生態(tài)水利工程設(shè)計管理政策

　　文章是一篇水利論文，主要講述了生態(tài)水利工程的規(guī)劃設(shè)計基本原則和水利新運用模式等等。本文選自：《水資源與水工程學(xué)報》，《水資源與水工程學(xué)報》本刊主要刊登水資源與水工程領(lǐng)域的有關(guān)學(xué)術(shù)論文、專題述評、區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略與對策，以及水工程、水環(huán)境，水質(zhì)評價等方面的科技成就。本刊辦刊宗旨是服務(wù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，促進(jìn)學(xué)術(shù)繁榮，推動科技進(jìn)步。

　　摘要：對于生態(tài)水利工程的經(jīng)濟(jì)合理性分析，應(yīng)遵循風(fēng)險最小和效益最大原則。由于對生態(tài)演替的過程和結(jié)果事先難以把握，生態(tài)水利工程往往帶有一定程度的風(fēng)險。這就需要在規(guī)劃設(shè)計中進(jìn)行方案比選，更要重視生態(tài)系統(tǒng)的長期定點監(jiān)測和評估。另外，充分利用河流生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)規(guī)律，是力爭以最小的投入獲得最大產(chǎn)出的合理技術(shù)路線。

　　關(guān)鍵詞：生態(tài)水利,水利設(shè)計,水利論文

　　1水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響

　　在社會生產(chǎn)過程中水利工程對經(jīng)濟(jì)與社會有著巨大的作用，同時也要看到水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)造成了不同程度的影響。人類整治河道修筑堤壩等活動人為的改變了河流的多樣性、連續(xù)性和流動性，使水域的流速、水深、水溫、自水流邊界、水文規(guī)律等自然條件發(fā)生重大改變。這些改變對河流生態(tài)系統(tǒng)造成的影響是不容忽視的。未來的水利工程在權(quán)衡社會經(jīng)濟(jì)需求與生態(tài)系統(tǒng)健康需求這二者關(guān)系方面，似應(yīng)強(qiáng)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生態(tài)水利工程

　　從學(xué)科發(fā)展角度看，現(xiàn)在的水利工程學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)主要是工程力學(xué)和水文學(xué)，水利工程規(guī)劃設(shè)計主要對象是水文系統(tǒng)，往往忽視生命系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來風(fēng)險等問題。學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)吸收生態(tài)學(xué)理論及方法，促進(jìn)水利工程學(xué)與生態(tài)學(xué)的交叉融合，用以改進(jìn)和完善水利工程的規(guī)劃及設(shè)計理論，形成水利工程學(xué)新的學(xué)科分支——生態(tài)水利工程學(xué)。生態(tài)水利工程學(xué)作為水利工程學(xué)的一個新的分支，是研究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)健康與可持續(xù)性需求的原理與技術(shù)方法的工程學(xué)。生態(tài)水利工程的內(nèi)涵是：對于新建工程，是指進(jìn)行傳統(tǒng)水利建設(shè)的同時(如治河、防洪工程)，兼顧河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)。對于已建工程，則是對于被嚴(yán)重干擾河流重點進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。生態(tài)水利工程將與傳統(tǒng)治污技術(shù)、清潔生產(chǎn)(生態(tài)產(chǎn)業(yè))及環(huán)境立法和資源管理一起，成為河流生態(tài)建設(shè)的主要手段之一。

　　3生態(tài)水利工程的規(guī)劃設(shè)計原則

　　3.1工程安全性和經(jīng)濟(jì)性原則

　　生態(tài)水利工程是一項綜合性工程，在河流綜合治理中既要滿足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運等需求，也要兼顧生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。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。工程設(shè)施必須在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠承受洪水、侵蝕、風(fēng)暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學(xué)原理進(jìn)行河流縱、橫斷面設(shè)計時，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)工程的耐久性。

　　3.2提高河流形態(tài)的空間異質(zhì)性原則

　　一個地區(qū)的生境空間異質(zhì)性越高，就意味著創(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)某種程度的退化。由于人類活動，特別是大規(guī)模治河工程的建設(shè)，造成自然河流的渠道化及河流非連續(xù)化，使河流生境在不同程度上單一化，引起河流生態(tài)系統(tǒng)的不同程度退化。生態(tài)水利工程的目標(biāo)是恢復(fù)或提高生物群落的多樣性，但是并不意味著主要靠人工直接種植岸邊植被或者引進(jìn)魚類、鳥類和其他生物物種，生態(tài)水利工程的重點應(yīng)該是盡可能提高河流形態(tài)的異質(zhì)性，使其符合自然河流的地貌學(xué)原理，為生物群落多樣性的恢復(fù)創(chuàng)造條件。

　　在確定河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)以后，就應(yīng)該對于河流進(jìn)行生物調(diào)查、地貌歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行勘查和評估，建立河流地貌數(shù)據(jù)庫和生物資源數(shù)據(jù)庫。遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)(GIS)是水文、河流地貌和生物調(diào)查的有力工具。關(guān)鍵的工作步驟是在以上兩種調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，確定環(huán)境因子與生物因子的相關(guān)關(guān)系，必要時建立某種數(shù)學(xué)模型。河流環(huán)境因子包括河流河勢、蜿蜒度、橫斷面形狀及材料、流速、水位、水質(zhì)、水溫、泥沙、營養(yǎng)鹽的遷移轉(zhuǎn)化、水文周期變化等。研究的內(nèi)容包括：調(diào)查單個生物因子的基本需求，評估各種生物因子的相互關(guān)系和制約條件，對于“關(guān)鍵種”或標(biāo)志性生物的環(huán)境因子進(jìn)行分類和評估。在眾多的環(huán)境因子中，識別那些對于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能具有重要意義的環(huán)境因子，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行河流地貌學(xué)設(shè)計和生物棲息地的設(shè)計。

