摘要：隨著社會的發(fā)展和人們對于自然生態(tài)認(rèn)識觀念的不斷轉(zhuǎn)變，將水利工程規(guī)劃與生態(tài)設(shè)計相結(jié)合已經(jīng)成為了時展的必然方向，而生態(tài)水利工程正好符合了時展的要求，是一門順應(yīng)時展潮流的學(xué)科。本文簡述了在水利工程規(guī)劃中生態(tài)設(shè)計的若干問題，以供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：水利工程師職稱范文,期刊發(fā)表,水利工程,規(guī)劃,生態(tài)設(shè)計

　　一、水利工程對生態(tài)的負(fù)面影響

　　任何事物都具有兩面性，不論農(nóng)業(yè)還是工業(yè)，或是我們的日常生活都受益于水利工程的建設(shè)。以可持續(xù)發(fā)展為長期戰(zhàn)略的今天，水利工程對生態(tài)的負(fù)面影響不容忽視。水利工程對于生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響主要表現(xiàn)在以下幾方面：

　　1.水利工程的建設(shè)改變自然河流分布

　　水利工程的建設(shè)往往通過人為的改造以使河流符合人們的需要，在這個過程中免不了使自然河渠道化，這種渠道化主要表現(xiàn)在：平面布置上的河流形態(tài)直線化，也就是說，水利工程將婉蜒曲折的天然河流改造成直線或折線型的人工河流;河道橫斷面幾何規(guī)則化，即把自然河流的復(fù)雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規(guī)則幾何斷面;河床和邊坡材料的硬質(zhì)化，即渠道的邊坡及河床采用混凝土、砌石等硬質(zhì)材料。而這些改變都會影響到河流的自然更新和自然景觀。

　　2.水利工程使生態(tài)系統(tǒng)相對靜止

　　水利工程會使自然河流呈顯非連續(xù)性，這種非連續(xù)性的表現(xiàn)在之一是生態(tài)系統(tǒng)的相對靜止性。因為，筑壩造成順?biāo)�流方向的河流非連續(xù)化，使流動的河流生態(tài)系統(tǒng)變成了相對靜止的人工湖，流速、水深、水溫及水流邊界條件都發(fā)生了重大變化。比如，庫區(qū)內(nèi)原來的森林、草地或農(nóng)田統(tǒng)統(tǒng)淹沒水底，陸生動物被迫遷徙。另外，水庫形成后也改變了原來河流營養(yǎng)鹽輸移轉(zhuǎn)化的規(guī)律。由于水庫截留河流的營養(yǎng)物質(zhì)，氣溫較高時，促使藻類在水體表層大量繁殖，產(chǎn)生水華現(xiàn)象。大量生物死亡。比如，藻類蔓延遮蓋住大植物的生長使之萎縮，而死亡的藻類沉入水底，在那里腐爛的同時還消耗氧氣;溶解氧含量低的水體會使水生生物"窒息而死"。最大的負(fù)面還在于水利工程生命力弱的瀕危動物的繁殖率下降，因為水庫的水深高于河流，在深水處陽光微弱，光合作用也弱，導(dǎo)致水庫的生態(tài)系統(tǒng)比河流的生物生產(chǎn)量低，相對要脆弱，自我恢復(fù)能力弱。再次，水利工程還加劇水流對河道的沖蝕，因為大量河流泥沙在水庫淤積，而壩下清水下泄就會加劇了對河道的沖蝕。這些變化都大幅度改變了生態(tài)環(huán)境。

　　3.水利工程易造成側(cè)向水流的非連續(xù)性

　　側(cè)向水流的非連續(xù)性是水利工程的另一個負(fù)面影響。側(cè)向水流的非連續(xù)性是由河流兩岸建設(shè)的防洪堤造成的。側(cè)向水流的非連續(xù)性的危害是：堤防妨礙了汛期主流與岔流之間的溝通，阻止了水流的橫向擴(kuò)展。魚類、無脊椎動物等會減少，導(dǎo)致灘區(qū)和洪泛區(qū)的生態(tài)功能退化。其次，堤防把干流與灘地和洪泛區(qū)隔離，使岸邊地帶和洪泛區(qū)的棲息地發(fā)生改變。原來可能擴(kuò)散到灘地和洪泛區(qū)的水、泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)，被限制在堤防以內(nèi)的河道內(nèi)，植被面積明顯減少。魚類無法進(jìn)入灘地產(chǎn)卵和覓食，也失去了避難所。

