生态恢复与生态修复的区别范文

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[关键词]生态水利工程设计原则

生态水利工程学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。

一、水利工程与生态水利工程的区别

水利工程可以理解为人类通过工程措施或行为实现水资源的再分配和利用。水利工程最初的作用是防洪、提供稳定的水源、缓解或防止农作物旱涝渍灾害、提供清洁能源(修建水电站)和水利旅游景点等,这主要体现了水利工程的资源性、经济性与社会性。而生态水利工程则更强调水利工程的主要服务目标是生态。有学者认为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,则是对被严重干扰的河流进行生态修复。笔者认为生态水利工程是现代水利的标志,至少应包括以下两个方面的科学内涵:①生态水利工程的开发应有明确的生态服务目标与功能。在设计阶段,应当将生态系统健康过程的维持置于重要位置,并作为设计的制约因子,使水利工程能满足适宜的生态水文过程要求。②生态水利工程应强调工程选址、布局、施工过程的环境友好性与经济性。防止在工程实施过程中产生巨大的环境成本和经济成本,实现社会经济与生态保护的双赢。

二、生态水利工程规划设计的基本原则

2.1工程安全性和经济性原则

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。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稳定性。对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。

2.2保持和恢复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空间异质性存在正相关关系。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,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。

2.3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,某些与生态系统友好的物种,能够经受自然选择的考验,寻找到相应的能源与合适的环境条件。在这种情况下,生境就可以支持一个具有足够数量并能进行繁衍的种群。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1/2。在利用自设计理论时,需要注意充分利用乡土物种。引进外来物种时要持慎重态度,防止生物入侵。

2.4流域尺度及整体性原则

河流生态修复规划应该在流域尺度和长期的时间尺度上进行,而不是在河段或局部区域的空间尺度和短期的时间尺度上进行。所谓“整体性”是指从生态系统结构和功能出发,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。水域生态系统是一个大系统,其子系统包括生物系统、广义水文系统和工程设施系统。

2.5反馈调整式设计原则

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呈一种反馈调整式的设计方法。是按照“设计一执行(包括管理)一监测一评估一调整”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,需要在项目初期建立完善的监测系统,进行长期观测。同时还需要建立一套河流健康的评估体系,用以评估河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势

三、生态水利工程设计应遵循的理论与技术路线

3.1应以生态水文学与工程水文学作为工程设计的基础,进行水文过程的分析与计算。

因为生态水利工程的服务对象比较广,往往同时涉及湿地、林业、草原、农业、畜牧业和江河湖泊等生态用水和工业、城镇、消防、居民等经济生活用水,所以只有弄清生态目标对水资源的时空要求规律,生态水利工程的设计才能建立在科学的基础上。如由黑龙江农垦勘测设计研究院进行规划设计的“两江一湖”(黑龙江、乌苏里江和兴凯湖)干流沿岸灌区工程,其中提水灌区的开发与设计就是从生态水文学与工程水文学相结合的角度,充分考虑了在非灌溉期或灌溉空隙时间为湿地补水和利用灌区尾水给退化湿地进行补水的可行性,并对工程措施的技术经济可行性进行了充分论证,属于生态水利工程设计的一个实践。

3.2识别工程可能影响的关键生态敏感目标。

生态水利工程的设计应当能准确识别受工程直接或间接影响的生态目标,并在工程规划阶段予以充分考虑。但当前许多水利工程的设计很少或没有考虑流域生态敏感点。如三江国家级自然保护区湿地的水资源主要来自降水、上游来水(如别拉洪河和浓江)以及乌苏里江和黑龙江洪水期倒灌补充,所以上游来水的减少,会影响保护区湿地的水文过程。水文测验资料分析结果显示:由于别拉洪河上游开挖了许多人工排水渠道(如新开挖的别拉洪大排干),使上游来水直接排人挠力河和乌苏里江,没有经下游保护区进入乌苏里江。致使别拉洪流域流经三江国家级自然保护区的径流总量比1978年以前减少了约70%;挠力河流域在上游修建的龙头桥水库在非汛期(1～5月,l0～l2月)不向下泄流,根据多年水文数据分析,非汛期8个月的平均流量为4.22m3/s,经初步计算,与水库修建前相比,每年约减少下泄水量8700万m3,严重影响了下游的挠力河国家级湿地自然保护区。

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关键词：生态水利工程设计原则

一、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。

二、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。

三、生态水利工程的规划设计原则

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。

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、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。

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。

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］MitschW.J.，JorgensenSE.EcologicalEngineeringandEcosystemRestoration［M］.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’NeillR.V.，D.L.DeAngelis，J.B.Waide，etal.AHierarchicalCon－ceptofEcosystems［M］.PrincetonUniversityPress，Princeton，NJ.1986：153.

［7］GosselinkJ.G.LandscapeConservationinaforestedWetlandWater－shed［J］.Bioscience，1990，40：588~600.

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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-HydraulicEngineering）。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（spacialheterogeneity）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。

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”（Rivercorridor）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。

篇4

关键词：生态水利工程；规划设计；原则

中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：

一、建设生态水利工程的必要性

水利工程指具有防洪、排涝、河道整治、发电、灌溉、供水、航运、生态环境等单一功能或多种功能的兴利除害的工程，这就是传统的水利工程。传统的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。生态水利，就是按照生态学原理，遵循生态平衡规律的法则和要求建立起来的满足良性循环和可持续利用的水利体系，生态水利工程不仅需要满足工程本身的生态设计要求，又要满足整个流域水系的生态要求，或者说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。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（如防洪、河道整治工程），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、清洁生产和环境立法和资源管理一起，成为河流生态建设的主要手段。建设人类美好的生存环境和社会持续发展，需要生态水利工程。

二、当前生态水利工程设计工作面临的困难

1、生态水利工程设计缺乏基于不同区域的评价标准和设计方法

生态水利工程对于工程的服务目标具有明显的地域性区别，因为对于不同地区的生态环境来说它们都具有自己的特点，所以生态水利工程每个地区也应该具有不同的特点，必须因地制宜的进行设计和规划。对于我国的生态水利工程建设来说也有了一些大体的方法和设计标准，但是对于不同地区的工程来说就没有具体的设计指标和参考模式。因此，对于我国现阶段的生态水利工程的设计和建设来说还具有很大的问题，最主要的就是缺乏针对于不同地区生态环境特点的把握以及因地制宜的不同设计方案。

2、生态水利工程设计工作的目标和标准的确定比较难

对于生态水利工程来说其建设的目标和任务与原有单一的水利工程建设来说有所不同，它更加注意维护和保证生态环境的健康和发展，主要任务和目标就是实现人类和生态系统的和谐相处。所以基于这种特殊的任务，生态水利工程建设的第一步就是确定好设计的目标和建设标准，对于工程要达到的标准都要有一个具体的量化。目前我国的生态保护工作的目标还都处于定向描述的阶段，没有明确的目标和标准，也没有具体量化的一些要求，所以这也就给工程的预期目标和标准的建设以及工程的建设质量都带来了一定的困难。

3、生态水利工程设计缺少生态水文测验资料

对于工程的建设来说，一些前期必备的资料是必不可少的，生态水利工程建设依然如此。生态水文的测验资料是生态水利工程设计的关键和重要参考内容。如果不能从水文测验站的观测资料去分析水文过程对生态过程的正负影响机理，就很难基于生态系统的自组织规律寻求生态水利工程的设计理论、方法与技术参数。当前，我国水文测验工作相对落后，水文测验站还不能适应当前生态水利工程设计对资料的需求。有关生态水文站方面的设计与布局在我国还未正式开展，国内也少有报道，不过我国已经提高了对这方面工作的重视程度，经过一段时间的努力也会有一定的发展的。

