水利工程规划论文范文

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二、我国生态水利工程规划设计中主要存在的问题

1.众所周知，我国地域辽阔，分布呈现多样化，不同的地域对于生态水利工程建设需求也存在较大的差异，直到现在，我国也没有制定出明确的生态水利标准。这样一来，在实际的生态水利工程实施过程中，规划人员必须结合当地的地域条件，对最初的生态水利工程进行适当的调整，确保其真正符合规定的构建标准要求。其次，一般的生态水利工程都是围绕生态理论学知识、水文学、工程力学而开展的，在应用过程中，常常会受到天气因素、或是其他客观一因素的影响。因此，规划人员在进行生态水利工程的规划设计过程中，必须充分考虑一切不约定的因素，按照区域特征、地貌条件来进行构建，从而保证最终的生态水利工程的规划设计方案具有极好的可行性。但是，通过相关实践结果表明，我国当前的生态水利工程的规划设计中还存在很多的问题和不足，总体规划设计水平较低，这就很难确保河流生态修复的效果。

2.生态环境的认识一方面由于我国生态水利工程的环境影响操作介入的较晚，导致生态环境科技技术人员与水利工程构建人员合作的机会相对较少。另一方面，国内的水利工程多数考虑到方案可行性符合满足规划的安全性和经济性，但是生态环境系统这一因素还面临着主要关键性问题。

3.生态水利工程的构建势必会考虑到生态系统的正常运作，实现有机结合再有的水利工程基础之上。水利工程的构建最初考虑到水体的有效供电效能、防洪，排水用水标准等工作。生态水利工程的实施与传统水利工程最为显著的特点就是服务目标与功能有一定的差异性。当务之急，为实施生态水利工程与水利工程的有机结合，协调运行是生态水利工程规划设计所必要考虑的问题。

三、生态水利工程设计的基本原则

1.确保工程的安全性和经济性。生态水利工程作为水利工程的分支，首先要遵守水利工程的设计原则，保证工程安全性是任何水利工程设计的最基本的原则。设计过程中，设计人员应深入实际，充分考察水体的水质、水流等基本情况，进而充分考虑水对建筑物的侵蚀作用、对泥沙的堆积和搬运作用，同时还应全面把握河道走势的自然规律等。只有保证了工程的稳定性、持久性以及设施的安全，才能确保建筑物持久地发挥其功能，求实现资金投入最少、经济小于和生态效益最大化的基本原则。

2.保证水体内部环境的多样性。相关调查显示，一个地区的非生物环境的多样性能够影响其生活群落的多样性。也就是说，如果一个地区的自然环境种类多样，当地的生物种类也会日渐丰富，食物链的组成也将更复杂，这样生态系统对外界变化的适应能力和抵抗能力越强。如果我们兴建的水利工程致使该流域内的水体内部环境日趋单一化，那么，就会导致水生生物种类多样性的减少，并逐步丧失其基本功能。所以，在水利工程设计过程中，设计人员需要对河流的近期及远期的水文情况进行深入了解，掌握生物种类与生态环境间的关系，从而保证水利设施的兴建能够拥有足够的丰富多样的环境，进而将对自然环境的影响降到最低。

3.确保河流生态系统的自我修复功能。与传统水利工程相比，生态水利工程除了要保证传统水利工程的基本原则外，还需要在设计的时候，充分考虑保护生态系统的自我修复功能，也就是要维持生态系统的可持续性。所以，在生态水利工程设计时，应充分将人为力量与自然的影响进行有机结合，利用生态系统的自我设计功能和自组织功能，从大自然中选择合适的物种，形成良好的合力结构。

4.在早期的水利工程建设中，水利部门往往会将水体划分成不同的功能，并被分为若干个区域，这样就导致水体之间无法相互流通，严重影响了水体中不同物质之间的相互转换，极大的破坏了周围河流生态系统的完整性。因此，在实际的态水利工程的规划设计中，规划人员一定要特别注意生态系统各要素之间的联系，尽可能保持水体原有的状态，降低外界因素对河流生态系统所造成的破坏，从而促使我国生态水利工程的可持续发展。

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1.1高程控制测量

从目前来看，我国水准点的高程系统采用的是正常高系统，主要是按照1985国家高程基准起始。但是在水利水电工程的实际建设中，受历史因素的影响，许多地区仍然沿用本区域的高程系统。同时，为了确保与当地水文基础资料相互匹配，高程控制系统的选择应该考虑当地的使用习惯。如广东省内多采用珠江基面高程系统，其起算点以珠江口附近测站多年平均值和后来多次复测、平差和调整后的高程计算；而粤东韩江流域多采用韩江基面高程系统，其起算点以旧时汕头海关水尺零点推算。

