生態水利工程設計理論及問題研究

荊瑞剛 李舜

【摘要】本文在收集和總結國內外有關生態水利工程與生態河理論和實際數據的研究成果的基礎上，分別總結了生態水利工程與生態河道治理工程的基本知識體系，并對其進行了闡述。表明生態河道工程是生態水利工程的一個子屬研究內容，在此基礎上生態水利工程知識研究生態渠道治理，生態渠道管理有自己的知識體系來構建生態河道。指導生態水利工程建設。

【關鍵詞】生態；水利工程；設計理論；河道

1、引言

隨著生態水工學的發展，生態河道的研究也相應形成和發展。這起源于生態修復的生態河道構建體系與生態水利工程學不同，其含義等目前仍無統一的界定。基于生態河道的理論指導，國內外開展了大量的生態河道實踐工程。在國外的河流治理過程中，許多新材料和新技術得到了廣泛的應用，許多生態工程技術也在河流治理工程中得到了探索和實踐。同時，我國生態河流理論與實踐正處于探索和發展階段，缺乏傳統治理方法與生態工程技術有機結合的系統理論指導。

總體而言，在我國水利工程設計實踐或生態河道治理實踐中，雖然成都市府南河的改造工程成功重建了河流生態系統，1998年上海市政府對蘇州河進行治理和2016年鄭州市政府對賈魯河進行綜合治理取得了階段性成果。但距離中國發展生態水利工程，完善生態水利工程體系，建設“人—水—工程設施”的和諧生態系統的要求和目標仍需總結經驗。

2、生態河道的理論基礎

2.1生態環境保全的孔隙理論

河道治理的孔隙理論就是在河道治理中，利用一定的結構和質地的材料，人為地構建適合生物生存的孔隙環境，保證河道治理中生態系統的自然屬性的完整性，為保護或恢復其系統生態功能奠定了基礎。河流生態系統的保護和恢復與河岸的建設形式和材料息息相關。前文已經說明混凝土砌筑下不斷硬化的河岸和河床等生態系統的危害進行了描述。研究發現，在河流生態系統中，食物鏈頂端的動物依靠洞穴、縫隙或相對隱蔽隔離的地區繁衍生息。因此，動物對孔隙條件的依賴是一個普遍的規律。根據這一規律，多孔結構的護岸和天然河床可以很好地保護和恢復生態系統，促進其發展。

2.2退化河岸帶的恢復與重建理論

河岸帶生態系統的恢復和重建是基于河岸生態系統演化和發展的規律。研究表明，首先，生物多樣性的存在和穩定需要更高水平的制度。因此，在更大的生態系統中，有必要設置河岸系統來更有力地恢復河岸帶的生物多樣性。其次，河岸帶越接近與鄰近生態系統的縱向和橫向聯系，障礙越小，生物多樣性越好。因此，加強修復工作與周邊系統的聯系，盡量消除兩者之間的差距。而且，相同類型，相鄰的生態系統也有利于相互之間的穩定發展。因此，要調查恢復的河岸生態系統類型，使之與相鄰系統類型一致，有利于其恢復。最后，在河岸生態系統恢復中，還應關注功能恢復較弱的小地區對自然和人類活動的影響。

河岸帶生態系統的恢復重建主要包括三個方面，根據河岸帶的組成和生態系統特點進行歸納：（1）河岸帶生物群落的恢復與重建；（2）緩沖帶生態環境的恢復與重建；（3）河岸帶生態系統的結構和功能恢復。

2.3水環境修復原理

眾所周知，河流水環境具有很強的自凈和修復功能。在河流自凈能力的承載能力范圍內，污染物進入河流的水體，這兩個過程一般是同時進行的。一是污染物濃度的降低和降解，即污染物進入河流，經過河水擴散，沉淀和生物吸收分解等作用，水質變好。二是有機污染物氧化后轉化為無機物的過程。這個過程歸因于水生環境中活的微生物或生物體，它們進行呼吸或食物活動以生存和繁殖，使得水生環境中的有機污染物通過氧化還原成為穩定的無機物質。因此，物質在生態系統中沿著食物鏈轉化和流動，得到有效利用的同時即改良了水質也改善了水環境。

但是，隨著河水流水體污染和富營養化的加劇，水體中的有機物和養分超過了水體的自凈能力，人類需要幫助改善水環境，一般采用水環境修復技術。修理技術有很多，如修復塘技術、生物島技術等等。恢復技術的正確應用可促進多種生物的共同生長，多種生物的相互依賴和相互制約，形成有機統一，提高河流水環境自凈能力，改善水質。

3、生態河道治理中存在問題和對策

國內在河道治理方面，在生態河流治理發展階段，自然存在一些不足。

（1）河道管理仍處于傳統階段，只有一部分實現了河道的生態治理。河道整治還是局限于水利工程、環境科學與生態學的結合，還是以水利為主導，忽視與其他相關學科的交流與接觸。一些水利工程在河道建設中的具體表現形成河流形態渠道化和間斷，導致河流生物多樣性下降。針對這一現象，水利部門要加快生態和水利工程的研究，推進生態水利建設，增加資金投入。

（2）河道周圍生物群落管理缺乏歷史資料，忽視與水文要素的聯系。傳統的水文地質調查正在出現，對現狀有一個模糊的認識，盲目地從經驗或外表治理。因此，有必要建立對河流生態系統的長效監測機制，對河流主要生態要素和水文要素進行定期選址或抽查監測，確保對河流的長期監督，控制和管理生態系統。

（3）雖然河道管理工程的規劃設計能夠滿足河流景觀和水力要求，但可能破壞河流的生態結構，降低河流的生態功能，設計創新是不夠的，局限于傳統的河流培訓項目設計模式。為此，在河道工程設計和施工初期就要確立生態系統結構的完整性，使河道工程保證河道健康，健康地發展。

（4）公眾對生態河道治理理念認識不足，參與積極性有待提高。要加強與公眾的溝通，使設施更加親民友好。這些問題需要政府部門引導和加大宣傳力度，使廣大人民群眾認識和參與生態河流的保護，自覺維護河流環境，維護河流生態系統的可持續發展。

4、結論

本文在生態與水利工程的基礎上，結合前人的研究成果，首先對傳統水利工程-河道整治工程造成的一些問題進行了分析、歸納和總結，得出了傳統水利工程中存在的主要問題，河道治理是指河流不具有連續性、河道渠化和同質化、河道堵水和生境破壞。其次，上述問題的基本理論是生態環境保護的孔隙理論，退化水岸帶恢復重建理論和水環境恢復理論。最后，總結了生態河流的研究內容，指出了國內生態河流建設的不足，并提出了相應的宏觀對策。

參考文獻：

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