生态工程原理在水利施工中的运用

2017-06-21辽宁西北供水有限责任公司

河南水利与南水北调 2017年5期

（辽宁西北供水有限责任公司）

生态工程原理在水利施工中的运用

□牡兰（辽宁西北供水有限责任公司）

文章首先从水污染、大气污染、生态污染等方面分析了水利工程施工中常见的环境影响问题，在此基础上对生态工程原理在解决水利施工环境影响问题中的运用进行论述，最后以一则工程实例验证了生态工程原理的运用效果。以期通过文章的研究能够推动我国水利事业的持续发展。

水利工程；施工；环境；生态工程

1 水利环境

1.1 水污染问题

水是人们赖以生存的根本，我国是一个水资源丰富的国家，但由于人口基数过大，致使人均水资源占有量较少。水利工程与水资源之间有着密切的关联，项目施工中，常常会造成水污染问题，如水利工程施工会产生废油、废水，若是未经处理直接排入到场地周围的水环境当中，将会对水体造成严重的污染，对这一问题必须给予高度的重视，否则可用的水资源将会持续减少。

1.2 大气污染问题

现阶段，国内的水利工程施工基本实现了机械化，虽然这在一定程度上加快了施工进度、提高了工程质量，但机械设备使用中却会排放出大量的尾气，由此使大气环境遭到了污染和破坏。不仅如此，大部分水利工程施工现场的地面多为土壤，大型机械设备从其上通过会导致尘土飞扬，若是遭遇大风天气，则会使尘土随风飘起，这些尘埃在对大气环境造成污染的同时，随着尘埃飘落，还会对水质、植物带来影响。

1.3 生态污染问题

水利工程施工中，由于部分作业人员的环境保护意识不高，从而对施工环境周围的各种绿色植物、草坪等造成了破坏，影响了生态系统的完整性。不仅如此，有些水利工程的施工现场位于农田附近，施工人员缺乏保护意识，容易影响种植物的正常生长，同时，还可能对湿地等环境造成破坏，由此会对栖息在该环境中的动植物造成影响，从而使生物多样性被破坏。

2 生态工程原理的运用

2.1 生态工程概述

所谓的生态工程具体是指人类应用生态学、系统学的基本原理和方法，通过系统优化设计和技术组合，对已经遭受破坏的生态环境进行修复及重建，同时，对污染和破坏环境的生产方式加以改进和完善，增强生态系统自身的生产力，促进人与自然环境和谐发展。运用生态工程原理的主要目的是防止环境污染，生态工程的特点可归纳为消耗小、效益大、污染少、可持续性强等，其基本原理是物质循环再生、物种多样性、协调与平衡、整体性。

2.2 生态工程原理的运用原则

借助生态工程原理解决水利施工中各类环境问题时，应当明确其运用的具体原则，由此能够使生态工程的作用得以最大限度地发挥。

2.2.1 循环再生原则

水利工程施工中，不可避免地会产生一些施工垃圾、废料等物质，通过循环再生的原则，对这些废弃的物质进行处理，从而将之变废为宝，由此除了能够对环境起到一定的保护作用之外，还能创造出巨大的经济效益。

2.2.2 协同发展原则

现阶段，人类的生存环境正遭受严重的破坏，为有效解决这一问题，在水利工程施工中，必须处理好工程与环境之间的关系，遵循协同发展的原则，确保生态与经济两大系统的良性循环，以此来推动社会持续发展。以往水利工程的施工管理是以质量、进度、安全、成本四要素为核心，生态工程原理的运用，使施工管理的内容发生了改变，需要增加环境保护，最大限度地降低施工过程对环境的破坏，减少或杜绝各类环境问题的发生。

