試論生態(tài)水利工程的基本設計原則

文／范張領 菏澤市水務集團 山東菏澤 274000

引言：

在傳統(tǒng)的水利建設中，人們往往只關注于自身的發(fā)展需要，而忽略對生態(tài)環(huán)境的保護，從而導致更廣泛的生態(tài)問題出現(xiàn)。經(jīng)過對生態(tài)環(huán)境問題的思考，社會各界將努力推動生態(tài)水利事業(yè)的發(fā)展。生態(tài)水利是指在可持續(xù)發(fā)展的思想下，運用各種技術手段，適度改變以往的粗放式建設方式，把水利工程與生態(tài)工程結(jié)合起來，從而達到社會與生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。

1、生態(tài)水利工程概述

1.1 生態(tài)水利工程簡介

生態(tài)水利工程是現(xiàn)代水利工程的一個新興分支，同時也是一個新興的學科。以前的水利建設僅僅是按照水利技術、水文等方法進行水資源的開發(fā)與利用，而忽略生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展，長期下來，許多建設項目對環(huán)境的影響逐漸顯現(xiàn)。當前，生態(tài)水利建設的重點有兩個方面：一是在今后的水利建設中，要把水利技術和水體的穩(wěn)定性有機地結(jié)合起來，并對其進行綜合開發(fā)；二是在已建成的水利項目中，要對環(huán)境造成污染、生態(tài)結(jié)構(gòu)受損的地區(qū)進行恢復。生態(tài)水利建設技術的發(fā)展和應用，是適應現(xiàn)代社會發(fā)展需要的重要內(nèi)容，期間通過有效預防以及后期修復的方式將能夠更好地凸顯生態(tài)水利的綠色環(huán)保效果，進而為促進水利事業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展奠定良好基礎。保護環(huán)境，保障生態(tài)安全，是國際社會和我國發(fā)展過程中共同關心的課題，無論是在生產(chǎn)、生活、還是資源的開發(fā)利用上，都需要立足于生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，以保護環(huán)境為己任，從而達到可持續(xù)發(fā)展的目的。

1.2 生態(tài)水利工程分類

為了更好地解決水源問題，開發(fā)水資源，將需要建設相應的水工建筑，如堤壩、水壩等，這對滿足生態(tài)水利建設的目標具有重要意義。在我國的生態(tài)水利項目中，將其劃分為：一是為農(nóng)業(yè)提供服務的水利項目，例如小浪底水庫；二是長江、三峽這樣的水利工程，使其能夠滿足基本的供水發(fā)電服務，以此為國家發(fā)展創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

1.3 生態(tài)水利工程的功能

首先，通過生態(tài)水利建設，可以有效提高河流的儲水量，并使城市居民的生活和農(nóng)業(yè)用水得到最大程度的滿足。隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人口的日益增多，水資源的需求量也在急劇增加。為此，許多地方政府需要在其流域內(nèi)建立各種水利設施，以合理、科學的方式來調(diào)整和使用本地的水資源。只有這樣，才能有效地改善河流的儲水量，同時也能滿足人們的日常生活和農(nóng)田的需要。其次，中國的水利項目效益越來越明顯。除上述基礎作用之外，在汛期，還具有發(fā)電、航運等作用，使水利事業(yè)的經(jīng)濟效益十分顯著。最后，在我國的水利生態(tài)工程中，對防洪、排澇的影響也是十分重大的。

在人類的日常生活和生產(chǎn)中，水是一種非常珍貴的資源，而水資源所能提供的水資源，然而在用水量巨大的情況下將難以充分滿足人類的生存發(fā)展需求。從生態(tài)的觀點來看，水資源是一種較為積極的存在。合理的調(diào)度和調(diào)節(jié)水資源，能使河流長期處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，并能降低汛期、旱期的隨機性，降低洪水、斷流等災害的發(fā)生概率。同時，將水貯存于蓄水池，沉淀雜質(zhì)。在干旱和半干旱的地方，只要有足夠的水源，就能改善當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，促進社會經(jīng)濟的發(fā)展。要保證水資源的穩(wěn)定，就需要進行大量的水利建設，這樣既可以預防干旱，又可以通過對水資源的合理分配，使人們的生活和生產(chǎn)需求得到充分的滿足。

