董哲仁：生態(tài)水工學(xué)的工程理念

來源：水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)網(wǎng) 上傳日期:2018-07-23 打印本文章【字體】大中小

2003年2月9日　　

摘要水是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。河流、湖泊中的水與生物群落（包括動(dòng)物、植物、微生物）共存,通過氣候系統(tǒng)、水文循環(huán)、食物鏈、養(yǎng)分循環(huán)及能量交換相互交織在一起。水是生物群落生命的載體，又是能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的介質(zhì)。水體與生物群落相互依存，相互作用，形成了江河湖泊的自凈能力。水利工程學(xué)應(yīng)吸收、融合生態(tài)學(xué)的理論，建立和發(fā)展生態(tài)水工學(xué)。在滿足人們對(duì)水的各種不同需求的同時(shí)，水利工程還應(yīng)滿足水域生態(tài)系統(tǒng)完整性、依存性的要求，恢復(fù)與建設(shè)潔凈的水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧。

我國江河、湖泊和水庫普遍受到污染，直接威脅著飲用水的安全和人民的健康，影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)作物安全, 水污染也加劇了水資源短缺。究其污染原因，未經(jīng)處理的工業(yè)廢水排放是最重要的點(diǎn)污染源，工業(yè)廢水造成水污染占水污染負(fù)荷50％以上。由于農(nóng)田施用化肥、農(nóng)藥形成的農(nóng)田徑流，畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的廢水、廢物，是我國水環(huán)境的重要面污染源。湖泊、水庫、河流、海灣的底部沉積物蓄積著多年來排入的大量污染物，稱為內(nèi)污染源，目前已是水體富營養(yǎng)化和赤潮形成的重要因素。水環(huán)境整治的重點(diǎn)是對(duì)污染源的治理與控制，特別是抓好工業(yè)和生活廢水的源頭治理是解決問題的關(guān)鍵。

近幾年來，為改善流域的水環(huán)境，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)，水利部門加強(qiáng)了流域的綜合管理，通過統(tǒng)一調(diào)度，初步扭轉(zhuǎn)了黃河、塔里木河及黑河持續(xù)斷流的局面。使黃河三角洲地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)得到明顯改善，塔里木河及黑河流域下游的胡楊林復(fù)蘇，鳥類及野生水禽返回，趨于惡化的生態(tài)系統(tǒng)得到了初步恢復(fù)。事實(shí)說明，水利工程不但在防洪、供水等方面作用巨大，而且在改善江河湖泊流域的生態(tài)系統(tǒng)方面也是大有作為的。生態(tài)建設(shè)已經(jīng)成了水利工作的重要任務(wù)。在這樣的大背景下，我們所討論的問題是：

一個(gè)地區(qū)，一個(gè)流域生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與改善，反過來對(duì)于改善水質(zhì)會(huì)產(chǎn)生什么影響？

新建的水利工程如何避免或減少對(duì)原有生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響？水利工程建設(shè)除了能滿足人對(duì)水的多種需求的同時(shí)，如何對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)的改善作出貢獻(xiàn)？

1. 水在生態(tài)系統(tǒng)中的地位和作用

我們需要討論的問題是：水質(zhì)狀況與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，水在生態(tài)系統(tǒng)中扮演的角色，進(jìn)而討論在一個(gè)健全的生態(tài)系統(tǒng)中的水質(zhì)問題。

