基于生態(tài)理念的水利工程設(shè)計研究

張穎宇

（渝水區(qū)水務(wù)局，江西 新余 338000）

某水利樞紐位于流域上游6公里處，依據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)狀況及流域規(guī)劃要求，該水利樞紐為綜合利用工程。主要以防洪發(fā)電為主，并進(jìn)行適當(dāng)灌溉任務(wù)。其中在發(fā)電設(shè)計方面，初步估算電廠裝機(jī)最大引流量為28 m3/s，洪水安全泄量為3200 m3/s，區(qū)域農(nóng)田灌溉最大引水流量為23.5 m3/s。依據(jù)上述數(shù)據(jù)，本文對該水利樞紐設(shè)計進(jìn)行了分析。

1 生態(tài)理念水利工程設(shè)計面臨的風(fēng)險

1.1 生態(tài)水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)缺失

基于生態(tài)理念水利工程具有地域性、特定性的特點，不同地域水利生態(tài)系統(tǒng)的特異性，在實際生態(tài)水利工程設(shè)計過程中需要依據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行合理設(shè)置，但是現(xiàn)階段我國并沒有具體的區(qū)域生態(tài)水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致在相應(yīng)的生態(tài)水利工程實施過程中，并不能保障其實際價值能夠得到充分發(fā)揮，甚至對相應(yīng)生態(tài)水利工程改造的安全穩(wěn)定性也造成了一定的沖擊。

1.2 生態(tài)水利與以往水利工程難以協(xié)調(diào)

生態(tài)理念水利工程設(shè)計工作大多是依據(jù)以往的水利工程設(shè)施模式進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化改進(jìn)，如洪河國家自然保護(hù)區(qū)、白洋淀濕地供水工程等。這種情況下生態(tài)理念水利工程設(shè)計與以往水利設(shè)施運行是不可分割的，在具體的生態(tài)水利工程設(shè)計過程中需要依據(jù)區(qū)域供水量對其流動趨勢進(jìn)行適當(dāng)規(guī)劃，在一定程度上影響水利工程設(shè)施服務(wù)性能。而現(xiàn)階段生態(tài)水利工程與以往水利工程服務(wù)目標(biāo)的差異，也導(dǎo)致其實際運行過程中的矛盾沖突不可避免。

1.3 與流域生態(tài)規(guī)律不符

在實際生態(tài)水利工程設(shè)計工作進(jìn)行時，由于水利工程設(shè)計人員沒有與生態(tài)科技工作人員建立緊密的聯(lián)系，導(dǎo)致其在實際工程設(shè)計過程中無法嚴(yán)格依據(jù)流域生態(tài)規(guī)律進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃。而生態(tài)服務(wù)目標(biāo)常規(guī)設(shè)計模式仍然處于研究試運行階段，也影響整體生態(tài)水利可行性規(guī)劃工作的順利開展。再加上現(xiàn)階段我國環(huán)境影響評價咨詢機(jī)制還不夠完善，在實際評價過程中并沒有完整的生態(tài)評價標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致相應(yīng)水利工程生態(tài)效益不夠突出，甚至出現(xiàn)較多的不穩(wěn)定風(fēng)險因素。

2 生態(tài)理念的水利工程設(shè)計措施

2.1 強(qiáng)化水文工作

水利工程運行過程中往往具有較為廣泛的服務(wù)對象，即在基礎(chǔ)灌溉性能的基礎(chǔ)上，還具有發(fā)電、供水、航運、防洪、養(yǎng)殖等方面功能。在上述功能運行過程中涉及到生態(tài)用水、經(jīng)濟(jì)生活用水等多個類型的水資源[1]。因此生態(tài)水利工程設(shè)計應(yīng)結(jié)合生態(tài)目標(biāo)對應(yīng)的水資源在時間、空間維度上的運行規(guī)律，明確生態(tài)水利工程設(shè)計目標(biāo)。如在進(jìn)行提水灌區(qū)設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合生態(tài)水文學(xué)、工程水文學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，綜合考慮非灌溉時期、灌溉空隙期、灌溉時期等相應(yīng)時期的特點，并對灌溉區(qū)域尾水儲備及濕地補(bǔ)水情況進(jìn)行可行性分析。同時依據(jù)區(qū)域季節(jié)特點及降水情況進(jìn)行合理設(shè)置，從而保證相應(yīng)水利工程在整個時期內(nèi)都具有充足的水利資源儲備。表1主要為某水利工程灌溉時間及流量數(shù)據(jù)。

