论生态水利工程的基本设计原则

2012-08-15河南省泌阳县水利工程队

河南水利与南水北调 2012年18期

□禹博(河南省泌阳县水利工程队)

1.引言

生态水利工程是水利工程的一个分支，它主要研究水利工程在满足人类需求的同时，如何兼顾水域生态系统健康与可持续性的原理与技术的工程学。生态水利工程的内涵是：对新建工程除了进行传统的水利建设以外，同时兼顾河流生态修复的目标。对已建工程进行生态修复。生态水利工程的建设，可以对人类的经济、社会和生态环境起到巨大的推动作用。

2.生态水利工程的概述

2.1 生态水利工程的概念

传统水利工程主要以水文学、水力学、岩石力学、结构力学为主的工程力学体系。生态水利工程更加注重人与自然的和谐发展,更加关注人工工程对水体的影响,吸收了部分生态学的理论与环境工程学的技术方法,成为一个跨领域的工程体系,具有极强的综合性。

2.2 生态水利工程的分类

生态水利工程主要分两种：第一种是按期服务的防洪水利工程，如三峡工程;第二种是农田水利工程，如小浪底工程。

2.3 生态水利工程的特点

生态水利工程主要5个特点：第一，生态水利工程有很强大的综合性和系统性使流域及区域的单项水利工程相互联系、相互制约，同时，水利工程与其他与国民经济相联系的工程有巨大的关联性;第二，生态水利工程与环境有密切的联系。不仅对经济社会影响重大，而且对江河湖泊以及生态环境、气候等都有重大影响，这种影响利弊同存，所以在对生态水利工程进行规划时，应该消除其弊端，发挥水利工程本身的积极作用;第三，建设水利工程难度大；第四，水利工程的效益具有不确定性;第五，生态水利工程的资金需求比较大。生态水利工程比一般的水利工程规模大、难度大、工期长，所以所需资金也比较大。

2.4 生态水利工程的功能

生态水利工程主要有3种功能：第一，生态水利工程具有一定的经济效益。因其可以在汛期进行防洪、发电、发展航运、旅游及养殖业，显然具有一定的经济效益;第二，生态水利工程可以提高河道的蓄水能力，满足人们的日常用水和农田用水。随着人类经济社会的发展，对水的需求不断增加，修建生态水利工程可以提高河道的蓄水能力调节水利及用水资源，满足人们的日常用水和农田用水;第三，生态水利工程具有很好的防洪排涝功效。人所能利用的水资源是非常有限的，生态水利工程可以在汛期蓄水满足人类在干旱季节对水的需求。从生态方面而言，通过对水量的调节，合理支配水资源可以使河流长期处于一个平稳状态，既可以减少旱汛的断流问题，又可以在汛期减少洪灾，充分发挥其调节功能，促进生态的改善，并通过对水量的调节来满足人们的生产和生活用水，从而更好地促进经济社会的发展。

3.生态水利工程设计中注意事项

生态水利工程是一项复杂的、难度比较大的水利工程，为了能更科学合理地修建生态水利工程，为人类的经济和建设服务，首先，修建生态水利工程必须遵循的原理是生态学原理。修建水利工程可以同时为多种水利工程服务，但是任何水利工程的建设必须首先遵循的原理是生态学原理和不可违背的自然规律。其次，修建生态水利工程一定要从保护生态的角度出发，使所修建的工程满足可持续发展的要求，达到人与自然的和谐相处。再次，修建水利工程必须注意水利与生态系统之间的紧密联系。生态水利工程可以使生态系统发生改变，所以在进行生态水利工程建设的过程中，应该对水资源进行合理开发和利用，不仅提高水资源的利用效率还应该采取措施来保证生态系统的稳定性和生态系统自身的良性发挥，要把人与水体当做一个整体，同时兼顾人与自然的共同需求。最后，合理的做好生态水利工程设计、规划、施工及相应的工程运作工作。在有效完成以上工作的基础上，达到只改善和优化生态系统的目的，同时使相关的自然资源得到持续和反复的利用，真正实现人类社会的可持续发展。

4.生态水利工程的基本设计原则

4.1 充分发挥生态水利工程对整个河流的自我修复能力

生态系统所具有的可持续性就是其自我修复能力，也就是某些与生态系统友好的物种可以经受自然选择的考验，从而寻找到相应的能源和合适的环境条件，依靠生态系统的自我修复功能，合理选择合适的物种，形成合理的生态结构。成功的水利工程就是应该让人工与自然各占1/2，不能只考虑人类的经济利益，应该树立融入自然、充分发挥河流自我修复功能的工程概念，从人与自然和谐相处的角度出发。生态水利工程的设计必须因地制宜，充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值，力图找到最科学的设计方案。

4.2 对生态水利工程河流的多样性进行保护

保护河流的多样性就是维持生物多样化。河流里生长着不同的动植物，形成了多样性的生物环境。河流的水文环境多样性包括河流的形状、河宽、连续性、水位、流速、水温等。河流的生态特点主要是：水—陆两相和水—气两相的联系紧密性；上中下游的生境异质性；河流纵向的蜿蜒性；河流横断面形状的多样性；河床材料的透水性等。水—陆两相和水—气两相的紧密关系，形成了较为开放的生境条件；上中下游的生境异质性，造就了丰富的流域生境多样化；河流纵向的蜿蜒性，形成了急流与缓流相间；河流横断面形状的多样性，表现为深潭与浅滩交错；河床材料的透水性为生物提供了栖息所。所以生态水利工程在设计中要充分保护生物的多样性，保护和恢复原先所有多样性的生物栖息环境，为生物的多样性提供生存环境，避免由于工程的建设减少生物群落的多样性，引起生态系统的退化。

4.3 注意修复整个生态水域的生态系统性

河流不仅有其自身的生态和水文特性，还与周边的森林、田地、乡村等构成了一个生态系统，河流发挥着为生物提供生存空间的作用。水域生态是一个大的系统，广义的水文系统不仅包括从发源地到河口的地下水与地表水系统，还包括河流串联起来的湖泊、湿地、水塘、和洪泽区。水文系统与生物系统交织在一起，形成整个河流生态系统。如果河道受到影响，就会破坏它所联系的整个河流的生态系统。在进行生态水利工程设计时，不能只仅仅考虑河道的水文问题，要充分考虑河流生态系统内各个要素间的相互作用，及整个河流生态系统的修复问题。

4.4 生态水利工程的安全性和经济性

生态水利工程的功能就是满足人类灌溉、发电、供水、航运、旅游的需求，同时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，还有符合生态学原理，工程在设计时必须在规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、冰冻、干旱等自然载荷，按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计，对河流的泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等特征进行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。