水利工程设计中河道整治与生态修复关键技术研究

引言：水利工程设计中的河道整治与生态修复关键技术研究，旨在探索如何在满足防洪、供水、灌溉等传统水利需求的同时，最大程度地保护和恢复河流生态系统的自然功能与生物多样性。本文综合分析了当前河道整治面临的挑战，包括河流生态退化、水土流失加剧、生物栖息地破坏等问题。随后，重点介绍了几种关键技术，如生态护岸技术、水动力调整、非结构性措施、生物修复技术、水文调节与生态需水保障、水体富营养化控制以及智慧监测与管理。这些技术旨在通过模拟自然过程、减少硬质结构使用、促进水生与陆生生态系统的互动，来实现河流的可持续管理。文章还讨论了技术实施的案例研究、效果评估以及未来发展方向，强调了多学科交叉合作和政策支持的重要性。

一、水利工程设计与河道整治的概述

1.水利工程设计

水利工程设计是指在深入分析自然条件、社会经济需求和环境影响的基础上，对各类水利工程进行综合性规划、详细设计以及后续的施工指导和监督工作。它涵盖了广泛的工程项目，如水库、水电站、灌溉系统、水闸、堤坝、排水设施和饮水工程等。水利工程设计通常包括几个阶段，可行性研究：评估项目的技术可行性和经济合理性，包括环境和社会影响评估。初步设计：基于可行性研究报告，制定工程的实施方案，确定主要技术参数和总体布局。施工图设计：细化设计方案，绘制详细施工图纸，制定施工技术和材料规格。

2.河道整治

河道整治则专注于河流本身的管理和改善，其目的是通过一系列工程和技术手段来调整和优化河道的形态与功能，以达到防洪减灾、改善水质、保护生态环境、提升航运能力等目的。河道整治的主要内容包括：治导工程：通过设置丁坝、顺坝等构造物引导水流，稳定河势，防止河岸侵蚀或淤积。疏浚：清除河道内的淤泥和障碍物，增加过水断面，提高行洪能力。护岸建设：加固河岸，防止坍塌，保护周边土地和基础设施。生态修复：采用自然或半自然的手段恢复河流生态系统，如构建湿地、恢复植被等。

水利工程设计与河道整治之间存在着紧密且直接的关系，二者共同服务于水资源的合理开发、有效管理和环境保护。水利工程设计是通过科学规划和设计，实现水资源的最优配置；河道整治则是对自然河流或人工渠道进行改造和管理，以改善水流条件、提高防洪能力等。两者都致力于提升水资源的利用效率和安全性，同时保护和修复水生态系统。河道整治项目通常需要基于详尽的水利工程设计来进行。设计阶段对河道的现状评估、水文分析、工程规划、结构设计以及环境影响评价等，这些都是河道整治能否成功实施的基础。而河道整治工程的实践经验又会反馈给水利工程设计，促进设计理念和技术的更新迭代。

二、水利工程中河道整治关键技术

1.生态护岸技术

生态护岸技术是一种结合自然生态系统原理与工程方法的河道边坡防护手段，目的在减少水流对河岸的侵蚀，同时促进生态多样性和美化环境。通过种植水生、湿生和耐水植物，如芦苇、香蒲、柳树等，来稳固河岸并促进生态多样性。植被根系可以加固土壤，减少侵蚀，同时提供野生动物栖息地。使用自然石材如堆石、抛石、石笼或框架结构，既可以稳定河岸，又保留了一定的自然风貌，有利于水生生物栖息。使用沉梢、木栅栏等，利用经久耐用的木材构建护岸，木材随着时间的推移会形成生物膜，吸引微生物和小型水生动物；或者，利用天然植物纤维垫或人造织物纤维垫铺设于河岸，以控制土壤流失，同时为植物生长提供基础，逐渐演变成自然植被护岸。

2.生态固堤与河岸稳定技术

生态固堤与河岸稳定技术是指在保护河岸免受侵蚀、维持河流稳定的同时，尽量减少对自然环境的负面影响，甚至促进生态系统的恢复与发展的工程技术。使用由高强度、耐腐蚀的纤维材料（如聚丙烯）制成的生态袋，内部填充土壤或混合有种子的土壤，用于构建河岸或堤防。生态袋既能提供稳定的结构支撑，又允许植物通过袋体生长，最终形成一个既坚固又生态的护岸系统。通过铺设金属或高分子材料制成的生态网格，固定在河岸或堤坡上，然后在网格内填充土壤或植被，以此来稳定河岸，促进植被生长。生态格网能有效抵御水流侵蚀，同时为生物提供栖息地。直接在河岸种植本地耐水植物，如柳树、芦苇等，利用植物根系的固土作用和地上部分对水流的缓冲效应，达到稳定河岸的目的。这种方式成本较低，生态效益显著。生态混凝土块可以用于河岸建设，既稳固河岸又促进生态平衡。模仿自然河流的形态，通过设置曲线、浅滩和深槽，调整河床材料等方法，以自然方式控制水流速度和方向，减少侵蚀，同时促进生物多样性。

