生態(tài)水工學(xué)的理論框架二

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　　水工學(xué)需要與生態(tài)學(xué)結(jié)合

　　現(xiàn)在的水利工程學(xué)簡(jiǎn)稱水工學(xué)（Hydraulic？Engineering），是以對(duì)水流的控制為目標(biāo)建造水工建筑物，經(jīng)過計(jì)算設(shè)計(jì)，保證水工建筑物承載的安全性（強(qiáng)度、穩(wěn)定及耐久性），以滿足人們對(duì)于供水、防洪、水力發(fā)電、航運(yùn)等需求。

　　水利工程滿足了人們對(duì)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(gè)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(gè)在空間由人工設(shè)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(xiàn)，比如污水加入，水體的腐敗就將是時(shí)日早晚的問題。

　　具體地說，目前的水工學(xué)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(zhǎng)期的演變過程中，河流的河勢(shì)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(dāng)人們?yōu)榱朔篮樾枰驅(qū)恿鬟M(jìn)行開發(fā)時(shí)，往往將散亂狀態(tài)的河流集中成一條主流。對(duì)于彎曲的河流未經(jīng)充分論證而實(shí)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(duì)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(dǎo)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(huì)使其它動(dòng)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(xiàn)均一化傾向。這些都可能使生物群落失去棲息生長(zhǎng)的條件。需要強(qiáng)調(diào)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(huì)在不同程度上對(duì)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(jī)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(fù)。

　?。?）渠道或改造過的河道斷面、江河堤防迎水坡面采用硬質(zhì)材料，如混凝土、漿砌塊石等，使得植物難以生長(zhǎng)，進(jìn)而又影響到魚類、兩棲類動(dòng)物和昆蟲的棲息，而這些動(dòng)物又是鳥類的食物，于是食物鏈就此中斷。

　?。?）人們?yōu)闋?zhēng)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(dòng)物生存提供方便。淺灘又為魚類產(chǎn)卵提供棲息地。

　?。?）水庫(kù)建成后，有時(shí)忽略了庫(kù)區(qū)的植被建設(shè)，特別是忽略了恢復(fù)原有陸生及水生植物，為魚類、鳥類及兩棲動(dòng)物的棲息與繁殖提供條件。

　　（6）城市為建筑停車場(chǎng)，采用了大量瀝青或混凝土的硬質(zhì)不透水路面，不但植物無法生長(zhǎng)，也隔斷了補(bǔ)給地下水的通道。

　　（7）在城市水域整治的景觀建設(shè)中，往往將水流置于諸如樓臺(tái)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(xué)價(jià)值，失去了在自然環(huán)境中生機(jī)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(jīng)成為全球共識(shí)的大背景下，傳統(tǒng)意義上的水工學(xué)需要革新，或者說在水工學(xué)的基礎(chǔ)上，吸收、融合生態(tài)學(xué)的理論，建立和發(fā)展新的工程學(xué)科，作為水工學(xué)的一個(gè)分支，不妨稱之為“生態(tài)水工學(xué)”。（英文是否可譯為？Ecological-Hydraulic？Engineering，簡(jiǎn)稱為？Eco-Hydraulic？Engineering）。

　　人與自然和諧共處是生態(tài)水工學(xué)的指導(dǎo)思想。未來的水利工程既能夠?qū)崿F(xiàn)人們期望的開發(fā)利用水的功能價(jià)值，又能兼顧建設(shè)一個(gè)健全的河流湖泊生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)利用。未來的水利工程不僅是滿足人們對(duì)水需求的工程，也是有利于改善和恢復(fù)健全的生態(tài)系統(tǒng)工程，是有利于環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展工程。

　　我們可以對(duì)生態(tài)水工學(xué)的框架作一些粗線條的設(shè)想：

　?。?）現(xiàn)有的水工學(xué)的理論基礎(chǔ)，除了規(guī)劃階段以水文學(xué)為基礎(chǔ)以外，主要是以水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土力學(xué)等工程力學(xué)為基礎(chǔ)。生態(tài)水工學(xué)則是以工程力學(xué)和生態(tài)學(xué)為其理論基礎(chǔ)。