　　二、水利工程規(guī)劃生態(tài)設(shè)計的涵義

　　水利工程的生態(tài)設(shè)計從表面上來看就很明顯是包括生態(tài)和水利工程兩方面的內(nèi)容，不過水利工程生態(tài)設(shè)計主要的側(cè)重的還是水利工程方面，其學(xué)科基礎(chǔ)主要是由工程力學(xué)和水文學(xué)構(gòu)成的，生態(tài)學(xué)只是在工程學(xué)發(fā)展的同時需要兼顧的學(xué)科。目前的生態(tài)水利工程規(guī)劃設(shè)計的主要針對的對象都是水文系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計，而沒有注意生命系統(tǒng)的現(xiàn)狀和對生態(tài)系統(tǒng)的未來預(yù)期等潛在的風(fēng)險或是問題，所以對于目前的水利工程來說，其下一步的發(fā)展目標(biāo)和發(fā)展方向就是應(yīng)該密切和生態(tài)學(xué)相結(jié)合，注意將生態(tài)學(xué)的一些理論和方法運(yùn)用到水利工程的建設(shè)上來，進(jìn)一步將水利工程學(xué)與生態(tài)學(xué)密切的結(jié)合在一起，存進(jìn)和改善水利工程規(guī)劃的設(shè)計的理論，這樣也就形成了一門新的分支學(xué)科——生態(tài)水利工程學(xué)。該學(xué)科的出現(xiàn)的發(fā)展，既能夠滿足人們在水利工程建設(shè)方面的需求，又能夠?qū)⑺�域生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)發(fā)展等思想真正運(yùn)用到社會實(shí)踐中來，其內(nèi)涵主要指的是：對于新建的水利工程來說，在進(jìn)行傳統(tǒng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時又注意與河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和保持相結(jié)合;對于已建工程來說，主要指的就是對于那些受到危害或者是嚴(yán)重破壞的河流進(jìn)行神態(tài)系統(tǒng)的全面恢復(fù)和保護(hù)。所以，生態(tài)水利工程作為符合社會社會需求和發(fā)展方向的一門學(xué)科來說，它將和傳統(tǒng)的清污治污工程、生態(tài)產(chǎn)業(yè)以及環(huán)境立法和資源管理等不同方面的工作內(nèi)容密切的聯(lián)系在一起，為河流生態(tài)環(huán)境的改善和水利工程建設(shè)的科學(xué)規(guī)劃都提供了有利的支持。

　　三、水利工程規(guī)劃中生態(tài)設(shè)計的若干問題

　　隨著人們環(huán)境保護(hù)及科學(xué)發(fā)展觀、可持續(xù)發(fā)等理念的深入理解，人們在享受水利工程給我們帶來的幸福生活之外，人們也越來越關(guān)注以上我們提到的水利工程給自然造成的負(fù)面影響。水利工程結(jié)合生態(tài)建設(shè)，也成為一個必然趨勢。我國發(fā)展生態(tài)水工學(xué)及開發(fā)生態(tài)水工技術(shù)，應(yīng)該在借鑒發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的實(shí)際情況，因地制宜地解決生態(tài)設(shè)計技術(shù)問題。下面對在水利工程規(guī)劃中生態(tài)設(shè)計的若干問題進(jìn)行探討。

　　1.提高河流形態(tài)的空間異質(zhì)性

　　一個地區(qū)的生境空間異質(zhì)性越高，就意味著創(chuàng)造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環(huán)境變得單調(diào)，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質(zhì)、密度和比例等都會發(fā)生變化，造成生態(tài)系統(tǒng)某種程度的退化。由于人類活動，特別是大規(guī)模治河工程的建設(shè)，造成自然河流的渠道化及河流非連續(xù)化，使河流生境在不同程度上單一化，引起河流生態(tài)系統(tǒng)的不同程度退化。生態(tài)水利工程的目標(biāo)是恢復(fù)或提高生物群落的多樣性，但是并不意味著主要靠人工直接種植岸邊植被或者引進(jìn)魚類、鳥類和其他生物物種，生態(tài)水利工程的重點(diǎn)應(yīng)該是盡可能提高河流形態(tài)的異質(zhì)性，使其符合自然河流的地貌學(xué)原理，為生物群落多樣性的恢復(fù)創(chuàng)造條件。

