河道建設中的生態水利工程設計分析

魏 德

（滄州水利勘測規劃設計院有限公司，河北 滄州 061000）

0 引言

傳統水利工程一方面使利用水資源更加便捷，滿足了人們生產生活以及經濟發展的需要，但另一方面忽視了保護原有生態的重要性，對河道的生態環境造成了破壞，阻礙了可持續發展。因此，在河道建設中出現的了經濟發展與生態環境建設之間的矛盾。為了實現生態效益，社會效益與經濟效益相統一，生態水利工程逐漸在河道建設中得到廣泛運用。河道建設中，生態水利工程是一項復雜的系統性工程，需要遵循科學原則，依據河流的具體情況采取相應的策略和手段，保障生態水利工程效益的實現。

1 河道生態水利工程的作用

河道建設中的一般水利工程通常能夠滿足排洪、蓄水、導水等基本功能，主要目的是防止河道旱澇災害，保障居民日常生產活動，但是卻忽視了保障水生生物生存環境和維持水環境自然特征的重要性，未顧及到以河道為根基的生態鏈，其作用僅僅是對人而言，并沒有站在環境保護的角度上看待問題。生態水利工程摒棄了傳統水利工程只考慮經濟和人文條件的弊端，引入了“綠水青山就是金山銀山”的發展理念。

一方面，生態水利工程可以滿足傳統水利工程的功效，能夠充分滿足排洪、蓄水、導水的基本功能，滿足居民的日常生產生活，一定程度上增強了河道兩岸居民生活的安全性，即滿足了河道建設的經濟保障功能。

另一方面，生態水利工程進一步提升了河道建設的經濟價值和生態價值。生態水利工程能夠在維護原有水環境自然特征的基礎上，展開一系列的經濟活動，包括航運，發電，旅游等，因此能夠實現經濟發展與保障河道生態性的雙重效果，促進可持續發展，同時生態水利工程由于采用一系列先進的技術和科學理念，能夠有效提高水資源利用率，保證河道水資源的充分利用。

生態水利工程能夠保證水生動植物以及河道兩岸動植物的生態根基不受破壞，保障生物多樣性，實現人與自然和諧共生，同時良好的生態能夠為人類帶來更多的休閑場所。例如湖南省、縣多級政府，規劃了符合生態水利工程設計理念和原則的濱河濕地公園，從而在河道生態價值的基礎上衍生出人文價值，實現多種價值并進的優良效果。

2 河道建設中傳統水利工程存在的問題

2.1 阻礙了河道縱橫向的生物聯系

河道建設中的傳統水利工程將河流生態系統與周邊陸地生態系統進行隔絕，長長的硬化堤岸導致陸生動物飲水覓食產生較大困難，還導致生物群落聯系減少，破壞生態系統的平衡穩定。同時，傳統的水利工程隔絕了河道上下游的生物關系，使得下游生物向上游產卵的需求被打斷，而上游生物向下游覓食的鏈條被阻絕，從而對水生生物群造成毀滅性打擊。例如在葛洲壩建成以后，許多水生生物洄游受到阻斷，中華鱘洄游之路被隔絕，導致無法正常產卵繁衍，因此中華鱘種群數量急劇下降。

2.2 破壞了河道原有的自然特征

傳統的水利工程建設形式較為單一，破壞了河流自然的蜿蜒特性，原有的水流流動特性也受到破壞。一方面，為了應對洪水的侵蝕和沖刷，需要高強度的駁岸來抵抗洪峰，因此工程量較大，對構筑物的要求也有所提高，導致資金耗費較多。另一方面，由于傳統水利工程對河道的破壞，導致河流向兩岸侵蝕，隨時間的推移，會對沿岸農田和居民的生產生活造成較大的危險。

3 河道建設中生態水利工程設計的問題

3.1 設計辦法與評價標準不具備普適性

我國幅員遼闊，不同區域之間河道水文以及周邊地理環境要素差別明顯，典型地存在著沿海及內陸差異，南方和北方的差異，即使是在同一空間區域，河道的地質條件水文條件等也存在著明顯的差異，導致生態水利工程的設計辦法和評價標準不能廣泛適用于的河道建設，因此，不能用統一的標準與工程設計辦法構建生態水利工程，而應當具體問題具體分析，因地制宜，因時制宜，必須結合河道所在地的各項影響因素，依照具體實踐情況，尋找適宜的方法并制定合理的評價標準。

