1、生态水利工程设计研究摘要：本文首先分析了生态水利工程设计面临的主要问题，然后探讨了生态水利工程的基本设计原则，最后研究了生态水利工程设计基本理论和方法，具有较强的意义和价值。 关键词：生态水利工程；问题；原则；方法 中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号： 水利工程学的一个新的分支-生态水利工程学，不仅是一门研究水域生态系统健康与可持续性需求的原理和技术方法的工程学，也是一门为了满足人类社会需求的水利工程学。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。因此，生态水利是把
2、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。 1.生态水利工程设计面临的主要问题 我们知道水利工程对水量与水质的影响肯定会很大，尤其是对水量与水质的时空变化过程产生干扰，而生态水利工程就是要解决这个问题的最好方法。从自然生态的角度来看，天然的水文过程对于一个河流来说是最好的维持其流域的生态过程。水利工程就是充分把握了生态自然规律，在开发、设计、施工过程中试图将对生态的影响降到最低。但由于现实条件以及技术上的一些限制，当前生态水利
3、工程建设还面临着诸多的问题。我们将所面临的问题归纳总结为以下四点: 1.1 地域性的差异导致生态水利工程设计方法与评价标准不够明确 对于水利工程来说，不同的地区的工程存在特定的地域性，而我国边疆辽阔，地域性差异很大，造成了在设计不同地区的水利工程时要根据不同地区的地域差异性来因地制宜做出适宜的调整。按每个河流地貌、地理区域进行构建设计时，就要考虑到实践的可操作性，以及标准性。现在经过许多专家的研究对生态水利工程也总结了一些理论评价指标和评价方法，但是当我们面临一个具体的生态水利工程时，由于一些科学研究工作实践经验的溃乏，当前生态水利工程的理论实践成果经验积累并不是非常完善。我们对其缺少可操作性
4、的评价方法与标准。 1.2 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 以流域生态需水规律来进行设计、将生态服务目标作为常规设计来进行设计这两方面意识，对于大多数水利工程设计人员是非常缺乏的。环境影响评价工作在水利工程可行性研究阶段介入的往往比较晚，很多情况下环境影响评价在水利工程可行性研究方案确认后才进行评价。再加上目前情况下我们国家不完善、不规范的环境评价管理制度与环境影响评价咨询市场，使许多水利工程的生态效益不明显，产生很多负面影响。水利工程设计人员与生态环境科技工作者缺少合作的机会与机制，生态水利工程的开发与设计相对滞后。 1.3 生态水利工程与原有水利工程设施协调运作不充分
5、 在我们生活中会常常出现在同一条河域内，在原有的水利工程上来进行新的生态水利工程，即在原有工程基础上进行改造和优化设计。对原来水利工程设施的服务对象与功能来说，新的生态水利工程的介入必然会对其产生一定的影响，如发电效能、防洪排水标准等，更有的甚至会给原有水利工程的安全运行带来一些风险。考虑到服务目标与功能是原有水利工程与生态水利工程最为显著的差异，所以我们在原有的水利工程上开发新的生态水利工程时要对原有水利工程的服务目标与功能进行适度调整，以其来适应我们新的生态水利工程的目标。所以，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。 1.4 生态水利工程
6、设计施工缺少对维系生态环境的认识 我国的环境评价管理体系目前算不得完善，经验积累成果相对较少等客观性因素，都导致了水利工程构建工作不能有效地落实与生态技术人员相对交流实施具体方案的探究，生态水利工程的进一步开发与实践设计相对滞后。我们要想做到基于生态系统的自组织规律来寻求生态水利工程的设计理论、方法与技术参数，必须要做到从水文测验站的观测资料去分析水文过程对生态过程的正负影响机理。但针对目前我国生态水利工程的环境影响操作介入的较晚，导致生态环境科技人员与水利工程构建人员合作的机会相对较少。 2 生态水利工程的基本设计原则 2.1 工程安全性和经济性原则 生态水利工程是一种综合性工程，在河流综合
7、治理中既要满足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、发电、航运以及旅游等需求，也要兼顾生态系统可持续性的需求。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。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律，以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时，必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地研究河势变化规律，保证河流修复工程的耐久性。对于生态水利工程的经济合理性分析，应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握，生态水利
