摘要：生態(tài)水利工程學(xué)是水利工程學(xué)與生態(tài)學(xué)相融合產(chǎn)生的新分支學(xué)科，目的是改進(jìn)和完善水利工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，有必要對傳統(tǒng)的水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行的理念與技術(shù)方法進(jìn)行反思，進(jìn)一步吸收生態(tài)學(xué)的理論知識，探索與生態(tài)友好的水利水電工程技術(shù)體系，這是實(shí)現(xiàn)與自然和諧相處目標(biāo)的時代需求。
　　關(guān)鍵詞：水利工程；生態(tài)水利工程；設(shè)計(jì)原則；探討
　　自人類進(jìn)入文明時代以來，水利工程就一直在為人類經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)服務(wù)。水利工程對現(xiàn)代社會的經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展有著無可替代的作用，在防洪、灌溉、發(fā)電、供水、航運(yùn)、養(yǎng)殖和旅游等諸多方面對于保障社會安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。然而水利水電工程設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行，對于河流生態(tài)系統(tǒng)也有著雙重影響：筑壩形成水庫，雖然為干旱、半干旱地區(qū)的植被和生物提供了較為穩(wěn)定的水源，但是對河流生態(tài)系統(tǒng)形成了負(fù)面影響。生態(tài)水利工程就是以實(shí)現(xiàn)人與水和諧相處為目的，使水利工程服務(wù)于生態(tài)系統(tǒng)的健康維持與恢復(fù)，是未來水利工程發(fā)展的一個重要方向。
　　1生態(tài)水利工程學(xué)的內(nèi)涵
　　1.1傳統(tǒng)意義的水利工程學(xué)
　　傳統(tǒng)意義上的水利工程可以簡單理解為人類為實(shí)現(xiàn)水資源的再分配和水資源的利用而采取的工程措施或行為。水利工程最初主要用來為人類：①解決防洪問題(如修建防洪堤、水庫)；②提供穩(wěn)定的水源(如修建水庫、打井)；③減緩或去除農(nóng)作物旱澇漬災(zāi)害(如修建提水泵站、排水溝、灌溉渠道等)；④提供清潔能源(修建水電站)；⑤提供水利旅游景點(diǎn)(如修建水庫、人工湖泊等)，這主要體現(xiàn)了水利工程的資源、經(jīng)濟(jì)與社會性。
　　1.2生態(tài)水利工程學(xué)的概念
　　生態(tài)水利工程學(xué)(eco-hydraulicengineering)作為水利工程學(xué)的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求的原理和技術(shù)方法的工程學(xué)。它包含以下4個方面的科學(xué)內(nèi)涵：①生態(tài)水利工程的開發(fā)應(yīng)強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的自組織原理。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)當(dāng)將生態(tài)系統(tǒng)健康過程的維持置于重要位置，并作為設(shè)計(jì)制約因子，使水利工程能滿足適宜的生態(tài)水文過程要求；②生態(tài)水利工程強(qiáng)調(diào)施工過程的環(huán)境友好性，防止在施工過程中造成巨大的環(huán)境成本付出；③生態(tài)水利工程更強(qiáng)調(diào)基于生態(tài)需水規(guī)律的運(yùn)行管理。如水庫要有效地發(fā)揮其生態(tài)功能，可能需要一個符合下游生態(tài)需水規(guī)律的水資源調(diào)配方案與制度；④生態(tài)水利工程選址或布局，強(qiáng)調(diào)工程生態(tài)負(fù)面影響最小化原則。這可能是生態(tài)工程最難以操作的一個內(nèi)容，但又是最為關(guān)鍵的一個方面，需要基于系統(tǒng)多目標(biāo)決策方法與技術(shù)進(jìn)行科學(xué)比選。
　　2生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)面臨的主要問題
　　水利工程必然會干擾水量與水質(zhì)的時空變化過程，而生態(tài)水利工程防止了工程作用下的生態(tài)過程發(fā)生根本性變化。嚴(yán)格來講，基于一個流域，天然的水文過程對維持其流域的生態(tài)過程是最好的。流域內(nèi)由于人類的存在，使資源按最有利于人類發(fā)展的方向配置，這正是最初水利工程設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。生態(tài)水利工程充分考慮了生態(tài)的自組織規(guī)律，試圖在開發(fā)、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理過程中充分降低或回避對生態(tài)的負(fù)面影響，但事實(shí)上，生態(tài)水利工程從開發(fā)到工程實(shí)體付諸使用還面臨著諸多的問題。
