生態水利工程設計原則初探

翟戰清

【摘要】水電建設對生態環境也會帶來一定的負面影響，這些負面影響已經成為水電開發的限制性因素。水電工程結合生態建設，是水電事業發展的必然趨勢。本文主要探討了水利工程對生態環境的影響，并針對此分析了生態水利工程的基本設計原則。

【關鍵詞】生態水利；設計；原則

生態水利工程是一門將生態學和工程學很好的結合在一起的一門學科，也是講人與自然和諧相處的思想很好的的運用于實際的學科。該學科最主要的特點就是順應了人類和時代發展的需要，我國雖然說在這方面技術起步的比較慢，不過目前也越來越重視該學科的發展，尤其是對于在生態水利工程設計原則方面存在的問題也在運用大量的人力物力去研究，借鑒了許多國外的先進經驗和技術方法，也初步形成了一些設計原則，雖說是不太完善，不過在將來的不斷研究和發展中，最終會取得比較大的進步和提高的。

1水利工程對生態環境的影響

1.1對水體的影響

一般來講，水利工程都是修建在天然河道上，隨著其修建河流長期演化而成的生態環境將會受到很大的破壞，使河流局部形態非連續化和中一化，改變了其多樣性的特點，水利工程的修建也會改變河流的自然形態，導致局部河流水深等變化，使下游的水文泥沙發生變化，由于河流的水文、泥沙是影響河流生態環境的原動力，水庫建成后內部水面寬、水流遲緩，當水體受太陽輻射時由于水面的反射率小于路面的反射率，水面輻射值降低，水庫內將具有特殊的水溫結構，而水溫的變化則將會影響內部魚類的繁殖，同時還將會影響內部水質，水利工程的修建將會導致局部水流降低，既使得水氣界面交換速率及污染物遷移擴散能力降低，導致水質自凈能力下降。并會使水體的沉降作用增強，因而水體內重金屬沉降加速增大污染，對水體產生了很嚴重的破壞。

1.2對氣候的影響

正常情況下，大氣環流控制地區性氣候狀況，但區域內大、中型水庫及灌溉工程建成后，原先的陸地面積必定改變，對局部小氣候會產生一定的影響，主要表現在對降雨、氣溫、風等的影響。

1.3對降雨量的影響

水利工程的建成將會使降雨量有所增加，這是由于修建水庫將會形成遼闊的水域，在陽光照射下，水的蒸發量增加，所以會導致降雨量增加。同時，也會導致降雨地區分布發生變化，降雨分布發生改變的原因是水庫低溫效應，一般水的蒸發量加大，空氣變得濕潤。有些地區的降雨量有所減少，而附近其他區域降雨則有所增加，一般來說，地勢高的迎風面降雨增加，而背風面降雨則減少。降雨時間的分布也會受到影響，一般來說，夏季水面溫度低于氣溫，大氣對流減弱，降雨量減少；但冬季水面較暖，大氣對流作用增強，降雨量增加。

1.4對土壤的影響

水利工程對土壤環境的影響是利弊參半的，區域內通過筑堤建庫、疏通水道等可保護農田免受洪水等淹沒及沖刷等災害，并可通過對天然徑流與地表徑流間的相互調節使得土壤內水分及土壤內的營養成分得到改善。但在浸沒區，因土壤中的通氣條件很差，而造成土壤中的微生物活動減少，肥力下降，影響作物的生長，從而形成土地浸沒。還會由于水位上升引起地下水位上升，土壤出現沼澤化、潛育化，過分濕潤致使植物根系衰敗，呼吸困難，甚至導致死亡。

1.5對水文的影響

水利工程修建后使下游河道的流量發生改變，從而對周圍環境造成影響。水利工程不僅存蓄了汛期洪水并且還將非汛期的基流截留了，使下游河道水位大幅度下降甚至斷流，并引起周圍地下水位下降，從而破壞了生態環境。水利工程可能會導致下游湖泊或池塘因為斷絕水的來源而干涸；下游地區的地下水位下降；當水庫下游河道水位大幅度下降以至斷流時，勢必造成水質的惡化；因河流流量減少，使得河流自凈能力降低；同時水庫滲漏也將導致其周圍水文狀況發生變化。

2生態水利工程的基本設計原則

2.1工程安全性和經濟性原則

生態水利工程是一種綜合性工程，在河流綜合治理中既要滿足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、發電、航運以及旅游等需求，也要兼顧生態系統可持續性的需求。生態水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態學原理。生態水利 工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規律，以確保工程設施的安全、穩定和耐久性。工程設施必須在設計標準規定的范圍內，能夠承受洪水、侵蝕、風暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學原理進行河流縱、橫斷面設計時，必須充分考慮河流泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等河流特征，動態地研究河勢變化規律，保證河流修復工程的耐久性。對于生態水利工程的經濟合理性分析，應遵循風險最小和效益最大原則。由于對生態演替的過程和結果事先難以把握，生態水利工程往往帶有一定程度的風險。這就需要在規劃設計中需要進行方案比選，更要重視生態系統的長期定點監測和評估。另外，充分利用河流生態系統自我恢復規律，是力爭以最小的投入獲得最大產出的合理技術路線。

2.2 生態系統自設計、自我恢復原則

生態系統的自組織功能表現為生態系統的可持續性。自組織的機理是物種的自然選擇，也便是說某些與生態系統友好的物種，可以經受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源和合適的環境條件。將自組織原理應用于生態水利工程時，生態工程設計與過去水工設計有本質的區別。像設計大壩這樣的人工建筑物是一種確定性的設計，建筑物的幾何特征、材料強度都是在人的控制之中，建筑物最后可以具備人們所期望的功能。河流修復工程設計與此不一樣，生態工程設計是一種“指導性”的設計，大概說是幫助性設計。依靠生態系統自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而完成設計和實現設計。

2.3 堅持與環境工程設計進行有機結合

生態水利工程是一門綜合性較強的學科，所設計到的學科內容相對較多一點。對于其設計來說就要充分吸收環境科學、生態學與工程學理論和技術的有機結合，這樣的目的就是達到水量和水質同步的科學配置。對于我國現在水環境不斷污染和惡化的現實環境來說，生態水利工程更應該與我國水污染的防止工程結合起來。此外，因為水利工程建設中所涉及到的水量一般都比較大，而且隨著季節的變化其水量的變化也比較大，所以這也給生態水利工程建設帶來了很大的困難。如黑龍江省扎龍濕地補水工程，雖然實現了連續幾年的補水，但由于水質不符合濕地水質要求，導致濕地水域中底棲生物明顯減少，部分物種消失，一些遷徙水禽不在此處停留。為了減少早田排水挾帶泥沙或污染物進入下游湖泊或天然濕地，可以在進入湖泊或濕地的過渡帶設計生態處理溝渠或氧化塘。而水田排水溝渠可以在植物生長季節充分蓄水，利用人工溝渠濕地對有機污染物質進行降解。在缺水地區種植水稻，特別是在開采地下水種植水稻的地區，應當進行以水量高效利用與水質凈化為目的的生態水利工程設計。而這種設計思路來源于水污染的自然穩定處理理論與工藝。

3總結

生態水利工程在河流綜合治理中既要滿足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、發電、航運等需求，也要兼顧生態系統的可持續性。生態水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態學原理生態水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規律，以確保工程設施的安全、穩定和耐久性。工程設施必須在設計標準規定的范圍內，能夠承受洪水、侵蝕、風暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學原理進行河流縱、橫斷面設計時，必須充分考慮河流泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等河流特征，動態地研究河勢變化規律，保證河流修復工程的耐久性。