試論生態水利工程的基本設計原則

張振宇

【摘要】生態水利工程是基于水利工程所造成了一系列生態問題而進行的自覺的反思和改進，從技術上、規劃上革除工程建設中由于粗放式建設方式和技術不到位等原因造成的對生態環境的破壞。因此在科學發展觀、可持續發展理念等思維的指導下，水利工程與生態工程進行了創造性結合，并在借鑒發達國家的經驗的基礎上，從生態建設技術和水利工程管理方式改進出發，樹立正確的生態水利工程建設規劃目標和設計原則。

【關鍵詞】：生態；水利工程；基本設計原則；分析；

前言

從學科發展角度看，現在的水利工程學的學科基礎主要是工程力學和水，水利工程規劃設計主要對象是水文系統，往往忽視生命系統的現狀和未來風險等問題。學科的進一步發展應吸收生態學的理論及方法，促進水利工程學與生態學的交叉融合，用以改進和完善水利工程的規劃及設計理論，形成水利工程學的新的學科分支-生態水利工程學。生態水利工程學作為水利工程學的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態系統健康與可持續性需求的原理與技術方法的工程學。生態水利工程的內涵是：對于新建工程，是指進行傳統水利建設的同時（如治河、防洪工程），兼顧河流生態修復的目標。對于已建工程，則是對于被嚴重干擾河流，重點進行生態修復。

一、水利工程對河流生態系統的影響

水利工程在社會生產過程中，對促進經濟與社會的發展發揮了重大作用，此外，我們也應看到水利工程對河流生態系統所造成的影響。人類興修水利工程的種種人為活動致使河流的多樣性、流動性和連續性發生改變，水域的水溫、水深、自流水邊界、水域流速等自然規律也隨之發生了重大變化。這些變化會對河流的生態系統造成嚴重的影響，我們必須對這些影響給予高度的重視。在未來的水利工程興修時，應全面把握生態系統健康與社會經濟需求兩者之間的關系，做到水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態系統的健康及可持續發展。

二、生態水利工程的基本設計原則

（一）、確保工程的安全性和經濟性

生態水利工程作為水利工程的分支，首先要遵守水利工程的設計原則，保證工程安全性是任何水利工程設計的最基本的原則。設計過程中，設計人員應深入實際，充分考察水體的水質、水流等基本情況，進而充分考慮水對建筑物的侵蝕作用、對泥沙的堆積和搬運作用，同時還應全面把握河道走勢的自然規律等。只有保證了工程的穩定性、持久性以及設施的安全，才能確保建筑物持久地發揮其功能。在保證了工程安全性的同時，我們還應對工程的經濟性進行合理分析，力求實現資金投入最少、經濟小于和生態效益最大化的基本原則。

（二）、保證水體內部環境的多樣性

相關調查顯示，一個地區的非生物環境的多樣性能夠影響其生活群落的多樣性。也就是說，如果一個地區的自然環境種類多樣，當地的生物種類也會日漸豐富，食物鏈的組成也將更復雜，這樣生態系統對外界變化的適應能力和抵抗能力越強。如果我們興建的水利工程致使該流域內的水體內部環境日趨單一化，那么，就會導致水生生物種類多樣性的減少、食物鏈結構逐漸簡化、生態系統日趨單一化，造成水體對外界變化的適應能力和抵抗能力降低，自然凈化能力逐漸下降，并逐步喪失其基本功能。所以，在水利工程設計過程中，設計人員需要對河流的近期及遠期的水文情況進行深入了解，掌握生物種類與生態環境間的關系，進而對設計草案組建數學模型，對其可行性、可操作性進行論證，從而保證水利設施的興建能夠擁有足夠的豐富多樣的環境，進而將對自然環境的影響降到最低。

（三）、確保河流生態系統的自我修復功能

與傳統水利工程相比，生態水利工程除了要保證傳統水利工程的基本原則外，還需要在設計的時候，充分考慮保護生態系統的自我修復功能，也就是要維持生態系統的可持續性。而在這一方面，人工建筑物所起的作用則十分有限，只有自然因素經過長期的自然選擇后所形成的生態圈才具備良好的自我修復功能，發揮其作用。所以，在生態水利工程設計時，應盡量避免絕對化的人為力量，應充分將人為力量與自然的影響進行有機結合，從而利用生態系統的自設計功能和自組織功能，從大自然中選擇合適的物種，形成良好的合力結構。這樣，不僅僅可以取得生態系統保護及恢復方面的成效，還能降低工程的建設成本，降低工程造價，獲取更高的經濟效益和生態效益。

（四）、確保河流生態系統的整體性

在傳統的水利工程建設過程中，水體常被人為地劃分成不同功能且相對封閉的小區域，影響了水體之間的相互聯系，極大地降低了水體內不同小環境之間的能量交換及物質交換速度，從而人為地破壞來河流生態形同的穩定性和整體性。生態水利工程在設計時，應充分掌握施工流域內生態系統各要素之間的相互關系及作用方式，盡最大限度地保持并恢復水體的原始狀態，確保河流的生態系統的整體性不受到外力的破壞，而不能僅僅是在工程結束后，單純地對河道水文系統進行修復或是只對河岸的植被進行修復。

（五）、確保建立完善的河流生態系統和水利設施之間的反饋機制

生態水利工程設計以成熟的河流生態系統為主要參照物，并充分利用生態學可的相關理論和環境工程的先進技術，力求打造一個健康的、可持續發展的河流生態系統，從而保證工程設施內部的各自然要素可以在不需要人工干預的環境自發地進行活動，維持生態環境的穩定和河流水體的質量。通常這種自發活動的方向不是單向的，這種不確定性使得生態水利工程的設計應遵循一種“反饋調整”的設計方法，也就是說，在設計方案執行之后，仍舊需要對水體的環境進行長期的監督和評價，并根據反饋的信息對水利工程項目進行不斷的調整與完善。

三、生態水利工程面對的新問題

生態水利工程的設計不僅僅需要考慮生態目標，同時還要確保水利工程建設的實用性，所以，在保證水利工程設施經濟效益和環境成本尋求平衡點的過程中，生態水利工程的設計原則需要不斷地去適應日趨完善的評價標準以及新的生態水利工程同傳統水利工程建設之間的協調問題，相信隨著科學技術的日益發展以及生態水利工程建設經驗的不斷積累，我們必能妥善解決好這些問題，最大限度地發揮生態水利工程的經濟效益、環境效益和生態效益。

結語

總之，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，也就是說某些與生態系統友好的物種，能夠經受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源和合適的環境條件。在這種情況下，生境就可以支持一個能具有足夠數量并能進行繁殖的種群。自組織功能原理與達爾文的進化論有相似之處，只是研究的尺度不同而已。達爾文的進化論研究是在地球生物圈所有種群的尺度上進行的，而自組織功能是在生態系統中種群之間發生的。而水利工程是人類通過人工建造建筑物，對自然水體進行開發利用、調配及治理，從而實現除害興利目的的科學。但是，在水利工程的發展初期，由于人們對自然規律認識的局限性，往往只注重人類水利工程對人類社會需求的滿足，而忽視了對自然環境的保護，致使早期的許多水利工程都存在影響水體健康的問題，引發了各種環境問題。所以，人們在開發水環境資源時，應兼顧生態效益和經濟效益。

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