1.1生態(tài)方法修復(fù)水體技術(shù)帶給我們的啟示

生態(tài)方法水體修復(fù)技術(shù)，是利用培育的植物、動(dòng)物或培養(yǎng)、接種的微生物的生命活動(dòng)，對(duì)水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化及降解作用，從而使水體得到凈化的技術(shù)。生態(tài)方法水體修復(fù)技術(shù)包括：人工濕地處理技術(shù)、生物膜法處理技術(shù)、土地處理技術(shù)及生物操縱技術(shù)等。人工濕地是利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重共同作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化。生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纖維）為載體，在其表面形成一種特殊的生物膜，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強(qiáng)對(duì)污染物的降解作用。這些微生物吞噬污染物分解為二氧化碳和水。土地處理技術(shù)是以土地為處理設(shè)施，利用土壤－植物系統(tǒng)的吸附、過濾及凈化作用和自我調(diào)控功能，達(dá)到某種程度對(duì)水的凈化。一般用污水灌溉牧草或農(nóng)作物。生物操縱技術(shù)的原理主要是是利用營養(yǎng)級(jí)鏈狀效應(yīng)達(dá)到凈化水的目的。比如在湖泊水庫中投放經(jīng)選擇的魚類，用以吞食另一類小型魚類，借以保護(hù)某些浮游動(dòng)物不被小型魚類吞食，這些浮游動(dòng)物的食物正是人們所討厭的藻類。這些技術(shù)在國內(nèi)外都已經(jīng)有一些成功的工程實(shí)例。比如深圳沙田鎮(zhèn)人口10萬人,有小工廠300余家。工業(yè)污水排入附近的田角河，造成水質(zhì)嚴(yán)重惡化。為解決污染問題，建立人工濕地污水處理廠，種植蘆葦、香蒲草和再力花等植物，日處理能力5000噸/日，使廢水得到河流排放標(biāo)準(zhǔn)。韓國的漢江支流良才川地下生物廊道，利用河卵石表面形成的生物膜，使河流的BOD、SS等有較高的處理率。研究結(jié)果表明：在適宜的條件下，挺水植物如慈菇、茭白以及沉水植物伊樂藻、菹草等對(duì)水體中的氮和磷都有較高的去除率。常用的蘆葦對(duì)于磷的去除率達(dá)65％。

如果要問，生態(tài)方法處理污水的技術(shù)原理是什么呢？可以說自然界本身對(duì)于江河湖泊就具備一種很強(qiáng)的自我修復(fù)能力或稱自凈能力，這種技術(shù)不過是對(duì)自凈能力的一種強(qiáng)化，是人們遵循生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律達(dá)到治污目的的一種嘗試。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)的各要素之間的依存性與制約性

所謂生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystem），是指一定空間中的生物群落（動(dòng)物、植物、微生物）與其環(huán)境組成的系統(tǒng)，其中各成員借助能量交換和物質(zhì)循環(huán)形成一個(gè)有組織的功能復(fù)合體。近年，也有學(xué)者把人類活動(dòng)作為生態(tài)系統(tǒng)的要素。在這里“系統(tǒng)”一詞有兩層基本含義：一是它由一些相互依賴、相互作用的部分所組成；二是這些部分按照一定的規(guī)律組織在一起，從而使這個(gè)整體具備了統(tǒng)一的功能特性。

生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)要素之間相互依存、相互作用是其主要的特征。下面可以舉溫室效應(yīng)來說明這個(gè)規(guī)律。由于工業(yè)社會(huì)對(duì)化石燃料的高消耗，到1950年全球碳排放量達(dá)到16億噸，已經(jīng)超過當(dāng)時(shí)大氣層中二氧化碳的水平。到2000年達(dá)到63億噸，是1950年的4倍。碳排放量劇增是地球變暖的溫室效應(yīng)的根源。在過去30年地球的平均溫度從13.99℃上升到14.43℃。而且，自有記錄以來最暖和的14個(gè)年份都出現(xiàn)在1980年以后。由于生態(tài)系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)、相互依存的，氣溫升高的影響發(fā)生在生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)方面。先是北冰洋的冰融化，其厚度從1960年的2米厚降到2001年的1米厚，而面積縮小了6％。南極半島兩側(cè)的冰架全面后縮，近50年內(nèi)減少了7000平方公里。由于熱擴(kuò)散和冰雪融化使得海平面在20世紀(jì)升高了10－20厘米，造成海洋擴(kuò)展，海水泛濫，咸水入侵。海洋表層溫度升高，輻射到大氣層中會(huì)造成更多的破壞性風(fēng)暴，使得熱帶和亞熱帶地區(qū)臺(tái)風(fēng)和颶風(fēng)頻繁發(fā)生。更進(jìn)一步講，在正常情況，冰雪覆蓋大地時(shí)，由于強(qiáng)大的反射作用，照射到地球表面上的陽光大部分返回宇宙空間。一旦冰雪大量融化，反射面積減少，會(huì)有更多的陽光熱量被吸收，這使得格陵蘭的陸地冰蓋會(huì)不可挽回的逐漸融化。而溫室效應(yīng)造成升溫引起森林火災(zāi)頻繁發(fā)生，而林火排放大量二氧化碳又加劇溫室效應(yīng)。這是所謂的“正反饋循環(huán)”，其實(shí)就是惡性循環(huán)。以上分析告訴我們，任何一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)部分之間都是相互關(guān)聯(lián)、相互依存、相互制約的。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)的五種循環(huán)與作用