3.2 既有水利工程設施難以與生態水利工程實現協調運作

既有的水利工程設施，由于建設時間較長所設計的指標與現今生態水利工程建設存在明顯差異，因此較難實現傳統水利工程與生態水利工程的相容，同時由于時間的發展，工程所在區域會形成新的生態系統，但該生態系統十分脆弱，非常容易受到損害，因此在新生態水利工程建設中，往往容易導致次生生態破壞。

4 河道建設中生態水利工程的設計原則

典型的生態水利工程能夠充分體現河道建設中生態水利工程的科學設計原則，因此生態水利工程的設計原則可在典型的生態水利工程中進行尋找。都江堰生態水利工程是世界范圍內最古老且至今仍舊發揮巨大作用的生態水利工程，是生態水利工程的典型代表工程，擁有跨越千年的智慧，體現了生態水利工程的科學理念與設計原則。

4.1 尊重自然，順應自然

生態水利工程設計需要遵循尊重自然，順應自然的科學原則，該原則是習近平主席提出的關于生態水利工程的重要論述。2018年5月，習近平主席指出建設生態水利工程要因勢利導，順應自然規律，提出了“萬物各得其和以生，各得其養以成”，只有順應自然，尊重自然，才能夠造福當代，澤被后世。都江堰的河道擁有水流湍急，水量巨大，河道曲折等許多不利于水利工程建設的特性，但都江堰水利工程因勢利導，借助水體自調以及彎道環流的特性，設置魚嘴，將河道一分為二，實現自然分流，從此都江堰下游不再發生水旱災害。因此，生態水利工程需要根據河道環境具體問題具體分析，把握自然環境，尊重和順應自然。

4.2 開發有度，協同共生

河道建設中的傳統水利工程通常存在開發失序，過度開發的問題，對河道水資源的竭盡式開發利用嚴重阻礙了河道長效作用的發揮，與國家要實現生態水利永續發展的戰略背道而馳。因此必須開發有度，實現協同共生。都江堰生態水利工程將內江與外江的進水量按4：6的比例進行分流，豐水期內外江進水量分別為40%和60%，而在枯水期內外江的分流比例則會產生倒掛，從而保證豐水期與枯水期的生態流量，保障了河道以及河道兩岸動植物的自然生態環境，實現了協同共生的局面。

4.3 民生為本，持續發展

生態水利工程應當滿足民生為本的本質目標。都江堰生態水利工程在設計之初是為防治岷江水患，但后來在此基礎上實現了川西農業的發展，為造就天府之國的美譽創造了良好的條件，甚至在歷史上出現了揚一益二的說法，充分體現了都江堰生態水利工程對民生的重大貢獻。如今多家企業生態權益工程兼具防洪防澇，灌溉供水，生態補水，旅游航運等多項功能，實現了生態效益，社會效益與經濟效益的高度統一。持續發展同樣是生態水利工程的本質目標。生態水利工程應當保證安全性，穩定性和耐久性，都江堰歷經千年，仍舊發揮巨大作用，充分體現了生態水利工程的多項特性，是實現持續發展的重要基礎。

4.4 先進技術，科學管理

生態水利工程需要采取先進技術，以較高的技術條件和工程標準實現生態水利工程的較優效能。同時還需要科學的管理，實現生態水利工程的后期維護，以便工程發揮長效作用。都江堰生態水利工程在建筑方法材料選取以及計劃布局等各方面采取了先進的理念和技術，進行了非常優秀的創新。例如，采用螺旋流原理建設飛沙堰。在管理上，實現了每年勤修，預防后患，并且逐漸形成了獨特的官堰民渠管理制度。這些都是都江堰水利生態水利工程留存久遠，至今仍發揮較大作用的關鍵。

5 河道建設中生態水利工程的設計策略

5.1 構建水生生物群落，豐富生物多樣性

在河道建設中，生態水利工程需要保證河道流域內的生物多樣性，因此生態水利工程設計需要考慮工程開展對環境的影響，一方面嚴格控制工程施工對河道流域的影響，另一方面還需要通過主動措施增加區域內物種的種類和數量，從而實現區域內生態環境的平衡與穩定。構建水生動物種群有多種科學措施，包括人工養殖雙苗，過魚設施，設置保護區等。

