生態水利工程設計若干問題的分析與探討

陳 碩，宋亞平

（1.廣西江河水利電力建筑設計有限公司，廣西 南寧 530000；2.廣西金海洋勘察設計有限公司，廣西 南寧 530000）

水利工程歷史悠久，從古代的都江堰、鄭國渠到新中國成立初期的紅旗渠再到現在的三峽大壩、白鶴灘水電站，無不彰顯著人類征服自然、改造自然的決心與成果。隨著工程建設的日益增多，可持續發展理念的深入人心，水利工程建設也出現了新的趨勢，人們開始重新審視人與自然的關系，注重對生態環境的保護。目前已經有較多學者提出生態水利工程的概念，生態水利工程不僅要求滿足防洪、發電等原有水利功能，對生態環保、人與自然和諧發展等方面也提出了較高要求。文章結合傳統水利工程面臨的問題和新時代可持續發展新要求，就生態水利工程設計的新思路展開分析，旨在為設計人員提供參考。

1 水利工程設計現狀及時代要求

1.1 傳統水利工程的特點

自古以來，人們為解決防洪、供水、航運等需求，有意識地調控和利用水資源，建造了各種水利工程。古時候人們對自然的認識存在局限性，傳統水利工程的建設往往以實現客觀改變為目的，使水資源盡可能地按照人們的意愿分布。人們重視水資源的治理和利用的同時，忽略了生態環境的平衡，如為控制水流將河流改道，導致河流斷流、河床抬高、居民搬遷、河口萎縮及植被破壞等問題產生，打破了原自然生態平衡系統，導致水質污染、生態景觀破壞、供水安全等問題。傳統“人定勝天”的工程觀中普遍缺乏生態意識，是一種過于重視經濟效益的短視觀念。水利工程的建設是一件綜合性強、系統性高的工作，傳統水利工程的設計缺乏前瞻性和大局觀，不符合當前可持續發展理念，因此應該重新樹立系統的大局觀，建設目標應該包含生態改善。

1.2 現代水利工程設計面臨的問題

（1）生態水利工程設計目標不明確。傳統水利工程的興建都具有明確的設計目標或工程任務，如保護兩岸不被50年一遇的洪水淹沒、要滿足人民的飲用水安全和田地的灌溉用水需求，這些目標易于理解，易于量化。相比之下，生態水利工程則顯得目標模糊，比如生態水利建設最基本的目的就是保證水利工程建設區域的生態系統，維護水利工程建設中的自然健康，該目標看似通俗易懂，然則實際評判異常困難。

（2）缺乏相關規范、標準。我國幅員遼闊，地大物博，南北差異大，生態水利工程對服務目標的選擇具有特定性和地域性的特點，加之導則和地方標準較少，雖有一些生態水利工程的功能性理論評價指標和評價方法，但對具體的生態水利工程的實踐缺少可操作性的評價方法與標準。

（3）缺乏生態水利工程設計技術人才。生態水利工程屬于生態學和水利工程的交叉學科，水利工程作為一級學科，教育部明確其二級學科包括5個，其中并不包含生態水利工程，這就導致本科教育階段仍然是以工程穩定性、耐久性為主，偶爾有些學校設立生態水利課程，也是蜻蜓點水，淺嘗輒止。研究生階段有部分人選擇其作為研究方向，但人數軟件難以滿足大量的工程設計需要。傳統的水利工科學生，通過一定時間的系統性學習，均可承擔工程設計，保證工程的穩定性及使用目標，但涉及如何保證河流生態建設之時，則顯得捉襟見肘，倉促應付。傳統河道治理工程使原本具有自然的、蜿蜒美的河道被渠道化、硬質化；沙洲、濕地等多樣化的生物棲息地遭到破壞，水文周期單一化，沿河生態環境均一化。生態學專業人員雖然具有較高的生態系統設計水平及生態工程設計經驗，但是缺乏水利工程專業知識，不了解水工建筑物的結構形式，難以勝任工程設計。

（4）缺少生態水文監測資料。水文資料作為工程前期基本數據，其重要性不言而喻，但是現階段水文監測站仍然更傾向于常規水文測報，比如監測降雨、洪水等，并不重視生態水文資料監測，導致該系列資料缺乏，難以支撐后續設計需要。

