生態水利工程的發展及其現狀研究

郭合軍

(海林市水務局，黑龍江海林157100)

水是人類生產和生活必不可少的寶貴資源，但其天然分布狀況，不完全符合人類的需求，隨著生產發展和社會進步，人類開始主動地控制和調配自然界的地表水和地下水，為除害興利而修建水利工程，以便控制水流，防治洪澇災害，并進行水量調節，滿足人民生活和生產對水資源的需要。

1 傳統水利工程引發的環境問題

近30年來，水利工程的生態影響問題受到廣泛的關注，其主要原因是傳統水利工程引發了一系列的生態和環境問題:

1)自然河流的連續性遭到破壞。河流上建設的大壩切斷了河流廊道的橫向聯系，造成自然河流的非連續化。大壩將河流攔腰斬斷，改變了河流的自然狀態，阻斷了魚類的洄游路線，淹沒了河流原始地貌，引水式電站還造成壩后脫水段，河流的生境被嚴重地破壞;堤防和防洪工程的建設將河流與其密切相關的漫灘、泡沼、濕地的橫向和縱向聯系切斷，導致它們形態和功能的改變。自然河流縱向和縱向連續性的改變和破壞，導致河流生態環境的改變和惡化，引起河流生態系統的退化。

2)自然河流形成的蜿蜒曲折與深潭、淺灘等，不僅提供了河流形態的多樣性，也提供了生境的多樣性，為河流生態系統的穩定創造了條件。河道的渠系化、直線化，蜿蜒曲折的自然河流被改造成平直的人工渠道或渠網，自然河流所特有的急流、淺灘、深潭、沼澤等河流形態消失，完全被硬質護坡或混凝土材料取代，多樣性的河流生態系統逐漸消失。

3)淹沒耕地、引發大量移民。水庫和電站的建設不可避免地要占用和淹沒大量的土地資源。例如20世紀50年代開始修建的丹江口水庫一期工程就涉及湖北省丹江口市、鄖縣和河南省淅川縣的大片土地。其中淹沒淅川縣耕地1.9萬hm2，占當時全縣耕地總面積的55%，南水北調工程中線工程實施后，該縣耕地將再一次被淹沒0.87 hm2。

水利工程的建設還迫使大量受影響地區的居民遷移，如果處理不當，不僅引發社會為題，也增加了遷入地區的生態保護的壓力，出現新的環境問題。

4)跨流域調水，給生態系統造成重大損害，甚至產生災難性的后果。由于跨流域調水打破了河流水系的自然格局，可能出現超量調水、超量用水的情況，對調水河流水文情勢和水生態環境帶來改變;同時長距離輸水的人工河流沿途土壤鹽漬化、沼澤化問題，也可能出現，以及受水區引發水生態問題，在以往的跨流域調水工程中均不同程度地得到一些失敗的教訓。

2 生態水利工程的基本理念、內涵和研究內容

水利工程引發的生態問題，迫使人們對傳統水利工程的規劃設計和運行管理進行反思，促進了水利工程和生態工程的結合，從而提出了生態水利工程的概念。

2.1 生態水利工程的基本理念

2.1.1 尊重自然的理念

自然河流形成的河流地貌和形態是河流長期發展與演化的結果，也是河流與周邊環境相互作用，逐漸形成的平衡狀態。河流地貌與河流形態的外在穩定，保證了河流生態系統的平衡與穩定。因此，生態水利工程秉承尊重自然的理念，在規劃設計和建設中盡量保持河流地貌和形態的自然狀態，20世紀80年代世界上一些發達國家進行的河流回歸自然的改造，以及“親近自然河流”的提法、“多自然河川計劃”，就是基于這樣的理念，拆除以前在河床上人工鋪設的硬質材料，在保證防洪的前提下，修建生態河堤，恢復河岸邊植物群落與河畔林，重塑河流生態環境，使受損的河流生態得以修復。

