时间：2013-11-29 分类：水力
摘要：水利工程对生态的影响是巨大的，这些影响可能是改善，也可能是胁迫，或两者兼而有之。如何让水利工程对生态的改善最大化、胁迫最小化，已是学术界重要课题。本文对生态水利工程学原理进行了探讨，并介绍了它在泰安水利工程建设中的应用，值得借鉴。
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生态水利工程学是在传统水利工程学基础上融入生态学原理而发展起来的，是通过研究水利工程对生态的影响，探讨减少水利工程对生态的胁迫途经，增进改善程度，实现人与自然和谐共处、水资源可持续利用的科学。
1 生态学及其原理
生态学是在生物学基础上扩展而来，研究一定时空范围内的生物之间、生物与环境之间关系的科学。生态学有三大原理，一是多效应原理，即人类的任何行动都不是孤立的，对自然界的任何侵犯都有无数的效应，其中许多是不可预料的。二是相互联系原理，即每一事物无不与其他事物相互联系交融。三是勿干扰原理，即人类所产生的任何物质，均不应对自然界的生物地球化学循环有任何的干扰。
2 传统水利工程学对生态环境的胁迫
传统水利工程学以工程力学、水文学为理论基础，以水利工程设施建设为手段，对河流进行改造控制，达到为社会经济发展提供防洪安全、水资源保障等目的。其对河流生态系统胁迫形式：
一是以加大泄洪能力为目的的河道裁弯取直、两岸硬化，破坏了河流的横向连续性。既限制或阻断了水体向两岸的交流，也阻断了许多微生物、植物、穴居动物、两栖动物在水、岸之间的交流通道，有人形象地称作\"自然河道渠道化\"。河道渠道化后，洪水灾害得以控制，但河流生态系统却日渐枯萎衰败乃至死亡。
二是以拦蓄为目的的拦河坝工程，破坏了河流的纵向连续性。拦河坝割断了河道内生物群落的纵向交流通道，鱼类等生物的洄游线路被破坏;流动的河流变成了相对静止的人工湖，溶氧能力下降;水深加大，深水处温度低光线弱，生物活力下降;营养物质大量聚集，藻类、原生动物或细菌在湖水温暖的面层爆发性繁殖，容易引发\"水华现象\"
三是部分水利工程雨季排、旱季蓄，加剧了河流下游的旱涝变化，致使河流旱季干涸断流，即\"筑一道水坝死一条河\"。
3 生态水利工程学原理及其在泰安水利工程建设中的应用
3.1 保护河流生态环境的连续性原则应用
最大限度地减少生硬切断河流纵横向连续性的工程设施，保护河流应有的生态空间，变\"死渠\"为\"活河\"，是当前最迫切需要贯彻的生态水利工程学理念。
一是保护河流的横向连续性。在河道治理中，经过科学的洪水演算、安全评估，能不设堤防的就不设堤防，能使用复式断面的就不要用梯形断面，能使用梯形断面的就不要用矩形断面。坡度易缓不易陡，陡于1：2的坡要进行人畜抗滑落安全评估，从工程材料、砌筑形式上增加抗滑安全;不能保证抗滑安全的，要设置安全防护网，设立安全警示标志。护坡工程中严格控制现浇混凝土、浆砌石的使用，尽量使用干砌、植草砖或自然植被，建设\"可以呼吸的岸堤\"。泰安市在2013年石汶河防洪治理中，将原设计方案中的浆砌石护坡调整为：设计洪水位0.7米以下维持浆砌石护坡，以上改为植草砖，坡度均为1：2.5;在设计洪水位以上0.5米处增设2米宽平台，复式断面河道，单侧滩地平均宽100米，综合考虑了行洪安全、生态景观、人水和谐等因素。
二是保护河流纵向连续性。李冰父子总结出的治水三字经\"深淘滩、低作堰\"，造就了天府之国2600多年的旱涝保收。\"低作堰\"就是指阻拦河水的堰易低不易高，尽量减少堰对河流的干扰。\"深淘滩\"是指河床要深挖。泰安市在大汶河综合治理中，恰当运用了李冰父子的治水三字经，清淤河道，确保行洪安全;不搞超级大坝，而是采用橡胶坝形式，层层拦蓄，既涵养了水土、滋润了两岸，又不造成淤积，科学地控制运行，蓄滞雨季洪水，补足旱季生态径流，形成了长42公里、总面积达100多平方公里的水生态景观带。2011年春，在泰安遭遇\"百年大旱\"之际，沿河地下水不降反升，社会生态效益初露端倪。
