生態(tài)水利工程的發(fā)展及其現(xiàn)狀研究

郭合軍

(海林市水務(wù)局，黑龍江海林157100)

水是人類(lèi)生產(chǎn)和生活必不可少的寶貴資源，但其天然分布狀況，不完全符合人類(lèi)的需求，隨著生產(chǎn)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，人類(lèi)開(kāi)始主動(dòng)地控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，為除害興利而修建水利工程，以便控制水流，防治洪澇災(zāi)害，并進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，滿足人民生活和生產(chǎn)對(duì)水資源的需要。

1 傳統(tǒng)水利工程引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題

近30年來(lái)，水利工程的生態(tài)影響問(wèn)題受到廣泛的關(guān)注，其主要原因是傳統(tǒng)水利工程引發(fā)了一系列的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題:

1)自然河流的連續(xù)性遭到破壞。河流上建設(shè)的大壩切斷了河流廊道的橫向聯(lián)系，造成自然河流的非連續(xù)化。大壩將河流攔腰斬?cái)啵淖兞撕恿鞯淖匀粻顟B(tài)，阻斷了魚(yú)類(lèi)的洄游路線，淹沒(méi)了河流原始地貌，引水式電站還造成壩后脫水段，河流的生境被嚴(yán)重地破壞;堤防和防洪工程的建設(shè)將河流與其密切相關(guān)的漫灘、泡沼、濕地的橫向和縱向聯(lián)系切斷，導(dǎo)致它們形態(tài)和功能的改變。自然河流縱向和縱向連續(xù)性的改變和破壞，導(dǎo)致河流生態(tài)環(huán)境的改變和惡化，引起河流生態(tài)系統(tǒng)的退化。

2)自然河流形成的蜿蜒曲折與深潭、淺灘等，不僅提供了河流形態(tài)的多樣性，也提供了生境的多樣性，為河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定創(chuàng)造了條件。河道的渠系化、直線化，蜿蜒曲折的自然河流被改造成平直的人工渠道或渠網(wǎng)，自然河流所特有的急流、淺灘、深潭、沼澤等河流形態(tài)消失，完全被硬質(zhì)護(hù)坡或混凝土材料取代，多樣性的河流生態(tài)系統(tǒng)逐漸消失。

3)淹沒(méi)耕地、引發(fā)大量移民。水庫(kù)和電站的建設(shè)不可避免地要占用和淹沒(méi)大量的土地資源。例如20世紀(jì)50年代開(kāi)始修建的丹江口水庫(kù)一期工程就涉及湖北省丹江口市、鄖縣和河南省淅川縣的大片土地。其中淹沒(méi)淅川縣耕地1.9萬(wàn)hm2，占當(dāng)時(shí)全縣耕地總面積的55%，南水北調(diào)工程中線工程實(shí)施后，該縣耕地將再一次被淹沒(méi)0.87 hm2。

水利工程的建設(shè)還迫使大量受影響地區(qū)的居民遷移，如果處理不當(dāng)，不僅引發(fā)社會(huì)為題，也增加了遷入地區(qū)的生態(tài)保護(hù)的壓力，出現(xiàn)新的環(huán)境問(wèn)題。

4)跨流域調(diào)水，給生態(tài)系統(tǒng)造成重大損害，甚至產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。由于跨流域調(diào)水打破了河流水系的自然格局，可能出現(xiàn)超量調(diào)水、超量用水的情況，對(duì)調(diào)水河流水文情勢(shì)和水生態(tài)環(huán)境帶來(lái)改變;同時(shí)長(zhǎng)距離輸水的人工河流沿途土壤鹽漬化、沼澤化問(wèn)題，也可能出現(xiàn)，以及受水區(qū)引發(fā)水生態(tài)問(wèn)題，在以往的跨流域調(diào)水工程中均不同程度地得到一些失敗的教訓(xùn)。

2 生態(tài)水利工程的基本理念、內(nèi)涵和研究?jī)?nèi)容

水利工程引發(fā)的生態(tài)問(wèn)題，迫使人們對(duì)傳統(tǒng)水利工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理進(jìn)行反思，促進(jìn)了水利工程和生態(tài)工程的結(jié)合，從而提出了生態(tài)水利工程的概念。

