生態水工學的理論框架大綱
發布時間：2012-07-25 共1頁
水工學需要與生態學結合
現在的水利工程學簡稱水工學（Hydraulic？Engineering），是以對水流的控制為目標建造水工建筑物，經過計算設計，保證水工建筑物承載的安全性（強度、穩定及耐久性），以滿足人們對于供水、防洪、水力發電、航運等需求。
水利工程滿足了人們對于水的各種不同的需求，但是水體自身的需求往往被忽視。水的需求是它喜歡留在一個完整的、健全的生態系統之中。人們為了控制水流，把水從生態系統中分割出來，放到了一個在空間由人工設定的特定的或規則的形狀中，再用人工材料如混凝土、金屬、塑料等為水體制作出的某種人工環境。在這樣的人工環境中，水體脫離了生物群落，自凈能力降低，如有外界干擾因素的出現，比如污水加入，水體的腐敗就將是時日早晚的問題。
具體地說，目前的水工學的不足是：
（1）忽略了河流形態的多樣化。自然狀態的河流多呈彎曲形狀，也有不少自然狀態的河流處于分汊散亂狀態。在自然界長期的演變過程中，河流的河勢也處于演變之中，使得彎曲與裁彎兩種作用交替發生。但是彎曲或微彎是河流的主要形態。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。當人們為了防洪需要或對河流進行開發時，往往將散亂狀態的河流集中成一條主流。對于彎曲的河流未經充分論證而實施裁彎取直工程，把河流自然狀態的彎曲形狀改變成直線或折線。其影響除了引起河段沖淤變化，對行洪造成影響外，也使自然河流？中主流、淺灘和急流相間的格局改變。這導致淺灘中的濕地消失，而喜歡在急流中游泳的魚類減少甚至絕跡，也會使其它動植物種類的減少。在橫斷面上，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合理性，也使得河道斷面出現均一化傾向。這些都可能使生物群落失去棲息生長的條件。需要強調的是，河流形態的多樣化是生物物種多樣化的前提。河流形態的規則化、均一化，會在不同程度上對生物多樣性造成影響。
（2）忽略了河流湖泊與岸上生態系統的有機聯系。河流整治工程著眼于河道本身，忽視了河流周圍的生物群落的存在，更忽視了整治后原有生物群落的恢復。
（3）渠道或改造過的河道斷面、江河堤防迎水坡面采用硬質材料，如混凝土、漿砌塊石等，使得植物難以生長，進而又影響到魚類、兩棲類動物和昆蟲的棲息，而這些動物又是鳥類的食物，于是食物鏈就此中斷。
（4）人們為爭取土地，縮窄了江河兩岸堤防間距，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，為無脊椎動物生存提供方便。淺灘又為魚類產卵提供棲息地。
（5）水庫建成后，有時忽略了庫區的植被建設，特別是忽略了恢復原有陸生及水生植物，為魚類、鳥類及兩棲動物的棲息與繁殖提供條件。
（6）城市為建筑停車場，采用了大量瀝青或混凝土的硬質不透水路面，不但植物無法生長，也隔斷了補給地下水的通道。
（7）在城市水域整治的景觀建設中，往往將水流置于諸如樓臺亭閣等混凝土與砌石形成的人工環境之中，目的是使人們賞心悅目，取悅于人的感官。這種人工環境也使河流失去了自身的美學價值，失去了在自然環境中生機勃勃的河流的生命。
4人類與自然和諧共處的工程理念
可持續發展已經成為全球共識的大背景下，傳統意義上的水工學需要革新，或者說在水工學的基礎上，吸收、融合生態學的理論，建立和發展新的工程學科，作為水工學的一個分支，不妨稱之為“生態水工學”。（英文是否可譯為？Ecological-Hydraulic？Engineering，簡稱為？Eco-Hydraulic？Engineering）。
