關(guān)于水利水電工程中生態(tài)河道設(shè)計(jì)的研究

蔣津平

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，天津 300250）

1 水利水電工程中的生態(tài)建設(shè)理念

隨著生態(tài)保護(hù)理念的深入發(fā)展，使得社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域都意識(shí)到了其重要性。就生態(tài)建設(shè)理念來說，所包含的內(nèi)容極為廣泛，并且還有著一定的區(qū)域性，針對(duì)不同的氣候、人文等，所應(yīng)用的生態(tài)建設(shè)理念都大相徑庭。在生態(tài)建設(shè)中，還應(yīng)融入生態(tài)功能性的相關(guān)理念，并圍繞生態(tài)自然的功能，來實(shí)現(xiàn)生態(tài)建設(shè)理念在生活中的有效性。

生態(tài)環(huán)境和人們的生活之間有著巨大的關(guān)系，其更是人們發(fā)展的核心基礎(chǔ)。對(duì)于水利水電建設(shè)來說，工程的開展會(huì)對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境帶來影響，為真正落實(shí)環(huán)境保護(hù)工作，就要在實(shí)際設(shè)計(jì)中融入生態(tài)建設(shè)理念。要把水利水電工程建設(shè)對(duì)生態(tài)平衡的破壞，控制在自然生態(tài)的自愈能力以內(nèi)。若是缺少生態(tài)建設(shè)的話，就一定會(huì)在建設(shè)后對(duì)生態(tài)造成嚴(yán)重的影響。由于可持續(xù)發(fā)展的提出，所以水利水電工程在進(jìn)行環(huán)境建設(shè)的時(shí)候，應(yīng)客觀遵循環(huán)境規(guī)律，充分了解工程施工的生態(tài)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以此保障水利水電工程可充分融入生態(tài)理念，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的目標(biāo)。

隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得水利水電工程的建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，以往的工程設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)用性的要求更高，注重農(nóng)業(yè)發(fā)展，忽略了對(duì)環(huán)境保護(hù)的思考，致使我們國家早期的水利水電工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了極為嚴(yán)重的影響，甚至還破壞了生態(tài)系統(tǒng)。

2 河道生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理工作的重要性

首先，河道生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理工作符合國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基本國策，國家所提出的“三化同步、三生融合”的發(fā)展戰(zhàn)略中的“三生”主要是指生產(chǎn)、生活以及生態(tài)，而生態(tài)又主要包含了自然生態(tài)和社會(huì)生態(tài)，生態(tài)文明在社會(huì)發(fā)展當(dāng)中的突出地位逐漸得到提升。對(duì)河道進(jìn)行生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及治理符合如今所提出的生產(chǎn)發(fā)展、生活美好以及生態(tài)優(yōu)越的三位一體發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)于可持續(xù)發(fā)展提供了有力的保障。

生態(tài)環(huán)境包含了多種組成要素，動(dòng)物、植物、微生物、礦物以及河流等屬于生態(tài)環(huán)境中的天然物質(zhì)因素，其與人工物質(zhì)要素共同組成了完整的生態(tài)環(huán)境。而河道及其周邊地帶包含了多種生態(tài)環(huán)境要素，因此對(duì)河道進(jìn)行生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理屬于生態(tài)保護(hù)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。

城市河道治理與農(nóng)村河道治理均具有重要意義，可是兩者又具有一定的區(qū)別。城市發(fā)展過程對(duì)于河道的改造工作在促進(jìn)城市發(fā)展的同時(shí)也帶來了無法預(yù)估的負(fù)面影響，最終導(dǎo)致城市河道逐漸失去水文活力。比如，有些城市地區(qū)在河道上游建設(shè)水庫，有可能會(huì)導(dǎo)致河道干涸情況的發(fā)生，因此為了降低城市河道改造所造成的負(fù)面影響，應(yīng)當(dāng)及時(shí)開展河道生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理工作。農(nóng)村河道治理同樣具有重要意義，因?yàn)樵诮?jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的同時(shí)，農(nóng)村當(dāng)中河道占用現(xiàn)象也在變得更加明顯，最終導(dǎo)致水面積迅速減少的情況，由此而引發(fā)的河道淤積對(duì)水利生態(tài)功能造成了一定的負(fù)面影響。

另外，由此而引發(fā)的河道坍塌對(duì)于周邊植被以及水環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞和污染。無論是在對(duì)城市河道還是農(nóng)村河道進(jìn)行治理的同時(shí)，都應(yīng)該關(guān)注生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，以此來提高供水安全性以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3 生態(tài)河道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 河道蜿蜒性構(gòu)造