4 生态水利工程设计技术人才匮乏、高水平的设计不易

不管对于什么类型的工程来说，人才都是工程建设中必不可少的关键组成部分。实现生态水利工程是水利工程和生态学的有机结合，需要生态水利工程的设计人员不仅具备水利工程设计的知识和经验，还要具备生态保护和生态恢复学的理论和知识。以往的人才培养目标和方向，使两者分属于不同的学科与专业，具有两方面综合知识和设计能力技术人才匮乏，加之生态水利工程的实践活动的经验缺乏，可以参考与借鉴的设计项目有限，难以保证生态水利工程的设计水平和质量。

三、生态水利工程基本设计规划原则

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，既要满足人类的需求，同时也要考虑可持续发展的要求。另外，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。

从生态水利工程的经济上分析，应准寻风险小效益大的基本原则，由于生态系统的演变方向是随机的，生态水利工程规划具有一定的风险，这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，应该合理的利用生态系统的恢复能力，力争以最小的投入获得最大收获的规划路线。

2、生态系统自设计、自我恢复原则

生态系统的自组织功能是其重要特征。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。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。

3、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。

同时，必须重视水域和生态环境的易变性、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。

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。河流生态修复长期的工作。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。

4、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。在河流工程项目按照设计执行以后，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。

结束语

生态水利工程是一门将生态学和工程学很好的结合在一起的一门学科，也是将人与自然和谐相处的思想很好的运用于实际的学科。因此在生态水利工程的设计过程中，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]宫玉焕.对生态水利工程规划设计基本原则的探讨[J].黑龙江科技信息，2013（04）

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关键词：生态水利工程；规划；设计；方法

中图分类号： G322 文献标识码： A

引言

生态水利工程在河流综合治理中既要满足防洪、灌溉、发电、航运等需求，又要兼顾水域生态系统健康与可持续性的需求。同时，生态水利工程必须符合水文学和河流动力学的规律，其所采用的标准应在规范规定的设计标准范围内。生态水利工程只要承受住外来侵蚀、冰冻、风暴、洪水等自然力荷载，就能确保工程设施的安全、稳定和耐久。

1、生态水利工程设计的理论和技术路线生态学的发展使人们对于河流治理有了更深入的认识,水利工程不但要满足人类社会防御洪水的需求,还要对河流生物多样性进行维护,由此使生态工程技术和理论在一定程度上得到了发展。生态水利工程规划设计应该遵循以下理论与技术路线。

1.1、水文过程的分析与计算要以工程水文和生态水文为基础目前，生态水文学应用于工程设计的情况还比较少，但其实应当重视结合工程水文学与生态水文学,因为这样能够为生态水利工程的设计提供一定的基础。掌握生态目标对水资源的时空要求与规律,可以使生态水利工程的设计有一定的科学性。

1.2、识别工程可能影响的关键生态敏感目标的因素 生态水利工程的设计在工程规划阶段，应该充分考虑保证其可以准确的识别受工程直接或间接影响的生态目标。但在目前的一些水利工程的设计中，比较少甚至没有对流域生态的敏感点进行全面考虑。

1.3、有机的结合生态水利工程的设计与环境工程设计生态水利工程的设计应该利用环境科学与工程的理论和技术有用的部分,有机的结合水污染防治工程，实现水质与水量同步科学配置。由于水利工程作用的水量通常比较大，并且具有明显的季节性变化,因此会增加生态水利工程的设计与实施的挑战与阻力。对于水田排水沟渠可以利用人工沟渠湿地对有机污染物质进行降解,充分利用其生长季节蓄水。人工沟渠在蓄水情况下,如果沟渠两坡生长有水生植被,那么对水质处理就会有比较明显的效果。可以说，生态水利工程与水污染控制工程的结合是生态水利工程未来一个重要的发展趋势。 

2、生态水利工程规划与设计的主要方法

2.1多样化布置堤线布置及堤型选择河流形态的多样化是生物物种多样化的前提，河流形态的均一化、规则化，会在一定程度上影响生物多样性。所以，针对有关情况，应当注重以下要点：在堤线布置原则中，补充说明应该尽量保留或恢复其分汊散乱或蜿蜒性状态，也就是保留或恢复河湾、急流、湿地和浅滩，同时保留江河湖泊原本的形态。 在布置堤防间距时，对行洪和生态保护要求与土地开发利用之间的矛盾要合理的进行处理，遵循宜宽则宽的原则，使河漫滩和河槽不但可以满足设计洪水行洪要求，还可以为生物的生长提供栖息地，使浅滩宽度和植被保持一定的空间，发挥河流的自净化功能。堤型的选择除了要满足工程滑动稳定和渗透稳定等的条件之外，还要与生态恢复或保护技术要求相结合，尽量采用当地缓坡和材料，保持河流的侧向联通性，为植被生长发育创造良好的条件。2.2、河流断面设计自然河流的横、纵断面有多样性的变化的特点。在浅滩与深潭相间的情况下，采用非规则断面，并在设计规范中，要使河道尽量要做到河床的非平坦化。这样可以增加与生物的亲和力，避免由于规则断面而导致流场的均一化，同时其有助于协调自然风景。在设计中，需要推广使用一些与非规则断面有关的水力学计算方法和计算机软件包以及配套的实用工具。2.3、岸坡防护水陆交错带是水域中植物繁茂发育地，它的存在至关重要。它为动物提供了的栖息、产卵、觅食的地方，同时也是水生、陆生动植物的生活迁移区。而在河流整治工程中，对生态系统影响最大的是水陆交错带的岸坡防护结构。所以，在对岸坡防护工程的设计是，应该重视人与自然和谐的生态建设要求，在满足工程安全的前提下，选择与周围自然景观协调的结构形式，保证景观和生态的护岸形式的多样化。在典型的岸坡防护结构中，要尽可能使用多孔混凝土构件和自然材质制成的柔性结构以及具有良好反滤和垫层结构的堆石，尽量避免使用如混凝土、浆砌块石等的硬质不透水的材料，为植物生长，两栖类动物、鱼类以及昆虫的栖息与繁殖创造良好的条件。2.4、景观建设水利工程设施要创造一种人与自然亲近的和谐环境，让公众广泛参与，并对儿童进行水环境保护教育。例如河流小型博物馆、水生态公园等。在城市水域整治的景观建设中，要注意保留江河湖泊天然的美学价值，避免将水流置于过多的亭台楼阁等混凝土与砌石形成的人工环境之中。

2.5、工程施工在工程施工中，要避开动植物发育期进行施工，重视施工期对生物栖息地的保护和恢复。对于特殊区域的物种，在进行施工时，要采取一些辅助保护的措施，例如它处养育的方法。取料场开挖后应进行适当处理，要求平整地形、合理设置排水以及改善有利于植被生长的条件，同时还要满足环境和美观方面的要求。料场区应与周围景观相一致，进行植被恢复。水利工程设计要尊重规划建设区域内的河流的地形地貌原理，开展河流纵断面及横断面上的设计，充分的考虑到河流内泥沙的运输移动、沉淀淤积、河床侵蚀及冲涮等较为显著的河流特点，确保所修复的河流工程的持久耐用性。2.6、工程管理应该做好前期的养护和后期的管理，这些管理主要包括监测、维护以及评估，同时积累经验和数据。这样可以保障工程效果，降低施工环境对生态系统的冲击，并延长生态工程的寿命。

