生态水利工程论文范文

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1水利工程对河流生态系统的影响

在社会生产过程中水利工程对经济与社会有着巨大的作用，同时也要看到水利工程对河流生态系统造成了不同程度的影响。人类整治河道修筑堤坝等活动人为的改变了河流的多样性、连续性和流动性，使水域的流速、水深、水温、自水流边界、水文规律等自然条件发生重大改变。这些改变对河流生态系统造成的影响是不容忽视的。未来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统健康需求这二者关系方面，似应强调水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统的健康和可持续性。

2生态水利工程

从学科发展角度看，现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学，水利工程规划设计主要对象是水文系统，往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。学科的进一步发展应吸收生态学理论及方法，促进水利工程学与生态学的交叉融合，用以改进和完善水利工程的规划及设计理论，形成水利工程学新的学科分支——生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支，是研究水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水利工程的内涵是：对于新建工程，是指进行传统水利建设的同时（如治河、防洪工程），兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程，则是对于被严重干扰河流重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产（生态产业）及环境立法和资源管理一起，成为河流生态建设的主要手段之一。

3生态水利工程的规划设计原则

3.1工程安全性和经济性原则

生态水利工程是一项综合性工程，在河流综合治理中既要满足人的需求，包括防洪、灌溉、供水、发电、航运等需求，也要兼顾生态系统的可持续性。生态水利工程既要符合水利工程学原理，也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律，以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内，能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时，必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地研究河势变化规律，保证河流修复工程的耐久性。

对于生态水利工程的经济合理性分析，应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握，生态水利工程往往带有一定程度的风险。这就需要在规划设计中进行方案比选，更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外，充分利用河流生态系统自我恢复规律，是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。

3.2提高河流形态的空间异质性原则

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。

3.3生态系统自设计、自我恢复原则

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。

3.4景观尺度及整体性原则

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15~20a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。

3.5反馈调整式设计原则

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。

生态水利工程规划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。

参考文献：

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生态水利工程是一种科学的、系统的、可持续的水利工程，能够将水利工程与社会经济发展密切联系起来，在开发水资源的同时还注重人与自然的协调发展。生态水利工作的基本特征包括以下几点：第一，生物的多样性，在建设大规模的水利工程时，往往会改变现有的生态环境，因此必须要将工程建设对生物的影响降到最低；第二，生态水利工程的系统性，生态水利工程的建设会对当地的河流、水域、环境及气候造成一定影响，所以要能够充分考虑工程与生态之间的关系；第三，工程效益的不确定性，生态水利工程规模较大，所涉及的地质、气候等存在较大差异，因而存在许多不确定因素，这就会导致建成后的经济效益及环境效益无法保障得到预期效果。

1.2生态水利工程的影响分析

生态水利工程建设规模较大，因此会对周边的环境产生一定影响，具体表现在以下几个方面：

1.2.1对河流生态的影响

大多数水利工程都是建在天然河道上，而天然河流已形成了相应的生态环境系统，水利工程建设会改变河流生态自身的多样性，局部河流的水深及含沙量会出现一定的变化，河流的水流速度及原动力也会或多或少得受到影响。与此同时，拦河坝会扩大水域的面积，提高水的比热容并贮存更多的热量，最终促进水温上升，但是即便水温发生细微的变化，也会对下游鱼类的繁殖造成不同程度的影响。除此之外，当水流速度下降之后，水体与外界环境的交换频率下降，河流的自净能力会下降，最终影响到水质。而地区水域面积的增大，会增加大气层中的水汽含量及降水量，使得空气较为湿润，雾雨气候逐渐增多，这就会改变该地区的气候条件。修建生态水利工程，会增加该区域的重力，破坏原有地质构造，严重时甚至会引发地质灾害。

1.2.2对陆地生态的影响

生态水利工程建设会对建设场地内的陆地生态环境造成直接影响。工程建设势必会占用耕地及林地，从而破坏植被及相关陆生动物的生活场所，增加建设场所附近的空气湿度，导致难以适应湿润气候的动物迁徙或使其改变生活习性，最终破坏原有生态系统及生态结构。此外，在生态水利工程施工过程中，沿线居民及工厂产生的垃圾及污水会破坏原有的生态环境，改变河道的原有特性，直接威胁到动植物的生存环境。

