生态水利工程规划设计.docx

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1、 生态水利工程规划设计 1水利工程对河流生态系统的影响 在社会生产过程中水利工程对经济与社会有着巨大的作用，同时也要看到水利工程对河流生态系统造成了不同程度的影响。人类整治河道修建堤坝等活动人为的转变了河流的多样性、连续性和流淌性，使水域的流速、水深、水温、自水流边界、水文规律等自然条件发生重大转变。这些转变对河流生态系统造成的影响是不容无视的。将来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统安康需求这二者关系方面，似应强调水利工程在满意人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统的安康和可持续性。 2生态水利工程 从学科进展角度看，现在的水利工程学的学科根底主要是工程力学和水文学，水利工程规划设计主要对象

2、是水文系统，往往无视生命系统的现状和将来风险等问题。学科的进一步进展应汲取生态学理论及方法，促进水利工程学与生态学的穿插融合，用以改良和完善水利工程的规划及设计理论，形成水利工程学新的学科分支生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支，是讨论水利工程在满意人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统安康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水利工程的内涵是：对于新建工程，是指进展传统水利建立的同时（如治河、防洪工程），兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程，则是对于被严峻干扰河流重点进展生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产（生态产业）及环境立法和资源治理一起，成为河流生

3、态建立的主要手段之一。 3生态水利工程的规划设计原则 3.1工程安全性和经济性原则 生态水利工程是一项综合性工程，在河流综合治理中既要满意人的需求，包括防洪、浇灌、供水、发电、航运等需求，也要兼顾生态系统的可持续性。生态水利工程既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必需符合水文学和工程力学的规律，以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必需在设计标准规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。根据河流地貌学原理进展河流纵、横断面设计时，必需充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地讨论河势变化规律，保证河流修复工程的耐久性。

4、 对于生态水利工程的经济合理性分析，应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握，生态水利工程往往带有肯定程度的风险。这就需要在规划设计中进展方案比选，更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外，充分利用河流生态系统自我恢复规律，是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。 3.2提高河流形态的空间异质性原则 一个地区的生境空间异质性越高，就意味着制造了多样的小生境，能够允许更多的物种共存。反之，假如非生物环境变得单调，生物群落多样性必定会下降，生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化，造成生态系统某种程度的退化。由于人类活动，特殊是大规模治河工程的建立，造成自然河流

5、的渠道化及河流非连续化，使河流生境在不同程度上单一化，引起河流生态系统的不同程度退化。生态水利工程的目标是恢复或提高生物群落的多样性，但是并不意味着主要靠人工直接种植岸边植被或者引进鱼类、鸟类和其他生物物种，生态水利工程的重点应当是尽可能提高河流形态的异质性，使其符合自然河流的地貌学原理，为生物群落多样性的恢复制造条件。 在确定河流生态修复目标以后，就应当对于河流进展生物调查、地貌历史和现状进展勘查和评估，建立河流地貌数据库和生物资源数据库。遥感技术和地理信息系统（GIS）是水文、河流地貌和生物调查的有力工具。关键的工作步骤是在以上两种调查工作的根底上，确定环境因子与生物因子的相关关系，必要时

6、建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、曲折度、横断面外形及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、养分盐的迁移转化、水文周期变化等。讨论的内容包括：调查单个生物因子的根本需求，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展分类和评估。在众多的环境因子中，识别那些对于系统的构造和功能具有重要意义的环境因子，在此根底上进展河流地貌学设计和生物栖息地的设计。 3.3生态系统自设计、自我恢复原则 生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择，也就是说某些与生态系统友好的物种，能够经受自然选择的考验，查找到相应的能源和适宜的环境条件。 将自

7、组织原理应用于生态水利工程时，生态工程设计与传统水工设计有本质的区分。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计，建筑物的几何特征、材料强度都是在人的掌握之中，建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同，生态工程设计是一种“指导性”的设计，或者说是帮助性设计。依靠生态系统自设计、自组织功能，可以由自然界选择适宜的物种，形成合理的构造，从而完成设计和实现设计。胜利的生态工程阅历说明，人工与自然力的奉献各占一半。 传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施掌握。而设计生态水利工程时，要求工程师必需放弃掌握自然界的动机，树立新的工程理念。由于依靠人力和技术掌握自然界是不行能的。人

8、们要擅长利用生态系统自组织、自设计这个珍贵财宝，实现人与自然的和谐。需要强调的是，地球上没有两条一样的河流，每一条河流的特点都是各不一样的。因此，每一项生态水利工程必需因地制宜，充分敬重每一条河流的自然属性和美学价值，寻求最正确的生态工程方案。 自设计理论的适用性还取决于详细条件。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，需要留意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度，防止生物入侵。 3.4景观尺度及整体性原则 河流生态修复规划和治理应当在大景观尺度、长期的和保持可持续性的根底上进展，而不是在小尺度、短时

9、期和零星局部的范围内进展。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低，而且胜利率也低。整体性是指从生态系统的构造和功能动身，把握生态系统各个要素间的交互作用，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法，而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题，也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。 景观则是指生态学中的景观尺度。景观尺度包括空间尺度和时间尺度。为什么在景观的大尺度上进展河流修复规划？首先，水域生态系统是一个大系统，其子系统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。广义水文系统又与生物系统交错在一起，形成自然河流生态系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成局部，形成对于

10、水域生态系统的正负影响。水域生态系统受到胁迫时，需要对于各种胁迫因素之间的相互关系进展综合、整体讨论。其次，必需重视水域生境的易变性、流淌性和随机性的特点，这些特点打算了生物种群的根本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。再者，河流生态系统是一个开放的系统，与四周生态系统随时进展能量传递和物质循环，一条河流的生态修复活动不行能是孤立的，还需要与相邻的流域的生态修复活动进展协调。最终，河流生态修复的时间尺度也非常重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。河流生态修复是靠时间做工作的。有讨论指出，湿地重建或修复需要大

11、约1520a的时间。因此对于河流生态修复工程要有长期预备，同时进展长期的监测和治理。 3.5反应调整式设计原则 生态系统的成长是一个过程，河流修复工程需要时间。从长时间尺度看，自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是构造简单性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高，同时对外界干扰的反抗力有所增加。从较短的时间尺度看，生态系统的演替，即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间，期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。 生态水利工程规划设计主要是仿照成熟的河流生态系统的构造，力求最终形成一个安康、可持续的河流生态系统。在河流工程工程执行以后，就开头了一个

12、自然生态演替的动态过程。这个过程并不肯定根据设计预期的目标进展，可能消失多种可能性。 意识到生态系统和社会系统都不是静止的，在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替以外，人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程设计不同于传统工程确实定性设计方法，而是一种反应调整式的设计方法。是根据“设计执行（包括治理）监测评估调整”这样一种流程以反复循环的方式进展的。在这个流程中，监测工作是根底。监测工作包括生物监测和水文观测。评估的内容是河流生态系统的构造与功能的状况及进展趋势。常用的方法是参照比拟方法，一种是与自身河流系统的历史及工程初期状况比拟，一种是与自然条件类似但未进展生态修复的河流比拟。 在反应调整式设计过程中，提倡科学家、治理者和当地居民及社会各界的广泛参加，通过对话、协商，以寻求共同利益。提倡多学科的沟通和融合，提高设计的科学性。