那么水體的自凈能力是如何形成的呢？“生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律”又是什么呢？眾所周知，生態(tài)系統(tǒng)中存在著五種循環(huán)與作用，這就是：氣候系統(tǒng)、水文循環(huán)、食物鏈（網(wǎng)）、養(yǎng)分循環(huán)及能量交換。具體說，氣候系統(tǒng)和水文循環(huán)為生物群落提供了生存條件。太陽能由綠色植物光合作用轉(zhuǎn)換為生物能，進(jìn)行著能量交換作用。生態(tài)學(xué)把各種生物劃分為生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者三大功能類群。所謂生產(chǎn)者是能用簡(jiǎn)單無機(jī)物制造有機(jī)物的自養(yǎng)生物，包括所有綠色植物和某些細(xì)菌。綠色植物通過光合作用制造成碳水化合物。碳水化合物又可進(jìn)一步合成脂肪和蛋白質(zhì)。在這個(gè)過程中，太陽能轉(zhuǎn)化為生物能。這些有機(jī)物是地球上包括人類在內(nèi)的一切異養(yǎng)生物的食物來源。自養(yǎng)生物是生態(tài)系統(tǒng)中最基礎(chǔ)部分。所謂消費(fèi)者是不能用無機(jī)物質(zhì)制造有機(jī)物的生物，他們直接或間接地依賴于生產(chǎn)者所制造的有機(jī)物質(zhì)。這些生物屬于“異養(yǎng)生物”。包括草食動(dòng)物和肉食動(dòng)物。消費(fèi)者在生態(tài)系統(tǒng)中起重要作用。他們對(duì)初級(jí)生產(chǎn)物起加工、再生產(chǎn)的作用，也促進(jìn)其它生物的生存、繁衍。所謂分解者都屬于異養(yǎng)生物。包括細(xì)菌、真菌、放線菌、土壤原生動(dòng)物和一些小型無脊椎動(dòng)物。這些異養(yǎng)生物在生態(tài)系統(tǒng)中連續(xù)地進(jìn)行著分解作用，把復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)逐步分解成簡(jiǎn)單的無機(jī)物。最終以無機(jī)物的形式回歸到環(huán)境中。所以，這些異養(yǎng)生物又稱為“還原者”。由于這三大類生物在不斷作用，構(gòu)成了“簡(jiǎn)單無機(jī)物質(zhì)－有機(jī)物質(zhì)－簡(jiǎn)單無機(jī)物質(zhì)”的反復(fù)物質(zhì)循環(huán)。在這個(gè)過程中食物鏈（或食物網(wǎng)）起通道作用，使能量源源不斷地流向動(dòng)物和微生物。水和營養(yǎng)物質(zhì)(碳、氧、氫、磷等)又通過食物鏈(食物網(wǎng))不斷地合成和分解。在環(huán)境與生物之間反復(fù)地進(jìn)行著生物—地球—化學(xué)的循環(huán)作用。以生物為核心的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，是生態(tài)系統(tǒng)最基本的功能和特征。

