(dòng)力，水庫建成后內(nèi)部水面寬、水流遲緩，當(dāng)水體受太陽輻射時(shí)由于水面的反射率小于路面的反射率，水面輻射值降低，水庫內(nèi)將具有特殊的水溫結(jié)構(gòu)，而水溫的變化則將會(huì)影響內(nèi)部魚類的繁殖，同時(shí)還將會(huì)影響內(nèi)部水質(zhì)，水利工程的修建將會(huì)導(dǎo)致局部水流降低，既使得水氣界面交換速率及污染物遷移擴(kuò)散能力降低，導(dǎo)致水質(zhì)自凈能力下降。并會(huì)使水體的沉降作用增強(qiáng)，因而水體內(nèi)重金屬沉降加速增大污染，對(duì)水體產(chǎn)生了很嚴(yán)重的破壞。

1.2對(duì)氣候的影響

正常情況下，大氣環(huán)流控制地區(qū)性氣候狀況，但區(qū)域內(nèi)大、中型水庫及灌溉工程建成后，原先的陸地面積必定改變，對(duì)局部小氣候會(huì)產(chǎn)生一定的影響，主要表現(xiàn)在對(duì)降雨、氣溫、風(fēng)等的影響。

1.3對(duì)降雨量的影響

水利工程的建成將會(huì)使降雨量有所增加，這是由于修建水庫將會(huì)形成遼闊的水域，在陽光照射下，水的蒸發(fā)量增加，所以會(huì)導(dǎo)致降雨量增加。同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致降雨地區(qū)分布發(fā)生變化，降雨分布發(fā)生改變的原因是水庫低溫效應(yīng)，一般水的蒸發(fā)量加大，空氣變得濕潤。有些地區(qū)的降雨量有所減少，而附近其他區(qū)域降雨則有所增加，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。降雨時(shí)間的分布也會(huì)受到影響，一般來說，夏季水面溫度低于氣溫，大氣對(duì)流減弱，降雨量減少；但冬季水面較暖，大氣對(duì)流作用增強(qiáng)，降雨量增加。

1.4對(duì)土壤的影響

水利工程對(duì)土壤環(huán)境的影響是利弊參半的，區(qū)域內(nèi)通過筑堤建庫、疏通水道等可保護(hù)農(nóng)田免受洪水等淹沒及沖刷等災(zāi)害，并可通過對(duì)天然徑流與地表徑流間的相互調(diào)節(jié)使得土壤內(nèi)水分及土壤內(nèi)的營養(yǎng)成分得到改善。但在浸沒區(qū)，因土壤中的通氣條件很差，而造成土壤中的微生物活動(dòng)減少，肥力下降，影響作物的生長，從而形成土地浸沒。還會(huì)由于水位上升引起地下水位上升，土壤出現(xiàn)沼澤化、潛育化，過分濕潤致使植物根系衰敗，呼吸困難，甚至導(dǎo)致死亡。

1.5對(duì)水文的影響

水利工程修建后使下游河道的流量發(fā)生改變，從而對(duì)周圍環(huán)境造成影響。水利工程不僅存蓄了汛期洪水并且還將非汛期的基流截留了，使下游河道水位大幅度下降甚至斷流，并引起周圍地下水位下降，從而破壞了生態(tài)環(huán)境。水利工程可能會(huì)導(dǎo)致下游湖泊或池塘因?yàn)閿嘟^水的來源而干涸；下游地區(qū)的地下水位下降；當(dāng)水庫下游河道水位大幅度下降以至斷流時(shí)，勢(shì)必造成水質(zhì)的惡化；因河流流量減少，使得河流自凈能力降低；同時(shí)水庫滲漏也將導(dǎo)致其周圍水文狀況發(fā)生變化。

