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国外生态水利工程建设理念、实践及其启示

发表时间:2019-09-10 15:22作者:段红东 王建平 李发鹏来源:《水利发展研究》2019年第7期


水利工程的生态影响问题已经引起国内外的广泛关注。在科学而理性的寻求水利工程支撑经济社会可持续发展与生态环境保护之间的平衡过程中,生态水利工程建设理念得以兴起、发展并推广。多年以来,西方发达国家开展的一系列生态水利工程理论创新和实践探索经验可供我们借鉴。


一、生态水利工程概念内涵及其发展历程


总结国内外对生态水利工程概念与内涵的认识可知,生态水利工程是指在充分考虑水资源水生态约束、维护河湖生态系统自我恢复和良性循环的前提下,为经济社会可持续发展提供防洪、供水、灌溉、发电、生态等方面服务功能,并注重水雷竞技官网手机版传承的水利工程。生态水利工程建设理念要求坚持人与自然和谐共生原则,以保护、修复或改善流域或区域的自然生态环境为主要目标,在保障水资源开发利用必要需求的前提下,平衡水资源合理开发与生态保护之间的关系,使河湖生态系统维持其自然和社会再生产能力,注重生态健康与可持续发展,实现经济、社会、生态效益相统一。

生态水利工程建设理念起源于降低或消除水利工程负面影响,在河流整治与保护修复中对工程规划设计、建设施工、运行管理以及工程改造、降等、退役等可能导致的生态影响进行了大量理论研究和实践探索,在不断反思人水关系、深入认识自然与生态规律的过程中得以持续完善。生态水利工程建设自20世纪90年代驶入快车道,目前仍处于快速蓬勃发展阶段。



生态水利工程建设发展历程简图


二、典型国家生态水利工程建设实践


(一)德国近自然河道治理

德国早在20世纪30年代就开始关注河流开发利用工程建设的负面影响,并于20世纪50年代创立了“近自然河道治理工程学”,为20世纪80-90年代莱茵河、伊萨河等治理修复提供了理论指导,也为2000年欧盟水框架指令的出台奠定了理念基础。其中,伊萨河(Isar)自然化修复是德国实施的一项世界级生态水利工程案例。



“伊萨河计划”全程平面图


伊萨河是流经慕尼黑等重要城市的高山河流,最终注入多瑙河。因常年洪水灾害,慕尼黑河段早在19世纪中叶被截弯取直,并以堤坝、防洪墙、拦河坝等工程措施开发水力资源,导致下游水位持续下降,逐渐演变成了一条被硬质化的水渠。1995年,巴伐利亚州水务局起草了“伊萨河计划” (Isar-Plan),与来自建设、城市规划、健康与环境等部门的代表组成了跨学科的合作团队,对沿河防洪状况、滨水游憩空间需求以及区域动植物资源和栖息地情况进行调查后,结合民调结果,制定了提高防洪能力、构建再自然化的河流景观、提供优质游憩空间的治理目标和修复草案。2000年,慕尼黑市议会正式通过该项目草案,同年2月开始施工。



市区主河道项目主要改造措施


伊萨河自然化修复采取的主要措施:

1、河床去硬质化。充分考虑河段特征,凿开水泥加固的梯形河道并除去硬质防护,扩大了河床横断面,提高了泄洪能力。

2、缓坡替代滚水堰。将较高的滚水堰改造为长度较长的缓坡,不仅实现了防洪功能,也确保了河床不被深度侵蚀,还为鱼类提供了洄游通道及栖息和繁衍场所。

3、引入大型石块、朽木等阻流因素。

4、重塑河岸线。在现有河滩基础上扩挖、铲平前滩,为洪水创造宽阔的排水截面,也提高了人们亲近河流的可达性。

5、严格取用水管理,防止过度取水,确保河流生态和美学的水量需求,在特别干旱月份甚至中断水力发电站运行以满足生态需要。



(二)日本多自然型建设工法


太田川


20世纪90年代以来,日本开展了丰富多样的多自然型河流整治,如在太田川所有18处拦河设施上加设鱼道,恢复河流连续性;在千曲川、加势川、多摩川采取开挖河道、改造裁弯取直的旧河道、人造河床水坑等措施,营造生物生存新空间;在加纳川、本明川灾后重建中,采用圆松木、石块等天然材料,建造梢捆拦栅、木沉排、半空砌石等生态护岸,在河床放置巨石减缓流速以保护河床等。


总的来看,“多自然建设工法”重点突出以下几个方面:

