生态水利工程设计的初步探讨

　　摘要：生态水利工程是一项综合性工程，既要满足人类对水的各种需求，又要兼顾生态系统健康和可持续发展的需求。本文从水利工程和生态水利工程的区别出发，阐述了生态水利工程的特点和设计原则，对设计中面临的主要问题进行了总结分析，提出了设计技术路线。

　　关键词：生态水利工程，设计原则，面临问题，技术路线

　　

　　

　　0引言

　　随着经济的发展和人口的增长，人类对水资源的需求日益增加，水利工程满足了人们供水、防洪、灌溉、发电、航运、渔业及旅游等各种需求，效益显著，但也给生态环境带来了深远影响，引发了一系列问题，如水生生物减少、水体自净能力下降、湿地退化等。在这种情况下，人们开始思考水利工程给人类及生态带来的效应，水利工程结合生态建设已然是一个发展的必然趋势。

　　1水利工程和生态水利工程的区别

　　1.1水利工程内涵

　　水利工程可以理解为人类通过采取工程措施或行为实现水资源的再分配和利用，其最初的作用是：①解决防洪问题；②提供稳定的水源；③减缓或去除农作物旱涝渍灾害；④提供清洁能源；⑤提供水利旅游景点等，这主要体现了水利工程的资源性、经济性与社会性。

　　1.2生态水利工程内涵

　　生态水利工程强调其服务目标是生态，其内涵是：对新建工程进行传统水利建设的同时兼顾河流生态修复的目标；对已建工程则是对于被严重干扰河流进行生态修复。生态水利工程是现代水利的标志，应具备以下科学内涵：①生态水利工程的开发应有明确的生态服务目标与功能，设计时应将维持生态系统的健康放在首位，使水利工程符合生态环境发展要求；②防止在生态水利工程施工造成巨大的环境破坏；③生态水利工程强调基于生态需水规律的运行管理；④生态水利工程选址或布局，强调工程生态负面影响最小化原则。

　　1.3生态水利工程优点

　　1）对环境影响小：生态水利工程以水利建设与生态环境和谐共存为出发点，在设计过程中考虑了水利工程开发与利用对生态环境的影响，在保证水资源得到充分有效利用的前提下，通过生态措施使自然环境自我恢复和良性发展，保证区域自然环境的稳定。

　　2）对地质活动影响小：生态水利工程建设充分利用河流自我修复功能，在设计中贯彻因地制宜的原则，摒弃了一味追求经济利益、忽视对地质影响的做法，将水利工程对地质活动影响降到最小。

　　3）符合可持续发展建设要求：生态水利工程是在不超出自然界承受能力的基础上进行各种生态建设，符合科学发展观的要求，有利于提高自然环境的自我恢复能力，将水资源开发对自然环境的影响降到最低，是人与自然和谐发展的一种水利工程模式，能够实现自然和社会的双重价值。

　　2生态水利工程设计原则

　　2.1工程安全性和经济性原则

　　生态水利工程既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理，确保工程设施的安全、稳定和耐久性。须充分考虑河流的特征，按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计，动态地研究河势变化规律,保证河流修复工程的稳定性。

　　对于生态水利工程的经济合理性分析应遵循投入最小而经济效益和生态效益最大的原则。在规划设计中需要进行方案比选，重视生态系统的长期定点监测和评估，充分利用河流生态系统自我恢复规律。

　　2.2保持和恢复河流形态的空间异质性原则

　　大量研究资料表明，生物群落多样性与非生物环境的空间异质性存在正相关关系。一个地区的生境空间异质性越高，意味着创造了多样的小生境，能够允许更多的物种共存。由于人类活动特别是大规模治河工程的建设，造成自然河流的渠道化及河流非连续化，引起河流生态系统的不同程度的退化。生态水利工程的目标是恢复或提高生物群落的多样性，其重点是尽可能提高河流形态的异质性，使其符合自然河流的地貌学原理，为生物群落多样性的恢复创造条件。通过对河流地貌历史和现状进行调查确定环境因子与生物因子的相关关系，识别那些对系统的结构和功能具有重要意义的环境因子，在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地设计。

　　2.3生态系统自设计、自我恢复原则

　　生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性，其机理是物种的自然选择。生态工程设计是一种依靠生态系统自设计、自组织功能的辅助设计，可以由自然界选择合适的物种形成合理的结构，从而完成设计和实现设计，经验表明人工与自然力的贡献各占一半。生态水利工程必须应地制宜，根据具体条件寻求最佳方案。

