摘要：文章簡要分析了紅河流域西河治理工程對于河流生態系統脅迫問題，提出應重視紅河生態系統健康和可持續性的需求。生態水利工程學是水利工程學與生態學相融合產生的新分支學科，目的是改進和完善水利工程的規劃設計方法。本文試述了生態水利工程在河道治理中應注意的五個問題，它們是：工程安全性和經濟性，提高河流形態的空間異質性;生態系統自設計與自恢復：景觀尺度與整體修復;反饋和調整設計。

　　關鍵詞：紅河流域,西河,生態水利,工程

　　一、概述

　　西河是縱貫巍山縣盆地的主流，發源于上、下花盤，由北向南經洗澡塘流出盆地，是紅河的氣段。流域狹長，支溝發育，形似“樹葉”狀，東西寬14-12km，南北長約40km，四面環山，中位巍山盆地，流域面積784km2，壩區主河長48.9km，支流四十余條，水庫55座，構成呈“羽狀”水系，水草、魚、蛙、水生昆蟲自樂其中，區內羊子江源頭最高海拔3006.9m，洗澡塘出口處海拔1678.9m，最高落差為1328m，盆地外圍是綿延起伏的山脈，山高谷深，綠樹紅花廣泛分布，飛鳥走獸游梭其里，水路、陸路交錯相通，鳥獸蛇蟲構成了一個復雜的生態系統。

　　二、西河流域治理現狀

　　主流西河設有攔河壩一座，用于福慶水庫本區引流及汛期蓄水沖砂。沿攔河壩以下治理了11.22 km，河堤沿河漫灘裁彎改直，迎水面用C15砼護面，堤高2-3 m , 河底寬18-38m，河底沿程50m、100m、150m、200m四種間距設平底“v”型固床梁，堤外坡種草植樹。東西支流建水庫55座，攔砂壩等人工建筑物，西河治理段保護沿河兩岸55個村莊3325戶25262人和16648畝良田、集貿市場、橋梁、水利工程等價值2.68億元固定資產的安全。其經濟、社會效益十分可觀。

　　三、西河流域治理工程對生態系統的脅迫

　　巍山縣西河流域治理工程對巍山經濟與社會發展的巨大作用勿庸置疑。但是也必須看到西河流域治理工程對河流生態系統造成了不同程度的干擾。該工程對于西河流域生態系統的脅迫主要表現在兩方面:一是自然河流的渠道化。包括平面布置上的河流形態直線化，即將蜿蜒曲折的天然河流改造成直線或折線型的人工河流。包括河道橫斷面兒何規則化，即把自然河流的復雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規則兒何斷面。還包括河床和邊坡材料的硬質化，即河道的邊坡及河床采用混凝土、砌石等硬質材料。二是指自然河流的非連續化。筑壩是順水流方向的河流非連續化，流動的河流生態系統變成了相對靜止的水庫，流速、水深、水溫及水流邊界條件都發生了重大變化。庫區內原來的森林、草地或農田系統淹沒水底。陸生動物被迫遷徙。水庫形成后也改變了原來河流營養鹽輸移轉化的規律。由于水庫截留河流的營養物質，氣溫較高時，促使藻類在水體表層大量繁殖，產生水華現象。藻類蔓延遮蓋住大植物的生長空間使之萎縮，而死亡的藻類沉入水底，在腐爛的同時還消耗氧氣。溶解氧含量低的水體會使水生生物“窒息而死”。由于水庫的水深高于河流，在深水處陽光微弱，光合作用也弱，導致水庫的生態系統比河流的生物生產量低，相對要脆弱，自我恢復能力弱。河流泥沙在水庫淤積，而壩下清水下泄又加劇了對河道的沖蝕，這些變化都大幅度改變了生境。由于靠水庫進行人工徑流調節，改變了自然河流年內豐枯的水文周期規律，即改變了原來隨水文周期變化形成脈沖式河流走廊生態系統的基本狀況。最后，眾所周知，大壩對于生物的上下連通是致命的屏障。另一類非連續化是西河流兩岸建設的防洪堤造成的側向水流的非連續性。堤防妨礙了汛期主流與岔流之間的溝通，阻止了水流的橫向擴展。堤防把干流與灘地和洪泛區隔離，使岸邊地帶和洪泛區的棲息地發生改變。原來可能擴散到灘地和洪泛區的水、泥沙和營養物質，被限制在堤防以內的河道內，植被面積明顯減少。魚類無法進入灘地產卵和覓食，也失去了避難所。魚類、無脊椎動物等會減少，導致灘區和洪泛區的生態功能退化。并且兩岸動物老死不相往來。

