生態(tài)水工學的理論框架大綱
發(fā)布時間：2012-07-25 共1頁
水工學需要與生態(tài)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(wěn)定及耐久性），以滿足人們對于供水、防洪、水力發(fā)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(tài)系統(tǒng)之中。人們?yōu)榱丝刂扑?，把水從生態(tài)系統(tǒng)中分割出來，放到了一個在空間由人工設定的特定的或規(guī)則的形狀中，再用人工材料如混凝土、金屬、塑料等為水體制作出的某種人工環(huán)境。在這樣的人工環(huán)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：
?。?）忽略了河流形態(tài)的多樣化。自然狀態(tài)的河流多呈彎曲形狀，也有不少自然狀態(tài)的河流處于分汊散亂狀態(tài)。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(fā)生。但是彎曲或微彎是河流的主要形態(tài)。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?yōu)榱朔篮樾枰驅恿鬟M行開發(fā)時，往往將散亂狀態(tài)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(tài)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(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(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，會在不同程度上對生物多樣性造成影響。
?。?）忽略了河流湖泊與岸上生態(tài)系統(tǒng)的有機聯(lián)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。
?。?）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。
?。?）人們?yōu)闋幦⊥恋?，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(qū)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。
?。?）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。
?。?）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(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價值，失去了在自然環(huán)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(xù)發(fā)展已經成為全球共識的大背景下，傳統(tǒng)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(tài)學的理論，建立和發(fā)展新的工程學科，作為水工學的一個分支，不妨稱之為“生態(tài)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(tài)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(fā)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(tài)系統(tǒng)，實現水的可持續(xù)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(tài)系統(tǒng)工程，是有利于環(huán)境保護的可持續(xù)發(fā)展工程。
我們可以對生態(tài)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(guī)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(tài)水工學則是以工程力學和生態(tài)學為其理論基礎。
?。?）生態(tài)水工學運用技術手段協(xié)調人們在供水、防洪、發(fā)電、航運效益與生態(tài)系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)恢復提供支持。
?。?）水工學中以滿足人對水的開發(fā)利用的需求為目標，而在生態(tài)水工學中，在滿足人對水的開發(fā)利用的需求同時，還要兼顧水體本身存在于一個健全生態(tài)系統(tǒng)之中的需求。全面權衡滿足人的需求的經濟效益與環(huán)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(tài)環(huán)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(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分。不但要掌握水在氣候系統(tǒng)、水文循環(huán)中的運移轉換規(guī)律，還要掌握在特定的生態(tài)系統(tǒng)中，特定的生物群落與水體的相互依存的關系。
（5）除進行常規(guī)的水文、地質的測驗勘查外，加強相關范圍的生態(tài)系統(tǒng)調查，重點是生物群落（動物、植物、微生物）的歷史與現狀調查。
?。?）在開發(fā)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(tài)系統(tǒng)中，進行統(tǒng)一的規(guī)劃、設計和建設。
?。?）在對江河湖泊進行開發(fā)的同時，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。
?。?）規(guī)劃設計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物的放養(yǎng)，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(huán)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(tài)系統(tǒng)著眼，營造一個取悅于生物群落的環(huán)境，滿足水對于一個健全生態(tài)系統(tǒng)的需求，從長遠看，人們也會從良好的環(huán)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(huán)保教育創(chuàng)造條件。
水利工程結合生態(tài)建設，是一個發(fā)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(fā)展階段以及不同地區(qū)的實際情況分步實施。但是，作為一門新興學科—生態(tài)水工學應該超前開展研究。生態(tài)水工學是一門交叉學科，需要水利工程界與環(huán)保界、生物界的密切合作，通過科學研究、典型設計、工程示范、總結經驗和制定技術規(guī)范從而得到發(fā)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(tài)工程咨詢與技術開發(fā)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(tài)型建筑砌塊，生態(tài)型的城市雨洪利用排水系統(tǒng)，人工浮島等生態(tài)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(tài)系統(tǒng)建設方興未艾。在這樣的背景下，生態(tài)水工學將有可能較為系統(tǒng)、更為科學地得到發(fā)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(wěn)定及耐久性），以滿足人們對于供水、防洪、水力發(fā)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(tài)系統(tǒng)之中。人們?yōu)榱丝刂扑?，把水從生態(tài)系統(tǒng)中分割出來，放到了一個在空間由人工設定的特定的或規(guī)則的形狀中，再用人工材料如混凝土、金屬、塑料等為水體制作出的某種人工環(huán)境。在這樣的人工環(huán)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：