8、工程往往带有一定程度的风险。这就需要在规划设计中需要进行方案比选，更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外，充分利用河流生态系统自我恢复规律，是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。 2.2 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。自组织的机理是物种的自然选择，也便是说某些与生态系统友好的物种，可以经受自然选择的考验，寻找到相应的能源和合适的环境条件。 将自组织原理应用于生态水利工程时，生态工程设计与过去水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计，建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中，建筑物最后可以具备人们所期望的功能
9、。河流修复工程设计与此不一样，生态工程设计是一种“指导性”的设计，大概说是帮助性设计。依靠生态系统自设计、自组织功能，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。 2.3 坚持与环境工程设计进行有机结合 生态水利工程的设计应当充分吸收环境科学与工程的理论与技术，实现水量与水质同步科学配置的目的。当前尤其是应与水污染防治工程进行有机结合，由于水利工程作用的水量一般较大且具有明显的季节性变化，使生态水利工程的设计与实施存在较大的挑战与阻力。如黑龙江省扎龙湿地补水工程，虽然实现了连续几年的补水，但由于水质不符合湿地水质要求，导致湿地水域中底栖生物明显减少，部分物种消失，一些迁
10、徙水禽不在此处停留。为了减少早田排水挟带泥沙或污染物进入下游湖泊或天然湿地，可以在进入湖泊或湿地的过渡带设计生态处理沟渠或氧化塘。而水田排水沟渠可以在植物生长季节充分蓄水，利用人工沟渠湿地对有机污染物质进行降解。在缺水地区种植水稻，特别是在开采地下水种植水稻的地区，应当进行以水量高效利用与水质净化为目的的生态水利工程设计。而这种设计思路来源于水污染的自然稳定塘处理理论与工艺。 3.生态水利工程设计理论和方法 随着生态学的发展，在最近的二十年来，人们开始认识到在发展了生态工程技术和理论方面，既要考虑到满足人类社会的需求，还要做到对河流的治理，做到河流维护生物多样性的需求。基于这样的要求，我们在生
11、态水利工程设计时应遵循如下三个方面的理论与技术路线。 3.1 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 在以前来看将生态水文学应用于工程设计还是比较少见的，在未来生态水利工程的设计的发展中我们应当加强对生态水文学与工程水文学的结合应用，为其提供基础。由于生态水利工程的服务对象涉及的比较广，所以我们要弄清楚生态目标对水资源的时空要求规律，才能使生态水利工程的设计建立在科学的基础上。 3.2 要做到对工程可能影响到的生态目标的提前认知 在设计工程时，应首先考察工程所在地的生态植被，对可能受到工程直接或间接影响的生态目标我们应该做到提前识别，给予足够的重视，在设计施工时应做好保护措施。这个
12、问题在当前大多水利工程设计中都没有受到足够的重视，如三江平原早期实施的防洪治涝工程中，当时没有考虑到原有生态的保护，使其原有湿地减少，水资源退化。 3.3 生态水利工程的设计要与环境工程设计进行有机结合 生态水利工程的设计要考虑到水利工程的水量一般较大，而且水利工程具有明显的季节性变化，这些因素会给设计与实施造成相当大的阻力与挑战。所以我们为了做到水质与水量的配置能更加科学化，就应该在生态水利工程的设计的过程中充分应用环境科学与工程的理论与技术，做到生态水利工程的设计要与环境工程设计进行有机结合。例如，我们如果想要在缺水地区开采地下水稻种植区时，考虑到环境工程设计中水污染的自然稳定塘处理理论与工艺这一思路，在生态水利工程设计过程中我们应该做到以水量高效利用与水质净化为目的。 参考文献 1董哲仁.探索生态水利工程学J.中国工程科学，2007，9（1）. 2顾庆晓.生态水利工程设计的初步探讨J.水利科技与经济，2009（4） 3霍风双,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） 4张亚芹,徐长伟.水利工程与河流生态系统的关系J.黑龙江科技信息,2011（5）