人與自然和諧共處是生態水工學的指導思想。未來的水利工程既能夠實現人們期望的開發利用水的功能價值，又能兼顧建設一個健全的河流湖泊生態系統，實現水的可持續利用。未來的水利工程不僅是滿足人們對水需求的工程，也是有利于改善和恢復健全的生態系統工程，是有利于環境保護的可持續發展工程。
我們可以對生態水工學的框架作一些粗線條的設想：
（1）現有的水工學的理論基礎，除了規劃階段以水文學為基礎以外，主要是以水力學、結構力學、巖土力學等工程力學為基礎。生態水工學則是以工程力學和生態學為其理論基礎。
（2）生態水工學運用技術手段協調人們在供水、防洪、發電、航運效益與生態系統建設的關系。利用已建水利工程的調度、管理等手段，為江河湖庫的水生態系統恢復提供支持。
（3）水工學中以滿足人對水的開發利用的需求為目標，而在生態水工學中，在滿足人對水的開發利用的需求同時，還要兼顧水體本身存在于一個健全生態系統之中的需求。全面權衡滿足人的需求的經濟效益與環境效益之間的關系，正確把握兩種需求的尺度。有必要建立起工程項目經濟技術—生態環境效益評估指標體系，改變現行單一的經濟技術評估指標體系。
（4）把江河湖泊中的水體看作是生態系統中的重要組成部分。不但要掌握水在氣候系統、水文循環中的運移轉換規律，還要掌握在特定的生態系統中，特定的生物群落與水體的相互依存的關系。
（5）除進行常規的水文、地質的測驗勘查外，加強相關范圍的生態系統調查，重點是生物群落（動物、植物、微生物）的歷史與現狀調查。
（6）在開發利用水流時，明確河流與其上下游、左右岸的生物群落處于一個完整的生態系統中，進行統一的規劃、設計和建設。
（7）在對江河湖泊進行開發的同時，盡可能保留江河湖泊的自然形態（包括其縱橫斷面），保留或恢復其多樣性，即保留或恢復濕地、河灣、急流和淺灘。
（8）為當地野生的水生與陸生植物、魚類與鳥類等動物的棲息繁衍提供方便條件，提供相應的技術方法和工程材料。
（9）規劃設計有利于提高水體自凈能力的庫區或河岸、湖岸的植被種植和水生動物的放養，在充分利用當地野生生物物種的同時，慎重地引進可以提高水體自凈能力的其它物種。
（10）水利工程設施要造成一種人與自然親近的環境，城市景觀設計注意保留江河湖泊天然的美學價值。現代的景觀設計，應更多地從建設一個健全的生態系統著眼，營造一個取悅于生物群落的環境，滿足水對于一個健全生態系統的需求，從長遠看，人們也會從良好的環境中受益無窮。水利設施還要為公眾廣泛參與和對學生進行環保教育創造條件。
水利工程結合生態建設，是一個發展的必然趨勢。在實踐上，要根據我國國情逐步實現，特別是依據國家的經濟不同發展階段以及不同地區的實際情況分步實施。但是，作為一門新興學科—生態水工學應該超前開展研究。生態水工學是一門交叉學科，需要水利工程界與環保界、生物界的密切合作，通過科學研究、典型設計、工程示范、總結經驗和制定技術規范從而得到發展完善。在歐美、日、韓等國，撚胱勻磺捉鬧魏庸こ虜理念已經提出，一些示范性工程正在建設。其中包括新的河道整治工程設計，如可為魚類及動物提供繁衍生息的空間的護岸工程設計、新型材料及新型過壩魚道；具有曝氣功能又有利于魚類產卵棲息的新型丁壩；為魚類和無脊椎動物提供棲息地的人工島等。一些河流生態工程咨詢與技術開發公司也應運而生，他們提供建筑產品，如用于堤防渠道護岸工程的生態型建筑砌塊，生態型的城市雨洪利用排水系統，人工浮島等生態型水體凈化裝置等，這些進？展，說明以水利工程為骨干的河流湖泊生態系統建設方興未艾。在這樣的背景下，生態水工學將有可能較為系統、更為科學地得到發展。
