生态水利工程设计基本原则的应用

水利工程建设和运行对一个国家的经济和社会发展是具有巨大作用的。但是同时也必须看到水利工程对河流环境的生态系统和水生物也是造成了不同程度的影响。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，试归纳为以下五项内容。

一、水利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社会需要，包括防洪、灌溉、供水、发电、航运以及旅游等需要，同时也要兼顾生态的可持续性发展。生态水利工程一要符合水利工程学原理，二要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施和工程施工要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规范的标准内，能够防止洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力的侵袭。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时，要充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等特性，综合全面的研究河势变化规律，保证河流修复工程的长久性。

二、提高河流形态的空间异质性原则。

相关生物群落的文献，大量资料表明，生物群落的多样性与非生物环境的空间异质性存在正相关关系。这里所说的生物群落，是指在相应的空间和相应的生境下，由一定的生物种群组成，与环境之间进行相互的影响、相互的作用，具有相应结构和特定功能的集合生物体。一般所说的生物群落多样性，指生物群落的形态结构与功能的多样性。实质上，生物群落多样性的问题是在物种水平上的这个平台的生物多样性。非生物环境的空间异质性与生物群落多样性的关系客观的反映了，非生物系统与生物系统之间的依存和连带关系。一个地区的生生物空间异质性越高，就意味着创造了多样的小生境，能够允许更多的物种生命共同存在。相反，如非生物环境变得单调，生命族群的多样性必然会出现降低，生命族群的性质、密度和比例等都会发生极大改变，进而使生态系统更加退化。

三、生态系统的自我设计、自我恢复原则。

有关生态系统的自我组织能力的探讨开始于上世纪60年代，此后有很多学科的众多学者涉及这个领域。以多种不同形式构成的自我组织能力，是自然界生态系统的重要特性。生态学用自我组织能力来解释物种分布的丰富性复杂性情况，同时也是用来表明食物网络随时间的发展过程而发展。生态系统的自组织能力表现为生态系统的可持续性。自我组织的原理是生物进化物种的自我选择，也就是说，一些与生态系统友好的物种，能够经受的住自然世界选择的考验，来找到一种相应的能源和合适的环境，在这种情况下，生物环境就可以支持一个能够具有相应数量并能进行繁殖的物种种群。自我组织挥舞功能原理与达尔文的进化论是一脉相承的，只是研究的角度和方法不同而已。

四、总体性和综合性及整体性原则。

河流生态系统的修复规划和进行都应该具有总体性和综合性及整体性而且要本着长期的和保持可持续性的原则基础上进行。在总体性综合性及整体性尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的局部生态修复不但效率低下，而且成功率也低下。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的关系，提出恢复河流生态系统的整体、综合的办法，而不是仅想到河道水文的恢复问题，也不仅仅是恢复单一动物或恢复植被。这里提的景观是指生态学中的景观尺度，关于生态学的景观尺度问题, 我认为：生态学不应该建立在单一的时空尺度上，它应该适用所有尺度的调查研究。按照这种看法，尺度和层次成为生态系统学发展的关键。目前生态学理论把生物圈划分为十一个积层，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、基因和分子共十一个。景观的尺度如何掌握？景观尺度包括空间尺度和时间尺度。

五、反馈调整式设计的原则。

就生物的发展来看是有一个逐步螺旋渐进过程，河流进行修复的工程需要一个时间。从历史渐进发展角度看，自然界的生态系统的发展进化往往要有数百万年。发展进化的过程是结构很复杂、生物群落很多样，同时系统的有序及内部的稳定都是有所变动的，同时从自身发展看对外界的免疫力都有所增强。从较短的时间尺度看，生态系统的交替，即一种形态的生态系统被另一种形态系统所代替也需要若干年的时间，期望河流恢复能够在较短时期奏效往往是不可能的。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。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。