　　（2）生態(tài)水工學(xué)運(yùn)用技術(shù)手段協(xié)調(diào)人們?cè)诠┧?、防洪、發(fā)電、航運(yùn)效益與生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)系。利用已建水利工程的調(diào)度、管理等手段，為江河湖庫(kù)的水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供支持。

　?。?）水工學(xué)中以滿足人對(duì)水的開發(fā)利用的需求為目標(biāo)，而在生態(tài)水工學(xué)中，在滿足人對(duì)水的開發(fā)利用的需求同時(shí)，還要兼顧水體本身存在于一個(gè)健全生態(tài)系統(tǒng)之中的需求。全面權(quán)衡滿足人的需求的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益之間的關(guān)系，正確把握兩種需求的尺度。有必要建立起工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)技術(shù)—生態(tài)環(huán)境效益評(píng)估指標(biāo)體系，改變現(xiàn)行單一的經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)估指標(biāo)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(yùn)移轉(zhuǎn)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(guān)系。

　?。?）除進(jìn)行常規(guī)的水文、地質(zhì)的測(cè)驗(yàn)勘查外，加強(qiáng)相關(guān)范圍的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查，重點(diǎn)是生物群落（動(dòng)物、植物、微生物）的歷史與現(xiàn)狀調(diào)查。

　?。?）在開發(fā)利用水流時(shí)，明確河流與其上下游、左右岸的生物群落處于一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)中，進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)。

　?。?）在對(duì)江河湖泊進(jìn)行開發(fā)的同時(shí)，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(fù)其多樣性，即保留或恢復(fù)濕地、河灣、急流和淺灘。

　　（8）為當(dāng)?shù)匾吧乃c陸生植物、魚類與鳥類等動(dòng)物的棲息繁衍提供方便條件，提供相應(yīng)的技術(shù)方法和工程材料。

　?。?）規(guī)劃設(shè)計(jì)有利于提高水體自凈能力的庫(kù)區(qū)或河岸、湖岸的植被種植和水生動(dòng)物的放養(yǎng)，在充分利用當(dāng)?shù)匾吧镂锓N的同時(shí)，慎重地引進(jìn)可以提高水體自凈能力的其它物種。

　　（10）水利工程設(shè)施要造成一種人與自然親近的環(huán)境，城市景觀設(shè)計(jì)注意保留江河湖泊天然的美學(xué)價(jià)值?，F(xiàn)代的景觀設(shè)計(jì)，應(yīng)更多地從建設(shè)一個(gè)健全的生態(tài)系統(tǒng)著眼，營(yíng)造一個(gè)取悅于生物群落的環(huán)境，滿足水對(duì)于一個(gè)健全生態(tài)系統(tǒng)的需求，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，人們也會(huì)從良好的環(huán)境中受益無窮。水利設(shè)施還要為公眾廣泛參與和對(duì)學(xué)生進(jìn)行環(huán)保教育創(chuàng)造條件。

　　水利工程結(jié)合生態(tài)建設(shè)，是一個(gè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在實(shí)踐上，要根據(jù)我國(guó)國(guó)情逐步實(shí)現(xiàn)，特別是依據(jù)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)不同發(fā)展階段以及不同地區(qū)的實(shí)際情況分步實(shí)施。但是，作為一門新興學(xué)科—生態(tài)水工學(xué)應(yīng)該超前開展研究。生態(tài)水工學(xué)是一門交叉學(xué)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(xué)研究、典型設(shè)計(jì)、工程示范、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和制定技術(shù)規(guī)范從而得到發(fā)展完善。在歐美、日、韓等國(guó)，撚胱勻磺捉?鬧魏庸こ虜理念已經(jīng)提出，一些示范性工程正在建設(shè)。其中包括新的河道整治工程設(shè)計(jì)，如可為魚類及動(dòng)物提供繁衍生息的空間的護(hù)岸工程設(shè)計(jì)、新型材料及新型過壩魚道；具有曝氣功能又有利于魚類產(chǎn)卵棲息的新型丁壩；為魚類和無脊椎動(dòng)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(shù)開發(fā)公司也應(yīng)運(yùn)而生，他們提供建筑產(chǎn)品，如用于堤防渠道護(hù)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(jìn)？展，說明以水利工程為骨干的河流湖泊生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)方興未艾。在這樣的背景下，生態(tài)水工學(xué)將有可能較為系統(tǒng)、更為科學(xué)地得到發(fā)展。