2、生態(tài)水利工程設計中出現(xiàn)的問題

2.1 設計方法和評價標準的制定經(jīng)驗不足

在水利工程施工中，要特別重視不同水體的自然地理條件差異，這是由水流特性和周邊地形的構(gòu)造所決定的。因此，在進行水利建設時，應根據(jù)具體情況進行合理的設計。然而，我國目前開展的水利生態(tài)工程治理項目相對較少，同時也缺乏豐富的設計經(jīng)驗，且國內(nèi)各流域的水環(huán)境差異大，使得規(guī)劃設計者面臨諸多困難。此外，水利水電工程的生態(tài)評估標準因其所處的環(huán)境而異，同時也將由于缺乏經(jīng)驗而無法對其進行合理的評估。目前，我國在工程力學穩(wěn)定性的基礎上，依據(jù)對生態(tài)環(huán)境的認識制定相應的生態(tài)環(huán)境保護指標，但由于工程出現(xiàn)實施不到位、執(zhí)行不到位的情況，將直接使得工程建設的效果難以得到優(yōu)化凸顯。

2.2 水利工程中生態(tài)治理的標準不明確

生態(tài)水利項目的實施，從根本上講就是要保證生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。但在項目規(guī)劃中，許多生態(tài)環(huán)境保護的原則都是以描述的方式進行的，沒有明確的標準和指標。在建設過程中，也因個人對環(huán)境的認識的不同，導致對環(huán)境的管理水平和保護標準存在差異性。也由于生態(tài)標準不清，工程建設難以實現(xiàn)順利推進，進而將嚴重影響生態(tài)系統(tǒng)的建設。

2.3 水文測驗與生態(tài)水利工程沒有實現(xiàn)統(tǒng)一

水文測驗是水利建設中的一個重點建設內(nèi)容，它可以從水文資料中獲取有關水資源的詳細資料，如流量、深度、生物物種和分布等，為以后的水利建設項目的開展提供有力的依據(jù)。有關的技術方案制定人員，將需要以水文資料為依據(jù)進行分析。然而，現(xiàn)有的水文測驗并不能與生態(tài)水利相結(jié)合，這主要是因為它所需的資料較多，而現(xiàn)有的測驗技術相對滯后，有些資料不能精確，甚至不能進行測量，進而使得水文測驗與生態(tài)水利工程建設難以實現(xiàn)充分統(tǒng)一。

2.4 生態(tài)水利工程的技術人員匱乏

生態(tài)水利建設是近幾年新開設的一個專業(yè)，其人力資源相對匱乏，無法滿足社會的需要，同時，由于對水域生態(tài)學的研究還相對欠缺，工作經(jīng)驗也相對匱乏，由此將直接導致生態(tài)水利建設的實施并不順利，成效也相對有限。當前，許多水利工程單位都采取與生態(tài)環(huán)境治理相關的專業(yè)人才合作的方法，雖然在建設上已經(jīng)取得一定的成果，但由于技術和知識的融合程度還不夠高，無法真正地對生態(tài)水利建設進行科學的管理。

3、生態(tài)水利工程的基本設計原則

3.1 整體性原則

以往，在水利設施建設中，往往會將水體分成若干個獨立的分區(qū)。這樣就會導致水與水的連接，導致水與水的能量交換和交換，從而影響到整個水系的整體和穩(wěn)定性。而在生態(tài)水利建設中，應從整體上考慮各生態(tài)因素的影響及其相互影響。最大程度地保留和恢復原有的水質(zhì)，以確保整個河川生態(tài)系統(tǒng)不受損害。在對河流生態(tài)系統(tǒng)進行有效的恢復的同時，如果只是在短期內(nèi)進行小型的恢復，由此將難以從根本上提升生態(tài)效益，也會大幅度的降低恢復的效率。所以，有關部門在進行生態(tài)水利工程的設計時，需要從大的方面著手，保證生態(tài)效益的恢復和修復的效果。總體來說，就是以生態(tài)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)為基礎，通過多種因素的交互作用，對河流的生態(tài)系統(tǒng)進行修復。這一項措施應該是全方位的。在生態(tài)學中，景觀規(guī)模既包括時間，也包括空間。在對河道進行恢復時，需要采用大尺度的景觀，這是因為：第一，水體是由眾多子系統(tǒng)組成的，其中以人工、生物系統(tǒng)為主。這些系統(tǒng)與生物系統(tǒng)相互結(jié)合，形成一個完整的生態(tài)系統(tǒng)。如果水體受到嚴重的破壞，僅僅依靠河流進行生態(tài)恢復，將難以達到預期的修復效果，因此，有關的設計者應該依靠各種因素，進一步確定合理的修復方案。第二，在進行生態(tài)修復的過程中要充分考慮到河流的流動性和隨機性，而這些特點將會對當?shù)氐纳飻?shù)量產(chǎn)生直接的影響。第三，在設計時應盡可能地考慮到我國河網(wǎng)的開放性。生態(tài)系統(tǒng)可以和周邊的生態(tài)系統(tǒng)進行物質(zhì)交換，單靠對河流進行生態(tài)恢復將具有一定的難度。第四，河流的生態(tài)恢復需要一定的時間，有關的設計者要做好對河道治理的監(jiān)測和管理工作。