1、重视河势保护。尽量保留自然河势,为生物栖息提供良好环境,避免采用裁弯取直、倒梯形断面等。

2、重视连续性。纵向上保证一定质量的水量,确保鱼类等动物自由往来;横向上要与周边森林、田地、城市等形成完整的生态系统。

3、重视表土保护,充分利用表土孕育植被的能力。

4、重视就地取材。

5、重视施工期管理。工期要考虑鱼类洄游和产卵期、鸟虫繁殖期、植物发芽期,尽量使用不会使现场环境过于混乱的大型施工设备,施工便道尽量保护现有植被。



(三)美国生态防洪工程建设


管理和利用暴雨洪水的意识逐渐得到社会认同,许多国家的防洪理念逐渐由传统的工程防洪转向生态防洪,并先后开展了雨洪资源化利用、城市径流系数零增长等生态防洪实践,其中美国是较早开展并取得较好成效的国家之一,密西西比河流域生态防洪工程是最具标志性的案例之一。



密西西比河


为弥补水利工程所带来的负面影响,自1986年《水资源发展法》授权美国陆军工程兵团负责开展密西西比河上游自然环境修复以来,组织实施了一系列工程防洪与非工程防洪相结合的流域治理,采取的主要措施:

1、建设和修复流域湿地,“还地于河”,既扩大行洪空间,又为野生动植物提供栖息地,并在丁坝、护岸等工程设计和运行中重点考虑鱼类和野生生物的自然习性。

2、因地制宜的建设河岸缓冲带,重建河岸植被并加强管理。

3、在汛期有意识地利用田间、蓄滞洪区、湿地和河道蓄滞洪水,把洪水转化为地下水。

4、在原有防洪工程措施基础上,综合统筹洪泛区土地利用规划、洪水监测预报预警、灾害应急管理、灾害救济、税费调整等非工程措施,减轻洪水灾害损失和影响;逐步探索并实施了强制性的洪水保险。

5、采用雷达、卫星等先进手段,密切监控沿河生态环境状况,为及时调整水利工程运行管理策略提供支撑。



三、经验启示


(一)注重河流自然演变规律探究,崇尚生态优先

科学辩证地看待水利工程已经成为国际社会的普遍共识。一方面,水利工程仍然是许多国家、地区兴水利除水害必不可少的手段,是保证经济社会发展的重要基础;另一方面,水利工程技术进步的长足发展,也大幅增加了人类开发和改造自然的广度和强度。当前,愈演愈烈的水资源短缺、水生态损害、水环境恶化等问题,在不断敦促我们加深对河流自然演变规律的认识。西方发达国家生态水利工程建设的发展历程,清晰地反映了人们对水循环机理、生态系统中物种共生与物质循环再生原理以及水与经济社会、生物、生态环境关系的认识不断深化和升华;生态水利工程相关理论研究与实践探索良性互动频繁,推动着水利工程逐渐从控制、征服自然转向开发利用与改善水质、修复生境的统筹兼顾,直至追求水利工程与生态环境的完美融合,符合生态优先、保护自然的本质要求。

西方发达国家越来越重视水利工程与生态系统之间的相互影响,保护和利用河流的自我修复能力,统筹解决水灾害、水资源、水生态和水环境问题。对于新建工程,普遍将生态环境作为工程立项审批的控制性要素,并从工程规划设计、建设施工和运行管理等各个环节,严格要求降低或消除对生态环境的负面影响。对于已建工程,许多国家已重新审视工程规划布局、功能设计、运行调度等情况,按照生态优先、保护第一的原则,分类采取生态化改造(如加设鱼道)、限制部分功能(如发电)、调整调度方案、清退拆除等措施予以改造升级。


(二)注重综合措施运用,构建生态友好型工程体系


1重视规划整体统筹

在宏观战略方面,注重从经济-社会-自然复合生态系统的角度,平衡人口资源环境各要素,优化国土空间开发格局,进而确定水资源开发利用和河流生态修复与保护的总体部署。在中观布局方面,以流域为单元通盘考虑系统内的防洪、供水、修复与保护等工程布局,注重干支流、上下游、左右岸的工程功能协调,充分发挥工程体系的整体效益。在微观方法方面,充分利用河流自然地形地貌,科学选址,尽量降低对生态环境的干扰,特别关注特种鱼类等敏感指示物种的保护。


