生态工程基本原理范文

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[中图分类号] G633.91[文献标识码] A[文章编号] 16746058（2016）140114 

一、 教学过程 

1. 巧用道歉视频，创设情境导入 

播放冯小刚导演，葛优、李小璐、郑恺、白百何主演的2014年贺岁片《私人订制》最后一段“向大自然道歉”视频。学生观看视频，教师依次提出下列问题，引发学生思考分析：（1）四位主角为什么要向大自然道歉？（学生：雾霾天气频发、森林乱砍滥伐、煤炭过度开采、生态环境污染等问题都与人类的不当活动有关）（2）这些问题的背后又折射出怎样的问题？（学生：人口快速增长的压力、生产生活及经济发展所需等导致人类对资源的不合理开发与利用，由此引起的生态恶化和环境污染，充分暴露出传统经济发展模式的弊端，难以可持续发展。）（3）解决上述问题的有效途径是什么？（教师：建设生态工程，就是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，达到经济效益和生态效益的同步发展，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展，进而实现可持续发展。与一般的传统工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、可持续的特点。） 

2.运用模型构建，引导学生自主探究 

[案例1]出示“石油农业”模式图。教师：“石油农业”模式是以美国为代表的西方经济发达国家的高投入、高产出的农业现代化模式，由于需要大量使用石油作为原料或动力而得名。该农业模式对解决粮食需求和提高粮食产量起到重要作用，但同时由于其高能耗、高污染，使粮食品质和安全不断下降，难以可持续发展。解决这一问题的有效途径之一就是要发展生态农业。 

介绍“传统生态农业”模式。教师：“无废弃物农业”模式是我国古代最早、最生动的一种生态工程模式。请同学们利用所给的项目绘制“无废弃物农业”的物质和能量流动图，可分组讨论、交流与合作。在学生讨论出现疑惑的地方时，教师应协助学生解答，以完成概念图的模型构建。 

根据上述模型构建活动，教师提出以下思考问题：上述“无废弃物农业”模式的突出优势是什么？（回答：充分利用废弃物中的能量，通过物质的循环利用和能量的多级利用，实现废弃物的资源化，达到无废弃物生产，减少环境污染。）进而引导学生归纳总结出“物质循环再生原理”。 

引出“现代生态农业”模式。教师：上述“无废弃物农业”模式是我国传统农业的辉煌成就之一，但已无法满足人们对现代农业发展的需要。在上述传统农业的基础上，可增设沼气池、蘑菇等环节更好地利用物质能量。请同学们自主构建，完成下列“现代生态农业”的物质和能量流动图。 

[案例2]出示“纯樟子松林、珊瑚礁区”图片。教师：我国“三北防护林”取得了巨大的生态效益和经济效益，但最初进行林带建设时，单一种植的樟子松林遇松毛虫害大量毁坏死亡；而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？这是为什么呢？ 

学生：纯樟子松林的生物多样性低，食物链短而简单，缺少松毛虫的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而导致树林的大量毁坏死亡。珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据不同的生态位，通过食物链关系互相依存，充分利用了珊瑚礁生态系统的环境，实现了很好的物质循环和能量流动。 

教师：从上述正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？ 

学生：进行植树造林等生态工程建设时，必须要考虑生物的多样性，只有保持生态系统较高的生物多样性，才能维持生态系统结构和功能的稳定和平衡。（归纳总结出“物种多样性原理”） 

[案例3]出示“灰色长城、水葫芦疯长、草原过度放牧”图片。教师：“三北防护林”的西北防护林早期栽种不适应当地环境的杨树林，导致“绿色”长城变成“灰色”长城。江苏、上海和浙江三省市交界孕育吴越的美丽太湖。近年来，由于富营养化促使太湖水体中水葫芦和藻类疯长，并导致鱼虾等水生生物大量死亡，给水生生态系统造成极大危害。如果在西北草原地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？ 

学生：西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量（环境容纳量）；针对公共草地的过度放牧问题，应该实行草地承包，调动个人的管理积极性，减少过度放牧现象。另外，可以在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量。 

教师：从上述3个实例，你能得出怎样的结论？ 

学生：进行生态工程建设时，要处理好生物与环境的协调与平衡问题，要栽种适宜树种，要考虑生物数量不能超出环境承载量。（归纳总结出“协调与平衡原理”） 

教师：进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更要整体考虑经济和社会等的影响力。例如，进行林业生态工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑  [本文由WWw.DYLw.NET提供，第 一论 文网进行和服务，欢迎光DYlw.NeT 联系方式QQ 712086966]贫困地区农民的粮食、烧柴以及收入等生活问题。如果农民的生计得不到保证，随时会发生“前面造林，后面砍林”的现象。这体现了什么原理？ 

学生：整体性原理。 

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中图分类号：TV：文献标识码：A：文章编号：1673-9671-(2012)022-0192-01

随着生态文明建设步伐的不断加快，水利工程的设计和施工也越来越朝向生态化的方向发展，生态水利工程已经成为一个既定的概念映入人们的脑海，如何实现生态水利工程的设计是人们关注的重点。

1生态水利工程概述

为了使读者能够对生态水利工程有一个全面的认识，以下将分别从生态水利工程的分类、生态水利工程的功能以及生态水利工程的特点两个方面来对生态水利工程做概要说明。

1）生态水利工程的分类。为了消除水患以及开发水资源而修的水利工程需要修建水闸，堤坝等不同水工建筑物，来有效的实现其目标，其中生态水利工程可以进行如下分类：①按期服务的防洪水利工程，比如长江三峡工程等；②农田水利工程，比如小浪底工程等。

2）生态水利工程的功能。①生态水利工程可以提高河道的蓄水能力，满足人们的日常生活用水及农田用水。随着社会的发展以及人口的剧增，人们对于水资源的需求与日俱增，所以说个地方政府在河流都建立起各种水利工程控制，调节水量以及开发和利用水资源，从而可以提高河道的蓄水能力，满足人们的日常生活用水及农田用水；②生态水利工程具有非常显著的经济效益。除这两项最基本的功能外，水利工程还可以在汛期进行防洪，发电、发展航运，旅游以及养殖渔业等需求，显然经济效益会十分的显著；③生态水利工程具有很好的防洪排涝的功效。水是人类在生活和生产中必不可缺的珍贵资源。但其人类真正能利用的水却只占地球总水量中很小的一部分，并不能完全符合人类的需求，水的存在直接就推动了巨大的经济、社会双效益。对于生态而言，也同样具备了积极地作用，通过对水量的调节合理支配水资源，可以使河流长期的处在一个平稳的状态，有效防止旱汛不均问题所造成的断流或者是洪灾，而且可以使污水再蓄水库中有一个沉淀的过程，就干旱与半干旱为例，可以此地区生态环境得到良好的改善，使其充分地发挥了本身的调节功能，从而促进了经济和社会不断发展。只有在修建了水利工程的前提下，才能控制水流的平稳状态，防止旱涝灾害的发生，并通过对水量的分配和调节来满足人民生产生活的需要。

