淺談水利工程的環(huán)保設計

高　霞

摘要：本文從生態(tài)水利工程設計的意義、設計中要反映出非生物環(huán)境的空間異質(zhì)性與生物群落多樣性的關系設計要遵循自然屬性和美學價值、設計要體現(xiàn)“整體性”等四個方面探討了生態(tài)設計的意義，只有采用生態(tài)設計的環(huán)境策略，才能使環(huán)境影響減少到最低限度，真正實現(xiàn)水利工程的可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：水利工程設計環(huán)保

0引言

目前的環(huán)境問題日漸復雜化和多樣化，但總體來講可以分為三類，即生態(tài)系統(tǒng)的破壞，對人類健康的直接影響和自然資源的日漸耗竭。這就要求水利工程設計人員把對環(huán)境問題的考慮加入到各個過程之中，以最大限度地減少環(huán)境影響。如果能從的設計階段就開始考慮其可能造成的環(huán)境影響，采用綜合的環(huán)境管理策略，就可能避免生產(chǎn)階段帶來的環(huán)境問題而增加的成本。這就要求我們采用生態(tài)設計的環(huán)境策略，把可能的環(huán)境影響減少到最低限度。真正實現(xiàn)水利工程的可持續(xù)發(fā)展。

1生態(tài)水利工程設計的意義

生態(tài)設計是環(huán)境管理領域的一個新概念，它指每一環(huán)節(jié)都需要考慮其可能帶來的環(huán)境影響，通過設計上的改進使水利工程建設的環(huán)境影響降為最低。在這一過程中，決策者應把環(huán)境問題看作和經(jīng)濟效益、公司形象等同樣重要。生態(tài)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(fā)電、航運以及旅游等需求，也要兼顧生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的需求。水利工程結合生態(tài)建設，是一個發(fā)展的必然趨勢。水利工程對于河流生態(tài)系統(tǒng)的威脅主要表現(xiàn)在兩方面：一是自然河流的渠道化，包括將蜿蜒曲折的天然河流改造成直線或折線型的人工河流。二是指自然河流的非連續(xù)化，筑壩是順水流方向的河流非連續(xù)化，流動的河流生態(tài)系統(tǒng)變成了相對靜止的人工湖，流速、水深、水溫及水流邊界條件都發(fā)生了重大變化?，F(xiàn)代科學發(fā)展使我們認識到，傳統(tǒng)意義上的水利工程學在力圖滿足人的需求時，卻在不同程度上忽視了河流生態(tài)系統(tǒng)本身的需求。而河流生態(tài)系統(tǒng)的功能退化，也會給人們的長遠利益帶來損害。未來的水利工程在權衡社會經(jīng)濟需求與生態(tài)系統(tǒng)健康需求這二者關系方面，似應強調(diào)水利工程在滿足人類社會需求的同時，應兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)性。我國發(fā)展生態(tài)水工學及開發(fā)生態(tài)水工技術，應該從工程規(guī)劃角度看，在開發(fā)利用水流時，應明確河流與其上下游、左右岸的生物群落交織在一起共生共存，處于一個完整的生態(tài)系統(tǒng)中。生態(tài)水利工程的設計既要符合水利工程學原理，也要符合生態(tài)學原理，體現(xiàn)生態(tài)水利工程學——人水和諧的設計理念。

