水力學生態研究管理論文

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生態水力學是水利科學發展到較高級階段出現的新興學科，在近年由于包括水利建設在內的人類活動規模不斷擴大，對于自然生態系統所產生的脅迫和壓力不斷加大，在某些地區出現了嚴重的生態環境惡化的事例。概括起來，可以有以下幾方面的明顯表現：

大規模的水壩建設使得水庫對河川徑流的調節能力日益加大，有些流域的水庫調節庫容接近或超過河川的多年平均徑流量，以至造成水壩下游河流水量的減少，甚至干枯。這將造成下游河床的萎縮，對河流生態系統造成毀滅性的災害。同時，水壩的建設造成水流連續性、河床連續性、生態連續性的破壞，并在上游造成大面積的淹沒，大量移民又要造成許多新的環境問題。

河流的防洪標準不斷提高，河流兩岸的堤防越來越高，使得河流兩岸的洪泛區域與河流的水循環分離，河流兩岸的濕地消失，地下水得不到河流的補充，使得兩岸廣闊洪泛平原的生態狀況日益惡化。

大量興建的水資源開發工程造成流域水資源的過度開發利用，結果是流域地下水位下降、地表河流和湖泊萎縮、植被干枯，生態環境惡化。在近海地區由于地下水的降低，海水入侵地下水，造成地下水的污染。

概括來說，大量水利工程的建設對流域水循環的影響最大，主要表現是：

流域水循環的短路化，流域水循環的速度加快，降雨產匯流的速度加快，流域降雨很快匯入河道，泄入大海。

流域水循環的絕緣化，洪水只在大堤的范圍內流動，不再泛濫。河流兩岸的廣大洪泛區不再受到洪水的侵擾，但是也失去了洪水對地下水的補充和清洗。流域的水循環與河流的水循環絕緣化。

流域生態系統的孤立化，流域的水綠生態網絡被切斷、阻隔，流域內的生物群落被局限在某一固定區域，不能自由移動，捕食和交配不能正常進行，造成生物群落的退化和滅絕。

近年來，對于保護生物多樣性和流域社會可持續發展的認識不斷被接受，提出了對遭受破壞的生態系統進行修復的新課題，許多國家提出恢復流域的自然特征，恢復多自然特征的河流，我國的一些流域也先后提出了生態修復的目標，在這樣的大潮流的推動下，出現了許多生態水力學的研究課題，比較引人注目的成果有：

湖泊水生態系統的修復。目前我國人口密集區的大多數湖泊出現了由于污染造成的湖泊富營養化現象，即由于磷、氮類營養鹽大量進入湖泊造成湖泊內藻類的異常增殖，水體生產力提高，水質惡化。對湖泊的治理除了控制污染源之外，最有效而可行的措施就是修復湖泊的生態系統。在我國的洱海、滇池、太湖都在開展生態修復的試點工程。如湖濱帶的生態修復、湖周濕地的生態修復等。湖流對營養鹽的輸送、湖流對湖泊內泥沙的輸移、湖流對底泥污染物釋放量的影響、以及綜合各類研究成果建立的水域富營養化模型等都成為生態水力學中的熱門課題。中國水利水電科學研究院、中國環境科學研究院率先開展了這一領域的研究，目前類似的課題已經有很多。已有三維的富營養化模型，包括流場、溫度、太陽輻射、光合作用、營養鹽、浮游植物、浮游動物、大型水生動植物在內的諸多物理、化學和生態參數。

恢復河流自然特征的研究。傳統水力學的研究，比較注重河流輸水的經濟性，結果造成河流斷面的均一化、河流渠道化，河流自然特征逐漸消失，河流生物多樣性減少。目前，在恢復河流自然特征的研究中，創造河床的灘——潭交互結構、近岸的洄流結構、創造適合特種生物生存和繁殖的流場等方面的研究也方興未艾。

以河流生態系統優化為目標的水利工程調度研究。以往的水利工程調度大多只考慮水資源優化、水能經濟優化等目標，沒有將下游的水環境和生態環境優化作為調度目標，結果往往是達到了經濟優化的目標，損壞了下游的生態環境。近年來結合下游河流環境、生態需水量的研究，提出了以下游生態環境優化為目標的水庫調度研究，增加了水庫的生態環境調度功能，有條件的地方將水庫的改善生態環境放在首位，被稱為生態型水庫。

洪水資源化的研究。傳統水利認為洪水只是一種災害，近來逐漸認識到洪水不僅是災害，還是一個生態過程，通過洪水泛濫補充地下水、恢復濕地、清洗河流、改良土壤等，因此不能完全消滅洪水。這方面的研究有，有控制的人工洪水調度、與溢流堰結合的堤防設計、利用洪水的地下水回灌等。

濕地修復技術研究。濕地的恢復需要適當的水流條件，不同的濕地植物群落，需要相應的水深、流速、水溫等。在濕地恢復過程中要注意流場的控制，以滿足濕地生態修復的要求。

植物群落對水中營養鹽降解的機理研究。水中的營養鹽在進入水生植物系統后，經過沉降、微生物分解、根系吸收等環節，使水體內營養鹽的濃度降低，達到凈化目的。上述過程，與流場關系密切，如水深、流速、水體滯留時間等。目前多是通過現場的實地實驗確定各種參數，試圖建立數學模型。

水域微流場的研究。各類水生動物的繁殖和棲息，往往要求極為嚴格微流場環境，如流速緩慢的回流區、靜水區、摻氣充分的急流區等；為了解決魚類回游設立的魚道也要滿足特定魚類的回游特性，形成與保護魚類相適應的流場環境。通過丁壩、布石、射流等工程措施滿足魚類對微流場的要求也是生態水力學的重要研究領域。

關于生態水力學的研究還是新的課題，它涉及到物理、化學、生態等學科。本文只是粗略地進行介紹，很難描述它的快速發展，提醒大家關注這一領域的進展，加強該領域的研究工作。