1.3 時代發展對水利工程的新要求

隨著社會經濟的發展，水利工程建設仍將持續，人們的生活質量逐漸提高，對水利工程建設提出了更高的要求，要求水資源的開發利用既能滿足規劃使用要求又能留住綠水青山，既能實現水系統的可持續利用又能保證生態系統的自我恢復和良性發展。因此，應緊抓落實可持續化發展目標，充分考量生態問題，力求做好發展經濟效益的同時平衡好生態效益，重視生態水利工程在實施過程中遇到的諸多問題，并逐步解決。

2 生態水利工程設計原則的思考

現代新型水利工程的建設綜合性強、難度大、涉及面廣，水利工程的建設不僅要考慮當代利益，更要謀求長遠發展。在生態水利工程設計的工作中，要遵循經濟性與生態安全性相結合的原則。水利工程的經濟效益與周邊環境是密不可分的，設計人員應深度挖掘，在其彰顯個性的同時融合周邊環境，相得益彰、和諧共融。

首先，生態水利工程的設計要符合地域性原則。設計中要尊重當地特色，注重生物的多樣性，尊重當地生態環境的發展規律，有區別、有意識地進行符合當地特色的規劃和設計，有針對性地分析區域河流屬性、區域植被特色及土壤屬性，充分調研當地的區域地質構造及氣候水文情況，了解當地歷史文化背景，充分發揚人文精神，使水利工程彰顯地域特色和充滿人文情懷[1]。

其次，水利工程的設計要考慮整體性原則。水利工程的建設耗資巨大，在考慮使用功能和生態效益的同時，要遵守其客觀發展規律。深度考慮生態系統的有機整體性和自我恢復功能，避免過度改造，著手分析建設中可能存在的問題，運用科學的手段和方法，使水利工程滿足抗洪、通航等功能的同時，改善生態系統，發揮最大效益。其中對于原有水利工程的改造也要合理規劃配置，將傳統水利工程納入新的水利建設，形成新的生態系統。

最后，生態水利工程的設計要合理引用新技術、新材料、新方法。源源不斷地創新是生產力進步的源泉，在實現生態水利理念的同時，要善于歸納總結，善于創新，不斷引入新技術，發展新材料，逐步提高生態設計理念機制。還要注重人才培養及團隊培育，加大建立更有效的激勵機制，組建更專業的設計系統，保證生態水利工程建設平穩有序地進行。

3 生態水利工程設計新方法的思考

3.1 生態設計理念的培養與調整

人作為改造自然的能動主體，對生態水利工程的建設要做到以下幾點：首先，應該加強頂層設計，培養既熟悉生態又深知水利工程的復合型人才[2]。相關高校應該設置相關專業，實現交叉學科的融會貫通，加快人才培養步伐，為生態水利工程的建設奠定人文基礎。對于現有從業人員，行業協會應當加強這方面培訓與宣傳力度，從業人員應當具備人文精神的陶冶和共鳴。人才的培養即生態設計理念的培養，使水利工程的建設和改造能產生更多人文精神的融合共通。其次，應當注重環境評價系統的構建和完善并建立相應的激勵機制，將生態環境教育作為企業環境評價中不可或缺的一部分。同時，從國家角度出發，制定相關技術規范，為生態水利建設提供指導，地方政府亦應出臺適合本地區生態現狀的規程、規范，使評價具有可操作性。最后，決策者應該轉變原有工程思維，高度重視生態環境的保護，統籌考慮生態效益與原有工程效益，科學決策。設計人員作為水利工程建設方案的踐行者，雖遵從生態設計理念，但踐行先進的生態設計理念還非常不充分，生態理念貫徹不徹底，對后續的工程建設增加了很多不確定的因素。作為設計人員，應當時刻更新生態理念新思想，提高綜合分析的科學性，明確設計目標和設計原則，把握生態理念中心思想，既要總結水利設計的經驗又要不斷創新，深入挖掘不斷學習，把生態與經濟效益的平衡應用到設計中。

