生態水利工程設計在水利建設中的應用價值

楊國堅，程文先

（云南龍猴建設工程有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

隨著全球環境問題的日益突出和人類對水資源的需求不斷增加，生態水利工程設計在水利建設中的應用價值越來越受到重視。生態水利工程設計強調水資源的合理利用與生態環境的保護，通過模擬自然過程、模仿生態系統運行規律，以及采用多種生態技術手段，旨在實現水利工程與生態環境的和諧共生。在傳統的水利工程設計中，主要關注水資源的開發和利用，忽視了生態系統的保護和恢復。這種開發模式導致了一系列環境問題，如河流斷流、濕地退化、生物多樣性減少等，給人類社會和生態系統帶來了嚴重的影響。為了解決這些問題并實現可持續發展。生態水利工程設計通過合理的水資源配置、生態修復和生態補償等手段，充分考慮了水文、水力、生態等多個因素的綜合影響，實現了水資源的科學利用、生態功能的恢復和生態系統的保護[1]。它不僅能夠滿足人類社會對水資源的需求，還能夠改善水環境、促進生態平衡、提高生態系統的穩定性和適應性。

1 生態水利工程設計要點

生態保護導向：生態水利工程設計以保護和修復生態系統為導向，充分考慮生態環境的需要。通過合理的規劃和設計，最大限度地減少對生態系統的干擾，保護和恢復生物多樣性，維護生態平衡。

1.1 注重水資源的高效利用

生態水利工程設計注重水資源的合理配置和有效利用。通過科學的水資源調度方案，確保供需平衡，最大限度地提高水資源的利用效率。這包括對污水進行處理，去除其中的有害物質和雜質，得到處理后的中水可以再次利用。中水可以應用于農業灌溉、城市綠化、工業用水等領域，從而緩解了水資源短缺問題，減少了對自然水源的壓力，并降低了污染物排放量。同時，利用先進的技術手段，如水文模型和智能控制系統，實現對水文過程的精確預測和調控，提高水資源的利用價值。這包括推廣節水型設備，引入新技術和新材料，推廣節水型家電、節水器具等產品。此外，加強用水管理，建立用水計量系統，采取節約用水的方式，如停水、限水等方式控制用水量，加強城市供水管網的管理和維修保養等都是節水的具體措施。廢水回用是通過對污水進行處理后，將得到的中水再次利用，例如用于農業灌溉、城市給排水等領域。垃圾資源化利用則是對生活垃圾、工業廢料等進行資源化利用，如再生紙制造、廢水再生等。能源回收則是對生活垃圾、工業廢料等中所含有的生物質或熱值高的物質進行能源回收，例如焚燒發電、沼氣發電等。通過循環經濟的實施，不僅可以降低資源的消耗量，減少對自然資源的損耗，還可以提高資源利用效率和經濟效益。

1.2 注重污染防治與水質改善

生態水利工程設計中，注重對產業、城市和農村等各類廢水的處理與治理。通過構建合理的污水處理系統，包括生活污水處理廠、工業污水處理設施和農村生活污水處理措施，將廢水中的有害物質、懸浮物和營養物質去除或降低至安全排放標準，以減少對水環境的污染。在對水源地的保護與管理中，將重要的水源地劃定為保護區或控制區，建立規范的管理制度，限制或禁止污染源的活動，確保水源地的水質安全和供水安全。重視河道和湖泊的污染防治和水質改善，通過清淤、清漂和植物修復等手段，恢復河道和湖泊的自凈能力和生態功能，保持水體良好的生物多樣性和生態平衡。此外，建立完善的水環境監測網絡，對水體的水質和污染狀況進行實時、準確的監測，并根據監測結果進行環境評估，及時采取必要的調控和修復措施[2]。加強對水資源、水環境等方面的立法和規劃管理，明確責任和監管機構，加強執法力度，提高水污染防治工作的效果和水質改善的成效。這些措施與要點的應用將有效改善水環境質量，促進區域水資源的可持續利用。