　　概況地講，被改造過的西河生態系統是由三個子系統組成。即:由動物、植物和微生物組成的生命系統，這是生態系統的主體。廣義的水文系統，包括地表和地下水體、上地、氣候系統等。再有就是西河流域工程設施系統，這是人們改造河流的結果。后面兩個子系統組成生境，是生命支持系統。由于西河流域治理工程系統改變了西河形態，水庫調度運行又改變了原有的水文規律，造成西河流域生態系統的生境變化，其結果可能造成西河流域生態系統生物群落多樣性的下降，使生態系統退化。

　　四、生態水利工程的概念

　　對于西河流域治理工程對西河流域生態系統的脅迫，應該采取正視而不是回避的態度。傳統意義上的水利工程學作為一門重要的工程學科，以建設水工建筑物為手段，目的是改造和控制河流，以滿足人們防洪和水資源利用等多種需求。現代科學發展使我們認識到，傳統意義上的水利工程學在力圖滿足人的需求時，卻在不同程度上忽視了河流生態系統本身的需求。而河流生態系統的功能退化，也會給人們的長遠利益帶來損害。未來的西河流域治理在權衡社會經濟需求與生態系統健康需求這二者關系方面，應強調西河流域工程在滿足人們社會需求的同時，兼顧水域生態系統的健康和可持續性。從學科發展角度看，現在的水利工程學的學科基礎主要是工程力學和水文學，水利工程規劃設計主要對象是水文系統，往往忽視生命系統的現狀和未來風險等問題。學科的進一步發展應吸收生態學的理論及方法，促進水利工程學與生態學的交叉融合，用以改進和完善水利工程的規劃及設計理論，形成水利工程學的新的學科分支一生態水利工程學。生態水利工程學作為水利工程學的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態系統健康與可持續性需求的原理與技術方法的工程學。生態水利工程的內涵是:對于新建工程，是指進行傳統水利建設的同時(如治河、防洪工程)，兼顧河流生態修復的目標。對于已建工程，則是對于被嚴重干擾河流重點進行生態修復。

　　生態水利工程將與傳統治污技術、清潔生產(生態產業)以及環境立法和資源管理一起，成為河流生態建設的主要手段之一。

　　五、西河流域治理存在的幾個生態問題論述

　　1.工程安全性和經濟性

　　生態水利工程是一種綜合性工程，在河流綜合治理中既要滿足人的需求，包括防洪、灌溉、以及旅游等需求，也要兼顧生態系統可持續性的需求。生態水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態學原理。生態水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規律，以確保工程設施的安全、穩定和耐久性。工程設施必須在設計標準規定的范圍內，能夠承受洪水、侵蝕、風暴、冰凍、干旱等自然力荷載。按照河流地貌學原理進行河流縱、橫斷面設計時，必須充分考慮河流泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等河流特征，動態地研究河勢變化規律，保證工程的耐久性。

　　對于生態水利工程的經濟合理性分析，應遵循風險最小和效益最大原則。由于對生態演替的過程和結果事先難以把握，生態水利工程往往帶有一定程度的風險。這就需要在規劃設計中需要進行方案比選，更要重視生態系統的長期定點監測和評估。另外，充分利用河流生態系統自我恢復規律，是力爭以最小的投入獲得最大產出的合理技術路線。

　　2.提高河流形態的空間異質性

　　生物群落多樣性與非生物環境的空間異質性，存在正相關關系。這里所說的“生物群落”是指在特定的空間和特定的生境下，由一定生物種類組成，與環境之間相互影響、相互作用，具有一定結構和特定功能的生物集合體。一般所說的“生物群落多樣性”指生物群落的結構與功能的多樣性。實際上，生物群落多樣性問題是在物種水平上的生物多樣性。

　　非生物環境的空間異質性與生物群落多樣性的關系反映了非生命系統與生命系統之間的依存和}r}合關系。西河流域的生境空間異質性越高，就意味著創造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環境變得單調，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質、密度和比例等都會發生變化，造成生態系統的某種程度的退化。

