楊傲，高 鵬

（1.遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順 113007；2.撫順縣水資源管理辦公室，遼寧撫順113006）

基于實例的水利工程生態(tài)分析

楊傲1，高 鵬2

（1.遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順 113007；2.撫順縣水資源管理辦公室，遼寧撫順113006）

本文是從生態(tài)的角度對水利工程在實踐中的應用進行分析論述。以渾河調蓄水壩工程為例舉對象進行水利工程生態(tài)分析，目的在于使人們認識到生態(tài)環(huán)境與生產發(fā)展相協(xié)調的重要性,從而因地制宜地建設生態(tài)水利工程，以達到平衡、和諧與可持續(xù)發(fā)展。

生態(tài)；水利工程；渾河調蓄水壩；可持續(xù)發(fā)展

水利水電工程在防洪、工農業(yè)用水、發(fā)電、航運、養(yǎng)殖和旅游等諸多方面起到巨大作用。但水利工程設施的建設和運行，對于河流生態(tài)系統(tǒng)、周邊環(huán)境及水體本身產生雙向干擾。當前有必要對傳統(tǒng)的水利水電工程及其規(guī)劃設計、運行理念與技術方法進行反思，將生態(tài)保護融入其中，并探索構建與生態(tài)友好的水利工程。提倡對水利水電工程的生態(tài)管理，逐步改善水利工程建設的規(guī)劃及設計技術，并在施工的過程當中加強管理，注重環(huán)境保護與水體保護，進而使水利工程在滿足人類社會對水的各種需求的同時也兼顧生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)發(fā)展。

1 生態(tài)系統(tǒng)—水資源—人類三者的關系

生態(tài)系統(tǒng)的破壞與退化會直、間接損害人類的可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)系統(tǒng)對水有著很高的依賴性，所以保護生態(tài)系統(tǒng)，特別是水生態(tài)系統(tǒng)尤為重要，而健康的生態(tài)系統(tǒng)也為人類提供了健康的生產資料和自然資源，特別是人類對水資源的需求。因此應明確三者的關系：

1）水始終處于“動態(tài)→平衡→動態(tài)”交替出現的情形。穩(wěn)定是一種人為干預的例外，人們要順應這種變化加以開發(fā)利用。

2）人類應合理開發(fā)水資源。同時要認識到在許多情況下人類活動是主要威脅因素，需要主動進行修復補償，以維護其完整性和可持續(xù)性。

3）水資源作用巨大，水資源的保護具有重要意義。合理利用與規(guī)劃水資源，保護其免受污染和其他不良因素的影響是維護社會安全促進經濟發(fā)展的前提。

4）水資源共享。水資源雖被人類開發(fā)利用，江河、湖泊、水生生物生存環(huán)境、陸地動植物也同樣需要水資源，人類應該與之共享。

2 傳統(tǒng)水利工程的影響

傳統(tǒng)水利工程存在著負面影響，當水體在改變的生態(tài)系統(tǒng)中或在某種人工環(huán)境中，或者水體脫離了生物群落，自凈能力就會降低。由于人口和經濟的增長，造成水的供需矛盾突出；水環(huán)境污染，使水資源有效利用量減少；嚴重干旱，加劇了供水緊缺。這些都造成了水資源短缺，生態(tài)嚴重失衡。[1]

2.1 建設實施階段的負面影響

水利工程的建設實施階段中的許多施工工序對水體及周邊環(huán)境產生破壞。例如爆破藥物的使用，工業(yè)炸藥TNT爆炸后呈負氧平衡，產生有毒的CO。陸地爆破產生的有毒物質（主要為不完全反應物及反應后產生的有毒有害物質NO2，SO2等）經水流沖刷或進入大氣形成酸雨；地下開采時對地下水的污染危害更太，水下爆破時產生固體污染物使懸浮物（主要為巖體碎片或土體顆粒及反應產物顆粒等）增加，水的透明度降低，影響水生生物的呼吸及代射，甚至造成窒息死亡。除此之外，TNT、二笨胺、二甲基亞硝胺等屬致瘤物，不對稱TNT屬致突變物。各種炸藥〔主要是TNT、黑索今、太安、奧克托今、地恩梯、砒基孤)及其原材料和中間體、上述物質的降解和光解產物、酸雨、廢水、廢酸、廢渣等都對水體及土壤產生污染。

