生態水利工程設計問題探析

鐘贛平

摘 要：文章對生態水利工程設計面臨的幾個主要問題進行分析，闡述了生態水利工程設計的基本原則和基本理論與方法。

關鍵詞：生態水利工程設計；問題；設計原則；理論與方法

水利工程對現代社會的經濟與社會發展有著無可替代的作用，在防洪、灌溉、發電、供水、航運、養殖和旅游等諸多方面對于保障社會安全、促進經濟發展發揮了巨大的作用。然而水利水電工程設施的建設和運行，對于河流生態系統也有著雙重影響。在種種水利工程所引發的生態環境問題不斷出現、并嚴重危及區域經濟社會的可持續發展時，人們開始全面、深入地審視水利工程給人類及生態所帶來的效應。

1 生態水利工程設計面臨的主要問題

1.1 水利工程設計人員與生態科技工作者缺少合作的機會與機制

水利工程設計人員基于流域生態需水規律來進行設計的意識不強，將生態服務目標作為常規設計要素考慮的意識還不普及。在水利工程可行性研究階段，環境影響評價工作往往介入較晚，大部分是在水利工程可行性研究方案確認后才進行環境影響評價，加上當前我國環境評價管理制度與環境影響評價咨詢市場還不完善、不規范，環境評價單位替業主考慮得較多，對生態目標考慮得相對較少，有的甚至隱瞞工程真正的生態影響后果，導致許多水利工程的生態效益不明顯，負面影響相當突出。水利工程設計人員與生態環境科技工作者缺少合作的機會與機制，生態水利工程的開發與設計相對滯后。

1.2 生態水利工程設計缺少生態水文測驗資料

如果不能從水文測驗站的觀測資料去分析水文過程對生態過程的正負影響機理，就很難基于生態系統的自組織規律尋求生態水利工程的設計理論、方法與技術參數。當前，我國水文測驗工作相對落后，水文測驗站還不能適應當前生態水利工程設計對資料的需求。目前有關生態水文站方面的設計與布局在我國還未正式開展，國內也少有報道。

1.3 缺乏基于不同區域的生態水利工程設計方法與評價標準

生態水利工程對服務目標具有特定性和地域性。由于生態系統存在地理區域的差異，因此決定了具體的生態水利工程也具有因地制宜的特征。當前，對生態水利工程的功能有一些理論評價指標和評價方法。但對于一個具體的生態水利工程實踐缺少可操作性的評價方法與標準。這與當前水利工程對生態影響的科學研究工作開展得較少和相應科研成果積累較少有關。水利工程由于涉及工程力學的穩定性與安全性，因此國家對水利工程結構建筑物執行了一系列的強制性標準，但缺少足夠的技術標準來規范工程的生態服務目標。

1.4 生態水利工程與原有水利工程設施難以協調運行

在一個流域內，新的生態水利工程可能要在原有水利工程設施的基礎上進行改造和優化設計。生態水利工程的介入必然會影響原來水利工程設施的服務對象與功能，如原來工程的防洪排水標準、發電效能、灌溉功能等，甚至會給原有水利工程的安全運行帶來一些風險。由于原有水利工程與生態水利工程最為顯著的差異是服務目標與功能的差異，因此有必要在開發生態水利工程的同時，對原有水利工程的服務目標與功能進行適度調整。所以，如何實現生態水利工程與原有水利工程設施的協調運行，是生態水利工程設計應全面系統考慮的問題。

2 生態水利工程設計的基本原則

2.1 保持和恢復河流形態的空間異質性原則

有關生物群落研究的大量資料表明，生物群落多樣性與非生物環境空間異質性（spacialheterogeneity）存在正相關關系。非生物環境的空間異質性與生物群落多樣性的關系反映了非生命系統與生命系統之間的依存和耦合關系。一個地區的生境空間異質性越高，意味著創造 了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環境變得單調，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質、密度和比例等都會發生變化，造成生態系統的某種程度的退化。