2设计建设近自然化工程


注重生态要素之间的相互联系,维持和改善河流的纵向、横向和侧向连通性。堤线等工程布置要为河道留足行洪空间,确保河道泄洪能力不降低。采取对河流自然形态和天然水流形态改变相对较小的工程结构,如带鱼道的水坝、缓坡或多段式跌水替代滚水堰、自然型护岸等,避免采用裁弯取直、倒梯形断面。为生物营造适宜的栖息环境,如河床上设置深潭-浅滩、岸边设置沼泽湿地、修建半空砌石护岸、种植林草带等。采用生态友好型的工程材料,如当地产的木材、竹笼、石块等,工程开挖的表土回覆等,避免全部采用混凝土等硬质不透水材料。


3选取最低扰动的施工组织安排


重视水利工程施工期对生态环境造成的影响。工期选择避开鱼类洄游期鸟虫繁衍期等,施工设备选取震动轻、噪音小的机械,保护好施工场地、便道等周围的植被,同时不断督促提高施工人员的保护意识。


(三)注重运行管理,充分发挥水利工程的生态效益


1普遍开展工程生态调度


随着人们不断深化对水利工程与下游生态环境之间关系的认识,国内外普遍越来越重视水利工程的生态调度,以保障下游的生态水量需求。对于下游具有特有鱼类等敏感生物的河流,通常以这些敏感生物的需求为水量调度原则,模拟这些敏感生物生存、洄游或繁衍所需的流量、水温、洪水脉冲等水文情势。对于下游没有敏感生物的河流,也要保证最基本的下泄水量,以免河道干涸造成生态危机。


2更加重视洪水风险管理


河流防洪压力随着人口与经济的不断集聚而增大,以美国为代表的发达国家越来越重视洪泛区的风险管理,统筹考虑洪泛区的土地利用、经济社会发展、灾害应急与救济等情况,按照风险等级分类实施税费、保险等相关政策,将传统上单纯依靠水利工程防洪的理念逐渐向适度承担风险转变,大幅削减了本该修建的水利工程数量,取得了很好的生态效益。同时,也利用河道、湿地等适当蓄滞洪水,洪水资源的生态价值越来越得到认可。


3充分利用监测评估反馈


现代化的遥感、地理信息系统等技术在监测工程生态影响方面的应用越来越广泛,针对河流自然状况、绿色水电、低影响开发等的评估体系也在逐步建立,这些监测评估结果为生态水利工程建设与运行提供了科学全面的反馈信息,很多国家已经成功运用这些反馈信息,在评价河流自然状态、调整工程调度运行、发展绿色水电市场、积累河流修复资金等方面取得了较好的成效。


(四)注重科技创新,持续驱动生态水利工程建设发展


1重视相关基础科学研究


几十年的生态水利工程建设发展历程中,先后提出了“近自然河道治理工程学”、“多自然型建设工法”、“绿色基础设施”等,充分揭示了实践产生理论、理论指导实践的矛盾运动规律,今后理论与实践之间的相互作用仍将继续驱动生态水利工程建设发展。日本和美国在这方面做的较好。日本专门成立了自然共生研究中心,对河流物理环境与生物之间的关系进行深入研究,为指导河流整治与修复提供了理论指导。美国在维克斯堡水道试验站搭建了世界最大的内河模型——密西西比河水系模型,复演和预演的洪水情景为优化水利工程体系奠定了科学基础。


2重视生态水利工程技术创新


技术创新是推动生态水利工程建设发展的重要动力之一,主要体现在生态友好型材料与施工技术研发两方面。近年来,格宾石笼、生态袋、预制混凝土框格、木桩、生态毯等生态护岸材料的应用越来越普遍,日本等国还在研制可供植物生长的环保混凝土等新型材料。同时,在不同区域气候条件下的林草搭配、湿地设计与建造及其水质净化等方面,相关技术也在不断向前推进。


(五)注重利益相关方合理诉求,不断调整人水关系



1注重回应利益相关方的合理诉求


在水利工程规划设计、建设施工及运行管理阶段,都设置相应的公众参与环节,全面收集利益相关方的有关诉求,吸收、采纳合理的意见和建议,对不合理的或暂时无法接受的也作出解释说明,寻求各方利益的最大公约数。


2注重满足社会公众的亲水需求


通常采取林草、木材、石块等柔性材料,结合缓坡、台地等近水设计,拉近人与水的关系;通过美化河流景观、搭建亲水平台、建设湿地公园等途径,满足人们日益强烈的滨水游憩需求。


3注重水雷竞技官网手机版建设


一方面继承传统水利工程雷竞技官网手机版遗产,并与当代水利工程的雷竞技官网手机版建设相结合;另一方面,工程普遍附带陈列馆或科普馆,发挥其宣传教育功能,激发公众认识生态水利工程、保护生态环境的热情与关切。

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