論生態(tài)水利工程的基本設(shè)計原則

□禹 博(河南省泌陽縣水利工程隊)

1.引言

生態(tài)水利工程是水利工程的一個分支，它主要研究水利工程在滿足人類需求的同時，如何兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性的原理與技術(shù)的工程學(xué)。生態(tài)水利工程的內(nèi)涵是：對新建工程除了進行傳統(tǒng)的水利建設(shè)以外，同時兼顧河流生態(tài)修復(fù)的目標。對已建工程進行生態(tài)修復(fù)。生態(tài)水利工程的建設(shè)，可以對人類的經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境起到巨大的推動作用。

2.生態(tài)水利工程的概述

2.1 生態(tài)水利工程的概念

傳統(tǒng)水利工程主要以水文學(xué)、水力學(xué)、巖石力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)為主的工程力學(xué)體系。生態(tài)水利工程更加注重人與自然的和諧發(fā)展,更加關(guān)注人工工程對水體的影響,吸收了部分生態(tài)學(xué)的理論與環(huán)境工程學(xué)的技術(shù)方法,成為一個跨領(lǐng)域的工程體系,具有極強的綜合性。

2.2 生態(tài)水利工程的分類

生態(tài)水利工程主要分兩種：第一種是按期服務(wù)的防洪水利工程，如三峽工程;第二種是農(nóng)田水利工程，如小浪底工程。

2.3 生態(tài)水利工程的特點

生態(tài)水利工程主要5個特點：第一，生態(tài)水利工程有很強大的綜合性和系統(tǒng)性使流域及區(qū)域的單項水利工程相互聯(lián)系、相互制約，同時，水利工程與其他與國民經(jīng)濟相聯(lián)系的工程有巨大的關(guān)聯(lián)性;第二，生態(tài)水利工程與環(huán)境有密切的聯(lián)系。不僅對經(jīng)濟社會影響重大，而且對江河湖泊以及生態(tài)環(huán)境、氣候等都有重大影響，這種影響利弊同存，所以在對生態(tài)水利工程進行規(guī)劃時，應(yīng)該消除其弊端，發(fā)揮水利工程本身的積極作用;第三，建設(shè)水利工程難度大；第四，水利工程的效益具有不確定性;第五，生態(tài)水利工程的資金需求比較大。生態(tài)水利工程比一般的水利工程規(guī)模大、難度大、工期長，所以所需資金也比較大。

2.4 生態(tài)水利工程的功能

生態(tài)水利工程主要有3種功能：第一，生態(tài)水利工程具有一定的經(jīng)濟效益。因其可以在汛期進行防洪、發(fā)電、發(fā)展航運、旅游及養(yǎng)殖業(yè)，顯然具有一定的經(jīng)濟效益;第二，生態(tài)水利工程可以提高河道的蓄水能力，滿足人們的日常用水和農(nóng)田用水。隨著人類經(jīng)濟社會的發(fā)展，對水的需求不斷增加，修建生態(tài)水利工程可以提高河道的蓄水能力調(diào)節(jié)水利及用水資源，滿足人們的日常用水和農(nóng)田用水;第三，生態(tài)水利工程具有很好的防洪排澇功效。人所能利用的水資源是非常有限的，生態(tài)水利工程可以在汛期蓄水滿足人類在干旱季節(jié)對水的需求。從生態(tài)方面而言，通過對水量的調(diào)節(jié)，合理支配水資源可以使河流長期處于一個平穩(wěn)狀態(tài)，既可以減少旱汛的斷流問題，又可以在汛期減少洪災(zāi)，充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，促進生態(tài)的改善，并通過對水量的調(diào)節(jié)來滿足人們的生產(chǎn)和生活用水，從而更好地促進經(jīng)濟社會的發(fā)展。

3.生態(tài)水利工程設(shè)計中注意事項

生態(tài)水利工程是一項復(fù)雜的、難度比較大的水利工程，為了能更科學(xué)合理地修建生態(tài)水利工程，為人類的經(jīng)濟和建設(shè)服務(wù)，首先，修建生態(tài)水利工程必須遵循的原理是生態(tài)學(xué)原理。修建水利工程可以同時為多種水利工程服務(wù)，但是任何水利工程的建設(shè)必須首先遵循的原理是生態(tài)學(xué)原理和不可違背的自然規(guī)律。其次，修建生態(tài)水利工程一定要從保護生態(tài)的角度出發(fā)，使所修建的工程滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，達到人與自然的和諧相處。再次，修建水利工程必須注意水利與生態(tài)系統(tǒng)之間的緊密聯(lián)系。生態(tài)水利工程可以使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生改變，所以在進行生態(tài)水利工程建設(shè)的過程中，應(yīng)該對水資源進行合理開發(fā)和利用，不僅提高水資源的利用效率還應(yīng)該采取措施來保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生態(tài)系統(tǒng)自身的良性發(fā)揮，要把人與水體當(dāng)做一個整體，同時兼顧人與自然的共同需求。最后，合理的做好生態(tài)水利工程設(shè)計、規(guī)劃、施工及相應(yīng)的工程運作工作。在有效完成以上工作的基礎(chǔ)上，達到只改善和優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)的目的，同時使相關(guān)的自然資源得到持續(xù)和反復(fù)的利用，真正實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

