水利工程建設(shè)中的生態(tài)環(huán)境設(shè)計方法

陳昊

（中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100007）

1 引言

水利工程規(guī)劃設(shè)計高度重視對生態(tài)環(huán)境的防護，完善水利工程的防洪泄洪功能，促進社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的長遠發(fā)展。作為項目設(shè)計單位，需要貫徹生態(tài)環(huán)境保護意識，合理進行水利工程設(shè)計。因此，研究水利工程的生態(tài)環(huán)境設(shè)計方法具有重要意義。

2 工程概況

某河道水利工程流域面積16.45 km2，河道堤身年久失修，時常遭受暴雨、臺風(fēng)等惡劣天氣的侵害，迎水側(cè)多處坍塌，誘發(fā)自然災(zāi)害，嚴重威脅周邊居民的人身財產(chǎn)安全以及生態(tài)環(huán)境安全。因此，針對河道現(xiàn)狀采取整治措施勢在必行。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知，河段周邊有大面積的耕地和養(yǎng)殖用地，河流的障礙物堆積量大，河水的流動性變差，存在富營養(yǎng)化現(xiàn)象。初步掌握河段及其周邊環(huán)境的現(xiàn)狀后，以生態(tài)水利設(shè)計理念開展水利工程設(shè)計工作，確定河道治理措施，從根本上解決河道現(xiàn)存問題。

3 水利工程建設(shè)中的生態(tài)環(huán)境設(shè)計原則

河道治理工程具有系統(tǒng)性，在以生態(tài)環(huán)境理念為指導(dǎo)的設(shè)計中，需要遵循特定的原則，保證設(shè)計效果，具體設(shè)計原則如下。

1）空間異質(zhì)性原則。部分水利工程設(shè)計僅關(guān)注成本控制要求，未充分考慮生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性，由于水利工程開挖及其他活動而破壞生態(tài)環(huán)境，水質(zhì)變差，生物多樣性受到影響。在水利工程生態(tài)環(huán)境設(shè)計中遵循空間異質(zhì)性原則后，將生態(tài)保護作為設(shè)計中的重點考慮對象，使河道治理、水內(nèi)生物與環(huán)保相協(xié)調(diào)，保障河道內(nèi)生物的健康生長，創(chuàng)造良好的水環(huán)境[1]。

2）整體服務(wù)原則。河道治理是一項系統(tǒng)性的工程，在河道治理的生態(tài)環(huán)境設(shè)計中，需要遵循整體服務(wù)原則，考慮水生態(tài)環(huán)境的特點，富有針對性地選擇河道治理技術(shù)，在合理應(yīng)用治理技術(shù)后，解決河道的各類水生態(tài)環(huán)境問題；同時，生態(tài)環(huán)境設(shè)計還需注重服務(wù)性，即河道治理活動需要滿足生產(chǎn)與生活發(fā)展的需要。

4 城市河道治理工程中的生態(tài)環(huán)境設(shè)計方法

4.1 生態(tài)河道治理

4.1.1 護岸和堤圍

在本工程中，根據(jù)生態(tài)理念選擇河道治理方法，設(shè)計堤圍并充分保證周邊生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)功能的正常實現(xiàn)。堤圍設(shè)計遵循因地制宜的原則，預(yù)測河道治理活動對周邊環(huán)境的影響，例如渠化，不可由于河道治理而導(dǎo)致河流屬性、生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)異常變化。在設(shè)計護岸結(jié)構(gòu)時，可以考慮漁道結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢在于減小河道工程施工活動對周邊環(huán)境帶來的不良影響。

4.1.2 清淤清障

在生態(tài)環(huán)境設(shè)計理念下，可以將淤泥用于濕地建設(shè)，發(fā)揮淤泥的利用價值，建設(shè)可用于居民休閑的濕地公園，也可通過濕地改善氣候。此外，清淤清障前需要制訂科學(xué)可行的工作計劃，規(guī)劃時間節(jié)點、施工內(nèi)容、作業(yè)強度等。河道治理工程中的清淤清障流程主要為：填筑圍堰，抽水，用吸污泵抽取河道中的淤泥，用罐車將淤泥運輸至指定區(qū)域；經(jīng)過大面積清淤后，人工清除河道周邊的垃圾，根據(jù)無害化處理的要求，將垃圾運輸至指定堆放場所；整理渣土，運至卸土區(qū)域；檢驗河道清淤清障效果[2]。