3、提高生态水利工程规划与设计科学合理性的措施

3.1、完善并统一生态水利工程设计标准与规范

为了适应生态水利工程的需要，根据一些已经成功的生态水利工程设计实践的经验和相关的研究成果，结合区别特殊性和差别化，抓紧对现有的水利工程设计的相关规范和规程进行修改，增加生态水利工程设计的内容，编制完善生态水利工程设计的专门规范，统一全国的生态水利设计标准。

3.2、加强设计基础资料的真实与完善

水利工程设计受到生态、地质、环境等基础资料影响，基础资料的详实与否会影响到设计质量。因此，要对水利工程设计基础资料进行严格审查、复核，追求资料的真实性与可靠性。在水利、农业、林业及环保等环境与生态监测点应适当地增加生态观测内容，也可以根据资金和工程的需要增设相应的生态观测站点，以积累资料，保证资料的真实性，为以后的生态水利工程设计提供可靠的数据。

3.3 生态水利工程设计要考虑整体性原则

整体性的原则主要是从生态系统结构主体出发，掌握生态系统与各个生态因素的相互作用，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法，而不是仅仅考虑水文系统的修复问题。生态水利工程设计不仅要考虑生态系统有机环境的大环境及工程周边整体的水域系统，还要考虑所用材料和施工设施建成后的使用和后期的维护与管理，因此，生态水利工程的设计要充分考虑工程及生态环境等各方面的因素进行整体性设计。

结语

总而言之，水利工程的设计必须严格遵守基本规程规范，不断提高水利工程设计的技术水平和设计人员的事业心和责任感。只有这样，水利工程设计才能有更好的发展前景，才能更好地为社会服务。

参考文献：

篇6

关键词：水利工程 工程设计 生态理念

中图分类号：TV85 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0058-02

人类强烈干扰下垫面环境，使得全球水循环受人工侧支的影响越来越明显，导致水资源量分配不均。人类干扰下垫面环境中有一项重要内容是水利工程。当水利工程加剧了区域或流域水资源自然分配的不均一性时，容易导致一系列生态环境问题的出现，如修建水库或过量引提河流水资源导致河道下游缺水或断流、水生生物减少或水体自净能力下降、水体功能发生变化；湿地因生态流量减少而退化；大量引水导致水源水量减少，水质下降，维持原来水域食物网稳定的能力下降等。在种种水利工程所引发的生态环境问题不断出现、并严重危及区域经济社会的可持续发展时，人们开始全面、深入地审视水利工程给人类及生态所带来的效应。正是在这种背景下，生态水利工程被人们提上了议程。如何基于生态目标进行水利工程的设计，当前还有许多问题需要探讨。笔者结合工作实践，就有关生态水利工程设计方面的相关问题进行阐述。

1 水利工程与生态水利工程的区别

水利工程可以理解为人类通过工程措施或行为实现水资源的再分配和利用。水利工程最初的作用是防洪（如：修建防洪堤、水库）、提供稳定的水源（如：修建水库、打井）、缓解或防止农作物旱涝渍灾害（如：修建提水泵站、排水沟、灌溉渠道等）、提供清洁能源（修建水电站）和水利旅游景点（如：修建水库、人工湖泊等）等，这主要体现了水利工程的资源性、经济性与社会性。而生态水利工程则更强调水利工程的主要服务目标是生态。有学者认为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，则是对被严重干扰的河流进行生态修复。笔者认为生态水利工程是现代水利的标志，至少应包括以下两个方面的科学内涵：生态水利工程的开发应有明确的生态服务目标与功能。在设计阶段，应当将生态系统健康过程的维持置于重要位置，并作为设计的制约因子，使水利工程能满足适宜的生态水文过程要求。生态水利工程应强调工程选址、布局、施工过程的环境友好性与经济性。防止在工程实施过程中产生巨大的环境成本和经济成本，实现社会经济与生态保护的双赢。这是生态水利工程最难以操作的一个内容，同时又是最为关键的一个方面，需要基于系统的多目标决策方法与技术进行科学比选。

2 生态水利工程设计面临的主要问题

（如图1）水利工程必然会干扰水量与水质的时空变化过程，而生态水利工程防止了工程作用下的生态过程发生根本性变化。严格来讲，基于一个流域，天然的水文过程对维持其流域的生态过程是最好的。流域内由于人类的存在，使资源按最有利于人类发展的方向配置，这正是最初水利工程设计的出发点。生态水利工程充分考虑了生态的自组织规律，试图在开发、设计、施工和运行管理过程中充分降低或规避对生态的负面影响，但事实上，生态水利工程从开发到工程实体付诸使用还面临着诸多的问题。

2.1 缺乏基于不同区域的生态水利工程设计方法与评价标准

生态水利工程对服务目标具有特定性和地域性。由于生态系统存在地理区域的差异，因此决定了具体的生态水利工程也具有因地制宜的特征。当前，对生态水利工程的功能有一些理论评价指标和评价方法。但对于一个具体的生态水利工程实践缺少可操作性的评价方法与标准。这与当前水利工程对生态影响的科学研究工作开展得较少和相应科研成果积累较少有关。水利工程由于涉及工程力学的稳定性与安全性，因此国家对水利工程结构建筑物执行了一系列的强制性标准，但缺少足够的技术标准来规范工程的生态服务目标。

2.2 水利工程设计人员与生态科技工作者缺少合作的机会与机制

水利工程设计人员基于流域生态需水规律来进行设计的意识不强，将生态服务目标作为常规设计要素考虑的意识还不普及。在水利工程可行性研究阶段，环境影响评价工作往往介入较晚，大部分是在水利工程可行性研究方案确认后才进行环境影响评价，加上当前我国环境评价管理制度与环境影响评价咨询市场还不完善、不规范，环境评价单位替业主考虑得较多，对生态目标考虑得相对较少，有的甚至隐瞒工程真正的生态影响后果，导致许多水利工程的生态效益不明显，负面影响相当突出。水利工程设计人员与生态环境科技工作者缺少合作的机会与机制，生态水利工程的开发与设计相对滞后。

2.3 生态水利工程与原有水利工程设施难以协调运行

在一个流域内，新的生态水利工程可能要在原有水利工程设施的基础上进行改造和优化设计。如白洋淀湿地供水工程、扎龙湿地补水工程、洪河国家自然保护区水资源恢复工程等生态水利工程，均要借助原有水利工程设施，合理科学地配置一些分水工程和蓄水工程对区域来水量进行重新分配或对水的去向进行重新调整等。生态水利工程的介入必然会影响原来水利工程设施的服务对象与功能，如原来工程的防洪排水标准、发电效能、灌溉功能等，甚至会给原有水利工程的安全运行带来一些风险。由于原有水利工程与生态水利工程最为显著的差异是服务目标与功能的差异，因此有必要在开发生态水利工程的同时，对原有水利工程的服务目标与功能进行适度调整。所以，如何实现生态水利工程与原有水利工程设施的协调运行，是生态水利工程设计应全面系统考虑的问题。

