基于生态的水利工程设计的基本原则浅析

基于生态的水利工程设计的基本原则浅析

李洋

关键词：水利；工程；设计；规划；生态

1、生态水利工程

从学科发展角度看，现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学，水利工程规划设计主要对象是水文系统，往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。学科的进一步发展应吸收生态学理论及方法，促进水利工程学与生态学的交叉融合，用以改进和完善水利工程的规划及设计理论，形成水利工程学新的学科分支―――生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支，是研究水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水利工程的内涵是：对于新建工程，是指进行传统水利建设的同时（如治河、防洪工程），兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程，则是对于被严重干扰河流重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产（生态产业）及环境立法和资源管理一起，成为河流生态建设的主要手段之一。

2、生态水利工程设计规划所面临的问题

2.1地域性差异致使生态水利工程的标准不够明确由于我国地域性的差异问题，生态水利工程的具体实施也要根据每个地理区域的差异因地适宜的做出相应调整，衡量实际构建标准。由于生态水利工程的工程设施要以符合生态学原理和工程学力学规律去构建。要能够承受洪水、风暴、冰冻、干旱等自然因素的影响。按每个地理区域、河流地貌进行构建设计时，就要考虑到实践的可操作性，以及标准性。当前生态水利工程的理论实践成果经验积累并不是非常完善。既要满足工程设计规划的安全性、经济性，又要满足地域性动态河势的变化规律，逐步总结积累实际操作经验，衡量明确的实际操作标准，以保证符合河流生态修复的耐久性。

2.2生态水利工程设计施工缺少对维系生态环境的认识一方面由于我国生态水利工程的环境影响操作介入的较晚，导致生态环境科技技术人员与水利工程构建人员合作的机会相对较少。另一方面，国内的水利工程多数考虑到方案可行性符合满足规划的安全性和经济性，但是生态环境系统这一因素就还考虑得欠完整，也不规范，还面临着主要关键性问题。其次，环境评价机构对业主考虑的较多。在生态水利工程这一块，我国的环境评价管理体系目前算不得完善，经验积累成果相对较少等客观性因素，都导致了水利工程构建工作不能有效地落实与生态技术人员相对交流实施具体方案的探究，生态水利工程的进一步开发与实践设计相对滞后。

2.3生态水利工程与水利工程的协调运作不充分。生态水利工程的构建势必会考虑到生态系统的正常运作，实现有机结合再有的水利工程基础之上。水利工程的构建最初考虑到水体的有效供电效能、防洪，排水用水标准等工作。生态水利工程的实施与传统水利工程最为显著的特点就是服务目标与功能有一定的差异性。当务之急，为实施生态水利工程与水利工程的有机结合，协调运行是生态水利工程规划设计所必要考虑的问题。

3、生态水利工程设计的基本原则

3.1确保工程的安全性和经济性。生态水利工程作为水利工程的分支，首先要遵守水利工程的设计原则，保证工程安全性是任何水利工程设计的最基本的原则。设计过程中，设计人员应深入实际，充分考察水体的水质、水流等基本情况，进而充分考虑水对建筑物的侵蚀作用、对泥沙的堆积和搬运作用，同时还应全面把握河道走势的自然规律等。只有保证了工程的稳定性、持久性以及设施的安全，才能确保建筑物持久地发挥其功能。在保证了工程安全性的同时，我们还应对工程的经济性进行合理分析，力求实现资金投入最少、经济小于和生态效益最大化的基本原则。

3.2保证水体内部环境的多样性。相关调查显示，一个地区的非生物环境的多样性能够影响其生活群落的多样性。也就是说，如果一个地区的自然环境种类多样，当地的生物种类也会日渐丰富，食物链的组成也将更复杂，这样生态系统对外界变化的适应能力和抵抗能力越强。如果我们兴建的水利工程致使该流域内的水体内部环境日趋单一化，那么，就会导致水生生物种类多样性的减少、食物链结构逐渐简化、生态系统日趋单一化，造成水体对外界变化的适应能力和抵抗能力降低，自然净化能力逐渐下降，并逐步丧失其基本功能。所以，在水利工程设计过程中，设计人员需要对河流的近期及远期的水文情况进行深入了解，掌握生物种类与生态环境间的关系，进而对设计草案组建数学模型，对其可行性、可操作性进行论证，从而保证水利设施的兴建能够拥有足够的丰富多样的环境，进而将对自然环境的影响降到最低。

3.3确保河流生态系统的自我修复功能。与传统水利工程相比，生态水利工程除了要保证传统水利工程的基本原则外，还需要在设计的时候，充分考虑保护生态系统的自我修复功能，也就是要维持生态系统的可持续性。而在这一方面，人工建筑物所起的作用则十分有限，只有自然因素经过长期的自然选择后所形成的生态圈才具备良好的自我修复功能，发挥其作用。所以，在生态水利工程设计时，应尽量避免绝对化的人为力量，应充分将人为力量与自然的影响进行有机结合，从而利用生态系统的自设计功能和自组织功能，从大自然中选择合适的物种，形成良好的合力结构。这样，不仅仅可以取得生态系统保护及恢复方面的成效，还能降低工程的建设成本，降低工程造价，获取更高的经济效益和生态效益。

3.4确保河流生态系统的整体性。在传统的水利工程建设过程中，水体常被人为地划分成不同功能且相对封闭的小区域，影响了水体之间的相互联系，极大地降低了水体内不同小环境之间的能量交换及物质交换速度，从而人为地破坏来河流生态形同的稳定性和整体性。生态水利工程在设计时，应充分掌握施工流域内生态系统各要素之间的相互关系及作用方式，尽最大限度地保持并恢复水体的原始状态，确保河流的生态系统的整体性不受到外力的破坏，而不能仅仅是在工程结束后，单纯地对河道水文系统进行修复或是只对河岸的植被进行修复。

3.5确保建立完善的河流生态系统和水利设施之间的反馈机制。生态水利工程设计以成熟的河流生态系统为主要参照物，并充分利用生态学可的相关理论和环境工程的先进技术，力求打造一个健康的、可持续发展的河流生态系统，从而保证工程设施内部的各自然要素可以在不需要人工干预的环境自发地进行活动，维持生态环境的稳定和河流水体的质量。通常这种自发活动的方向不是单向的，这种不确定性使得生态水利工程的设计应遵循一种“反馈调整”的设计方法，也就是说，在设计方案执行之后，仍旧需要对水体的环境进行长期的监督和评价，并根据反馈的信息对水利工程项目进行不断的调整与完善。

4、结语

生态水利工程作为水利工程中的一个新的分支，主要是在寻求水利工程建设中生态效益和经济效益的平衡点。从目前生态水利工程的建设来看，因为经验的不足和人们的重视程度不够，发展的比较缓慢。但伴随着人们对于生态环境重要性的进一步认识和社会经济的不断发展，生态水利工程必将成为以后水利工程建设中的重点课题，促进人类和大自然之间健康和谐发展。

参考文献：

[1]董哲仁.水利工程对生态系统的胁迫[J].水利水电技术，2003.7.

[2]王蜀南，王鸣周，环境水利学[M]，北京：中国水利水电出版社，1996（1）：

[3]尚哲和，河流形态多样性与生物群落多样性[J]，水利学报，2010，（11）：