3）生态水利工程的特点。水是人类日常生活中不可缺少的珍贵资源，但其存在的并不能符合人类对它的需求，所以我们要想更好地节约水，利用水，就要修建生态水利工程。设计在修建生态水利工程是尤为重要的因素。其中生态水利工程的特点如下：①有很强大的综合性和系统性，统一流域及地区所组成了单项水利工程，它们相互联系，相互制约，既紧密又相互矛盾。水利工程与其他也与国民经济紧密相关，详细的综合分析才可以获得最佳方案；②建设水利工程，对环境也有影响，水利工程不仅对经济社会发生影响，而且也影响着江河湖泊以及生态环境，气候等。这种影响有利也有弊。设计规划时一定评估出利弊关系，使其消除弊端，充分发挥水利工程本身的积极作用；③建设水利工程的任务难度大，很难掌握自然条件下对施工建设的影响，其建筑比一般的建筑物更为复杂；④水利工程的效益具有不确定性，每一年的水文状况都不会完全相同，所以利害每年也不相同。因此，制定合理的水利工程机制，就必须统筹兼顾以减少不利影响，实现经济社会环境效益；⑤一般水利工程都是规模很大，难度大，因此所需要的资金也比较多，另外工期也长，所以工程施工时一定要充分考工程的实际环境和需求。

2生态水利工程设计和修建中的注意事项

结合大量的生态水利工程的实践，笔者总结认为，生态水利工程在设计和修建中需要做好如下几个方面的注意事项。

1）修建的水利工程可以同时为多种目标服务的水利工程，而且在建设生态水利工程时一定要遵循生态学的原理，以及生态平衡的相关要求和相应的自然规律。

2）生态水利工程的修建要从保护生态的角度出发进行水利工程建设，必须要满足可持续发展以及良性循环的水利体系，从而达到人与自然能够和谐相处。

3）考虑到水利与生态系统之间的紧密联系。生态水利工程的建设可以使生态系统发生变化的关系。因此，在进行生态水利工程建设的过程，要对水资源进行合理利用和开发，在提高水资源利用效率的前提条件下，要采取有效举措来充分保证生态系统的稳定和生态系统自身的良性发，这同时也在要求，在进行生态水利工程修建时必须把人与水体当作为一个整体去考虑问题，同时也要兼顾到人与自然共同的需求。

4）合理的做好生态水利工程设计、规划、施工以及相应的工程运作机制控制工作。在有效完成以上工作的基础上，达到改善和优化生态系统的目的，同时使相关的自然资源可以得到持续和反复的利用，真正实现人类社会的可持续发展。

3生态水利工程设计的基本原则

生态水利工程的设计最显著的一个原则就是在设计时一定要凸显其生态性，这是生态水利工程的本质体现，除此之外，生态水利工程的设计还需要遵循协调性，系统性和安全性的原则，以下将分别给予详细的说明。

1）生态水利工程设计的基本原则之协调性原则。所谓的协调性原则，就是要确保水利工程要与周边环境协调统一，我们不要着急的去建设，而是要与周围环境实现和谐统一，只依靠人的力量是不可能控制自然的。与世界上没有两个相同的指纹一样，世界上是没有完全相同的两条河，每一条河都有自己独特的一面，所以我们在建设生态水利工程的时候，要具体问题具体分析，充分考虑周围环境因素，更好地控制水的时间与空间的分布，防止灾害发生，也为工农业及人们日常生活的正常需求提供了保障，如果违背了自然界的规律，那么灾难就会来临。

2）生态水利工程设计的基本原则之系统性原则。在设计整个生态水利工程的过程中，必须系统性的设计好，在设计时要充分考虑到自，然环境的易变性，不确定性，水域生态系统是在时间与空间不断收缩或不断发展的动态系统，河流生态系统属于一个开放的系统，随时都与周围生态系统进行物质循环以及能量传递。一条河流是不能孤立存在的，它在生态修复中必须与相邻的流域相互协调，必须从全局出发，综合的，系统的进行讨论，才能得到最佳方案。

3）生态水利工程设计的基本原则之安全性原则。在建设生态水利工程的时候，必须要从根本出发，考虑多方面因素，其中安全因素是非常重要的一环，生态水利工程作为一项综合性工程，有航运、防洪、发电以及抗旱等相关的功能需求，因此，在进行生态水利工程的设计时，必须要符合工程学的相关原理，同时还要符合工程力学以及水文学的相关规律，有效确保生态水利工程的各项安全。

人们对生态文明的追求，促使水利工程也不得不向生态化的设计方向发展，然而由于水利工程作为一项综合性的工程，其所要满足的功能需求比较多，而且涉及的面也比较广，所以在进行生态水利工程的设计时一定要严格遵循各项设计原则，这是有效发挥生态水利工程各种功能的重要前提。

参考文献

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中图分类号： TV 文献标识码： A

1、关于生态水利工程的概念

水利工程能够提供给经济和社会发展进步的强大动力，但在其产生良好的经济和社会效益的同时，也会对河流等的自然生态系统造成一定方面、程度的破坏和干扰。水利工程会改变自然湖泊以及河流的渠道的现状，将天然的渠道走势改成规则的直线或者折线，使河道出现规则的几何横断（“几何横断”是否不太通顺？）。生态水利工程是现代化水利建设的新成果和理念，综合了工程力学以及水文学的学科，是一项对于传统水利工程的重大改革。生态水利工程是吸收了关于生态学理论基础的，利用工程力学以及水文学的融合理念，从而不断改进的水利工程建设。生态水利工程就是要用现代化以及科学化的理念和原理指导水利工程的建设，促进生态环境与经济建设的良性互动，在对传统水利工程进行改造时考虑了对自然生态环境修复的目的。对已经修建的对自然生态环境造成严重破坏的工程就行整治，新修建的水利工程则必须是具备科学、经济、环保的现代化发展理念的基础建设。

2、生态水利工程对于河流的影响分析

在人们生产生活中水利工程发挥了巨大的作用，早期的水利工程能够起到灌溉、防洪和发电等作用，极大的促进了社会生产的向前发展。但随着人们环保意识的增强，水利工程对于河流生态系统的所产生的影响被越来越多的人所关注。水利工程这种人类行为改变了河流本身的多样性、连续性以及持续性等特点，河流中的水深、水温以及河流的流速等一些自然的规律随之也发生了很大的变化。这些改变对河流生态系统产生了很大的影响，人们必须关注这种不利的影响。未来水利工程的兴建必须将生态效益和经济效益进行均衡考虑，要使得水利工程可以满足人类需求的同时还要满足河流自身生态系统的健康以及可持续的发展。

3、生态水利工程所面临的问题分析

生态水利工程的设计和建设不仅仅要对生态目标进行衡量和确定，同时还要和水利工程建设的目标进行匹配。生态水利工程建设要面对和传统水利工程设计的理念上的冲突和协调，也要适应不断晚上（没看懂）的生态水利工程建设的相关标准等多种问题，但随着社会经济的不断向前发展和人们环保意识、生态意识的逐步提升，这些问题都可以很好的得到解决，从而可以最大限度的发挥出生态水利工程的环境效益、生态效益以及经济效益。

4、生态水利工程建设的基本原则分析

4.1、保证工程的安全性和经济性

生态水利工程的设计规划，不仅要满足传统水利工程在社会生产方面所发挥的重要作用，包括防洪灌溉、供水发电等，同时，更要注重河流生态系统的可持续性。因此在生态水利工程的设计的过程之中，必须要坚持安全性和经济性的原则，要保证工程符合工程学原理，才能确保工程设计的稳定性和耐久性，才可以充分的实现其基本功能的发挥；也要确保工程在生学领域的科学性，确保工程的律设与河流的自然特征相符合，根据地貌学原理对河流的横向和纵向分布特点进行充分的考虑，对干河流特征、淤泥等问题（河流特征不算问题）进行科学的规划，使水利工程的设计符合河流自然生态环境的变化规律，才能实现河流生态系统的修复。

