現(xiàn)代生態(tài)水利工程設(shè)計的探索與研究

林健成

摘要：本文對水利工程中的水工設(shè)計工作進(jìn)行研究，通過把水工設(shè)計工作轉(zhuǎn)化為方案比選的工作來進(jìn)一步揭示當(dāng)前我國水利水電工程中水工設(shè)計工作中可能存在的一些問題以及解決問題的方案，從而使得該項工作可以得到有效化實施。

關(guān)鍵詞：水利；生態(tài)工程；工程設(shè)計

前言

水利是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，水利發(fā)展直接關(guān)系到國民經(jīng)濟和社會發(fā)展大局。在確保城市防洪排澇安全的基礎(chǔ)上，本著“以人為本，生態(tài)優(yōu)先” 的原則，河涌的整治采取生態(tài)型的工程和生物措施，實現(xiàn)河涌的綜合功能，與城市規(guī)劃相協(xié)調(diào)，形成自然生態(tài)景觀型城市河流。河道整治工程由傳統(tǒng)的水利工程轉(zhuǎn)變?yōu)椴粌H能夠?qū)崿F(xiàn)人們期望的開發(fā)利用水的功能價值，同時能改善和恢復(fù)健全的生態(tài)系統(tǒng)的工程，水利工程結(jié)合生態(tài)建設(shè)，是一個發(fā)展的必然趨勢。

1.水利生態(tài)工程設(shè)計的意義

水利工程結(jié)合生態(tài)建設(shè)，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?biāo)鞣较虻暮恿鞣沁B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。現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展使我們認(rèn)識到，傳統(tǒng)意義上的水利工程學(xué)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(yuǎn)利益帶來損害。未來的水利工程在權(quán)衡社會經(jīng)濟需求與生態(tài)系統(tǒng)健康需求這二者關(guān)系方面，應(yīng)強調(diào)水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)性。

2、水利生態(tài)工程設(shè)計面臨的問題

2.1 缺乏不同區(qū)域的生態(tài)水利工程設(shè)計方法與評價標(biāo)準(zhǔn)

生態(tài)水利工程對服務(wù)目標(biāo)具有特定性和地域性。由于生態(tài)系統(tǒng)存在地理區(qū)域的差異，因此決定了具體的生態(tài)水利工程也具有因地制宜的特征。當(dāng)前，對生態(tài)水利工程的功能有一些理論評價指標(biāo)和評價方法。但對于一個具體的生態(tài)水利工程實踐缺少可操作性的評價方法與標(biāo)準(zhǔn)。這與當(dāng)前水利工程對生態(tài)影響的科學(xué)研究工作開展得較少和相應(yīng)科研成果積累較少有關(guān)。水利工程由于涉及工程力學(xué)的穩(wěn)定性與安全性，因此國家對水利工程結(jié)構(gòu)建筑物執(zhí)行了一系列的強制性標(biāo)準(zhǔn) 但缺少足夠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范工程的生態(tài)服務(wù)目標(biāo)。

2.2 水利工程設(shè)計人員與生態(tài)科技工作者缺少合作機會

水利工程設(shè)計人員基于流域生態(tài)需水規(guī)律來進(jìn)行設(shè)計的意識不強，將生態(tài)服務(wù)目標(biāo)作為常規(guī)設(shè)計要素考慮的意識還不普及。在水利工程可行性研究階段，環(huán)境影響評價工作往往介入較晚，大部分是在水利工程可行性研究方案確認(rèn)后才進(jìn)行環(huán)境影響評價，加上當(dāng)前我國環(huán)境評價管理制度與環(huán)境影響評價咨詢市場還不完善、不規(guī)范，環(huán)境評價單位替業(yè)主考慮得較多，對生態(tài)目標(biāo)考慮得相對較少，有的甚至隱瞞工程真正的生態(tài)影響后果，導(dǎo)致許多水利工程的生態(tài)效益不明顯，負(fù)面影響相當(dāng)突出。水利工程設(shè)計人員與生態(tài)環(huán)境科技工作者缺少合作的機會與

機制，生態(tài)水利工程的開發(fā)與設(shè)計相對滯后。

2.3 生態(tài)水利工程與原有水利工程設(shè)施難以協(xié)調(diào)運行

在一個流域內(nèi)，新的生態(tài)水利工程可能要在原有水利工程設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和優(yōu)化設(shè)計。如白洋淀濕地供水工程、扎龍濕地補水工程、洪河國家自然保護(hù)區(qū)水資源恢復(fù)工程等生態(tài)水利工程，均要借助原有水利工程設(shè)施，合理科學(xué)地配置一些分水工程和蓄水工程對區(qū)域來水量進(jìn)行重新分配或?qū)λ娜ハ蜻M(jìn)行重新調(diào)整等。生態(tài)水利工程的介入必然會影響原來水利工程設(shè)施的服務(wù)對象與功能，如原來工程的防洪排水標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)電效能、灌溉功能等，甚至?xí)o原有水利工程的安全運行帶來一些風(fēng)險。由于原有水利工程與生態(tài)水利工程最為顯著的差異是服務(wù)目標(biāo)與功能的差異，因此有必要在開發(fā)生態(tài)水利工程的同時，對原有水利工程的服務(wù)目標(biāo)與功能進(jìn)行適度調(diào)整。所以，如何實現(xiàn)生態(tài)水利工程與原有水利工程設(shè)施的協(xié)調(diào)運行，是生態(tài)水利工程設(shè)計應(yīng)全面系統(tǒng)考慮的問題。