現在的水利工程學簡稱水工學（Hydraulic？Engineering），是以對水流的控制為目標建造水工建筑物，經過計算設計，保證水工建筑物承載的安全性（強度、穩定及耐久性），以滿足人們對于供水、防洪、水力發電、航運等需求。
水利工程滿足了人們對于水的各種不同的需求，但是水體自身的需求往往被忽視。水的需求是它喜歡留在一個完整的、健全的生態系統之中。人們為了控制水流，把水從生態系統中分割出來，放到了一個在空間由人工設定的特定的或規則的形狀中，再用人工材料如混凝土、金屬、塑料等為水體制作出的某種人工環境。在這樣的人工環境中，水體脫離了生物群落，自凈能力降低，如有外界干擾因素的出現，比如污水加入，水體的腐敗就將是時日早晚的問題。
具體地說，目前的水工學的不足是：
（1）忽略了河流形態的多樣化。自然狀態的河流多呈彎曲形狀，也有不少自然狀態的河流處于分汊散亂狀態。在自然界長期的演變過程中，河流的河勢也處于演變之中，使得彎曲與裁彎兩種作用交替發生。但是彎曲或微彎是河流的主要形態。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。當人們為了防洪需要或對河流進行開發時，往往將散亂狀態的河流集中成一條主流。對于彎曲的河流未經充分論證而實施裁彎取直工程，把河流自然狀態的彎曲形狀改變成直線或折線。其影響除了引起河段沖淤變化，對行洪造成影響外，也使自然河流？中主流、淺灘和急流相間的格局改變。這導致淺灘中的濕地消失，而喜歡在急流中游泳的魚類減少甚至絕跡，也會使其它動植物種類的減少。在橫斷面上，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合理性，也使得河道斷面出現均一化傾向。這些都可能使生物群落失去棲息生長的條件。需要強調的是，河流形態的多樣化是生物物種多樣化的前提。河流形態的規則化、均一化，會在不同程度上對生物多樣性造成影響。
（2）忽略了河流湖泊與岸上生態系統的有機聯系。河流整治工程著眼于河道本身，忽視了河流周圍的生物群落的存在，更忽視了整治后原有生物群落的恢復。
（3）渠道或改造過的河道斷面、江河堤防迎水坡面采用硬質材料，如混凝土、漿砌塊石等，使得植物難以生長，進而又影響到魚類、兩棲類動物和昆蟲的棲息，而這些動物又是鳥類的食物，于是食物鏈就此中斷。
（4）人們為爭取土地，縮窄了江河兩岸堤防間距，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，為無脊椎動物生存提供方便。淺灘又為魚類產卵提供棲息地。
（5）水庫建成后，有時忽略了庫區的植被建設，特別是忽略了恢復原有陸生及水生植物，為魚類、鳥類及兩棲動物的棲息與繁殖提供條件。
（6）城市為建筑停車場，采用了大量瀝青或混凝土的硬質不透水路面，不但植物無法生長，也隔斷了補給地下水的通道。
（7）在城市水域整治的景觀建設中，往往將水流置于諸如樓臺亭閣等混凝土與砌石形成的人工環境之中，目的是使人們賞心悅目，取悅于人的感官。這種人工環境也使河流失去了自身的美學價值，失去了在自然環境中生機勃勃的河流的生命。
4人類與自然和諧共處的工程理念
可持續發展已經成為全球共識的大背景下，傳統意義上的水工學需要革新，或者說在水工學的基礎上，吸收、融合生態學的理論，建立和發展新的工程學科，作為水工學的一個分支，不妨稱之為“生態水工學”。（英文是否可譯為？Ecological-Hydraulic？Engineering，簡稱為？Eco-Hydraulic？Engineering）。
