生态水利工程典型案例研究

李倩倩，金 弈

(1.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024；2.中国电建集团建筑规划设计研究院有限公司，北京 100024)

1 概述

上善若水，水善利万物而不争。水资源作为社会发展的基础资源，影响着社会的可持续发展，水资源短缺是世界普遍关注的问题[1]。《水法》中提出，水资源包括地表水和地下水，为了适应国民经济和社会发展的需要，需要合理开发、利用节约和保护水资源，防治水害，实现水资源的可持续利用。

水利工程是开发、利用、节约、保护水资源和防治水害的工程，主要通过修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道、渡漕、筏道、鱼道等不同类型的水工建筑物等，改变水资源的时空分布。水利工程包括防洪工程、灌溉工程、跨流域的调水工程、水土保持工程、治河工程、水景观工程等[2]。随着社会经济的发展，科学技术的进步，人们对周围环境的要求越来越多，对环境的关注也越来越高，传统的水利工程难以满足人类社会发展的需要，人们开始考虑整个河流生态系统、工程建设和环境保护有机结合，综合考虑经济效益、社会效益和生态效益，引申出水利工程新的分支——生态水利工程。

生态就是指一切生物的状态，以及不同生物之间、生物与与环境之间的相互联系、相互作用。2005年联合国《千年生态系统评估报告》中，把生态系统服务功能分为4部分：①支持功能，包括营养物质循环、初级生产、生成土壤等；②供给功能，为人类提供淡水、食品、木材、纤维、燃料等；③调节功能，包括调节气候、调节洪水、缓解灾害、水体自净等；④文化功能，包括美学与精神价值、教育和休闲旅游等。生态水利工程是在通过水利工程满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统的整体健康与可持续性发展[3]。生态水利工程范围主要包括生态修复型水利工程和资源开发型水利工程中具有显著生态效益的水利工程。

2 生态水利工程国内外发展过程

水是生命之源，人类对水从敬畏到利用的历史，也是生态水利工程的发展史。生态水利工程发源于水利工程，是水利工程的新分支，在传统水利工程的基础上，综合考虑生态环境，减免对水域生态系统的破坏，在兼顾生态环境系统健康的前提下，发展水利工程。

2.1 国外发展过程

在西方国家，水利工程有着久远的历史，西亚美索不达米亚东边扎哥罗斯地区8000年前灌渠是目前可考最早的水利工程。水利工程在促进人类社会经济发展的同时，也得到了良好的发展与利用。国外的生态水利工程也是从传统的水利工程发展而来，欧美发达国家经历了一个世纪的研究，通过沟通合作、调整政策法规、改变施工方式、更新施工设备、引入先进技术、引进市场机制、改革管理体制、构建水价体系等，从传统“先污染后治理”的水利工程发展成国外现今的生态水利工程[4- 7]。与此同时，国外也出现了一系列的标志性生态水利工程，最为著名的就是莱茵河综合治理工程，也称“莱茵河行动计划”。

2.2 国内发展过程

中国的水利工程伴随着中华文明的发展。2015年7月，考古发现位于杭州余杭区瓶窑镇境内的良渚水利系统是中国现存最早的大型水利工程，也是世界上最早的拦洪水坝系统，水坝长3.5km，宽10多m，良渚古城有300万m2的王城，800万m2的外郭城面积，庞大复杂的水利系统，这是全世界已知的距今5000年前后的功能系统保存最完整的都城之一。

都江堰水利工程建于战国时期且至今保存使用的水利工程，是世界上仍在发挥作用的最古老的生态水利工程，主要由鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三大主体工程构成，根据江河出山口处的特殊地形、水脉、水势，乘势利导，无坝引水，自流灌溉，具有“分四六，平潦旱”的功效，保证了防洪、灌溉、水运和社会用水综合效益的充分发挥。都江堰建成后，成都平原沃野千里，“水旱从人，不知饥馑，时无荒年，谓之天府”[8]。