3 生态水利工程设计应遵循的理论与技术路线

就生态水利工程的设计原则与理论，我国已有学者进行了卓有成效的探讨。如董哲仁曾提出生态水利工程的五项基本原则。笔者根据自身的工作实践与经验认为生态水利工程设计还应遵循以下3个方面的理论与技术路线。

3.1 应以生态水文学与工程水文学作为工程设计的基础，进行水文过程的分析与计算

重视生态水文学与工程水文学的结合，这样才能为生态水利工程的设计提供基础。因为生态水利工程的服务对象比较广，往往同时涉及湿地、林业、草原、农业、畜牧业和江河湖泊等生态用水和工业、城镇、消防、居民等经济生活用水，所以只有弄清生态目标对水资源的时空要求规律，生态水利工程的设计才能建立在科学的基础上。如由黑龙江农垦勘测设计研究院进行规划设计的/两江一湖（黑龙江、乌苏里江和兴凯湖）干流沿岸灌区工程，其中提水灌区的开发与设计就是从生态水文学与工程水文学相结合的角度，充分考虑了在非灌溉期或灌溉空隙时间为湿地补水和利用灌区尾水给退化湿地进行补水的可行性，并对工程措施的技术经济可行性进行了充分论证，属于生态水利工程设计的一个实践。

3.2 识别工程可能影响的关键生态敏感目标

生态水利工程的设计应当能准确识别受工程直接或间接影响的生态目标，并在工程规划阶段予以充分考虑。但当前许多水利工程的设计很少或没有考虑流域生态敏感点。如：三江国家级自然保护区湿地的水资源主要来自降水、上游来水（如：别拉洪河和浓江）以及乌苏里江和黑龙江洪水期倒灌补充，所以上游来水的减少，会影响保护区湿地的水文过程。水文测验资料分析结果显示：由于别拉洪河上游开挖了许多人工排水渠道（如：新开挖的别拉洪大排干），使上游来水直接排入挠力河和乌苏里江，没有经下游保护区进入乌苏里江。致使别拉洪流域流经三江国家级自然保护区的径流总量比1978年以前减少了约70%；挠力河流域在上游修建的龙头桥水库在非汛期（1～5月，10～12月）不向下泄流，根据多年水文数据分析，非汛期8个月的平均流量为4122 m3/s，经初步计算，与水库修建前相比，每年约减少下泄水量8700万m3，严重影响了下游的挠力河国家级湿地自然保护区；在三江平原早期实施的防洪治涝工程中，有的地方跨流域排水，如1988年修建完成的浓鸭截洪总干使浓江中游的洪河国家级自然保护区湿地减少了730 km2的地表径流汇入，使其水资源明显退化[4]，这些均与当时没有考虑生态敏感点有直接的关系。

3.3 生态水利工程的设计要与环境工程设计进行有机结合

生态水利工程的设计应当充分吸收环境科学与工程的理论与技术，实现水量与水质同步科学配置的目的。当前尤其是应与水污染防治工程进行有机结合，由于水利工程作用的水量一般较大且具有明显的季节性变化，使生态水利工程的设计与实施存在较大的挑战与阻力。如：黑龙江省扎龙湿地补水工程，虽然实现了连续几年的补水，但由于水质不符合湿地水质要求，导致湿地水域中底栖生物明显减少，部分物种消失，一些迁徙水禽不在此处停留。为了减少旱田排水挟带泥沙或污染物进入下游湖泊或天然湿地，可以在进入湖泊或湿地的过渡带设计生态处理沟渠或氧化塘。而水田排水沟渠可以在植物生长季节充分蓄水，利用人工沟渠湿地对有机污染物质进行降解。在缺水地区种植水稻，特别是在开采地下水种植水稻的地区，应当进行以水量高效利用与水质净化为目的的生态水利工程设计。而这种设计思路来源于水污染的自然稳定塘处理理论与工艺。因此，生态水利工程与水污染控制工程的结合是今后生态水利工程的一个重要发展方向。

参考文献

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[5] 董哲仁.探索生态水利工程学[J].中国工程科学，2007（1）.

[6] 王传兵，刘强，苏秦，等.树立科学发展观，实施生态水利工程[J].海峡科学，2007（2）.

[7] 余兴明.生态水利工程的设计原则[J].中国水运：理论版，2008（1）.

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关键词：生态；水利工程；概念；基本原则；分析

中图分类号： TV 文献标识码： A 文章编号：

改革开放以来，特别是近些年来我国水资源利用形势日益严峻，但人们对水资源的需求程度却在不断高涨。在这样的背景下我国水利工程获得了迅猛复发展，水利工程建设对于缓解水资源紧张形势，对于保证人们的生产生活具有重要意义。

随着生态文明建设的不断深入，人们逐渐认识到了保护环境的重要性，在长期的生产实践中逐渐意识到了协调好经济建设与保护环境，两者的关系的重要性。传统的水利工程建设只是单纯地追求经济效益，却没有关注到社会效益，环境效益。在可持续发展理念深入人心的今天，在水利工程中实现经济效益与社会效益的双丰收，实现生态水利工程建设是时展的要求，也是施工企业实现长远发展的必然选择。

生态水利工程概述

生态水利工程主要是研究如何在水利工程建设中实现经济效益与环境效益双丰收，协调两者关系的学科。与传统的水利工程技术相比而言，它不再是单纯地追求经济效益，而是要实现人与自然的和谐相处。生态水利工程是一门新兴学科，它是在生态文明建设的推动下发展起来的一门专门规范水利工程的学科。生态水利工程是一门多学科，跨领域，综合性强的学科。传统的水利工程技术虽然也是多学科的交叉，但是其中并无生态环境方面的学科，与此相反，生态水利工程却是结合了部分生态学的理论基础和环境工程学的学科。

生态水利工程的主要任务是协调水利工程的经济效益与环境效益，用专业手法来对拟建水利工程造成的伤害进行预防，对已建水利工程项目的造成的损坏的处理和恢复。具体而言，就是要做到：为拟建的项目提供减轻环境影响的设计方法；对已建项目恢复生态环境提供专业技术；对水体进行专业化测评，为污染水体的防止提供专业方法。通过提供以上技术，水利施工过程中可以有效地恢复有原来水利工程建设造成的环境污染，对水体的自我净化，区域气候的调节，事故的预防具有重要意义。

我们对生态水利工程的探讨可以从实际应用与技术应用，这两个角度来进行考察。笔者认为从实际应用角度来观察生态水利工程就可以发现这一技术是对传统旧式生态水利工程的改造。在水利工程建设中生态水利工程要求尽量减少使用混凝土等人工产品，要减少水利工程对自然河道的渠道化。在建设过程中要最终实现周边整个生态环境不发生变化，不破坏水体本身的状态。从技术角度来考察生态水利工程就可以发现该工程实现了环境治理工艺与水利施工技术的有效结合，在施工过程中结合施工现场的实际特点，同时借鉴国内外先进经验，最终创建了一套具有自身特色的理论体系。高经济效益与低环境成本是生态水利工程的最为显著的一个特点。

生态水利工程的关键点

生态水利工程是我国未来水利工程建设的必然选择，做好生态水利工程建设对于我国水利事业的发展，保护环境具有重要意义。笔者结合多年的施工经验，认为要想实现生态水利工程必须要把握以下几个关键点：一是生态水利工程的目标是多元化的；二是在水利工程建设的时候要时刻注重环境保护；三是要科学设计生态水利工程的设计，规划与施工等工作；四是要充分认识到水利系统与生态系统两者之间的关系。

