生態(tài)水利工程設計問題探析

鐘平

摘 要：文章對生態(tài)水利工程設計面臨的幾個主要問題進行分析，闡述了生態(tài)水利工程設計的基本原則和基本理論與方法。

關鍵詞：生態(tài)水利工程設計；問題；設計原則；理論與方法

水利工程對現(xiàn)代社會的經(jīng)濟與社會發(fā)展有著無可替代的作用，在防洪、灌溉、發(fā)電、供水、航運、養(yǎng)殖和旅游等諸多方面對于保障社會安全、促進經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。然而水利水電工程設施的建設和運行，對于河流生態(tài)系統(tǒng)也有著雙重影響。在種種水利工程所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題不斷出現(xiàn)、并嚴重危及區(qū)域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展時，人們開始全面、深入地審視水利工程給人類及生態(tài)所帶來的效應。

1生態(tài)水利工程設計面臨的主要問題

1.1水利工程設計人員與生態(tài)科技工作者缺少合作的機會與機制

水利工程設計人員基于流域生態(tài)需水規(guī)律來進行設計的意識不強，將生態(tài)服務目標作為常規(guī)設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后才進行環(huán)境影響評價，加上當前我國環(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，導致許多水利工程的生態(tài)效益不明顯，負面影響相當突出。水利工程設計人員與生態(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)與設計相對滯后。

1.2生態(tài)水利工程設計缺少生態(tài)水文測驗資料

如果不能從水文測驗站的觀測資料去分析水文過程對生態(tài)過程的正負影響機理，就很難基于生態(tài)系統(tǒng)的自組織規(guī)律尋求生態(tài)水利工程的設計理論、方法與技術參數(shù)。當前，我國水文測驗工作相對落后，水文測驗站還不能適應當前生態(tài)水利工程設計對資料的需求。目前有關生態(tài)水文站方面的設計與布局在我國還未正式開展，國內(nèi)也少有報道。

1.3缺乏基于不同區(qū)域的生態(tài)水利工程設計方法與評價標準

生態(tài)水利工程對服務目標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。當前，對生態(tài)水利工程的功能有一些理論評價指標和評價方法。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準。這與當前水利工程對生態(tài)影響的科學研究工作開展得較少和相應科研成果積累較少有關。水利工程由于涉及工程力學的穩(wěn)定性與安全性，因此國家對水利工程結構建筑物執(zhí)行了一系列的強制性標準，但缺少足夠的技術標準來規(guī)范工程的生態(tài)服務目標。

1.4生態(tài)水利工程與原有水利工程設施難以協(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施的基礎上進行改造和優(yōu)化設計。生態(tài)水利工程的介入必然會影響原來水利工程設施的服務對象與功能，如原來工程的防洪排水標準、發(fā)電效能、灌溉功能等，甚至會給原有水利工程的安全運行帶來一些風險。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目標與功能的差異，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目標與功能進行適度調(diào)整。所以，如何實現(xiàn)生態(tài)水利工程與原有水利工程設施的協(xié)調(diào)運行，是生態(tài)水利工程設計應全面系統(tǒng)考慮的問題。

2生態(tài)水利工程設計的基本原則

2.1保持和恢復河流形態(tài)的空間異質(zhì)性原則

有關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 （spacialheterogeneity）存在正相關關系。非生物環(huán)境的空間異質(zhì)性與生物群落多樣性的關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。

2.2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。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穩(wěn)定性。對于生態(tài)水利工程的經(jīng)濟合理性分析，應遵循投入最小而經(jīng)濟效益和生態(tài)效益最大的原則。

2.3流域尺度及整體性原則

河流生態(tài)修復規(guī)劃應該在流域尺度和長期的時間尺度上進行 ，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行。所謂“整體性”是指從生態(tài)系統(tǒng)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。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)和工程設施系統(tǒng)。

2.4生態(tài)系統(tǒng)自設計、自我恢復原則

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)量并能進行繁衍的種群。依靠生態(tài)系統(tǒng)自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而實現(xiàn)設計。成功的生態(tài)工程經(jīng)驗表明，人工與自然力的貢獻各占1/2。在利用自設計理論時，需要注意充分利用鄉(xiāng)土種。引進外來物種時要持慎重態(tài)度，防止生物入侵。

3生態(tài)水利工程設計基本理論和方法

3.1應以生態(tài)水文學與工程水文學作為工程設計的基礎，進行水文過程的分析與計算

重視生態(tài)水文學與工程水文學的結合，這樣才能為生態(tài)水利工程的設計提供基礎。因為生態(tài)水利工程的服務對象比較廣，往往同時涉及濕地、林業(yè)、草原、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和江河湖泊等生態(tài)用水和工業(yè)、城鎮(zhèn)、消防、居民等經(jīng)濟生活用水，所以只有弄清生態(tài)目標對水資源的時空要求規(guī)律，生態(tài)水利工程的設計才能建立在科學的基礎上。

3.2識別工程可能影響的關鍵生態(tài)敏感目標

生態(tài)水利工程的設計應當能準確識別受工程直接或間接影響的生態(tài)目標，并在工程規(guī)劃階段予以充分考慮。但當前許多水利工程的設計很少或沒有考慮流域生態(tài)敏感點。如在三江平原早期實施的防洪治澇工程中，有的地方跨流域排水，如1988年修建完成的濃鴨截洪總干使?jié)饨杏蔚暮楹訃壹壸匀槐Ｗo區(qū)濕地減少了730km2的地表徑流匯入，使其水資源明顯退化，這就是當時沒有考慮生態(tài)敏感點有直接的關系。

3.3生態(tài)水利工程的設計要與環(huán)境工程設計進行有機結合

生態(tài)水利工程的設計應當充分吸收環(huán)境科學與工程的理論和技術，實現(xiàn)水量與水質(zhì)同步科學配置的目的，尤其是應與水污染防治工程進行有機的結合。由于水利工程作用的水量一般較大且具有明顯的季節(jié)性變化，所以生態(tài)水利工程的設計可能使得其設計與實施存在較大的挑戰(zhàn)與阻力。為了減緩旱田排水挾帶泥沙或污染物進入下游湖泊或天然濕地，可以在進入湖泊或濕地的過渡帶設計生態(tài)處理溝渠或氧化塘。對于水田排水溝渠可以充分利用其生長季節(jié)蓄水，利用人工溝渠濕地對有機污染物質(zhì)進行降解，其實，人工溝渠在蓄水狀況下，如果溝渠兩坡生長有水生植被，對水質(zhì)處理效果較為明顯。所以，在缺水地區(qū)種植水稻，特別是開采地下水種植水稻的地區(qū)，應當進行以水量高效利用與水質(zhì)凈化為目的的生態(tài)水利工程設計。這種設計思路應該來源于水污染的自然穩(wěn)定塘處理理論與工藝。所以，生態(tài)水利工程與水污染控制工程的結合是以后生態(tài)水利工程的一個重要發(fā)展方向。

參考文獻

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