河道建设中的生态水利工程设计分析

魏 德

（沧州水利勘测规划设计院有限公司，河北 沧州 061000）

0 引言

传统水利工程一方面使利用水资源更加便捷，满足了人们生产生活以及经济发展的需要，但另一方面忽视了保护原有生态的重要性，对河道的生态环境造成了破坏，阻碍了可持续发展。因此，在河道建设中出现的了经济发展与生态环境建设之间的矛盾。为了实现生态效益，社会效益与经济效益相统一，生态水利工程逐渐在河道建设中得到广泛运用。河道建设中，生态水利工程是一项复杂的系统性工程，需要遵循科学原则，依据河流的具体情况采取相应的策略和手段，保障生态水利工程效益的实现。

1 河道生态水利工程的作用

河道建设中的一般水利工程通常能够满足排洪、蓄水、导水等基本功能，主要目的是防止河道旱涝灾害，保障居民日常生产活动，但是却忽视了保障水生生物生存环境和维持水环境自然特征的重要性，未顾及到以河道为根基的生态链，其作用仅仅是对人而言，并没有站在环境保护的角度上看待问题。生态水利工程摒弃了传统水利工程只考虑经济和人文条件的弊端，引入了“绿水青山就是金山银山”的发展理念。

一方面，生态水利工程可以满足传统水利工程的功效，能够充分满足排洪、蓄水、导水的基本功能，满足居民的日常生产生活，一定程度上增强了河道两岸居民生活的安全性，即满足了河道建设的经济保障功能。

另一方面，生态水利工程进一步提升了河道建设的经济价值和生态价值。生态水利工程能够在维护原有水环境自然特征的基础上，展开一系列的经济活动，包括航运，发电，旅游等，因此能够实现经济发展与保障河道生态性的双重效果，促进可持续发展，同时生态水利工程由于采用一系列先进的技术和科学理念，能够有效提高水资源利用率，保证河道水资源的充分利用。

生态水利工程能够保证水生动植物以及河道两岸动植物的生态根基不受破坏，保障生物多样性，实现人与自然和谐共生，同时良好的生态能够为人类带来更多的休闲场所。例如湖南省、县多级政府，规划了符合生态水利工程设计理念和原则的滨河湿地公园，从而在河道生态价值的基础上衍生出人文价值，实现多种价值并进的优良效果。

2 河道建设中传统水利工程存在的问题

2.1 阻碍了河道纵横向的生物联系

河道建设中的传统水利工程将河流生态系统与周边陆地生态系统进行隔绝，长长的硬化堤岸导致陆生动物饮水觅食产生较大困难，还导致生物群落联系减少，破坏生态系统的平衡稳定。同时，传统的水利工程隔绝了河道上下游的生物关系，使得下游生物向上游产卵的需求被打断，而上游生物向下游觅食的链条被阻绝，从而对水生生物群造成毁灭性打击。例如在葛洲坝建成以后，许多水生生物洄游受到阻断，中华鲟洄游之路被隔绝，导致无法正常产卵繁衍，因此中华鲟种群数量急剧下降。

2.2 破坏了河道原有的自然特征

传统的水利工程建设形式较为单一，破坏了河流自然的蜿蜒特性，原有的水流流动特性也受到破坏。一方面，为了应对洪水的侵蚀和冲刷，需要高强度的驳岸来抵抗洪峰，因此工程量较大，对构筑物的要求也有所提高，导致资金耗费较多。另一方面，由于传统水利工程对河道的破坏，导致河流向两岸侵蚀，随时间的推移，会对沿岸农田和居民的生产生活造成较大的危险。

3 河道建设中生态水利工程设计的问题

3.1 设计办法与评价标准不具备普适性

我国幅员辽阔，不同区域之间河道水文以及周边地理环境要素差别明显，典型地存在着沿海及内陆差异，南方和北方的差异，即使是在同一空间区域，河道的地质条件水文条件等也存在着明显的差异，导致生态水利工程的设计办法和评价标准不能广泛适用于的河道建设，因此，不能用统一的标准与工程设计办法构建生态水利工程，而应当具体问题具体分析，因地制宜，因时制宜，必须结合河道所在地的各项影响因素，依照具体实践情况，寻找适宜的方法并制定合理的评价标准。