近代，由于历史原因，中国的生态水利工程发展起步落后于西方发达国家。近些年随着国家的繁荣富强，生态水利事业发展迅猛。在水利工作人员和环境保护人员的共同努力，生态水利工程编制了相关法律法规，引进了先进的科学技术，构建了指标体系，制定了管理制度，工程质量与安全得到管控[9- 12]。比如陕西渭河综合治理工程，经过近十年努力建设完成了西安渭河生态水利风景区，建设了诸如生态绿堤、人工湖等多项具有代表性的生态水利景点，2017年被水利部批准为国家水利风景区，成为陕西水利发展的亮点。

水利工程最初仅以水利防洪、灌溉、排涝等为目的，采用建立大坝等工程措施防治洪涝灾害，这些工程措施建设并未过多考虑水域生态系统，对生物多样性造成影响，破坏水域生态系统[13]。由水利工程发展而来的生态水利工程，综合考虑了水利工程的灌溉、防洪等目的和生态环境保护目的，减免了生态系统的破坏，平衡水利与生态保护，满足居民生活需求，达到环境、经济的可持续发展[14]。

3 生态水利工程典型案例分析

3.1 流域和工程概况

以广州车陂涌水环境治理工程为例，分析研究生态水利工程。

车陂涌位于天河区的东部，是广州市穿越城区的重要河流，北起天河筲箕窝水库(龙洞水库)，向南流入珠江。车陂涌属于一类河涌，担负本流域防洪及排涝任务，流域汇水面积约为80km2，干流长度约为17.8km，流域内共有23条支涌或排水渠。杨梅河是本流域最大的一条支流，有7条支涌，发源于猪仔山石狮顶，于马鞍山桥附近汇入车陂涌，长约6.8km，流域面积18.52km2。车陂涌流域水系如图1所示。

图1 车陂涌流域水系图

流域内有9个城中村，初步统计常住人口45.39万人。车陂涌水环境治理工程实施前，据水质监测资料，车陂涌主涌大部分河段和23条支涌呈现不同程度的黑臭情况，河涌两岸环境情况恶劣，生态系统遭到破坏，影响居民生活与健康。

车陂涌上游较陡，下游较缓，上游平均坡度0.2%～0.3%，下游0.1%～0.15%。车陂涌下游广园路以南段属于感潮河段。在枯水季节，车陂涌水深10～30cm。

车陂涌水环境治理工程主要包含车陂涌片区二期工程、车陂涌查漏补缺工程、车陂涌城中村排水管网改造及支涌截污工程、车陂涌河涌清淤工程、车陂涌调水补水、生态修复工程和车陂涌水质提升工程等多项工程，是综合性的治理工程。车陂涌水环境治理工程目的是治理河道及两岸的污染，修复河道生态，恢复车陂涌的景观环境，避免环境对人类产生不利影响。该工程的设计实施综合考虑车陂涌河道生态系统，采用清淤、调补水等水利工程措施实现河道的修复，属于生态水利工程。

3.2 工程目标

车陂涌水环境治理工程，2017年底车陂涌主涌消除黑臭，2020年全流域消除黑臭，主涌达到GB3838—2002《地表水环境质量标准》V类水标准。

3.3 工程方案

3.3.1方案分析

车陂涌水环境治理工程以河道治理、生态修复为目的，采用工程措施，达到治理效果，主要的工程方案按照施工完成顺序依次为：

(1)车陂涌片区二期工程。车陂涌片区市政管网建设完善项目二期工程，在一期管网的基础上，对市政管网进行补充完善，弥补一期管网的不足，使车陂涌片区污水收集后经由市政管网运输至污水处理厂(站)，污水处理达标后排放，减免对车陂涌的污染，恢复车陂涌生态系统。

(2)支涌截污工程。车陂涌河网密布、水系发达，有支涌23条，包括多条暗涵。为保障车陂涌水环境治理工程的顺利进行，恢复车陂涌生态系统，防治支涌携带的污染物质进入主涌对其产生的不利影响，采取支涌截污工程，阻断支涌污染物质进入主涌。支涌截污工程减免了支涌污染物质的汇入，有利于实现车陂涌水质改善、河涌生态系统的修复，是车陂涌水环境治理的重要一环。