　　西河流域生態系統生境的主要特點是:水一陸兩相和水一氣兩相的聯系緊密性;土中下游的生境異質性;西河縱向的蜿蜒性;西河橫斷面形狀的多樣性;河床材料的透水性等。水一陸兩相和水一氣兩相的緊密關系，形成了較為開放的生境條件;上中下游的生境異質性，造就了豐富的流域生境多樣化條件;西河縱向的蜿蜒性形成了急流與緩流相間;西河的橫斷面形狀多樣性，表現為深潭與淺灘交錯;河床材料的透水性為生物提供了棲息所。由于西河形態異質性形成了在流速、流量、水深、水溫、水質、水文脈沖變化、河床材料構成等多種生態因子的異質性，造就了豐富的生境多樣性，形成了豐富的河流生物群落多樣性。所以說，提高西河形態異質性是提高生物群落多樣性的重要前提之一。

　　由于人類活動，特別是西河流域治理工程的建設，造成西河的渠道化及河流非連續化，使西河流域生境在不同程度上單一化，引起西河流域生態系統的不同程度的退化。生態水利工程的目標是恢復或提高生物群落的多樣性，但是并不意味著主要靠人工直接種植岸邊植被或者引進魚類、鳥類和其它生物物種，生態水利工程的重點應該是盡可能提高河流形態的異質性，使其符合自然河流的地貌學原理，為生物群落多樣性的恢復創造條件。

　　3.重視生態系統自設計、自我恢復

　　在西河流域治理中重視生態系統自設計，自我恢復。以各種不同形式構成的自組織功能，是自然生態系統的重要特征。生態學用自組織功能來解釋物種分布的豐富性現象，也用來說明食物網隨時間的發展過程。生態系統的自組織功能表現為生態系統的可持續性。自組織的機理是物種的自然選擇，也就是說某些與生態系統友好的物種，能夠經受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源和合適的環境條件。在這種情況下，生境就可以支持一個能具有足夠數量并能進行繁殖的種群。

　　生態系統的自組織功能對于生態工程學的意義是什么呢?生態工程時，生態工程設計與傳統水工設計有本質的區別。像設計大壩這樣的人工建筑物是一種確定性的設計，建筑物的兒何特征、材料強度都是在人的控制之中，建筑物最終可以具備人們所期望的功能。河流修復工程設計與此不同，生態工程設計是一種“指導性”的設計，或者說是輔助性設計。依靠生態系統自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而完成設計和實現設計。成功的生態工程經驗表明，人工與自然力的貢獻各占一半。

　　我國古代傳統哲學注重人與自然的和諧相處，老子主張:“人法地，地法天，天法道，道法自然”。反映了一種崇尚自然，遵循自然規律的哲學觀。在建筑理念方面，提倡“工不曰人而曰天，務全其自然之勢”(《管氏地理指蒙》)，“雖由人作，宛自天開”(《園冶》)，都提倡一種效法自然，依靠自然的思想。

　　傳統的水利工程設計的特征是對于自然河流實施控制。而設計生態水利工程時，要求工程師必須放棄控制自然界的動機，樹立新的工程理念。因為依靠人力和技術控制自然界是不可能的，這種一廂情愿的企圖最終往往歸于失敗。人們要善于利用生態系統自組織、自設計這個寶貴財富，實現人與自然的和諧。需要強調的是，每一條河流的特點都是各不相同的。因此，對西河流域的治理照搬照用，對每一項生態水利工程必須因地制宜，充分尊重西河的自然屬性和美學價值，尋求最佳的生態工程方案。

　　4.景觀尺度及整體性

　　西河流域治理工程規劃和管理應該在大景觀尺度、長期的和保持可持續性的基礎上進行，而不是在小尺度、短時期和零星局部的范圍內進行。

　　所謂“整體性”是指從生態系統的結構和功能出發，掌握生態系統各個要素間的交互作用，提出西河流域生態系統的整體、綜合的系統方法，而不是僅僅考慮西河流域水文系統的修復問題，也不僅僅是修復單一動物或修復河岸植被。

　　這里說的“景觀”是指生態學中的景觀尺度。尺度和層次是生態學發展的關鍵。目前生態學理論把生物圈劃分為11個層次，依次是生物圈、生物群系、景觀、生態系統、群落、種群、個體、組織、細胞、基因和分子。景觀尺度包括空間尺度和時間尺度。