在生態(tài)系統(tǒng)中一種生物不可能固定在一條食物鏈上，往往同時(shí)屬于數(shù)條食物鏈，于是形成由許多食物鏈組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)，稱為食物網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)保證了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的相對(duì)穩(wěn)定性。如果食物網(wǎng)上的某一條食物鏈發(fā)生了障礙，食物網(wǎng)可在一定限度內(nèi)進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償。但是在某一條食物鏈嚴(yán)重?fù)p害的情況下，這種障礙會(huì)影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，形成功能的變化。正因?yàn)槿绱?，在一個(gè)健全的生態(tài)系統(tǒng)中，動(dòng)物、植物、微生物相互之間是一種相生相克的平衡制約關(guān)系，這種關(guān)系有可能抑制某種物種的過度生長與蔓延。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)任何一種因素的減少，都會(huì)引起生態(tài)系統(tǒng)的失衡。試想，如果人類活動(dòng)打破了這種平衡制約關(guān)系，某些特定物種（如我們所厭惡的某些藻類）就會(huì)無限制地生長蔓延造成對(duì)環(huán)境的破壞，甚至造成對(duì)人的威脅。人們要尊重生態(tài)系統(tǒng)的平衡，更要防止由于人們的自身活動(dòng)破壞這種平衡。一旦出現(xiàn)失衡現(xiàn)象，人們要竭盡努力恢復(fù)這種平衡。

1.4 水與生物群落共生共存

水，是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，河流、湖泊中的水與數(shù)以百萬計(jì)的物種（包括動(dòng)物、植物、微生物）共存, 處于復(fù)雜的平衡之中。通過氣候系統(tǒng)、水文循環(huán)、食物鏈、養(yǎng)分循環(huán)以及能量交換相互交織在一起。從微觀角度看，一切生命物質(zhì)的90％成份是水。所以，水是生物群落生命的載體，又是能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的介質(zhì)?？梢哉f，水，是生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，與動(dòng)物、植物、微生物共生共存，水為生物群落提供生命之源，反過來，生物群落又凈化了水，使得流水不腐，清水長流，形成了自然界的特殊功能，也形成了水體自然凈化的機(jī)制。早在人類出現(xiàn)以前，大自然就是依此規(guī)律運(yùn)行，使得江河湖泊保持著潔凈。我們可以得到一個(gè)基本規(guī)律是：在一個(gè)健全的生態(tài)系統(tǒng)中，水質(zhì)潔凈是必然的結(jié)果。

生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)整體，系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)要素不能分解成獨(dú)立的要素而孤立存在。如果人為將某些要素與生態(tài)系統(tǒng)割裂開來，那么，分割出去的要素就不具備系統(tǒng)整體的特點(diǎn)和功能。具體講，一旦水體離開了生物群落，脫離了生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)賦予水體的自凈功能就會(huì)削弱。水體必須與生物群落共存，水體不能從水生態(tài)系統(tǒng)中分割出來，更不能離開它的好朋友－生物群落（動(dòng)物、植物和微生物）。

我們?cè)趶氖滤こ探ㄔO(shè)時(shí)，對(duì)于在地球生物圈中水在氣候系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)，以及在水文循環(huán)中，水的遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律有較多的研究和較為深刻的認(rèn)識(shí)。但是往往對(duì)于水在生態(tài)系統(tǒng)中與生物群落之間進(jìn)行的能量交換、食物鏈、養(yǎng)分循環(huán)關(guān)心不足。隨著大規(guī)模水利工程的興建，在相關(guān)地區(qū)很大程度上改變了地球表面自然地理狀況，使河流湖泊生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生某些改變。水利工程與水域生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系問題才逐漸得到顯現(xiàn)，引起了人們的關(guān)注，也啟發(fā)我們?nèi)ヌ剿魉c生物群落之間復(fù)雜的關(guān)系問題。

2. 水工學(xué)的不足與改善

現(xiàn)在的水利工程學(xué)簡(jiǎn)稱水工學(xué)（Hydraulic Engineering）,是以對(duì)水流的控制為目標(biāo)建造水工建筑物，經(jīng)過計(jì)算設(shè)計(jì)保證水工建筑物承載的安全性（強(qiáng)度、穩(wěn)定及耐久性），以滿足人們對(duì)于供水、防洪、水力發(fā)電、航運(yùn)等需求。

