試論生態水利工程的基本設計原則

摘 要：水利工程在人們的生活中占有重要的地位，但是水利工程的大量興建造成了一些負面影響，從環境的角度，提出了生態水利工程的設計原則，目的在于改善生態系統，保證生態系統的可持續發展。

關鍵詞：生態系統；水利工程；設計原則

生態水利是現今社會文明進步和實現經濟社會可持續發展對水利工程的要求，在興建水利工程的同時要綜合考慮它給生態環境帶來的影響，本文針對水利工程的現狀和生態水利工程的重要地位，提出了一些生態水利工程設計的基本原則。

1 水利工程與生態環境關系概述

人類對水資源的需求量與日俱增，水利工程的興建使得人們日常生活得到滿足的同時也給生態環境帶來一些福利，如通過調節水量、合理配置水資源、防止河道斷流、減輕或排除水污染、提高防洪抗旱能力等給社會帶來了生態效益，提高了居住環境。但同時也看到了興建水利工程過程中給河流生態系統造成的不利影響，其影響是客觀存在的，產生原因歸納起來主要有：工程自身的缺陷，工程的存在本身就意味著一些生態問題的存在；人們對自然規律的認識有一定的局限性，對水利工程造成的生態問題考慮不充分；人類的自律能力不夠，只顧著無節制的向自然攫取資源，卻忘了保護環境對我們的重要性，導致水資源的承載能力超出了預定范圍；制度不完善，對生態系統的保護和監管制度不夠完善，導致生態問題加劇。

合理而適度的興建水利工程對維護河流健康是有益處的，反過來，河流的健康有利于水利工程發揮其綜合效益。但是問題要辯證地看，興建水利工程如果不合理，會造成負面影響，需要采取合理的措施，正確對待開發與保護之間的關系，要求把水利工程與生態環境融為一體綜合考慮，這就提出了生態水利工程這一概念。

2 生態水利工程概述

生態水利是按照生態學原理，遵循生態平衡規律的法則和要求建立起來的滿足良性循環和可持續利用的水利體系。生態水利工程作為水利工程的一個分支，是一門融合了水利工程學和生態學的綜合學科，它研究的是水利工程在滿足人們日常生活需求的同時滿足生態環境的可持續發展和健康狀態，將更多的重心放在了環境的保護問題上。我們知道，隨著經濟的發展，各種工業、建筑工程迅猛發展，但是經濟的飛速卻是以環境為代價的，高節奏的生活、高速度的發展使人們忽視了賴以生存的生態環境，不加重視最后只得是自食惡果。

生態水利要求對生態河流的修復與治理、保護與防治上，對于那些已經興建的水利，要在周圍的河流區段進行修復與治理，將不利于河流休養生息的因素盡量消除掉，而新建的水利要在施工前考慮如何將負面影響降到最低。從河流生態建設全局看，生態水利工程將與河流環境立法、水資源綜合管理、循環經濟模式以及傳統治污技術一起，成為河流生態建設的主要手段之一。

3 生態水利工程的基本設計原則

3.1 安全性和經濟性原則

生態水利工程是融合了多學科的工程項目，在興建過程中既要符合水利工程學原理，又要運用生態學原理對河流進行治理，在滿足人們對水資源的需求的同時還要兼顧著河流生態系統的可持續發展。

從安全因素考慮，生態水利工程建設和施工都要符合水文學和工程力學的相關規定，不能違反自然規律，工程設施必須在要求的范圍內進行設計，以能夠承受自然災害為準則，確保設施的規范性，另外，根據河流地貌原理進行河流橫斷面和縱斷面的規劃設計時，要考慮河流泥沙運送、沉積和河流侵蝕、沖刷等特征，動態地還得研究河勢的變化趨勢，以保證河流修復改造工作的持久性和安全穩固性；從生態水利工程的經濟因素考慮，應本著風險小收益大的原則，設計過程盡量考慮全面，把各種潛在的不利因素都考慮進去，縮小不利因素帶來的影響和造成的損失。