　　首先，水域生態系統是一個大系統，其子系統包括生物系統、廣義水文系統和人造工程設施系統。廣義水文系統又與生物系統交織在一起，形成西河流域生態系統。而人類活動和工程設施作為生境的組成部分，形成對于水域生態系統的正負影響。

　　其次，必須重視水域生境的易變性、流動性和隨機性的特點，表現為流量、水位和水量的水文周期變化和隨機變化，也表現為河流淤積與侵蝕的交替變化造成河勢的擺動。這些變化決定了生物種群的基本生存條件。水域生態系統是隨著降雨、水文變化及潮流等條件在時間與空間中擴展或收縮的動態系統。生態系統的變化范圍從生境受到限制時期的高度臨界狀態到生境擴張時期的冗余狀態。

　　最后，要考慮生境邊界的動態擴展問題。由于動物遷徙和植物的隨機擴散，生境邊界也隨之發生動態變動。西河流域生態系統是一個開放的系統，與周圍生態系統隨時進行能量傳遞和物質循環，西河流域的生態活動不可能是孤立的，還需要與相鄰流域的生態修復活動進行協調。

　　5.反饋調整式設計

　　西河流域生態系統的成長是一個過程，西河生態治理工程需要時間。從長時間尺度看，自然生態系統的進化需要數百萬年時間。進化的趨勢是結構復雜性、生物群落多樣性、系統有序性及內部穩定性都有所增加和提高，同時對外界干擾的抵抗力有所增強。從較短的時間尺度看，生態系統的演替，即一種類型的生態系統被另一種生態系統所代替也需要若干年的時間，期望河流修復能夠短期奏效往往是不現實的。

　　西河流域生態水利工程設計主要是模仿成熟的河流生態系統的結構，力求最終形成一個健康、可持續的河流生態系統。在治理工程項目執行以后，就開始了一個自然生態演替的動態過程。這個過程并不一定按照設計預期的目標發展，可能出現多種可能性。最頂層的理想狀態應是沒有外界脅迫的自然生態演進狀態。在西河流域生態治理工程中，恢復到未受人類干擾的河流原始狀態往往是不可能的，可以理解這種原始狀態是自然生杰演進的極限狀態上限。如果沒有生態治理工程，在人類活動的脅迫下生態系統的進一步惡化，這種狀態則是極限狀態的下限。在這兩種極限狀態之間，生態治理存在著多種可能性。針對具體一項生態治理工程實施以后，一種理想的可能是:監測到的各生態變量是現有科學水平可能達到的最優值，表示生態演進的趨勢是理想的。另一種差的情況是，監測到的各生態變量是人們可接受的最低值。在這兩種極端狀態之間，形成了一個包絡圖。

　　意識到生態系統和社會系統都不是靜止的，在時間與空間上常具有不確定性。除了自然系統的演替以外，人類系統的變化及干擾也導致了生態系統的調整。這種不確定性使生態水利工程設計不同于傳統工程的確定性設計方法，而是一種反饋調整式的設計方法。是按照“設計—執行(包括管理)—監測—評估一調整”這樣一種流程以反復循環的方式進行的。在這個流程中，監測工作是基礎。監測工作包括生物監測和水文觀測。這就需要在項目初期建立完善的監測系統，進行長期觀測。依靠完整的歷史資料和監測數據，進行階段性的評估。評估的內容是西河流域生態系統的結構與功能的狀況及發展趨勢。常用的方法是參照比較方法，一種是西河流域自身系統的歷史及項目初期狀況比較，一種是與自然條件類似但未進行生態的河流比較。評估的結果不外乎有兒種可能:1)生態系統大體按照預定目標演進，不需要設計變更;2)需要局部調整設計，適應新的狀況:3)原來制定的目標需要重大調整，相應進行設計。

　　在反饋調整式設計過程中，提倡科學家、管理者和當地居民及社會各界的廣泛參與，通過對話、協商，以尋求共同利益。提倡多學科的交流和融合，提高設計的科學性。

　　綜上所述，整個西河治理中，我們的目標是建立一個砂清水靜，風景宜人，人景相融，人物相融，各種生物其樂融融，生機勃勃的共同促進，共同發展的一個生態環境。