水利工程滿足了人們對(duì)于水的各種不同的需求，但是水體自身的需求常被忽視。水的需求是它喜歡留在一個(gè)完整的、健全的生態(tài)系統(tǒng)之中。人們?yōu)榱丝刂扑?，或者改變了自然的水生態(tài)系統(tǒng)，或者把水從生態(tài)系統(tǒng)中分割出來，放到了一個(gè)在空間由人工設(shè)定的特定的或規(guī)則的形狀中，再用人工材料如混凝土、金屬、塑料等材料為水體制作出的某種人工環(huán)境。當(dāng)水體在改變的生態(tài)系統(tǒng)中或在某種人工環(huán)境中，水體脫離了生物群落，自凈能力降低，稍有外界干擾因素的出現(xiàn)，比如污水加入，水體的腐敗就將是時(shí)日早晚的問題。

我們不妨對(duì)目前的水工學(xué)需要改善的問題作些初步的討論：

（1）治河工程常對(duì)河流形態(tài)的多樣化重視不足。自然狀態(tài)的河流多呈彎曲形狀，也有不少自然狀態(tài)的河流處于分岔散亂狀態(tài)。在自然界長期的演變過程中，河流的河勢(shì)也處于演變之中，使得彎曲與裁彎兩種作用交替發(fā)生。但是彎曲或微彎是河流的主要形態(tài)。當(dāng)人們?yōu)榱朔篮樾枰驅(qū)恿鬟M(jìn)行開發(fā)時(shí)，往往將散亂狀態(tài)的河流集中成一條主流。對(duì)于彎曲的河流未經(jīng)充分論證而實(shí)施裁彎取直工程，把河流自然狀態(tài)的彎曲形狀改變成直線或折線。其影響除了河段沖刷與淤積可能影響行洪外，也使自然河流中主流、淺灘和急流相間的格局改變。這導(dǎo)致淺灘中的濕地消失，而習(xí)性在急流中游泳或在淺灘產(chǎn)卵的魚類減少甚至絕跡，也會(huì)使其它動(dòng)植物種類減少。

（2）在自然河流的橫斷面上，淺灘與深潭相間，也顯示出多樣性的變化。改造過的河床常用輸水性能好又便于施工的梯形斷面等規(guī)則斷面，使得水流流速均一化。另外，河道疏浚工程，往往忽視原有河道斷面的生態(tài)合理性，也使得河道斷面出現(xiàn)均一化傾向。這些都可能使生物群落失去棲息生長的條件。需要強(qiáng)調(diào)的是，河流形態(tài)的多樣化是生物物種多樣化的前提。河流形態(tài)的規(guī)則化、均一化，會(huì)在不同程度上對(duì)生物多樣性造成影響。

（3）以往的治河工程著眼于河流本身，往往忽略了河流湖泊與岸上生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)聯(lián)系，忽視了河流周圍的生物群落的存在，也常常忽視了整治后原有生物群落的恢復(fù)。

（4）渠道或改造過的河道斷面、江河堤防迎水坡面采用硬質(zhì)材料，如混凝土、漿砌塊石等，使得植物難以生長，進(jìn)而又影響到魚類、兩棲類動(dòng)物和昆蟲的棲息，而這些動(dòng)物又是鳥類的食物，于是食物鏈就此中斷。

（5）人們?yōu)闋?zhēng)取土地，江河兩岸堤防間距縮窄，使得河流失去淺灘和濕地。淺灘具有曝氣作用，使水凈化，又增加氧氣供給，為無脊椎動(dòng)物生存提供方便，淺灘還為魚類產(chǎn)卵提供棲息地。

（6）水庫建成后，對(duì)庫區(qū)的植被建設(shè)重視不夠，特別是恢復(fù)原有陸生及水生植物，為魚類、鳥類及兩棲動(dòng)物的棲息與繁殖提供條件。

（7）在城市化進(jìn)程中，為建筑停車場(chǎng)，采用了大量瀝青或混凝土的硬質(zhì)不透水路面，不但植物無法生長，也隔斷了補(bǔ)給地下水的通道。

（8）在城市水域整治的景觀建設(shè)中，往往將水流置于諸如樓臺(tái)亭閣等混凝土與砌石形成的人工環(huán)境之中，目的是使人們賞心悅目，取悅于人的感官。這種人工環(huán)境也使河流失去了自身的美學(xué)價(jià)值和生機(jī)勃勃的河流的生命。

3. 人類與自然和諧的工程理念

3.1 水利工程建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)