施工爆破中產生的土壤污染指土壤中增添了某些正常情況下不存在的有害物質，使某些固有成份含量過高，破壞土壤理化性質，影響微生物生長及農作物的生產和產量；另外土壤中的某些有毒物質還會被農作物吸收，通過食物鏈危害人畜。礦山爆破施工中產生的有害物質殘留在爆破區(qū)，在土地復墾時可能表現出土壤污染的特性。

廢棄機油及瀝青類材料的使用等都會對水體及周邊環(huán)境產生負面影響，改變水中pH值及其他化學成分含量以及微生物數量；水利工程建設時期，隧洞開挖及導流工程等本身就破壞原有綠化及水流導向，使水體懸浮質增加，阻礙水中的光合作用及呼吸作用。

施工現場的管理欠缺也會帶來污染，如清洗混凝土車的污水、廢棄混凝土或水泥的隨意傾倒，施工現場生活污水的任意排放等，在浪費資源的同時也對土壤及水體產生負面影響，使土壤結構變化不利于植被生長，廢棄物進入河流中會產生富集作用在水生物身上，進而影響食物鏈中的其他生物。

2.2 地質受傳統(tǒng)水利工程的負面影響

對于建造在巖石基礎上的水利工程，微風化的硬質巖石為最優(yōu)良地基，強風化的軟質巖石工程性質差，其承載力低于一般卵石地基承載力。當大荷載作用在巖基上時，產生的巨大壓力可能會使巖基產生節(jié)理性碎裂甚至破碎，可見水利工程建設對地質的影響巨大，無論是采用灌漿的方式還是地基改良的方式，基礎的處理尤為重要，且地質的前期勘探也要十分到位。

由于水庫蓄水后引起的地震，稱為誘發(fā)地震。20世紀60年代以來，世界上有不少大水庫在蓄水后發(fā)生了地震，例如我國新豐江水電站于1962年3月19日發(fā)生誘發(fā)地震，震級達6.1級，壩址烈度達8°。產生誘發(fā)地震的庫區(qū)一般存在近期活動性地質構造，地應力較高，又局部應力集中。當水庫蓄水后，巖層中空隙水壓增加，使原來穩(wěn)定巖體中的地應力狀態(tài)發(fā)生變化，地塊活動性隨之增加。[2]

2.3 傳統(tǒng)水利工程本身的負面影響

水利工程基本上都是在天然河道上修建的，水工建筑物阻斷上下游的水體、水文、生態(tài)群落等的聯通，后果是生物群落多樣性水平下降，直接表現就是影響回游魚類產卵，并且一些魚道并不能很好地解決問題，魚道過窄導致流速加快，增加魚類回游難度。如浙江省富春江七里壟電站魚道，自建成后幾乎沒有魚、蝦等通過；湖南衡東縣氵 米水洋塘水輪泵水電站魚道從1984年便廢棄不用。此外水利工程蓄水后，地下水位也隨之上漲，地下水中的pH值、可溶性鹽種類與含量等指標都不相同，有些受污染的地下水含有重金屬離子、可溶性鈣鹽等。當地下水位升高，含雜質地下水反浸入土體土地便會沼澤化、土壤鹽漬化；而對于下游水位，由于攔河建筑物的攔截使水位下降，或由于河流、水庫中超量引水，使得河流本身流量無法滿足生態(tài)用水的最低需要，這樣就會導致沼澤土地化，大量沼澤生物會隨之消失。著名的三峽工程完全蓄水后，將淹沒560余種陸生珍惜植物，雖然大多數在浸沒線以上也有分布，除疏花水柏枝及荷葉鐵線蕨2種完全在淹沒線以下且均已遷植，且不考慮遷植后的成活率，由于三峽淹沒面積過大，淹沒線以下的560余種珍惜陸生植物的種群數量仍受到很大影響。

此外傳統(tǒng)水利工程還會帶來一些短期內無法體現的問題。

3 生態(tài)水利工程

3.1 內 涵

生態(tài)水利工程的內涵是：對于新建工程，是指進行傳統(tǒng)水利建設的同時(如治河、防洪工程)，兼顧河流生態(tài)修復的目標。對于已建工程，則是對于被嚴重干擾河流進行生態(tài)修復。[3]生態(tài)水利工程將與河流環(huán)境立法、水資源綜合管理、循環(huán)經濟模式以及傳統(tǒng)治污技術一起成為河流生態(tài)建設的主要手段之一。[4]

