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[摘 要]水利工程对经济与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。本文简要分析了景观尺度与整体修复原则、反馈和调整设计原则两部分，提出应重视河流生态系统健康和可持续性的需求。
[关键词]生态 水利 工程 设计 原则
中图分类号：U047 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0126-01
一、水利工程对于河流生态系统的胁迫
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。
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。
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价值，寻求最佳的生态工程方案。
要区分两类被干扰的河流生态系统。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。另一类是被嚴重干扰的生态系统，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。
二、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。
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 。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。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。
三、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種生态系统所代 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。
意识到生态系统和系统都不是静止的，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。
四、小结
总之，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年7期，P1-5.
[2] 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.
[关键词]生态 水利 工程 设计 原则
中图分类号：U047 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0126-01
一、水利工程对于河流生态系统的胁迫
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。
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。
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价值，寻求最佳的生态工程方案。
要区分两类被干扰的河流生态系统。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。另一类是被嚴重干扰的生态系统，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。
二、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。
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 。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。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。
三、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種生态系统所代 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。
意识到生态系统和系统都不是静止的，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。
四、小结
总之，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年7期，P1-5.
[2] 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.