摘要：隨著社會的發展和人們對于自然生態認識觀念的不斷轉變，將水利工程規劃與生態設計相結合已經成為了時展的必然方向，而生態水利工程正好符合了時展的要求，是一門順應時展潮流的學科。本文簡述了在水利工程規劃中生態設計的若干問題，以供同行參考。

　　關鍵詞：水利工程師職稱范文,期刊發表,水利工程,規劃,生態設計

　　一、水利工程對生態的負面影響

　　任何事物都具有兩面性，不論農業還是工業，或是我們的日常生活都受益于水利工程的建設。以可持續發展為長期戰略的今天，水利工程對生態的負面影響不容忽視。水利工程對于生態系統的負面影響主要表現在以下幾方面：

　　1.水利工程的建設改變自然河流分布

　　水利工程的建設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在：平面布置上的河流形態直線化，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;河道橫斷面幾何規則化，即把自然河流的復雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規則幾何斷面;河床和邊坡材料的硬質化，即渠道的邊坡及河床采用混凝土、砌石等硬質材料。而這些改變都會影響到河流的自然更新和自然景觀。

　　2.水利工程使生態系統相對靜止

　　水利工程會使自然河流呈顯非連續性，這種非連續性的表現在之一是生態系統的相對靜止性。因為，筑壩造成順水流方向的河流非連續化，使流動的河流生態系統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生了重大變化。比如，庫區內原來的森林、草地或農田統統淹沒水底，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鹽輸移轉化的規律。由于水庫截留河流的營養物質，氣溫較高時，促使藻類在水體表層大量繁殖，產生水華現象。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，導致水庫的生態系統比河流的生物生產量低，相對要脆弱，自我恢復能力弱。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環境。

　　3.水利工程易造成側向水流的非連續性

　　側向水流的非連續性是水利工程的另一個負面影響。側向水流的非連續性是由河流兩岸建設的防洪堤造成的。側向水流的非連續性的危害是：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展。魚類、無脊椎動物等會減少，導致灘區和洪泛區的生態功能退化。其次，堤防把干流與灘地和洪泛區隔離，使岸邊地帶和洪泛區的棲息地發生改變。原來可能擴散到灘地和洪泛區的水、泥沙和營養物質，被限制在堤防以內的河道內，植被面積明顯減少。魚類無法進入灘地產卵和覓食，也失去了避難所。

　　二、水利工程規劃生態設計的涵義

　　水利工程的生態設計從表面上來看就很明顯是包括生態和水利工程兩方面的內容，不過水利工程生態設計主要的側重的還是水利工程方面，其學科基礎主要是由工程力學和水文學構成的，生態學只是在工程學發展的同時需要兼顧的學科。目前的生態水利工程規劃設計的主要針對的對象都是水文系統相關的設計，而沒有注意生命系統的現狀和對生態系統的未來預期等潛在的風險或是問題，所以對于目前的水利工程來說，其下一步的發展目標和發展方向就是應該密切和生態學相結合，注意將生態學的一些理論和方法運用到水利工程的建設上來，進一步將水利工程學與生態學密切的結合在一起，存進和改善水利工程規劃的設計的理論，這樣也就形成了一門新的分支學科——生態水利工程學。該學科的出現的發展，既能夠滿足人們在水利工程建設方面的需求，又能夠將水域生態系統的健康和可持續發展等思想真正運用到社會實踐中來，其內涵主要指的是：對于新建的水利工程來說，在進行傳統水利基礎設施建設的同時又注意與河流生態系統恢復和保持相結合;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重破壞的河流進行神態系統的全面恢復和保護。所以，生態水利工程作為符合社會社會需求和發展方向的一門學科來說，它將和傳統的清污治污工程、生態產業以及環境立法和資源管理等不同方面的工作內容密切的聯系在一起，為河流生態環境的改善和水利工程建設的科學規劃都提供了有利的支持。

　　三、水利工程規劃中生態設計的若干問題

　　隨著人們環境保護及科學發展觀、可持續發等理念的深入理解，人們在享受水利工程給我們帶來的幸福生活之外，人們也越來越關注以上我們提到的水利工程給自然造成的負面影響。水利工程結合生態建設，也成為一個必然趨勢。我國發展生態水工學及開發生態水工技術，應該在借鑒發達國家的經驗的基礎上，根據具體的實際情況，因地制宜地解決生態設計技術問題。下面對在水利工程規劃中生態設計的若干問題進行探討。

　　1.提高河流形態的空間異質性

　　一個地區的生境空間異質性越高，就意味著創造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環境變得單調，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質、密度和比例等都會發生變化，造成生態系統某種程度的退化。由于人類活動，特別是大規模治河工程的建設，造成自然河流的渠道化及河流非連續化，使河流生境在不同程度上單一化，引起河流生態系統的不同程度退化。生態水利工程的目標是恢復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魚類、鳥類和其他生物物種，生態水利工程的重點應該是盡可能提高河流形態的異質性，使其符合自然河流的地貌學原理，為生物群落多樣性的恢復創造條件。