3.2 既有水利工程设施难以与生态水利工程实现协调运作

既有的水利工程设施，由于建设时间较长所设计的指标与现今生态水利工程建设存在明显差异，因此较难实现传统水利工程与生态水利工程的相容，同时由于时间的发展，工程所在区域会形成新的生态系统，但该生态系统十分脆弱，非常容易受到损害，因此在新生态水利工程建设中，往往容易导致次生生态破坏。

4 河道建设中生态水利工程的设计原则

典型的生态水利工程能够充分体现河道建设中生态水利工程的科学设计原则，因此生态水利工程的设计原则可在典型的生态水利工程中进行寻找。都江堰生态水利工程是世界范围内最古老且至今仍旧发挥巨大作用的生态水利工程，是生态水利工程的典型代表工程，拥有跨越千年的智慧，体现了生态水利工程的科学理念与设计原则。

4.1 尊重自然，顺应自然

生态水利工程设计需要遵循尊重自然，顺应自然的科学原则，该原则是习近平主席提出的关于生态水利工程的重要论述。2018年5月，习近平主席指出建设生态水利工程要因势利导，顺应自然规律，提出了“万物各得其和以生，各得其养以成”，只有顺应自然，尊重自然，才能够造福当代，泽被后世。都江堰的河道拥有水流湍急，水量巨大，河道曲折等许多不利于水利工程建设的特性，但都江堰水利工程因势利导，借助水体自调以及弯道环流的特性，设置鱼嘴，将河道一分为二，实现自然分流，从此都江堰下游不再发生水旱灾害。因此，生态水利工程需要根据河道环境具体问题具体分析，把握自然环境，尊重和顺应自然。

4.2 开发有度，协同共生

河道建设中的传统水利工程通常存在开发失序，过度开发的问题，对河道水资源的竭尽式开发利用严重阻碍了河道长效作用的发挥，与国家要实现生态水利永续发展的战略背道而驰。因此必须开发有度，实现协同共生。都江堰生态水利工程将内江与外江的进水量按4：6的比例进行分流，丰水期内外江进水量分别为40%和60%，而在枯水期内外江的分流比例则会产生倒挂，从而保证丰水期与枯水期的生态流量，保障了河道以及河道两岸动植物的自然生态环境，实现了协同共生的局面。

4.3 民生为本，持续发展

生态水利工程应当满足民生为本的本质目标。都江堰生态水利工程在设计之初是为防治岷江水患，但后来在此基础上实现了川西农业的发展，为造就天府之国的美誉创造了良好的条件，甚至在历史上出现了扬一益二的说法，充分体现了都江堰生态水利工程对民生的重大贡献。如今多家企业生态权益工程兼具防洪防涝，灌溉供水，生态补水，旅游航运等多项功能，实现了生态效益，社会效益与经济效益的高度统一。持续发展同样是生态水利工程的本质目标。生态水利工程应当保证安全性，稳定性和耐久性，都江堰历经千年，仍旧发挥巨大作用，充分体现了生态水利工程的多项特性，是实现持续发展的重要基础。

4.4 先进技术，科学管理

生态水利工程需要采取先进技术，以较高的技术条件和工程标准实现生态水利工程的较优效能。同时还需要科学的管理，实现生态水利工程的后期维护，以便工程发挥长效作用。都江堰生态水利工程在建筑方法材料选取以及计划布局等各方面采取了先进的理念和技术，进行了非常优秀的创新。例如，采用螺旋流原理建设飞沙堰。在管理上，实现了每年勤修，预防后患，并且逐渐形成了独特的官堰民渠管理制度。这些都是都江堰水利生态水利工程留存久远，至今仍发挥较大作用的关键。

5 河道建设中生态水利工程的设计策略

5.1 构建水生生物群落，丰富生物多样性

在河道建设中，生态水利工程需要保证河道流域内的生物多样性，因此生态水利工程设计需要考虑工程开展对环境的影响，一方面严格控制工程施工对河道流域的影响，另一方面还需要通过主动措施增加区域内物种的种类和数量，从而实现区域内生态环境的平衡与稳定。构建水生动物种群有多种科学措施，包括人工养殖双苗，过鱼设施，设置保护区等。