　　2.4流域尺度及整体性原则

　　河流生态修复规划应该在流域尺度和长期的时间尺度上进行，从生态系统结构和功能出发，掌握生态系统各个要素间的交互作用，重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点，考虑生境边界的动态发展和河流生态修复的时间尺度问题，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法。

　　2.5反馈调整式设计原则

　　生态水利工程设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构，力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。因生态系统和社会系统都不是静止的，在时间与空间上常具有不确定性，使生态水利工程设计不同于传统工程的确定性设计方法，而是一种反馈调整式的设计方法，即按照"设计-执行-监测-评估-调整"流程反复循环进行。

　　3生态水利工程设计面临的问题

　　3.1缺乏基于不同区域的生态水利工程设计方法与评价标准

　　生态水利工程对服务目标具有特定性和地域性，决定了其因地制宜的特点。当前，生态水利工程的功能有一些理论评价指标和评价方法，但对具体工程实践缺少可操作的评价方法与标准。水利工程涉及工程力学的稳定性与安全性，虽然国家对水利工程结构建筑物执行了一系列的强制性标准，但因当前的科研成果积累较少，还是缺少足够的技术标准来规范工程的生态服务目标。

　　3.2水利工程设计人员与生态科技工作者缺少合作的机会与机制

　　水利工程设计人员将生态服务目标作为常规设计要素考虑的意识还不普及，与生态环境科技工作者缺少合作的机会与机制，大部分环境影响评价工作是在水利工程可行性研究方案确认后才进行的，对生态环境考虑不足，设计相对滞后，导致许多负面影响。

　　3.3生态水利工程与原有水利工程设施难以协调运行

　　在一个流域内，新的生态水利工程可能要在原有水利工程设施的基础上进行改造和优化设计，对区域来水量进行重新分配或对水的去向进行重新调整，因两者的服务目标是有差异的，如此必然影响原来水利工程设施的服务对象与功能，给原有水利工程的安全运行带来一定风险。如何实现生态水利工程与原有水利工程设施的协调运行是生态水利工程设计应全面系统考虑的问题。

　　3.4生态水利工程设计缺少生态水文测验资料

　　当前，我国水文测验工作相对落后，水文测验站还不能适应当前生态水利工程设计对资料的需求，因此很难基于生态系统的自组织规律寻求生态水利工程的设计理论、方法与技术参数，这是今后的一个发展研究方向。

　　4生态水利工程设计技术路线

　　4.1以生态水文与工程水文为基础进行水文过程的分析与计算

　　当前将生态水文学应用于工程设计还较少见，今后应当高度重视生态水文学与工程水文学的结合，为生态水利工程的设计提供基础。因生态水利工程的服务对象比较广，往往同时涉及湿地、林业、草原、农业、畜牧业和江河湖泊等生态用水和工业、城镇、消防、居民等经济社会生活用水，所以弄清楚生态目标对水资源的时空要求规律，使生态水利工程的设计建立在科学的基础上。

　　4.2应识别工程可能影响的关键生态敏感目标

　　生态水利工程的设计应当能准确识别受工程直接或间接影响的生态目标,并在工程规划阶段给予充分考虑。当前在许多水利工程的设计中很少或没有对流域生态敏感点加以考虑。

　　4.3生态水利工程的设计要与环境工程设计进行有机结合

　　因水利工程中水量具有明显的季节性变化，使得生态水利工程设计与实施存在较大的挑战与阻力。在设计应当充分吸收环境科学与工程的理论和技术，实现水量与水质同步科学配置的目的。将生态水利工程与水污染控制工程的结合是以后生态水利工程的一个重要发展方向。

　　水利工程的生态化理念应通过不断实践、总结、分析提出相应的修复措施以保证生态的平衡。水利工程生态设计顺应了自然，积极能动地利用与改造自然，符合社会发展的需求，其应用将越来越广泛。

　　参考文献

　　[1]刘正茂,吕宪国,武海涛.武海涛生态水利工程设计若干问题的探讨[J].水利水电科技进展,2008(2).

　　[2]霍凤双,王鸿飞.生态水利工程设计中亟待解决的问题和应对措施[J].黑龙江水利科技,2011(2).

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