3.水动力调整

水动力调整是指通过改变河流的几何形态、边界条件或水流特性，以改善或恢复河流的自然水动力学过程，通过改变河道的宽度、深度、弯曲度等几何形态，影响水流的流速、流向和能量分布，如恢复河流的自然弯曲（蜿蜒性），设置人工弯道和浅滩，以降低水流速度，促进泥沙沉积和生态多样性。河床与河岸改造：通过清理淤积、调整河床材质或使用生态护岸技术，如生态混凝土、自然石料护岸，改变水流与河岸的相互作用，减少侵蚀，同时创造有利于水生动植物栖息的环境。利用水闸、堰坝、分洪道等水工建筑物，灵活调节水流的流量和分布，实现洪水的有效疏导和水资源的合理调配。现代调控系统还可能包括智能监测与自动化控制系统，以应对不同水文条件下的水流管理需求。

三、水利工程中生态修复关键技术

1.生物修复技术

生物修复技术是一种利用自然界的生物过程或生物体来清除、减少或中和环境污染的方法。在水利工程和水环境治理中，生物修复技术尤为重要，利用微生物的代谢作用分解水体中的有机污染物，如石油、农药残留、重金属等有害物质，转化为无害物质或易于处理的形式。微生物修复技术可以通过直接向污染水体投放特异性的微生物制剂或者通过优化水体环境促进原有微生物群落的活性来实现。利用植物的吸收、积累、转化和降解能力来清除土壤和水体中的污染物。例如，某些植物能够吸收重金属并通过根系积累，或者通过根际微生物的活动降解有机污染物。水生植物如芦苇、香蒲等在净化水质、吸收富营养化物质方面效果显著。模拟自然湿地系统，通过土壤、植物、微生物的协同作用，对污水进行自然处理，去除其中的营养盐、病原体和有毒物质，是一种有效的生态工程技术。

2.水文调节与生态需水保障

水文调节与生态需水保障是水资源管理中的两个关键方面，旨在通过科学调控水文过程，确保满足生态系统对水量和水质的基本需求，以维持和恢复水生态系统的健康与稳定。水文调节主要是通过水利工程设施对河流的天然径流进行控制和重新分配，以达到防洪、灌溉等多重目的。这一过程涉及对河流的水量和水流进行时空再分配，以适应人类社会经济活动和自然环境变化的需求。水文调节的关键在于合理规划和调度，既要确保水资源的有效利用，又要避免对生态环境造成不利影响。生态需水是指维持水体及其所支持的生态系统健康运行所必需的最低水量和水质条件。在湖泊、湿地等水体中，通过控制水位波动范围，保护和恢复水生及周边生态系统的完整性。对已经受损的水生态系统进行修复，如恢复湿地、改善河岸带等，以增强其自我调节和恢复能力。

3.水体富营养化控制

水体富营养化控制是针对湖泊、河流等水体由于氮、磷等营养物质过量输入导致藻类过度生长、水质恶化的问题所采取的一系列管理和工程技术措施。提高城市和农村污水处理效率，确保排放水中的氮、磷含量低于规定标准。推广精准施肥，减少化肥和农药使用，实施农田缓冲带减少农田径流污染。改善畜禽粪便处理方式，避免粪肥直接排入水体。通过疏浚去除富含营养物质的底泥，减少内源性营养物释放。增加水体底层溶解氧，促进好氧微生物活动，减少厌氧条件下磷的释放。种植水生植物（如荷花、芦苇、睡莲、水草等）吸收利用氮磷，改善水质。合理利用浮游植物（如凤眼莲）吸收营养盐，但需注意其可能引起的二次生态问题。