?。?）忽略了河流形態(tài)的多樣化。自然狀態(tài)的河流多呈彎曲形狀，也有不少自然狀態(tài)的河流處于分汊散亂狀態(tài)。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(fā)生。但是彎曲或微彎是河流的主要形態(tài)。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?yōu)榱朔篮樾枰驅恿鬟M行開發(fā)時，往往將散亂狀態(tài)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(tài)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(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(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，會在不同程度上對生物多樣性造成影響。
?。?）忽略了河流湖泊與岸上生態(tài)系統(tǒng)的有機聯(lián)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。
?。?）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。
?。?）人們?yōu)闋幦⊥恋?，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(qū)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。
?。?）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。
?。?）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(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價值，失去了在自然環(huán)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(xù)發(fā)展已經成為全球共識的大背景下，傳統(tǒng)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(tài)學的理論，建立和發(fā)展新的工程學科，作為水工學的一個分支，不妨稱之為“生態(tài)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(tài)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(fā)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(tài)系統(tǒng)，實現水的可持續(xù)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(tài)系統(tǒng)工程，是有利于環(huán)境保護的可持續(xù)發(fā)展工程。
我們可以對生態(tài)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(guī)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(tài)水工學則是以工程力學和生態(tài)學為其理論基礎。
?。?）生態(tài)水工學運用技術手段協(xié)調人們在供水、防洪、發(fā)電、航運效益與生態(tài)系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)恢復提供支持。
?。?）水工學中以滿足人對水的開發(fā)利用的需求為目標，而在生態(tài)水工學中，在滿足人對水的開發(fā)利用的需求同時，還要兼顧水體本身存在于一個健全生態(tài)系統(tǒng)之中的需求。全面權衡滿足人的需求的經濟效益與環(huán)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(tài)環(huán)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(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分。不但要掌握水在氣候系統(tǒng)、水文循環(huán)中的運移轉換規(guī)律，還要掌握在特定的生態(tài)系統(tǒng)中，特定的生物群落與水體的相互依存的關系。
（5）除進行常規(guī)的水文、地質的測驗勘查外，加強相關范圍的生態(tài)系統(tǒng)調查，重點是生物群落（動物、植物、微生物）的歷史與現狀調查。
?。?）在開發(fā)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(tài)系統(tǒng)中，進行統(tǒng)一的規(guī)劃、設計和建設。
?。?）在對江河湖泊進行開發(fā)的同時，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。
?。?）規(guī)劃設計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物的放養(yǎng)，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(huán)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(tài)系統(tǒng)著眼，營造一個取悅于生物群落的環(huán)境，滿足水對于一個健全生態(tài)系統(tǒng)的需求，從長遠看，人們也會從良好的環(huán)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(huán)保教育創(chuàng)造條件。
水利工程結合生態(tài)建設，是一個發(fā)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(fā)展階段以及不同地區(qū)的實際情況分步實施。但是，作為一門新興學科—生態(tài)水工學應該超前開展研究。生態(tài)水工學是一門交叉學科，需要水利工程界與環(huán)保界、生物界的密切合作，通過科學研究、典型設計、工程示范、總結經驗和制定技術規(guī)范從而得到發(fā)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(tài)工程咨詢與技術開發(fā)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(tài)型建筑砌塊，生態(tài)型的城市雨洪利用排水系統(tǒng)，人工浮島等生態(tài)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(tài)系統(tǒng)建設方興未艾。在這樣的背景下，生態(tài)水工學將有可能較為系統(tǒng)、更為科學地得到發(fā)展。