2.2 工程安全性和經濟性原則

生態水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態學原理。生態水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規律，以確保工程設施 的安全、穩定和耐久性。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，動態地研究河勢變化規律，保證河流修復工程的穩定性。對于生態水利工程的經濟合理性分析，應遵循投入最小而經濟效益和生態效益最大的原則。

2.3 流域尺度及整體性原則

河流生態修復規劃應該在流域尺度和長期的時間尺度上進行，而不是在河段或局部區域的空間尺度和短期的時間尺度上進行。所謂“整體性”是指從生態系統結構和功能出發，掌握生態系統各個要素間的交互作用，提出修復河流生態系統的整體、綜合的系統方法，而不是僅僅考慮河道水文系統的修復問題，也不僅僅是修復單一動物或修復河岸植被。水域生態系統是一個大系統，其子系統包括生物系統、廣義水文系統和工程設施系統。

2.4 生態系統自設計、自我恢復原則

生態系統的自組織功能表現為生態系統的可持續性。自組織的機理是物種的自然選擇，某些與生態系統友好的物種，能夠經受 自然選擇的考驗，尋找到相應的能源與合適的環境條件。在這種情況下，生境就可以支持一個具有足夠數量并能進行繁衍的種群。依靠生態系統自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而實現設計。成功的生態工程經驗表明，人工與自然力的貢獻各占1/2。在利用自設計理論時，需要注意充分利用鄉土種。引進外來物種時要持慎重態度，防止生物入侵。

3 生態水利工程設計基本理論和方法

3.1 應以生態水文學與工程水文學作為工程設計的基礎，進行水文過程的分析與計算

重視生態水文學與工程水文學的結合，這樣才能為生態水利工程的設計提供基礎。因為生態水利工程的服務對象比較廣，往往同時涉及濕地、林業、草原、農業、畜牧業和江河湖泊等生態用水和工業、城鎮、消防、居民等經濟生活用水，所以只有弄清生態目標對水資源的時空要求規律，生態水利工程的設計才能建立在科學的基礎上。

3.2 識別工程可能影響的關鍵生態敏感目標

生態水利工程的設計應當能準確識別受工程直接或間接影響的生態目標，并在工程規劃階段予以充分考慮。但當前許多水利工程的設計很少或沒有考慮流域生態敏感點。如在三江平原早期實施的防洪治澇工程中，有的地方跨流域排水，如1988年修建完成的濃鴨截洪總干使濃江中游的洪河國家級自然保護區濕地減少了730km2的地表徑流匯入，使其水資源明顯退化，這就是當時沒有考慮生態敏感點有直接的關系。

3.3 生態水利工程的設計要與環境工程設計進行有機結合

生態水利工程的設計應當充分吸收環境科學與工程的理論和技術，實現水量與水質同步科學配置的目的，尤其是應與水污染防治工程進行有機的結合。由于水利工程作用的水量一般較大且具有明顯的季節性變化，所以生態水利工程的設計可能使得其設計與實施存在較大的挑戰與阻力。為了減緩旱田排水挾帶泥沙或污染物進入下游湖泊或天然濕地，可以在進入湖泊或濕地的過渡帶設計生態處理溝渠或氧化塘。對于水田排水溝渠可以充分利用其生長季節蓄水，利用人工溝渠濕地對有機污染物質進行降解，其實，人工溝渠在蓄水狀況下，如果溝渠兩坡生長有水生植被，對水質處理效果較為明顯。所以，在缺水地區種植水稻，特別是開采地下水種植水稻的地區，應當進行以水量高效利用與水質凈化為目的的生態水利工程設計。這種設計思路應該來源于水污染的自然穩定塘處理理論與工藝。所以，生態水利工程與水污染控制工程的結合是以后生態水利工程的一個重要發展方向。

參考文獻

[1]董哲仁.試論生態水利工程的基本設計原則[J].水利學報，2004（10）：106.

[2]董哲仁.探索生態水利工程學[J].中國工程科學，2007，9（1）：1—7.

[3] 孫宗風.生態水利的理論與實踐[J].水利水電技術.2003：4.endprint