1.2平面控制测量

通常情况下，水利水电工程的建设位置多依河川溪流而行，因此，测区具有狭长、独立的特点。对此，测量人员应该结合工程的具体情况，从工程项目的大小、所处位置等方面进行综合考虑，对平面控制系统进行合理选择。在对水利水电工程建设地区进行测量时，如果测区内投影长度的变形值在5cm/km以上，或者测区偏离现行国家坐标系统中央子午线45km以外或与中央子午线经度差>40′，考虑投影变形，可以采用以下平面控制系统：①以一个国家大地点的坐标以及该点至另一个大地点的方位角作为起始数据的独立坐标系统，即所谓“一点一方向”；②高斯正形投影任意带平面直角坐标系统，换言之，就是国家大地点的坐标通过换代计算的方式，换算成测区平均中央子午线处的坐标。

2地形图测绘

在水利水电工程中，地形图的作用，是为工程的规划选址、建筑物布置等提供必要的参考依据。因此，在对地形图进行测绘的过程中，一方面，应该严格遵守现行国家行业测量规范的相关标准，另一方面，需要充分考虑水利水电地形图自身的特点。

2.1地物测绘

在水利水电工程中，地物测绘是非常关键的，其内容也相对繁杂，主要包括：测量控制点、道路、管线、居民点、输配电线路、独立地物、地质勘探点、气象设施等。在实际测量中，应该结合工程的规划设计，围绕工程的特性进行细致测量，将测绘区域分为两个部分，即工程区域内和工程区域外。以中小型河流的治理为例，工程的主要内容包括堤防加固、河道疏浚、护岸护坡等，对此，在进行地物测量过程中，需要重点关注堤防周边的房屋建筑、电力及通讯设施、现有堤防与河道的护岸护坡及构建材质等，在地形图上，对建筑物的性质、规模、高程等进行细致标注。对工程区域内的房屋应该详细测量，而在工程区域外，即使是大比例地形图，也可以适当放宽测量，合理取舍。同时，村庄房屋应该详细测量，内部房屋则可以根据实际情况进行取舍，为工程的规划设计提供必要的参考信息。

2.2地貌测绘

通常来讲，水利水电工程多处于山林地区，与城市建筑工程的测量相比更加困难、复杂。在实际测量中，应该使用等高线，配合专用的地貌符号以及高程注记点，对地貌进行表示。为了满足水利水电工程对于地貌的高要求，不仅需要保留高程点，还需要进行等高线的勾绘，同时，为了显示地貌碎部特征，还应该添加相应的绘间曲线。在部分地形图中，还需要适当保留部分高程注记点和比高，对于面积在地形图上>1cm2，并且具有相应经济价值的地貌和植被等，需要用地类界绘制出具体范围。

2.3水下测量

对于水利水电工程而言，水下地形测量是工程测量的重点，也是水利工程测量与其他测量最大的区别。在测量时，需要确保全面性和准确性，对于一些重要的涵闸和沟渠，还应该在地形图上注记底部高程。

3断面测绘

在水利水电工程规划设计阶段的测量中，涉及到的土石方工程相对较多，包括填高、削坡、挖深等，这些工程量的测量都会涉及到纵断面测量工作，其测量精度直接影响着水利水电工程的实际工程量。纵断面与横断面的测量精度与总工程量的计算有着密切联系。对此，在对水利水电工程纵断面和横断面进行测量与绘图的过程中，需要从多个方面着手，提高测量的精度，确保工程量的概算值更加接近真实值。

3.1断面点的精准测量

目前，在针对纵横断面点进行测量时，采用的测量方法包括GPSRTK测量法以及全站仪法。这两种方法各自都存在相应的优点和缺陷，在实际应用中，应该结合工程的具体情况，对其进行合理选择，尽可能消除纵断面点和横断面点中存在的测量错误，确保测量精度能够完全满足断面测量的要求。在测量过程中，应该保证采集到的纵横断面点在该横断面左右一定范围内，按照水利水电工程相应的规范要求，这个距离≤2m。

3.2横断面位置选择

在水利水电工程的规划设计阶段，横断面位置的选择和布设，是影响工程量的关键因素之一。一般情况下，规划设计阶段横断面的间距应该控制在50~200m之间，选择合适的间距能缩小实际施工与设计工程量的差别。因此，在对横断面进行布设时，一方面，需要充分满足断面间距的要求，另一方面，应该尽可能将横断面布设在河道急转弯、支流入口、断面形态显著变化等部位。同时，为了保证横断面位置布设的合理性，在地形图测绘完成后，应该根据区域内地形特点，在地形图上进行选择，然后到实地进行勘查，部分地形复杂则需要对断面间距进行适当加密。

3.3纵断面测量

根据测绘服务对象的差异，纵断面的测量与横断面有着很大的不同，其断面的选取也存在一定的差别，例如，在河道疏浚工程中，通常会选择河道中心线；在河流堤防加固工程中，一般会选择堤顶线；在拟建渠道工程中，多选择规划中心线等。纵断面测量的主要目的，是对横断面间距进行量取，对中心线高程变化情况进行明确，对沿线地物投影在中心线上的位置进行判断等，而纵断面的合理性直接影响着工程量的计算，因此，做好纵断面的测量工作，是非常重要的。

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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：

［1］董哲仁.水利工程对生态系统的胁迫［J］.水利水电技术，2003，（7）：1~5.