4.1.3 蓄水與抗洪

合理選擇蓄水工程技術(shù)也至關(guān)重要，例如修筑橡膠壩，用此設(shè)施起到“以水擋水”的作用，兼具蓄水和抗洪兩項功能。此外，還需根據(jù)人與自然和諧發(fā)展的原則開展治理活動，工程人員應(yīng)正確認識水利資源對人類的作用以及人類生產(chǎn)生活對水利條件的影響，將水利環(huán)境治理作為河道治理工程中的重點內(nèi)容，協(xié)同推動環(huán)境和經(jīng)濟的進步。

4.1.4 加強控導(dǎo)

本河道工程所在地區(qū)的水資源需求量大，以控導(dǎo)的方法開展生態(tài)設(shè)計工作具有重要意義，可提高水資源的利用率。設(shè)計人員需分析河流動力及潮汐效果，判斷完工后對河道及周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，若存在不良影響，需要構(gòu)建循環(huán)設(shè)施，最大限度減小工程建設(shè)期間人為活動產(chǎn)生的不良影響。在河道治理中采用控導(dǎo)工程后，可提升河床的穩(wěn)定性，營造良好的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)河道良性循環(huán)。隨著時間的延長，控導(dǎo)工程的應(yīng)用價值愈發(fā)突出，有效維護了生物多樣性。

4.1.5 建立生態(tài)河堤

在生態(tài)環(huán)境理念的指導(dǎo)下設(shè)計生態(tài)河堤，具體方法如下。

1）設(shè)計人員確定河道實際情況，進行規(guī)劃布局，例如確定河道中心線、河道的分布位置及形態(tài)等。

2）在掌握河道的基本信息后，分析河段彎曲位置的沖擊力，以此為依據(jù)設(shè)計生態(tài)河堤，通過技術(shù)手段改進河道形狀，提高河段的過流能力。

3）適當(dāng)增加淺水區(qū)的面積，目的在于提供充足的空間以便動植物棲息，增添動植物的多樣性。通過生態(tài)河堤建設(shè)手段調(diào)節(jié)氣候環(huán)境，提升區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性，提升防洪效果。在建立良好的生態(tài)環(huán)境后，還將推動城市的健康發(fā)展，緩解生態(tài)建設(shè)和城市經(jīng)濟建設(shè)不協(xié)調(diào)的問題[3]。

4）生態(tài)河堤設(shè)計時需要合理挑選植物，用于改善生態(tài)環(huán)境以及提升景觀價值。例如，本河道治理工程所在地區(qū)的環(huán)境適宜柳樹生長，因此在生態(tài)河堤設(shè)計中采取種植柳樹的方法，而為了進一步保障河堤的生態(tài)效果，采取“木樁+ 拋石組合丁壩”的方式。

4.2 生態(tài)濕地工程

人工濕地的工藝流程有多種，目前常用的有：推流式、階梯進水式、回流式和綜合式4 種，人工濕地工藝流程如圖1 所示。

圖1 人工濕地工藝流程

推流式是最基本的形式。階梯進水式可避免濕地床前部堵塞，使植物長勢均勻，有利于后部的硝化脫氮作用；回流式可對進水進行一定的稀釋，增加水中的溶解氧并減少臭味；出水回流還可促進濕地床中的硝化和反硝化作用，采用低揚程水泵，通過水力噴射或跌水等方式進行充氧；綜合式則一方面設(shè)置水體回流，另一方面還將進水分布至濕地床的中部，以減輕濕地床前端的負荷。

本方案需對經(jīng)過物化和生化處理后的藻水進一步水質(zhì)凈化，并進行重點水質(zhì)提升。因此，濕地組合工藝選擇處理效果較好的回流式。

4.3 沉水植物生態(tài)修復(fù)

以自然生態(tài)系統(tǒng)為藍圖，構(gòu)建“水下森林”為主體的水下世界，并通過選擇強效凈化型和景觀型的水草，使水下植物保持四季常綠、高低錯落，同時還能長效保持較好的水質(zhì)。

