水利工程建设中的生态环境设计方法

陈昊

（中交水运规划设计院有限公司，北京 100007）

1 引言

水利工程规划设计高度重视对生态环境的防护，完善水利工程的防洪泄洪功能，促进社会经济和生态环境的长远发展。作为项目设计单位，需要贯彻生态环境保护意识，合理进行水利工程设计。因此，研究水利工程的生态环境设计方法具有重要意义。

2 工程概况

某河道水利工程流域面积16.45 km2，河道堤身年久失修，时常遭受暴雨、台风等恶劣天气的侵害，迎水侧多处坍塌，诱发自然灾害，严重威胁周边居民的人身财产安全以及生态环境安全。因此，针对河道现状采取整治措施势在必行。根据现场调查结果可知，河段周边有大面积的耕地和养殖用地，河流的障碍物堆积量大，河水的流动性变差，存在富营养化现象。初步掌握河段及其周边环境的现状后，以生态水利设计理念开展水利工程设计工作，确定河道治理措施，从根本上解决河道现存问题。

3 水利工程建设中的生态环境设计原则

河道治理工程具有系统性，在以生态环境理念为指导的设计中，需要遵循特定的原则，保证设计效果，具体设计原则如下。

1）空间异质性原则。部分水利工程设计仅关注成本控制要求，未充分考虑生态环境的稳定性，由于水利工程开挖及其他活动而破坏生态环境，水质变差，生物多样性受到影响。在水利工程生态环境设计中遵循空间异质性原则后，将生态保护作为设计中的重点考虑对象，使河道治理、水内生物与环保相协调，保障河道内生物的健康生长，创造良好的水环境[1]。

2）整体服务原则。河道治理是一项系统性的工程，在河道治理的生态环境设计中，需要遵循整体服务原则，考虑水生态环境的特点，富有针对性地选择河道治理技术，在合理应用治理技术后，解决河道的各类水生态环境问题；同时，生态环境设计还需注重服务性，即河道治理活动需要满足生产与生活发展的需要。

4 城市河道治理工程中的生态环境设计方法

4.1 生态河道治理

4.1.1 护岸和堤围

在本工程中，根据生态理念选择河道治理方法，设计堤围并充分保证周边生态环境的稳定性和生态系统功能的正常实现。堤围设计遵循因地制宜的原则，预测河道治理活动对周边环境的影响，例如渠化，不可由于河道治理而导致河流属性、生态环境出现异常变化。在设计护岸结构时，可以考虑渔道结构，其优势在于减小河道工程施工活动对周边环境带来的不良影响。

4.1.2 清淤清障

在生态环境设计理念下，可以将淤泥用于湿地建设，发挥淤泥的利用价值，建设可用于居民休闲的湿地公园，也可通过湿地改善气候。此外，清淤清障前需要制订科学可行的工作计划，规划时间节点、施工内容、作业强度等。河道治理工程中的清淤清障流程主要为：填筑围堰，抽水，用吸污泵抽取河道中的淤泥，用罐车将淤泥运输至指定区域；经过大面积清淤后，人工清除河道周边的垃圾，根据无害化处理的要求，将垃圾运输至指定堆放场所；整理渣土，运至卸土区域；检验河道清淤清障效果[2]。

4.1.3 蓄水与抗洪

合理选择蓄水工程技术也至关重要，例如修筑橡胶坝，用此设施起到“以水挡水”的作用，兼具蓄水和抗洪两项功能。此外，还需根据人与自然和谐发展的原则开展治理活动，工程人员应正确认识水利资源对人类的作用以及人类生产生活对水利条件的影响，将水利环境治理作为河道治理工程中的重点内容，协同推动环境和经济的进步。

4.1.4 加强控导

本河道工程所在地区的水资源需求量大，以控导的方法开展生态设计工作具有重要意义，可提高水资源的利用率。设计人员需分析河流动力及潮汐效果，判断完工后对河道及周边环境产生的影响，若存在不良影响，需要构建循环设施，最大限度减小工程建设期间人为活动产生的不良影响。在河道治理中采用控导工程后，可提升河床的稳定性，营造良好的生态环境，实现河道良性循环。随着时间的延长，控导工程的应用价值愈发突出，有效维护了生物多样性。

4.1.5 建立生态河堤

在生态环境理念的指导下设计生态河堤，具体方法如下。

1）设计人员确定河道实际情况，进行规划布局，例如确定河道中心线、河道的分布位置及形态等。

2）在掌握河道的基本信息后，分析河段弯曲位置的冲击力，以此为依据设计生态河堤，通过技术手段改进河道形状，提高河段的过流能力。

3）适当增加浅水区的面积，目的在于提供充足的空间以便动植物栖息，增添动植物的多样性。通过生态河堤建设手段调节气候环境，提升区域内生态环境的稳定性，提升防洪效果。在建立良好的生态环境后，还将推动城市的健康发展，缓解生态建设和城市经济建设不协调的问题[3]。