3.2 工程實例

2000年5 月起，水利部組織4次向塔里木河下游應急輸水，博斯騰湖累計輸水13多億m3，大西海子水庫下泄7億m3，重現臺特馬湖。《塔里木河流域綜合治理方案》已經國務院批準。2000年7月起對黑河水量實施統(tǒng)一調度。2002年7月第7次“全線關閉，集中下泄”調水，到達下游干涸10年之久的東居延海。黃河2000年起實行統(tǒng)一調度管理，初步扭轉黃河干流10年持續(xù)斷流的局面，使黃河三角洲地區(qū)生態(tài)得到明顯改善。[5]

3.2.1 渾河調蓄水壩工程的生態(tài)分析

以渾河調蓄水壩工程為例，從生態(tài)角度進行分析。渾河發(fā)源于長白山支脈滾馬嶺，自東北向西南流，至營盤附近左岸納入支流蘇子河，然后流經撫順、沈陽至黃土坎后支流蒲河由右岸匯入，最后在三岔河處與太子河匯合，一同注入大遼河。大伙房水庫每年調度泄水通過河道水量2013年（洪水年）約為24.57億m3，2014年約為8.92億m3，2015年約為5.46億m3，大伙房水庫壩下300年以下洪水由輸水洞和主溢洪道泄流共同組成，50年一遇泄流為2 995 m3/s，20年一遇泄流為1 245 m3/s。為防止快流速與大流量水體沖擊河道下游，使河床過度下切，以及落閘后河道干涸斷流對現有工程產生的不利影響，同時為避免渾河河道的亂采亂挖，決定利用攔河建筑物蓄水形成連續(xù)水面，從而對水體生物及周邊水生與半水生植物產生有利影響，對于上下游水體連續(xù)性、生物連續(xù)性、水文連續(xù)性均有正面作用的角度建立此工程。

3.2.1.1原有河道的生態(tài)處理——河道非改性恢復方案的應用

河床本身基底結構自下而上分別為淤泥質粉質黏土層（1.4 m）、雜土層（3.0 m）、礫石層（圓礫石）（1.4 m）、強風化花崗片麻巖層（0.3～1.3 m）、中等風華花崗片麻巖層（厚度為3組鉆探取樣平均值，1.0～1.6 m）。

河道由于管理松懈以及亂采亂挖，多個采挖坑及大量建筑廢料（拆除后，廢棄的鋼筋混凝土鑿除塊、廢棄水泥、拋石等）堆積下游河道。對于該工程河床的恢復采用“原有河床非改性恢復方案”，即按原來河床自然結構恢復。

1）河道清理，清理內容包括大塊碎石、拆除混凝土塊、雜物及死亡植被等的清理外運；

2）河床回填，回填采砂坑與沖刷坑至87.02 m（平均高程）?；靥钗锞偷厝〔臑樯嫌吻宄挠俜e材料及河漫灘處材料，淤積物進行初級篩選其中的生活垃圾及磚石等雜物清除后采用所剩的河沙及淤泥進行回填；

3）水體接觸層采用圓礫石回填，有助于水生生物著床及水生生物產卵。

采用“原有河床非改性恢復方案”及河道本身材料的優(yōu)點是有助于工程與環(huán)境及河道本身的快速融合，加快了河道的自然恢復速度。

3.2.1.2調蓄水壩主體及附屬工程的生態(tài)部分

調蓄水壩主體及附屬工程：攔河建筑物為充水橡膠壩，形成雍水水面71萬m2。工程攔河總長430.0 m，壩高2.3 m。橡膠壩分為6個壩段，最大單跨長64.0 m，壩頂高程90.80 m，最高擋水位91.20 m。放水閘段長17.00 m,閘頂高程90.80 m。蓄水后不僅解決了河道斷流與河床下切的問題，在調蓄入渾河水量的同時還為下游生態(tài)補給供水，形成優(yōu)良景觀環(huán)境。

1）施工過程中的生態(tài)管理與水土保持

工程破壞水土保持設施面積為2.2 hm2。其中永久占地1.2 hm2，臨時占地1 hm2。該工程的水土流失防治責任范圍為工程建設區(qū)，總面積2.6 hm2，工程建設區(qū)包括主體工程建設區(qū)、施工臨時占地。為此該工程投入17.2萬元專項費用，用于水土保持與生態(tài)保護，并要求實施以下綠色施工管理制度。