3.2 保护河流生态多样性原则应用
生存环境的多样性有助于生物种群的多样性;反之，生存环境的单调性必然导致一些物种的迁移、灭绝，造成生态系统的退化。泰安市在中小河流治理中，从生态水利工程学的理念出发，刻意保持河流纵横断面的多样性，纵向裁小弯而顺大弯，保留河流的蜿蜒曲折、宽窄相间、起伏跌宕、深池浅滩的自然面貌;横向以河床为心，向两岸渐变，最大限度地减少刚性、不透水性护坡工程，为生物的水陆交流提供通道;保护湖泊、浅滩、水塘、湿地、沼泽、洪泛区等自然地貌，制定实施了大汶河、东平湖流域综合治污规划，建设了稻屯洼、东平湖入湖口、柴汶河人工湿地水质净化工程和洸府河截污导流工程。
3.3生态系统自设计、自组织、自修复、自净化特性原则应用
生态系统的自设计、自组织、自修复、自净化特性，其实质是生物在特定环境下生殖、繁衍、兴旺衰败的内在规律。人们只有掌握、顺应这种内在规律，改善生态的努力才会事半功倍。在大坝草皮护坡工程中，凡引进外来草种、又不能及时洒水修剪去除杂草的，三至五年的时间就会被本地草\"吃掉\"，这是违背生态自组织规律的典型例子。#p#分页标题#e#
泰安正在建设的泮河人工湿地，总投资1.4亿元，是山东省最大的人工生态湿地工程，它是利用生态系统的自设计、自组织、自修复、自净化特性，人工创造一片有利于生物繁衍生息的、立体的\"生物工厂\"。其主要设计思路是拦河橡胶坝抬高水位后，泮河污水自流进入人工湿地，通过耐水植物根、茎、潜流层填料等物理吸附、生物分解，去除磷、钾、氨氮等污染物质，使codcr降到30mg/l以下，氨氮降到1.5mg/l以下，达到Ⅳ类水标准。人工湿地以潜流湿地为主，辅以表面流湿地。潜流湿地占地310亩，单元截面自下而上依次是池底、防渗层、填料层、种植层，污水主要在填料层流动。表面流人工湿地40亩，分布于潜流湿地上下游及潜流湿地的单元之间，水深0.6米，阳光充足，能量充沛，是生物种群繁衍生息的天堂。湿地植物主要是本地乡土物种如芦苇、香蒲等挺水植物，荷花、睡莲等浮叶植物，菹草、苦草、黑藻等沉水植物，在改良后的表面流湿地适量投放鲤鱼、鲫鱼、乌鳢、虾和泥鳅等水生动物。
3.4 时空上的大尺度原则应用
生态系统的建立与稳定需要足够大的时空尺度。研究发现，多数淡水鱼类有\"洄游\"的习性，平时在湖泊等深水区觅食成长，繁殖季节会逆流而上，到江河中上游水浅草盛、阳光温暖、天敌少的地方产子。然后，再返回适宜的湖泊觅食。泰安市在河道治理中充分尊重鱼类的习性，留下足够多的河叉、浅滩、湿地供它们繁衍;必要时给坝下的鱼类留下洄游通道以满足其繁殖需要，如泮河人工湿地，鱼类可以通过湿地洄游到拦河坝上游。时间上的大尺度原则，缘于生态系统的建立与稳定需要一个较为漫长的过程，有研究指出，湿地、湖泊重建需要大约15-20年的时间，而新建所需的时间会更长。
3.5 治理上统筹兼顾、因地制宜原则应用
生态系统中的任何要素都不是孤立存在的，生态水利工程学对生态的改善也要考虑多方面的影响因素。
泰安天泽湖工程位于牟汶河与其支流泮河交汇处。上游河水氨、氮、磷、钾等营养物质含量高，水体水质较差，若不能建立积极的生物群落，微生物、蓝绿藻极易爆发性繁殖，导致生物种落失衡、水质恶化。从生态水利工程学角度，天泽湖工程设计了排泄表面流的\"闸中闸\"，即在平板闸门上部，再开一扇小门，排放闸前的树叶、水草等漂浮物和蓝绿藻等表层浮游物。城市污水先经过处理达标后再排入泮河，在大汶河入河口上游建设日处理污水10万方的生态湿地，进一步净化水质。在湖内投放鲢鱼等以浮游植物为食的鱼类，使浮游植物维持健康的生态密度等。一系列措施，培育起一个健康的湖泊生态系统，一条通向生态水利工程的大道正在形成。
参考文献：
1、董哲仁，水利工程对生态系统的胁迫，水利水电技术，2003年7期
2、董哲仁，河流形态多样性与生物群落多样性，水利学报，2003年第11期
3、董哲仁，生态水利工程学的理论框架，水利学报，2003年第1期
