生态水利工程设计原则初探

翟战清

【摘要】水电建设对生态环境也会带来一定的负面影响，这些负面影响已经成为水电开发的限制性因素。水电工程结合生态建设，是水电事业发展的必然趋势。本文主要探讨了水利工程对生态环境的影响，并针对此分析了生态水利工程的基本设计原则。

【关键词】生态水利；设计；原则

生态水利工程是一门将生态学和工程学很好的结合在一起的一门学科，也是讲人与自然和谐相处的思想很好的的运用于实际的学科。该学科最主要的特点就是顺应了人类和时代发展的需要，我国虽然说在这方面技术起步的比较慢，不过目前也越来越重视该学科的发展，尤其是对于在生态水利工程设计原则方面存在的问题也在运用大量的人力物力去研究，借鉴了许多国外的先进经验和技术方法，也初步形成了一些设计原则，虽说是不太完善，不过在将来的不断研究和发展中，最终会取得比较大的进步和提高的。

1水利工程对生态环境的影响

1.1对水体的影响

一般来讲，水利工程都是修建在天然河道上，随着其修建河流长期演化而成的生态环境将会受到很大的破坏，使河流局部形态非连续化和中一化，改变了其多样性的特点，水利工程的修建也会改变河流的自然形态，导致局部河流水深等变化，使下游的水文泥沙发生变化，由于河流的水文、泥沙是影响河流生态环境的原动力，水库建成后内部水面宽、水流迟缓，当水体受太阳辐射时由于水面的反射率小于路面的反射率，水面辐射值降低，水库内将具有特殊的水温结构，而水温的变化则将会影响内部鱼类的繁殖，同时还将会影响内部水质，水利工程的修建将会导致局部水流降低，既使得水气界面交换速率及污染物迁移扩散能力降低，导致水质自净能力下降。并会使水体的沉降作用增强，因而水体内重金属沉降加速增大污染，对水体产生了很严重的破坏。

1.2对气候的影响

正常情况下，大气环流控制地区性气候状况，但区域内大、中型水库及灌溉工程建成后，原先的陆地面积必定改变，对局部小气候会产生一定的影响，主要表现在对降雨、气温、风等的影响。

1.3对降雨量的影响

水利工程的建成将会使降雨量有所增加，这是由于修建水库将会形成辽阔的水域，在阳光照射下，水的蒸发量增加，所以会导致降雨量增加。同时，也会导致降雨地区分布发生变化，降雨分布发生改变的原因是水库低温效应，一般水的蒸发量加大，空气变得湿润。有些地區的降雨量有所减少，而附近其他区域降雨则有所增加，一般来说，地势高的迎风面降雨增加，而背风面降雨则减少。降雨时间的分布也会受到影响，一般来说，夏季水面温度低于气温，大气对流减弱，降雨量减少；但冬季水面较暖，大气对流作用增强，降雨量增加。

1.4对土壤的影响

水利工程对土壤环境的影响是利弊参半的，区域内通过筑堤建库、疏通水道等可保护农田免受洪水等淹没及冲刷等灾害，并可通过对天然径流与地表径流间的相互调节使得土壤内水分及土壤内的营养成分得到改善。但在浸没区，因土壤中的通气条件很差，而造成土壤中的微生物活动减少，肥力下降，影响作物的生长，从而形成土地浸没。还会由于水位上升引起地下水位上升，土壤出现沼泽化、潜育化，过分湿润致使植物根系衰败，呼吸困难，甚至导致死亡。

1.5对水文的影响

水利工程修建后使下游河道的流量发生改变，从而对周围环境造成影响。水利工程不仅存蓄了汛期洪水并且还将非汛期的基流截留了，使下游河道水位大幅度下降甚至断流，并引起周围地下水位下降，从而破坏了生态环境。水利工程可能会导致下游湖泊或池塘因为断绝水的来源而干涸；下游地区的地下水位下降；当水库下游河道水位大幅度下降以至断流时，势必造成水质的恶化；因河流流量减少，使得河流自净能力降低；同时水库渗漏也将导致其周围水文状况发生变化。

2生态水利工程的基本设计原则

2.1工程安全性和经济性原则

生态水利工程是一种综合性工程，在河流综合治理中既要满足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、发电、航运以及旅游等需求，也要兼顾生态系统可持续性的需求。生态水利工程既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理。生态水利 工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律，以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时，必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地研究河势变化规律，保证河流修复工程的耐久性。对于生态水利工程的经济合理性分析，应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握，生态水利工程往往带有一定程度的风险。这就需要在规划设计中需要进行方案比选，更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外，充分利用河流生态系统自我恢复规律，是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。

2.2 生态系统自设计、自我恢复原则

生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择，也便是说某些与生态系统友好的物种，可以经受自然选择的考验，寻找到相应的能源和合适的环境条件。将自组织原理应用于生态水利工程时，生态工程设计与过去水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计，建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中，建筑物最后可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不一样，生态工程设计是一种“指导性”的设计，大概说是帮助性设计。依靠生态系统自设计、自组织功能，可以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。

2.3 坚持与环境工程设计进行有机结合

生态水利工程是一门综合性较强的学科，所设计到的学科内容相对较多一点。对于其设计来说就要充分吸收环境科学、生态学与工程学理论和技术的有机结合，这样的目的就是达到水量和水质同步的科学配置。对于我国现在水环境不断污染和恶化的现实环境来说，生态水利工程更应该与我国水污染的防止工程结合起来。此外，因为水利工程建设中所涉及到的水量一般都比较大，而且随着季节的变化其水量的变化也比较大，所以这也给生态水利工程建设带来了很大的困难。如黑龙江省扎龙湿地补水工程，虽然实现了连续几年的补水，但由于水质不符合湿地水质要求，导致湿地水域中底栖生物明显减少，部分物种消失，一些迁徙水禽不在此处停留。为了减少早田排水挟带泥沙或污染物进入下游湖泊或天然湿地，可以在进入湖泊或湿地的过渡带设计生态处理沟渠或氧化塘。而水田排水沟渠可以在植物生长季节充分蓄水，利用人工沟渠湿地对有机污染物质进行降解。在缺水地区种植水稻，特别是在开采地下水种植水稻的地区，应当进行以水量高效利用与水质净化为目的的生态水利工程设计。而这种设计思路来源于水污染的自然稳定处理理论与工艺。

3总结

生态水利工程在河流综合治理中既要满足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、发电、航运等需求，也要兼顾生态系统的可持续性。生态水利工程既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律，以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时，必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地研究河势变化规律，保证河流修复工程的耐久性。