　　在確定河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)以后，就應(yīng)該對于河流進(jìn)行生物調(diào)查、地貌歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行勘查和評估，建立河流地貌數(shù)據(jù)庫和生物資源數(shù)據(jù)庫。遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)(GIS)是水文、河流地貌和生物調(diào)查的有力工具。關(guān)鍵的工作步驟是在以上兩種調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，確定環(huán)境因子與生物因子的相關(guān)關(guān)系，必要時建立某種數(shù)學(xué)模型。河流環(huán)境因子包括河流河勢、蜿蜒度、橫斷面形狀及材料、流速、水位、水質(zhì)、水溫、泥沙、營養(yǎng)鹽的遷移轉(zhuǎn)化、水文周期變化等。研究的內(nèi)容包括：調(diào)查單個生物因子的基本需求，評估各種生物因子的相互關(guān)系和制約條件，對于“關(guān)鍵種”或標(biāo)志性生物的環(huán)境因子進(jìn)行分類和評估。在眾多的環(huán)境因子中，識別那些對于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能具有重要意義的環(huán)境因子，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行河流地貌學(xué)設(shè)計和生物棲息地的設(shè)計。

　　2.生態(tài)系統(tǒng)的自設(shè)計、自我恢復(fù)功能

　　生態(tài)系統(tǒng)的自組織功能表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。自組織的機(jī)理是物種的自然選擇，也就是說某些與生態(tài)系統(tǒng)友好的物種，能夠經(jīng)受自然選擇的考驗，尋找到相應(yīng)的能源和合適的環(huán)境條件。

　　將自組織原理應(yīng)用于生態(tài)水利工程時，生態(tài)工程設(shè)計與傳統(tǒng)水工設(shè)計有本質(zhì)的區(qū)別。像設(shè)計大壩這樣的人工建筑物是一種確定性的設(shè)計，建筑物的幾何特征、材料強(qiáng)度都是在人的控制之中，建筑物最終可以具備人們所期望的功能。河流修復(fù)工程設(shè)計與此不同，生態(tài)工程設(shè)計是一種“指導(dǎo)性”的設(shè)計，或者說是輔助性設(shè)計。依靠生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結(jié)構(gòu)，從而完成設(shè)計和實(shí)現(xiàn)設(shè)計。成功的生態(tài)工程經(jīng)驗表明，人工與自然力的貢獻(xiàn)各占一半。

　　傳統(tǒng)的水利工程設(shè)計的特征是對于自然河流實(shí)施控制。而設(shè)計生態(tài)水利工程時，要求工程師必須放棄控制自然界的動機(jī)，樹立新的工程理念。因為依靠人力和技術(shù)控制自然界是不可能的。人們要善于利用生態(tài)系統(tǒng)自組織、自設(shè)計這個寶貴財富，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧。需要強(qiáng)調(diào)的是，地球上沒有兩條相同的河流，每一條河流的特點(diǎn)都是各不相同的。因此，每一項生態(tài)水利工程必須因地制宜，充分尊重每一條河流的自然屬性和美學(xué)價值，尋求最佳的生態(tài)工程方案。

　　自設(shè)計理論的適用性還取決于具體條件。包括水量、水質(zhì)、土壤、地貌、水文特征等生態(tài)因子，也取決于生物的種類、密度、生物生產(chǎn)力、群落穩(wěn)定性等多種因素。在利用自設(shè)計理論時，需要注意充分利用鄉(xiāng)土種。引進(jìn)外來物種時要持慎重態(tài)度，防止生物入侵。

　　3.景觀尺度及整體性設(shè)計

　　河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃和管理應(yīng)該在大景觀尺度、長期的和保持可持續(xù)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行，而不是在小尺度、短時期和零星局部的范圍內(nèi)進(jìn)行。在大景觀尺度上開展的河流生態(tài)修復(fù)效率要高。小范圍的生態(tài)修復(fù)不但效率低，而且成功率也低。整體性是指從生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能出發(fā)，掌握生態(tài)系統(tǒng)各個要素間的交互作用，提出修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的整體、綜合的系統(tǒng)方法，而不是僅僅考慮河道水文系統(tǒng)的修復(fù)問題，也不僅僅是修復(fù)單一動物或修復(fù)河岸植被。