1.3 注重可持續發展的推動

生態水利工程設計在水利建設中注重可持續發展的推動。通過綜合考慮水資源管理、生態保護和社會經濟效益，確保水利項目的長期可持續運行。采用生態修復和環境監測等手段，定期評估和調整工程效果，保證項目的長期效益[3]。

1.4 綜合協調參與主體

生態水利工程設計需要進行綜合規劃和協調，涉及多個相關部門和利益相關方的參與。需要充分考慮水資源、生態環境、社會經濟等多方面因素，并與各方積極溝通和協作，確保設計方案的科學性、可行性和可接受性。生態水利工程設計能夠實現水資源高效利用、生態環境保護、污染防治、可持續發展等目標，為水利建設提供了有效的指導和保障[4-5]。同時，也為社會經濟的可持續發展提供了支持和推動。

2 生態水利工程設計在水利建設中的典型應用價值

2.1 濕地修復與調蓄工程設計

以長江流域濕地修復與調蓄工程設計為案例，長江流域是中國最大的河流流域之一，也是全球重要的濕地生態系統。然而，由于人類活動和自然因素的影響，長江流域許多濕地受到破壞和退化。濕地修復工程設計通過采取一系列措施，如水質改善、植被恢復、濕地面積擴大等，對受損濕地進行修復和保護。這不僅有助于恢復濕地生態系統的完整性和穩定性，還可以提供豐富的生物多樣性、水資源儲備和碳匯功能，對當地的生態環境和經濟社會發展具有重要意義。

通過長江流域濕地修復與調蓄工程設計的實施，取得了顯著的應用價值，包括以下3 點。

（1）恢復生態功能。濕地修復使得濕地面積擴大，生物多樣性增加，恢復了濕地生態系統的完整性和穩定性。濕地成為各種湖泊、支流和洪泛區的調蓄點，提供了滯洪、蓄水、凈化水質等功能，改善了水環境狀況，促進了生態系統的健康發展。

（2）水資源管理與調控。調蓄工程實現了水資源的合理調配和調蓄。在旱季，蓄水調蓄，提供灌溉和城市供水；在豐水期，調節水位，減輕洪澇風險。通過科學的水資源管理，調蓄工程有效保障了長江流域的水資源供應和安全利用。

（3）經濟社會發展。濕地修復與調蓄工程為當地經濟社會發展提供了支持。恢復的濕地成為重要的旅游景點，吸引了大量游客，帶動了相關產業的發展。調蓄工程改善了農田灌溉條件，提高了農業生產效率，推動了農村經濟的發展。同時，調蓄工程還為城市供水提供了穩定可靠的水源，支撐了城市經濟社會的持續發展。

2.2 水土保持工程設計

水土保持工程設計是生態水利工程設計的重要組成部分，其應用價值在于保護和改善土壤質量、防止水土流失、提高水資源利用效率等方面。以中國黃土高原水土保持工程設計為案例，中國黃土高原是世界上最大的黃土集中分布區，土壤肥力低、易腐殖質流失、水土侵蝕嚴重。水土保持工程設計針對黃土高原的特點，旨在保護土壤、減緩水土流失速度，改善生態環境和人居條件。中國黃土高原水土保持工程設計需要通過多種措施，保護和改善土壤質量，防止水土流失，提高水資源利用效率，從而在生態環境和人居條件改善方面具有重要的應用價值。具體措施包括以下5 點。