①建立施工生態(tài)管理機構，成立專職處理隊伍對施工廢料統(tǒng)一管理，集中處理不得任意排放；

②制定文明工地管理規(guī)程，施工期間生活廢物分類外運或就地妥善處理；

③實行工程地貌生態(tài)恢復政策，工程結束后盡可能按原來生態(tài)環(huán)境配置，恢復工程建設區(qū)、管理區(qū)、生活區(qū)及臨時用地的生態(tài)原貌。

2）防止渾河河道的亂采亂挖，逐步恢復河道自然生態(tài)

①加強管理，嚴禁下游非法采砂行為；

②利用工程本身作用，形成雍水淹沒下游，防止下游河床外露，嚴禁非法捕撈與河邊垂釣；

③禁止河邊野炊、游泳等破壞水體行為，使水生生物得到休養(yǎng)生息。

3）維持河床縱向穩(wěn)定防止過度下切

①下游河道由于橡膠壩形成雍水水體，增大入河道的水流水頭損失，進而防止水頭直接沖刷河床造成過度下切；

②恢復下游水生生物特別是水生植物與半水生植物，對于減緩河床水土流失起到關鍵作用，避免高流速水流帶走過多泥沙使河床下切；

③采用圓礫石與卵石作為水流接觸層，與純河沙層相比既有利于水生動物產卵棲息，又有利于提高河床抗沖性。

圖1是渾河河道大伙房下游段下切程度曲線圖，是河床平均高程與治理年份的關系圖表，其中河床高程為河道幾組高程實測（4—10月份），未治理前的采砂坑高程不在取樣范圍內。圖1中2005年、2010年與2013年均為洪水年，2005年全年河道下泄總水量約28.67億m3、10年全年河道下泄總水量約為24.57億m3、13年全年河道下泄總水量17.52億m3，工程由2009年開工并當年竣工，運行至今，河床下切速度與2008年以前相比下降29.77%，隨著工程的建成與生態(tài)運行和下游河道植被與水生環(huán)境逐年恢復，河道下切程度也有明顯改善，河床過度下切現象得到遏制。

圖1 渾河河道大伙房下游段下切程度曲線圖

4）增加堤防穩(wěn)定性

①恢復沖毀堤防及剝蝕較嚴重的護坡，并對薄弱處進行除險加固；

②生態(tài)植被與水生植物有助于減緩水流的流速及巨大沖擊力帶來的負面影響，對于增加堤防的安全性起到一定作用。與此同時，下游河道由于橡膠壩形成雍水水體，使得經過消能的水頭流速A有效減小，反向提高堤防的抗沖擊性能；

③對于護坡與護岸整理的主要工程內容是護坡植被恢復與凹岸沖擊面修復與加固。雖然水泥護坡的經濟效益與干砌石（30 cm厚）相比可節(jié)約投資60%以上，但是對于該工程凹岸處避免采用混凝土封閉式護岸或漿砌石護岸，而是采用既能提高抗沖強度又有利于水生生物棲息的半硬質材料，挑選形狀規(guī)整大小適宜的廢棄混凝土拆除塊，以河道內清理出的淤泥作為縫隙填充物，既沒有采用軟弱自然河道材料填充，又避免完全采用硬質材料（漿砌石或混凝土斜坡材料），降低剛性增加柔性的同時，既防沖又有利于水生生物繁衍，與此同時降低工程成本約工程總造價的8%，節(jié)約原材料且就地取材，減少施工帶來的生態(tài)污染，加快人工材料與河道本身的親和速度。

5）改善庫區(qū)下游環(huán)境及水生生態(tài)系統(tǒng)恢復

①河床、河漫灘、護岸經過清理與修整后，保留原有生態(tài)植被群落。未被生態(tài)覆蓋的河床與河岸，采用人工輔助方式恢復，經過幾年的運行，使水生生物與半水生生物自然繁衍。

②植被恢復情況監(jiān)測。護坡、護岸處植被恢復為本地物種自然恢復，水陸接觸處為蘆葦、蒲草等水生植物，水下植物為狐尾草、金魚藻等。2009年工程結束至今，水陸接觸處的植被的自然恢復率達到100%，水下植被恢復情況受汛期與枯水期的交替影響明顯。

3.2.2 管理制度

水利工程的運行與管理是對現有工程以及新建工程都有重要意義的一項內容，一個工程的運行可根據工程本身性質與管理理念的不同而向不同的方向發(fā)展，在傳統(tǒng)的防洪、發(fā)電、灌溉、養(yǎng)殖等傳統(tǒng)功能下，生態(tài)方向的管理也隨之衍生。