生态水利工程目标多元化，主要指的是在修建水利工程的时候不能单纯地考虑经济效益，还必须要考虑到生态系统的维护，在建设中要遵循生态学的规律，遵循水利工程的建设规律。时刻注重保护环境，无论是在水利工程建设还是后期运行过程中，工作人员必须要坚持可持续发展的理念。在建设过程中要满足人与自然和谐相处的要求，要实现水利系统的良性循环。科学做好生态水利工程的设计，规划与施工。生态水利工程中对环境污染最为严重的就是水利工程建设，在生态水利工程中实现科学设计与规划是减少环境污染的重要措施。充分认识水利系统与生态系统之间的关系。水利系统是生态系统的一部分，两者之间是相互影响的，完善优化水利系统是保证生态系统正常运行的关键。

生态水利工程的基本原则

在详细论述了生态树立工程的概念以及需要注意的关键点之后，我们就来向详细论述生态水利工程需要坚持的基本原则。笔者认为在生态水利工程建设过程中必须要坚持以下五个原则：一是要追求经济性与安全性；二是水利系统的环境多样性；三是周边流域的生态系统不被整体破坏；四是要建立及时有效的反馈机制；五是河流系统要具备自我修复功能。

（一）追求经济性与安全性。生态水利工程中最为重要的就是安全。在水利工程中保证安全施工，保证水利工程的质量是做好生态水利工程的关键。在设计过程中，设计人员要对水对建筑物的侵蚀作用，泥沙的搬运和堆积等作用要有清醒地认识。只有在保证水利工程的安全性的前提下，才能谈得上实现水利工程的其他功能。经济性是生态水利工程的又一个重要特征，生态水利工程与传统水利工程的一个显著区别就是生态水利工程要比传统的水利工程更加节省成本。在生态水利工程建设中必须要对经济合理性进行全面科学的分析，要坚持投入最小，经济效益与生态效益最大的原则。

（二）水利系统环境的多样性。生物学家经过对地区生物系统进行科学的考察，发现生态系统环境的多样性是生物物种多样性的重要原因，说白了就是自然环境日益多样化，那么生物物种就会越来越多，生态系统抵抗外力的能力也将得以增强。如果生态系统环境单一，那么生物物种也将会减少，食物链结构也将日趋简单。生态系统的单一化会对生态系统抵抗外力的能力造成影响。外界对生态系统的影响也将越来越大。同理水利系统也是这样的特点。在水利工程建设中实现水利系统环境的多样性有助于增强水利系统的抵抗外力的能力，最终达到保护经济效益的目的。

（三）周边流域生态系统不被整体破坏。生态水利工程周边的生态系统具有整体性，在传统的水利工程建设中，往往把水体分成功能不同的区域，没有用整体的观点对生态系统进行观察，在建设过程中严重破坏了周边流域生态系统的整体性。在今后的发展中水利人员要充分考虑查到生态系统各要素之间相互连接的关系，在建设过程中要尽量避免对水体原始状态的破坏，要维持好生态系统的整体性。

（四）建立及时有效的反馈机制。生态水利工程的最终目标是要建设一个健康的可持续的河流生态系统，要想实现这个目标就必须要建立及时有效的反馈机制。生态水利工程建设过程中，水利人员要建立生态系统评估与水利设施运行的反馈机制，生态水利工程的一个显著特点就是实现了对生态系统的实时监控，并及时反馈。

（五）注重自我修复功能的完善。生态系统的另一个显著特点就是自我修复功能。水利人员在建设过程中要严格按照生态系统的规律来对水系统进行优化，要与自然界的有机结合。我们追求人与自然的和谐相处，就要客观评价人力。在建设过程中切不可把人力绝对化。

随着生态文明建设的发展，实现水利工程的创新成了人们的必然选择。生态水利工程越来越成为人们关注的焦点，同时也成了水利工程企业追求的主要目标。本文详细介绍了生态水利工程的概念以及要坚持的原则。

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，2005（10）.

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[关键词] 矿区 生态环境

[中图分类号] X826 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-196-2

基金项目：2012年中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助。

自治区位于祖国的西南边疆，平均海拔高度在4000 m以上，素有“世界屋脊”和“世界第三极”之称。其主体即青藏高原，是我国典型的高寒脆弱区，地处世界最大的成矿带之一，阿尔卑斯―喜马拉雅成矿带的东段，地质构造独特，成矿条件优越，蕴藏着丰富的矿产资源，优势矿产资源包括铬、铜、钼、铅、锌、铁、金、银、盐湖资源等，多数为国家紧缺的矿种，是我国重要的矿产资源战略储备基地。目前，已发现的矿种有101种，有查明资源储量数据的矿种41种，矿产地近3000处。其中，铬、铜和盐湖锂矿资源储量居全国首位，鉴于铬、铜以及盐湖中的锂、钾等均为我国最主要的紧缺矿产，矿产资源的战略意义尤为凸显。

长期以来，矿产业发展落后，与其资源地位极不相称，但近年来，自治区矿业发展速度较快，在国民经济和社会发展中的地位越来越重要。矿产开发管理薄弱，多数矿山属于盲目投资建设、盲目开采，采矿方式原始，采矿工艺落后，大多露天开采零星分散矿产，而且只采富矿，资源利用效率和效益很低。这种粗放的矿产资源开发方式带来了诸多的生态环境问题，制约了矿区资源的可持续发展与利用。随着对的矿产资源开发力度的加大，矿山迹地环境问题日益突出。粗放式矿山开发遗留的大量矿山迹地，带来一系列的环境问题急需解决。矿山迹地也称矿山废弃地、采矿废弃地、矿区废弃地等，是指为采矿活动所破坏的，未经治理而无法使用的土地，包括露天采矿场、排土场、尾矿场、塌陷区以及受重金属污染而失去经济利用价值的土地等。本研究选取自治区的那曲地区为研究区域，试图阐明高寒脆弱区矿产资源开发对土壤、植被和水体的生态效应，为高寒脆弱区矿产资源开发生态保护和生态修复提供理论和技术支撑。

1研究区概况

那曲地区位于83°55'-95°5'E和29°55'-36°30'N之间，冈底斯山―念青唐古拉山主脊分水岭以北，昆仑山、唐古拉山以南，西与阿里地区为界，东缘与昌都地区毗邻，总面积达45多万平方公里。这里是长江和怒江的发源地，为青藏高原腹地。在综合自然区划上属羌塘高原高山草原带和怒江上游高山灌丛草甸带。那曲是一个具有地热资源、水利资源、湖泊资源、矿产资源丰富的地区，现已发现著名的藏北、藏南两大超基性岩带，蕴藏着丰富的与超基性岩有关的各种矿产，特别是我国急缺的矿种：金、铬、铜、钼、硼。目前，矿山已成为那曲地区社会经济发展的六大特色的支柱产业之一，成为了那曲地区重要的经济增长点。矿山的发展，还带动了那曲地区交通、能源等基础设施建设的发展。但同时也应看到，在大力发展矿产资源的同时，对当地的生态环境造成了很大的破坏，由于那曲处于高寒生态脆弱区，生态一旦破坏，恢复起来相当缓慢，甚至不可逆，所以很有必要对这一地区矿产资源开发的生态环境效应进行评价和研究，为高寒脆弱区矿产资源开发的生态保护和生态修复提供理论和技术支撑。