2.1.2 人類與生態共享水資源的理念

水不僅是人類生產生活不可或缺的自然資源，也是維護生態系統健康、保障生態平衡必不可少的生態要素。水是生物生存的重要條件，是生物體的主要組成部分。人類和動植物的依存關系不言而喻，要維持人類的生存，就要維護好地球上生物的生存，立與生物共享水資源、與生態共享水資源的理念，在滿足人類用水需求的同時，也要保證維護生態健康用水量。

2.1.3 可持續發展的理念

1987年題為《我們共同的未來》的研究報告中提出了“既滿足當代人的需求，又不對后代人滿足其需求的能力構成危害的發展”的可持續發展概念，是人類在總結自身發展歷程之后，提出的新的發展模式，就是在保持自然資源的質量和可提供的服務前提下，保護和加強環境系統的生產和更新能力，使人口、資源、環境協調發展。水資源是人類生存環境最重要的基本要素，水資源的開發和利用必須遵從可持續發展的理念，其內涵包括保護水資源的承載能力，優化水資源配置和強化水資源管理。即水資源的開發不能超過水資源自身的承載能力，就是指水資源總量不因時間的推移而減少、水質和水環境保持良好狀態情況下的水資源開發;有限的水資源在工農業生產用水、生活用水和生態用水之間實現最佳分配，使水資源本身、生產結構布局以及社會經濟發展戰略之間的互動和協調，最終達到一種大體上的平衡;建立一套高效科學的水資源管理模式，為水資源的可持續利用提供體制上的保障。

2.1.4 依靠自然恢復能力的理念

生態工程所涉及的生態系統和自然界自我設計與自我完善的概念主要是指生態系統的自我調節與反饋機制，也就是使生態系統具有適應各種環境變化，并進行自我修復的能力，以此保證生態系統功能發生最低程度的變化。生態水利工程從本質上講是一種生態工程，和傳統的水利設計相比，生態水利工程設計是一種“指導性”的設計，或者說是輔助性設計，設計師必須放棄控制自然的動機，要依靠生態系統自設計、自組織功能，輔以適當的人工干預，由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而完成設計和實現設計。

2.2 生態水利工程的內涵及其研究內容

生態水利是把人和水體置于整個生態系統中，研究人和自然對水利的共同需求，從生態的角度出發進行水利工程建設，建立良性循環和可持續利用的水利體系，從而達到可持續發展以及人與自然和諧的目的。生態水利工程的研究內容主要包括:

1)水循環與生態系統:利用水文學和生態學的原理研究流域生態系統;分析水文情勢變化與生態系統演變之間的內在規律;確定水環境條件變化對生態系統的影響;模擬水資源與生態系統各要素之間的相關關系。

2)生態水利規劃與設計:研究流域生態系統對人類干擾的最大承載力，結合生態環境建設，提出符合生態安全的水利建設規劃與設計方案。生態水利規劃涉及水資源、環境、生態和水利等多個學科，在規劃過程中，強調運用各學科的綜合知識，實現水資源的持久利用。

3)水利工程的生態效應:在研究水資源開發、利用、保護、管理、經營和生態環境之間的相互關系基礎上，提出水利工程建設產生的累積生態學效應的評估和預測方法、指標體系。建立生態系統修復和重建的技術和工程方案。生態水利強調以預防和保護為目標，采用工程和非工程相結合的措施，恢復已退化的流域生態系統。

4)生態水利系統管理:研究生態水利系統的監測、評價方法，建立流域生態安全的決策支持系統和預警系統。提出滿足生態安全的優化調控與管理措施。

3 生態水利工程的熱點問題

3.1 河流健康評估

河流健康是生態系統健康概念的一種派生。20世紀80年代在歐洲和北美開始了河流保護行動，許多國家通過修改、制定水法和環境保護法，加強對河流的環境評估和生態保護，“河流健康”的概念也相應出現。河流健康的評估包含兩方面問題:一是如何確定河流健康的基準點，二是如何處理人與河流的關系。