　　2.1缺乏基于不同區(qū)域的生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)方法與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
　　 生態(tài)水利工程對服務(wù)目標(biāo)具有特定性和地域性。由于生態(tài)系統(tǒng)存在地理區(qū)域的差異，因此決定了具體的生態(tài)水利工程也具有因地制宜的特征。當(dāng)前，對生態(tài)水利工程的功能有一些理論評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)方法。但對于一個具體的生態(tài)水利工程實(shí)踐缺少可操作性的評價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)。這與當(dāng)前水利工程對生態(tài)影響的科學(xué)研究工作開展得較少和相應(yīng)科研成果積累較少有關(guān)。水利工程由于涉及工程力學(xué)的穩(wěn)定性與安全性，因此國家對水利工程結(jié)構(gòu)建筑物執(zhí)行了一系列的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，但缺少足夠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范工程的生態(tài)服務(wù)目標(biāo)。
　　2.2水利工程設(shè)計(jì)人員與生態(tài)科技工作者缺少合作的機(jī)會與機(jī)制
　　水利工程設(shè)計(jì)人員基于流域生態(tài)需水規(guī)律來進(jìn)行設(shè)計(jì)的意識不強(qiáng)，將生態(tài)服務(wù)目標(biāo)作為常規(guī)設(shè)計(jì)要素考慮的意識還不普及。在水利工程可行性研究階段，環(huán)境影響評價(jià)工作往往介入較晚，大部分是在水利工程可行性研究方案確認(rèn)后才進(jìn)行環(huán)境影響評價(jià)，加上當(dāng)前我國環(huán)境評價(jià)管理制度與環(huán)境影響評價(jià)咨詢市場還不完善、不規(guī)范，環(huán)境評價(jià)單位替業(yè)主考慮得較多，對生態(tài)目標(biāo)考慮得相對較少，有的甚至隱瞞工程真正的生態(tài)影響后果，導(dǎo)致許多水利工程的生態(tài)效益不明顯，負(fù)面影響相當(dāng)突出。水利工程設(shè)計(jì)人員與生態(tài)環(huán)境科技工作者缺少合作的機(jī)會與機(jī)制，生態(tài)水利工程的開發(fā)與設(shè)計(jì)相對滯后。
　　2.3生態(tài)水利工程與原有水利工程設(shè)施難以協(xié)調(diào)運(yùn)行
　　在一個流域內(nèi)，新的生態(tài)水利工程可能要在原有水利工程設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和優(yōu)化設(shè)計(jì)。如白洋淀濕地供水工程、扎龍濕地補(bǔ)水工程、洪河國家自然保護(hù)區(qū)水資源恢復(fù)工程等生態(tài)水利工程，均要借助原有水利工程設(shè)施，合理科學(xué)地配置一些分水工程和蓄水工程對區(qū)域來水量進(jìn)行重新分配或?qū)λ�的去向進(jìn)行重新調(diào)整等。生態(tài)水利工程的介入必然會影響原來水利工程設(shè)施的服務(wù)對象與功能，如原來工程的防洪排水標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)電效能、灌溉功能等，甚至?xí)�給原有水利工程的安全運(yùn)行帶來一些風(fēng)險(xiǎn)。由于原有水利工程與生態(tài)水利工程最為顯著的差異是服務(wù)目標(biāo)與功能的差異，因此有必要在開發(fā)生態(tài)水利工程的同時，對原有水利工程的服務(wù)目標(biāo)與功能進(jìn)行適度調(diào)整。所以，如何實(shí)現(xiàn)生態(tài)水利工程與原有水利工程設(shè)施的協(xié)調(diào)運(yùn)行，是生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)應(yīng)全面系統(tǒng)考慮的問題。
　　2.4生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)缺少生態(tài)水文測驗(yàn)資料
　　如果不能從水文測驗(yàn)站的觀測資料去分析水文過程對生態(tài)過程的正負(fù)影響機(jī)理，就很難基于生態(tài)系統(tǒng)的自組織規(guī)律尋求生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)理論、方法與技術(shù)參數(shù)。當(dāng)前，我國水文測驗(yàn)工作相對落后，水文測驗(yàn)站還不能適應(yīng)當(dāng)前生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)對資料的需求。目前有關(guān)生態(tài)水文站方面的設(shè)計(jì)與布局在我國還未正式開展，國內(nèi)也少有報(bào)道。
　　3生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)基本理論和方法
