生态水利工程的发展及其现状研究

郭合军

(海林市水务局，黑龙江海林157100)

水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源，但其天然分布状况，不完全符合人类的需求，随着生产发展和社会进步，人类开始主动地控制和调配自然界的地表水和地下水，为除害兴利而修建水利工程，以便控制水流，防治洪涝灾害，并进行水量调节，满足人民生活和生产对水资源的需要。

1 传统水利工程引发的环境问题

近30年来，水利工程的生态影响问题受到广泛的关注，其主要原因是传统水利工程引发了一系列的生态和环境问题:

1)自然河流的连续性遭到破坏。河流上建设的大坝切断了河流廊道的横向联系，造成自然河流的非连续化。大坝将河流拦腰斩断，改变了河流的自然状态，阻断了鱼类的洄游路线，淹没了河流原始地貌，引水式电站还造成坝后脱水段，河流的生境被严重地破坏;堤防和防洪工程的建设将河流与其密切相关的漫滩、泡沼、湿地的横向和纵向联系切断，导致它们形态和功能的改变。自然河流纵向和纵向连续性的改变和破坏，导致河流生态环境的改变和恶化，引起河流生态系统的退化。

2)自然河流形成的蜿蜒曲折与深潭、浅滩等，不仅提供了河流形态的多样性，也提供了生境的多样性，为河流生态系统的稳定创造了条件。河道的渠系化、直线化，蜿蜒曲折的自然河流被改造成平直的人工渠道或渠网，自然河流所特有的急流、浅滩、深潭、沼泽等河流形态消失，完全被硬质护坡或混凝土材料取代，多样性的河流生态系统逐渐消失。

3)淹没耕地、引发大量移民。水库和电站的建设不可避免地要占用和淹没大量的土地资源。例如20世纪50年代开始修建的丹江口水库一期工程就涉及湖北省丹江口市、郧县和河南省淅川县的大片土地。其中淹没淅川县耕地1.9万hm2，占当时全县耕地总面积的55%，南水北调工程中线工程实施后，该县耕地将再一次被淹没0.87 hm2。

水利工程的建设还迫使大量受影响地区的居民迁移，如果处理不当，不仅引发社会为题，也增加了迁入地区的生态保护的压力，出现新的环境问题。

4)跨流域调水，给生态系统造成重大损害，甚至产生灾难性的后果。由于跨流域调水打破了河流水系的自然格局，可能出现超量调水、超量用水的情况，对调水河流水文情势和水生态环境带来改变;同时长距离输水的人工河流沿途土壤盐渍化、沼泽化问题，也可能出现，以及受水区引发水生态问题，在以往的跨流域调水工程中均不同程度地得到一些失败的教训。

2 生态水利工程的基本理念、内涵和研究内容

水利工程引发的生态问题，迫使人们对传统水利工程的规划设计和运行管理进行反思，促进了水利工程和生态工程的结合，从而提出了生态水利工程的概念。

2.1 生态水利工程的基本理念

2.1.1 尊重自然的理念

自然河流形成的河流地貌和形态是河流长期发展与演化的结果，也是河流与周边环境相互作用，逐渐形成的平衡状态。河流地貌与河流形态的外在稳定，保证了河流生态系统的平衡与稳定。因此，生态水利工程秉承尊重自然的理念，在规划设计和建设中尽量保持河流地貌和形态的自然状态，20世纪80年代世界上一些发达国家进行的河流回归自然的改造，以及“亲近自然河流”的提法、“多自然河川计划”，就是基于这样的理念，拆除以前在河床上人工铺设的硬质材料，在保证防洪的前提下，修建生态河堤，恢复河岸边植物群落与河畔林，重塑河流生态环境，使受损的河流生态得以修复。

2.1.2 人类与生态共享水资源的理念

水不仅是人类生产生活不可或缺的自然资源，也是维护生态系统健康、保障生态平衡必不可少的生态要素。水是生物生存的重要条件，是生物体的主要组成部分。人类和动植物的依存关系不言而喻，要维持人类的生存，就要维护好地球上生物的生存，立与生物共享水资源、与生态共享水资源的理念，在满足人类用水需求的同时，也要保证维护生态健康用水量。

2.1.3 可持续发展的理念

1987年题为《我们共同的未来》的研究报告中提出了“既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展”的可持续发展概念，是人类在总结自身发展历程之后，提出的新的发展模式，就是在保持自然资源的质量和可提供的服务前提下，保护和加强环境系统的生产和更新能力，使人口、资源、环境协调发展。水资源是人类生存环境最重要的基本要素，水资源的开发和利用必须遵从可持续发展的理念，其内涵包括保护水资源的承载能力，优化水资源配置和强化水资源管理。即水资源的开发不能超过水资源自身的承载能力，就是指水资源总量不因时间的推移而减少、水质和水环境保持良好状态情况下的水资源开发;有限的水资源在工农业生产用水、生活用水和生态用水之间实现最佳分配，使水资源本身、生产结构布局以及社会经济发展战略之间的互动和协调，最终达到一种大体上的平衡;建立一套高效科学的水资源管理模式，为水资源的可持续利用提供体制上的保障。

2.1.4 依靠自然恢复能力的理念

生态工程所涉及的生态系统和自然界自我设计与自我完善的概念主要是指生态系统的自我调节与反馈机制，也就是使生态系统具有适应各种环境变化，并进行自我修复的能力，以此保证生态系统功能发生最低程度的变化。生态水利工程从本质上讲是一种生态工程，和传统的水利设计相比，生态水利工程设计是一种“指导性”的设计，或者说是辅助性设计，设计师必须放弃控制自然的动机，要依靠生态系统自设计、自组织功能，辅以适当的人工干预，由自然界选择合适的物种，形成合理的结构，从而完成设计和实现设计。