3.2 河流形態的空間異質性原則

生物群落多樣性與非生物環境的空間異質性存在著正相關關系。某個地區的生境空間異質性越高，就意味著創造了多樣的小生境，能夠容納的物種種類也多。

由于大規模的建設治河工程，造成了自然河流的渠道化及河流非連續化的現象，使河流生境在不同程度上呈現了單一化，引起河流生態系統不同程度的退化。生態水利工程的目標即是恢復或提高生物群落的多樣性，在確定河流生態修復目標以后，就應該對于河流地貌歷史和現狀進行勘查和評估，需要調查單個生物因子的基本需求，評估各種生物因子的相互關系和制約條件，對于“關鍵種”或標志性生物的環境因子進行分類和評估。還要確定環境因子與生物因子的相關關系，必要時可以建立數學模型輔助解決。

3.3 運用生態系統的自我恢復能力進行設計

生態系統具有自組織功能，生態學用它解釋物種分布的廣闊性和豐富性，也可以用來闡述食物鏈隨時間的發展演替過程，作用機理是自然選擇，與達爾文的進化論有相似之處，只不過自組織功能是生態系統中種群的相互關系。

生態工程設計是一種“指導性”的設計，或者說是輔助性設計，它依靠生態系統的自組織功能，由自然界來選擇合適的物種，形成合理的結構，從而完成設計過程。成功的生態工程是人工與自然力共同貢獻的結果。自設計理論的適用性取決于一些具體條件，包括水量、水質、土壤、地貌、水文特征等生態因子，也取決于生物的種類、密度、生物生產力、群落穩定性等多種因素。在利用自設計理論時，需要注意充分利用鄉土種，防止外來物種的生物入侵。

3.4 把握景觀尺度和整體性設計原則

河流生態系統的修復應該是大尺度、長久的，目的是保證河流生態修復的高效性，因小范圍的生態修復效率低、成功率也低，影響整個工程的收益；河流生態修復的時間尺度同樣重要，河流系統的演變是一個動態過程，每一個河流生態系統都有自己的歷史，需要對歷史資料進行收集、整理，以掌握長時間尺度的河流變化過程與生態現狀的關系。河流的生態修復是需要時間的，不是一個短期的工程。

在不同的工作階段，其尺度可靈活變化，如在規劃、評估、監測過程中，監測工作應在盡可能大的尺度內進行，而評估工作可能在跨流域的尺度上進行，規劃工作的尺度可能是流域或河流廊道，設計過程中做到具體問題具體分析。

整體性原則是指應該綜合考慮生態系統的結構和功能，了解并掌握生態系統各要素間的相互作用，進而提出修復河流生態系統的有效的系統的辦法，而不僅僅是考慮河道水文系統修復或者單一動物及河岸植被的修復問題。

3.5 遵循反饋調整式設計原則

生態系統是不斷演替的，是一個動態過程，該過程不一定按照預期方向進行，除此之外，人類系統的變化及干擾也導致了生態系統的調整。在完成規劃設計之后，還要反過來看看有沒有達到預期的效果，具體按照“設計-執行（包括管理）-監測-評估-調整”這樣一種流程以反復循環的方式進行，發現問題后及時進行修正，生態系統不是靜止的，具有很多不確定性，包括人為的改變和自然的發展，這種不確定性就決定了生態水利工程是一種反饋調整式的設計方法。

在反饋調整式設計過程中，提倡科學家、管理者和當地居民及社會各界積極參與，通過對話、協商，以尋求共同利益。提倡多學科的交流和融合，提高設計的科學性。

4 結語

生態水利工程對于生態環境的可持續發展要求較高，它并不是一個簡單的工程，是綜合了很多門工程的項目，在生態水利工程設計過程中，要求各界人士予以重視，共同協作，努力建設多學科融合的科學性較高的生態水利工程。

參考文獻

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