生态水力学研究

生态水力学研究浅述

【摘要】生态水力学是水利科学发展到较高阶段出现的新兴学科，近年来由于包括水利建设在内的人类活动规模不断扩大，对于自然生态系统所产生的胁迫和压力不断加大，某些地区出现了严重的生态环境恶化的事例。

【关键词】生态环境水力学水利科学环境恶化

生态水力学作为一门独立学科被提出来，目前基本上还处于摸索与融合的阶段，国内外尚未统一的定义标准。本文认为，其主要研究对象不仅是水流的力学特性，还包括水流条件对生态系统的影响，反过来生态环境又会影响水力特性的改变。欧美一些国家开展生态水力学领域的研究约始于20世纪70年代。他们的成功经验为我国有效开展生态水力学研究提供了有益的帮助。我国生态水力学研究大约始于20世纪90年代初。

一水利建设导致生态环境恶化的主要表现

第一，大规模的水坝建设使得水库对河川径流的调节能力日益加大。有些流域的水库调节库容接近或超过河川的多年平均径流量，以至造成水坝下游河流水量的减少，甚至干枯。这将造成下游河床的萎缩，对河流生态系统造成毁灭性的灾害。同时，水坝的建设造成水流连续性、河床连续性、生态连续性的破坏，并且在上游大面积的淹没土地，大量移民又造成了许多新的环境问题。

第二，河流的防洪标准不断提高使得河流两岸的堤防越来越高，致使河流两岸的洪泛区域与河流的水循环分离，河流两岸的湿地消

失。由于地下水得不到河流的补充，使得两岸广阔的洪泛平原的生态状况日益恶化。

第三，大量兴建的水资源开发工程造成流域水资源的过度开发利用，结果导致流域地下水位下降、地表河流和湖泊萎缩、植被干枯，生态环境恶化。在近海地区由于地下水位降低导致海水入侵，造成地下水污染。

二水利工程建设对流域水循环的影响

概括来说，大量的水利工程建设对流域水循环的影响主要表现在以下方面。

第一，流域水循环的短路化。大量的水利工程建设导致流域水循环的速度加快，降雨产生的汇流的速度加快，大量的水利工程建设使得流域降雨能够快速地汇入河道，泄入大海，结果导致流域内地下水得不到补充，地表生态环境恶化。

第二，流域水循环的绝缘化。洪水只在大堤的范围内流动，不再泛滥，使得河流两岸的广大洪泛区不再受到洪水的侵扰，但是同时也失去了洪水对地下水的补充和清洗。流域的水循环与河流的水循环分离。

第三，流域生态系统的孤立化。流域的水绿生态网络被切断、阻隔，流域内的生物群落被局限在某一固定区域，不能自由移动，生物链捕食和交配不能正常进行，造成生物群落的退化和灭绝。

三近年来国内生态修复方面的生态水力学研究成果

近年来，对于保护生物多样性和流域社会可持续发展的认识不断

被接受，提出了对遭受破坏的生态系统进行修复的新课题。世界上越来越多的国家和地区开始重视恢复流域的自然特征，着手恢复河流的多自然特征，我国一些流域也先后提出了生态修复的目标。目前，生态水力学的研究课题中比较注目的成果简述如下。

第一，湖泊水生态系统的修复。我国人口密集区的大多数湖泊目前出现了由于污染造成的湖泊富营养化现象，即由于磷、氮类营养盐大量进入湖泊造成湖泊内藻类异常增殖，水体生产力提高，水质恶化。对湖泊的治理除了控制污染源外，最有效可行的措施就是修复湖泊的生态系统。目前在我国的洱海、滇池、太湖等地区都在开展生态修复的试点工程。如湖滨带的生态修复、湖周湿地的生态修复等。湖流对营养盐的输送、湖流对湖泊内泥沙的输移、湖流对底泥污染物释放量的影响，以及综合各类研究成果建立的水域富营养化模型等都是生态水力学中的热门课题。目前类似的课题已经有很多。

第二，恢复河流自然特征的研究。传统水力学的研究比较注重河流输水的经济性，结果造成河流断面均一化、河流渠道化，河流自然特征逐渐消失，河流生物多样性减少。目前，在恢复河流自然特征的研究中正开展着创造河床的滩—潭交互结构、近岸的洄流结构，创造适合特种生物生存和繁殖的流场等方面的研究。

第三，以河流生态系统优化为目标的水利工程调度研究。以往的水利工程调度大多只考虑水资源优化、水能经济优化等目标，没有将下游的水环境和生态环境优化作为调度目标，虽然达到了经济优

化的目标，但也损坏了下游的生态环境。近年来结合下游河流环境、生态需水量的研究提出了以下游生态环境优化为目标的水库调度

研究，增加了水库的生态环境调度功能，被称为生态型水库。

第四，洪水资源化的研究。传统水利认为洪水只是一种灾害，近来逐渐认识到洪水不仅是灾害，还是一个生态过程，通过洪水泛滥补充地下水、恢复湿地、清洗河流、改良土壤等，因此不能完全消灭洪水。这方面的研究有：有控制的人工洪水调度、与溢流堰结合的堤防设计、利用洪水的地下水回灌等。

第五，湿地修复技术研究。湿地的恢复需要适当的水流条件，不同的湿地植物群落，需要相应的水深、流速、水温等。在湿地恢复过程中要注意流场的控制，以满足湿地生态修复的要求。

第六，植物群落对水中营养盐降解的机理研究。水中的营养盐在进入水生植物系统后经过沉降、微生物分解、根系吸收等环节，使水体内营养盐的浓度降低，达到净化目的。上述过程与流场关系密切，如水深、流速、水体滞留时间等，目前多是通过现场的实地实验确定各种参数，试图建立数学模型。

第七，水域微流场的研究。各类水生动物的繁殖和栖息往往要求极为严格微流场环境，如流速缓慢的回流区、静水区、掺气充分的急流区等，为了解决鱼类洄游，设立的鱼道