3.2.2.1通用管理制度

因為生態(tài)水利工程也兼顧傳統(tǒng)水利工程的一些作用，只不過是在一定程度上弱化或消除了其在某些方面的負面影響并融入生態(tài)理念。通用管理制度包括：1）調度管理制度，包括調度管理規(guī)程、水文測報制度、氣象資料整編管理制度、防汛抗旱管理制度等；2）水工結構運行管理制度，包括大壩安全運行制度、輸水洞管理制度、啟閉機室及閘門運行管理制度、水電站的運行管理等；3）日常管理制度，包括水情管理制度、工程管理制度、賬務管理制度等。

3.2.2.2專項管理制度

生態(tài)水利工程的管理或傳統(tǒng)水利工程的生態(tài)管理則是重中之重。對于水利工程的建設融入生態(tài)概念以及傳統(tǒng)水利工程生態(tài)管理也是社會轉型及工程建設與管理的過渡階段所采取的積極手段。對于生態(tài)水利工程及水利工程的生態(tài)運行，生態(tài)專項制度的制定與實施顯得尤為重要。生態(tài)專項制度：1）水質水量監(jiān)測制度，包括出入水質水量監(jiān)測制度、分季節(jié)水質水量監(jiān)測制度；2）生態(tài)問題應急處理制度，包括污染物泄露應急處理制度、生物污染應急處理制度、外來物種入侵應急處理制度；3）生態(tài)設施建設與管理制度，包括生態(tài)浮島的使用與管理、人工濕地的相應管理、魚道的建設管理等；4）現有工程對生態(tài)及水體的影響評價制度；5）水土保持及水資源保護制度，包括禁止建立墓地和掩埋動物尸體，禁止旅游、娛樂等活動，禁止建設農藥、化工、造紙、制藥、制革、印染、電鍍、冶金、采選礦等項目，禁止排放污水、廢液及傾倒固體廢棄物或清洗有毒有害物品容器，禁止非法捕魚和放養(yǎng)，禁止洗刷車輛、衣物或其他器具，禁止未經許可船只下水，禁止開礦、采石或破壞植被，禁止在15度以上坡耕地開墾耕作，禁止設置油庫、挖沙取土等；6）污染源統(tǒng)計與污染程度種類分析監(jiān)測制度。

4 結 論

目前國內的生態(tài)水利工程大致可分為直接型、補償型、結合型三類。直接型即是以生態(tài)水利工程的設計準則設計工程，在建設實施階段，以保護環(huán)境為前提，以生態(tài)理念運行管理并對工程運行進行各項生態(tài)指標監(jiān)測，最終得到生態(tài)后評價的水利工程；補償型即是在原有成型工程的條件基礎上，以生態(tài)水利理念在管理上或局部改建方面進行干預，或是工程原有設計基礎上向生態(tài)水利工程靠攏，或是水利工程建設實施階段與后期運行管理階段盡可能生態(tài)化的水利工程；結合型即是在不得不使用傳統(tǒng)設計方案、施工工藝與管理理念的情況下建造工程，但強制性令生態(tài)水利理念占有一定比例的水利工程。就目前的國內資源與生態(tài)破壞程度來看，生態(tài)改善與資源保護迫在眉睫，當然也不是將現有的傳統(tǒng)水利工程全盤否定，而是想提醒人們，在大力發(fā)展經濟與開發(fā)水能源的同時，也應考慮到生態(tài)環(huán)境的改變與破壞對人類發(fā)展的影響，并以科學的角度來對待發(fā)展與保護之間的矛盾關系，建立人與自然和諧的生活環(huán)境與發(fā)展空間，以實現綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展的根本目的。

［1］孫宗鳳.生態(tài)水利的理論與實踐［J］.水利水電技術，2003，34（4）：53—55.

［2］王金玲，龍振華，丁玉恒.水利工程對環(huán)境的影響與防治對策研究［J］.農村經濟與科技，2010，21（7）：111—112.

［3］董哲仁.試論生態(tài)水利工程的基本設計原則［J］.水利學報，2004，35（10）：0001—0006.

［4］李敏，趙進勇.浙江省麗水市甌江水生態(tài)系統(tǒng)保護與修復［J］.2013，29（4）：62—67.

［5］董哲仁.生態(tài)水工學探索［M］.北京：中國水利水電出版社，2007，1：284.

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2016-05-23