2.1 生態(tài)水利工程的基本理念

2.1.1 尊重自然的理念

自然河流形成的河流地貌和形態(tài)是河流長(zhǎng)期發(fā)展與演化的結(jié)果，也是河流與周邊環(huán)境相互作用，逐漸形成的平衡狀態(tài)。河流地貌與河流形態(tài)的外在穩(wěn)定，保證了河流生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。因此，生態(tài)水利工程秉承尊重自然的理念，在規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)中盡量保持河流地貌和形態(tài)的自然狀態(tài)，20世紀(jì)80年代世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行的河流回歸自然的改造，以及“親近自然河流”的提法、“多自然河川計(jì)劃”，就是基于這樣的理念，拆除以前在河床上人工鋪設(shè)的硬質(zhì)材料，在保證防洪的前提下，修建生態(tài)河堤，恢復(fù)河岸邊植物群落與河畔林，重塑河流生態(tài)環(huán)境，使受損的河流生態(tài)得以修復(fù)。

2.1.2 人類(lèi)與生態(tài)共享水資源的理念

水不僅是人類(lèi)生產(chǎn)生活不可或缺的自然資源，也是維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)健康、保障生態(tài)平衡必不可少的生態(tài)要素。水是生物生存的重要條件，是生物體的主要組成部分。人類(lèi)和動(dòng)植物的依存關(guān)系不言而喻，要維持人類(lèi)的生存，就要維護(hù)好地球上生物的生存，立與生物共享水資源、與生態(tài)共享水資源的理念，在滿足人類(lèi)用水需求的同時(shí)，也要保證維護(hù)生態(tài)健康用水量。

2.1.3 可持續(xù)發(fā)展的理念

1987年題為《我們共同的未來(lái)》的研究報(bào)告中提出了“既滿足當(dāng)代人的需求，又不對(duì)后代人滿足其需求的能力構(gòu)成危害的發(fā)展”的可持續(xù)發(fā)展概念，是人類(lèi)在總結(jié)自身發(fā)展歷程之后，提出的新的發(fā)展模式，就是在保持自然資源的質(zhì)量和可提供的服務(wù)前提下，保護(hù)和加強(qiáng)環(huán)境系統(tǒng)的生產(chǎn)和更新能力，使人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。水資源是人類(lèi)生存環(huán)境最重要的基本要素，水資源的開(kāi)發(fā)和利用必須遵從可持續(xù)發(fā)展的理念，其內(nèi)涵包括保護(hù)水資源的承載能力，優(yōu)化水資源配置和強(qiáng)化水資源管理。即水資源的開(kāi)發(fā)不能超過(guò)水資源自身的承載能力，就是指水資源總量不因時(shí)間的推移而減少、水質(zhì)和水環(huán)境保持良好狀態(tài)情況下的水資源開(kāi)發(fā);有限的水資源在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水、生活用水和生態(tài)用水之間實(shí)現(xiàn)最佳分配，使水資源本身、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)布局以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略之間的互動(dòng)和協(xié)調(diào)，最終達(dá)到一種大體上的平衡;建立一套高效科學(xué)的水資源管理模式，為水資源的可持續(xù)利用提供體制上的保障。

2.1.4 依靠自然恢復(fù)能力的理念

生態(tài)工程所涉及的生態(tài)系統(tǒng)和自然界自我設(shè)計(jì)與自我完善的概念主要是指生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)與反饋機(jī)制，也就是使生態(tài)系統(tǒng)具有適應(yīng)各種環(huán)境變化，并進(jìn)行自我修復(fù)的能力，以此保證生態(tài)系統(tǒng)功能發(fā)生最低程度的變化。生態(tài)水利工程從本質(zhì)上講是一種生態(tài)工程，和傳統(tǒng)的水利設(shè)計(jì)相比，生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)是一種“指導(dǎo)性”的設(shè)計(jì)，或者說(shuō)是輔助性設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師必須放棄控制自然的動(dòng)機(jī)，要依靠生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計(jì)、自組織功能，輔以適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)，由自然界選擇合適的物種，形成合理的結(jié)構(gòu)，從而完成設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。

2.2 生態(tài)水利工程的內(nèi)涵及其研究?jī)?nèi)容

生態(tài)水利是把人和水體置于整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，研究人和自然對(duì)水利的共同需求，從生態(tài)的角度出發(fā)進(jìn)行水利工程建設(shè)，建立良性循環(huán)和可持續(xù)利用的水利體系，從而達(dá)到可持續(xù)發(fā)展以及人與自然和諧的目的。生態(tài)水利工程的研究?jī)?nèi)容主要包括:

1)水循環(huán)與生態(tài)系統(tǒng):利用水文學(xué)和生態(tài)學(xué)的原理研究流域生態(tài)系統(tǒng);分析水文情勢(shì)變化與生態(tài)系統(tǒng)演變之間的內(nèi)在規(guī)律;確定水環(huán)境條件變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響;模擬水資源與生態(tài)系統(tǒng)各要素之間的相關(guān)關(guān)系。

2)生態(tài)水利規(guī)劃與設(shè)計(jì):研究流域生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)干擾的最大承載力，結(jié)合生態(tài)環(huán)境建設(shè)，提出符合生態(tài)安全的水利建設(shè)規(guī)劃與設(shè)計(jì)方案。生態(tài)水利規(guī)劃涉及水資源、環(huán)境、生態(tài)和水利等多個(gè)學(xué)科，在規(guī)劃過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用各學(xué)科的綜合知識(shí)，實(shí)現(xiàn)水資源的持久利用。

3)水利工程的生態(tài)效應(yīng):在研究水資源開(kāi)發(fā)、利用、保護(hù)、管理、經(jīng)營(yíng)和生態(tài)環(huán)境之間的相互關(guān)系基礎(chǔ)上，提出水利工程建設(shè)產(chǎn)生的累積生態(tài)學(xué)效應(yīng)的評(píng)估和預(yù)測(cè)方法、指標(biāo)體系。建立生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和重建的技術(shù)和工程方案。生態(tài)水利強(qiáng)調(diào)以預(yù)防和保護(hù)為目標(biāo)，采用工程和非工程相結(jié)合的措施，恢復(fù)已退化的流域生態(tài)系統(tǒng)。

4)生態(tài)水利系統(tǒng)管理:研究生態(tài)水利系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)方法，建立流域生態(tài)安全的決策支持系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)。提出滿足生態(tài)安全的優(yōu)化調(diào)控與管理措施。

3 生態(tài)水利工程的熱點(diǎn)問(wèn)題

3.1 河流健康評(píng)估

河流健康是生態(tài)系統(tǒng)健康概念的一種派生。20世紀(jì)80年代在歐洲和北美開(kāi)始了河流保護(hù)行動(dòng)，許多國(guó)家通過(guò)修改、制定水法和環(huán)境保護(hù)法，加強(qiáng)對(duì)河流的環(huán)境評(píng)估和生態(tài)保護(hù)，“河流健康”的概念也相應(yīng)出現(xiàn)。河流健康的評(píng)估包含兩方面問(wèn)題:一是如何確定河流健康的基準(zhǔn)點(diǎn)，二是如何處理人與河流的關(guān)系。

一般來(lái)說(shuō)，河流健康主要按照4類(lèi)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，即物理—化學(xué)評(píng)估，生物棲息地評(píng)估，水文評(píng)估和生物評(píng)估功贖罪。河流健康的概念拓展了人們的視野，從單純的水質(zhì)保護(hù)，擴(kuò)展到河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)。

3.2 河流生態(tài)修復(fù)

河流生態(tài)修復(fù)是指使用綜合方法，是河流恢復(fù)因人類(lèi)活動(dòng)的干擾而喪失或退化的自然功能。河流生態(tài)修復(fù)的任務(wù)，一是水文條件的改善，二是河流地貌學(xué)特征的改善，目的是改善河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，標(biāo)志是生物群落多樣性的提高，與水質(zhì)改善為單一目標(biāo)相比更具有整體性的特點(diǎn)，其生態(tài)效益更高。