3、生態(tài)水利工程學(xué)的原則

3.1 生態(tài)工程安全性和經(jīng)濟性原則

生態(tài)水利工程既要符合水利工程學(xué)原理，也要符合生態(tài)學(xué)原理。生態(tài)水利工程的工程設(shè)施必須符合水文學(xué)和工程力學(xué)的規(guī)律，以確保工程設(shè)施的安全、穩(wěn)定和耐久性。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(fù)工程的穩(wěn)定性。對于生態(tài)水利工程的經(jīng)濟合理性分析，應(yīng)遵循投入最小而經(jīng)濟效益和生態(tài)效益最大的原則。

3.2 保持和恢復(fù)河流形態(tài)的空間異質(zhì)性原則

有關(guān)生物群落研究的大量資料表明，生物群落多樣性與非生物環(huán)境空間異質(zhì)性存在正相關(guān)關(guān)系。非生物環(huán)境的空間異質(zhì)性與生物群落多樣性的關(guān)系反映了非生命系統(tǒng)與生命系統(tǒng)之間的依存和耦合關(guān)系。一個地區(qū)的生境空間異質(zhì)性越高，意味著創(chuàng)造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環(huán)境變得單調(diào)，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質(zhì)、密度和比例等都會發(fā)生變化，造成生態(tài)系統(tǒng)的某種程度的退化。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計、自我恢復(fù)原則

生態(tài)系統(tǒng)的自組織功能表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。自組織的機理是物種的自然選擇，某些與生態(tài)系統(tǒng)友好的物種，能夠經(jīng)受自然選擇的考驗，尋找到相應(yīng)的能源與合適的環(huán)境條件。在這種情況下，生境就可以支持一個具有足夠數(shù)量并能進(jìn)行繁衍的種群。依靠生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)設(shè)計。成功的生態(tài)工程經(jīng)驗表明，人工與自然力的貢獻(xiàn)各占1/2。在利用自設(shè)計理論時，需要注意充分利用鄉(xiāng)土種。引進(jìn)外來物種時要持慎重態(tài)度，防止生物入侵。

3.4 流域尺度及整體性原則

河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃應(yīng)該在流域尺度和長期的時間尺度上進(jìn)行，而不是在河段或局部區(qū)域的空間尺度和短期的時間尺度上進(jìn)行。所謂“整體性”是指從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)問題，也不僅僅是修復(fù)單一動物或修復(fù)河岸植被。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)和工程設(shè)施系統(tǒng)。

4、生態(tài)水利工程建設(shè)實施的建議

對于河流生態(tài)系統(tǒng)我們不能走“先破壞，后補償”的老路，在規(guī)劃設(shè)計階段就要考慮如何最大限度減少對于河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫。未來的水利工程不僅是能夠滿足人們供水、灌溉、防洪、航運、發(fā)電及旅游需求的工程，也應(yīng)該是有利于生態(tài)建設(shè)的環(huán)境工程。在河道整治工程中，尊重天然河道形態(tài)，避免直線和折線型的河道設(shè)計。灌溉渠道設(shè)計也要注意模仿河流自然形態(tài)的特點。對于河流的裁彎取直工程要充分論證，持慎重態(tài)度。保持河流斷面形狀的多樣性，尊重河流原有的自然斷面形態(tài)。河道整治工程中應(yīng)盡可能避免采用幾何規(guī)則斷面，疏浚工程施工中避免河道斷面的均一化。

5、結(jié)束語

實現(xiàn)人水和諧發(fā)展，是現(xiàn)階段及新時期治水思路的本質(zhì)特征，也是科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在要求。我們要把現(xiàn)代水科技與古代水文化結(jié)合起來，達(dá)到人與水親密無間、和諧相處，不斷提高水利對經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境的支撐保障能力。目前，洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水土流失和水污染問題仍然是制約經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素。堅持人水和諧發(fā)展的思想，對于減輕自然災(zāi)害、維系良好的生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]董哲仁.試論生態(tài)水利工程的基本設(shè)計原則[J].水利學(xué)報.2004.

[2]王治國.關(guān)于生態(tài)修復(fù)若干概念與問題的討論.中國水土保持，2003.

[3]楊國順.一部劃時代的水利史新書[M].黃河史志資料.2006.

[4]劉正茂，趙艷波，崔玉玲，王艷玲.生態(tài)水利工程設(shè)計應(yīng)遵循的理論與技術(shù)路線[J].水利發(fā)展研究.2007.