4.2、生态系统自组织恶化自我恢复的能力

生态系统的自组织功能的体现以生态系统的可持续性为主要特征，通过自组织功能实现河流物种的自然选择规律，保持生物与生态系统的友好精神，才能找到与自然资源相适合的生态水利工程的设计环境,这与传统的水利工程建设有着本质区别的生态水利工程在具备人们所期望的水利功能实现的基础上，依靠自组织的功能实现自我修复，依靠生态系统的自组织功能形成科学的河流生态环境，自我选择是适合的生物物种，进而形成一个完整的河流生态系统。

4.3、提高河流形态的空间异质性原则

通常情况下，一个地区的生存空间异质性越高，则说明其内部含有多个不同的小环境，可以允许多种不同种类的生物共存。反之，生存空间异质性越低，则其可以容纳的生物种类越少，这必然会使该空间内的生物群落环境变得日益单调, 这时在生物群落的性质和密度方面都会产生不同程度的退化。在传统水利工程的建设的过程之中，对于河流的自然性和连续性进行了人工的切断，使得河流环境在一定程度上就会变得单一化，进而形成河流生态系统的退化。所以，在生态水利工程的设计的过程之中，务必要有效的促进河流生态的空间异质性的提高，这样才能促进生态环境中物种的数量不断增加，从而促进生物群的多样性的恢复。确定河流生态系统的修复目标以后，需要对河流生态系统中的生物种类和密度进行详细的勘察，建立详细的资料库，这时对于河流的自然环境也要有详细的勘察，包括河流的水温、流速、泥沙、营养盐的迁移转化等等，只有对自然生态环境有详细的掌握，才能为生物群落的生长创造最佳的条件，在此基础之上来充分的实现河流生态系统的自我修复功能。

4.4、景观尺度及整体性原则

河流生态系统的恢复应当是建立在对景观的长期保持的基础上来实现的，而且必须是大尺度和整体性的，并不是针对某一范围内的系统进行恢复，小范围的生态修复成功率较低，而且在生态系统的恢复效率方面也较低，所以，生态水利工程的设计讨程中，必须要注重大尺度、整体性的修复。

景观大尺度的原则包括空间尺度和时间尺度两种，而在河流系统受到威胁的时候，往往就会从这两个角度体现，所以需要对尺度的要素进行一个综合的研究，科学的掌握河流生态系统本身所具有的流动性、易变性等特点，对生物群落生存的基本条件进行整体性的创造以及恢复，才可以有效地保证生态水利工程的运行与河流的动态演进过程保持一致，从而促进河流生态系统的恢复。

4.5、反馈调整式设计原则

生态系统的成长需要一个漫长的讨程，对于河流生态系统的修复来说，同样需要较长的一段实践，才能在系统结构的复杂性、生物多样性等方面获得一个更高的提升，也能够使河流生态系统自身抵御外部干扰的能力增强，有利于促进河流生态系统稳定性的提高。如果从当前社会发展的时间交替的角度来说，需要实现一种生态系统的自我修复或者是用一种生态系统代替另一种生态系统，往往需要若干年的时间，想在短时间之内来实现是不可能的。

总之，水利工程在社会生产中发挥着重要的作用，但这时也会对生态环境造成了一定的影响，尤其是对与河流生态来说，对与河流的连续性和流动性产生了不同程度的影响，使得水流、水温等自然规律都发生了一定的变化，这些变化的存在破坏了河流生态系统的平衡与稳定。所以说，在现代水利工程建设的工作之中，务必要对社会发展需求与生态健康之间的关系进行一个科学的衡量，在建设生态水利工程的要求之下，坚持必要的设计原则，才可以促进生态水利工程建设的科学性。

参考文献

[1]吕良健.生态水利工程的基本设计原则[J].江西建材,2012,05:130-131.

[2]王瑛昊,陈雷.分析生态水利工程的基本设计原则[J].民营科技,2012,11:296.

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水利工程对经济与社会发展的巨大作用勿庸置疑。但是也必须看到水利工程对河流生态系统造成了不同程度的干扰【1】。水利工程对于河流生态系统的胁 迫主要表现在两方面：一是自然河流的渠道化。包括平面布置上的河流形态直线化，即将蜿蜒曲折的天然河流改造成直线或折线型的人工河流。包括河道横断面几何 规则化，即把自然河流的复杂形状变成梯形、矩形及弧形等规则几何断面。还包括河床和边坡材料的硬质化，即渠道的边坡及河床采用混凝土、砌石等硬质材料。二 是指自然河流的非连续化。筑坝是顺水流方向的河流非连续化，流动的河流生态系统变成了相对静止的人工湖，流速、水深、水温及水流边界条件都发生了重大变 化。库区内原来的森林、草地或农田统统淹没水底。陆生动物被迫迁徙。水库形成后也改变了原来河流营养盐输移转化的规律。由于水库截留河流的营养物质，气温 较高时，促使藻类在水体表层大量繁殖，产生水华现象。藻类蔓延遮盖住大植物的生长使之萎缩，而死亡的藻类沉入水底，在那里腐烂的同时还消耗氧气。溶解氧含 量低的水体会使水生生物“窒息而死”。由于水库的水深高于河流，在深水处阳光微弱，光合作用也弱，导致水库的生态系统比河流的生物生产量低，相对要脆弱， 自我恢复能力弱。河流泥沙在水库淤积，而坝下清水下泄又加剧了对河道的冲蚀，这些变化都大幅度改变了生境。由于靠水库进行人工径流调节，改变了自然河流年 内丰枯的水文周期规律，即改变了原来随水文周期变化形成脉冲式河流走廊生态系统的基本状况。最后，众所周知，不设鱼道的大坝对于洄游鱼类是致命的屏障。另 一类非连续化是由于河流两岸建设的防洪堤造成的侧向水流的非连续性。堤防妨碍了汛期主流与岔流之间的沟通，阻止了水流的横向扩展。堤防把干流与滩地和洪泛 区隔离，使岸边地带和洪泛区的栖息地发生改变。原来可能扩散到滩地和洪泛区的水、泥沙和营养物质，被限制在堤防以内的河道内，植被面积明显减少。鱼类无法 进入滩地产卵和觅食，也失去了避难所。鱼类、无脊椎动物等会减少，导致滩区和洪泛区的生态功能退化。

概况地讲，被改造过的河流生 态系统是由三个子系统组成。即：由动物、植物和微生物组成的生命系统，这是生态系统的主体。广义的水文系统，包括地表和地下水体、土地、气候系统等。再有 就是工程设施系统，这是人类改造河流的结果。后面两个子系统组成生境，是生命支持系统。由于水利工程系统改变了河流形态，水库调度运行又改变了原有的水文 规律，造成河流生态系统的生境变化，其结果可能造成河流生态系统生物群落多样性的下降，使生态系统退化。

