生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)理論及問(wèn)題研究

荊瑞剛 李舜

【摘要】本文在收集和總結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)生態(tài)水利工程與生態(tài)河理論和實(shí)際數(shù)據(jù)的研究成果的基礎(chǔ)上，分別總結(jié)了生態(tài)水利工程與生態(tài)河道治理工程的基本知識(shí)體系，并對(duì)其進(jìn)行了闡述。表明生態(tài)河道工程是生態(tài)水利工程的一個(gè)子屬研究?jī)?nèi)容，在此基礎(chǔ)上生態(tài)水利工程知識(shí)研究生態(tài)渠道治理，生態(tài)渠道管理有自己的知識(shí)體系來(lái)構(gòu)建生態(tài)河道。指導(dǎo)生態(tài)水利工程建設(shè)。

【關(guān)鍵詞】生態(tài)；水利工程；設(shè)計(jì)理論；河道

1、引言

隨著生態(tài)水工學(xué)的發(fā)展，生態(tài)河道的研究也相應(yīng)形成和發(fā)展。這起源于生態(tài)修復(fù)的生態(tài)河道構(gòu)建體系與生態(tài)水利工程學(xué)不同，其含義等目前仍無(wú)統(tǒng)一的界定?；谏鷳B(tài)河道的理論指導(dǎo)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量的生態(tài)河道實(shí)踐工程。在國(guó)外的河流治理過(guò)程中，許多新材料和新技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，許多生態(tài)工程技術(shù)也在河流治理工程中得到了探索和實(shí)踐。同時(shí)，我國(guó)生態(tài)河流理論與實(shí)踐正處于探索和發(fā)展階段，缺乏傳統(tǒng)治理方法與生態(tài)工程技術(shù)有機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)理論指導(dǎo)。

總體而言，在我國(guó)水利工程設(shè)計(jì)實(shí)踐或生態(tài)河道治理實(shí)踐中，雖然成都市府南河的改造工程成功重建了河流生態(tài)系統(tǒng)，1998年上海市政府對(duì)蘇州河進(jìn)行治理和2016年鄭州市政府對(duì)賈魯河進(jìn)行綜合治理取得了階段性成果。但距離中國(guó)發(fā)展生態(tài)水利工程，完善生態(tài)水利工程體系，建設(shè)“人—水—工程設(shè)施”的和諧生態(tài)系統(tǒng)的要求和目標(biāo)仍需總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

2、生態(tài)河道的理論基礎(chǔ)

2.1生態(tài)環(huán)境保全的孔隙理論

河道治理的孔隙理論就是在河道治理中，利用一定的結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的材料，人為地構(gòu)建適合生物生存的孔隙環(huán)境，保證河道治理中生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性的完整性，為保護(hù)或恢復(fù)其系統(tǒng)生態(tài)功能奠定了基礎(chǔ)。河流生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)與河岸的建設(shè)形式和材料息息相關(guān)。前文已經(jīng)說(shuō)明混凝土砌筑下不斷硬化的河岸和河床等生態(tài)系統(tǒng)的危害進(jìn)行了描述。研究發(fā)現(xiàn)，在河流生態(tài)系統(tǒng)中，食物鏈頂端的動(dòng)物依靠洞穴、縫隙或相對(duì)隱蔽隔離的地區(qū)繁衍生息。因此，動(dòng)物對(duì)孔隙條件的依賴是一個(gè)普遍的規(guī)律。根據(jù)這一規(guī)律，多孔結(jié)構(gòu)的護(hù)岸和天然河床可以很好地保護(hù)和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)其發(fā)展。

2.2退化河岸帶的恢復(fù)與重建理論

河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建是基于河岸生態(tài)系統(tǒng)演化和發(fā)展的規(guī)律。研究表明，首先，生物多樣性的存在和穩(wěn)定需要更高水平的制度。因此，在更大的生態(tài)系統(tǒng)中，有必要設(shè)置河岸系統(tǒng)來(lái)更有力地恢復(fù)河岸帶的生物多樣性。其次，河岸帶越接近與鄰近生態(tài)系統(tǒng)的縱向和橫向聯(lián)系，障礙越小，生物多樣性越好。因此，加強(qiáng)修復(fù)工作與周邊系統(tǒng)的聯(lián)系，盡量消除兩者之間的差距。而且，相同類(lèi)型，相鄰的生態(tài)系統(tǒng)也有利于相互之間的穩(wěn)定發(fā)展。因此，要調(diào)查恢復(fù)的河岸生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型，使之與相鄰系統(tǒng)類(lèi)型一致，有利于其恢復(fù)。最后，在河岸生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中，還應(yīng)關(guān)注功能恢復(fù)較弱的小地區(qū)對(duì)自然和人類(lèi)活動(dòng)的影響。

