生態(tài)水利工程建設(shè)中的若干原則

王勤

(河南省新蔡縣洪河工程維護(hù)中心，河南 新蔡 463500)

1 生態(tài)水利工程的概念

傳統(tǒng)意義上的水利工程學(xué)屬于一門重要的組合學(xué)科，在建設(shè)水工建筑物的基礎(chǔ)上來提升生態(tài)保護(hù)水平。水利工程主要目的在于能夠改造和控制河流，滿足人們對(duì)于防洪抗旱等方面的需求。而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展讓人們?cè)谘芯窟^程中認(rèn)識(shí)到了傳統(tǒng)水利工程雖然有助于經(jīng)濟(jì)水平的提升，但是也在不同程度上對(duì)于河流的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了較大影響。如果在未來人們發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過程中導(dǎo)致河流的系統(tǒng)功能出現(xiàn)退化，這對(duì)于人們的生存環(huán)境以及地球的整體狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生一種不利影響。在這樣的背景下，生態(tài)水利工程主要目的就是發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)不影響環(huán)境健康，從而實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)發(fā)展與水域生態(tài)系統(tǒng)的雙贏發(fā)展。站在學(xué)科發(fā)展的角度上來說，水利工程規(guī)劃主要的方向就是水域與水文系統(tǒng)，但是這一學(xué)科在研究的過程中又沒有考慮到生命系統(tǒng)自身存在的問題以及對(duì)未來環(huán)境造成的風(fēng)險(xiǎn)與影響。想要讓這一技術(shù)真正在未來有用武之地，就需要吸收生態(tài)學(xué)的理論以及方法，強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)利益和未來長遠(yuǎn)利益之間的取舍。正是因此，出現(xiàn)了生態(tài)水利工程，這一工程的內(nèi)涵既是對(duì)于新建工程需要兼顧河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)，而對(duì)于已建的工程，需要對(duì)河流進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。生態(tài)水利工程的關(guān)鍵就在于并非一味發(fā)展水利，而是在發(fā)展的過程中也會(huì)對(duì)環(huán)境進(jìn)行治理，實(shí)現(xiàn)對(duì)河流的生態(tài)保護(hù)。圖1是在生態(tài)保護(hù)過程中生態(tài)水利工程所承擔(dān)的地位，圖中右側(cè)代表人類行為對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾與影響，左側(cè)則是生態(tài)水利工程對(duì)于河流生態(tài)的修復(fù)。

圖1 河流生態(tài)恢復(fù)示意圖

2 工程安全性和經(jīng)濟(jì)性原則

作為一項(xiàng)綜合性工程，生態(tài)水利工程在河道建設(shè)的過程中，讓人們的需求得到滿足，而這些需求當(dāng)中，都是人們?cè)诎l(fā)展過程中無法摒棄的重要活動(dòng)，比如：水力發(fā)電、防洪等等，同時(shí)生態(tài)水利工程還能夠保護(hù)生態(tài)健康。想要達(dá)到這一目的，首先生態(tài)水利工程需要將水文學(xué)與工程力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行綜合，讓工程在運(yùn)行的過程中整體處于穩(wěn)定的狀態(tài)。其次，未來工程在建設(shè)的過程中要在規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)進(jìn)行建設(shè)，同時(shí)要求工程設(shè)施的質(zhì)量能夠達(dá)到要求，可以抵抗各種自然災(zāi)害的侵蝕和影響。在對(duì)河道進(jìn)行建設(shè)的過程中，需要根據(jù)河流地貌來對(duì)河流的縱橫斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，此時(shí)需要考慮到河流的泥沙輸移、淤積、侵蝕、沖刷等特征，保證河道建設(shè)之后能夠堅(jiān)固耐用。

在生態(tài)水利工程建設(shè)過程中，還需要對(duì)經(jīng)濟(jì)的合理性進(jìn)行分析，盡量選擇風(fēng)險(xiǎn)最小并且效益較高的方案。在生態(tài)演替過程中，生態(tài)水利工程帶有一定的風(fēng)險(xiǎn)，主要原因就是規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中無法了解到后續(xù)的結(jié)果和實(shí)際過程。除此之外，河道建設(shè)與生態(tài)水利工程結(jié)合的過程中，還需要在未來發(fā)展的過程中實(shí)現(xiàn)生態(tài)河流的整體建設(shè)，從而使用最小的投入來獲得最大的產(chǎn)出，這一點(diǎn)毋庸置疑。

3 提高河流形態(tài)的空間異質(zhì)性原則

在對(duì)河流生物群落進(jìn)行研究之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)下河流當(dāng)中生物群擁有多樣性的狀態(tài)，同時(shí)生物環(huán)境較為固定，這就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生不同的生物，因此就得出一定結(jié)論，那就是生物與環(huán)境之間存在互相影響的效應(yīng)。而生物多樣性發(fā)展就是指在未來發(fā)展的過程中關(guān)注生物群落與結(jié)構(gòu)的多樣性，實(shí)際上生物群落的多樣性將會(huì)影響未來特定區(qū)域的物種水平。

