1、关于生态水利工程设计的探讨【摘要】：地球的人口激增，水量大幅下降，人类干扰土壤下垫面趋势增强，全球水循环受人工侧支的影响明显，水资源量分配不均。通过介绍生态水利工程在解决环境问题时起到的作用，从而引出生态水利工程的设计原理及相关要点，使得在今后的设计中能够有章可循，有理可依。 【关键词】：水利工程；生态水利；设计原则；环境；系统 Abstract: Earths population surge, the water dropped significantly, human disturbance of the soil underlying surface trend of enhancem
2、ent, the impact of the global water cycle by artificial collateral obvious uneven allocation of water resources. Through the introduced the role of ecological water conservancy project in solving environmental problems, which leads to the design principles of ecological water conservancy project and
3、 related points to make in the future design to rule-based, rational accordingKey words: hydraulic; ecological water; design principles; environment; system 中图分类号：TV5 文献标识码：A 文章编号： 前言 水利工程是人类干扰下垫面环境中最重要的内容之一。水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。也称水工程。只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配，从而满足人民生活和生产对
4、水资源的需要。但是与此同时，种种水利工程的出现，引发了严重危及区域经济社会发展和生态环境问题的不断出现，人们在以可持续发展道路为基准的水利工程上又相继提出了生态水利工程的议题。 1.生态水利的定义 生态水利是按照生态学原理，遵循生态平衡的法则和要求，从生态的角度出发进行水利工程建设，建立满足良性循环和可持续利用的水利体系，从而达到可持续发展以及人与自然和谐相处。从宏观上讲，生态水利就是研究：水利与生态系统的关系；水资源的开发与利用对生态环境的影响、水利工程建设与生态系统演变的关系；水资源开发、利用、保护和配置中，在提高水资源的有效利用水平、节约用水的条件下，保证生态系统的自我恢复和良性发展的途
5、径和措施。因此，生态水利是把人和水体作为整个生态系统的要素来考虑，照顾到人和自然对水利的共同需求，通过建立有利于促进生态水利工程规划、设计、施工和维护的运作机制，达到水生态系统改善优化、人与自然和谐、水资源可持续利用、社会可持续发展的目的。要实现人与自然的和谐共处，必须尊重生态法则，将生态用水列入水资源开发、利用和配置方案中，抢救和保护湿地生态系统，逐步恢复湿地生物多样性。 2.生态水利工程的设计 1 要与环境工程设计有机结合原则 生态水利工程的设计应当与环境科学与工程的技术和理论体系进行充分的结合，从而达到水质与水量同步配置的科学分配目的。由于水利工程作用的水量会因为季节性的变化发生较大的改
6、变，使生态水利工程的设计与施工过程存在较大的阻力与挑战，尤其是在与水污染防治工程进行有机结合的过程中，该现象更为严重。如牛栏江滇池补水工程，在连续进行了几年补水后，仍然出现了湿地水域中底栖生物的明显减少，少量物种消失，部分迁徙水禽不在此地停留的奇怪现象，究其原因就是由于水质不符合湿地水质的要求。为了减少排水时夹带泥沙或污染物进入湖泊或湿地而导致的危害，通常可以在进入湿地或湖泊的过渡带设计生态处理沟渠或氧化塘。在缺水的地区进行作物种植，可以进行水质净化和水量高效利用为基准的生态水利工程设计。因此，水污染控制工程与生态水利工程相结合的设计方法是生态水利工程的一个重要的发展方向。 2 注意景观尺度及