河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建主要包括三個(gè)方面，根據(jù)河岸帶的組成和生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行歸納：（1）河岸帶生物群落的恢復(fù)與重建；（2）緩沖帶生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與重建；（3）河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)。

2.3水環(huán)境修復(fù)原理

眾所周知，河流水環(huán)境具有很強(qiáng)的自凈和修復(fù)功能。在河流自凈能力的承載能力范圍內(nèi)，污染物進(jìn)入河流的水體，這兩個(gè)過(guò)程一般是同時(shí)進(jìn)行的。一是污染物濃度的降低和降解，即污染物進(jìn)入河流，經(jīng)過(guò)河水?dāng)U散，沉淀和生物吸收分解等作用，水質(zhì)變好。二是有機(jī)污染物氧化后轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程歸因于水生環(huán)境中活的微生物或生物體，它們進(jìn)行呼吸或食物活動(dòng)以生存和繁殖，使得水生環(huán)境中的有機(jī)污染物通過(guò)氧化還原成為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物質(zhì)。因此，物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中沿著食物鏈轉(zhuǎn)化和流動(dòng)，得到有效利用的同時(shí)即改良了水質(zhì)也改善了水環(huán)境。

但是，隨著河水流水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化的加劇，水體中的有機(jī)物和養(yǎng)分超過(guò)了水體的自凈能力，人類(lèi)需要幫助改善水環(huán)境，一般采用水環(huán)境修復(fù)技術(shù)。修理技術(shù)有很多，如修復(fù)塘技術(shù)、生物島技術(shù)等等。恢復(fù)技術(shù)的正確應(yīng)用可促進(jìn)多種生物的共同生長(zhǎng)，多種生物的相互依賴和相互制約，形成有機(jī)統(tǒng)一，提高河流水環(huán)境自凈能力，改善水質(zhì)。

3、生態(tài)河道治理中存在問(wèn)題和對(duì)策

國(guó)內(nèi)在河道治理方面，在生態(tài)河流治理發(fā)展階段，自然存在一些不足。

（1）河道管理仍處于傳統(tǒng)階段，只有一部分實(shí)現(xiàn)了河道的生態(tài)治理。河道整治還是局限于水利工程、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)的結(jié)合，還是以水利為主導(dǎo)，忽視與其他相關(guān)學(xué)科的交流與接觸。一些水利工程在河道建設(shè)中的具體表現(xiàn)形成河流形態(tài)渠道化和間斷，導(dǎo)致河流生物多樣性下降。針對(duì)這一現(xiàn)象，水利部門(mén)要加快生態(tài)和水利工程的研究，推進(jìn)生態(tài)水利建設(shè)，增加資金投入。

（2）河道周?chē)锶郝涔芾砣狈v史資料，忽視與水文要素的聯(lián)系。傳統(tǒng)的水文地質(zhì)調(diào)查正在出現(xiàn)，對(duì)現(xiàn)狀有一個(gè)模糊的認(rèn)識(shí)，盲目地從經(jīng)驗(yàn)或外表治理。因此，有必要建立對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)效監(jiān)測(cè)機(jī)制，對(duì)河流主要生態(tài)要素和水文要素進(jìn)行定期選址或抽查監(jiān)測(cè)，確保對(duì)河流的長(zhǎng)期監(jiān)督，控制和管理生態(tài)系統(tǒng)。

（3）雖然河道管理工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)能夠滿足河流景觀和水力要求，但可能破壞河流的生態(tài)結(jié)構(gòu)，降低河流的生態(tài)功能，設(shè)計(jì)創(chuàng)新是不夠的，局限于傳統(tǒng)的河流培訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)模式。為此，在河道工程設(shè)計(jì)和施工初期就要確立生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性，使河道工程保證河道健康，健康地發(fā)展。

（4）公眾對(duì)生態(tài)河道治理理念認(rèn)識(shí)不足，參與積極性有待提高。要加強(qiáng)與公眾的溝通，使設(shè)施更加親民友好。這些問(wèn)題需要政府部門(mén)引導(dǎo)和加大宣傳力度，使廣大人民群眾認(rèn)識(shí)和參與生態(tài)河流的保護(hù)，自覺(jué)維護(hù)河流環(huán)境，維護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

4、結(jié)論

本文在生態(tài)與水利工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人的研究成果，首先對(duì)傳統(tǒng)水利工程-河道整治工程造成的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析、歸納和總結(jié)，得出了傳統(tǒng)水利工程中存在的主要問(wèn)題，河道治理是指河流不具有連續(xù)性、河道渠化和同質(zhì)化、河道堵水和生境破壞。其次，上述問(wèn)題的基本理論是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的孔隙理論，退化水岸帶恢復(fù)重建理論和水環(huán)境恢復(fù)理論。最后，總結(jié)了生態(tài)河流的研究?jī)?nèi)容，指出了國(guó)內(nèi)生態(tài)河流建設(shè)的不足，并提出了相應(yīng)的宏觀對(duì)策。

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