其能夠有效減少河道的流速，以及泥沙輸送移動(dòng)的能力。在進(jìn)行建設(shè)生態(tài)河道的時(shí)候，通過注重河道蜿蜒性的建設(shè)，還可以增加河道內(nèi)生物群體的棲息地，有利于促進(jìn)河道的整體生態(tài)穩(wěn)定性，并且還能起到降低工程造價(jià)的作用。

3.2 淺灘-深灘序列

在自然界的河道中，縱斷面會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生深淺交替的深灘和淺灘，它們還能產(chǎn)生急、緩的水流條件，并逐漸形成豐富的生物群落，所以設(shè)計(jì)好淺灘-深灘的序列，可有效確保生態(tài)河道建設(shè)的有效性。

4 河道水環(huán)境生態(tài)綜合治理中存在的問題

4.1 河道水源污染問題

在城市高速發(fā)展的背景下，使得水資源被大量消耗以及使用，尤其是在大部分一線城市內(nèi)部，其整體水資源較為匱乏，在部分嚴(yán)重的情況下，城市河道會(huì)因?yàn)樗Y源的緊缺導(dǎo)致河道枯竭等嚴(yán)重問題出現(xiàn)[1]。在城市環(huán)境當(dāng)中，人員的整體數(shù)量相對(duì)較多，在工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)方面，也有著更充足的生產(chǎn)力，可確保工業(yè)化生產(chǎn)的基本需求量能夠逐步提升，并且在拓展工業(yè)生產(chǎn)單位的同時(shí)，需科學(xué)合理地提升水資源的使用率。如果河道的基本水量無法有效滿足群眾用水以及工業(yè)生產(chǎn)的基本需求，在工業(yè)企業(yè)使用河道水資源的過程中，就會(huì)造成水源污染等問題，對(duì)河道水環(huán)境的整體質(zhì)量造成不良影響。

4.2 水資源的整體消耗量較多

在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境中，越來越多的城市內(nèi)部河道水環(huán)境存在問題，產(chǎn)生問題的主要原因?yàn)榈貐^(qū)內(nèi)部的水資源浪費(fèi)問題十分嚴(yán)重，導(dǎo)致河道產(chǎn)生干涸或斷流等嚴(yán)重問題，在這種背景下，河道水環(huán)境當(dāng)中的生態(tài)系統(tǒng)也會(huì)受到影響。城市在快速發(fā)展的過程中，引發(fā)資源過度消耗的問題，周邊的生態(tài)環(huán)境受到了十分嚴(yán)重的污染。隨著城市內(nèi)部人口數(shù)量的持續(xù)提升，人們的生活質(zhì)量以及生活需求也在逐步提升，使得日常的循環(huán)過程中會(huì)消耗大量的水資源。原本的河道難以滿足社會(huì)的基本需求，河道自身所具備的生態(tài)協(xié)調(diào)能力也會(huì)因污染過于嚴(yán)重受到破壞，從而降低河道內(nèi)部的儲(chǔ)水量。在部分城市當(dāng)中，其為了高效解決河道水資源匱乏的問題，會(huì)將部分再生水引入河道內(nèi)部，通過人為措施促進(jìn)河道循環(huán)，以求恢復(fù)原本的生態(tài)系統(tǒng)，但其與自然的水資源進(jìn)行比較，在數(shù)量以及凈水力度等方面都存在較大差異，產(chǎn)生的作用也欠佳。

4.3 河道滋生微生物種類多

在城市河道生態(tài)環(huán)境修復(fù)過程中，河道內(nèi)部滋生的微生物種類過于繁多，對(duì)利用水生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行河道生態(tài)修復(fù)工作產(chǎn)生了難點(diǎn)。在對(duì)微生物進(jìn)行分析時(shí)，主要根據(jù)其形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，微生物的結(jié)構(gòu)不同，所屬的種類也不同。在城市河道中，微生物屬于原核細(xì)胞微生物和非細(xì)胞性微生物，兩者的種類繁多，體系比真核細(xì)胞微生物小，在河道內(nèi)部可以進(jìn)行無性繁殖，城市河道內(nèi)部水體黑臭的情況，給微生物進(jìn)行繁殖提供了有利的生存條件。大多數(shù)的微生物有益于生態(tài)系統(tǒng)平衡，但也有一小部分有害的微生物會(huì)對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)造成惡劣影響。在河道微生物中，原核細(xì)胞微生物占有的比例較高，該類微生物的種類繁多，有上萬種，其內(nèi)部細(xì)胞不完整，導(dǎo)致該微生物沒有核膜與核仁，主要包含細(xì)菌、支原體等微生物種類。給城市河道造成較嚴(yán)重的污染，很多河道內(nèi)部滋生微生物，其中一部分微生物屬于有害的病原體。因此，微生物的種類過多是治理城市河道問題的難點(diǎn)之一。