1.2.3对社会环境的影响

对社会环境产生的影响具体体现为：淹没水域及沿岸土地，从而导致居民被迫迁移、重新安置等问题，甚至还涉及到文物古迹的搬迁与保护等。尤其是一些大型的水利工程，在其建设过程中，往往会造成大面积的拆迁与安置问题。因此在水利工程建设之前，必须要应充分考虑到拆迁安置等，实现安排好搬迁移民的规划工作。

2.生态水利工程建设原则

2.1施工安全经济的原则

在生态水利工程建设过程中，需要完善保障机制，从而有效保障施工的安全性及经济性。管理人员要能够根据水利工程建设的实际情况，严格遵循可持续的发展需求，合理安排布置水利工程的施工环节及工期进度，从而保障水利工程施工活动符合经济安全的原则，最终促进生态水利工程与生态环境的有机融合。

2.2工程建设与自然生态和谐的原则

在生态水利工程规划过程中，必须要以满足水生态系统自我恢复为目标，全面掌握工程建设地域的地形特征、河流形态等，根据实际地理情况来进行规划，保障水利工程与周围水生态系统相协调，最终实现人文与自然的相互融合。例如尽量保留河流的原始结构，注重优化水质及水生动物的生存环境；在河流中种植绿色植物、保障地下水的有效供给，为水生动植物创造良好的环境；在水利工程周边植树并融入设计，创造简单的景观河。例如鄂州市投资2800万元修复长港河道生态环境，完成岸坡整形20km、土方50万m3，植草7500m2，栽种水生植物1.5万株，植树2万棵；云梦县在2009年投资了八千万元建设“三湖连河”工程，建立了总长为20km的环城生态水系，切实将水利工程与生态环境融合起来。此外，水利工程建设还需要严格遵循自然生态规律，提高水体的自净能力，从而降低运营成本，达到净化水的目的。

2.3工程建设整体规划原则

整体性原则是对生态系统中各生态因素提出的总体性要求，一方面，在水利工程建设过程中需要考虑水文系统修复的相关问题，另一方面，还需要考虑水生态系统的动态变化过程。如果在建设水利工程过程中，没有从整个环境生态系统的角度来进行考虑，那么也只能暂时性地缓解问题，并不能从根本上解决存在的问题，最终严重影响到水利生态系统的可持续发展。在生态水利工程建设过程中，不但要以整体性为原则，还要遵循自然生态规律，采取生态措施来有效降低工程的建设成本。

3.促进生态水利工程建设的建议

生态水利工程建设具有一定的复杂性，所涉及的领域也较多，例如资源、环境、经济、社会等领域。笔者结合生态水利工程建设的实际工作经验，就如何有效解决存在的问题，提出以下两方面的建议，以供同行借鉴。一方面，在生态水利工程的规划设计过程中，必须要将水生态保护放在首要位置。在生态水利工程建设过程中，必须要先调查并收集工程所在地的地质、水文、气候等相关信息，从而充分掌握当地的生态状况，要能够在保障水利工程防洪能力的基础上，综合考虑工程的环境承载力。规划设计人员在工程结构设计过程中，要能够保护生态水生物的安全，配备环境监测设备，做好工程水环境的监测，完善并明确环境监测项目的指标体系与标准，根据监测结果来及时评价对环境的影响，进而实现水资源的良性循环。另一方面，在生态水利工程竣工后，要能够以减少对当地环境的影响为原则，采取有效措施来恢复土地生态并修复施工现场，充分发挥工程所在地的土壤及植被的生态保护作用。与此同时，要能够根据实际情况来合理配置水资源，大力推广节水工程，保障满足当地的生产及生活用水需求，避免当地出现水资源短缺的现象。最后，相关部门要能够不断完善并宣传生态水利工程建设法律规定，合理划定保护河流及流域保护区，尤其要做好水生态保护区的生态建设及保护工作，严格审批相关建设项目，做好建设项目的把关工作。