如果說在河流區(qū)域內(nèi)非生物環(huán)境的空間異質(zhì)性越高，那么就意味著更多的小環(huán)境隨之出現(xiàn)，生物也就能夠在河流范圍內(nèi)存活更多。人類在河流以及沿岸進(jìn)行活動(dòng)時(shí)，一些大影響范圍的活動(dòng)導(dǎo)致河流逐漸出現(xiàn)了變化，這種發(fā)展方向?qū)е潞恿鞯纳鷳B(tài)群落逐漸單一，進(jìn)而導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)的退化。在建設(shè)河道的過程中，需要注意使用生態(tài)水利來更好提升生物群落多樣性，主要的方向就是能夠更好提升河流的狀態(tài)，從而更好地符合自然河流的水平。

4 生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計(jì)、自我恢復(fù)原則

相關(guān)學(xué)者對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的自我功能討論起源于20世紀(jì)60年代，隨后有更多的專業(yè)學(xué)者涉及了這方面的研究。未來需要使用不同的形式來構(gòu)成自組織工程，而這也是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要特征。站在河流生態(tài)的角度上來說，生態(tài)系統(tǒng)的自我功能表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)擁有一定的可持續(xù)性。傳統(tǒng)水利工程設(shè)計(jì)的過程中，主要的方向就是對(duì)自然河流來進(jìn)行控制和管理，而在河道建設(shè)過程中設(shè)計(jì)生態(tài)水利工程時(shí)，要求工程師能夠放棄對(duì)自然界的控制意愿，使用更加新穎的工程理念進(jìn)行管理。人們?cè)谠O(shè)計(jì)生態(tài)水利工程的過程中需要使用生態(tài)系統(tǒng)的自我功能，讓人與自然能夠在發(fā)展過程中保持協(xié)調(diào)。在這一過程中，需要強(qiáng)調(diào)的是地球上每一條的河流都各不相同，需要在生態(tài)水利工程建設(shè)的過程中根據(jù)實(shí)際情況和實(shí)際需求來進(jìn)行選擇，尊重每一條河流擁有的自然屬性，尋找最適合的生態(tài)工程建設(shè)方案。

5 景觀尺度及整體性原則

建設(shè)河道的過程中，需要對(duì)景觀進(jìn)行大尺度、長期、可持續(xù)的保留，而非在小尺度、短時(shí)期、零星局部的范圍來進(jìn)行。否則不僅會(huì)影響工作效率，同時(shí)也會(huì)影響工作質(zhì)量，降低景觀保存的成功率。所謂整體性原則，需要站在生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上來進(jìn)行分析，掌握生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中的各個(gè)要素，針對(duì)河流整體來提出整體、綜合的系統(tǒng)方式。提及的景觀是指在生態(tài)角度上的景觀，并非人類認(rèn)為擁有美感的景觀，而是對(duì)大自然來說具有生態(tài)保護(hù)價(jià)值的景觀。

6 反饋調(diào)整式設(shè)計(jì)原則

對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)來說，成長是一個(gè)非常長遠(yuǎn)的過程，而河道建設(shè)過程中想要修復(fù)生態(tài)環(huán)境也需要大量的時(shí)間。站在更長遠(yuǎn)的角度上來看可以發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化和發(fā)展需要數(shù)百年的時(shí)間，長遠(yuǎn)的時(shí)間讓生物的進(jìn)化實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、群落多樣、系統(tǒng)有序、內(nèi)部穩(wěn)定。而站在較短的時(shí)間尺度上來說，生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了各種演替，比如：一種類型生態(tài)系統(tǒng)被另一種生態(tài)系統(tǒng)替換。生態(tài)水利工程在設(shè)計(jì)和建設(shè)的過程中，主要的依據(jù)就是模仿河流生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)，爭取能夠形成一個(gè)更加健康并且有更加長遠(yuǎn)發(fā)展前景的河流生態(tài)系統(tǒng)。而在河道建設(shè)的過程中，生態(tài)水利工程建設(shè)之后恢復(fù)到?jīng)]有受到人類干擾的河流原始狀態(tài)往往是不可能的，因?yàn)槿祟惤ㄔO(shè)工程終究會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，最佳發(fā)展前景就是替換原有的生態(tài)體系。

7 結(jié)語

在未來發(fā)展的過程中，需要意識(shí)到生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)都不是一種靜止的發(fā)展方向，往往在時(shí)間和空間的角度上有不確定的情況。這種不確定性導(dǎo)致河道建設(shè)過程中生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)，而是更加關(guān)注反饋來進(jìn)行不斷的調(diào)整。在這一流程的過程中，建設(shè)并非主要目的，更重要的目的是進(jìn)行檢測，尤其是關(guān)注生態(tài)水利工程建設(shè)之后產(chǎn)生的影響和效果。除此之外，在建設(shè)的過程中還需要了解歷史資料和相關(guān)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行階段性的評(píng)估和管理。評(píng)估的主要方向是在建設(shè)之后與目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，掌握與目標(biāo)之間的差距。還有一種評(píng)估方向就是針對(duì)于自然條件較為類似，但是沒有使用生態(tài)水利工程修復(fù)的河流。一般來說評(píng)估的結(jié)果有以下幾種可能：首先河流的生態(tài)系統(tǒng)會(huì)大致上根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行演變，無需將原有的生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行變更。其次則是需要調(diào)整局部計(jì)劃，適應(yīng)全新的發(fā)展方向。最后則是需要根據(jù)原有的建設(shè)目標(biāo)來進(jìn)行大幅度的調(diào)整，進(jìn)行更加詳細(xì)的設(shè)計(jì)與管理。