阐述生态水利工程设计的环境策略

摘要：本文作者根据自己从事多年的生态水利工程设计经验，分析了生态设计的意义，认为只有从最初的水利工程设计阶段就开始考虑其可能造成的环境影响，采用综合的生态设计的环境管理策略，就可能避免生产阶段带来的环境问题而增加的成本，把可能的环境影响减少到最低限度，真正实现水利工程的可持续发展。 
关键词：水利工程设计；生态设计；环境问题；环境策略 
　　引言 
　　目前，随着全球经济的发展，具有全球性影响的环境问题日益突出。且日渐显复杂化和多样化，但总体来讲可以分为三类，即生态系统的破坏，对人类健康的直接影响和自然资源的日渐耗竭。随着2009年底哥本哈根气候大会的召开，环境问题愈受关注。而在生态水利工程设计中，要求我们水利工程设计人员必须把对环境问题的考虑加入到各个过程之中，以最大限度地减少环境影响，真正实现水利工程的可持续发展。 
　　1.生态水利工程设计的意义 
　　生态设计是环境管理领域的一个新概念，它指每一环节都需要考虑其可能带来的环境影响，通过设计上的改进使水利工程建设的环境影响降为最低。在这一过程中，决策者应把环境问题看作和经济效益、公司形象等同样重要。生态水利工程是一种综合性工程，在河流综合治理中既要满足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、发电、航运以及旅游等需求，也要兼顾生态系统可持续性的需求。水利工程结合生态建设，是一个发展的必然趋势。水利工程对于河流生态系统的威胁主要表现在两方面：一是自然河流的渠道化，包括将蜿蜒曲折的天然河流改造成直线或折线型的人工河流。二是指自然河流的非连续化，筑坝是顺水流方向的河流非连续化，流动的河流生态系统变成了相对静止的人工湖，流速、水深、水温及水流边界条件都发生了重大变化。现代科学发展使我们认识到，传统意义上的水利工程学在力图满足人的需求时，却在不同程度上忽视了河流生态系统本身的需求。而河流生态系统的功能退化，也会给人们的长远利益带来损害。未来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统健康需求这二者关系方面，应强调水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统的健康和可持续性。我国发展生态水工学及开发生态水工技术，应该从工程规划角度看，在开发利用水流时，应明确河流与其上下游、左右岸的生物群落交织在一起共生共存，处于一个完整的生态系统中。生态水利工程的设计既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理，体现生态水利工程学――人水和谐的设计理念。 
　　2.设计中要反映出非生物环境的空间异质性与生物群落多样性的关系 
　　保护和恢复多样化的河流环境，是维持生物多样化的前提条件。河流里生存着各种各样的动植物，形成了多样性的自然生态环境。包括河流形状(河长、河宽、空间范围、连续性)、流水状态(水位、流速、水温、水质等)、土壤状态(土、沙、砾石等)三要素。河流生态系统生境的主要特点是:水――陆两相和水――气两相的联系紧密性；上中下游的生境异质性；河流纵向的蜿蜒性；河流横断面形状的多样性；河床材料的透水性等。水――陆两相和水――气两相的紧密关系，形成了较为开放的生境条件；上中下游的生境异质性，造就了丰富的流域生境多样化条件；河流纵向的蜿蜒性，形成了急流与缓流相间；河流的横断面形状多样性，表现为深潭与浅滩交错；河床材料的透水性为生物提供了栖息所。由于河流形态异质性形成了在流速、流量、水深、水温、水质、水文脉冲变化、河床材料构成等多种生态因子的异质性，造就了丰富的生境多样性，形成了丰富的河流生物群落多样性。由于人类活动，特别是大规模治河工程的建设，造成自然河流的渠道化及河流非连续化，使河流生境在不同程度上单一化，减少了河流生物群落的多样化，引起了河流生态系统不同程度的退化。生态水利工程的目标就是恢复或提高生物群落的多样性，因此，在工程设计中要充分保护、恢复河流原先所有的多样化的生物栖息生存环境，避免河流的渠道化及非连续化，为生物群落提供多样性的生存环境。 
　　3.设计要遵循自然属性和美学价值 
　　生态水利工程既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律，以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时，必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地研究河势变化规律，保证河流修复工程的耐久性。传统水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时，要求工程师必须放弃控制自然界的动机，树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的，这种一厢情愿的企图最终往往归于失败。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富，实现人与自然的和谐。需要强调的是，地球上没有两条相同的河流，每一条河流的特点都是各不相同的。因此，每一项生态水利工程必须因地制宜，充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值，寻求最佳的生态工程方案。 
　　4.设计要体现“整体性” 
　　“整体性”是指从生态系统的结构和功能出发，掌握生态系统各个要素间的交互作用，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法，而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题，也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。首先，水域生态系统是一个大系统，其子系落统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成部分，形成对水域生态系统的正负影响。其次，必须重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点，表现为流量、水位和水量的水文周期变化和随机变化，也表现为河流淤积与侵蚀的交替变化造成河势的摆动。再者，要考虑生境边界的动态扩展问题。由于动物迁徙和植物的随机扩散，生境边界也随之发生动态变化。另外，还要考虑流域之间的协调问题。考虑到河流生态系统是一个开放的系统，与周围生态系统随时进行能量传递和物质循环，一条河流的生态修复活动不可能是孤立的，还需要与相邻的流域的生态修复活动进行协调，最后，河流生态修复的时间尺度也十分重要。对于河流生态修复项目要有长期准备，同时进行长期的监测和管理。 
　　5. 设计要符合“反馈调整式” 
　　生态系统和社会系统都不是静止的，在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替外，人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程设计呈一种反馈调整式的设计方法。是按照“设计―执行(包括管理)―监测―评估―调整”流程以反复循环的方式进行的。在这个流程中，监测工作是基础。监测工作包括生物监测和水文观测，需要在项目初期建立完善的监测系统，进行长期观测。同时还需要建立一套河流健康的评估体系，用以评估河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势。在反馈调整式设计过程中，提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界的广泛参与，通过对话、协商，以寻求共同利益。提倡多学科的交流和融合，提高设计的科学性。 
　　6. 总结 
　　总之，生态设计的环境革命，将通过社会、经济和环境的重新定位和信息调控，试图解决人类生存合理性和人类社会可持续性发展问题。改善人与自然关系，使人类社会逐渐走向可持续发展的新世纪。生态水利工程设计环境策略的实施能够导致整个生产系统的革命性变化。