生态水利工程设计初探
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【摘要】生态水利工程学是水利工程学与生态学相融合产生的新分支学科，目的是改进和完善水利工程的规划设计方法。随着经济和社会的发展，有必要对传统的水利水电工程规划设计和运行的理念与技术方法进行反思，进一步吸收生态学的理论知识，探索与生态友好的水利水电工程技术体系，这是实现与自然和谐相处目标的时代需求。基于此，本文对生态水利工程设计进行了研究。
【关键词】水利工程 生态工程 基本设计原则
中图分类号： TV 文献标识码： A 文章编号：
随着全球性的环境不断的恶化，人们对于生态环境的关注程度不断的提升，各个行业都引入了生态的概念。水利工程历史悠久，对于人们的生产和生活具有十分重要的作用，但是水利工程在修建的过程当中以及日后的运营中都会给当地的生态环境带来很大的影响。因此，水利工程在设计的过程当中要和生态性相结合，在反思传统的水利工程的同时，建设和环境和谐相处的生态水利工程，从而有效的解决有水利工程引起的相关的环境问题，实现二者的和谐相处。
生态水利工程学的概念
随着人们对于生态环境的日益的关注，生态学相关的概念逐渐的融人到各个行业。生态水利工程学就是生态学和水利工程学的融合，谋求水利工程在对水资源进行合理利用，为工农业以及人们的日常生活提供便利，并促进当地的生态系统和谐发展，实现经济效益、社会效益以及生态效益的统一。生态水利工程学主要包括以下几个方面：第一，生态水利工程应该将生态系统放在首位，在进行水利开发的过程当中尽可能的不去对当地的生态环境造成影响，尽量使水利工程融入到当地的生态系统中去，使其成为生态系统的重要组成部分。第二，传统的水利工程存施工过程对于当地的生态环境造成重大的影响，而生态水利工程则要尽量避免施工过程当中的相关的影响。第三，生态水利工程投入运行以后，在对水资源进行调节控制的时候应该根据当地的生态规律来进行，而不是强制性的打破原有的生态规律，这就需要与实际情况相符合又兼颐当地生态规律的水利资源调配方案。第四，水利工程建设地点的选择应该尽量选择对当地生态系统影响较小的地点，这样可以使施工过程以及日后水利工程运行过程中对生态环境的影响降低到最小限度。
生态水利工程学的基本原则
工程安全性和经济性原则
在生态水利工程是一种综合性工程，在河流综合治理中既要满足人的要求，包括防洪、灌概、供水、发电、航运以及旅游等方面的要求，也要兼顾生态系统可持续性的需求。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。生态水利工程设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构，力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。生态水利工程的工程设施必须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。工程设施必须在设计标准规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、冰冻、干早等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时，必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地研究河势变化规律，保证河流修复工程的耐久性。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一定程度的风险。这就需要在规划设计中需要进行方案比选，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，是力争以最小的投人获得最大产出的合理技术路线。
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，也便是说某些与生态系统友好的物种，可以经受自然选择的考验，寻找到相应的能源和合适的环境条件。将自组织原理应用于生态水利工程时，生态工程设计与过去水工设计有本质的区别。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控制之中，建筑物最后可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不一样，生态工程设计是一种“指导性”的设计。其依靠生态系统自设计、自组织功能，可以由自然界选择合适的物种，形成合理的结构，从而完成设计和实现设计。
3、流域尺度及整体性原则
河流生态修复规划应该在流域尺度和长期的时间尺度上进行，而不是在河段或局部区域的空间尺度和短期的时间尺度上进行。所谓“整体性”是指从生态系统结构和功能出发，掌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。水域生态系统是一个大系统，其子系统包括生物系统、广义水文系统和工程设施系统。
4、保持和恢复河流形态的空间异质性原则
有关生物群落研究的大量资料表明，生物群落多样性与非生物环境空间异质性(spacial heterogeneity)存在正相关关系。非生物环境的空间异质性与生物群落多样性的关系反映了非生命系统与生命系统之间的依存和耦合关系。一个地区的生境空间异质性越高，意味着创造了多样的小生境，能够允许更多的物种共存。反之，如果非生物环境变得单调，生物群落多样性必然会下降，生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化，造成生态系统的某种程度的退化。
生态水利工程设计基本理论和方法
1、以生态水文与工程水文为基础进行水文过程的分析与计算
将生态水文学应用于工程设计在当前还较少见，这可能与从事生态水文的科技工作者不从事实际水利工程的设计有关。但今后应当高度重视生态水文学与工程水文学的结合，这样才能为生态水利工程的设计提供基础。因为生态水利工程的服务对象比较广，往往同时涉及湿地、林业、草原、农业、畜牧业和江河湖泊等生态用水和工业、城镇、消防、居民等经济社会生活用水，所以弄清楚生态目标对水资源的时空要求规律，才能使生态水利工程的设计建立在科学的基础上。
2、生态水利工程的设计要与环境工程设计进行有机结合
生态水利工程的设计应当充分吸收环境科学与工程的理论和技术，实现水量与水质同步科学配置的目的，尤其是应与水污染防治工程进行有机的结合。由于水利工程作用的水量一般较大且具有明显的季节性变化，所以生态水利工程的设计可能使得其设计与实施存在较大的挑战与阻力。为了减缓旱田排水挟带泥沙或污染物进入下游湖泊或天然湿地，可以在进入湖泊或湿地的过渡带设计生态处理沟渠或氧化塘。对于水田排水沟渠可以充分利用其生长季节蓄水，利用人工沟渠湿地对有机污染物质进行降解，其实，人工沟渠在蓄水状况下，如果沟渠两坡生长有水生植被，对水质处理效果较为明显。所以，在缺水地区种植水稻，特别是开采地下水种植水稻的地区，应当进行以水量高效利用与水质净化为目的的生态水利工程设计。这种设计思路应该来源于水污染的自然稳定塘处理理论与工艺。所以，生态水利工程与水污染控制工程的结合是以后生态水利工程的一个重要发展方向。
总结
当前，我国正处在水利水电的建设高潮，探索和发展生态水利工程学，需要鼓励多学科的合作与融合；需要积极借鉴发达国家的经验，立足自主创新。同时还要不断改进工程规划设计理念和技术，在工程示范和实践的基础上提升理论，总结技术标准和规范，探索、发展与生态友好的水利工程技术体系。
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