生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)研究

徐恒

【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)問題而進(jìn)行的自覺的反思和改進(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生態(tài)環(huán)境的破壞。因此在科學(xué)發(fā)展觀、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

【Abstract】Ecological water conservancy project is based on a series of ecological problems caused by water conservancy project carried out conscious reflection and improvement， from the technical， planning and removal of construction projects due to extensive construction methods and technology is not in place and other causes of the ecological environment damage. Therefore， under the guidance of the scientific development concept and the sustainable development concept， the water conservancy project and the ecological engineering have creatively combined， and on the basis of the experience of the developed countries， from the ecological construction technology and water conservancy project management way to improve， establish The correct ecological water conservancy project construction planning objectives and design principles.

【Key words】Ecological；Hydraulic engineering；Basic design principles；Analysis

1. 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)主要對象是水文系統(tǒng)，往往忽視生命系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來風(fēng)險(xiǎn)等問題。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)的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時(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)。對于已建工程，則是對于被嚴(yán)重干擾河流，重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

2. 水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響

水利工程在社會生產(chǎn)過程中，對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展發(fā)揮了重大作用，此外，我們也應(yīng)看到水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)所造成的影響。人類興修水利工程的種種人為活動致使河流的多樣性、流動性和連續(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。這些變化會對河流的生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響，我們必須對這些影響給予高度的重視。在未來的水利工程興修時(shí)，應(yīng)全面把握生態(tài)系統(tǒng)健康與社會經(jīng)濟(jì)需求兩者之間的關(guān)系，做到水利工程在滿足人類社會需求的同時(shí)，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)的健康及可持續(xù)發(fā)展。

3. 生態(tài)水利工程的基本設(shè)計(jì)原則

（1）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)而充分考慮水對建筑物的侵蝕作用、對泥沙的堆積和搬運(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。

（2）保證水體內(nèi)部環(huán)境的多樣性。 相關(guān)調(diào)查顯示，一個地區(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，如果一個地區(qū)的自然環(huán)境種類多樣，當(dāng)?shù)氐纳锓N類也會日漸豐富，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，就會導(dǎo)致水生生物種類多樣性的減少、食物鏈結(jié)構(gòu)逐漸簡化、生態(tài)系統(tǒng)日趨單一化，造成水體對外界變化的適應(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)過程中，設(shè)計(jì)人員需要對河流的近期及遠(yuǎn)期的水文情況進(jìn)行深入了解，掌握生物種類與生態(tài)環(huán)境間的關(guān)系，進(jìn)而對設(shè)計(jì)草案組建數(shù)學(xué)模型，對其可行性、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)而將對自然環(huán)境的影響降到最低。

（3）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)過長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。

（4）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)過程中，水體常被人為地劃分成不同功能且相對封閉的小區(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，單純地對河道水文系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)或是只對河岸的植被進(jìn)行修復(fù)。

（5）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，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，在設(shè)計(jì)方案執(zhí)行之后，仍舊需要對水體的環(huán)境進(jìn)行長期的監(jiān)督和評價(jià)，并根據(jù)反饋的信息對水利工程項(xiàng)目進(jìn)行不斷的調(diào)整與完善。

4. 生態(tài)水利工程面對的新問題

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。

5. 結(jié)語

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。而水利工程是人類通過人工建造建筑物，對自然水體進(jìn)行開發(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，由于人們對自然規(guī)律認(rèn)識的局限性，往往只注重人類水利工程對人類社會需求的滿足，而忽視了對自然環(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題，引發(fā)了各種環(huán)境問題。所以，人們在開發(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。

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[文章編號]1619-2737（2017）05-17-910