在2002年召開的討論環(huán)境與發(fā)展的聯(lián)合國約翰內(nèi)斯堡峰會(huì)上，水問題被列為全球可持續(xù)發(fā)展五大問題之一，全球范圍的水資源短缺、洪水威脅和飲水安全問題成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。為解決這些難題，世界各國特別是發(fā)展中國家計(jì)劃建設(shè)不同類型的水利工程是一種不可避免的選擇。但是，在不少國家，當(dāng)某一項(xiàng)水利工程計(jì)劃一旦提出，立即面臨來自以環(huán)保組織為核心的非政府組織等強(qiáng)大的社會(huì)壓力。主要反對(duì)意見是認(rèn)為水利工程破壞了環(huán)境，改變了生態(tài)系統(tǒng)。這些批評(píng)往往帶有很大的片面性，在權(quán)衡利弊得失方面失之偏頗。本來一項(xiàng)除水害、興水利可持續(xù)發(fā)展的好項(xiàng)目往往在襁褓中夭折。在世界范圍的頻頻發(fā)生的這種社會(huì)現(xiàn)象，不能不引起水利工程界的反思。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與進(jìn)步，公眾的社會(huì)參與程度會(huì)越來越高，新建水利工程的建設(shè)，有可能面臨來自社會(huì)各方面的壓力。在面對(duì)環(huán)境保護(hù)方面的批評(píng)，與其被動(dòng)地解釋說明水利工程的效益，不如主動(dòng)地?cái)U(kuò)展與更新水利工程自身的工程理念，吸收來自環(huán)保、生物界合理的意見和建議。進(jìn)一步講，時(shí)至今日，傳統(tǒng)意義上的水工學(xué)需要革新，或者說在水工學(xué)的基礎(chǔ)上，吸收、融合生態(tài)學(xué)的理論，建立和發(fā)展新的工程學(xué)科，作為水工學(xué)的一個(gè)分支，不妨稱之為“生態(tài)水工學(xué)”。（英文是否可譯為Ecological-Hydraulic Engineering, 簡(jiǎn)稱為Eco-Hydraulic Engineering）。

人與自然和諧共處是生態(tài)水工學(xué)的指導(dǎo)思想。未來的水利工程既能夠?qū)崿F(xiàn)人們期望的開發(fā)利用水的功能價(jià)值，又能兼顧建設(shè)一個(gè)健全的河流湖泊生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)利用。未來的水利工程不僅是滿足人們對(duì)水需求的工程，也是有利于改善和恢復(fù)健全的生態(tài)系統(tǒng)工程，是有利于環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展工程。

3.2 生態(tài)水工學(xué)的內(nèi)涵

我們能否對(duì)生態(tài)水工學(xué)的內(nèi)涵作一些粗線條的設(shè)想呢？

（1）現(xiàn)有的水工學(xué)的理論基礎(chǔ)，除了規(guī)劃階段以水文學(xué)為基礎(chǔ)以外，主要是以水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土力學(xué)等工程力學(xué)為基礎(chǔ)。生態(tài)水工學(xué)則是以工程力學(xué)和生態(tài)學(xué)二者為其理論基礎(chǔ)。

（2）在滿足人對(duì)水的開發(fā)利用的需求同時(shí)，還要兼顧水體本身存在于一個(gè)健全生態(tài)系統(tǒng)之中的需求。河流湖泊治理的目標(biāo)既要開發(fā)河湖的功能性，也要維護(hù)流域生態(tài)系統(tǒng)的完整性。潔凈的河流是一個(gè)健全生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)脈。

（3）需要權(quán)衡滿足人的需求的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益之間的關(guān)系。有必要建立起工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)技術(shù)及生態(tài)環(huán)境效益評(píng)估指標(biāo)體系，改變現(xiàn)行單一的經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系。

（4）除進(jìn)行常規(guī)的水文、地質(zhì)的測(cè)驗(yàn)勘查外，還要加強(qiáng)相關(guān)范圍的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查，重點(diǎn)是生物群落（動(dòng)物、植物、微生物）的歷史與現(xiàn)狀調(diào)查。不但要掌握水在氣候系統(tǒng)、水文循環(huán)中的運(yùn)移轉(zhuǎn)換規(guī)律，還要研究在特定的生態(tài)系統(tǒng)中，特定的生物群落與水體的相互依存的關(guān)系。