　　近20年來，隨著生態(tài)學(xué)的發(fā)展，人們對于河流治理有了新的認(rèn)識，認(rèn)識到水利工程除了要滿足人類社會的需求外，還要滿足維護(hù)生物多樣性的需求，相應(yīng)發(fā)展了生態(tài)工程技術(shù)和理論。生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下3個方面的理論與技術(shù)路線。
　　3.1以生態(tài)水文與工程水文為基礎(chǔ)進(jìn)行水文過程的分析與計(jì)算
　　將生態(tài)水文學(xué)應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)在當(dāng)前還較少見。這可能與從事生態(tài)水文的科技工作者不從事實(shí)際水利工程的設(shè)計(jì)有關(guān)。但今后應(yīng)當(dāng)高度重視生態(tài)水文學(xué)與工程水文學(xué)的結(jié)合，這樣才能為生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。因?yàn)樯鷳B(tài)水利工程的服務(wù)對象比較廣，往往同時涉及濕地、林業(yè)、草原、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和江河湖泊等生態(tài)用水和工業(yè)、城鎮(zhèn)、消防、居民等經(jīng)濟(jì)社會生活用水，所以弄清楚生態(tài)目標(biāo)對水資源的時空要求規(guī)律，才能使生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上。
　　3.2應(yīng)識別工程可能影響的關(guān)鍵生態(tài)敏感目標(biāo)
　　生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)能準(zhǔn)確識別受工程直接或間接影響的生態(tài)目標(biāo)，并在工程規(guī)劃階段給予充分考慮。但當(dāng)前在許多水利工程的設(shè)計(jì)中很少或沒有對流域生態(tài)敏感點(diǎn)加以考慮。又如三江平原早期實(shí)施的防洪治澇工程中，有的地方出現(xiàn)了跨流域排水，如濃鴨截洪總干(1988年建成)使?jié)饨�上游的來水�?jīng)鴨綠河流域進(jìn)入了黑龍江，而不是沿濃江中下游下泄，進(jìn)入大力加湖水庫再進(jìn)入黑龍江，這使得中游的洪河國家級自然保護(hù)區(qū)濕地因減少730km2地表徑流的匯入，而使其水資源明顯退化，這些均與當(dāng)時沒有考慮生態(tài)敏感點(diǎn)有直接的關(guān)系。
　　3.3生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)要與環(huán)境工程設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合
　　生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分吸收環(huán)境科學(xué)與工程的理論和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水量與水質(zhì)同步科學(xué)配置的目的，尤其是應(yīng)與水污染防治工程進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。由于水利工程作用的水量一般較大且具有明顯的季節(jié)性變化，所以生態(tài)水利工程的設(shè)計(jì)可能使得其設(shè)計(jì)與實(shí)施存在較大的挑戰(zhàn)與阻力。為了減緩旱田排水挾帶泥沙或污染物進(jìn)入下游湖泊或天然濕地，可以在進(jìn)入湖泊或濕地的過渡帶設(shè)計(jì)生態(tài)處理溝渠或氧化塘。對于水田排水溝渠可以充分利用其生長季節(jié)蓄水，利用人工溝渠濕地對有機(jī)污染物質(zhì)進(jìn)行降解，其實(shí)，人工溝渠在蓄水狀況下，如果溝渠兩坡生長有水生植被，對水質(zhì)處理效果較為明顯。所以，在缺水地區(qū)種植水稻，特別是開采地下水種植水稻的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行以水量高效利用與水質(zhì)凈化為目的的生態(tài)水利工程設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)思路應(yīng)該來源于水污染的自然穩(wěn)定塘處理理論與工藝。所以，生態(tài)水利工程與水污染控制工程的結(jié)合是以后生態(tài)水利工程的一個重要發(fā)展方向。
　　4結(jié)語
　　當(dāng)前，我國正處在水利水電的建設(shè)高潮，探索和發(fā)展生態(tài)水利工程學(xué)，需要鼓勵多學(xué)科的合作與融合；需要積極借鑒發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，立足自主創(chuàng)新。同時還要不斷改進(jìn)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)理念和技術(shù)，在工程示范和實(shí)踐的基礎(chǔ)上提升理論，總結(jié)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，探索、發(fā)展與生態(tài)友好的水利工程技術(shù)體系。