生态水利工程的基本设计原则

试论生态水利工程的基本设计原则

摘要：水利工程在人们的生活中占有重要的地位，但是水利工程的大量兴建造成了一些负面影响，从环境的角度，提出了生态水利工程的设计原则，目的在于改善生态系统，保证生态系统的可持续发展。

关键词：生态系统；水利工程；设计原则

生态水利是现今社会文明进步和实现经济社会可持续发展对水利工程的要求，在兴建水利工程的同时要综合考虑它给生态环境带来的影响，本文针对水利工程的现状和生态水利工程的重要地位，提出了一些生态水利工程设计的基本原则。

1 水利工程与生态环境关系概述

人类对水资源的需求量与日俱增，水利工程的兴建使得人们日常生活得到满足的同时也给生态环境带来一些福利，如通过调节水量、合理配置水资源、防止河道断流、减轻或排除水污染、提高防洪抗旱能力等给社会带来了生态效益，提高了居住环境。但同时也看到了兴建水利工程过程中给河流生态系统造成的不利影响，其影响是客观存在的，产生原因归纳起来主要有：工程自身的缺陷，工程的存在本身就意味着一些生态问题的存在；人们对自然规律的认识有一定的局限性，对水利工程造成的生态问题考虑不充分；人类的自律能力不够，只顾着无节制的向自然攫取资源，却忘了保护环境对我们的重要性，导致水资源的承载能力超出了预定范围；制度不完善，对生态系统的保护和监管制度不够完善，导致生态问题加

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合理而适度的兴建水利工程对维护河流健康是有益处的，反过来，河流的健康有利于水利工程发挥其综合效益。但是问题要辩证地看，兴建水利工程如果不合理，会造成负面影响，需要采取合理的措施，正确对待开发与保护之间的关系，要求把水利工程与生态环境融为一体综合考虑，这就提出了生态水利工程这一概念。

2 生态水利工程概述

生态水利是按照生态学原理，遵循生态平衡规律的法则和要求建立起来的满足良性循环和可持续利用的水利体系。生态水利工程作为水利工程的一个分支，是一门融合了水利工程学和生态学的综合学科，它研究的是水利工程在满足人们日常生活需求的同时满足生态环境的可持续发展和健康状态，将更多的重心放在了环境的保护问题上。我们知道，随着经济的发展，各种工业、建筑工程迅猛发展，但是经济的飞速却是以环境为代价的，高节奏的生活、高速度的发展使人们忽视了赖以生存的生态环境，不加重视最后只得是自食恶果。

生态水利要求对生态河流的修复与治理、保护与防治上，对于那些已经兴建的水利，要在周围的河流区段进行修复与治理，将不利于河流休养生息的因素尽量消除掉，而新建的水利要在施工前考虑如何将负面影响降到最低。从河流生态建设全局看，生态水利工程将与河流环境立法、水资源综合管理、循环经济模式以及传统治污技术一起，成为河流生态建设的主要手段之一。

3 生态水利工程的基本设计原则

3.1 安全性和经济性原则

生态水利工程是融合了多学科的工程项目，在兴建过程中既要符合水利工程学原理，又要运用生态学原理对河流进行治理，在满足人们对水资源的需求的同时还要兼顾着河流生态系统的可持续发展。

从安全因素考虑，生态水利工程建设和施工都要符合水文学和工程力学的相关规定，不能违反自然规律，工程设施必须在要求的范围内进行设计，以能够承受自然灾害为准则，确保设施的规范性，另外，根据河流地貌原理进行河流横断面和纵断面的规划设计时，要考虑河流泥沙运送、沉积和河流侵蚀、冲刷等特征，动态地还得研究河势的变化趋势，以保证河流修复改造工作的持久性和安全稳固性；从生态水利工程的经济因素考虑，应本着风险小收益大的原则，设计过程尽量考虑全面，把各种潜在的不利因素都考虑进去，缩小不利因素带来的影响和造成的损失。

3.2 河流形态的空间异质性原则

生物群落多样性与非生物环境的空间异质性存在着正相关关系。某个地区的生境空间异质性越高，就意味着创造了多样的小生境，能够容纳的物种种类也多。

由于大规模的建设治河工程，造成了自然河流的渠道化及河流非连续化的现象，使河流生境在不同程度上呈现了单一化，引起河流生态系统不同程度的退化。生态水利工程的目标即是恢复或提高生

物群落的多样性，在确定河流生态修复目标以后，就应该对于河流地貌历史和现状进行勘查和评估，需要调查单个生物因子的基本需求，评估各种生物因子的相互关系和制约条件，对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。还要确定环境因子与生物因子的相关关系，必要时可以建立数学模型辅助解决。

3.3 运用生态系统的自我恢复能力进行设计

生态系统具有自组织功能，生态学用它解释物种分布的广阔性和丰富性，也可以用来阐述食物链随时间的发展演替过程，作用机理是自然选择，与达尔文的进化论有相似之处，只不过自组织功能是生态系统中种群的相互关系。

生态工程设计是一种“指导性”的设计，或者说是辅助性设计，它依靠生态系统的自组织功能，由自然界来选择合适的物种，形成合理的结构，从而完成设计过程。成功的生态工程是人工与自然力共同贡献的结果。自设计理论的适用性取决于一些具体条件，包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子，也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时，需要注意充分利用乡土种，防止外来物种的生物入侵。

3.4 把握景观尺度和整体性设计原则

河流生态系统的修复应该是大尺度、长久的，目的是保证河流生态修复的高效性，因小范围的生态修复效率低、成功率也低，影响整个工程的收益；河流生态修复的时间尺度同样重要，河流系统的演变是一个动态过程，每一个河流生态系统都有自己的历史，需要

对历史资料进行收集、整理，以掌握长时间尺度的河流变化过程与生态现状的关系。河流的生态修复是需要时间的，不是一个短期的工程。

在不同的工作阶段，其尺度可灵活变化，如在规划、评估、监测过程中，监测工作应在尽可能大的尺度内进行，而评估工作可能在跨流域的尺度上进行，规划工作的尺度可能是流域或河流廊道，设计过程中做到具体问题具体分析。

整体性原则是指应该综合考虑生态系统的结构和功能，了解并掌握生态系统各要素间的相互作用，进而提出修复河流生态系统的有效的系统的办法，而不仅仅是考虑河道水文系统修复或者单一动物及河岸植被的修复问题。

3.5 遵循反馈调整式设计原则

生态系统是不断演替的，是一个动态过程，该过程不一定按照预期方向进行，除此之外，人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。在完成规划设计之后，还要反过来看看有没有达到预期的效果，具体按照“设计-执行（包括管理）-监测-评估-调整”这样一种流程以反复循环的方式进行，发现问题后及时进行修正，生态系统不是静止的，具有很多不确定性，包括人为的改变和自然的发展，这种不确定性就决定了生态水利工程是一种反馈调整式的设计方法。

在反馈调整式设计过程中，提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界积极参与，通过对话、协商，以寻求共同利益。提倡多学科