4.生態(tài)水利工程的基本設(shè)計原則

4.1 充分發(fā)揮生態(tài)水利工程對整個河流的自我修復(fù)能力

生態(tài)系統(tǒng)所具有的可持續(xù)性就是其自我修復(fù)能力，也就是某些與生態(tài)系統(tǒng)友好的物種可以經(jīng)受自然選擇的考驗，從而尋找到相應(yīng)的能源和合適的環(huán)境條件，依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)功能，合理選擇合適的物種，形成合理的生態(tài)結(jié)構(gòu)。成功的水利工程就是應(yīng)該讓人工與自然各占1/2，不能只考慮人類的經(jīng)濟利益，應(yīng)該樹立融入自然、充分發(fā)揮河流自我修復(fù)功能的工程概念，從人與自然和諧相處的角度出發(fā)。生態(tài)水利工程的設(shè)計必須因地制宜，充分尊重每一條河流的自然屬性和美學(xué)價值，力圖找到最科學(xué)的設(shè)計方案。

4.2 對生態(tài)水利工程河流的多樣性進行保護

保護河流的多樣性就是維持生物多樣化。河流里生長著不同的動植物，形成了多樣性的生物環(huán)境。河流的水文環(huán)境多樣性包括河流的形狀、河寬、連續(xù)性、水位、流速、水溫等。河流的生態(tài)特點主要是：水—陸兩相和水—氣兩相的聯(lián)系緊密性；上中下游的生境異質(zhì)性；河流縱向的蜿蜒性；河流橫斷面形狀的多樣性；河床材料的透水性等。水—陸兩相和水—氣兩相的緊密關(guān)系，形成了較為開放的生境條件；上中下游的生境異質(zhì)性，造就了豐富的流域生境多樣化；河流縱向的蜿蜒性，形成了急流與緩流相間；河流橫斷面形狀的多樣性，表現(xiàn)為深潭與淺灘交錯；河床材料的透水性為生物提供了棲息所。所以生態(tài)水利工程在設(shè)計中要充分保護生物的多樣性，保護和恢復(fù)原先所有多樣性的生物棲息環(huán)境，為生物的多樣性提供生存環(huán)境，避免由于工程的建設(shè)減少生物群落的多樣性，引起生態(tài)系統(tǒng)的退化。

4.3 注意修復(fù)整個生態(tài)水域的生態(tài)系統(tǒng)性

河流不僅有其自身的生態(tài)和水文特性，還與周邊的森林、田地、鄉(xiāng)村等構(gòu)成了一個生態(tài)系統(tǒng)，河流發(fā)揮著為生物提供生存空間的作用。水域生態(tài)是一個大的系統(tǒng)，廣義的水文系統(tǒng)不僅包括從發(fā)源地到河口的地下水與地表水系統(tǒng)，還包括河流串聯(lián)起來的湖泊、濕地、水塘、和洪澤區(qū)。水文系統(tǒng)與生物系統(tǒng)交織在一起，形成整個河流生態(tài)系統(tǒng)。如果河道受到影響，就會破壞它所聯(lián)系的整個河流的生態(tài)系統(tǒng)。在進行生態(tài)水利工程設(shè)計時，不能只僅僅考慮河道的水文問題，要充分考慮河流生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各個要素間的相互作用，及整個河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)問題。

4.4 生態(tài)水利工程的安全性和經(jīng)濟性

生態(tài)水利工程的功能就是滿足人類灌溉、發(fā)電、供水、航運、旅游的需求，同時要兼顧生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。生態(tài)水利工程既要符合水利工程學(xué)原理，還有符合生態(tài)學(xué)原理，工程在設(shè)計時必須在規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠承受洪水、侵蝕、冰凍、干旱等自然載荷，按照河流地貌學(xué)原理進行河流縱、橫斷面設(shè)計，對河流的泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等特征進行動態(tài)地研究河勢變化規(guī)律，保證河流修復(fù)工程的耐久性。對于生態(tài)水利工程的經(jīng)濟合理性分析，應(yīng)遵循風(fēng)險最小和效益最大原則。

5.結(jié)語

生態(tài)水利工程是力求經(jīng)濟社會發(fā)展和自然環(huán)境之間平衡的一門科學(xué)，其發(fā)展時間不長，經(jīng)驗不足，只有遵循必要的原則才可以實現(xiàn)人與自然的和諧，遵循自然規(guī)律，從而讓生態(tài)水利工程更好地為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)。

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