表1 某水利工程灌溉時間及流量要求

完善的水文資料是水利工程設(shè)計工作正常開展的基礎(chǔ)。因此為了保證生態(tài)水利工程設(shè)計工作順利進(jìn)行，相關(guān)工程設(shè)計人員應(yīng)加強(qiáng)對水文工作的重視，將生態(tài)理念貫穿到水利工程設(shè)計的整個過程中。依據(jù)上述目標(biāo)，在實際設(shè)計工作開展過程中，相關(guān)水利工程設(shè)計人員應(yīng)逐步加強(qiáng)與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)科技部門之間的聯(lián)系，全面搜集水利建設(shè)區(qū)域水文資料信息，為生態(tài)水利工程設(shè)計工作的順利開展提供充足的數(shù)據(jù)支持[1]。在這個基礎(chǔ)上可將生態(tài)理念與區(qū)域河流特點進(jìn)行有效結(jié)合，從而保證水利工程生態(tài)效益的充分發(fā)揮。如在河流斷面設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合以往河流縱斷面的變化性，采取不規(guī)則截面處理（如圖1所示）。

圖1 生態(tài)水利工程植物生態(tài)景觀設(shè)置圖

圖1 主要是為了降低規(guī)則斷面導(dǎo)致的河流生態(tài)恢復(fù)風(fēng)險，可適當(dāng)采取植物生態(tài)景觀設(shè)計,結(jié)合非規(guī)則斷面水力計算及支持工具的應(yīng)用，保證整體水文工作的順利開展。

2.2 與環(huán)境工程相結(jié)合

在具體水利工程設(shè)計過程中，可結(jié)合環(huán)境科學(xué)、水利工程的相關(guān)內(nèi)容，從水流量、水源質(zhì)量等方面對水利工程區(qū)域內(nèi)水資源進(jìn)行優(yōu)化配置。由于水利工程內(nèi)部水量較大，且具有鮮明的季節(jié)性特征，因此在實際生態(tài)水利工程設(shè)計過程中可采取適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)維護(hù)措施，如在景觀設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合整體河流、湖泊的自然審美需求，盡量降低混凝土、砌石等材料的應(yīng)用頻率[2]。并在進(jìn)入相應(yīng)河流湖泊前期，設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的生態(tài)處理溝渠、氧化塘，并配置水田排水溝植物，可有效降低水利工程實施對周邊生態(tài)環(huán)境造成的污染[2]。水利工程在實際運行中具有發(fā)電、防洪、灌溉等基礎(chǔ)功能，而在生態(tài)理念的水利工程設(shè)計保證相關(guān)水利工程基礎(chǔ)功能充分發(fā)揮的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)增加生物棲息地的建設(shè)規(guī)劃。即在生態(tài)理念下的水利工程設(shè)計工作，應(yīng)將其基本功能與生態(tài)功能進(jìn)行有效結(jié)合，在這個基礎(chǔ)上對整體規(guī)劃方案進(jìn)行綜合分析，從而為人群聚居與自然環(huán)境恢復(fù)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展提供依據(jù)。此外，在實際水利工程設(shè)計過程中，為了保證水利工程生態(tài)效益的穩(wěn)定發(fā)揮，在生態(tài)水利工程設(shè)計環(huán)節(jié)中，可結(jié)合部分區(qū)域開展跨區(qū)域排水工作。在區(qū)域排水工作開展之前，相關(guān)生態(tài)水利工程設(shè)計人員可在工程上游來水及降水分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮下游水流撓力、水庫非汛期水流等影響因素，對整體工程開展時期內(nèi)的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，促使實際生態(tài)工程規(guī)劃效率得到有效提升。圖2為生態(tài)工程規(guī)劃設(shè)計與環(huán)境工程結(jié)合的生態(tài)尾水凈化工程模型。