2研究方法

利用较高分辨率遥感数据，对选取的典型矿产资源开发区内的主要地物进行判读，并指出环境破坏程度不同的区域；然后根据遥感信息判读结果，在不同破坏方式和破坏程度的区域进行实地监测研究。

为了调查矿产资源开发对地形地质、土壤理化性质、植物多样性与生物量的影响，在那曲那木切砂金矿附近，选择未退化草地、退化草地和矿区草地，取1m×1m草地样方进行调查，记录草地类型、物种组成、植被盖度、地形、草地退化程度等，测定土壤含水量，同时取0～30cm的表层土壤样品以备室内分析，采用刈割法获取植物样方地上部分，取回实验室后置于65℃下烘干后称重，得到地上生物量；使用根钻获取群落根系，用淘洗法将根系与土壤分离，在65℃下烘干后称重，得到地下生物量。共取得有代表性的草地样方和土壤样品各30个，分别代表未退化草地、退化草地和矿区草地。

使用样方调查数据统计物种数并计算Shannon-Wiener指数作为群落物种多样性的表征。Shannon-Wiener指数（H）的计算方法为： 式中ni为第i个物种的株（丛）数，N为样方各物种株（丛）总数。

3矿产资源开发的生态环境效应

目前矿产资源开采生态环境效应的研究主要集中在水体、土壤（地质）、大气、植被和人类健康等5个方面。（1）矿产资源开采对水环境的影响主要体现为：地表河流和地下水污染，如矿山场滤液和有害物质流入河流，改变水质、硬度和pH值等；地下水水源枯竭。（2）矿产资源开发不仅破坏地质结构，导致地面沉降、地面塌陷和裂缝，还可能引起崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害；另外，矿产资源开发导致地表植被破坏和土壤的，引起土地沙化和水土流失[1]，有些矿产资源开发过程中还会形成土壤的重金属污染；（3）矿山开采后，长期暴露地表的固体废弃物在空气、水、太阳能和生物等的共同作用和影响下，将发生物理的和化学的变化，并使固体废弃物风化解体，形成碎屑、粘土和溶解物3类风化物质。这些物质在风力作用下，将产生风化扬尘，污染矿区大气环境。（4）矿区植被的破坏主要是由于矿山工业广场的建设、废弃物堆放、开山修路、地面塌陷与露天采矿剥离引起的。矿区的建设和生产改变了土地养分的初始条件，从而使植被生长量下降[2]。（5）矿山开采所引发的粉尘以及水体和土壤中的重金属污染都会影响人体健康[3]。

那曲矿产资源开发环境效应的特殊之处在于地处高寒脆弱区，生态环境脆弱，一旦破坏很难恢复。因此，有必要对研究区域内矿产资源开发造成的环境效应进行分析，为进一步的评价提供依据和对策。通过实地调查和遥感图像的解译与判读，在矿产资源开采活动中，对环境的影响主要表现在对区域地质地貌、土壤、生物多样性和生物量的影响。

3.1对区域地质地貌的影响

在采挖的过程中造成地面不均沉降，常引起地层变形，局部塌陷、生成不规则裂缝，此外大量废渣的堆放不仅占用大量土地，且形成局部人工地貌，破坏地表结构，易引起滑坡、地震、泥石流等次生地质灾害，对矿区生态坏境和工作人员的生命和健康造成威胁。且很多矿区开采之后没有治理和恢复地貌，任由废矿和废渣堆放，严重破坏了地表景观和当地的生态环境。露天开采在矿区形成众多大大小小的露天采坑，其中小者一般深几米至十几米不等，长和宽一般为20～40m，而大者深可达数十米，长达数百米。采坑开挖边坡高度2.5～30m不等，坡度一般在60°～85°，个别地段呈近直立状态，崩塌隐患严重。地面露天开采占用和扰动地表面积规模大，弃土弃渣数量多，这又为水土流失的形成提供了基础。

3.2对土壤的影响

采矿采挖的过程最直接的影响就是对土壤的影响，矿区的土壤大部分都会遭到毁灭性的影响，此外，产生的废液、废渣、废气会污染当地土壤环境，通过对矿区土样进行分析，发现土壤矿化度、酸碱度和重金属含量明显大于周边地区，污染严重，且土质退化严重，极易造成土壤贫瘠和风沙化。通过对未退化草地、退化草地和矿区草地土壤样品的分析，表明矿区土壤的碱解氮、全氮、有机质、速效钾、速效磷、粉粒和黏粒的含量低于未退化草地和退化草地，而砂粒含量则相比偏高。其中下降最为明显的是碱解氮和全氮，仅有未退化草地的约40%，退化最不明显的是速效钾，分别为未退化草地的82%和退化草地的95%。矿区由于人工开挖表层土壤和矿渣占压地表植被，优良河谷草场破坏殆尽，砂卵砾石。有机质含量高的河谷草甸土表层土壤，经过采金冲洗以及风化、侵蚀等作用，弃渣土层中的大量粘（壤）质成分、有机质成分随之流失，其毛细作用大大降低，土壤肥力降低、土质恶化。另外，矿渣中重金属含量较高，重金属随尾矿砂进入矿区周边土壤，土壤中绝大多数金属污染物都难以溶解，其生物有效性较低，植物难以吸收利用。同时由于受到因采矿引起水土流失的影响，矿区下游草场也受到影响，导致下游草地土壤沙化，草场退化。矿区地处高寒高海拔区，生态环境脆弱，生态系统的抗干扰能力弱，植被一经破坏，自然恢复极其困难。因此，在自然状态下，露天开采对植被的破坏往往是不可逆转的，由于露天开采造成的植被破坏很难恢复到原始状态。

3.3对植被和生物多样性的影响

采矿活动破坏了地表结构和土壤水体环境，也破坏了地表的植被，使植被面积减少，矿区周围群落的结构和功能发生变化，造成生境破碎和生物多样性受损，进而影响矿区植被群落的演替和生物多样性的构成。相比未退化草地，矿区草地的单位面积物种数降低了51%，Shannon-Wiener指数降低了39%，盖度降低了46%，生物量降低了34%。

4矿区生态保护与恢复建议

目前，我国矿区的生态重建主要在采矿造成的四种破坏类型上进行，即露天采矿场、废石场（排土场）、尾矿场（包括采煤中产生的矸石山）和地下开采造成的塌陷区。不同破坏类型的生态重建方式也有一定的区别。高寒脆弱区因其独特的高原气候和特殊的自然条件，其矿山迹地的环境治理有别于一般区域的治理经验。由于矿山矿体埋藏较浅，矿山多以地面露天开采为主，极少数为地下硐采，如砂金矿、铬铁矿、铁矿、铜矿、铅锌矿等，尤以砂金矿和铬铁矿露天开采留下的矿山迹地规模最大。粗放式矿山开发遗留的大量采坑和弃土弃渣等引发了一系列严重的社会及环境问题，增加了生态恢复难度[4]。针对于矿产资源开发引起的生态环境问题提出以下建议：

4.1生态安全战略对策，实施整体保护战略，建设国家生态公园

基于生态环境地位的重要生态环境的脆弱性和生态环境问题日趋突出的综合考虑，提出对生态环境应实施整体保护和重点开发的生态安全战略，把那曲的部分地区建成具有国际影响和世界水平的我国国家级生态公园。把国家生态公园的性质、任务及其管理的体制与机制的研究纳入国家科技发展战略。