（1）林木植被。通過合理配置植被，選擇適宜的樹種進行造林和植被恢復，形成生態屏障和水土保持系統。植被可以減少風蝕和水蝕，增加土壤固結力，抑制土壤侵蝕。

（2）土地整治。通過水土保持措施，如修筑溝渠、梯田和坎井等，降低坡面徑流速度，減少水土流失。同時，通過水保工程體系，提高水資源利用效率，保護水源地生態。

（3）坡面覆蓋。采取覆蓋措施，如覆蓋草皮、秸稈、草席等，減少降雨對土壤的沖刷和侵蝕，增加土壤保水能力。

（4）抗沖刷結構。在河道、溝渠等易沖刷區域設置抗沖刷結構，以增加水流阻力，降低河道淤積速度，減緩水土流失。

（5）防風固沙。通過人工林、沙窩、沙島等防護措施，減少風蝕，固定流動沙丘，保護耕地和生態環境。

而通過水土保持工程設計的實施，取得以下顯著的應用價值。

（1）防止水土流失。黃土高原水土保持工程設計通過采取各種措施，包括植被恢復、坡面覆蓋、土地整治等，有效降低了土壤侵蝕和水土流失速度，保護和改善了土壤質量。

（2）提高水資源利用效率。水土保持工程設計通過修筑溝渠、梯田等措施，降低坡面徑流速度，增加入滲，提高了水資源利用效率。同時，通過水保工程體系，保護水源地生態，維護水環境健康。

（3）改善生態環境和人居條件。水土保持工程設計的實施，促進了黃土高原地區的生態環境恢復和改善，提供了良好的生態屏障。同時，減少了水土流失對土地資源和農田的破壞，改善了居民的生活環境。

植被恢復前后的土壤侵蝕情況分別如圖1、圖2所示。

圖1 植被恢復前土壤侵蝕情況

圖2 植被恢復后土壤侵蝕情況

2.3 水資源配置與調度工程設計

水資源配置與調度工程設計是生態水利工程設計中重要的組成部分，其應用價值在于合理利用和分配水資源，提高水資源利用效率，保障水供需平衡和生態環境的可持續發展。以中國南水北調中線工程為案例，中國南水北調中線工程是中國自西部引水到北方干旱地區的一項大型水資源調度工程。該工程通過引水調水、水庫蓄水和輸水通道等措施，將長江流域湖北省的水資源調配到華北地區，解決了華北地區嚴重的水資源短缺問題。具體措施如下。

（1）水源選擇與引水。通過科學評估，選擇可靠的水源地，并設計引水渠道和攔水設施，將水源地的水資源引入目標地區。

（2）水庫建設與蓄水。設計建設水庫，用于調節水量、蓄存水源，根據目標地區的實際需求進行合理的蓄水和釋放操作。

（3）輸水通道設計。設計建設輸水通道，包括隧道、管道和渠道等，將水資源從水源地經過中轉站輸送到目標地區。在設計中考慮輸水通道的防滲漏、泵站布置和輸水能力等因素。

（4）水資源分配與調度。根據目標地區的需求和實際情況，制定水資源分配方案，并進行定期調度，確保水資源供應穩定可靠。

通過合理利用和分配水資源，該工程解決了目標地區的水資源短缺問題，提高了水資源利用效率，促進了區域經濟發展，并改善了生態環境的可持續性。這體現了水資源配置與調度工程設計在生態水利工程中的重要應用價值。具體應用價值如下。

（1）解決水資源短缺問題。南水北調中線工程通過引水調水和水庫蓄水等措施，將長江水資源調配到華北地區，解決了該地區長期以來的嚴重水資源短缺問題，保障了人民的飲水安全和農業用水需求。

（2）提高水資源利用效率。水資源配置與調度工程設計合理分配水資源，優化水資源利用結構，提高了水資源利用效率。同時，通過科學的調度管理，最大限度地減少了水資源的浪費和損失。

（3）促進區域經濟發展。水資源配置與調度工程設計有效解決了地區的水資源短缺問題，為經濟發展提供了可靠的水源支撐。特別是在干旱地區，該工程為農業灌溉、工業用水和城市供水等方面提供了重要支持，推動了區域經濟的持續健康發展。

（4）改善生態環境。通過調配水資源，南水北調中線工程改善了目標地區的生態環境。在保證城市供水和農業用水的同時，使河流湖泊生態系統得到有效修復和保護，提高了生態環境的穩定性和可持續性。

3 結語

綜上所述，生態水利工程設計在水利建設中具有重要的應用價值。通過恢復和改善生態系統功能，提高水資源利用效率，保護生態環境，促進可持續發展。這種設計方法的成功應用實例不斷涌現，為未來水利建設提供了有益的借鑒和啟示。然而，仍需深入研究和實踐，不斷完善生態水利工程設計的理論與方法，推動其更廣泛地應用于水利工程中，更好地發揮其價值。