5 河道生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理措施

5.1 人工制造植物生態(tài)浮床

對(duì)水體進(jìn)行微生物處理技術(shù)與曝氣復(fù)氧技術(shù)后，得到可以適應(yīng)水生動(dòng)植物生存的生態(tài)環(huán)境，但原有水體中的水生動(dòng)植物已經(jīng)死亡或滅絕，為使生態(tài)系統(tǒng)快速恢復(fù)平衡，可運(yùn)用人工技術(shù)，制造植物生態(tài)浮床。植物生態(tài)浮床主要是以水生植物為主，將其進(jìn)行無土栽培處理，使其連為一體，形成一個(gè)可以懸浮的水面上的床體，主要凈化富營養(yǎng)化的水質(zhì)，通過植物自身的凈化系統(tǒng)，減少水中的氮、磷等化學(xué)元素的含量。在植物生態(tài)浮床的生態(tài)系統(tǒng)體系中，整個(gè)浮床植物均屬于共生關(guān)系，通過對(duì)水體的不斷凈化，使水體內(nèi)部的空間與營養(yǎng)成分均衡，減少水體中的污染量，分解有機(jī)物，使整個(gè)水體逐漸恢復(fù)到原有的河道生態(tài)系統(tǒng)。在進(jìn)行植物浮床類型的選定過程中，根據(jù)不同的水體可以選擇不同的植物浮床類型，一般常用的浮床主要為長方形或六邊形，按植物種類進(jìn)行排列。常用的植物生態(tài)浮床為美人蕉、黃菖蒲等。

5.2 合理配置生態(tài)修復(fù)的水循環(huán)

設(shè)置植物生態(tài)浮床后，形成一個(gè)簡易的生態(tài)系統(tǒng)，在這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中需要進(jìn)行生態(tài)修復(fù)水循環(huán)的配置，使外界資源合理有效地幫助水生動(dòng)植物維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。水循環(huán)的配置應(yīng)該考慮河道水體內(nèi)部的水生動(dòng)植物的種類、活動(dòng)及生長。水循環(huán)的合理配置能夠使生態(tài)系統(tǒng)保持平衡，增加生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，自身具有一定的保護(hù)能力，能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)環(huán)境內(nèi)的有害物質(zhì)進(jìn)行篩選與凈化。進(jìn)行曝氣復(fù)氧技術(shù)后，水體內(nèi)部具有大量充足的氧氣，滿足了水生動(dòng)植物對(duì)氧氣的需求，加快了代謝凈化活動(dòng)，此外還需要加快水循環(huán)速度，保障代謝活動(dòng)過程中有干凈的水源。

5.3 注重河道治理規(guī)劃的設(shè)計(jì)

河道生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理工作當(dāng)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，便是統(tǒng)一全面河道治理計(jì)劃的制定。為了確保河道治理方案的合理性以及正確性，應(yīng)當(dāng)在制定河道治理規(guī)劃之前，先對(duì)所要治理河道的具體情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和綜合分析，并且在設(shè)計(jì)過程要充分考慮社會(huì)發(fā)展需要。在完成河道治理規(guī)劃的初步設(shè)計(jì)之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)河道治理方案進(jìn)行充分分析，確保其合理性以及科學(xué)性。河道生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及治理工作不僅需要包含許多復(fù)雜的工作環(huán)節(jié)，還需要投入大量的時(shí)間以及資金，因此在進(jìn)行河道治理規(guī)劃時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量將治理工作進(jìn)行細(xì)化，以此來全面提升河道治理工作質(zhì)量。河道治理規(guī)劃設(shè)計(jì)屬于治理工作的第一步，相關(guān)部門以及工作人員一定要引起足夠的重視，在前期規(guī)劃環(huán)節(jié)盡量做到細(xì)致認(rèn)真，避免規(guī)劃設(shè)計(jì)的不完善對(duì)后期河道治理工作的開展造成負(fù)面影響。