人與自然和諧共處是生態水工學的指導思想。未來的水利工程既能夠實現人們期望的開發利用水的功能價值，又能兼顧建設一個健全的河流湖泊生態系統，實現水的可持續利用。未來的水利工程不僅是滿足人們對水需求的工程，也是有利于改善和恢復健全的生態系統工程，是有利于環境保護的可持續發展工程。
我們可以對生態水工學的框架作一些粗線條的設想：
（1）現有的水工學的理論基礎，除了規劃階段以水文學為基礎以外，主要是以水力學、結構力學、巖土力學等工程力學為基礎。生態水工學則是以工程力學和生態學為其理論基礎。
（2）生態水工學運用技術手段協調人們在供水、防洪、發電、航運效益與生態系統建設的關系。利用已建水利工程的調度、管理等手段，為江河湖庫的水生態系統恢復提供支持。
（3）水工學中以滿足人對水的開發利用的需求為目標，而在生態水工學中，在滿足人對水的開發利用的需求同時，還要兼顧水體本身存在于一個健全生態系統之中的需求。全面權衡滿足人的需求的經濟效益與環境效益之間的關系，正確把握兩種需求的尺度。有必要建立起工程項目經濟技術—生態環境效益評估指標體系，改變現行單一的經濟技術評估指標體系。
（4）把江河湖泊中的水體看作是生態系統中的重要組成部分。不但要掌握水在氣候系統、水文循環中的運移轉換規律，還要掌握在特定的生態系統中，特定的生物群落與水體的相互依存的關系。
（5）除進行常規的水文、地質的測驗勘查外，加強相關范圍的生態系統調查，重點是生物群落（動物、植物、微生物）的歷史與現狀調查。
（6）在開發利用水流時，明確河流與其上下游、左右岸的生物群落處于一個完整的生態系統中，進行統一的規劃、設計和建設。
（7）在對江河湖泊進行開發的同時，盡可能保留江河湖泊的自然形態（包括其縱橫斷面），保留或恢復其多樣性，即保留或恢復濕地、河灣、急流和淺灘。
（8）為當地野生的水生與陸生植物、魚類與鳥類等動物的棲息繁衍提供方便條件，提供相應的技術方法和工程材料。
（9）規劃設計有利于提高水體自凈能力的庫區或河岸、湖岸的植被種植和水生動物的放養，在充分利用當地野生生物物種的同時，慎重地引進可以提高水體自凈能力的其它物種。
（10）水利工程設施要造成一種人與自然親近的環境，城市景觀設計注意保留江河湖泊天然的美學價值。現代的景觀設計，應更多地從建設一個健全的生態系統著眼，營造一個取悅于生物群落的環境，滿足水對于一個健全生態系統的需求，從長遠看，人們也會從良好的環境中受益無窮。水利設施還要為公眾廣泛參與和對學生進行環保教育創造條件。
水利工程結合生態建設，是一個發展的必然趨勢。在實踐上，要根據我國國情逐步實現，特別是依據國家的經濟不同發展階段以及不同地區的實際情況分步實施。但是，作為一門新興學科—生態水工學應該超前開展研究。生態水工學是一門交叉學科，需要水利工程界與環保界、生物界的密切合作，通過科學研究、典型設計、工程示范、總結經驗和制定技術規范從而得到發展完善。在歐美、日、韓等國，撚胱勻磺捉鬧魏庸こ虜理念已經提出，一些示范性工程正在建設。其中包括新的河道整治工程設計，如可為魚類及動物提供繁衍生息的空間的護岸工程設計、新型材料及新型過壩魚道；具有曝氣功能又有利于魚類產卵棲息的新型丁壩；為魚類和無脊椎動物提供棲息地的人工島等。一些河流生態工程咨詢與技術開發公司也應運而生，他們提供建筑產品，如用于堤防渠道護岸工程的生態型建筑砌塊，生態型的城市雨洪利用排水系統，人工浮島等生態型水體凈化裝置等，這些進？展，說明以水利工程為骨干的河流湖泊生態系統建設方興未艾。在這樣的背景下，生態水工學將有可能較為系統、更為科學地得到發展。