（5）在開發(fā)利用水流時(shí)，明確河流與其上下游、左右岸的生物群落處于一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)中，進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃、設(shè)計(jì)。

（6）在對(duì)江河湖泊進(jìn)行開發(fā)的同時(shí)，盡可能保留江河湖泊的自然形態(tài)（包括其縱橫斷面），保留或恢復(fù)其多樣性，即保留或恢復(fù)濕地、河灣、急流和淺灘。

（7）為當(dāng)?shù)匾吧乃c陸生植物、魚類與鳥類等動(dòng)物的棲息繁衍提供方便條件，提供相應(yīng)的技術(shù)方法和工程材料。如開發(fā)新型護(hù)岸、丁壩、魚道、人工浮島及生態(tài)型的城市雨洪利用排水系統(tǒng)等技術(shù)和產(chǎn)品。

（8）規(guī)劃設(shè)計(jì)有利于提高水體自凈能力的庫區(qū)或河岸、湖岸的植被種植和水生動(dòng)物的放養(yǎng)，在充分利用當(dāng)?shù)匾吧镂锓N的同時(shí)，慎重地引進(jìn)可以提高水體自凈能力的其它物種。

（9）生態(tài)水工學(xué)運(yùn)用技術(shù)手段協(xié)調(diào)人們?cè)诠┧?、防洪、發(fā)電、航運(yùn)效益與生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)系。利用已建水利工程的調(diào)度、管理等手段，為江河湖庫的水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供支持。

（10）水利工程設(shè)施要造成一種人與自然親近的環(huán)境，注意保留江河湖泊天然的美學(xué)價(jià)值?，F(xiàn)代的城市景觀設(shè)計(jì)，應(yīng)刻意創(chuàng)造環(huán)境取悅于生物群落，長遠(yuǎn)看，人群也會(huì)在一個(gè)健全的水生態(tài)系統(tǒng)中受益無窮。水利工程還應(yīng)為公眾廣泛參與和對(duì)兒童進(jìn)行水環(huán)境保護(hù)教育創(chuàng)造良好條件。如水生態(tài)公園、河流小型博物館等。

水利工程結(jié)合生態(tài)建設(shè)，是一個(gè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在實(shí)踐上，要根據(jù)我國國情逐步實(shí)現(xiàn)，特別是依據(jù)國家的經(jīng)濟(jì)不同發(fā)展階段以及不同地區(qū)的實(shí)際情況分步實(shí)施。但是，作為一門新興學(xué)科¾生態(tài)水工學(xué)應(yīng)該超前開展研究。它不僅要提出某些技術(shù)方法，還應(yīng)研究技術(shù)原理與作用機(jī)制。生態(tài)水工學(xué)將是一門交叉學(xué)科，需要水利工程界與環(huán)保界、生物界的密切合作，通過科學(xué)研究、典型設(shè)計(jì)、工程示范、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和制定技術(shù)規(guī)范從而得到發(fā)展完善。在歐美已經(jīng)提出“自然設(shè)計(jì)方法”，日、韓等國提出“與自然親近的治河工程”理念，我國臺(tái)灣也正開發(fā)“生態(tài)工法”技術(shù)。世界各國一些示范性工程正在建設(shè)，一些河流生態(tài)工程咨詢與技術(shù)開發(fā)公司也應(yīng)運(yùn)而生，他們提供技術(shù)咨詢和產(chǎn)品。這些局部的進(jìn)展，說明在國際上水利工程結(jié)合生態(tài)建設(shè)可謂是方興未艾，漸成潮流。在這樣的背景下我們可以預(yù)計(jì)，生態(tài)水工學(xué)作為一門新興的學(xué)科有可能更為系統(tǒng)、更為科學(xué)地得到發(fā)展。我國作為世界上的水利大國，對(duì)此應(yīng)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

（作者為:水利部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)副主任,水利部國際合作與科技司司長。本文已在《中國水利》2003年第1期發(fā)表。）

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