水生植物包括常年生活在水中、潮濕或100%飽和土壤水中的植物，依附水環(huán)境生長，植株形態(tài)、生理特征和機能與陸生植物有很大的差異，通常用于河流（湖泊）生態(tài)修復(fù)的水生植物也稱水生維管束植物（俗稱水草），從分類學(xué)來說，可分為挺水植物、浮葉植物、沉水植物，對水生態(tài)系統(tǒng)具有十分重要的作用。

本項目沉水植物主要以苦草、黑藻、伊樂藻等為主的優(yōu)勢種群落，浮葉植物選用睡蓮，挺水植物以菖蒲、荷花為主，提高水體的自凈能力和景觀效果。

5 基于生態(tài)環(huán)境理念的河道治理保障措施

5.1 采取多元化的治理手段

水污染整治屬于河道治理工程中的重點內(nèi)容，為提高群眾生活水平以及改善生態(tài)環(huán)境，應(yīng)根據(jù)生態(tài)環(huán)境理念開展河道污染治理工作，通過多項措施凈化生態(tài)系統(tǒng)。河道垃圾屬于主要的污染源，采用管網(wǎng)攔截的方法統(tǒng)一匯聚垃圾，再進行無害化處理。在攔截河道垃圾的基礎(chǔ)上，還采取如下措施：加強源頭防控，如有關(guān)部門頒布相關(guān)政策，嚴厲禁止亂扔垃圾的行為；根據(jù)河道水資源現(xiàn)狀，制定污水排放標準，避免河道水質(zhì)遭到污染；集中處理上游污染，緩解中下游污染問題，降低污染治理難度；針對易發(fā)生污染的部位，需制訂專項治理方案，加強污染治理[4]。

5.2 建立河道生態(tài)保護系統(tǒng)

在生態(tài)環(huán)境理念下，高度重視河道工程生態(tài)系統(tǒng)的功能，基本思路是發(fā)揮出自然資源的自調(diào)節(jié)能力，減少人為干預(yù)，通過自凈化手段維持良好的生態(tài)環(huán)境。根據(jù)該思路，建立河道生態(tài)保護系統(tǒng)，具體策略如下。

1）正式治理前先進行現(xiàn)場調(diào)查，確定河道生態(tài)系統(tǒng)的實際情況，測量河道中心，根據(jù)掌握的河道信息科學(xué)布局，給河道生態(tài)保護系統(tǒng)的建立打好基礎(chǔ)。

2）評估現(xiàn)狀河道寬度及過流能力的合理性，根據(jù)評估結(jié)果對河道采取優(yōu)化措施，盡可能使河道的形狀保持自然狀態(tài)。

3）適度擴寬淺水區(qū)，此方式的作用在于提供更充足的空間以滿足動物生長要求，改善原本河道內(nèi)動物類型少、數(shù)量少的問題，在此基礎(chǔ)上還可健全生物鏈，完善周邊生態(tài)環(huán)境，并借此契機打造更加良好的自然環(huán)境，將優(yōu)質(zhì)的自然生態(tài)滲透至居民日常生活中，提高人們的幸福指數(shù)。

6 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代水利工程建設(shè)除了追求工程的基礎(chǔ)功能外，還需提升生態(tài)環(huán)境價值，因此基于生態(tài)環(huán)境理念的設(shè)計工作具有重要意義。對于河道治理工程，設(shè)計人員需遵循空間異質(zhì)性原則、整體服務(wù)原則，根據(jù)河道現(xiàn)狀開展清淤清障、護岸、生態(tài)保護系統(tǒng)建設(shè)等相關(guān)工作，通過多項措施改善河道現(xiàn)存問題，優(yōu)化自然生態(tài)環(huán)境，保障水資源及各類自然資源的安全性。作為設(shè)計人員，需要高度重視以生態(tài)理念為指導(dǎo)的河道治理工程設(shè)計工作，采取科學(xué)的治理措施，保持生態(tài)平衡，實現(xiàn)社會經(jīng)濟與自然環(huán)境協(xié)同發(fā)展的目標。