四、水利工程设计中河道整治与生态修复的重要性

1.促进水资源有效利用

河道整治与生态修复是促进水资源有效利用的重要手段，它们通过协同作用地方式，以达到保护环境、提升水质以及维持生态平衡的目的，从而实现水资源的有效利用。首先，改善水质与水量，利用生态修复技术建立湿地系统、种植水生植物、增强微生物净化作用等，能有效去除水体中的污染物，提高水质。同时，通过调整河道形态，增加水体流动性和滞留时间，有助于提高水资源的自我净化能力，确保有足够的清洁水源供人类使用和生态需求。其次，需增强洪水调控能力，河道整治过程中会拓宽或加深河床、建立蓄洪区等措施，可以提升河流的洪水承载能力，减少洪水灾害的风险。促进水资源的自然补给与循环，通过模仿自然的水文循环，比如构建“ 海绵城市” 理念下的透水铺装、雨水花园等低影响开发设施，可以有效增加地下水补给，减少地表径流，提高水资源的自然补给率和利用率。最后，河道整治与生态修复项目往往伴随着公众参与和环保教育活动，提高社会对水资源保护意识，鼓励节水行为，形成良好的水资源利用习惯。

2.保障防洪安全

河道整治与生态修复技术对于保障防洪安全具有至关重要的作用。首先，通过提高泄洪能力，实施清理河床淤泥、拓宽河道、加深河床等整治措施，可以有效增加河流的过水断面面积和流速，从而提高洪水的通过能力，减少洪水水位，降低漫堤风险，保障沿岸地区的安全。其次，生态修复技术如建立生态护岸、河岸植被恢复等，能够利用自然植被的根系稳固河岸，减少水流冲刷，同时通过植被的阻滞作用调整水流方向和速度，缓解水流对河岸的直接冲击，增强河堤的稳定性。最后，实施土地使用规划，避免在易洪地区进行大规模建设和居住；采用绿色基础设施，如湿地恢复、透水铺装等，增加雨水吸纳和缓释能力。还应建立快速响应机制，一旦洪水发生，立即启动应急预案，组织救援力量进行人员转移、物资抢救等工作。洪水过后，迅速开展灾后评估、卫生防疫、基础设施修复和心理援助，帮助灾区尽快恢复正常生活秩序。

3.增强生态系统的服务功能

增强生态系统服务功能是指通过一系列管理和保护措施，提升自然生态系统为人类社会提供的各类益处，对受损生态系统进行修复，如恢复湿地、森林、草地等，保护自然保护区，禁止过度开发，减少生态破坏，维持生态系统的自然结构和功能。实施综合水资源管理，确保生态需水，维护河流的自然流量和水位波动，保护水生态系统，如设置生态流量下限，实施分时段的水资源调度。在城市规划中增加绿地面积，建设公园、屋顶花园、雨水花园等，推广海绵城市理念，利用自然过程管理雨水，减少城市内涝，提升城市生态服务功能。提高公众对生态系统服务价值的认识，鼓励公众参与生态保护活动，通过环境教育和社区参与项目，增强社会对自然保护的支持和责任感。加强对生态系统服务功能的科学研究，建立长期监测网络，评估生态系统服务的现状和变化趋势，为政策制定和管理决策提供科学依据。

结束语：综上所述，水利工程设计中的河道整治与生态修复关键技术不仅是对传统水利工程技术的补充与升级，更是对未来水资源可持续管理理念的深刻体现。通过综合运用水动力调整、非结构性措施、水文调节与生态需水保障水等关键技术，不仅能够保护生物多样性，还能促进水资源的合理配置和高效利用，增强生态系统的韧性与服务功能。水利工程设计中的河道整治与生态修复关键技术研究是一个动态演进、持续优化的过程，它要求我们在实践中不断探索、总结与创新。

参考文献：

[1] 杨亚婷. 水体生态修复技术在河道整治工程中的运用探析[J]. 黑龙江环境通报,2024,37(03):163-165.

[2]李小霞.水利工程河道堤防护岸施工技术分析[J].农业开发与装备,2023,(05):235-236.

[3]李柄成.河道综合整治施工技术——以深圳坪山河干流综合整治及水质提升工程为例[C]//中国建设科技集团股份有限公司,中国建筑学会工程总承包专业委员会,亚太建设科技信息研究院有限公司,《施工技术》杂志社.2019 年全国土木工程施工技术交流会暨《施工技术》2019 年理事会年会论文集（下册）.中建城市建设发展有限公司;,2019:3.

[4]郑重阳.水利工程中的河道生态护坡施工技术研究[J].价值工程,2019,38(35):147-149.

[5]吴义锋,吕锡武.河湖岸线多孔混凝土特定生境生态修复技术与实践[M].中国水利水电出版社:201612.209.