二、水工学的不足与改善

　　现在的水利工程学简称水工学（Hydraulic Engineering）是以对水流的控制为目标建造水工建筑物，经过计算设计保证水工建筑物承载的安全性（强度、稳定及耐久性），以满足人们对于供水、防洪、水力发电、航运等的需求。

　　水利工程满足了人们对于水的各种不同的需求，但是水体自身的需求常被忽视。水的需求是它喜欢留在一个完整的、健全的生态系统之中。人们为了控制水流，或者改变了自然的水生态系统，或者把水从生态系统中分割出来，放到了一个在空间上由人工设定的特定的或规则的形状中，再用人工材料如混凝土、金属、塑料等材料为水体制作出的某种人工环境。当水体在改变的生态系统中或在某种人工环境中，水体脱离了生物群落，自净能力降低，稍有外界干扰因素的出现，比如污水加入，水体的腐败就将是时日早晚的问题。

　　我们不妨对目前的水工学需要改善的问题作些初步的讨论：

　　（1）治河工程常对河流形态的多样化重视不足。自然状态的河流多呈弯曲形状，也有不少自然状态的河流处于分岔散乱状态。在自然界长期的演变过程中，河流的河势也处于演变之中，使得弯曲与裁弯两种作用交替发生。但是弯曲或微弯是河流的主要形态。当人们为了防洪需要或对河流进行开发时，往往将散乱状态的河流集中成一条主流。对于弯曲的河流未经充分论证而实施裁弯取直工程，把河流自然状态的弯曲形状改变成直线或折线。其影响除了河段冲刷与淤积可能影响行洪外，也使自然河流中主流、浅滩和急流相间的格局改变。这导致浅滩中的湿地消失，而习性在急流中游泳或在浅滩产卵的鱼类减少甚至绝迹，也会使其他动植物种类减少。

　　（2）在自然河流的横断面上，浅滩与深潭相间，也显示出多样性的变化。改造过的河床常用输水性能好又便于施工的梯形断面等规则断面，使得水流流速均一化。另外，河道疏浚工程，往往忽视原有河道断面的生态合理性，也使得河道断面出现均一化倾向。这些都可能使生物群落失去栖息生长的条件。需要强调的是，河流形态的多样化是生物物种多样化的前提。河流形态的规则化、均一化，会在不同程度上对生物多样性造成影响。

　　（3）以往的治河工程着眼于河流本身，往往忽略了河流湖泊与岸上生态系统的有机联系，忽视了河流周围的生物群落的存在，也常常忽视了整治后原有生物群落的恢复。

　　（4）渠道或改造过的河道断面、江河堤防迎水坡面采用硬质材料，如混凝土、浆砌块石等，使得植物难以生长，进而又影响到鱼类、两栖类动物和昆虫的栖息，而这些动物又是鸟类的食物，于是食物链就此中断。

　　（5）人们为争取土地，江河两岸堤防间距缩窄，使得河流失去浅滩和湿地。浅滩具有曝气作用，使水净化，又增加氧气供给，为无脊椎动物生存提供方便，浅滩还为鱼类产卵提供栖息地。

　　（6）水库建成后，对库区的植被建设重视不够，特别是恢复原有陆生及水生植物，为鱼类、鸟类及两栖动物的栖息与繁殖提供条件。

　　（7）在城市化进程中，为建筑停车场，采用了大量沥青或混凝土的硬质不透水路面，不但植物无法生长，也隔断了补给地下水的通道。

　　（8）在城市水域整治的景观建设中，往往将水流置于诸如亭台楼阁等混凝土与砌石形成的人工环境之中，目的是使人们赏心悦目，取悦于人的感官。这种人工环境也使河流失去了自身的美学价值和生机勃勃的河流的生命。

　　三、人类与自然和谐的工程理念

　　1．水利工程建设面临的挑战

　　在2002年召开的讨论环境与发展的联合国约翰内斯堡峰会上，水问题被列为全球可持续发展五大问题之一，全球范围的水资源短缺、洪水威胁和饮水安全问题成为世界关注的焦点。为解决这些难题，世界各国特别是发展中国家计划建设不同类型的水利工程是一种不可避免的选择。但是，在不少国家，当某一项水利工程计划一旦提出，立即面临来自以环保组织为核心的非政府组织等强大的社会压力。主要反对意见是认为水利工程破坏了环境，改变了生态系统。这些批评往往带有很大的片面性，在权衡利弊得失方面失之偏颇。本来一项除水害、兴水利可持续发展的好项目往往在襁褓中夭折。在世界范围的频频发生的这种社会现象，不能不引起水利工程界的反思。随着我国社会经济的发展与进步，公众的社会参与程度会越来越高，新建水利工程的建设，有可能面临来自社会各方面的压力。在面对环境保护方面的批评，与其被动地解释说明水利工程的效益，不如主动地扩展与更新水利工程自身的工程理念，吸收来自环保、生物界合理的意见和建议。进一步讲，时至今日，传统意义上的水工学需要革新，或者说在水工学的基础上，吸收、融合生态学的理论，建立和发展新的工程学科，作为水工学的一个分支，不妨称之为“生态水工学”（英文是否可译为Ecological-Hydraulic Engineering, 简称为Eco-Hydraulic Engineering）。