4.2加大现有自然生态系统保护的力度

在国家生态公园框架下，对现有自然生态系统特别是关键、特殊自然生态系统类型实施重点保护的对策。加大高原高寒天然草地以及江河源区水源涵养和原始林保护的力度。

4.3加强实施生态安全战略的科学研究

重点开展如下内容的研究： 在生态环境不稳定性与敏感性评价与研究基础上，开展生态安全格局、生态系统健康诊断、生态功能效益价值判断的研究；研究生态安全等级划分和生态环境变化允许值的判定；建立生态安全评价指标体系和生态安全预警系统。

4.4矿业结构调整与优化

矿业结构关系到资源的合理利用，矿业环境的有效保护，矿业的可持续发展以及不同类型矿业企业的地位与作用由于自然地理交通能源条件较差，基础设施落后，矿业开发工作起步晚，起点低，部分矿山规模过小，设备简陋，技术落后，资源浪费的现象严重，致使矿业开发成本加大，矿业开发受到严重限制因此，要积极利用市场机制，通过联合开发的办法，提高矿业开发水平，积极引进和推广先进技术和工艺方法，提高矿业开发的效益，降低矿业开发成本，提高矿业开发的科技含量，对落后的采矿技术和选冶工艺要进行限制，加快自治区矿业开发的步伐逐步清理关闭生产工艺落后资源利用水平低下以及资源保证程度不足乱采滥挖浪费资源的矿山企业，减少企业数量，提高企业质量实现从粗放到集约的转变严格禁止工艺落后破坏环境浪费资源的区外矿业企业向区内转移，确保有效保护和合理开发利用矿产资源。

4.5建立和完善法规建设，健全监督管理体系

按照社会主义市场经济的要求，针对矿山环境保护的特点，在国家出台的矿山环境保护法律法规体系和技术标准体系下，针对实际情况，完善并制定相关实施办法，努力使矿山环境保护工作走上法制化制度化规范化和科学化的轨道，如矿山地质环境恢复保证金制度就很好地遏制了矿山业主的破坏行为大力查处破坏生态和污染环境的矿山企业，突出解决群众反映强烈的区域性生态破坏问题，遏制矿产资源开发过程中生态破坏和环境污染严重的趋势，改变矿山乱挖滥采浪费资源的现状，协调好矿产资源开发与环境保护的关系，为矿业经济作为支柱产业，实现高起点、规模化、规范化发展打好基础。

参考文献

[1]范英宏，陆兆华，程建龙，周忠轩，吴钢.中国煤矿区主要生态环境问题及生态重建技术[J].生态学报，2003，10：2144-2152.

[2]武强，薛东，连会青.矿山环境评价方法综述[J].水文地质工程地质，2005，03：84-88.

篇9

关键词：矿山；地质环境；恢复与保护；治理

Abstract: The mine ecological environment pollution and destruction is very serious, geological disaster ground subsidence, collapse, landslide, debris flow, water pollution, mine earthquake and other improper mining, to the state caused serious economic losses and endanger the safety of life and property. Do a good job of mine environmental geological environment is imminent, this paper mainly analyzes the protection of mine geological environment governance.

Key words: mine; geological environment; protection and restoration of governance

中图分类号：F416.1 文献标识码：文章编号

前言

目前我国矿山环境问题较多，突出表现在五个方面，即采矿活动破坏了大量耕地和建设用地；采矿诱发地质灾害；采矿使矿区水均衡遭受破坏，产生各种水环境问题；矿山开采中废气、粉尘、废渣排放，产生大气污染和酸雨；采矿破坏自然地貌景观，影响整个地区环境的完整性。矿山开发中“三废”的排放严重污染了矿山及周围地区的地质环境；矿山开发诱发的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害十分普遍；采矿活动使矿区周围水平衡系统遭受破坏。由此可见，我国矿山生态环境保护形式十分严峻！矿山环境治理工作势在必行！

1矿山地质环境治理原则

1.1以人为本、防灾减灾。所有的地质灾害，直接或间接的对矿山职工和矿区居民的生命财产安全构成威胁，因此矿山环境治理首先要保证矿区免遭矿山开发诱发的各种地质灾害的危害，达到防灾减灾的目的。

1.2因害设防、综合治理。针对矿山地质环境破坏的特点、方式、分布及危害程度，抓住重点和关键环节，因地制宜、因害设防，采取拦、排、护、整、填、植等方面的综合治理措施对矿山环境进行治理。

1.3注重效益、分期实施。矿山地质环境治理工程应遵循生态社会效益优先的同时，争取最大的经济效益。区别不同的矿山地质环境问题，采取不同的治理措施。同时根据资金情况、矿山地质环境问题的危害大小、轻重缓急，分期、分阶段进行治理。

1.4工程措施与生物措施相结合。矿山环境治理只有将工程措施与生物措施紧密结合，才能达到矿山环境治理的最终目标。各种工程措施只要配置合理，就能根治地质灾害。但其缺点是投资过大，而生物措施恰好弥补工程措施的缺点，其投资较小，能改善小气候的特点，使其广泛应用于矿山环境治理中。

2矿山地质环境恢复与保护措施

近几十年的矿业开采虽然对我国经济发展起到了巨大的促进作用，但是也对矿山环境造成了严重的破坏。针对我国矿山环境现状，加强我国矿山环境保护与治理，通过复合治理方式、拦、排、护、整、植等多种方式相结合的方法加快我国矿山环境治理与保护，对于我国生态环境保护有着重要的意义。

2.1加强矿业地质环境保护制度建设，推进我国矿山环境保护。为了更好的推进我国矿山环境保护工作的进行，首先有关部门要加强领导．通过对矿山环境保护制度的建设，促进我国矿山化境保护工作的实施。环境管理部门要充分认识到矿山环境保护工作的重要性，通过国家环境保护总局的监督职能、国土资源部具体环保工作的实施共同来履行我国地质环境保护与监督的工作，促进我国矿业地质环境保护与治理的实施。同时加强有关法规与制度的建设，从法律立法的角度，强化矿山环境保护工作的实施。

2.2加快我国矿业开发与环境保护人才培养，促进我国矿山地质环境保护工作的推进。矿山环境治理必须应用先进的科学技术来实施。加强科学技术在矿山环境保护中的应用，特别是要加强对矿山的综合利用和尾矿、煤矸石、矿渣等开发利用的科研投入和生产开发研究工作。这样既可减少环境地质问题，起到保护环境的作用，又可以避免资源浪费。另外还要通过高等教育专业人才培养以及对在职人员的再培训等方式加快我国矿山地质环境保护人才培养，促进我国矿山地质环境保护的实施。

2.3加快矿业“三废”回收利用技术的应用，促进矿山地质环境保护实施。在矿山开采过程中，对于“三废”的回收、利用，对于矿山地质环境保护有着重要意义。通过采用先进的采选技术和加工技术，提高矿山资源利用率，对于加快我国矿山环境保护有着重要的推动作用。