5.4 生態(tài)護(hù)岸

所謂的生態(tài)護(hù)岸就是指能夠?qū)⑸鷳B(tài)功能恢復(fù)的自然河岸，不僅如此，生態(tài)護(hù)岸也可以是存在著水透性的人造護(hù)岸。生態(tài)護(hù)岸在實(shí)際運(yùn)用的過程中不僅僅能夠做到保證河道水環(huán)境以及河岸的物質(zhì)能力交換，還能夠保證河道水自凈能力不被弱化，與此同時(shí)還存在著觀景功能以及行洪功能。在通過生態(tài)護(hù)岸開展河道水環(huán)境治理工作的過程中，其主要工作原理是通過水體溶解氧的增加以及生物棲息地的提供這兩大方面，在此基礎(chǔ)上能夠使得河道水環(huán)境周邊生物的水陸緩沖帶的連續(xù)性得以保障，還能夠保證其多樣性。建立在生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)材料不同的基礎(chǔ)上，可以將生態(tài)護(hù)岸分為以下幾大類：人工型生態(tài)護(hù)岸、半自然型生態(tài)護(hù)岸、自然型生態(tài)護(hù)岸。

6 生態(tài)河道邊坡設(shè)計(jì)

6.1 植被護(hù)坡設(shè)計(jì)

植被的根系都很發(fā)達(dá)，有效的植被建設(shè)能夠更好地保護(hù)生態(tài)河道邊坡水土。在對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)篩選根系發(fā)達(dá)的植物，以充分保障根系植物可以起到防止水土流失的作用，并且挑選協(xié)調(diào)的植被景象，還可以對(duì)生態(tài)河道設(shè)計(jì)的造景展開良好的建設(shè)，進(jìn)而使生態(tài)河道邊坡可形成較好的景觀。在設(shè)計(jì)植被護(hù)坡設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)水利水電工程生態(tài)區(qū)域性，在篩選固土植物時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同的氣候環(huán)境來進(jìn)行選擇。在播種時(shí)，還要采取合適的措施，進(jìn)而保障邊坡的植被種植成活率，防止返工帶來的經(jīng)濟(jì)損失。就現(xiàn)階段而言，最常用的是混合攪拌技術(shù)處理法，通過攪拌植物種子、復(fù)合材料等，然后進(jìn)行噴灑播種，從而確保植被護(hù)坡設(shè)計(jì)的科學(xué)有效性。

6.2 土工材料固土種植基護(hù)坡設(shè)計(jì)

土工材料固土種植基護(hù)坡的生態(tài)河道設(shè)計(jì)，是最近幾年發(fā)展起來的。此項(xiàng)技術(shù)主要是借助土工網(wǎng)墊等進(jìn)行護(hù)坡?，F(xiàn)階段的土工網(wǎng)墊多應(yīng)用聚丙烯等高分子材料，可以分為多層非拉伸以及雙向拉伸平面網(wǎng)等。多層網(wǎng)主要借助其粘性確保固土效果，以雙向拉伸平面網(wǎng)，對(duì)土壤等進(jìn)行空間穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)土工材料固土種植基護(hù)坡時(shí)，需確保植物在生長中，根系可通過網(wǎng)孔進(jìn)行生長，并和泥土表層結(jié)合，當(dāng)前主要是用到人工作業(yè)方式。土工單元固土種植基，其借助的是聚丙烯等，以熱熔粘結(jié)的形式進(jìn)行護(hù)坡設(shè)計(jì)[2]。但是這很容易受到暴雨的影響，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)增加混凝土來固定外圍，進(jìn)而加強(qiáng)坡面的穩(wěn)定性，并通過對(duì)根系植物的定向選種，增強(qiáng)根系的固土效果。

6.3 植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡設(shè)計(jì)

這一設(shè)計(jì)理念最早是由日本提出，在引入了我們國家之后，得到了大量的應(yīng)用，并取得了良好的效果。從近些年的發(fā)展來看，通過對(duì)混凝土材料等進(jìn)行優(yōu)化，并融入保水材料，極大地增強(qiáng)了植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡設(shè)計(jì)的效果。

7 結(jié)語

總而言之，在河道水環(huán)境治理工程開展過程中，運(yùn)用多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)能夠使得河道水環(huán)境的良性循環(huán)得以實(shí)現(xiàn)，不僅如此，對(duì)于河道水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定而言也具有至關(guān)重要的作用。與此同時(shí)，還能夠?yàn)楹拥浪h(huán)境當(dāng)中的動(dòng)物以及植物創(chuàng)造良好的生存空間，而植物以及動(dòng)物存在著非常優(yōu)秀并且自然的生態(tài)治理功能，這種情況下也就意味著多方位生態(tài)修復(fù)技術(shù)在河道水環(huán)境治理工程中的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)治理工作的可持續(xù)性發(fā)展。