生态水利工程概要与实践-水利厅

问题3－治河工程河道渠化对河流廊道生 态的影响

自然的流域演变为自然+半人工化+人工化的流域
水域的连续性、水陆的连续性、陆域的连续性被 破坏，地下水和地表水的连续性被破坏



河道形态多样性的消失：断面单一化，流态均一 化，浅滩及深潭消失，河道形态多样性消失 生物栖息地的消失 河道天然自净能力丧失

洪水为水陆生态系统提供有机及矿物营养： 洪水消落将陆地矿物及有机物质带入河流。
许多植物的快速生长与繁殖决定于短期洪 水淹没（如棉白杨，柳树等）。 许多动物（如无脊椎动物、鱼、鸟、哺乳 动物等）已经适应洪水周期，如洪水为有 些鱼种产卵提供信号，洪泛区的植物为鱼 等提供食物。


经济发达国家的水利发展过程
问题2－大坝建设对河流的影响
1、对生态系统非生物部分的影响


河道形态的改变（水库库岸再造、水库淤积、下 游冲刷、河床基质等） 泥沙及营养物质运移规律的改变 水流条件的改变（水体连续性、流量、水流速度、 流态、水深、水温等） 局部气候条件的改变（湿度、气温、降雨等） 水质的改变（溶解氧、各种污染物浓度等） 地下水的改变




2、对河流生态系统生物部分的影响
（1）、水生生物：上述生境条件的变化，无疑将 影响水生生物的生活规律、食物链、生物运动及 物种传播范围、产卵，部分物种因不适应新的环 境而减少或消失，新的环境也会产生一些新物种 及群落。 （2）、水库库岸陆地生物：坡度、温度、湿度、 高程及地下水的变化，将导致生物群落的演化， 淹没区域部分物种减少或消失。


3、目前较为关注的大坝枢纽所引发的生态环境问 题 （1）、清水下泄对下游河流的冲刷引起的河岸稳 定问题、取水口问题及河口海水倒灌问题 （2）、高坝大库低温水下泄问题 （3）、下泄水流气体过饱和问题 （4）、水库调节带来的下游洪水脉冲消失问题 （5）、大坝阻断鱼类回游通道问题 （6）、水库蓄水库湾富营养化问题 （7）、水库消落带生态恢复问题 （8）、库岸稳定及水库诱发地震问题 （9）、下游生态需水问题
中外水利发展水平的比较

1· 中国总体的经济水平尚未达到发达国家20世纪70年代水 平，即使说我国实现了现代化，现代化水平将较低。 2· 我国在水资源开发、防洪等方面还要求大量建设大坝、 整治河道。所以我国高坝建设技术发展较快，水平也较高。 3· 我国的流域管理和水资源管理水平还较低、特别是流域 监测能力和评价手段比较落后。 4· 我国的流域环境、生态问题日益突出，已经引起国家领 导重视，开始增加投入。 5· 经济发展不平衡，经济发达地区2020年以前可实现现代 化。水域环境保护、生态修复将成为水利工作的主题。但 是从全国的总体水平来说，实现现代化还需要更长的时间。



(1)在进行流域规划时，未将流域内社会、 经济发展及水资源开发利用作为一个整体 来进行考虑，只进行水资源开发利用的规 划，忽略流域概念，未做到可持续发展 (2)忽略了河流生态与环境对水的需求，未 做到人与自然和谐共处。 (3)忽略了洪水泛滥区的作用。 (4) 忽略了景观价值。
水的自然循环和社会循环


但是传统的水利建设理论与现实的冲 突越来越尖锐，由于水利工程建设所 引起的生态环境的恶化日益显现。 随着社会可持续发展、生物多样性保 护、人与自然相和谐等现代观念的形 成，应当认真总结传统水利建设理论 的得失，建立能够满足社会可持续发 展和国家现代化需求的新的水利建设 理论已成为必然。

传统水工学的不足


（4）、流域内的社会难以实现可持续发展 流域内生态状况的恶化表明了一个事实， 流域已经难以实现可持续发展。 可持续发展的基本内涵是实现流域内人口、 经济、资源、环境、生态的协调发展，即 流域内的社会要根据资源条件、环境容量、 生态系统状况，制订流域内的人口和经济 发展计划。可持续发展要达到两个目标： 经济要发展、生态环境要改善。 按目前的状况，我国的流域几乎都难以实 现可持续发展。



