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生態(tài)水利工程規劃設計論文范本
1水利工程對河流生態(tài)系統的影響
在社會(huì )生產(chǎn)過(guò)程中水利工程對經(jīng)濟與社會(huì )有著(zhù)巨大的作用，同時(shí)也要看到水利工程對河流生態(tài)系統造成了不同程度的影響。人類(lèi)整治河道修筑堤壩等活動(dòng)人為的改變了河流的多樣性、連續性和流動(dòng)性，使水域的流速、水深、水溫、自水流邊界、水文規律等自然條件發(fā)生重大改變。這些改變對河流生態(tài)系統造成的影響是不容忽視的。未來(lái)的水利工程在權衡社會(huì )經(jīng)濟需求與生態(tài)系統健康需求這二者關(guān)系方面，似應強調水利工程在滿(mǎn)足人類(lèi)社會(huì )需求的同時(shí)，兼顧水域生態(tài)系統的健康和可持續性。
2生態(tài)水利工程
從學(xué)科發(fā)展角度看，現在的水利工程學(xué)的學(xué)科基礎主要是工程力學(xué)和水文學(xué)，水利工程規劃設計主要對象是水文系統，往往忽視生命系統的現狀和未來(lái)風(fēng)險等問(wèn)題。學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展應吸收生態(tài)學(xué)理論及方法，促進(jìn)水利工程學(xué)與生態(tài)學(xué)的交叉融合，用以改進(jìn)和完善水利工程的規劃及設計理論，形成水利工程學(xué)新的學(xué)科分支——生態(tài)水利工程學(xué)。生態(tài)水利工程學(xué)作為水利工程學(xué)的一個(gè)新的分支，是研究水利工程在滿(mǎn)足人類(lèi)社會(huì )需求的同時(shí)，兼顧水域生態(tài)系統健康與可持續性需求的原理與技術(shù)方法的工程學(xué)。生態(tài)水利工程的內涵是：對于新建工程，是指進(jìn)行傳統水利建設的同時(shí)（如治河、防洪工程），兼顧河流生態(tài)修復的目標。對于已建工程，則是對于被嚴重干擾河流重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)修復。生態(tài)水利工程將與傳統治污技術(shù)、清潔生產(chǎn)（生態(tài)產(chǎn)業(yè)）及環(huán)境立法和資源管理一起，成為河流生態(tài)建設的主要手段之一。
3生態(tài)水利工程的規劃設計原則
3.1工程安全性和經(jīng)濟性原則
生態(tài)水利工程是一項綜合性工程，在河流綜合治理中既要滿(mǎn)足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運等需求，也要兼顧生態(tài)系統的可持續性。生態(tài)水利工程既要符合水利工程學(xué)原理，也要符合生態(tài)學(xué)原理。生態(tài)水利工程的工程設施必須符合水文學(xué)和工程力學(xué)的規律，以確保工程設施的安全、穩定和耐久性。工程設施必須在設計標準規定的范圍內，能夠承受洪水、侵蝕、風(fēng)暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學(xué)原理進(jìn)行河流縱、橫斷面設計時(shí)，必須充分考慮河流泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等河流特征，動(dòng)態(tài)地研究河勢變化規律，保證河流修復工程的耐久性。
對于生態(tài)水利工程的經(jīng)濟合理性分析，應遵循風(fēng)險最小和效益最大原則。由于對生態(tài)演替的過(guò)程和結果事先難以把握，生態(tài)水利工程往往帶有一定程度的風(fēng)險。這就需要在規劃設計中進(jìn)行方案比選，更要重視生態(tài)系統的長(cháng)期定點(diǎn)監測和評估。另外，充分利用河流生態(tài)系統自我恢復規律，是力爭以最小的投入獲得最大產(chǎn)出的合理技術(shù)路線(xiàn)。
3.2提高河流形態(tài)的空間異質(zhì)性原則
一個(gè)地區的生境空間異質(zhì)性越高，就意味著(zhù)創(chuàng )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(huán)境變得單調，生物群落多樣性必然會(huì )下降，生物群落的性質(zhì)、密度和比例等都會(huì )發(fā)生變化，造成生態(tài)系統某種程度的退化。由于人類(lèi)活動(dòng)，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(tài)系統的不同程度退化。生態(tài)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(zhù)主要靠人工直接種植岸邊植被或者引進(jìn)魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和其他生物物種，生態(tài)水利工程的重點(diǎn)應該是盡可能提高河流形態(tài)的異質(zhì)性，使其符合自然河流的地貌學(xué)原理，為生物群落多樣性的恢復創(chuàng )造條件。
在確定河流生態(tài)修復目標以后，就應該對于河流進(jìn)行生物調查、地貌歷史和現狀進(jìn)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(shù)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(guān)鍵的工作步驟是在以上兩種調查工作的基礎上，確定環(huán)境因子與生物因子的相關(guān)關(guān)系，必要時(shí)建立某種數學(xué)模型。河流環(huán)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(zhì)、水溫、泥沙、營(yíng)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(gè)生物因子的基本需求，評估各種生物因子的相互關(guān)系和制約條件，對于“關(guān)鍵種”或標志性生物的環(huán)境因子進(jìn)行分類(lèi)和評估。在眾多的環(huán)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(huán)境因子，在此基礎上進(jìn)行河流地貌學(xué)設計和生物棲息地的設計。
3.3生態(tài)系統自設計、自我恢復原則