2.2.3 共生互补原则

该原则具体是指在处理水利工程施工或运行与环境问题时，采用各种互惠互利、合作共存的手段及方法，对施工与环境进行规划协调，从而实现效益的最优组合。在水利工程项目建设中，不可避免地会涉及到土地的利用问题，开挖基础所产生的废弃土体需要占地堆放，同时工程运行过程中还需要有相应的生产及生活场所，它们也需要占地建设，若是能够将二者结合到一起考虑，则会使土地资源有所节约。

2.3 生态工程系统的运用

2.3.1 系统总体建设目标

在水利工程建设中，相关的施工活动于周围环境之间通过物质流的流通获得联系，由此便形成了水利施工区域范围内的生态工程系统。该系统建设的总体目标是为了实现水利工程经济效益、社会效益与环境效益、生态效益间的最佳组合，即效益最大化的目标。解决工程问题可以使工程效益最大化，并且还能大幅度减少对环境的不利影响，从而使生态效益最大化，这符合生态工程原理的运用原则。

2.3.2 系统优化

从系统学的角度上讲，生态工程系统是由工程区域范围内的生态及工程两大系统组合而成，其中单一的系统已经比较复杂，两者的结合使系统的复杂性进一步增大。该系统以工程为中心，以稳定运行为目标，遵循生态学的原理，实现系统总体结构最优化的目标，具体如图1所示。

图1 生态工程系统结构优化图

对于水利工程施工而言，生态工程系统的结构良好除了能够增强其中物质的循环性，使工程与生态两大系统得以协调发展之外，还能使生态工程效益获得显著提升，从而有效解决施工中的各种环境问题。如，施工开挖产生的弃土对周边环境的污染和破坏、开挖引起的水土流失等等，通过环保法规和工程措施，均可获得有效的治理。

2.3.3 确定系统边界

想要使生态工程系统在水利工程施工中的作用得以充分发挥，就必须保证系统边界具备相对稳定的条件，这既是前提也是基础，具体包括土地面积、环境质量、工程下游水资源的使用情况。对上述内容的合理确定，可使生态工程系统在水利施工环境问题的解决中发挥出最大的作用。

2.3.4 系统层次

生态工程系统具有多层次的特点，每个层次由多个分区组合而成。

2.3.4.1 直接控制层

这是生态工程系统的第一层，也被称之为调节层，如临时建筑、主体工程的各个分部分项工程均包含在该层之内，其按照最优控制层发出的指令，对被控对象的生产过程及运行情况进行直接控制，力求将其中的各个变量维持在给定的设计值范围内。

2.3.4.2 监控层

该层主要是按照预先给定的目标函数，通过数学建模，实现最优控制。

2.3.4.3 自适应层

该层可以按照被控对象的基本特征及其具体的运行情况，对监控层的数学模型进行优化调整，从而保持系统的最优运行。

3 工程实例

某水利枢纽工程是当地的重点工程之一，总库容量约为2.67亿m3，水库大坝采用的是堆石坝结构，块石的填筑量约为138万m3，鉴于该工程的开挖及填方量较大，加之建设用地比较紧缺，致使施工用地规划与管理成为工程建设的关键问题。为避免工程施工中对环境造成的不利影响，项目部组织相关人员对采料场、弃料场以及临时建筑设施的布设情况进行了充分的分析论证，同时引入生态工程原理，编制了合理可行的方案，最终取得良好的生态经济效益。

一方面制定了料场合并的方案，原设计方案拟定上下游两个料场，由于下游料场的施工道路需要占水田，并且还需要部分农户搬迁，加之布设两个料场都无法达到有效的规模，因此，决定将料场合并，由此除了可以大幅度节约投资之外，还能避免移民征地对当地村民的影响，具有一定的生态效益。另一方面，对弃土场及临时设施建设用地进行统一规划。原设计需要占用较多的土地，在运用生态工程系统后，遵循共生互补的原则，将大部分临时设施布设在堆料场和采料场附近，从而缩短了弃土的运输距离，避免了长距离运输对环境的污染，施工用地也随之减少，有效节约了资金，施工过程中的干扰问题随之解决，生态环境效益进一步增大。