2.2 生态水利工程的内涵及其研究内容

生态水利是把人和水体置于整个生态系统中，研究人和自然对水利的共同需求，从生态的角度出发进行水利工程建设，建立良性循环和可持续利用的水利体系，从而达到可持续发展以及人与自然和谐的目的。生态水利工程的研究内容主要包括:

1)水循环与生态系统:利用水文学和生态学的原理研究流域生态系统;分析水文情势变化与生态系统演变之间的内在规律;确定水环境条件变化对生态系统的影响;模拟水资源与生态系统各要素之间的相关关系。

2)生态水利规划与设计:研究流域生态系统对人类干扰的最大承载力，结合生态环境建设，提出符合生态安全的水利建设规划与设计方案。生态水利规划涉及水资源、环境、生态和水利等多个学科，在规划过程中，强调运用各学科的综合知识，实现水资源的持久利用。

3)水利工程的生态效应:在研究水资源开发、利用、保护、管理、经营和生态环境之间的相互关系基础上，提出水利工程建设产生的累积生态学效应的评估和预测方法、指标体系。建立生态系统修复和重建的技术和工程方案。生态水利强调以预防和保护为目标，采用工程和非工程相结合的措施，恢复已退化的流域生态系统。

4)生态水利系统管理:研究生态水利系统的监测、评价方法，建立流域生态安全的决策支持系统和预警系统。提出满足生态安全的优化调控与管理措施。

3 生态水利工程的热点问题

3.1 河流健康评估

河流健康是生态系统健康概念的一种派生。20世纪80年代在欧洲和北美开始了河流保护行动，许多国家通过修改、制定水法和环境保护法，加强对河流的环境评估和生态保护，“河流健康”的概念也相应出现。河流健康的评估包含两方面问题:一是如何确定河流健康的基准点，二是如何处理人与河流的关系。

一般来说，河流健康主要按照4类指标进行评估，即物理—化学评估，生物栖息地评估，水文评估和生物评估功赎罪。河流健康的概念拓展了人们的视野，从单纯的水质保护，扩展到河流生态系统保护。

3.2 河流生态修复

河流生态修复是指使用综合方法，是河流恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然功能。河流生态修复的任务，一是水文条件的改善，二是河流地貌学特征的改善，目的是改善河流生态系统的结构与功能，标志是生物群落多样性的提高，与水质改善为单一目标相比更具有整体性的特点，其生态效益更高。

3.2.1 水文条件的改善

1)维持河流生态环境需水量

广义地讲，生态环境需水可以被认为是维持全球生物地理生态系统水分平衡所需的用水，包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡用水等。狭义地讲，生态环境需水可以被视作为维护生态环境不再恶化并有所改善所需的水资源总量，包括为保护和恢复内陆河流下游天然植被及生态环境的用水、水土保持及水保范围之外的林草植被建设用水、维持河流水沙平衡及湿地和水域等生态环境的基流、回补区域地下水的水量等方面。广义的生态环境需水概念对研究不同尺度的水资源系统和考虑各种系统功能及其相应的物质运动较为适用，而狭义的生态环境需水概念对水资源供需矛盾突出和生态环境相对脆弱的干旱、半干旱地区以及季节性干旱的半湿润区的系统分析相对适合。在实际工作中往往需要确定的是最小流量，即最小生态环境需水量，也是生态水利的重要任务之一。

2)河流污染控制

通过污水处理，控制污水排放以及提倡清洁生产改善水质;保障河流环境流量，维护河流的自净能力和提高河流的稀释能力也可以实现河流水质的保护;加强流域的生态环境建设，改善水土保持水平，减少面源污染对控制河流面源污染，保障河流水质也是生态水利工程的研究课题。

3)水库优化调度，满足社会用水需求外，尽可能接近自然河流的脉冲式的水文周期。

3.2.2 河流地貌学特征的改善

1)恢复纵向和横向连通性的河流廊道

自然河流两岸的湿地、湖泊是河流系统的组成部分，沿岸生长发育着茂密的植物，横向上根据植物对水分要求的不同，发育着挺水植物带、湿水植物带和过渡带，组成完整的河岸缓冲带;纵向上沿河流廊道形成河流绿色廊道，不仅提供了绿色为主的河流廊道景观，也是极其重要的生态廊道。生态水利工程旨恢复河流纵向和横向的连通性，以保护和恢复河流廊道的生态功能。

2)尽可能保持河流纵向和横向形态的多样性

由于天然河流形态上的多样性，无论在纵向上还是在横向上水流状态是不断变化的，从而形成了各式各样的断面形式和千姿百态水流状态，为不同类型的水生生物的生长提供了适应的生存环境，也决定了河流生态系统的多样性。生态水利工程尊重自然的理念的具体体现就是尽量保持河流纵向和横向形态的多样性，也就是保护河流的生态多样性。

3)防止河床材料的硬质化

河流两岸的植物带是河道与陆地的过渡带，河岸缓冲带河岸景观被混凝土、砌石等硬质材料包裹后，植物的根系很难穿过坚硬的表面，不利于植物的生长和发育，不仅严重地破坏和干扰河岸植被带，而且破坏了原有的生境，将河岸绿色植被景观变成了单一灰白色调的人工建筑物，与自然河流既不协调。

生态水利工程倡导的生态型护岸是从护岸材料上进行改进，主要采用不同类型植被护岸、生态型硬质护坡等生态型护岸材料，防止河床材料的硬质化。

［1］董哲仁、孙东亚.生态水利工程原理与技术［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.

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［3］何冰、王延荣、高辉巧.城市水生态利规划［M］.郑州:黄河水利出版社，2006.

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