4）生态河堤设计时需要合理挑选植物，用于改善生态环境以及提升景观价值。例如，本河道治理工程所在地区的环境适宜柳树生长，因此在生态河堤设计中采取种植柳树的方法，而为了进一步保障河堤的生态效果，采取“木桩+ 抛石组合丁坝”的方式。

4.2 生态湿地工程

人工湿地的工艺流程有多种，目前常用的有：推流式、阶梯进水式、回流式和综合式4 种，人工湿地工艺流程如图1 所示。

图1 人工湿地工艺流程

推流式是最基本的形式。阶梯进水式可避免湿地床前部堵塞，使植物长势均匀，有利于后部的硝化脱氮作用；回流式可对进水进行一定的稀释，增加水中的溶解氧并减少臭味；出水回流还可促进湿地床中的硝化和反硝化作用，采用低扬程水泵，通过水力喷射或跌水等方式进行充氧；综合式则一方面设置水体回流，另一方面还将进水分布至湿地床的中部，以减轻湿地床前端的负荷。

本方案需对经过物化和生化处理后的藻水进一步水质净化，并进行重点水质提升。因此，湿地组合工艺选择处理效果较好的回流式。

4.3 沉水植物生态修复

以自然生态系统为蓝图，构建“水下森林”为主体的水下世界，并通过选择强效净化型和景观型的水草，使水下植物保持四季常绿、高低错落，同时还能长效保持较好的水质。

水生植物包括常年生活在水中、潮湿或100%饱和土壤水中的植物，依附水环境生长，植株形态、生理特征和机能与陆生植物有很大的差异，通常用于河流（湖泊）生态修复的水生植物也称水生维管束植物（俗称水草），从分类学来说，可分为挺水植物、浮叶植物、沉水植物，对水生态系统具有十分重要的作用。

本项目沉水植物主要以苦草、黑藻、伊乐藻等为主的优势种群落，浮叶植物选用睡莲，挺水植物以菖蒲、荷花为主，提高水体的自净能力和景观效果。

5 基于生态环境理念的河道治理保障措施

5.1 采取多元化的治理手段

水污染整治属于河道治理工程中的重点内容，为提高群众生活水平以及改善生态环境，应根据生态环境理念开展河道污染治理工作，通过多项措施净化生态系统。河道垃圾属于主要的污染源，采用管网拦截的方法统一汇聚垃圾，再进行无害化处理。在拦截河道垃圾的基础上，还采取如下措施：加强源头防控，如有关部门颁布相关政策，严厉禁止乱扔垃圾的行为；根据河道水资源现状，制定污水排放标准，避免河道水质遭到污染；集中处理上游污染，缓解中下游污染问题，降低污染治理难度；针对易发生污染的部位，需制订专项治理方案，加强污染治理[4]。

5.2 建立河道生态保护系统

在生态环境理念下，高度重视河道工程生态系统的功能，基本思路是发挥出自然资源的自调节能力，减少人为干预，通过自净化手段维持良好的生态环境。根据该思路，建立河道生态保护系统，具体策略如下。

1）正式治理前先进行现场调查，确定河道生态系统的实际情况，测量河道中心，根据掌握的河道信息科学布局，给河道生态保护系统的建立打好基础。

2）评估现状河道宽度及过流能力的合理性，根据评估结果对河道采取优化措施，尽可能使河道的形状保持自然状态。

3）适度扩宽浅水区，此方式的作用在于提供更充足的空间以满足动物生长要求，改善原本河道内动物类型少、数量少的问题，在此基础上还可健全生物链，完善周边生态环境，并借此契机打造更加良好的自然环境，将优质的自然生态渗透至居民日常生活中，提高人们的幸福指数。

6 结语

综上所述，现代水利工程建设除了追求工程的基础功能外，还需提升生态环境价值，因此基于生态环境理念的设计工作具有重要意义。对于河道治理工程，设计人员需遵循空间异质性原则、整体服务原则，根据河道现状开展清淤清障、护岸、生态保护系统建设等相关工作，通过多项措施改善河道现存问题，优化自然生态环境，保障水资源及各类自然资源的安全性。作为设计人员，需要高度重视以生态理念为指导的河道治理工程设计工作，采取科学的治理措施，保持生态平衡，实现社会经济与自然环境协同发展的目标。