例如為了保護魚類，四川省內的長江支流建設了魚類自然繁殖區，并對其進行保護，減少人類活動對河道內魚類繁衍的破壞。同時建立了過魚設施，并推動人工繁殖放流。通過這些措施，當地的生態水利工程建設有力地促進了水生生物系統的豐富性，構建了頑強的生物種群。除此之外，我國修建葛洲壩后，建立了人工繁殖放牛基地，培育了中華鱘等各種珍稀的水生生物，并將中華鱘的幼苗向長江河道內投放，成功將中華鱘從滅絕的邊緣拯救出來。因此生態水利工程需要盡量減輕或避免對生物的不利影響，減少對生態環境的破壞，并通過一定的手段進行補償，或進一步豐富區域領域的水生生物種群增強生物多樣性，保障生態環境的健康。同時也可以適當養殖具備清潔能力的微生物，增強河道自凈能力，幫助河道改善水質。

5.2 進行生態護坡設計，建設生態堤岸

生態河堤是河道建設中生態水利工程的重要組成部分，對生態水利工程的總體效益有著舉足輕重的影響。生態堤岸一方面能夠實現對河岸動植物的保護，同時也能夠發揮涵養水源，綠化河堤的重要作用。除此以外，生態堤岸具備許多傳統堤岸不具備的優點，例如具備更好的適應性，能夠充分因地制宜，因勢利導，根據當地的地質條件以及植被條件等進行靈活的調整。此外，能夠節省成本，避免對大量鋼筋水泥等傳統工程材料的使用。

生態水利工程中的生態堤岸包括自然原型護岸，自然型護岸和復式階級型護岸。例如在湖南湖北等南方農村地區，自然原型護岸十分常見。自然原型護岸能夠保持河岸的自然特性，簡單易行，物美價廉，既能夠滿足生態要求，又能夠美化河道。在四川，云南等地擁有許多自然型護岸，例如在嘉陵江河道沿線多地，坡面較陡，侵蝕較重，許多生態水利工程采用了自然型護岸的技術。自然型護岸同樣利用植物固定堤壩，但同時會采用石材等天然材料保護堤壩底部，通常分為干砌石，鉛絲石籠和拋石護岸。許多重要城市的護城河采用了復式階級性護岸，例如西安護城河道，采用了復式階級型護岸。在親水平臺下，通過硬性構筑物建造箱型框架，向其投入石塊，框外種植水生植物，借助其根系鞏固堤防，而在親水平臺之上，則采用柵格形式的混凝土結構固岸，柵格之中預留空間種植灌木或花草。

圖1 自然型堤岸

5.3 加強技術投入，選取合適的工程材料

隨著生態水利工程的發展，衍生出了許多新興技術，恰當采用新型生態環保材料，能夠有效保障河道建設中生態水利工程的生態效益。在選用材料的過程中，一方面需要考慮到材料的性能以及價格，同時也要考慮到生態環保性能以及技術性能，當然還應當考慮到當地的自然環境，以選取適宜的生態材料。目前通行采用的新生態環保材料，通常有雷諾護墊和格賓石籠網，該環保材料廣泛應用于生態水利工程中的河岸建設。

雷諾護墊能夠阻擋洪水對岸堤造成的破壞，從而保護河岸不受侵蝕，其原理是通過六邊形結構的金屬網面，具備較優的穩定性，同時材料柔軟，能夠吻合地基。格賓石籠網憑借其優良的透水性以及柔韌性，在生態水利工程中得到了廣泛的運用，其結構是角形網制的網箱結構，排水性能更好，成本更低。例如，甘肅山丹縣城區河道就采用了該項新型材料。其鋪建格賓石籠網并在表面鋪設種植土，實現植被綠化，除此以外，將復合土工膜鋪在網下并延伸至石龍頂部并按從上到下的順序，鋪設種植土，格賓石籠，保護層，復合土工膜。通過這樣的材料鋪設河道，一方面減小了工程成本，另一方面提高了防洪防沖刷防侵蝕的效果，保障河流堤岸不受破壞，具備較為良好的經濟效益和生態效益。

圖2 格賓石籠網鋪設

6 結語

河道建設中，生態水利工程能夠發揮巨大的作用，其克服了傳統水利工程容易對生態產生破壞的弊端，能夠保障河道建設的經濟價值，生態價值，社會價值的實現。在生態水利工程設計中，應當遵循多項設計原則，包括尊重自然，順應自然；開發有度，協同共生；民生為本，持續發展；先進技術，科學管理。在此基礎上展開生態水泥工程設計，首先應當構建水生生物群落，豐富生物的多樣性，其次應當進行生態護坡設計，建設生態堤岸，最后應當加強技術投入，選取合適的材料。