　　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(jī)理是物種的自然選擇，也就是說某些與生態(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)的能源和合適的環(huán)境條件。

　　將自組織原理應(yīng)用于生態(tài)水利工程時，生態(tài)工程設(shè)計與傳統(tǒng)水工設(shè)計有本質(zhì)的區(qū)別。像設(shè)計大壩這樣的人工建筑物是一種確定性的設(shè)計，建筑物的幾何特征、材料強(qiáng)度都是在人的控制之中，建筑物最終可以具備人們所期望的功能。河流修復(fù)工程設(shè)計與此不同，生態(tài)工程設(shè)計是一種“指導(dǎo)性”的設(shè)計，或者說是輔助性設(shè)計。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)，從而完成設(shè)計和實現(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)各占一半。

　　傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計的特征是對于自然河流實施控制。而設(shè)計生態(tài)水利工程時，要求工程師必須放棄控制自然界的動機(jī)，樹立新的工程理念。因為依靠人力和技術(shù)控制自然界是不可能的。人們要善于利用生態(tài)系統(tǒng)自組織、自設(shè)計這個寶貴財富，實現(xiàn)人與自然的和諧。需要強(qiáng)調(diào)的是，地球上沒有兩條相同的河流，每一條河流的特點都是各不相同的。因此，每一項生態(tài)水利工程必須因地制宜，充分尊重每一條河流的自然屬性和美學(xué)價值，尋求最佳的生態(tài)工程方案。

　　自設(shè)計理論的適用性還取決于具體條件。包括水量、水質(zhì)、土壤、地貌、水文特征等生態(tài)因子，也取決于生物的種類、密度、生物生產(chǎn)力、群落穩(wěn)定性等多種因素。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景觀尺度及整體性原則

　　河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃和管理應(yīng)該在大景觀尺度、長期的和保持可持續(xù)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行，而不是在小尺度、短時期和零星局部的范圍內(nèi)進(jìn)行。在大景觀尺度上開展的河流生態(tài)修復(fù)效率要高。小范圍的生態(tài)修復(fù)不但效率低，而且成功率也低。整體性是指從生態(tài)系統(tǒng)的結(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。

　　景觀則是指生態(tài)學(xué)中的景觀尺度。景觀尺度包括空間尺度和時間尺度。為什么在景觀的大尺度上進(jìn)行河流修復(fù)規(guī)劃?首先，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)和人造工程設(shè)施系統(tǒng)。廣義水文系統(tǒng)又與生物系統(tǒng)交織在一起，形成自然河流生態(tài)系統(tǒng)。而人類活動和工程設(shè)施作為生境的組成部分，形成對于水域生態(tài)系統(tǒng)的正負(fù)影響。水域生態(tài)系統(tǒng)受到脅迫時，需要對于各種脅迫因素之間的相互關(guān)系進(jìn)行綜合、整體研究。其次，必須重視水域生境的易變性、流動性和隨機(jī)性的特點，這些特點決定了生物種群的基本生存條件。水域生態(tài)系統(tǒng)是隨著降雨、水文變化及潮流等條件在時間與空間中擴(kuò)展或收縮的動態(tài)系統(tǒng)。再者，河流生態(tài)系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，與周圍生態(tài)系統(tǒng)隨時進(jìn)行能量傳遞和物質(zhì)循環(huán)，一條河流的生態(tài)修復(fù)活動不可能是孤立的，還需要與相鄰的流域的生態(tài)修復(fù)活動進(jìn)行協(xié)調(diào)。最后，河流生態(tài)修復(fù)的時間尺度也十分重要。河流系統(tǒng)的演進(jìn)是一個動態(tài)過程。每一個河流生態(tài)系統(tǒng)都有它自己的歷史。河流生態(tài)修復(fù)是靠時間做工作的。有研究指出，濕地重建或修復(fù)需要大約15~20a的時間。因此對于河流生態(tài)修復(fù)項目要有長期準(zhǔn)備，同時進(jìn)行長期的監(jiān)測和管理。

　　3.5反饋調(diào)整式設(shè)計原則

　　生態(tài)系統(tǒng)的成長是一個過程，河流修復(fù)工程需要時間。從長時間尺度看，自然生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化需要數(shù)百萬年時間。進(jìn)化的趨勢是結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、生物群落多樣性、系統(tǒng)有序性及內(nèi)部穩(wěn)定性都有所增加和提高，同時對外界干擾的抵抗力有所增強(qiáng)。從較短的時間尺度看，生態(tài)系統(tǒng)的演替，即一種類型的生態(tài)系統(tǒng)被另一種生態(tài)系統(tǒng)所代替也需要若干年的時間，期望河流修復(fù)能夠短期奏效往往是不現(xiàn)實的。

　　生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計主要是模仿成熟的河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，力求最終形成一個健康、可持續(xù)的河流生態(tài)系統(tǒng)。在河流工程項目執(zhí)行以后，就開始了一個自然生態(tài)演替的動態(tài)過程。這個過程并不一定按照設(shè)計預(yù)期的目標(biāo)發(fā)展，可能出現(xiàn)多種可能性

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