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2生态水利工程设计理念在水利建设中的运用

生态水利工程实际上就是在满足人类发展和社会需求的时候，充分考虑到周围环境和生态系统，确保生态系统可持续发展和生态平衡。水利工程的基本含义主要为：一是，应该遵从对生态系统破坏和影响力最小的原则来进行选址，尽可能降低水利工程对生态系统的破坏；生态水利工程应该遵照生态系统的自动净化和组织原理，在对水利工程进行研究和设计的时候，必须完全考虑到周围环境的承受能力，逐渐把维持生态系统平衡当做水利工程建设的主要内容，以此当做制约生态平衡的主要原因，充分考虑生态系统的承受力度和健康过程，确保水利工程可以保证生态平衡；推崇建设环境友好型的水利工程，最大限度的避免出现生态破坏问题，降低环境成本。

2.1生态水利工程建设的原则

为了符合人与自然的和谐关系，把资源保护和工程建设相结合明，确水利工程服务于人类和社会的地位，不断改变观念，逐渐实现生态系统的可持续发展，从而达到水资源能够持续利用以及优化水资源的作用。为了完美实现水利工程的作用，应该建立相应的水安全体系，因此，就要建立防洪工程以及一些非工程措施，来保证水利工程的水安全。想要提高水利工程的承载能力，就必须对水资源的合理配置进行重视，不断保护和节约水资源，从而改变水资源承载力。为了有效地提高水利工程的保护功能，应该切实做好围堰保护河岸的工作，提高工程中围垦滩涂，从而提高水利工程的保护功能。

2.2生态水利工程的应用

第一，提供相应的动植物生存和繁殖空间。通过建设生态水利工程，可以很好的把河道、水流、提防和岸边的动植物进行整体连接，在进行设计的时候依据现有大自然地貌和地形合理科学配置与改进，从而建立一个互惠共存的生态系统。在水利工程中河堤坡脚位置上拥有很多变化带以及高的孔隙率，从而比较适合生物生长，因此为鱼类的生存提供场地，并且河道两旁的绿树和丛林为昆虫和鸟类提供栖息地。第二，提高水资源的自身净水功效。水资源的自身净水作用就是把有机污染物经过氧化形成无机物的过程，并且可以不断运用水资源中的细菌以及真菌等污染物。在分解无机物的时候，可以为水中藻类植物提供养分，藻类经过不断光合作用产生氧气，相辅相成。在进行设计的时候，增加鱼巢、鱼道逐渐形成流速带，这样方便于氧气进入到水中，增加了水中的氧气含量，促进了植物的生长，为净化了水质提供保障。第三，起到调节水量的作用。生态水利建设的过程中，河道周围的植被具有一定的蓄水作用，在水资源中一般都会含有大量土壤动物和微生物，从而使得河堤出现很高的孔隙率。枯水期，之前储备的水会慢慢进入河道，从而起到调节作用；在水比较丰富的时候，水开始向河堤中渗入，避免出现洪灾。

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水利工程的建设对于地理环境的影响是一把双刃剑，有利也有弊。一方面，水利工程的建设，可以通过建坝蓄水等方式于当地的农田起到保护作用，可以使得旱涝干旱等自然灾害对农田的破坏得以避免，而且雨水的径流还可以实现土壤中水分的自我调节和互补，这能够改善土壤的肥沃程度。另一方面，在完成水利工程建设并投入运行之后，会在上游存在大量的泥沙沉淀物，这样就会导致水库的水位不断的上升，再加上周围环境的变化，水的蒸发会因为气温的升高而加快，这样就会使得水库周围土壤的含水量增加，这样就可能会造成土壤盐碱化的现象出现。

2)水利工程的施工产生的噪音会对当地居民的生活环境产生影响。

在进行水利工程建设的时候，施工地常常会是峡谷或者山区等地方，这就需要对某些路段进行爆破或者挖填，这样就必然会产生噪音对施工工作人员和周围居民造成袭扰，使得人们的生活受到影响。