3.2 充分運用生態(tài)系統(tǒng)自我修復原則

生態(tài)水利工程相對于傳統(tǒng)水利工程而言，既要考慮傳統(tǒng)水利工程的有關原理，又要兼顧生態(tài)環(huán)境的恢復，從而實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，期間僅靠人工建筑是將難以實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的高度修復。事實上，任何一個生態(tài)系統(tǒng)都是在漫長的歲月中，自然而然地產(chǎn)生的。因此，在生態(tài)水利建設中，需要充分發(fā)揮其自身的修復作用，否則僅靠人力的努力，將極有可能導致生態(tài)環(huán)境的惡化。在現(xiàn)實中，最好的辦法就是將人類的力量和自然的力量完美的融合在一起，利用生態(tài)系統(tǒng)的組織能力，從自然中挑選出適合自身的生物。在這種模式下，可以有效地改善生態(tài)環(huán)境的恢復，并大大節(jié)省投資成本。

3.3 保持河流環(huán)境多元化的原則

生態(tài)水利工程與傳統(tǒng)水利工程相比，既要堅持傳統(tǒng)水利工程的基本原理，又要兼顧生態(tài)環(huán)境的恢復，即生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。然而，人造的建筑在這一領域的影響很小，只有自然因子在漫長的自然選擇中形成一個很好的生態(tài)系統(tǒng)。所以，在進行生態(tài)水利規(guī)劃的時候，需要將人力和自然的力量完美的融合在一起，不能有任何的人為因素，只有這樣，生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力和自我調(diào)節(jié)能力，才能從大自然里面選擇最適合的生物作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分，既可以保證生態(tài)環(huán)境的保護和恢復，又可以減少工程的投資。

在河流環(huán)境中除了水資源之外，還存在著許多的植物和動物。在修建水利設施的時候，會對動植物的生活產(chǎn)生更大的影響，甚至會導致河水中的生物無法存活。所以在水利設施建設的時候，要盡可能地滿足河流的多樣性，因為在河流里面各種生物都會有一定的生存空間。在生態(tài)系統(tǒng)中，水、固體、氣體三種元素之間的交互作用，使得河流的水質(zhì)和水量都會受到水的影響。隨著水利設施的不斷擴大，許多河流都會因為水利設施的修建而中斷，導致河流從原來的一條河流逐漸變?yōu)橐蛔钏?，從而造成生態(tài)環(huán)境的單一性，這對于一些遷徙的魚類來說是非常不利的。如果這種情況持續(xù)下去，會造成一些魚類因為環(huán)境的變化而滅絕。有關部門要防止此類問題發(fā)生，因地制宜，盡量保留原有的河流生態(tài)環(huán)境，為廣大物種提供繁殖和生存的環(huán)境。

相關的調(diào)查研究顯示，一個區(qū)域內(nèi)的非生物環(huán)境的多樣性會對其生物多樣性造成一定的影響，也就是說，一個區(qū)域的自然環(huán)境種類越多，其物種的種類越多，食物鏈的結(jié)構(gòu)也就越復雜，在此情況下，生態(tài)系統(tǒng)的適應性和抗性就會變得更強。但如果新修建的水利設施也將會使流域內(nèi)的水環(huán)境變得單一，從而導致生態(tài)系統(tǒng)的適應性和適應性降低，使其失去原有的功能。因此，在進行水利工程設計時，需要深入細致地了解河道的長期和近期的水文情況，并根據(jù)其與生態(tài)環(huán)境的關系，建立一個初步的數(shù)學模型，并對其進行可操作性和可行性的論證，以保證水庫的環(huán)境多樣性，盡量減少對自然環(huán)境的沖擊。

3.4 符合反饋調(diào)整式的設計原則

生態(tài)系統(tǒng)的破壞要比修復的速度要快得多，所以一條河流在建成后，需要很長一段時間才能恢復。只有經(jīng)過一段時間的休整，才能讓生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和多樣性得到很好的恢復，而當河川的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，就可以提高河道的抗逆性，從而促進河流的穩(wěn)定發(fā)展。在修復的過程中，如果沒有人為的干擾，可能會持續(xù)很久，甚至會造成一些物種的滅絕，為了讓生態(tài)系統(tǒng)能夠快速的恢復，就需要對河流進行實時監(jiān)測，加快其恢復速度。