　　人与自然和谐共处是生态水工学的指导思想。未来的水利工程既能够实现人们期望的开发利用水的功能价值，又能兼顾建设一个健全的河流湖泊生态系统，实现水的可持续利用。未来的水利工程不仅是满足人们对水需求的工程，也是有利于改善和恢复健全的生态系统工程，是有利于环境保护的可持续发展工程。

　　2．生态水工学的内涵

　　我们能否对生态水工学的内涵作一些粗线条的设想呢？

　　（1）现有的水工学的理论基础，除了规划阶段以水文学为基础以外，主要是以水力学、结构力学、岩土力学等工程力学为基础。生态水工学则是以工程力学和生态学两者为其理论基础。

　　（2）在满足人对水的开发利用的需求的同时，还要兼顾水体本身存在于一个健全生态系统之中的需求。河流湖泊治理的目标既要开发河湖的功能性，也要维护流域生态系统的完整性。洁净的河流是一个健全生态系统的动脉。

　　（3）需要权衡满足人的需求的经济效益与环境效益之间的关系。有必要建立起工程项目经济技术及生态环境效益评估指标体系，改变现行单一的经济技术评估指标体系。

　　（4）除进行常规的水文、地质的测验勘察外，还要加强相关范围的生态系统调查，重点是生物群落（动物、植物、微生物）的历史与现状调查。不但要掌握水在气候系统、水文循环中的运移转换规律，还要研究在特定的生态系统中，特定的生物群落与水体的相互依存的关系。

　　（5）在开发利用水流时，明确河流与其上下游、左右岸的生物群落处于一个完整的生态系统中，进行统一的规划、设计。

　　（6）在对江河湖泊进行开发的同时，尽可能保留江河湖泊的自然形态（包括其纵横断面），保留或恢复其多样性，即保留或恢复湿地、河湾、急流和浅滩。

　　（7）为当地野生的水生与陆生植物、鱼类与鸟类等动物的栖息繁衍提供方便条件，提供相应的技术方法和工程材料。如开发新型护岸、丁坝、鱼道、人工浮岛及生态型的城市雨洪利用排水系统等技术和产品。

　　（8）规划设计有利于提高水体自净能力的库区或河岸、湖岸的植被种植和水生动物的放养，在充分利用当地野生生物物种的同时，慎重地引进可以提高水体自净能力的其他物种。

　　（9）生态水工学运用技术手段协调人们在供水、防洪、发电、航运效益与生态系统建设的关系。利用已建水利工程的调度、管理等手段，为江河湖库的水生态系统恢复提供支持。

　　（10）水利工程设施要造成一种人与自然亲近的环境，注意保留江河湖泊天然的美学价值。现代的城市景观设计，应刻意创造环境取悦于生物群落，长远看，人群也会在一个健全的水生态系统中受益无穷。水利工程还应为公众广泛参与和对儿童进行水环境保护教育创造良好条件。如水生态公园、河流小型博物馆等。

　　水利工程结合生态建设，是一个发展的必然趋势。在实践上，要根据我国国情逐步实施，特别是依据国家的经济不同发展阶段以及不同地区的实际情况分步实施。但是，作为一门新兴学科，生态水工学应该超前开展研究。它不仅要提出某些技术方法，还应研究技术原理与作用机制。生态水工学将是一门交叉学科，需要水利工程界与环保界、生物界的密切合作，通过科学研究、典型设计、工程示范、总结经验和制定技术规范从而得到发展完善。在欧美已经提出“自然设计方法”，日、韩等国提出“与自然亲近的治河工程”理念，我国台湾也正开发“生态工法”技术。世界各国一些示范性工程正在建设，一些河流生态工程咨询与技术开发公司也应运而生，他们提供技术咨询和产品。这些局部的进展，说明在国际上水利工程结合生态建设可谓是方兴未艾，渐成潮流。在这样的背景下我们可以预计，生态水工学作为一门新兴的学科有可能更为系统、更为科学地得到发展。我国作为世界上的水利大国，对此应作出应有的贡献。

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