对于水利工程对河流生态系统的胁迫，应该采取正视而不是回避的态度。传统意义上的水利工程学作为一门重要的工程学科，以建设水工建筑物为手段，目的是改造和控制河流，以满足人们 防洪和水资源利用等多种需求。现代科学发展使我们认识到，传统意义上的水利工程学在力图满足人的需求时，却在不同程度上忽视了河流生态系统本身的需求。而 河流生态系统的功能退化，也会给人们的长远利益带来损害。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。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的理论及方法，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，形成水利工程学的新的学科分支－生态水利工程学（Eco-Hydraulic Engineering）。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【2】 【3】。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）以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。图1表示了生态水利工程在河流生态建设中的地位。图中右侧表示人类活动对自然河流生态系统的干扰过程，左侧表示人类活动对扰的河流 生态系统的修复过程。

这里讨论的生态水利工程学的基本原则也是生态水利工程规划设计的基本原则，笔者试归纳为以下五项内容。

1．工程安全性和经济性原则

生态水利工程是一种综合性工程，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、航运以及旅游等需求，也要兼顾生态系统可持续性的需求。 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需要进 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。

2.提高河流形态的空间异质性原则

有关生物群落研究的大量资料表明，生物群落多样性与非生物环境的空间异质性（spacial heterogeneity）存在正相关 关系。这里所说的“生物群落”是指在特定的空间和特定的生境下，由一定生物种类组成，与环境之间相互影响、相互作用，具有一定结构和特定功能的生物集合 体。一般所说的“生物群落多样性”指生物群落的结构与功能的多样性。实际上，生物群落多样性问题是在物种水平上的生物多样性。

非生物环境的空间异质性与生物群落多样性的关系反映了非生命系统与生命系统之间的依存和耦合关系。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，造成生态系统的某种 程度的退化。

河流生态系统生境的主要特点是：水－陆两相和水－气两相的联系紧密性；上中下游的生境异质性；河流纵向的蜿蜒性；河 流横断面形状的多样性；河床材料的透水性等。水－陆两相和水－气两相的紧密关系，形成了较为开放的生境条件；上中下游的生境异质性，造就了丰富的流域生境 多样化条件；河流纵向的蜿蜒性形成了急流与缓流相间；河流的横断面形状多样性，表现为深潭与浅滩交错；河床材料的透水性为生物提供了栖息所。由于河流形 态异质性形成了在流速、流量、水深、水温、水质、水文脉冲变化、河床材料构成等多种生态因子的异质性，造就了丰富的生境多样性，形成了丰富的河流生物群落 多样性。所以说，提高河流形态异质性是提高生物群落多样性的重要前提之一【4】。

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的退化。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、鸟类和其它生物物种，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，就应该对于河流地貌历史和现状进行勘查和评估。 包括河流与相关湿地、湖泊的形状与构成、水下地形勘测、水位变化幅度、河流平面弯曲度、河流横断面形状及河床材料、急流与深潭比例、河床的稳定性及淤积及 侵蚀状况等，建立河流地貌数据库。河流生物调查，包括植物、鱼类、鸟类、两栖动物和无脊椎动物等的物种分布地图以及规模和存量，建立生物资源数据库。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。需要强调的是，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设计。

3．生态系统自设计、自我恢复原则

有关生态系统的自组织功能的讨论始于上世纪60年代，以后有不同学科的众多学者涉足这个领域。以各种不同形式构成的自组织功能，是自然生态系统的重要特征。

生态学用自组织功能来解释物种分布的丰富性现象，也用来说明食物网随时间的发展过程。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。在这种情况下，生境就可以支持一个能具有足 够数量并能进行繁殖的种群。自组织功能原理与达尔文的进化论有相似之处，只是研究的尺度不同而已。达尔文的进化论研究是在地球生物圈所有种群的尺度上进行 的，而自组织功能是在生态系统中种群之间发生的。

生态系统的自组织功能对于生态工程学的意义是什么呢？& nbspH.T.Odum认为：“生态工程的本质是对自组织功能实施管理。”（1989）【5】。Mitsch认为：“所谓自组织也就是自设计” （2004)【6】。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【7】。

我国古代传统哲学注重人与自然的和谐相处，老子主张：“人法地，地法天，天法道，道法自然”。 反映了一种崇尚自然，遵循自然规律的哲学观。在建筑理念方面，提倡“工不曰人而曰天，务全其自然之势”（《管氏地理指蒙》），“虽由人作，宛自天开” （《园冶》），都提倡一种效法自然，依靠自然的思想。国际生态学界一些学者认为，系统生态学的哲学理念应该追溯到公元前11世纪中国的周代。其中“阴阳五 行”、万物竞争共存和相生相克等哲学思想，体现了促进与抑制，成长与腐朽，合成与异化之间的平衡与转化，这些正是现代生态学的哲学基础。

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，这种一厢情愿的企图最终往往归于失败。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。

要区分两类扰的河流生态系统。一类是未超过本身生态承载力的生态系统，是可逆的。当去除外界干扰即卸荷以后，有可能靠自然演替实现自我恢复的目标。另 一类是被严重干扰的生态系统，它是不可逆的。在去除干扰即卸荷后，还需要辅助以人工措施创造生境条件，再靠发挥自然修复功能，有可能使生态系统实现某种程 度的修复。这就意味着，运用生态系统自设计、自我恢复原则，并不排除工程师和科学家采用工程措施、生物措施和管理措施的主观能动性。转贴于 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。

所谓“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。

这里说的“景观”（landscape）是指生态学中的景观尺度。关于生态学的尺度问题，O’Neill，认为：“生态学不可能建立在单一的时空尺度 上，它应该适应所有尺度的调查研究。”（1986）【8】。按照这种观点，尺度和层次成为生态学发展的关键。目前生态学理论把生物圈划分为11个层次， 依次是生物圈、生物群系、景观、生态系统、群落、种群、个体、组织、细胞、基因和分子。景观的尺度如何掌握？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。一条河流的广义水文 系统包括从发源地直到河口的上中下游地带的地下水与地表水系统，流域中由河流串联起来的湖泊、湿地、水塘、沼泽和洪泛区。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。如果仅仅考虑河道本身的生态修复问题，显然是把复杂系统简单割裂开了。

其次，必须重视水域生 境的易变性、流动性和随机性的特点，表现为流量、水位和水量的水文周期变化和随机变化，也表现为河流淤积与侵蚀的交替变化造成河势的摆动。这些变化决定了 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。生态系统的变化范围从生境受到限制时期的高 度临界状态到生境扩张时期的冗余状态。

再者，要考虑生境边界的动态扩展问题。由于动物迁徙和植物的随机扩散，生境边界也随之发生 动态变动。Gosselink(1990)在研究水域生态系统物种管理的尺度问题时认为，对于给定需要修复的物种，考虑的范围应是这个物种的分布区 【9】。举例来说，为便于理解，可以借用“流域”这个概念，比如一个地区野鸭的种群也有一个“鸭域”。所谓“鸭域”的范围应该包括物种个体在恶劣的条件下 迁徙到的任何地方以及支持此物种的生态系统。这个范围的边界，应划定在某特定物种经常利用的一个很大的空间内。如果进一步扩展，还应该包括所谓“临时生 境”，指在自然界对于物种产生胁迫的时期，成为该物种的避难所的地区。如果这个地区有若干种标志性动物，那么物种管理的范围边界将是这些物种“域”的包络 图。另外，还要考虑流域之间的协调问题。考虑到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。需要对历史资料进行收集、整理，以掌握长时间尺度的河流变化过程与生态现状的关系。河流生态修复是靠时间作工作 的。有研究指出，湿地重建或修复需要大约15到20年的时间。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。