2設計中要反映出非生物環(huán)境的空間異質(zhì)性與生物群落多樣性的關系

保護和恢復多樣化的河流環(huán)境，是維持生物多樣化的前提條件。河流里生存著各種各樣的動植物，形成了多樣性的自然生態(tài)環(huán)境。包括河流形狀(河長、河寬、空間范圍、連續(xù)性)、流水狀態(tài)(水位、流速、水溫、水質(zhì)等J、土壤狀態(tài)(土、沙、礫石等)三要素。河流生態(tài)系統(tǒng)生境的主要特點是：水——陸兩相和水——氣兩相的聯(lián)系緊密性：上中下游的生境異質(zhì)性；河流縱向的蜿蜒性；河流橫斷面形狀的多樣性；河床材料的透水性等。水——陸兩相和水——氣兩相的緊密關系，形成了較為開放的生境條件；上中下游的生境異質(zhì)性，造就了豐富的流域生境多樣化條件；河流縱向的蜿蜒性，形成了急流與緩流相間；河流的橫斷面形狀多樣性，表現(xiàn)為深潭與淺灘交錯：河床材料的透水性為生物提供了棲息所。由于河流形態(tài)異質(zhì)性形成了在流速、流量、水深、水溫、水質(zhì)、水文脈沖變化、河床材料構成等多種生態(tài)因子的異質(zhì)性，造就了豐富的生境多樣性，形成了豐富的河流生物群落多樣性。由于人類活動，特別是大規(guī)模治河工程的建設，造成自然河流的渠道化及河流非連續(xù)化，使河流生境在不同程度上單一化，減少了河流生物群落的多樣化，引起了河流生態(tài)系統(tǒng)不同程度的退化。生態(tài)水利工程的目標就是恢復或提高生物群落的多樣性，因此，在工程設計中要充分保護、恢復河流原先所有的多樣化的生物棲息生存環(huán)境，避免河流的渠道化及非連續(xù)化，為生物群落提供多樣性的生存環(huán)境。

3設計要遵循自然屬性和美學價值

生態(tài)水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態(tài)學原理。生態(tài)水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規(guī)律，以確保工程設施的安全、穩(wěn)定和耐久性。工程設施必須在設計標準規(guī)定的范圍內(nèi)，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(tài)地研究河勢變化規(guī)律，保證河流修復工程的耐久性。傳統(tǒng)的水利工程設計的特征是對于自然河流實施控制。而設計生態(tài)水利工程時，要求工程師必須放棄控制自然界的動機，樹立新的工程理念。因為依靠人力和技術控制自然界是不可能的，這種一廂情愿的企圖最終往往歸于失敗。人們要善于利用生態(tài)系統(tǒng)自組織、自設計這個寶貴財富，實現(xiàn)人與自然的和諧。需要強調(diào)的是，地球上沒有兩條相同的河流，每一條河流的特點都是各不相同的。因此，每一項生態(tài)水利工程必須因地制宜，充分尊重每一條河流的自然屬性和美學價值，尋求最佳的生態(tài)工程方案。

4設計要體現(xiàn)“整體性”

“整體性”是指從生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能出發(fā)，掌握生態(tài)系統(tǒng)各個要素間的交互作用，提出修復河流生態(tài)系統(tǒng)的整體、綜合的系統(tǒng)方法，而不是僅僅考慮河道水文系統(tǒng)的修復問題，也不僅僅是修復單一動物或修復河岸植被。首先，水域生態(tài)系統(tǒng)是一個大系統(tǒng)，其子系統(tǒng)包括生物系統(tǒng)、廣義水文系統(tǒng)和人造工程設施系統(tǒng)。而人類活動和工程設施作為生境的組成部分，形成對于水域生態(tài)系統(tǒng)的正負影響。其次，必須重視水域生境的易變性、流動性和隨機性的特點，表現(xiàn)為流量、水位和水量的水文周期變化和隨機變化，也表現(xiàn)為河流淤積與侵蝕的交替變化造成河勢的擺動。再者，要考慮生境邊界的動態(tài)擴展問題。由于動物遷徙和植物的隨機擴散，生境邊界也隨之發(fā)生動態(tài)變動。另外，還要考慮流域之間的協(xié)調(diào)問題?？紤]到河流生態(tài)系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，與周圍生態(tài)系統(tǒng)隨時進行能量傳遞和物質(zhì)循環(huán)，一條河流的生態(tài)修復活動不可能是孤立的，還需要與相鄰的流域的生態(tài)修復活動進行協(xié)調(diào)，最后，河流生態(tài)修復的時間尺度也十分重要。對于河流生態(tài)修復項目要有長期準備，同時進行長期的監(jiān)測和管理。

總之，生態(tài)設計的環(huán)境革命，將通過社會、經(jīng)濟和環(huán)境的重新定位和信息調(diào)控，試圖解決人類生存合理性和人類社會可持續(xù)性發(fā)展問題。種種環(huán)境革命的跡象表明，21世紀是人類生態(tài)大調(diào)整的世紀。改善人與自然關系，使人類社會逐漸走向可持續(xù)發(fā)展的新世紀。生態(tài)設計可以提高公司形象的需要，而生態(tài)設計策略的實施能夠?qū)е抡麄€生產(chǎn)系統(tǒng)的革命性變化。