(3)车陂涌查漏补缺工程。为消除车陂涌流域污水截污干管的晴天溢流和排水管网的错接问题，避免污水通过雨水管渠排入河涌，保障车陂涌生态系统的修复，实施车陂涌查漏补缺工程。车陂涌查漏补缺工程，进一步弥补了车陂涌管网和截污工程的不足，减少了污染物的汇入，有利于车陂涌生态系统的恢复，达到工程目的。

(4)车陂涌河涌清淤工程。车陂涌清淤工程是对车陂涌河涌内淤泥污染较重的河段采取清淤工程措施，消除河涌的内源污染，有利于河涌水体自净能力的恢复，为车陂涌河涌生态系统的修复提供了有利的河道条件。

(5)车陂涌城中村排水管网改造工程。车陂涌流域有9个城中村，村内并未有完善的排水管网，污水未经处理直排进入河涌，造成严重污染。车陂涌城中村排水管网改造工程从根本上遏制了污水的乱排，城中村内产生的污水经由排水管网进入污水处理厂(站)，处理达标后排放进入河涌，减轻了河涌污染，有利于恢复河涌生态系统，实现工程目标。

(6)车陂涌水质提升工程。车陂涌水质提升工程是在截污纳管工程后，采取原位修复或异位修复等环境治理措施，进一步提升河涌内的水质，恢复河涌的自净能力，保障车陂涌水生生态系统的修复，同时采取植树种草等环保措施，结合景观设计的思路，打造具有景观效果的河岸，实现河涌的生态文化价值。

(7)车陂涌生态修复工程。生态修复工程是在水质提升工程的基础上，对车陂涌全流域的生态系统进行系统修复。车陂涌水质提升工程提升了河涌水质，简单构建了河岸景观，车陂涌生态修复工程，进一步完善了车陂涌流域生态系统，对车陂涌的景观环境进行优化调整，更大的实现了车陂涌的生态文化价值。

(8)车陂涌调水补水工程。车陂涌调补水工程是在污染治理的基础上，为保障车陂涌河涌的生态流量，进一步实现车陂涌的各项功能而进行的调水补水工程。车陂涌调水补水工程保障了车陂涌生态系统的完善运行，防治旱季河涌断流对整个生态系统造成的不利影响，实现车陂涌的生态服务功能。车陂涌的调水补水工程水源优先考虑流域内污水处理厂(站)的出水，对出水进行深度处理，使其水质达到优于工程目标要求的地表V类水后，排放进入车陂涌，补充河涌的水量，调节水动力，促进生态系统的恢复。

车陂涌水环境治理工程以生态修复为思路，通过工程措施，治理河涌污染，恢复河涌生态系统，进一步提升水质，保障治理工程效果。

3.3.2目标分析

2017年截污纳管工程已实施，一体化污水处理设备已修建运行，点源污染逐步消除，2017年底车陂涌主涌和杨梅河通过不黑不臭水质考核，达到预期目标要求。

2020年前，截污纳管工程全部完成，消除点源污染；车陂涌清淤工程完成，消除内源污染；车陂涌水质提升工程逐步实施，削减水中污染物质，恢复并提高河涌自净能力，进一步提升河涌水质，构建河涌水生生态系统；实施调水补水工程，增大了河段的环境容量，提升水体的纳污能力，达到了工程最终目标要求。

3.4 工程生态效益

车陂涌水环境治理工程完成后，恢复车陂涌的河道生态系统，恢复河涌内的营养物质循环、初级生产，避免生成污染淤泥，体现了生态系统服务功能的支持功能；车陂涌生态系统恢复后，可以恢复河涌水体自净能力，维持河涌的生态流量，调节气候，河道的恢复也可以调节河涌水量，减免洪涝灾害对两岸居民的不利影响，体现了生态系统服务功能的调节功能；车陂涌水环境治理工程，恢复、重建河道及两岸的景观环境，为居民提供休闲娱乐的场所，体系了生态系统服务功能的文化功能。

4 结论

以车陂涌水环境治理工程为例，从环境治理角度出发，综合考虑水利工程和环保工程特点的生态水利工程，在充分利用水利资源的基础上，有利于避免资源的浪费，降低对生态环境的破坏，解决人与自然的矛盾。生态水利工程在发展水利的条件下，注重生态系统保护，有利于社会经济的可持续发展，保护生态环境，促进人与自然的和谐相处。