　　景觀則是指生態(tài)學(xué)中的景觀尺度。景觀尺度包括空間尺度和時間尺度。為什么在景觀的大尺度上進(jìn)行河流修復(fù)規(guī)劃?首先，水域生態(tài)系統(tǒng)是一個大系統(tǒng)，其子系統(tǒng)包括生物系統(tǒng)、廣義水文系統(tǒng)和人造工程設(shè)施系統(tǒng)。廣義水文系統(tǒng)又與生物系統(tǒng)交織在一起，形成自然河流生態(tài)系統(tǒng)。而人類活動和工程設(shè)施作為生境的組成部分，形成對于水域生態(tài)系統(tǒng)的正負(fù)影響。水域生態(tài)系統(tǒng)受到脅迫時，需要對于各種脅迫因素之間的相互關(guān)系進(jìn)行綜合、整體研究。其次，必須重視水域生境的易變性、流動性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)決定了生物種群的基本生存條件。水域生態(tài)系統(tǒng)是隨著降雨、水文變化及潮流等條件在時間與空間中擴(kuò)展或收縮的動態(tài)系統(tǒng)。再者，河流生態(tài)系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，與周圍生態(tài)系統(tǒng)隨時進(jìn)行能量傳遞和物質(zhì)循環(huán)，一條河流的生態(tài)修復(fù)活動不可能是孤立的，還需要與相鄰的流域的生態(tài)修復(fù)活動進(jìn)行協(xié)調(diào)。最后，河流生態(tài)修復(fù)的時間尺度也十分重要。河流系統(tǒng)的演進(jìn)是一個動態(tài)過程。每一個河流生態(tài)系統(tǒng)都有它自己的歷史。河流生態(tài)修復(fù)是靠時間做工作的。有研究指出，濕地重建或修復(fù)需要大約15至20年的時間。因此對于河流生態(tài)修復(fù)項目要有長期準(zhǔn)備，同時進(jìn)行長期的監(jiān)測和管理。

　　4.反饋調(diào)整式設(shè)計

　　生態(tài)系統(tǒng)的成長是一個過程，河流修復(fù)工程需要時間。從長時間尺度看，自然生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化需要數(shù)百萬年時間。進(jìn)化的趨勢是結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、生物群落多樣性、系統(tǒng)有序性及內(nèi)部穩(wěn)定性都有所增加和提高，同時對外界干擾的抵抗力有所增強(qiáng)。從較短的時間尺度看，生態(tài)系統(tǒng)的演替，即一種類型的生態(tài)系統(tǒng)被另一種生態(tài)系統(tǒng)所代替也需要若干年的時間，期望河流修復(fù)能夠短期奏效往往是不現(xiàn)實(shí)的。

　　水利工程規(guī)劃生態(tài)設(shè)計主要是模仿成熟的河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，力求最終形成一個健康、可持續(xù)的河流生態(tài)系統(tǒng)。在河流工程項目執(zhí)行以后，就開始了一個自然生態(tài)演替的動態(tài)過程。這個過程并不一定按照設(shè)計預(yù)期的目標(biāo)發(fā)展，可能出現(xiàn)多種可能性。

　　意識到生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)都不是靜止的，在時間與空間上常具有不確定性。除了自然系統(tǒng)的演替以外，人類系統(tǒng)的變化及干擾也導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)整。這種不確定性使生態(tài)水利工程設(shè)計不同于傳統(tǒng)工程的確定性設(shè)計方法，而是一種反饋調(diào)整式的設(shè)計方法。是按照“設(shè)計—執(zhí)行(包括管理)—監(jiān)測—評估—調(diào)整”這樣一種流程以反復(fù)循環(huán)的方式進(jìn)行的。在這個流程中，監(jiān)測工作是基礎(chǔ)。監(jiān)測工作包括生物監(jiān)測和水文觀測。評估的內(nèi)容是河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的狀況及發(fā)展趨勢。常用的方法是參照比較方法，一種是與自身河流系統(tǒng)的歷史及項目初期狀況比較，一種是與自然條件類似但未進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的河流比較。

　　在反饋調(diào)整式設(shè)計過程中，提倡科學(xué)家、管理者和當(dāng)?shù)鼐用窦吧鐣�各界的廣泛參與，通過對話、協(xié)商，以尋求共同利益。提倡多學(xué)科的交流和融合，提高設(shè)計的科學(xué)性。

　　結(jié)語

　　生態(tài)水利工程是一門將生態(tài)學(xué)和工程學(xué)很好的結(jié)合在一起的一門學(xué)科，也是講人與自然和諧相處的思想很好的的運(yùn)用于實(shí)際的學(xué)科。該學(xué)科最主要的特點(diǎn)就是順應(yīng)了人類和時展的需要，我國雖然說在這方面技術(shù)起步的比較慢，不過目前也越來越重視該學(xué)科的發(fā)展，尤其是對于在生態(tài)水利工程設(shè)計原則方面存在的問題也在運(yùn)用大量的人力物力去研究，借鑒了許多國外的先進(jìn)經(jīng)驗和技術(shù)方法，也初步形成了一些設(shè)計原則，雖說是不太完善，不過在將來的不斷研究和發(fā)展中，最終會取得比較大的進(jìn)步和提高的。