2生态工程管理原则

2.1主体空间利用的原则

物种种群分布有两种模式，分别是平面分布和垂直分布。在水利工程施工中要确保物种种群不受影响，不要打破周边环境和物种原有的生态平衡。因此在进行水利工程施工的时候，就必须进行物质的分级，并建立多层次利用体系，在这个基础上相关部门根据生态系统内部物种的分布情况，总结经验提出了主体空间利用的原则。主体空间的应用可以使空间组织结构面临的障碍得到有效的处理，人们在进行水利工程施工的时候可以根据这一原则来使水利工程生态系统和建设格局相互适应，还要合理的规划土地、水流等资源，这样可以达到对生物结构层次的合理安排的目的。

2.2循环利用可再生原则

有效的降低水利工程的建设成本、实现生态效应的主要途径就是可再生循环利用，在进行水利工程施工的时候可以使用可循环利用材料，也可以使用可再生的原材料，这样可以充分的挖掘资源的价值能够达到处理、回收建筑垃圾再利用的目的，通过循环利用可再生原则可以使得生态环境得到切实的保护，变废为宝，进而在保护生态环境的同时还提高了经济效益。

2.3经济效益、社会效益和环境效益协调发展原则

在进行水利工程施工的时候，想要实现经济效益、社会效益和环境效益协调发展这一目标，就必须确保生态系统的平衡，不要打破生态环境，要通过科学发展观的理念来指导施工，以环境保护作为立足之本，这样就能够协调人和自然的关系，在确保生态环境不受破坏，工程质量得到保证的同时，还要处理好经济建设的问题。在进行水利工程施工的时候，可以发展生态用水，也可以适当的发展水利方面的旅游业，这样可以促进经济效益的提升，还能够确保生态环境的平衡，实现良性循环，这样也可以很大程度上的降低水利工程施工对生态环境的不利影响。

2.4物种共生原则

生态系统开放性的特征很明显，在一定生物集群范围内，物种的数量是恒定的不变的，但是在进行水利工程施工的时候，会使得生态系统和外部环境之间进行物质交换，这样就可能使得生态环境平衡被打破。在对生态环境现状进行细致的分析之后，要遵循物种共生的原则来进行水利工程的施工，这样能够使得工程和自然优势互补，还能够维护生态环境的稳定性，使得生物的多样性得以确保，还能够使得水利施工建设的生产发展得到满足，这样就能够使水利建设优化的积极作用得到发挥。

3提高水利工程施工生态工程环境措施

1)在进行水利工程建设的时候，要使施工对生态环境的破坏最小这样就可以实现生态环境保护和水利工程和谐发展的目标。

在水利工程建设过程中，要科学合理的进行施工方案的制定，在制定施工方案的时候要以保护施工地生态环境为前提，采用最合理的施工计划，这样才可以实现水利工程生态经济效益的最大化。

2)在进行水利工程施工的时候，要循环地使用施工中的各种材料和各种物品

并进行综合的利用，要尽可能的实现所有材料得到最大程度的利用，这样既能够保护水利工程施工地的生态环境，还能够使得水利工程的总成本降低，进而提高经济效益。

3)对于那些已经完工的水利工程项目和接近完工的工程项目

也要依据国家的相关规定来对施工地的生态环境进行严格的监测管理，要确保在整个施工期都能够有严格的环境监测，及时地发现施工中破坏生态环境的问题，进而采取对应措施来解决问题，这样才可以切实的保护生态环境，在施工过程中，要将相关环境保护人员的责任进行明确的划分，并配置最专业的监测设备来实现信息数据的收集，聘用最专业的人才来对信息数据进行整理和分析，这样才能够更好的保护生态环境。

4)工程区域系统和工程系统是构成生态工程系统的两部分

工程是工程系统的中心，而且要遵循经济规律，还要依照生态学原理的基础，并立足于运行的目标，进而使得生态工程系统结构的最优化得以实现，想要保证工程系统和生态系统正常的能量流动和物质循环，就必须具备好的生态工程系统结构，这样才可以确保生态系统和工程系统能够协调的发展，进而提高生态工程的效益。

5)在进行水利工程建设的时候，要有机的和生态环境建设结合。

通过工程建设和生态环境建设的有机结合，可以使得施工中生态环境的问题被解决，还能够取得比较好的经济效益。