水利工程师职称范文浅析生态设计的若干问题

　　摘要：随着社会的发展和人们对于自然生态认识观念的不断转变，将水利工程规划与生态设计相结合已经成为了时展的必然方向，而生态水利工程正好符合了时展的要求，是一门顺应时展潮流的学科。本文简述了在水利工程规划中生态设计的若干问题，以供同行参考。

　　关键词：水利工程师职称范文,期刊发表,水利工程,规划,生态设计

　　一、水利工程对生态的负面影响

　　任何事物都具有两面性，不论农业还是工业，或是我们的日常生活都受益于水利工程的建设。以可持续发展为长期战略的今天，水利工程对生态的负面影响不容忽视。水利工程对于生态系统的负面影响主要表现在以下几方面：

　　1.水利工程的建设改变自然河流分布

　　水利工程的建设往往通过人为的改造以使河流符合人们的需要，在这个过程中免不了使自然河渠道化，这种渠道化主要表现在：平面布置上的河流形态直线化，也就是说，水利工程将婉蜒曲折的天然河流改造成直线或折线型的人工河流;河道横断面几何规则化，即把自然河流的复杂形状变成梯形、矩形及弧形等规则几何断面;河床和边坡材料的硬质化，即渠道的边坡及河床采用混凝土、砌石等硬质材料。而这些改变都会影响到河流的自然更新和自然景观。

　　2.水利工程使生态系统相对静止

　　水利工程会使自然河流呈显非连续性，这种非连续性的表现在之一是生态系统的相对静止性。因为，筑坝造成顺水流方向的河流非连续化，使流动的河流生态系统变成了相对静止的人工湖，流速、水深、水温及水流边界条件都发生了重大变化。比如，库区内原来的森林、草地或农田统统淹没水底，陆生动物被迫迁徙。另外，水库形成后也改变了原来河流营养盐输移转化的规律。由于水库截留河流的营养物质，气温较高时，促使藻类在水体表层大量繁殖，产生水华现象。大量生物死亡。比如，藻类蔓延遮盖住大植物的生长使之萎缩，而死亡的藻类沉入水底，在那里腐烂的同时还消耗氧气;溶解氧含量低的水体会使水生生物"窒息而死"。最大的负面还在于水利工程生命力弱的濒危动物的繁殖率下降，因为水库的水深高于河流，在深水处阳光微弱，光合作用也弱，导致水库的生态系统比河流的生物生产量低，相对要脆弱，自我恢复能力弱。再次，水利工程还加剧水流对河道的冲蚀，因为大量河流泥沙在水库淤积，而坝下清水下泄就会加剧了对河道的冲蚀。这些变化都大幅度改变了生态环境。

　　3.水利工程易造成侧向水流的非连续性

　　侧向水流的非连续性是水利工程的另一个负面影响。侧向水流的非连续性是由河流两岸建设的防洪堤造成的。侧向水流的非连续性的危害是：堤防妨碍了汛期主流与岔流之间的沟通，阻止了水流的横向扩展。鱼类、无脊椎动物等会减少，导致滩区和洪泛区的生态功能退化。其次，堤防把干流与滩地和洪泛区隔离，使岸边地带和洪泛区的栖息地发生改变。原来可能扩散到滩地和洪泛区的水、泥沙和营养物质，被限制在堤防以内的河道内，植被面积明显减少。鱼类无法进入滩地产卵和觅食，也失去了避难所。

　　二、水利工程规划生态设计的涵义

　　水利工程的生态设计从表面上来看就很明显是包括生态和水利工程两方面的内容，不过水利工程生态设计主要的侧重的还是水利工程方面，其学科基础主要是由工程力学和水文学构成的，生态学只是在工程学发展的同时需要兼顾的学科。目前的生态水利工程规划设计的主要针对的对象都是水文系统相关的设计，而没有注意生命系统的现状和对生态系统的未来预期等潜在的风险或是问题，所以对于目前的水利工程来说，其下一步的发展目标和发展方向就是应该密切和生态学相结合，注意将生态学的一些理论和方法运用到水利工程的建设上来，进一步将水利工程学与生态学密切的结合在一起，存进和改善水利工程规划的设计的理论，这样也就形成了一门新的分支学科——生态水利工程学。该学科的出现的发展，既能够满足人们在水利工程建设方面的需求，又能够将水域生态系统的健康和可持续发展等思想真正运用到社会实践中来，其内涵主要指的是：对于新建的水利工程来说，在进行传统水利基础设施建设的同时又注意与河流生态系统恢复和保持相结合;对于已建工程来说，主要指的就是对于那些受到危害或者是严重破坏的河流进行神态系统的全面恢复和保护。所以，生态水利工程作为符合社会社会需求和发展方向的一门学科来说，它将和传统的清污治污工程、生态产业以及环境立法和资源管理等不同方面的工作内容密切的联系在一起，为河流生态环境的改善和水利工程建设的科学规划都提供了有利的支持。