例如为了保护鱼类，四川省内的长江支流建设了鱼类自然繁殖区，并对其进行保护，减少人类活动对河道内鱼类繁衍的破坏。同时建立了过鱼设施，并推动人工繁殖放流。通过这些措施，当地的生态水利工程建设有力地促进了水生生物系统的丰富性，构建了顽强的生物种群。除此之外，我国修建葛洲坝后，建立了人工繁殖放牛基地，培育了中华鲟等各种珍稀的水生生物，并将中华鲟的幼苗向长江河道内投放，成功将中华鲟从灭绝的边缘拯救出来。因此生态水利工程需要尽量减轻或避免对生物的不利影响，减少对生态环境的破坏，并通过一定的手段进行补偿，或进一步丰富区域领域的水生生物种群增强生物多样性，保障生态环境的健康。同时也可以适当养殖具备清洁能力的微生物，增强河道自净能力，帮助河道改善水质。

5.2 进行生态护坡设计，建设生态堤岸

生态河堤是河道建设中生态水利工程的重要组成部分，对生态水利工程的总体效益有着举足轻重的影响。生态堤岸一方面能够实现对河岸动植物的保护，同时也能够发挥涵养水源，绿化河堤的重要作用。除此以外，生态堤岸具备许多传统堤岸不具备的优点，例如具备更好的适应性，能够充分因地制宜，因势利导，根据当地的地质条件以及植被条件等进行灵活的调整。此外，能够节省成本，避免对大量钢筋水泥等传统工程材料的使用。

生态水利工程中的生态堤岸包括自然原型护岸，自然型护岸和复式阶级型护岸。例如在湖南湖北等南方农村地区，自然原型护岸十分常见。自然原型护岸能够保持河岸的自然特性，简单易行，物美价廉，既能够满足生态要求，又能够美化河道。在四川，云南等地拥有许多自然型护岸，例如在嘉陵江河道沿线多地，坡面较陡，侵蚀较重，许多生态水利工程采用了自然型护岸的技术。自然型护岸同样利用植物固定堤坝，但同时会采用石材等天然材料保护堤坝底部，通常分为干砌石，铅丝石笼和抛石护岸。许多重要城市的护城河采用了复式阶级性护岸，例如西安护城河道，采用了复式阶级型护岸。在亲水平台下，通过硬性构筑物建造箱型框架，向其投入石块，框外种植水生植物，借助其根系巩固堤防，而在亲水平台之上，则采用栅格形式的混凝土结构固岸，栅格之中预留空间种植灌木或花草。

图1 自然型堤岸

5.3 加强技术投入，选取合适的工程材料

随着生态水利工程的发展，衍生出了许多新兴技术，恰当采用新型生态环保材料，能够有效保障河道建设中生态水利工程的生态效益。在选用材料的过程中，一方面需要考虑到材料的性能以及价格，同时也要考虑到生态环保性能以及技术性能，当然还应当考虑到当地的自然环境，以选取适宜的生态材料。目前通行采用的新生态环保材料，通常有雷诺护垫和格宾石笼网，该环保材料广泛应用于生态水利工程中的河岸建设。

雷诺护垫能够阻挡洪水对岸堤造成的破坏，从而保护河岸不受侵蚀，其原理是通过六边形结构的金属网面，具备较优的稳定性，同时材料柔软，能够吻合地基。格宾石笼网凭借其优良的透水性以及柔韧性，在生态水利工程中得到了广泛的运用，其结构是角形网制的网箱结构，排水性能更好，成本更低。例如，甘肃山丹县城区河道就采用了该项新型材料。其铺建格宾石笼网并在表面铺设种植土，实现植被绿化，除此以外，将复合土工膜铺在网下并延伸至石龙顶部并按从上到下的顺序，铺设种植土，格宾石笼，保护层，复合土工膜。通过这样的材料铺设河道，一方面减小了工程成本，另一方面提高了防洪防冲刷防侵蚀的效果，保障河流堤岸不受破坏，具备较为良好的经济效益和生态效益。

图2 格宾石笼网铺设

6 结语

河道建设中，生态水利工程能够发挥巨大的作用，其克服了传统水利工程容易对生态产生破坏的弊端，能够保障河道建设的经济价值，生态价值，社会价值的实现。在生态水利工程设计中，应当遵循多项设计原则，包括尊重自然，顺应自然；开发有度，协同共生；民生为本，持续发展；先进技术，科学管理。在此基础上展开生态水泥工程设计，首先应当构建水生生物群落，丰富生物的多样性，其次应当进行生态护坡设计，建设生态堤岸，最后应当加强技术投入，选取合适的材料。