3.2.1 水文條件的改善

1)維持河流生態(tài)環(huán)境需水量

廣義地講，生態(tài)環(huán)境需水可以被認(rèn)為是維持全球生物地理生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需的用水，包括水熱平衡、水沙平衡、水鹽平衡用水等。狹義地講，生態(tài)環(huán)境需水可以被視作為維護(hù)生態(tài)環(huán)境不再惡化并有所改善所需的水資源總量，包括為保護(hù)和恢復(fù)內(nèi)陸河流下游天然植被及生態(tài)環(huán)境的用水、水土保持及水保范圍之外的林草植被建設(shè)用水、維持河流水沙平衡及濕地和水域等生態(tài)環(huán)境的基流、回補(bǔ)區(qū)域地下水的水量等方面。廣義的生態(tài)環(huán)境需水概念對(duì)研究不同尺度的水資源系統(tǒng)和考慮各種系統(tǒng)功能及其相應(yīng)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)較為適用，而狹義的生態(tài)環(huán)境需水概念對(duì)水資源供需矛盾突出和生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱的干旱、半干旱地區(qū)以及季節(jié)性干旱的半濕潤(rùn)區(qū)的系統(tǒng)分析相對(duì)適合。在實(shí)際工作中往往需要確定的是最小流量，即最小生態(tài)環(huán)境需水量，也是生態(tài)水利的重要任務(wù)之一。

2)河流污染控制

通過(guò)污水處理，控制污水排放以及提倡清潔生產(chǎn)改善水質(zhì);保障河流環(huán)境流量，維護(hù)河流的自凈能力和提高河流的稀釋能力也可以實(shí)現(xiàn)河流水質(zhì)的保護(hù);加強(qiáng)流域的生態(tài)環(huán)境建設(shè)，改善水土保持水平，減少面源污染對(duì)控制河流面源污染，保障河流水質(zhì)也是生態(tài)水利工程的研究課題。

3)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度，滿足社會(huì)用水需求外，盡可能接近自然河流的脈沖式的水文周期。

3.2.2 河流地貌學(xué)特征的改善

1)恢復(fù)縱向和橫向連通性的河流廊道

自然河流兩岸的濕地、湖泊是河流系統(tǒng)的組成部分，沿岸生長(zhǎng)發(fā)育著茂密的植物，橫向上根據(jù)植物對(duì)水分要求的不同，發(fā)育著挺水植物帶、濕水植物帶和過(guò)渡帶，組成完整的河岸緩沖帶;縱向上沿河流廊道形成河流綠色廊道，不僅提供了綠色為主的河流廊道景觀，也是極其重要的生態(tài)廊道。生態(tài)水利工程旨恢復(fù)河流縱向和橫向的連通性，以保護(hù)和恢復(fù)河流廊道的生態(tài)功能。

2)盡可能保持河流縱向和橫向形態(tài)的多樣性

由于天然河流形態(tài)上的多樣性，無(wú)論在縱向上還是在橫向上水流狀態(tài)是不斷變化的，從而形成了各式各樣的斷面形式和千姿百態(tài)水流狀態(tài)，為不同類(lèi)型的水生生物的生長(zhǎng)提供了適應(yīng)的生存環(huán)境，也決定了河流生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。生態(tài)水利工程尊重自然的理念的具體體現(xiàn)就是盡量保持河流縱向和橫向形態(tài)的多樣性，也就是保護(hù)河流的生態(tài)多樣性。

3)防止河床材料的硬質(zhì)化

河流兩岸的植物帶是河道與陸地的過(guò)渡帶，河岸緩沖帶河岸景觀被混凝土、砌石等硬質(zhì)材料包裹后，植物的根系很難穿過(guò)堅(jiān)硬的表面，不利于植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，不僅嚴(yán)重地破壞和干擾河岸植被帶，而且破壞了原有的生境，將河岸綠色植被景觀變成了單一灰白色調(diào)的人工建筑物，與自然河流既不協(xié)調(diào)。

生態(tài)水利工程倡導(dǎo)的生態(tài)型護(hù)岸是從護(hù)岸材料上進(jìn)行改進(jìn)，主要采用不同類(lèi)型植被護(hù)岸、生態(tài)型硬質(zhì)護(hù)坡等生態(tài)型護(hù)岸材料，防止河床材料的硬質(zhì)化。

［1］董哲仁、孫東亞.生態(tài)水利工程原理與技術(shù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

［2］蔡守華.水生態(tài)利工程［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2010.

［3］何冰、王延榮、高輝巧.城市水生態(tài)利規(guī)劃［M］.鄭州:黃河水利出版社，2006.

［4］財(cái)團(tuán)法人河口整治中心(日)編.河流與自然環(huán)境［M］.鄭州:黃河水利出版社，2004.

［5］水利部國(guó)際合作與科技司.河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)研討會(huì)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

［6］王順久、張欣莉、倪長(zhǎng)鍵、丁晶 .水資源優(yōu)化配置原理及方法［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.