2.4关于矿山地质环境综合治理与防护的分析。在进行矿山地质环境治理与防护过程中要系统开展地质环境调查与研究，加强区内地质环境监测。建立政府引导，市场运作机制，治理区内环境。借鉴外国经验，加强国际合作，比如日本菱刈金矿矿山开发复耕绿化，保护环境的成功经验说明．高度机械化开采矿石，不仅节约人力以充分利用资源，还可以利用矿渣回填植树造林绿化环境，真正实现矿区乃至当地经济的可持续发展。加强科学技术研究和应用，推进矿山“清洁生产”，发展绿色矿业。加强矿山开采导致的滑坡、泥石流、地面塌陷，地裂缝等突发性地质灾害的防御和治理的研究。

3我国矿山环境治理与恢复的政策创新

3.1明确矿山企业的环境主体责任。我国矿山环境治理与恢复的思路，应该转变以政府为中心的治理模式，明确以企业为中心的治理模式。首先，矿山企业是矿山生态环境破坏的主要责任者。根据“谁污染、谁治理”的原则，企业应该成为矿山环境恢复与治理的主体。当然，在具体执行过程中，应该注意“谁污染，谁治理”是一个经济原则，而不是技术原则，因为有些污染问题不是单个企业能够从技术上治理的，而是一种经济上的补偿。第二，企业治理比政府治理具有更高的效率。因为企业清楚环境治理的成本与收益，以排污收费为例，理想的费率要求政府知道企业的边际环境成本曲线和边际收益曲线，而企业显然没有积极性将收益曲线告诉给政府，而政府要了解边际外部成本也非常复杂，因此，考虑到企业的负担，制定的排污费率比较低，也就导致一些企业“守法成本高，违法成本低”。第三，有利于促进企业进行技术革新。从表面上看，矿山企业为环境成本买单增加了企业的成本，而从长远和综合效益分析，企业的竞争力会更强。矿山企业不仅是生产者，而且也是技术创新的主要力量，如果不明确企业的治理主体责任，企业没有积极性主动进行环境保护技术或资源节约技术创新，只有当企业意识到这种创新所带来的利益超过其成本时，才是合理的。

3.2尽快建立矿山生态补偿机制。生态补偿作为一种保护生态环境的经济机制，在我国已经逐步得到研究和实践。2005年底通过的《国务院关于落实科学发展观加强环境保护工作的决定》和国家“十一五”规划纲要中都明确提出，要尽快建立生态补偿机制。2007年8月，国家环保总局出台了《关于开展生态补偿试点工作的指导意见》，将矿产资源开发的生态补偿作为四个试点领域之一。建立矿产资源开发的生态补偿机制，应该做好以下几方面：第一，明确生态补偿的主体。矿产资源开发生态补偿，具有破坏主体明确、责任具体等明显不同于其他领域生态补偿的特点。因此，一般来讲，矿产资源开发的生态补偿主体就是矿山企业，应严格按照“谁破坏，谁治理”的原则，明确矿山企业的环境治理责任。第二，制定科学的补偿标准。矿产资源开发造成的生态系统服务价值损失，是矿产资源开发生态补偿的理论依据。为此，应加强开展矿产资源开发的生态环境损失评估研究，为制定科学合理的补偿标准提供理论依据。另一方面，在实践中，矿产资源开发的生态补偿标准，可以通过机会成本法、替代成本法，甚至协商的方法进行确定.第三，创新生态补偿的形式。在开展生态补偿的过程中，其补偿形式应该多样化，既可以通过货币的方式对周边居民进行补偿，也可以通过土地复垦等方式恢复生态环境，还可以通过货币请政府或专业部门对环境进行恢复。

篇10

关键词：园林规划；竖向优化；设计；自然主体

“适宜”指的是合适、相称，而“减量”秉承的是最小化原则。强调竖向设计的“适宜”和“减量”需要在评价的基础上有的放矢、精确计算、进行设计，在达到设计目的的基础上施以最小化的扰动，以实现对环境的保护和投入的最优化。同时，还应当坚持土方就地平衡的原则。土方的就地平衡就是要达到设计范围内的土方平衡，尽量避免异地取土，审慎对待客土，这一原则在控制工程造价与生态环境恢复方面有重要的积极意义。

1设计要点

通过对风景园林规划设计范围整体进行生态敏感性评价后，划分出的生态敏感区域内植被、地形等均不宜被扰动。无游憩等活动的区域也无需进行调整，维持现状的存在具有更为积极的生态意义。但是其中部分坡度过陡、威胁到游览安全的区域可进行适度的人工干预，使其处于安全的状态，避免事故的发生。选址得出的生态敏感度较低、适宜建设的区域是提供游人活动的主要场所。在这些区域内，应根据空间营造、排水、栽植等设计需求，甄别出竖向需要优化或改造的范围。如:排水不良的低洼地;地形过于平坦，无起伏变化，美感度不突出的区域等等。风景园林规划设计中竖向设计的关键之一在于科学选择竖向需要调整的范围，并制定适宜的设计方案。适宜与减量也是景园环境与城市用地中竖向设计最大的区别所在。虽然城市环境中也强调对自然地形的利用，但是功能仍在设计处于绝对的优先地位。而景园环境中存在着大量的敏感地区，地形的扰动必须以保护为前提。同时，风景园林规划设计目的在于展现场所特色，对道路的坡度、标高，以及建筑物等没有严格的要求，而是强调随形就势、因高就低，因而竖向设计工作的“弹性”较大，便于系统内的平衡与优化。

2用例分析

竖向设计的结果最终由地表的形态呈现，因而与依附于地表存在的风景园林要素，如:道路、水系、建构筑物、场地、植物等关系极其密切。竖向设计需要满足以上这些要素的设计需求，是风景园林规划设计的重要组成部分。地形作为纽带将上述风景园林要素相互动态关联，并将系统性、动态性反映于土石方量的调配工作。在此结合江苏•福冈友好樱花园的竖向设计对这一工作的系统性加以阐释。江苏•福冈友好樱花园位于江苏省南京市钟山风景名胜区明孝陵景区，始建于19%年，原有面积20亩。每年有大量中日友好人士前来樱花园友谊交流，是南京著名的赏樱处，也是江苏与福冈两省县举行友好活动的重要场所。由于年久失修，园内景观呈现颓败之势，设施也己破败，根据甲方要求，提升樱花园景观并扩大面积至60余亩(约40000平方米)。笔者随导师参与了樱花园景观的提升工作，该项目的特点之一在于竖向设计，故在此作为案例加以展示。樱花园位于钟山南麓，本底为自然山地，园区内部北高南低，整体地形具有一定起伏，但局部场地平坦，缺乏空间变化。同时，园区内水系原为人工硬质驳岸，破损严重，不仅景观效果不佳，而且硬质池底存在严重渗漏，池水难以存续，池塘、沟渠干涸:而东部场地积涝，导致樱花长势不良。针对以上问题，该项目的设计重点之一在于利用竖向设计重新梳理山水关系。首先从水系入手，设计破除了原有的硬质驳岸及池底，疏浚、整理了园区水系形态。采用HDPE膜结合覆土，在解决了水量存蓄的同时栽种水生植物。通过自然驳岸的打造，在营造跌水、漫滩的优美水景。其次，营造局部的微地形。在自然驳岸改造同时，利用产生的土方进行水系周边微地形的营造，不仅解决排水不佳而导致的樱花长势不良的问题，还增加了空间层次，与整体山地大环境相呼应。

3结论

通过设立自然式道路排水暗沟，避免软质场地由于地形营造而导致的园区内道路积水。该项目通过系统化竖向设计，同时实现了水系营造、地形营建、排水梳理、栽植优化的多目标综合设计，可谓是“一举四得”。

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