（1） 流域水循环的短路化 流域水循环的短路化是指由于水利工程的大量建 设使流域水循环的时间过程加快的现象。 在自然状态下，流域内的降雨在落到地面后，一 部分经过地表产汇流的过程汇入河道，再流入湖 泊和海洋，另一部分渗入地下，通过渗流缓缓地 回归河道，形成河流的基流，整个流域的水循环 时间过程较长，河流的基流分布较均匀，地下水 位保持正常水平。 但是，大量堤防和水库建成后，降雨迅速汇入河 道，其水量大部分被贮存在水库内，河道内的汇 流又因为河道的疏浚和堤防的修建而快速地排入 大海，流域的水循环时间过程加快。 如汾河流域—河道断流、湿地消失、洪水灾害加 重
水利现代化与社会经济的发展





发达国家水利建设内容的变化，是由于社会经济的发展所推动。社会 经济发展的不同阶段，社会对于水利行业的需求也不断变化。 在经济发展的初期，社会要求有一个基本的安全发展空间，保持社会 的稳定，首先要求防洪安全建设。水利建设的初期，多以大型防洪工 程建设为主。 经济的发展过程中用水需求的增加导致供水紧张，供水设施的建设是 社会经济发展初期的主要要求。 在防洪安全、供水问题基本解决后，社会经济会有较快的发展，同时 污染物的排放量大幅度增加，水系污染问题突出，在社会经济发展的 中期对水资源的保护问题将成为社会关注的焦点。 当社会经济实力较强时，水系的污染问题可以得到解决，人们生活质 量提高、假期增加，旅游业的发展要求水系周边有优美、舒适的休闲 娱乐空间，以水边景观建设为主的水域周边空间管理是社会经济比较 发达阶段的水利工作重点。 在社会经济进入发达阶段时，人们将不再满足水清、景美，而要求有 更丰富多样的生态系统，对水系的生态修复是社会经济和文化发达的 重要标志。

水的自然循环：
工业生活用水
工业生活用水
给 水 处 理
污 水 处 理
给 水 处 理
中 水 回 用
污 水 处 理
天然水体
水的社会循环：

流域是水的自然循环和社会循环交织在一起的复 合系统
海洋
城 市 ngsh 工厂区
农田 林

20世纪我国的水利建设是以“兴利”、“除 害”为目标，大量兴建大坝、堤防、闸涵、 渠道、机井等水利工程，以满足防洪、发 电、城市供水、灌溉、航运、水产等多方 面的要求。但是大型水利工程的建设必然 要改变流域水循环的状况，出现了许多始 料不及的问题




新水利理论的一个重要进步是更加重视流域的概念。传统 的水利理论虽然也提出了流域的概念，但是只注意到流域 的物理特征，即由降雨和地形决定的产汇流特征，比较多 的是研究流域的水文变化规律。而新水利理论除了流域的 物理特征之外，还注意研究流域的自然特征和流域的社会 特征。 流域的自然特征要从天—地—生大系统来考察流域，即把 流域作为天—地—生系统的基本单元，认为流域生态系统 的基本形态由流域的天象、地象条件所决定。 流域的社会特征是指流域内的自然条件与社会环境之间是 互相影响的，即流域社会的发展受流域的自然条件制约， 而流域的生态系统又受人类活动的影响，因而社会的可持 续发展必须以流域为单位。 按照新水利的理论，流域规划要全面地考虑流域的水文、 自然和社会特征，即“天时”、“地利”、“人和”，以 谋求流域内社会的可持续发展为规划目标。

（3）、流域生态系统的孤立化
生态系统是连续的，起源于水域的生态系统由水 生物、两栖生物、陆地小动物、陆地大型动物等 形成一个连续的流域生态系统，通过食物链关系 维持流域生态系统的平衡。
但是，水库的建设破坏了河流的连续性，堤防的 建设破坏了水陆的连续性，使大量湿地消失。


同时，陆地渠道、公路、铁路等大型连续性工程 的建设也割断了流域生态系统的连续性，流域内 的动物难以自由移动觅食，生物通道被阻隔，连 续的生态系统被分割成一个个孤立的区域，生态 系统的食物链被破坏，生态系统难于保持平衡。