3.5 安全與經(jīng)濟性原則

在所有的工程項目中，首先要考慮的是安全，其次是經(jīng)濟。所謂的安全，就是指在建筑完工后，可以抵御自然災害，比如洪水，暴雨等自然災害，在某些建筑設計時，需要考慮到河流的變化和沖刷，這樣才能保證水利設施的使用壽命。經(jīng)濟原理是由于生態(tài)水利建設規(guī)模大，建設規(guī)模大，造價高。所以，要綜合考慮多種因素，才能有效地制訂相應的方案，從而使項目的造價更低廉，從而提高項目的經(jīng)濟效益。生態(tài)水利作為整個水利工程的一個分支，其首要任務就是要遵守有關的設計原則，保證其安全性是一切水利工程設計的基礎。在進行設計時，需要深入現(xiàn)場進行調(diào)查，充分了解和把握水的流動、水質(zhì)等，并要注意水流對建筑物的沖刷、淤積、運輸、堆積等，并要熟悉和把握河流的走向。只有保證項目的持久性、穩(wěn)定性和安全性，才能保證整個建筑的功能。在保證項目安全的同時，需要對項目的經(jīng)濟性進行科學的分析，以達到最少的投資和最大的生態(tài)效益。

4、水利工程設計中實施生態(tài)理念的方法

4.1 充分做好準備工作

有關部門在進行生態(tài)水利工程的設計時，應與現(xiàn)場勘測人員一道到施工現(xiàn)場實地考察。同時，還要對工程項目的具體情況有一個全面的了解，以保證有關的勘察資料的準確性，從而為以后的設計工作提供重要的參考。調(diào)查的內(nèi)容主要是水文特征、地理環(huán)境、地形地貌和當?shù)氐臍夂蛱卣鳌?/p>

4.2 加強河道改造工作

河流整治是水利建設中的一項重要內(nèi)容，需要加強對其進行整治。需要制定科學合理的實施計劃，并根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的要求，實施行之有效的戰(zhàn)略，以保障河流的健康發(fā)展。這種方法不僅能有效地促進社會和經(jīng)濟的發(fā)展，而且也能保證其具有一定的安全性。在整治河道時，需要堅持生態(tài)均衡的思想，大力推進岸邊保護，加強環(huán)境綠化，對河道進行改造。

4.3 做好堤岸建設

堤岸工程作為水利建設的重要內(nèi)容，需要堅持生態(tài)觀念。所以，在建造的時候，需要改變傳統(tǒng)的觀念，同時還需要進行科學的評估，由此才可以建立起一套完整的生態(tài)系統(tǒng)，并且建立起一套完整的環(huán)境保護體系，然后根據(jù)環(huán)境的變化進行堤壩的建設，讓自然環(huán)境和經(jīng)濟得到合理的發(fā)展，從而防止生態(tài)水利設施遭到破壞。

5、生態(tài)水利工程設計和施工中的注意事項

首先，水利項目可以同時滿足多個方面的需求，所以需要堅持生態(tài)基本原則，以達到生態(tài)平衡和自然法則的相對均衡。其次，要從生態(tài)環(huán)境的角度進行水利建設，確保整個水利系統(tǒng)能適應可持續(xù)發(fā)展的需要，從而達到人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。其次，還需要充分考慮生態(tài)環(huán)境和水利設施的相互影響，在進行生態(tài)水利建設時，需要對水資源進行合理的開發(fā)和使用，并在保證水資源有效使用的前提下，采取更為有力的措施，確保生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定和自身的正常運作。再者，在進行生態(tài)水利建設時，需要從人和水兩個方面來考慮，既要滿足人的需要，又要兼顧自然的需要。最后，要對生態(tài)水利建設進行科學的規(guī)劃和設計，并進行相應的運行機制控制，使其達到最優(yōu)的生態(tài)環(huán)境。同時，確?？沙掷m(xù)和重復使用有關的自然資源，從而真正達到可持續(xù)發(fā)展的目的。

結(jié)語：

綜上所述，在已有的水利工程中，水利工程的建設可以進一步推動社會和經(jīng)濟的發(fā)展，但必然會對生態(tài)環(huán)境造成一定的損害。隨著我國水利生態(tài)工程的大量建設，土壤侵蝕現(xiàn)象時有發(fā)生，許多動植物的生存和繁殖受到嚴重的威脅。大規(guī)模的水利和大壩的建設，會對大量的動植物造成巨大的破壞，最終導致物種的滅絕。因此，在水利工程的設計中，需要將生態(tài)學的有關概念有機地結(jié)合起來，創(chuàng)造出一種新的生態(tài)水利工程，從而達到保護生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟效益的目的。