一般來說，河流健康主要按照4類指標進行評估，即物理—化學評估，生物棲息地評估，水文評估和生物評估功贖罪。河流健康的概念拓展了人們的視野，從單純的水質保護，擴展到河流生態系統保護。

3.2 河流生態修復

河流生態修復是指使用綜合方法，是河流恢復因人類活動的干擾而喪失或退化的自然功能。河流生態修復的任務，一是水文條件的改善，二是河流地貌學特征的改善，目的是改善河流生態系統的結構與功能，標志是生物群落多樣性的提高，與水質改善為單一目標相比更具有整體性的特點，其生態效益更高。

3.2.1 水文條件的改善

1)維持河流生態環境需水量

廣義地講，生態環境需水可以被認為是維持全球生物地理生態系統水分平衡所需的用水，包括水熱平衡、水沙平衡、水鹽平衡用水等。狹義地講，生態環境需水可以被視作為維護生態環境不再惡化并有所改善所需的水資源總量，包括為保護和恢復內陸河流下游天然植被及生態環境的用水、水土保持及水保范圍之外的林草植被建設用水、維持河流水沙平衡及濕地和水域等生態環境的基流、回補區域地下水的水量等方面。廣義的生態環境需水概念對研究不同尺度的水資源系統和考慮各種系統功能及其相應的物質運動較為適用，而狹義的生態環境需水概念對水資源供需矛盾突出和生態環境相對脆弱的干旱、半干旱地區以及季節性干旱的半濕潤區的系統分析相對適合。在實際工作中往往需要確定的是最小流量，即最小生態環境需水量，也是生態水利的重要任務之一。

2)河流污染控制

通過污水處理，控制污水排放以及提倡清潔生產改善水質;保障河流環境流量，維護河流的自凈能力和提高河流的稀釋能力也可以實現河流水質的保護;加強流域的生態環境建設，改善水土保持水平，減少面源污染對控制河流面源污染，保障河流水質也是生態水利工程的研究課題。

3)水庫優化調度，滿足社會用水需求外，盡可能接近自然河流的脈沖式的水文周期。

3.2.2 河流地貌學特征的改善

1)恢復縱向和橫向連通性的河流廊道

自然河流兩岸的濕地、湖泊是河流系統的組成部分，沿岸生長發育著茂密的植物，橫向上根據植物對水分要求的不同，發育著挺水植物帶、濕水植物帶和過渡帶，組成完整的河岸緩沖帶;縱向上沿河流廊道形成河流綠色廊道，不僅提供了綠色為主的河流廊道景觀，也是極其重要的生態廊道。生態水利工程旨恢復河流縱向和橫向的連通性，以保護和恢復河流廊道的生態功能。

2)盡可能保持河流縱向和橫向形態的多樣性

由于天然河流形態上的多樣性，無論在縱向上還是在橫向上水流狀態是不斷變化的，從而形成了各式各樣的斷面形式和千姿百態水流狀態，為不同類型的水生生物的生長提供了適應的生存環境，也決定了河流生態系統的多樣性。生態水利工程尊重自然的理念的具體體現就是盡量保持河流縱向和橫向形態的多樣性，也就是保護河流的生態多樣性。

3)防止河床材料的硬質化

河流兩岸的植物帶是河道與陸地的過渡帶，河岸緩沖帶河岸景觀被混凝土、砌石等硬質材料包裹后，植物的根系很難穿過堅硬的表面，不利于植物的生長和發育，不僅嚴重地破壞和干擾河岸植被帶，而且破壞了原有的生境，將河岸綠色植被景觀變成了單一灰白色調的人工建筑物，與自然河流既不協調。

生態水利工程倡導的生態型護岸是從護岸材料上進行改進，主要采用不同類型植被護岸、生態型硬質護坡等生態型護岸材料，防止河床材料的硬質化。

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