3.2 生態水利工程設計與周邊生態環境相融合

水資源的開發利用及水利工程的設計建設應注重考量周邊生態環境，避免周邊生態平衡被打破，要尊重周邊環境的多樣性和系統性，既要充分考慮社會經濟，又要體現人與自然的和諧共生。設計人員應充分調研考察周邊環境，對周邊環境有充分深刻的認識，以使設計思路契合周邊環境，避免生態的完整性被影響。設計人員應注重局部小范圍生態系統與整體生態系統的和諧共存，在實際工作中始終貫徹生態水利的思想[3]。同時，設計人員要深刻分析擬建工程項目的特點，及其與周邊地形地貌的共生性特征，實地勘測，做好充分準備，使擬建項目既能充分發揮使用功能，又不破壞周邊環境并與周邊形成較完整的生態系統，推動建設水利工程周邊原生態環境的搭建。如要做好重點水域的日常保護工作，切實制定生態區、引水區等針對性保護策略，并注重時效不斷更新。做好水利工程規劃，充分利用生態資源，減少硬性改造，同時兼顧“生態、經濟、社會”三位一體的綜合效益。水利工程結構設計也要緊緊圍繞使用功能和生態系統統籌發展的理念，做好系統設計。

3.3 因地制宜的生態水利設計理念

把生態環境效益作為一項指標難以定量化，定性的評判往往難以起到有效的激勵作用，在水利工程設計中應結合實際應用，引入具體的指標和內容，變抽象為具體，增強水利工程在生態方面的作用。生態建設作為一種觀念，能夠產生實實在在的收益，更能體現因地制宜下進行水利生態設計的優勢。結合當地的歷史文化背景及自然生態文明，融會貫通，增加水利工程的實用性及可觀賞性。因地制宜地修復水利工程附近的生態，如修復河道兩側的淺灘，在河道兩側種植植物，不僅能加速水體的自我凈化，而且增添了獨特的生態美景。因地制宜設計水利工程緩沖區的形態，不僅要滿足調節儲存水量的要求，而且要良好地貼近周邊自然環境，符合生態水利理念，使水利工程不僅能體現生態設計理念，還要著重彰顯地方特色，特色映射經濟，相互促進相互發展形成良性循環。

3.4 生態水利工程自我恢復設計理念

生態環境是一個由若干因素組成的有機系統，若要深刻掌握水利工程建設對生態環境的負面影響，需要清晰掌握生態系統中各要素的特點，掌握橫向生物多樣性和縱向水陸的滲透性。如河流系統的流向、流速等，地質系統的土質及滲透性等，生物系統的植被綠化等。只有掌握了生態的多樣性，才能在水利設計中保證整體生態系統不退化。在設計中要充分考慮附近河道的植被覆蓋率，進而調控水利工程儲水能力，以適應季節變化，進一步減少對水利工程的破壞，增強抗干擾能力。要充分考慮河道內水體的自我凈化能力，促進有機質向無機物的轉變，使河道微生物形成良性的生態環境。水利工程設計中，要充分考慮各系統自身的自我修復能力，給植被一定的生存空間，給河道水體一定的生態適應能力，注重水利生態中各因素的重要作用，依據各要素特點制訂綜合修復方案。

3.5 生態水利工程的后期運轉與管理

水利工程投入使用后應尊重當地的生態規律和水資源的調配，避免過度干擾，尊重當地生態環境的重建和演替過程。應當建立反饋機制，既尊重自然，又讓水利工程按照既定目標實現功能最大化。同時需要建立監控系統，定制生態變量并及時監控反饋，促使生態環境實現良性循環發展，減少生態發展中的不確定性因素。最后還應當建立應急機制，水文監測站應注重相關數據的監測，建立好監測點，并做好日常維護及數據采集分析，客觀地評價生態建設效益，一旦生態惡行轉變出現趨勢，應及時調整戰略方法，切斷不利因素，進行動態分析，并采取切實可行的方案，為后續設計提供支持。

3.6 加強推進生態水利制度建設，加強監控

廣袤祖國幅員遼闊，生態水利工程具有顯著的地域性，目前各地對生態水利的評判也有一些理論的指標與方法，但均缺乏具體項目的可操作性。針對水利工程設計國家也推出了一系列規范，但針對性地對生態水利制度建設還不足，導致設計人員在調研設計中往往忽略生態平衡，單純地強調水利工程的使用性，忽略其附加的生態價值。各單位應加強建立相關的制度綱領，深入貫徹生態化發展，使水利工程及周邊生態能平衡發展。

4 結語

生態水利工程的建設需要相關方面的人才作為有利力量，注重人才生態理念的培養，注重國家相關法規制度的建設，在設計中體現水利工程與周邊環境相協調，注重周邊生態環境強有力的自我修復功能，在水利工程后期運行中加強監控、動態分析并進行精細化管理，形成有效的反饋機制，促進生態水利工程長久有效的運轉，提高水利工程的生態質量及水資源的合理有序利用，實現人與自然的可持續發展。