2生態(tài)水利工程的基本設(shè)計(jì)原則

2.1工程安全性和經(jīng)濟(jì)性原則

生態(tài)水利工程是一種綜合性工程，在河流綜合治理中既要滿足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運(yùn)以及旅游等需求，也要兼顧生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的需求。生態(tài)水利工程既要符合水利工程學(xué)原理，也要符合生態(tài)學(xué)原理。生態(tài)水利 工程的工程設(shè)施必須符合水文學(xué)和工程力學(xué)的規(guī)律，以確保工程設(shè)施的安全、穩(wěn)定和耐久性。工程設(shè)施必須在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠承受洪水、侵蝕、風(fēng)暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學(xué)原理進(jìn)行河流縱、橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮河流泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等河流特征，動(dòng)態(tài)地研究河勢(shì)變化規(guī)律，保證河流修復(fù)工程的耐久性。對(duì)于生態(tài)水利工程的經(jīng)濟(jì)合理性分析，應(yīng)遵循風(fēng)險(xiǎn)最小和效益最大原則。由于對(duì)生態(tài)演替的過程和結(jié)果事先難以把握，生態(tài)水利工程往往帶有一定程度的風(fēng)險(xiǎn)。這就需要在規(guī)劃設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行方案比選，更要重視生態(tài)系統(tǒng)的長期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和評(píng)估。另外，充分利用河流生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)規(guī)律，是力爭(zhēng)以最小的投入獲得最大產(chǎn)出的合理技術(shù)路線。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計(jì)、自我恢復(fù)原則

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，也便是說某些與生態(tài)系統(tǒng)友好的物種，可以經(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。將自組織原理應(yīng)用于生態(tài)水利工程時(shí)，生態(tài)工程設(shè)計(jì)與過去水工設(shè)計(jì)有本質(zhì)的區(qū)別。像設(shè)計(jì)大壩這樣的人工建筑物是一種確定性的設(shè)計(jì)，建筑物的幾何特征、材料強(qiáng)度都是在人的控制之中，建筑物最后可以具備人們所期望的功能。河流修復(fù)工程設(shè)計(jì)與此不一樣，生態(tài)工程設(shè)計(jì)是一種“指導(dǎo)性”的設(shè)計(jì)，大概說是幫助性設(shè)計(jì)。依靠生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計(jì)、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結(jié)構(gòu)，從而完成設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。

2.3 堅(jiān)持與環(huán)境工程設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合

生態(tài)水利工程是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，所設(shè)計(jì)到的學(xué)科內(nèi)容相對(duì)較多一點(diǎn)。對(duì)于其設(shè)計(jì)來說就要充分吸收環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)與工程學(xué)理論和技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，這樣的目的就是達(dá)到水量和水質(zhì)同步的科學(xué)配置。對(duì)于我國現(xiàn)在水環(huán)境不斷污染和惡化的現(xiàn)實(shí)環(huán)境來說，生態(tài)水利工程更應(yīng)該與我國水污染的防止工程結(jié)合起來。此外，因?yàn)樗こ探ㄔO(shè)中所涉及到的水量一般都比較大，而且隨著季節(jié)的變化其水量的變化也比較大，所以這也給生態(tài)水利工程建設(shè)帶來了很大的困難。如黑龍江省扎龍濕地補(bǔ)水工程，雖然實(shí)現(xiàn)了連續(xù)幾年的補(bǔ)水，但由于水質(zhì)不符合濕地水質(zhì)要求，導(dǎo)致濕地水域中底棲生物明顯減少，部分物種消失，一些遷徙水禽不在此處停留。為了減少早田排水挾帶泥沙或污染物進(jìn)入下游湖泊或天然濕地，可以在進(jìn)入湖泊或濕地的過渡帶設(shè)計(jì)生態(tài)處理溝渠或氧化塘。而水田排水溝渠可以在植物生長季節(jié)充分蓄水，利用人工溝渠濕地對(duì)有機(jī)污染物質(zhì)進(jìn)行降解。在缺水地區(qū)種植水稻，特別是在開采地下水種植水稻的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行以水量高效利用與水質(zhì)凈化為目的的生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)。而這種設(shè)計(jì)思路來源于水污染的自然穩(wěn)定處理理論與工藝。

3總結(jié)

生態(tài)水利工程在河流綜合治理中既要滿足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運(yùn)等需求，也要兼顧生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。生態(tài)水利工程既要符合水利工程學(xué)原理，也要符合生態(tài)學(xué)原理生態(tài)水利工程的工程設(shè)施必須符合水文學(xué)和工程力學(xué)的規(guī)律，以確保工程設(shè)施的安全、穩(wěn)定和耐久性。工程設(shè)施必須在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠承受洪水、侵蝕、風(fēng)暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學(xué)原理進(jìn)行河流縱、橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮河流泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等河流特征，動(dòng)態(tài)地研究河勢(shì)變化規(guī)律，保證河流修復(fù)工程的耐久性。