需要说明的是，对于规划、评估、监测这些不同的任务，工作对象的空间尺度可能是不同的。监测工作应该在尽可能大的尺度内进行。比如修复一块湿地以吸引鸟 类，经过一年或者更长的时间均告失败。这就需要考虑是否有质量更好的生境吸引了候鸟而改变了它们的迁徙路线，监测工作可能在大陆的范围内开展。而评估工作 可能在跨流域的尺度上进行。规划工作的尺度可能是流域或河流廊道。所谓“河流廊道”（River corridor）泛指河流及其两岸与 生物栖息地相关的土地，也有定义其范围为河流与对应某一洪水频率的洪泛区。至于河流修复工程项目的实施，一般在关键的重点河段内进行。

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【10】【11】。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。最顶层的理想状态应是没有外界胁迫的自然生态演进状态。在河流生态修复工程中，恢复到未受人类干扰的河流原始状态往往是 不可能的，可以理解这种原始状态是自然生态演进的极限状态上限。如果没有生态修复工程，在人类活动的胁迫下生态系统的进一步恶化，这种状态则是极限状态的 下限。在这两种极限状态之间，生态修复存在着多种可能性。针对具体一项生态修复工程实施以后，一种理想的可能是：监测到的各生态变量是现有科学水平可能达 到的最优值，表示生态演进的趋势是理想的。另一种差的情况是，监测到的各生态变量是人们可接受的最低值。在这两种极端状态之间，形成了一个包络图。一项生 态修复工程实施后的实际状态都落在这个包络图中间。

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。这就需要在项目初期建立完善的监测系统，进行长期观测。依靠完整的历史资料和监测数据，进行阶段性的评估。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。评估的结果不外乎有几种可能：1）生态系统大体按照预定目标演进，不需要设计变更；2）需要局部调整设计，适应新的状况；3）原来制定的目标需要重大调整，相应进行设计。

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。

Design Principles of Eco-hydraulics Engineering

Abstract :The concept of eco-hydraulic engineering is proposed.

It integrates the technology of hydraulic engineering with ecology.

Based on the analysis of stress of hydraulic engineering on river

ecosystem the requirements for ensuring healthy ecosystem and

sustainable development for river are suggested.These requirements

include the principles in five scopes: engineering safety and

economy， spatial heterogeneity of river morphology， self-design

and self-restoration of ecosystem， landscape scale and integrated

river ecosystems restoration and design methodology process based

on feedback and adjustment.

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年7期，

P1-5

【2】 ASCE River Restoration Subcommittee& nbspon Urban Stream Restoration，

Urban stream Restoration[J]，Journal of Hydraulic Engineering ASCE，

July 2003， pp 491-493

【3】董哲仁，生态水工学的理论框架[J]，水利学报， 2003年第1期P1-6

【4】董哲仁，河流形态多样性与生物群落多样性[J]，水利学报，2003年第11期，

P1-7

【5】Odum， H. T. 1989. Ecological engineering and self-organization[D].

Pages 79-101. In: W. J. Mitsch and S. E. Jorgensen， eds.， Ecological

Engineering: An Introduction to Ecotechnology. Wiley， New York.

【6】 Mitsch W. J.& Jorgensen S E.， Ecological Engineering and Ecosystem

Restoration[M]. PP 134-137， Published by John Wiley& Sons， Inc.，

Hoboken， New Jersey， 2004

【7】董哲仁，荷兰围垦区生态重建的启示[J].中国水利，2003年11A期，P45-47

【8】O’Neill， R.V.， D.L.DeAngelis， J.B. Waide， and T.F.H.Allen. 1986.

A Hierarchical Concept of Ecosystems[M]. Princeton University Press，

Princeton， NJ.153pp

【9】Gosselink，J.G.， 1990， Landscape Conservation in a forested Wetland

Watershed[J]. Bioscience 40:588-600

【10】 Mitsch， W.J. and J.G.Gosselink. 2000. Wetland[M]， 3rd ed. Wiley，

New York.920pp.

【11】董哲仁河流生态恢复的目标[J].中国水利，2004年第10期，P1-5

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0引言

水利工程对于社会的发展起着不可或缺的作用，可以说水利工程是21世纪必不可少的一项工程，但是在修建水利工程是往往会对河流造成很多不良影响，使得这个地区的生态平衡被破坏，不利于可持续发展，因此国家提倡生态水利工程的建设，本文就以分析生态水利工程的基本设计原则为题，探讨生态水利工程的优点与建设原则。

1生态水利工程的基本概念

1.1生态水利工程简介

从名称可以看出，生态水利工程是与生态和水利工程都有关的一项工程，在传统的水利工程设计中，经常会出现对生态系统考虑不周到的问题，导致设计出来的水利工程在推动社会经济发展上起了很不错的作用，但在生态系统的维护上就不那么乐观了。随着科学的发展，为了解决传统水利工程的不足，水利工程在设计时就参考生态学的相关理论，使得水利工程中加入生态学的相关知识，进而使得水利工程与生态学相结合，这样就产生了一门全新的学科，那就是生态水利工程学。生态水利工程学是指在研究水利工程可以有效满足人类需求的前提下，兼顾水域环境生态系统的健康与可持续需求的理论和方法的工程学。

2生态水利工程的基本设计原则

2.1安全与经济性原则

任何工程都应该以工程的安全性原则作为第一原则，其次才是经济性原则。安全性原则是只这项水利工程在建成之后能够承受的自然灾害的能力，如洪水、风暴、极度严寒等自然灾害，由于水利工程的施工环境的影响，在进行水利工程设计时还要考虑河水的变化、底部河沙的移动、河水的侵蚀等因素，进而使得水利工程的设计变得更加的合理，使建造出来的水利工程经久耐用。经济性原则是指，由于生态水利工程建造的规模一般都比较大，规模越大，成本就越大，因此需要考虑的因素比较多，所需需要对各种因素进行考虑，制定不同的可实施的施工方案，并选择建造成本最低的方案，这样才有利于提高施工企业的经济效益。

2.2生态系统自组织和自我恢复原则

生态系统的自组织功能体现在生态系统的可持续性，通过自组织功能可以实现河流对于物种的自然选择，可以以保持各种生物于生态系统的友好关系，对比于传统的生态水利工程来说这可以说是一大创新。也就是说生态水利工程在满足传统水利工程所能提供的所有便利之外还能够进行自我恢复，使得在建造时被破坏的生态平衡在建成后还能够自我形成新的平衡，进而形成另一个完整的生态系统。

2.3最大程度保留河流环境多元化的原则

河流中除了水之外还有很多的动植物，建设水利工程时肯定会对这些动植物造成影响，极有可能会使河流中的某些生物没有生存的空间，因此在修建水利工程时应该要保障河流环境的多样化，使得河流里面不同的生物能够拥有生存的空间。河流生态环境的多样化不仅包括河流的水体环境，还包括了河流的土壤环境以及温度等气候环境。河流生态系统由水、气、固体三相相互作用形成的多样化生存环境，建造水利工程时会对河流的水流量、水质等产生影响，同时大坝是建造在河床之上，对于河床的地质条件也会产生影响，进而也会影响河流生态环境的多样化。随着水利工程建设的规模不断的增大，使得很多河流因为水利工程的建设使得其发生断流，河道改变，使得原本连续不断的河道变成了水库，导致河流走向单一化，对于某些需要回游进行繁殖的鱼类是十分不利的，这种情况长时间的不到改变的话会导致很多鱼类因为河流的改变而灭绝。因此为了避免这样的情况发生，在建造水利工程时要因地制宜，最大程度上保留河流原本的生态环境，为当地的物种提供生存和繁殖的环境。