生態(tài)系統的自組織功能表現為生態(tài)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(shuō)某些與生態(tài)系統友好的物種，能夠經(jīng)受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源和合適的環(huán)境條件。
將自組織原理應用于生態(tài)水利工程時(shí)，生態(tài)工程設計與傳統水工設計有本質(zhì)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(tài)工程設計是一種“指導性”的設計，或者說(shuō)是輔助性設計。依靠生態(tài)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(shí)現設計。成功的生態(tài)工程經(jīng)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(shí)施控制。而設計生態(tài)水利工程時(shí)，要求工程師必須放棄控制自然界的動(dòng)機，樹(shù)立新的工程理念。因為依靠人力和技術(shù)控制自然界是不可能的。人們要善于利用生態(tài)系統自組織、自設計這個(gè)寶貴財富，實(shí)現人與自然的和諧。需要強調的是，地球上沒(méi)有兩條相同的河流，每一條河流的特點(diǎn)都是各不相同的。因此，每一項生態(tài)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(xué)價(jià)值，尋求最佳的生態(tài)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(zhì)、土壤、地貌、水文特征等生態(tài)因子，也取決于生物的種類(lèi)、密度、生物生產(chǎn)力、群落穩定性等多種因素。在利用自設計理論時(shí)，需要注意充分利用鄉土種。引進(jìn)外來(lái)物種時(shí)要持慎重態(tài)度，防止生物入侵。
3.4景觀(guān)尺度及整體性原則
河流生態(tài)修復規劃和管理應該在大景觀(guān)尺度、長(cháng)期的和保持可持續性的基礎上進(jìn)行，而不是在小尺度、短時(shí)期和零星局部的范圍內進(jìn)行。在大景觀(guān)尺度上開(kāi)展的河流生態(tài)修復效率要高。小范圍的生態(tài)修復不但效率低，而且成功率也低。整體性是指從生態(tài)系統的結構和功能出發(fā)，掌握生態(tài)系統各個(gè)要素間的交互作用，提出修復河流生態(tài)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(wèn)題，也不僅僅是修復單一動(dòng)物或修復河岸植被。
景觀(guān)則是指生態(tài)學(xué)中的景觀(guān)尺度。景觀(guān)尺度包括空間尺度和時(shí)間尺度。為什么在景觀(guān)的大尺度上進(jìn)行河流修復規劃？首先，水域生態(tài)系統是一個(gè)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(tài)系統。而人類(lèi)活動(dòng)和工程設施作為生境的組成部分，形成對于水域生態(tài)系統的正負影響。水域生態(tài)系統受到脅迫時(shí)，需要對于各種脅迫因素之間的相互關(guān)系進(jìn)行綜合、整體研究。其次，必須重視水域生境的易變性、流動(dòng)性和隨機性的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)決定了生物種群的基本生存條件。水域生態(tài)系統是隨著(zhù)降雨、水文變化及潮流等條件在時(shí)間與空間中擴展或收縮的動(dòng)態(tài)系統。再者，河流生態(tài)系統是一個(gè)開(kāi)放的系統，與周?chē)鷳B(tài)系統隨時(shí)進(jìn)行能量傳遞和物質(zhì)循環(huán)，一條河流的生態(tài)修復活動(dòng)不可能是孤立的，還需要與相鄰的流域的生態(tài)修復活動(dòng)進(jìn)行協(xié)調。最后，河流生態(tài)修復的時(shí)間尺度也十分重要。河流系統的演進(jìn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。每一個(gè)河流生態(tài)系統都有它自己的歷史。河流生態(tài)修復是靠時(shí)間做工作的。有研究指出，濕地重建或修復需要大約15~20a的時(shí)間。因此對于河流生態(tài)修復項目要有長(cháng)期準備，同時(shí)進(jìn)行長(cháng)期的監測和管理。
3.5反饋調整式設計原則
生態(tài)系統的成長(cháng)是一個(gè)過(guò)程，河流修復工程需要時(shí)間。從長(cháng)時(shí)間尺度看，自然生態(tài)系統的進(jìn)化需要數百萬(wàn)年時(shí)間。進(jìn)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(shí)對外界干擾的抵抗力有所增強。從較短的時(shí)間尺度看，生態(tài)系統的演替，即一種類(lèi)型的生態(tài)系統被另一種生態(tài)系統所代替也需要若干年的時(shí)間，期望河流修復能夠短期奏效往往是不現實(shí)的。
生態(tài)水利工程規劃設計主要是模仿成熟的河流生態(tài)系統的結構，力求最終形成一個(gè)健康、可持續的河流生態(tài)系統。在河流工程項目執行以后，就開(kāi)始了一個(gè)自然生態(tài)演替的動(dòng)態(tài)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程并不一定按照設計預期的目標發(fā)展，可能出現多種可能性。
意識到生態(tài)系統和社會(huì )系統都不是靜止的，在時(shí)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(lèi)系統的變化及干擾也導致了生態(tài)系統的調整。這種不確定性使生態(tài)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(huán)的方式進(jìn)行的。在這個(gè)流程中，監測工作是基礎。監測工作包括生物監測和水文觀(guān)測。評估的內容是河流生態(tài)系統的結構與功能的狀況及發(fā)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(lèi)似但未進(jìn)行生態(tài)修復的河流比較。
在反饋調整式設計過(guò)程中，提倡科學(xué)家、管理者和當地居民及社會(huì )各界的廣泛參與，通過(guò)對話(huà)、協(xié)商，以尋求共同利益。提倡多學(xué)科的交流和融合，提高設計的科學(xué)性。
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