现代生态水利工程设计的探索与研究

摘要：本文对水利工程中的水工设计工作进行研究，通过把水工设计工作转化为方案比选的工作来进一步揭示当前我国水利水电工程中水工设计工作中可能存在的一些问题以及解决问题的方案，从而使得该项工作可以得到有效化实施。 

关键词：水利；生态工程；工程设计 

　　前言 

　　水利是国民经济的基础设施和基础产业，水利发展直接关系到国民经济和社会发展大局。在确保城市防洪排涝安全的基础上，本着“以人为本，生态优先” 的原则，河涌的整治采取生态型的工程和生物措施，实现河涌的综合功能，与城市规划相协调，形成自然生态景观型城市河流。河道整治工程由传统的水利工程转变为不仅能够实现人们期望的开发利用水的功能价值，同时能改善和恢复健全的生态系统的工程，水利工程结合生态建设，是一个发展的必然趋势。 

　　1.水利生态工程设计的意义 

　　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。 

　　2、水利生态工程设计面临的问题 

　　2.1 缺乏不同区域的生态水利工程设计方法与评价标准 

　　生态水利工程对服务目标具有特定性和地域性。由于生态系统存在地理区域的差异，因此决定了具体的生态水利工程也具有因地制宜的特征。当前，对生态水利工程的功能有一些理论评价指标和评价方法。但对于一个具体的生态水利工程实践缺少可操作性的评价方法与标准。这与当前水利工程对生态影响的科学研究工作开展得较少和相应科研成果积累较少有关。水利工程由于涉及工程力学的稳定性与安全性，因此国家对水利工程结构建筑物执行了一系列的强制性标准 但缺少足够的技术标准来规范工程的生态服务目标。 

　　2.2 水利工程设计人员与生态科技工作者缺少合作机会 

　　水利工程设计人员基于流域生态需水规律来进行设计的意识不强，将生态服务目标作为常规设计要素考虑的意识还不普及。在水利工程可行性研究阶段，环境影响评价工作往往介入较晚，大部分是在水利工程可行性研究方案确认后才进行环境影响评价，加上当前我国环境评价管理制度与环境影响评价咨询市场还不完善、不规范，环境评价单位替业主考虑得较多，对生态目标考虑得相对较少，有的甚至隐瞒工程真正的生态影响后果，导致许多水利工程的生态效益不明显，负面影响相当突出。水利工程设计人员与生态环境科技工作者缺少合作的机会与 

　　机制，生态水利工程的开发与设计相对滞后。 

　　2.3 生态水利工程与原有水利工程设施难以协调运行 

　　在一个流域内，新的生态水利工程可能要在原有水利工程设施的基础上进行改造和优化设计。如白洋淀湿地供水工程、扎龙湿地补水工程、洪河国家自然保护区水资源恢复工程等生态水利工程，均要借助原有水利工程设施，合理科学地配置一些分水工程和蓄水工程对区域来水量进行重新分配或对水的去向进行重新调整等。生态水利工程的介入必然会影响原来水利工程设施的服务对象与功能，如原来工程的防洪排水标准、发电效能、灌溉功能等，甚至会给原有水利工程的安全运行带来一些风险。由于原有水利工程与生态水利工程最为显著的差异是服务目标与功能的差异，因此有必要在开发生态水利工程的同时，对原有水利工程的服务目标与功能进行适度调整。所以，如何实现生态水利工程与原有水利工程设施的协调运行，是生态水利工程设计应全面系统考虑的问题。 

　　3、生态水利工程学的原则 

　　3.1 生态工程安全性和经济性原则 

　　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。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稳定性。对于生态水利工程的经济合理性分析，应遵循投入最小而经济效益和生态效益最大的原则。 

　　3.2 保持和恢复河流形态的空间异质性原则 

　　有关生物群落研究的大量资料表明，生物群落多样性与非生物环境空间异质性存在正相关关系。非生物环境的空间异质性与生物群落多样性的关系反映了非生命系统与生命系统之间的依存和耦合关系。一个地区的生境空间异质性越高，意味着创造了多样的小生境，能够允许更多的物种共存。反之，如果非生物环境变得单调，生物群落多样性必然会下降，生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化，造成生态系统的某种程度的退化。 

　　3.3 生态系统自设计、自我恢复原则 

　　生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择，某些与生态系统友好的物种，能够经受自然选择的考验，寻找到相应的能源与合适的环境条件。在这种情况下，生境就可以支持一个具有足够数量并能进行繁衍的种群。依靠生态系统自设计、自组织功能，可以由自然界选择合适的物种，形成合理的结构，从而实现设计。成功的生态工程经验表明，人工与自然力的贡献各占1/2。在利用自设计理论时，需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度，防止生物入侵。 

　　3.4 流域尺度及整体性原则 

　　河流生态修复规划应该在流域尺度和长期的时间尺度上进行，而不是在河段或局部区域的空间尺度和短期的时间尺度上进行。所谓“整体性”是指从生态系统结构和功能出发，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。水域生态系统是一个大系统，其子系统包括生物系统、广义水文系统和工程设施系统。 

　　4、生态水利工程建设实施的建议 

　　对于河流生态系统我们不能走“先破坏，后补偿”的老路，在规划设计阶段就要考虑如何最大限度减少对于河流生态系统的胁迫。未来的水利工程不仅是能够满足人们供水、灌溉、防洪、航运、发电及旅游需求的工程，也应该是有利于生态建设的环境工程。在河道整治工程中，尊重天然河道形态，避免直线和折线型的河道设计。灌溉渠道设计也要注意模仿河流自然形态的特点。对于河流的裁弯取直工程要充分论证，持慎重态度。保持河流断面形状的多样性，尊重河流原有的自然断面形态。河道整治工程中应尽可能避免采用几何规则断面，疏浚工程施工中避免河道断面的均一化。 

　　5、结束语 

　　实现人水和谐发展，是现阶段及新时期治水思路的本质特征，也是科学发展的内在要求。我们要把现代水科技与古代水文化结合起来，达到人与水亲密无间、和谐相处，不断提高水利对经济社会和生态环境的支撑保障能力。目前，洪涝灾害、干旱缺水、水土流失和水污染问题仍然是制约经济社会可持续发展的重要因素。坚持人水和谐发展的思想，对于减轻自然灾害、维系良好的生态环境、促进经济社会可持续发展具有十分重要的意义。 

　　参考文献： 

　　[1]董哲仁.试论生态水利工程的基本设计原则[J].水利学报.2004. 

　　[2]王治国.关于生态修复若干概念与问题的讨论.中国水土保持，2003. 

　　[3]杨国顺.一部划时代的水利史新书[M].黄河史志资料.2006. 

　　[4]刘正茂，赵艳波，崔玉玲，王艳玲.生态水利工程设计应遵循的理论与技术路线[J].水利发展研究.2007.