2.4符合反馈调整式的设计原则

破坏生态系统的速度要远远比恢复生态系统的速度快得多，因此在建造完一项水利工程之后，当地的河流生态环境需要一个漫长的时间进行恢复，只有经历过较长的一段时间的恢复后才能使得当地的生态系统中的生物多样性、生态系统结构多样性等方面得到一定的恢复，只有当河流生态系统的结构多样化，才能够提高河流生态系统的抗逆性，才会有利于河流生态系统的稳定发展。在整个恢复的过程中，如果没有人类的干预，往往需要很长的年限，这会使得一些生物因此而灭绝，因为为了能够尽快使得生态系统恢复，人类可以通过河流环境的反馈信息进行相应的调整，进而加快恢复的进度。

3结论

人类在面对大自然的馈赠时要懂得感恩，不能够贪得无厌，就去现在的水利工程来说，建造水利工程无疑是会推动社会经济的发展的，但同时也会破坏自然环境，例如由于水利工程造成的洪涝灾害、水土流失等，很多鱼类天生是有回游产卵的习惯的，只有回到它出生的地方的那个环境才适合它们进行繁殖，而水利大坝的修建就会阻断它们回游的路径，使得它们在经历过大风大浪之后死在了拦河大坝之下，最后时间一久就会使这种物种走向灭绝，因此人类在设计水利工程时要结合生态学，建设全新的生态水利工程，以达到不破坏环境又能使人类受益的目的，这对于人类的可持续发展来说拥有很大的意义。

参考文献

[1]和谐社会离不开生态水利建设[J].王建立,薛青峰,张作记,安军.水利天地.2007(02)

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引言： 为努力实现生态环境保护和水利工程建设协调发展，我们需建设生态水利工程。当前我国的生态水利工程建设是基于原有技术基础之上，采用引进新兴的高科技环保技术和方案来完成对生态环境的保护。

 

1.在生态水利建设当中应该遵循的原则

 

1.1加强对水利工程所在地的河流生态系统的保护原则

 

生态水利工程是一项系统性、整体性的工程，在水利工程建设中既要科学化、合理化又要广泛涉及到各方面，需应对防洪、浇灌、供水、发电、航运等需求，也要兼顾生态系统的可持续性。建设生态水利工程既要把水利工程学原理与生态学原理相结合。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的的相关规定，以此来确保工程质量确保其顺利进展。工程设施必须符合相关设计标准，能够承受一系列自然灾害造成的影响。按照河流地貌学原理进行动态地探究河势变化规律，保证河流工程建设的质量，降低修复工程的次数几乎不同河流都有自己各自的生态环境特点，在进行河流生态环境保护的时候要具体问题具体分析，依据不同的生态环境特点采用不同的治理保护措施，从而更合理的确保河流生态环境质量。

 

1.2保护水体系统的完整性

 

水体系统由地表水和地下水构成，我们在对水体保护时要综合考虑多方面的因素，从而实现对水体的整体保护。

 

1.3要加强对水利工程周边生物物种的保护

 

在水利工程建设当中要符合生物多样性原则，为在水利工程建设中保护生物多样性，在工程开始建设之前要对当地环境和生物多样性进行调查。

 

1.4提高河流形态的空间异质性原则

 

为发展经济，我们不得不进行经济建设。由于不合理的工程建设，对河流带来不少污染，使河流生态环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。进行生态水利工程建设的目标是通过采取相关治理措施来保护生物的多样性，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，使其符合自然发展规律，最大限度的保护生物群落。

 

1.5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，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。

 

生态水利工程建设是基于传统的水利工程设计的基础上，通过应用现代科学技术，采用新的工程理念。使工程建设发展和生态环境保护相统一。

 

河流生态修复规划和管理是在大规模、周期性长和可持续性的基础上进行，这样才能确保河流生态修复的高效率。整体性是指从生态系统的结构构造和性能出发，使生态系统各个要素交互结合，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法。

 

水域生态系统是一个大系统，当水域生态系统受到胁迫时，需要对各种造成因素进行综合性、整体性探究。其次，还要重视生物种群的基本生存条件。再者，由于河流生态系统和四周生态系统能随时进行能量传递和物质循环，一条河流的生态修复活动需要和周围流域的生态修复活动协调发展。最后，由于河流生态修复周期性长，需掌握好河流生态修复的时间尺度。河流生态修复是靠时间做工作的。对于河流生态修复项目要有长期预备，同时进行长期的监测和管理。

 

2.生态水利工程的作用和价值

 

2.1加强生态工水利工程建设可以对河床岸坡进行更加有力的保护

 

为确保生物多样性和生态和谐，我们需进行生态水利工程建设。在生态工程建设中采用更加生态环保的技术手段，对河床的岸坡进行更加合理的保护。此外还有加强材料的质量检验，确保河床稳固，从而避免由河床岸坡的局部透水造成河流堤岸的溃堤。所以采用生态水利工程可以对河流坡岸有更好的保护。

 

2.2生态水利工程建设可以保护河流生态环境的多样性

 

在生态水利工程建设的当中，需要事先对周边环境进行调查，然后根据调查的结果对水利工程的建设过程进行有效的技术改进。

 

2.3生态水利工程建设可以节约土地资源

 

因为事先对水利工程进行了综合性有效性的评估，所以采用生态水利工程建设可以缩小水利工程的面积覆盖范围，提高土地的有效利用率。而且减少水利工程的占地面积可以减少水利工程对生态环境的影响，从而实现对生态水利工程建设的目的。

 

3.水利工程对河流生态系统的影响

 

在享受水利工程对经济和社会带来巨大功能的同时，也要看到水利工程对河流生态系统造成的一些影响。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性能等，造成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。未来的水利工程应使社会经济需求和生态系统健康协调发展，使水利工程在满足人类社会需求的同时，确保水域生态系统的健康和可持续性。

 

4.对生态水利工程的经济合理性分析

 

应确保风险最小和效益最大化发展原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握，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。精质量高要求的完善做工

 

我们对生态水利工程建筑的材料质地和主体设计构造及工程外型设计有着高要求，以此来尽可能满足人们对生活环境品质的追求。

 

节能工程是重点，为贯彻落实可持续发展观，绿色生产，低耗能生产、提高资源的回收利用等节能方针，人们一直努力着。不仅在生活中要贯穿低碳节能理念，在生态水利工程建设中同样更应注意节能环保。合理利用材料资源，回收利用，这样不仅可以节约建筑成本更重要的是减少了资源的浪费和对生态环境的破害。最大限度的做好生态水利工程建设。

 

总结

 

篇7

引言

随着社会的不断发展，人们对于生态环境的关注逐渐提高，因为人们已经深刻意识到生态环境的重要性了。因此，水利工程生态环化已经成为了一个必然的趋势。生态水利工程就是基于这样一个大的环境而出现的新兴学科。因为，是一门新兴学科所以有很多方面的东西还在不断的探索和研制当中。但是我国还没有相关领域的研究，所以只能借鉴国外相关方面的研究经验，再结合我国自身的环境特点，研制出符合我国的生态水利工程技术，为我国人们造福的同时，还能尽最大努力减少对自然境的伤害。下面，将具体分析生态水利工程的重要性和规划设计的基本原则。