（2）、流域水循环的绝缘化 河流的广大中下游平原地区大多是河流泛滥形成 的冲积平原，河流的洪水泛滥过程不仅是一个灾 害的形成过程，也是一个形成冲积平原的生态过 程。 河流洪水的泛滥给广阔的洪泛区带来水资源、土 沙、肥料、物种、鱼类饵料，并冲洗河流和土壤 的污染，维持流域的特有生态系统，因而洪水的 泛滥过程也是一个生态过程。 但是，由于河流防洪工程体系的建设，河流不再 泛滥，洪泛区的水循环与河流的水循环无关，称 之为绝缘化。 洪泛区水循环的绝缘化不仅杜绝了洪水灾害，同 时也中断了洪泛区的生态过程，使广大洪泛区的 生态系统难以维持。
早期密西西比河典型断面.
典型密西西比河渠化后断面
问题5－洪泛区



可作为临时蓄洪区。 当防洪墙或堤齐河岸而修时，影响河岸植 被，当邻水林或植被减少或消失时会改变 树阴，使温度和营养物质发生变化。 洪泛区一般均是湿地，对水质净化、生物 多样性保护具有重要作用。 与水库淹没区相比，洪泛区只是周期性短 时间过水，为可用土地，且每过一次水对 洪泛区是一次自然补充营养和物种。




纵观美国、日本、法国、德国等世界经济发达国家的水利发展过程， 在不同的经济发展阶段，有不同的工作重点。 在1960年以前，各国的水利工作是以水资源开发为主，为了满足经济 发展的需求，大规模地修建水库、堤防、整治河道。是水利工程技术 发展较快的时期。 进入60年代，由于经济的发展，显露水资源的不足，各国开始重视对 水资源进行管理，注重发展节水技术，并且重视相关的法规建设。 在70年代，由于经济发展造成河流的污染问题引起社会关注，反映在 水利建设方面，社会对水资源保护的呼声较大，对污染源进行控制， 发展污水处理技术，修订各类水质标准也自然成为各国水利工作的重 要内容。 在80年代，经济发达国家的水利建设先后转入对水资源的综合管理， 即对河流水质、水量、环境、景观等多方面的指标进行统一管理，以 满足社会对水利建设的多方面需求。对河道两岸的空间管理也列入水 利管理的内容之一，河流公园的建设发展较快。 进入90年代，伴随可持续发展理论的深入，在水利建设方面也有许多 新观念产生，开始对传统的水利建设理论进行反思。水利建设由传统 的以改造自然为目标转变为以人水和谐共处为目标，比较重视利用非 工程措施协调人水关系，重视环境用水和生态用水。最具代表性的进 步是水域生态修复理论和技术的提出，重新认识水利工程对生态环境 产生的负面影响，并采取积极的措施进行修复。
现代水利工程 （大水利、生态水利） 概要与实践
2009年4月
目

录
一、 生态水工学问题的提出 二、生态水工学解决问题的思路 三、生态水工学的基本原理及工程设计 四、生态水工学需研究的内容 五、工程实践
一、 生态水工学问题的提出
传统水工学 传统的水利工程学简称水工学，是一门以满足 人们对于供水、防洪、水力发电、航运等方面 的需求为目的； 以建造水工建筑物达到对水流的控制为手段； 以安全、经济、施工方便等为水工建筑物设计 准则的学科。 其理论基础为水文学、水力学、岩土力学、工 程力学、材料力学等。
二、生态水工学解决问题的基本思路


传统水工学主要从安全、经济、施工方便等方面设计水工 建筑物 生态水工学除考虑安全、经济、施工方便外，还必须考虑 生态、环境与景观的等方面的要求设计水工建筑物 传统的水利理论是20世纪初的产物，其指导思想是以改造 自然为主、以工程建设为主、理论基础以力学为主。在这 种理论的指导下，水利建设过分地干扰了流域的水循环。 新水利理论的形成要在传统水利理论的基础上，引进21世 纪的新观念，综合考虑技术、经济、环境、生态、社会等 对水系影响较大的因素，重新定位水利在流域可持续发展 中的地位和建设目标。
问题4－引水对河流廊道生态的影响


1、引水将使下游河道减水导致河流廊道几何形态 的改变，水质发生变化，部分湿地消失 2、河岸大型引水渠道形成新的人工河流廊道，会 阻止生物物种的传播等；土堤堤防的渗漏可能形 成湿地，渗漏有利于形成植被廊道，有利于外来 物种沿渠道的传播等 。 3、引水也常使鱼类等水生动 物进入人工渠道，生存条件 发生较大变化，产卵减少， 物种健康度降低。