　　在確定河流生態修復目標以后，就應該對于河流進行生物調查、地貌歷史和現狀進行勘查和評估，建立河流地貌數據庫和生物資源數據庫。遙感技術和地理信息系統(GIS)是水文、河流地貌和生物調查的有力工具。關鍵的工作步驟是在以上兩種調查工作的基礎上，確定環境因子與生物因子的相關關系，必要時建立某種數學模型。河流環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、水溫、泥沙、營養鹽的遷移轉化、水文周期變化等。研究的內容包括：調查單個生物因子的基本需求，評估各種生物因子的相互關系和制約條件，對于“關鍵種”或標志性生物的環境因子進行分類和評估。在眾多的環境因子中，識別那些對于系統的結構和功能具有重要意義的環境因子，在此基礎上進行河流地貌學設計和生物棲息地的設計。

　　2.生態系統的自設計、自我恢復功能

　　生態系統的自組織功能表現為生態系統的可持續性。自組織的機理是物種的自然選擇，也就是說某些與生態系統友好的物種，能夠經受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源和合適的環境條件。

　　將自組織原理應用于生態水利工程時，生態工程設計與傳統水工設計有本質的區別。像設計大壩這樣的人工建筑物是一種確定性的設計，建筑物的幾何特征、材料強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。河流修復工程設計與此不同，生態工程設計是一種“指導性”的設計，或者說是輔助性設計。依靠生態系統自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而完成設計和實現設計。成功的生態工程經驗表明，人工與自然力的貢獻各占一半。

　　傳統的水利工程設計的特征是對于自然河流實施控制。而設計生態水利工程時，要求工程師必須放棄控制自然界的動機，樹立新的工程理念。因為依靠人力和技術控制自然界是不可能的。人們要善于利用生態系統自組織、自設計這個寶貴財富，實現人與自然的和諧。需要強調的是，地球上沒有兩條相同的河流，每一條河流的特點都是各不相同的。因此，每一項生態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價值，尋求最佳的生態工程方案。

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

　　3.景觀尺度及整體性設計

　　河流生態修復規劃和管理應該在大景觀尺度、長期的和保持可持續性的基礎上進行，而不是在小尺度、短時期和零星局部的范圍內進行。在大景觀尺度上開展的河流生態修復效率要高。小范圍的生態修復不但效率低，而且成功率也低。整體性是指從生態系統的結構和功能出發，掌握生態系統各個要素間的交互作用，提出修復河流生態系統的整體、綜合的系統方法，而不是僅僅考慮河道水文系統的修復問題，也不僅僅是修復單一動物或修復河岸植被。

　　景觀則是指生態學中的景觀尺度。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行河流修復規劃?首先，水域生態系統是一個大系統，其子系統包括生物系統、廣義水文系統和人造工程設施系統。廣義水文系統又與生物系統交織在一起，形成自然河流生態系統。而人類活動和工程設施作為生境的組成部分，形成對于水域生態系統的正負影響。水域生態系統受到脅迫時，需要對于各種脅迫因素之間的相互關系進行綜合、整體研究。其次，必須重視水域生境的易變性、流動性和隨機性的特點，這些特點決定了生物種群的基本生存條件。水域生態系統是隨著降雨、水文變化及潮流等條件在時間與空間中擴展或收縮的動態系統。再者，河流生態系統是一個開放的系統，與周圍生態系統隨時進行能量傳遞和物質循環，一條河流的生態修復活動不可能是孤立的，還需要與相鄰的流域的生態修復活動進行協調。最后，河流生態修復的時間尺度也十分重要。河流系統的演進是一個動態過程。每一個河流生態系統都有它自己的歷史。河流生態修復是靠時間做工作的。有研究指出，濕地重建或修復需要大約15至20年的時間。因此對于河流生態修復項目要有長期準備，同時進行長期的監測和管理。

　　4.反饋調整式設計

　　生態系統的成長是一個過程，河流修復工程需要時間。從長時間尺度看，自然生態系統的進化需要數百萬年時間。進化的趨勢是結構復雜性、生物群落多樣性、系統有序性及內部穩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。從較短的時間尺度看，生態系統的演替，即一種類型的生態系統被另一種生態系統所代替也需要若干年的時間，期望河流修復能夠短期奏效往往是不現實的。

　　水利工程規劃生態設計主要是模仿成熟的河流生態系統的結構，力求最終形成一個健康、可持續的河流生態系統。在河流工程項目執行以后，就開始了一個自然生態演替的動態過程。這個過程并不一定按照設計預期的目標發展，可能出現多種可能性。

　　意識到生態系統和社會系統都不是靜止的，在時間與空間上常具有不確定性。除了自然系統的演替以外，人類系統的變化及干擾也導致了生態系統的調整。這種不確定性使生態水利工程設計不同于傳統工程的確定性設計方法，而是一種反饋調整式的設計方法。是按照“設計—執行(包括管理)—監測—評估—調整”這樣一種流程以反復循環的方式進行的。在這個流程中，監測工作是基礎。監測工作包括生物監測和水文觀測。評估的內容是河流生態系統的結構與功能的狀況及發展趨勢。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行生態修復的河流比較。

　　在反饋調整式設計過程中，提倡科學家、管理者和當地居民及社會各界的廣泛參與，通過對話、協商，以尋求共同利益。提倡多學科的交流和融合，提高設計的科學性。

　　結語

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