1.水利工程对生态环境造成的影响分析

水利工程的出发点是好的，为的是充分利用大自然资源，为人们造福。但是水利工程对于生态环境来说却是一把双刃剑，既有有利的一面，又有有害的一面，有很多时候都是坏处大于益处。下面将具体分析水利工程对于生态环境的利与弊。其中利处：第一点，可以通过对水资源的充分利用来代替其他自然资源，实现资源的转型，例如：水可以代替石油进行发电。第二点，谁可以改变局部环境，例如：在城市中建造一个小型的湖泊，来增加城市的美感，在暑期的时候还可以降低城市温度。第三点：可以增大水资源的利用率，在水资源过胜的时候把水储存起来，在用水的短缺的时候把水放出来。第四点，在一定程度上，可以防止水土流失，降低植被损害率。缺点主要有一下几点：第一点，大型水利工程往往会造成上游水平面上升，会淹没一些名胜古迹，造成历史文化流逝。第二点，下游水质容易发生改变，造成浮游生物的大量繁殖对水下生物产生致命影响。第三点，有一些鱼类是需要回到上游产卵的，因此，一些水利工程会阻碍这些鱼类的回游，造成物种的繁殖困难，最终灭绝。最后一点，大型的水利工程，容易引起当地地形的改变，极容易发生自然危害。

2.水利工程生态化的重要性

上面的文章中已经简短的介绍了水利工程生态化的重要性，但是没有具体分析。下面我们先来看看水利工程生态化对于这个时代的重要性。近些年来，我国经济发展十分迅速，随着而来的人类对于水资源的需求也不断的增大。为了满足现代人们的需求，我国开始在很多河流上大兴水利工程，满足人们日益增长的对供水、防洪、灌溉、发电、航运、渔业及旅游等方面的需求。同时，水利工程还能够促进当地经济的发展，推动社会的进步。对于自然环境的作用也不容小看，可以提高当地的防洪抗旱干能力，通过对水资源的调节，可以实现对水资源的最大利用，充分发挥河流的作用，为人们造福。由此可见水利工程生态化的重要性。

3.基于生态的水利工程设计的基本原则分析

基于生态的水利工程是一种综合性开发的工程，这种水利工程既要满足人们对于防洪、抗灾、灌溉等方面的需求，还要符合大自然可持续发展的规定，尽最大可能不伤害自然环境。因此，基于生态的水利工程在进行施工时就要遵守一些设计基本原则，下面我们来看看基于的生态水利工程都需要遵守哪些设计原则。

3.1基于生态水利工程的安全性和经济性原则

安全是所有工程的最基本的原则，只有一个安全的工程才能达到为人们服务的目标，而经济性则是施工单位一直在追求的终极目标。从名字上我们就可以看出，基于生态的水利工程的建设，必须满足生态学原理和工程力学原理，但是由于该项目的建设基础是在水，所以也要满足水文学原理。只有在设计和施工的时候，同时满足这些原理，才能最大程度的保证工程的安全性和经济性。具体应该考虑的方面包括：河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征，动态地研究河流流势变化规律，保证河流修复工程的稳定性。对基于生态水利工程的经济合理性分析，应遵循投入最小而经济效益和生态效益最大的原则。

3.2生态环境的自我恢复原则

生态系统是脆弱的也是坚强的，为什么这么说呢，因为生态环境十分脆弱，一旦遭受到破坏很难恢复，所以是脆弱的。但是，由于生态环境已经经过了历史的洗礼，在遭受破坏的时候已经能够自我修复了，所以是坚强的。正因为这种坚强性，这种自我恢复能力，所以，我们在施工时只要不造成过大的破坏，就不会对当地的自然环境长生难以挽回的破坏，只要我们保证植被的种群足够发展，就可以让生态环境重生。同时，我们也可以引进一些适应改变后的自然环境的外来物种来弥补我们对当地自然环境的破坏，但是一定要十分小心，要明确物种之间的那种相互制衡的关系，切勿引进来一种霸王物种，导致更可怕的后果。

3.3基于生态的水利工程景观尺度及整体性原则

水利工程的施工地点多是河流旁，而河流这种河流生态系统是一个复杂的系统，因此基于生态的水利施工的时候需要一个大规模的景观尺度设计原则，这个原则也建立在一个长远的、有利于整个河流生态系统发展的基础上，即，景观尺度整体性原则。所谓的整体性就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。同时我们也要清楚，河流生态系统的修复是一个长时间的事情，它的修复时间尺度很长，我们要做好充分额度准备，长时间来对待和处理这件事情，并不能急功近利，一蹴而就。同时，还要查阅当地的生态环境资料，最后形成一个最适合当地生态系统的景观整体性原则，从而让建筑与环境相互融合，构造出另一番独具特色的美景。

3.4反馈调整性原则

什么是反馈调整原则呢？指的就是，在工程施工结束后，要长期对当地的生态系进行监测，看看当地的生态系统是否恢复和恢复的情况怎么样。为什么要这么做呢？因为所有生态系统的演变都是经过了历史的洗礼，一旦遭到破坏，是很难修复的，就算能够修复，也不是一朝一夕的事情，而且，在修复的工程中很容易因为天气环境的变化，造成环境修复失败的后果。所以，反馈调整性原则是一个十分重要的原则，它是生态系统是否修复成功的最后一步，也是最长久的一步。它会时刻的关注生态环境的一些细微的变化，以便可以及时的发现问题，然后采取补救措施，从而降低水利工程对于生态环境的影响。

4.结语：基于生态的水利工程这项技术的出现，可以说是对于环境保护的一个福音，也是对人们的造福。但是，再好的技术如果没有规范也很难发挥其自身的价值，所以基于生态的水利工程的规划设计基本原则是生态水利工程的领路人，没有规则的约束，就没有工程的顺利施工，也就达不到造福人类，造福自然环境的效果。希望相关水利部门，能够给予基于生态水利工程的规划设计基本原则足够的重视，让这些规则能够真正的发挥作用。

参考文献：

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中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：

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。

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。

4．生态防洪护坡创新中应重视的几个问题

(一)从政策上支持。长期的防洪护坡工程建设，人们已习惯于建设传统护坡。对于新技术和创新成果的推广，必然会遇到这样那样的阻力。因此，必须要有一定的政策支持，才能确保新一代护坡技术的广泛使用。

(二)既重视具体设计，又重视宏观视野。护坡设计看似简单，但要做出符合中国经济社会发展和时代要求的优秀方案，必须要将工程师、艺术家、经济师和环境保护部门的思维溶于一体。在具体设计中应对我国发展中应遵循的模式、能源消耗、矿产总量和污染排放处置等都要有一定的了解。

(三)重视科技创新。护坡是一种相对低技术含量的水利工程，如果大量引进采用国外产品，经济上极不合算。我国是一个治水历史悠久的国家，都江堰、灵渠、大运河等一批古代杰出水利工程都证明中国人具有无比的智慧。因此，我们要重视科技创新，充分调动水利科技工作者的积极性，开发出具有自主知识产权的新一代护坡产品。

(四)材料的创新是关键。河道堤防护坡工程建设耗废大量的块石、混凝土预制块或其他材料，其成本占工程总费用的比例大。因此，一定要重视护坡原材料、半成品生产的技术创新，加快开采、加工、运输各环节配套升级，制定既开放竞争、又保证规模生产的产业政策，将护坡工程技术发展的切入点定在半成品生产创新上。