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［5］董哲仁.荷兰围垦区生态重建的启示［J］.中国水利，2003，（11A）：45~47.

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人们提出这些要求是社会进步的体现,也是社会经济发展的必然。水利建设者应当适应这种趋势,满足社会的要求。在水利工程的规划、设计、施工等方面进行调整和完善,注入更多的人文、艺术、科学和现代气息,注重工程的环境效益和美学效益。从这个角度来说,现代水利可以称之为“大水利”,即“通过流域的综合整治与管理,使水系的资源功能、环境功能、生态功能都得到完全地发挥,使全流域的安全性、舒适性(包括对生物而言的舒适性)都不断改善,并支持流域实现可持续发展。”

水利工程,改造山河、兴利除害、综合开发、合理利用、积极保护、科学管理水资源,使之更好的服从人们的意志,更好地为人类造福,这不仅改变了自然界中天然水流的形态,也改变了周围的自然环境和社会环境.国内外的大量实践都表明,许多水利工程不仅发挥了它们正常的工程效益,而且也越来越显示它们的环境效益,成为一种新颖的,十分引人注目的旅游资源,在发展旅游业方面发挥了重要的作用,作出了重要的贡献。开发水利工程旅游,已经成为水资源利用的一个重要方面。在生态经济环境水利阶段,人们普遍关注环境与生态问题,普遍重视资源开发与环境保护、生态保护的协调发展。在这样的前提下,强调水利工程建筑物的环境功能和美学价值,己成为国际、国内在水利工程设计方面的新趋势。

2.水利工程景观设计的原则

2.1技术与美学相结合的原则

水利工程建筑物和枢纽布局不能单纯追求美学效果,它首先要实现工程的基本功能,并满足技术优化的要求.即使是城市环境美化水利工程,其基本要求是保证工程的安全、稳定、技术可行和经济合理等。因此,水利工程的美学设计必须首先满足工程的技术、经济要求,并在此基础上对景观构成元素进行美学调整。技术美是水利工程的美学基础。

2.2生态环境(改善)保护原则

从生态学角度来说,河流是生态环境中能量转换和生物活动的廊道,为生态环境敏感区域。在河道上修建水利工程,一方面在一定程度上会破坏河流生态环境、打破生态系统的平衡;另一方面,水利工程能改善河流的水质,提高河流的自净能力。尽管河流生态系统有自我恢复的能力,恢复期与河流生态生命力有关,但不能百分百的恢复,有些河流的生态甚至完全不能恢复。因此,水利工程建设应注意对周边环境以及流域的生态进行保护,不应以生态的破坏、环境的退化为代价。注重环境和生态的保护是水利工程景观(美学)设计应遵循的原则之一。

2.3强调个性和创新的原则

水利工程常常因其独特性和大空间的跨越带来景观特质和震撼的效果,给人留下深刻的映象,具有地标的意义。要发挥水利工程景观特点,必须在设计中注重水工建筑物的个性发挥,注重建筑物的布局和色彩方面的创新。同时,也要注重与周围环境(如:城市建筑)的和谐,综合考虑工程所在地区的地域性、文化性、整体性等方面的因素。

3.水利工程景观规划策略

3.1沿河绿地

滨水环境的总体构思应尽可能扩大沿河绿地,形成较为连续性绿化带,用绿色来勾画古城的轮廓,延续城市文脉。同时,以良好的绿色空间,优化环境景观质量,体现现代化城市的新形象。

3.2闸坝结合,扩展沿河水面。

规划河道可修建彩色橡胶坝,泵房外观可按风景区房屋标准设计,橡胶坝的主要功能是增加蓄水面积,以形成水面,形成人工湖美景。水边设置亲水步道、平台、桥梁、滨水建筑物等,供游人欣赏水面景色。

通过新建湿地连通闸向人工湿地定期供水,以增加水面及绿地面积,改善和美化生态环境、给市民和游人提供良好的视觉效果。同时可为生态化污水净化技术的引进提供良好的试验场所。

3.3生态护堤

可规划采取自然土质岸坡、自然缓坡、植树、植草等生态工程护堤,既防止水土流失,又为水生植物的生长、水生动物的繁育、两栖动物的栖息繁衍活动创造条件。对于河岸边坡较陡的地方,采用木桩、木框加毛块石等工程措施,这种护工程既能稳定河床,又能改善生态和美化环境,避免了混凝土工程带来的负面作用。在应用草皮、木桩护坡时也可以运用土工编织物,袋内灌泥土、粗沙及草籽的混合物,既抗冲刷,又能长出绿草。有利于堤防保护和生态环境的改善。

3.4绿化树种及花草

沿河绿化树种,以合欢、国槐、银杏、杨树、柳树等乔木为骨干树种,以桂花、雪松、紫薇、黄杨球、桃树等灌木和牡丹、月季、三叶草、金边书带草、马尼拉草坪等花草为主要植被,形成多种类、多层次生态群落。

参考文献