圖2 城市尾水生態(tài)凈化工程模型

2.3 完善基礎(chǔ)模塊設(shè)計

為了避免生態(tài)水利工程設(shè)計與流域生態(tài)規(guī)律不符導(dǎo)致的風(fēng)險問題，在實際生態(tài)水利工程設(shè)計過程中，可依據(jù)基礎(chǔ)水利工程設(shè)計流程及其內(nèi)部相關(guān)模塊進(jìn)行合理規(guī)劃設(shè)置。首先在防洪工程規(guī)劃設(shè)計過程中，主要通過對經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益的綜合分析，采取一定的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)措施。以此為依據(jù)對相關(guān)水利生態(tài)工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評估，并建立完善的生態(tài)評價指標(biāo)。在以往河道整治河流本身有機(jī)聯(lián)系生態(tài)評定的基礎(chǔ)上，可將海岸生態(tài)系統(tǒng)、湖泊生態(tài)系統(tǒng)、河流生態(tài)系統(tǒng)及其周邊生物群落、下游人群聚集區(qū)納入整體生態(tài)經(jīng)濟(jì)評定體系中。通過建立完整的生態(tài)系統(tǒng)，結(jié)合生態(tài)走廊的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。在水文設(shè)計的過程中，還應(yīng)強(qiáng)化水文地質(zhì)勘探及生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部生物群落調(diào)查，從而保證整體水利工程生態(tài)效益充分發(fā)揮。其次在堤岸線設(shè)置過程中應(yīng)依據(jù)河流形態(tài)同質(zhì)化的特點，遵循以往河流、湖泊運行規(guī)律，保證其原始狀態(tài)的有效維持[3]。在堤間距確定之后可依據(jù)適當(dāng)?shù)葘捓砟?，對土地利用與生態(tài)維護(hù)、防洪建設(shè)與生態(tài)維護(hù)等方面進(jìn)行協(xié)調(diào)分析[3]。然后依據(jù)洪水流量要求，進(jìn)行植被空間寬度的合理設(shè)置，為有機(jī)體生長及河流自凈功能的充分發(fā)揮提供依據(jù)；而在堤岸形態(tài)設(shè)計過程中，主要依據(jù)水利工程滲漏要求及工程生態(tài)恢復(fù)要求，優(yōu)先選擇原始地質(zhì)緩坡或原始材料，為河流側(cè)向連通性的恢復(fù)提供依據(jù)。最后在岸坡防護(hù)設(shè)計過程中，水陸交錯帶護(hù)岸結(jié)構(gòu)對整體工程具有較大的影響，其不僅是陸生及水生動植物的主要棲息地，而且對于生態(tài)景觀恢復(fù)具有重要的作用。因此在實際邊坡防護(hù)工程設(shè)計過程中，應(yīng)加大對水陸交錯帶護(hù)岸結(jié)構(gòu)的管理，通過對區(qū)域自然景觀的協(xié)調(diào)設(shè)計，實現(xiàn)良好的緩沖及水質(zhì)過濾作用。同時護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計中通過天然材料、多孔混凝土等滲透性良好材料的應(yīng)用，可以提高整體工程穩(wěn)定性。

3 總結(jié)

生態(tài)水利工程是一項集生態(tài)學(xué)、水利工程學(xué)為一體的綜合學(xué)科，其體現(xiàn)了人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)理念，對于生態(tài)環(huán)境恢復(fù)及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)共同發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。針對現(xiàn)階段生態(tài)水利工程設(shè)計過程中出現(xiàn)的風(fēng)險因素，相關(guān)水利工程設(shè)計人員可結(jié)合生態(tài)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，依據(jù)相應(yīng)的流域發(fā)展規(guī)律，在以往水利工程設(shè)計的基礎(chǔ)上，對相應(yīng)生態(tài)水利工程進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計規(guī)劃，從而保證水利工程生態(tài)效益與社會效益同步上升。