论水利工程的规划和设计

摘 要：通过水域生态和水利工程两者的联系以及生态水利规划的基本原则，简述了水利工程的规划和设计。

关键词：水利工程 规划和设计

引言：经济社会的日益发展使得水利事业在国民经济的增长中扮演越来越重要的角色，农村水利与城市水利不仅对地区的安全，灾害的杜绝有重要意义， 也能促进地区的经济建设。为保证它顺利完成，工程的规划设计须做到科学。科学意味着在设计中必须遵守相应的原则使工程顺利完成。

一、水利工程现状与生态

作为水利工程学的新元素，生态水利工程学是水利工程如何使人类社会、水域生态系统健康与可持续性需求能同时满足进行研究的原理与技术方法的工程学。其内涵是：新建工程的目标是不仅建设传统水利 ，也修复河流生态；已建工程的目标是生态修复被严重干扰河流重点，生态水利工程将结合传统清洁生产、治污技术及资源管理和环境立法，对河流进行生态建设。[1]

二、提高河流形态的空间异质性原则

地区的高生境空间异质性，导致小生境得到多样性，使更多的物种得到共存。相反，非生物环境单调性，减弱了生物群落的多样性，随之改变的是它性质、比例和密度等，生态系统的退化与人类活动有关，与大规模治河工程的建设更是分不开，它引起的河流非连续化及渠道化，导致河流生境趋向单一，最终导致河流生态系统出现程度性退化。直接种植岸边植被或者引进鱼类、鸟类这些人工提高生物物种的方法与生态水利工程提高或恢复生物群落多样性的目标是不符的，生态水利工程应把使河流形态的异质性与自然河流的地貌学原理相符，恢复生物群落多样性作为重心。

以修复河流生态为目标，必须通过调查河流生物、地貌历史与现状来建立生物资源数据库与河流地貌数据库。水文、生物和河流地貌调查中常用遥感技术和地理信息系统（GIS）的首要工作是在调查工作的基础上，通过数学模型的建立来确定包括河流蜿蜒度、河势、横断面材料及形状、流速水温、水质、水位、水文周期变化、泥沙营养盐的迁移转化在内的环境因子与生物因子间的联系。主要研究的是：对个体生物因子的需求的研究，对不同生物因子间的联系的探讨，以及筛选出环境因子中的标志性生物或“关键种”。从环境因子中筛选出对系统功能与结构具有识别意义的环境因子，对生物栖息地与河流地貌学的设计具有重要意义。[2]

三、水域生态系统

河流在河流生态系统中扮演角色的同时，也在与周边环境所构成的生态系统中扮演为生物生存提供适宜空间的角色。水域生态系统是包括生物系统、人造工程设施系统与广义水文系统在内的大系统。广义水文系统包括河流的地表水与地下水系统，流域中河流会衍生成湖泊、水塘、沼泽、湿地和洪泛区。自然河流生态系统是在生物系统与广义水文系统的共同作用下形成。工程设施与人类活动会以组成部分的形式对水域生态系统造成影响。水域生态系统破坏是由多种因素共同造成的。若局限于河道本身的生态修复的研究，无疑会把复杂系统简单化。所以，在生态水利工程设计过程中，不应局限于修复河道水文系统的研究，更不应对动物或河岸植被进行单一修复，而应对整个水域的生态系统进行修复，通过了解生态系统各要素间的联系来掌握修复河流生态系统的综合性方法。[3]

四、生态水利工程设计考虑原则

4.1坚持工程经济与安全原则。生态水利工程的开展不但要遵循生态学原理，亦要遵循水利工程学原理。为保证工程设施的稳定、安全与耐久性，工程设施不可违反工程力学与水文学的规律。为确保河流修复工程的稳定性，不容忽略淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征、河流泥沙输移与动态地研究河势变化规律。水利工程应符合投入最小而经济及生态效益最大这个经济原则。

4.2提高河流形态的空间异质性原则。生命系统与非生命系统间的依存和耦合是通过生物群落多样性和非生物环境的空间异质性体现的。地区的高生境空间异质性，导致小生境得到多样性，使更多的物种得到共存。相反，非生物环境单调性，减弱了生物群落的多样性，随之改变的是它性质、比例和密度等，导致河流生态系统出现程度性退化。新建工程中由水工枢纽及河流梯级开发的布置方案、大坝的坝址选择等所得的最低生态胁迫优化设计是建立在模型分析上的，除此，河流修复工程中的生物栖息地与地貌学设计也是建立在模型分析的基础上的。

4.3生态系统自我恢复及设计原则。生态系统的可持续性体现了它的自组织功能。自组织既是物种的自然选择，能与生态系统共存的物种通过受自然选择的磨砺，适应了能源与环境条件。生境中足够数量的种群的繁衍就是建立在能源与环境的适应之上的。

4.4流域整体性及尺度原则。河流生态修复规划应在长期的时间与流域尺度上开展。“整体性”指的是站在生态系统的功能与结构的角度，通过了解生态系统各要素间的联系来掌握修复河流生态系统的综合性方法，不应局限于修复河道水文系统的研究，更不应对动物或河岸植被进行单一修复。河流系统的演变是一个通过对历史资料进行收集、整理，来掌握长时间尺度的生态现状与河流变化的动态过程。河流生态修复是一个有充分准备，完善的管理与监测的项目。

4.5设计的反馈调整原则。生态水利工程设计为形成一个可持续河流生态系统可对成熟的河流生态系统结构进行模拟。自然生态演替过程开始的前提是河流工程项目的执行符合设计。包括水文观测和生物监测在内的监测工作是流程的重心。要求项目初期须建立能进行长期观测的监测系统。除此，用以评估河流生态系统的功能与结构的发展趋势的完善的河流评估体系也是必备的。[4]

五、总结：树立确保河流健康的目标，尤其是引起的河流非连续化及渠道化，导致河流生境趋向单一，最终导致河流生态系统出现程度性退化的大规模治河工程的建设。生态水利工程是以提高或恢复生物群落多样性为目标的，这使得充分保护、恢复河流原先所有的多样化变得极其重要，不仅杜绝河流非连续化及渠道化，也提高了生物群落生存环境的多样性，从而人与自然能和谐发展。

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