(五)建设资源节约型护坡。受资源约束的矛盾日益突出，一些主要材料、能源、水、土地纷纷告缺，资源的利用和保护成为人民关注的焦点。1、重视可行性研究，减少硬化河道护坡。尽量避免河道混凝土护坡建后再拆，不如尽量少建或非工程措施解决，有些河段完全可以这样做。如：河岸凸凹不平，边坡土质抗冲刷能力强的河段；河岸滩较岸边坡平缓、植被生长良好的河段；土堤迎水坡在特大洪水年份也未发生浪坎等险情的河段。当然，硬化混凝土护坡对防洪来说是有利的，只有在工程措施和非工程措施上综合权衡利弊。对河道护坡工程进行科学、严谨的可行性研究，是实现资源节约的前提。2、开阔工程技术设计思路。采用何种形式的护坡来实现资源节约，仅从传统思想上进行优化创新这种可能性不大。必须开拓新的思路。首先，尽量减少可再生资源的使用量，其次考虑护坡的造价与使用年限。(1)尽量减少混凝土用量，优化采用天然石材，天然石材从经济及性能上看都具有优势。(2)提高预制混凝土构件的强度。强度提高了，可以阻止环境水的侵入，从而保证混凝土块的抗侵蚀性，增加了使用年限，使护坡的分摊成本小。

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。

6．结束语

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。

参考文献：

篇9

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.

[2]董哲仁.生态水工学的理论框架[J].水利学报,2003,(1):1~6.

[3]董哲仁.河流形态多样性与生物群落多样性[J].水利学报,2003,(11):1~7.

[4]Mitsch W.J.,Jorgensen S E..Ecological Engineering and EcosystemRestoration[M].Published by John Wiley&Sons,Inc.,Hoboken,NewJersey,2004:134~137.

[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.

[6]O’Neill R.V.,D.L.DeAngelis,J.B.Waide,et al.A Hierarchical Con-cept of Ecosystems[M].Princeton University Press,Princeton,NJ.1986:153.

篇10

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.

［2］董哲仁.生态水工学的理论框架［J］.水利学报，2003，（1）：1~6.

［3］董哲仁.河流形态多样性与生物群落多样性［J］.水利学报，2003，（11）：1~7.

［4］Mitsch W.J.，Jorgensen S E..Ecological Engineering and EcosystemRestoration［M］.Published by John Wiley&Sons，Inc.，Hoboken，NewJersey，2004：134~137.

［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.

［6］O’Neill R.V.，D.L.DeAngelis，J.B.Waide，et al.A Hierarchical Con－cept of Ecosystems［M］.Princeton University Press，Princeton，NJ.1986：153.

篇11

二、 几个基本原理的理解

1. 生态工程建设的目的就是遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济、生态效益同步发展。生态工程的建设应遵循以上五个原理，但不同的生态系统遵循的原理可以不同。

2. 整体性原理和系统整体性原理的比较

整体性原理指社会、经济、自然三方面协调统一，保障整个系统的稳定与平衡，例如林业建设中自然系统、社会系统与经济系统的关系问题，即种树的同时考虑经济收入、粮食、燃料等问题。

系统整体性原理指整体大于部分之和，即1+1＞2。目的是保持系统有很高的生产力，具体是指互利共生的生物体现系统整体性原理，如藻类和珊瑚虫、大豆和根瘤菌、地衣植物中藻类和真菌等。

3. 一些生态工程具体实例所用的原理见下表：

例1 下图为某综合发展生态工程示意图。请据图回答：

（1） 生态工程所遵循的基本原理有____

________、协调与平衡、___________和_____

_______、系统学和工程学原理等原理。该工程主要运用到的生态工程的基本原理有____________、____________和整体性原理。

（2） 蓝绿萍的代谢类型是__________，在生态系统中的地位是__________。

（3） 一般来说，生态工程的主要任务是对_________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。

（4） 在进行林业工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑贫困地区农民的生活问题，如粮食、烧柴以及收入等问题。以上做法依据的生态工程原理是______。单一的人工林比天然混合林的稳定性低，容易遭受害虫危害，这体现了生态工程的_____

_______原理。

解析 生态工程遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、物质循环再生和物种多样性、系统学和工程学原理等原理。

窦店村农村综合发展生态工程是以沼气工程为中心的物质多级循环利用工程：作物秸秆用来生产食用菌和饲料；饲料喂养家禽；人、畜粪尿作为原料生产沼气；沼液用于水产养殖业；沼渣为蔬菜施肥和喂养畜禽，从而达到了物质利用的良性循环，缓解了农村“三料”的缺乏问题，提高了土地产出水平；同时一些加工品和农产品可以输出到市场出售。因此该生态工程主要运用了物质循环再生原理、整体性原理和物种多样性原理。该生态工程以沼气工程为核心，农、林、牧、副、渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展；同时又降低了环境污染，促进了农村的可持续发展。

生态工程的主要任务是对已被破坏的生态环境进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。

答案 （1） 整体性 物质循环再生 物种多样性 物质循环再生原理 物种多样性原理

（2） 自养需氧型 生产者

（3） 已被破坏的生态环境（或受损的生态环境）

（4） 整体性原理 物种多样性

巩固训练

1. 澳洲草原广阔，天然牧草资源十分丰富。自1925年起，从印度和马来西亚引入当地没有的牛、羊等家畜，大力发展畜牧业。几年后，千万头牛的粪便覆盖了草场，牧草大量枯死，同时苍蝇蔓延，使澳洲草原生态系统处于崩溃的边缘。后来从亚洲引进蜣螂，它们把牛粪滚成团堆运到地下，既消除了牛粪又肥沃了土壤，还控制了苍蝇，有效地解决了生态危机问题，使澳洲草原又呈现生机勃勃的景象。

（1） 上述事实表明，在引进牛、羊前，各种生物之间的关系呈现___________状态。

（2） 从生态学的角度看，人们引进牛、羊的目的是___________________________。

（3） 引进牛、羊后导致生态危机的主要原因是_______________________________。

（4） 蜣螂是这个草原生态系统的______

____（功能类群）的重要成分。

（5） 以上事实说明，生态系统的自我调节能力是有_________________________。

（6） 引进牛、羊发生生态危机这一事实给人们的启示是人类的生产活动要________

______________。

（7） 最后结果给我们的启示是________

_____________________________________。

2. 如下图为“秸秆的多级利用”农业生态系统中能量流动和物质循环示意图。请回答下列问题：

（1） “秸秆的多级利用”充分体现了生态工程的_____________原理，最大限度地实现了物质的循环，减轻了燃烧秸秆造成的_____

________效应。

（2） 图中属于生产者的是__________；消费者是__________；分解者是__________。

（3） 在该农业生态系统中，物质经多次重复利用，提高了_______________。

参考答案

1. （1） 功能上的动态平衡

（2） 调整生态系统的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分

（3） 破坏了原有的食物链，导致生态平衡失调

（4） 分解者

（5） 一定限度的，如外来干扰超过了这个限度，生态平衡就会遭到破坏

（6） 遵循生态工程建设的协调与平衡原理

（7） 人类活动只有遵循协调与平衡原理及整体性原理，在原有平衡基础上，建立新的生态平衡，才能使生态效益与经济效益、社会效益共同发展

篇12

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