7、整体性原则 在对河流生态修复管理和修复的解决上，要避免小尺度、零星局部和短时期的范围内进行，加强在长期的、保持可持续性的基础和大景观尺度上的作业。因为在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高，相反地，小范围的生态修复不仅效率低，而且成功率也低。 我们谈到的“整体性” ，就是指从生态系统的功能和结构出发，掌握生态系统各个要素间的相互作用，然后提出的用来修复河流生态系统综合和整体的一套方法。该方法不仅能够用来修复单一的动物和河岸的植被，还考虑到了对河道水文系统的修复问题。 进行大尺度的景观操作，首先要考虑河流生态修复的时间尺度问题，河流系统是一个动态的、长期演变的过程，每一个河流都有自己的历史，河
8、流生态修复是需要靠时间做工作的，因此要做好长期监测和管理的河流生态修复的准备；其次是要重视水域的随机性、流动性和易变性的特点，它主要表现在水位水量、流量、水温随机和周期变化上，也体现在河流侵蚀与淤积的河势上。最后是要考虑生境边界的动态扩展问题。因为植物的扩散和动物的迁徙的变动，生境边界也随之发生了动态变动。考虑到河流生态系统是一个开放的系统，一条河流不可能孤立的进行生态修复活动，还需要与相邻的流域进行协调的修复，在与周围生态系统进行物质循环和能量传递的时候，开放性就体现了出来。 2.3 反馈调整式设计原则 河流修复工程需要时间，因此生态系统的成长过程就是一个漫长的进化过程。从短时间尺度看，寄希
9、望于短期的河流修复，即一种类型生态系统取代另一种生态系统往往是不现实的。所以应当采取长时间尺度，这样既增加和提高了生物群落的多样性、结构复杂性、系统有序性，又稳定了生态系统的内部结构。生态系统与社会系统一样都是运动的，这就产生了时间与空间上的不确定性，这种不确定性使得生态水利工程设计不同于传统工程的设计方法，需要采取反馈调整式的方式进行，该方式是按照“设计执行监测评估调整”的过程往复循环的。在这个过程中，监测工作是基础，在监测的基础上进行评估，常采用的评估方法通常为参照比较法，一种是与未进行生态修复的与自然条件类似的河流比较，一种是与自身河流系统的初期情况和历史情况的比较。 2.4 生态水文学
10、与工程水文学设计相结合原则 以生态水位学与工程水文学作为工程实际的基础，进行水文过程的计算与分析。重点考虑工程水文学与生态水文学的结合，这样才能为生态水利工程的设计提供基础。其原因是，生态水利工程的服务对象往往比较广，涉及到农业、湿地、草原、江河湖泊、畜牧业和林业等生态用水和生活用水，所以只有将生态目标的水资源要求规律摸清楚，才能在科学的基础上解决生态水利工程的设计。 2.5 生态系统自设计、自我恢复原则 早在上个世纪 60 年代，关于生态系统的自我组织及恢复能力的探讨就悄然展开了。所谓自我组织能力，就是以多种不同形式构成的、用来解释物种分布复杂性的能力，同时也可以用来表明食物网络随时间发展而
11、发展的过程。自我组织的原理就是指一些与生态系统有好的物种，通过自然界的选择，找到一种与之相适应的能源和合适的环境，从而支持他们进行物种种群的繁殖和生长。这就好似我们理解上的“物竞天择，适者生存“的生物进化论一样，只是变换的理解的范围和角度。 2.6 提高河流形态的空间异质性原则 生物群落的多样性与非生物环境的空间异质性存在着正相关的关系，一般我们了解的“生物群落多样性”指的就是生物群落的功能和结构的多样性。非生物环境的空间异质性与生物多样性具有相互藕合和依存的关系。反映在空间异质性越高，创造的小生境多样性就越多。反之，生物群落的数量也会随着非生物环境的单调而变得下降，从而造成生物群落的比例、密
12、度、性质都发生实质的变化，造成生态系统的退化。河流生态系统生境的特点主要表现在，河流横断面形状的多样性；上中下游的生境异质性；水陆空的联系紧密性；河床材料的透水性等方面。这样丰富的多样化条件，造就了河流形态在水温、水温脉冲变化、水深、流速、流量、河床材料上的生态因子异质性，形成了丰富的河流生物群落多样性。所以提高生物群落多样性的一个重要前提就是提高河流形态的异质性。 3 结束语： 我国的环境保护形势不容乐观，尤其以经济高速发展状态下的河流水域破坏最为严重。如果一味的采用传统的水资源开发利用模式，不仅会加重水资源问题的严重性，更会加重环境的负担。只有采用生态水利工程建设，才能正确合理的利用和开发水资源，保护和尊重自然生态环境，促进社会的健康和谐发展。 参考文献： 【1】刘正茂，赵庆良 浓江流域湿地水文站设计方案研究 水利发展研究 【2】董哲仁 试论生态水利工程的基本设计原则 水利学报 【3】Mitsch W. J. & Jorgensen S E.，Ecological Engineering and Ecosystem Restoration John Wiley & Sons