　　三、水利工程规划中生态设计的若干问题

　　随着人们环境保护及科学发展观、可持续发等理念的深入理解，人们在享受水利工程给我们带来的幸福生活之外，人们也越来越关注以上我们提到的水利工程给自然造成的负面影响。水利工程结合生态建设，也成为一个必然趋势。我国发展生态水工学及开发生态水工技术，应该在借鉴发达国家的经验的基础上，根据具体的实际情况，因地制宜地解决生态设计技术问题。下面对在水利工程规划中生态设计的若干问题进行探讨。

　　1.提高河流形态的空间异质性

　　一个地区的生境空间异质性越高，就意味着创造了多样的小生境，能够允许更多的物种共存。反之，如果非生物环境变得单调，生物群落多样性必然会下降，生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化，造成生态系统某种程度的退化。由于人类活动，特别是大规模治河工程的建设，造成自然河流的渠道化及河流非连续化，使河流生境在不同程度上单一化，引起河流生态系统的不同程度退化。生态水利工程的目标是恢复或提高生物群落的多样性，但是并不意味着主要靠人工直接种植岸边植被或者引进鱼类、鸟类和其他生物物种，生态水利工程的重点应该是尽可能提高河流形态的异质性，使其符合自然河流的地貌学原理，为生物群落多样性的恢复创造条件。

　　在确定河流生态修复目标以后，就应该对于河流进行生物调查、地貌历史和现状进行勘查和评估，建立河流地貌数据库和生物资源数据库。遥感技术和地理信息系统(GIS)是水文、河流地貌和生物调查的有力工具。关键的工作步骤是在以上两种调查工作的基础上，确定环境因子与生物因子的相关关系，必要时建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、蜿蜒度、横断面形状及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、营养盐的迁移转化、水文周期变化等。研究的内容包括：调查单个生物因子的基本需求，评估各种生物因子的相互关系和制约条件，对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。在众多的环境因子中，识别那些对于系统的结构和功能具有重要意义的环境因子，在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地的设计。

　　2.生态系统的自设计、自我恢复功能

　　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，也就是说某些与生态系统友好的物种，能够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，生态工程设计与传统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，建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同，生态工程设计是一种“指导性”的设计，或者说是辅助性设计。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。成功的生态工程经验表明，人工与自然力的贡献各占一半。

　　传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时，要求工程师必须放弃控制自然界的动机，树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富，实现人与自然的和谐。需要强调的是，地球上没有两条相同的河流，每一条河流的特点都是各不相同的。因此，每一项生态水利工程必须因地制宜，充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值，寻求最佳的生态工程方案。

　　自设计理论的适用性还取决于具体条件。包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子，也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时，需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度，防止生物入侵。

　　3.景观尺度及整体性设计

　　河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行，而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低，而且成功率也低。整体性是指从生态系统的结构和功能出发，掌握生态系统各个要素间的交互作用，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法，而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题，也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。

　　景观则是指生态学中的景观尺度。景观尺度包括空间尺度和时间尺度。为什么在景观的大尺度上进行河流修复规划?首先，水域生态系统是一个大系统，其子系统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。广义水文系统又与生物系统交织在一起，形成自然河流生态系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成部分，形成对于水域生态系统的正负影响。水域生态系统受到胁迫时，需要对于各种胁迫因素之间的相互关系进行综合、整体研究。其次，必须重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点，这些特点决定了生物种群的基本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。再者，河流生态系统是一个开放的系统，与周围生态系统随时进行能量传递和物质循环，一条河流的生态修复活动不可能是孤立的，还需要与相邻的流域的生态修复活动进行协调。最后，河流生态修复的时间尺度也十分重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。河流生态修复是靠时间做工作的。有研究指出，湿地重建或修复需要大约15至20年的时间。因此对于河流生态修复项目要有长期准备，同时进行长期的监测和管理。

　　4.反馈调整式设计

　　生态系统的成长是一个过程，河流修复工程需要时间。从长时间尺度看，自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是结构复杂性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高，同时对外界干扰的抵抗力有所增强。从较短的时间尺度看，生态系统的演替，即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间，期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。

　　水利工程规划生态设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构，力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。在河流工程项目执行以后，就开始了一个自然生态演替的动态过程。这个过程并不一定按照设计预期的目标发展，可能出现多种可能性。

　　意识到生态系统和社会系统都不是静止的，在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替以外，人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程设计不同于传统工程的确定性设计方法，而是一种反馈调整式的设计方法。是按照“设计—执行(包括管理)—监测—评估—调整”这样一种流程以反复循环的方式进行的。在这个流程中，监测工作是基础。监测工作包括生物监测和水文观测。评估的内容是河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势。常用的方法是参照比较方法，一种是与自身河流系统的历史及项目初期状况比较，一种是与自然条件类似但未进行生态修复的河流比较。

　　在反馈调整式设计过程中，提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界的广泛参与，通过对话、协商，以寻求共同利益。提倡多学科的交流和融合，提高设计的科学性。

　　结语

　　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。