現代生態水利工程設計的探索與研究

林健成

摘要：本文對水利工程中的水工設計工作進行研究，通過把水工設計工作轉化為方案比選的工作來進一步揭示當前我國水利水電工程中水工設計工作中可能存在的一些問題以及解決問題的方案，從而使得該項工作可以得到有效化實施。

關鍵詞：水利；生態工程；工程設計

前言

水利是國民經濟的基礎設施和基礎產業，水利發展直接關系到國民經濟和社會發展大局。在確保城市防洪排澇安全的基礎上，本著“以人為本，生態優先” 的原則，河涌的整治采取生態型的工程和生物措施，實現河涌的綜合功能，與城市規劃相協調，形成自然生態景觀型城市河流。河道整治工程由傳統的水利工程轉變為不僅能夠實現人們期望的開發利用水的功能價值，同時能改善和恢復健全的生態系統的工程，水利工程結合生態建設，是一個發展的必然趨勢。

1.水利生態工程設計的意義

水利工程結合生態建設，是一個發展的必然趨勢。水利工程對于河流生態系統的威脅主要表現在兩方面：一是自然河流的渠道化，包括將蜿蜒曲折的天然河流改造成直線或折線型的人工河流。二是指自然河流的非連續化，筑壩是順水流方向的河流非連續化，流動的河流生態系統變成了相對靜止的人工湖，流速、水深、水溫及水流邊界條件都發生了重大變化?，F代科學發展使我們認識到，傳統意義上的水利工程學在力圖滿足人的需求時，卻在不同程度上忽視了河流生態系統本身的需求。而河流生態系統的功能退化，也會給人們的長遠利益帶來損害。未來的水利工程在權衡社會經濟需求與生態系統健康需求這二者關系方面，應強調水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態系統的健康和可持續性。

2、水利生態工程設計面臨的問題

2.1 缺乏不同區域的生態水利工程設計方法與評價標準

生態水利工程對服務目標具有特定性和地域性。由于生態系統存在地理區域的差異，因此決定了具體的生態水利工程也具有因地制宜的特征。當前，對生態水利工程的功能有一些理論評價指標和評價方法。但對于一個具體的生態水利工程實踐缺少可操作性的評價方法與標準。這與當前水利工程對生態影響的科學研究工作開展得較少和相應科研成果積累較少有關。水利工程由于涉及工程力學的穩定性與安全性，因此國家對水利工程結構建筑物執行了一系列的強制性標準 但缺少足夠的技術標準來規范工程的生態服務目標。

2.2 水利工程設計人員與生態科技工作者缺少合作機會

水利工程設計人員基于流域生態需水規律來進行設計的意識不強，將生態服務目標作為常規設計要素考慮的意識還不普及。在水利工程可行性研究階段，環境影響評價工作往往介入較晚，大部分是在水利工程可行性研究方案確認后才進行環境影響評價，加上當前我國環境評價管理制度與環境影響評價咨詢市場還不完善、不規范，環境評價單位替業主考慮得較多，對生態目標考慮得相對較少，有的甚至隱瞞工程真正的生態影響后果，導致許多水利工程的生態效益不明顯，負面影響相當突出。水利工程設計人員與生態環境科技工作者缺少合作的機會與

機制，生態水利工程的開發與設計相對滯后。

2.3 生態水利工程與原有水利工程設施難以協調運行

在一個流域內，新的生態水利工程可能要在原有水利工程設施的基礎上進行改造和優化設計。如白洋淀濕地供水工程、扎龍濕地補水工程、洪河國家自然保護區水資源恢復工程等生態水利工程，均要借助原有水利工程設施，合理科學地配置一些分水工程和蓄水工程對區域來水量進行重新分配或對水的去向進行重新調整等。生態水利工程的介入必然會影響原來水利工程設施的服務對象與功能，如原來工程的防洪排水標準、發電效能、灌溉功能等，甚至會給原有水利工程的安全運行帶來一些風險。由于原有水利工程與生態水利工程最為顯著的差異是服務目標與功能的差異，因此有必要在開發生態水利工程的同時，對原有水利工程的服務目標與功能進行適度調整。所以，如何實現生態水利工程與原有水利工程設施的協調運行，是生態水利工程設計應全面系統考慮的問題。

3、生態水利工程學的原則

3.1 生態工程安全性和經濟性原則

生態水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態學原理。生態水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規律，以確保工程設施的安全、穩定和耐久性。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，動態地研究河勢變化規律，保證河流修復工程的穩定性。對于生態水利工程的經濟合理性分析，應遵循投入最小而經濟效益和生態效益最大的原則。

3.2 保持和恢復河流形態的空間異質性原則

有關生物群落研究的大量資料表明，生物群落多樣性與非生物環境空間異質性存在正相關關系。非生物環境的空間異質性與生物群落多樣性的關系反映了非生命系統與生命系統之間的依存和耦合關系。一個地區的生境空間異質性越高，意味著創造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環境變得單調，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質、密度和比例等都會發生變化，造成生態系統的某種程度的退化。

3.3 生態系統自設計、自我恢復原則

生態系統的自組織功能表現為生態系統的可持續性。自組織的機理是物種的自然選擇，某些與生態系統友好的物種，能夠經受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源與合適的環境條件。在這種情況下，生境就可以支持一個具有足夠數量并能進行繁衍的種群。依靠生態系統自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而實現設計。成功的生態工程經驗表明，人工與自然力的貢獻各占1/2。在利用自設計理論時，需要注意充分利用鄉土種。引進外來物種時要持慎重態度，防止生物入侵。

3.4 流域尺度及整體性原則

河流生態修復規劃應該在流域尺度和長期的時間尺度上進行，而不是在河段或局部區域的空間尺度和短期的時間尺度上進行。所謂“整體性”是指從生態系統結構和功能出發，掌握生態系統各個要素間的交互作用，提出修復河流生態系統的整體、綜合的系統方法，而不是僅僅考慮河道水文系統的修復問題，也不僅僅是修復單一動物或修復河岸植被。水域生態系統是一個大系統，其子系統包括生物系統、廣義水文系統和工程設施系統。

4、生態水利工程建設實施的建議

對于河流生態系統我們不能走“先破壞，后補償”的老路，在規劃設計階段就要考慮如何最大限度減少對于河流生態系統的脅迫。未來的水利工程不僅是能夠滿足人們供水、灌溉、防洪、航運、發電及旅游需求的工程，也應該是有利于生態建設的環境工程。在河道整治工程中，尊重天然河道形態，避免直線和折線型的河道設計。灌溉渠道設計也要注意模仿河流自然形態的特點。對于河流的裁彎取直工程要充分論證，持慎重態度。保持河流斷面形狀的多樣性，尊重河流原有的自然斷面形態。河道整治工程中應盡可能避免采用幾何規則斷面，疏浚工程施工中避免河道斷面的均一化。

5、結束語

實現人水和諧發展，是現階段及新時期治水思路的本質特征，也是科學發展的內在要求。我們要把現代水科技與古代水文化結合起來，達到人與水親密無間、和諧相處，不斷提高水利對經濟社會和生態環境的支撐保障能力。目前，洪澇災害、干旱缺水、水土流失和水污染問題仍然是制約經濟社會可持續發展的重要因素。堅持人水和諧發展的思想，對于減輕自然災害、維系良好的生態環境、促進經濟社會可持續發展具有十分重要的意義。

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