水利工程中的生态保护策略

作者简介：杨亮（1974.06-），男，汉，湖南省岳阳湘阴县，大专，工程师，研究方向：水利工程建设与管理

摘要：水利工程在社会经济发展中发挥着关键作用，然而其对生态环境产生的影响不容忽视。本文深入探讨水利工程中的生态保护策略，剖析水利工程对生态环境的多方面影响，阐述生态保护的重要性，并从生态流量保障、水生态系统恢复、生物多样性保护、水环境质量监测与治理、水工建筑物生态化设计、水资源可持续利用以及生态修复与生态补偿机制等多个维度提出具体的生态保护策略，旨在实现水利工程与生态环境的和谐共生，推动可持续发展。

关键词：水利工程；生态保护；生态流量；生物多样性；可持续发展

一、引言

水利工程作为人类改造自然、利用水资源的重要手段，在防洪、灌溉、供水、发电等诸多领域发挥着不可替代的作用，极大地促进了社会经济的发展。从古至今，水利工程的建设都备受重视，古代的都江堰、郑国渠等水利工程，至今仍在发挥着重要作用，对当时及后世的农业发展、社会稳定产生了深远影响。在现代社会，大型水利工程如三峡工程、南水北调工程等，更是对国家的能源供应、水资源调配等方面起到了关键支撑作用。三峡工程总装机容量达2250万千瓦，年发电量超1000亿千瓦时，有效缓解了我国华中、华东地区的电力供应压力；南水北调工程规划调水总规模448亿立方米，惠及沿线数亿人口，有力保障了北方地区的水资源供应。但是，随着人们对生态环境的关注度不断提高，水利工程建设和运行过程中对生态环境产生的负面影响也逐渐凸显。因此，深入研究水利工程中的生态保护策略具有极其重要的现实意义。

二、水利工程对生态环境的影响

2.1 对河流生态系统的影响

2.1.1 水文情势改变

水利工程的建设，如水库、大坝等，会显著改变河流的水文情势。水库蓄水会使河流流速减缓，水位发生变化，流量的季节分配也会被调整。以三峡水库为例，蓄水后库区及下游部分江段的流速明显降低，枯水期水位有所抬高，洪水期水位波动相对减小。在三峡水库蓄水后，库区平均流速从蓄水前的约1.2m/s降至0.3-0.5m/s，这种水文情势的改变，对河流生态系统的结构和功能产生了深远影响。河流水文情势的改变，直接影响了河流中泥沙的输移、营养物质的循环以及水生生物的生存繁衍环境。流速的降低使得泥沙大量沉积在库区，减少了下游河道的泥沙补给，可能导致河岸崩塌、河口三角洲萎缩等问题；水位的变化也会改变河流两岸的植被分布，影响生态系统的稳定性。

2.1.2 河道形态变化

一些水利工程建设会导致河道形态的改变。例如，渠道化工程会将自然弯曲的河道改造成直线，破坏了河道的自然形态。这种改变减少了河道的蜿蜒度，降低了河流的栖息地多样性，使得一些依赖于自然河道形态生存的生物失去了适宜的生存环境。美国的科罗拉多河部分河段在进行渠道化改造后，河流栖息地面积减少了约40%，许多鱼类和两栖动物的种群数量急剧下降。此外，河道形态的改变还会影响河流的水流动力学特性，导致水流分布不均，增加局部冲刷和淤积的风险，进一步破坏河流生态系统。

2.2 对生物多样性的影响

2.2.1 水生生物

水利工程对水生生物的影响尤为显著。大坝的建设阻断了河流的连续性，阻碍了鱼类的洄游通道，使得一些需要洄游产卵的鱼类无法正常繁殖，导致种群数量减少。例如，中华鲟是一种典型的洄游性鱼类，葛洲坝等水利工程的建设对其洄游产生了严重阻碍，使其种群数量急剧下降。据研究，葛洲坝建成后，中华鲟的繁殖群体数量从建坝前的约2176尾减少到目前的几十尾。此外，水库蓄水改变了水体的温度、溶解氧等理化性质，也会对水生生物的生存和繁殖产生不利影响。水温分层现象在水库中较为常见，这种现象会导致底层水体缺氧，影响底栖生物的生存；同时，水温的变化还会影响鱼类的产卵时间和胚胎发育，改变鱼类的种群结构。

2.2.2 陆生生物

水利工程建设过程中，大面积的土地被淹没，导致陆生生物的栖息地丧失。同时，工程施工活动还可能对周边的生态环境造成干扰，使得一些陆生生物被迫迁移，甚至可能导致部分物种灭绝。例如，在一些大型水库建设过程中，周边山区的森林被淹没，许多珍稀动植物失去了生存家园。巴西伊泰普水电站建设过程中，淹没了约13500平方公里的热带雨林，导致大量珍稀动植物栖息地丧失，许多物种面临灭绝的危险。此外，水利工程建设还可能引发山体滑坡、泥石流等地质灾害，进一步破坏陆生生物的生存环境。

2.3 对水环境的影响

2.3.1 水体自净能力下降

河流流速的减缓会导致水体的自净能力下降。在自然状态下，河流能够通过水流的冲刷、稀释等作用，将污染物带走并进行自然净化。但水利工程建设后，流速降低，污染物在水体中停留的时间延长，难以有效扩散和降解，从而导致水质恶化。此外，水体自净能力的下降还会导致水体中污染物浓度升高，影响水生生物的生存，同时也增加了人类用水的安全风险。

2.3.2 库区富营养化

水库蓄水后，水流速度变缓，水体中的营养物质容易积累。如果周边地区存在大量的农业面源污染或生活污水排放，就容易导致库区水体富营养化，引发藻类大量繁殖等问题，破坏水生态平衡。太湖流域的一些水库，由于周边农业面源污染和生活污水排放，水体富营养化问题严重，蓝藻水华频繁爆发，对当地的饮用水安全和生态环境造成了极大威胁。富营养化不仅会导致藻类过度繁殖，还会消耗水中的溶解氧，造成鱼类等水生生物缺氧死亡，进一步破坏水生态系统的平衡。

三、水利工程生态保护的重要性

3.1 维护生态平衡

生态系统是一个复杂的有机整体，各个组成部分相互关联、相互影响。水利工程若对生态环境造成破坏，可能会打破生态平衡，引发一系列连锁反应。例如，水生生物种群数量的减少可能会影响到以其为食的鸟类等生物的生存，进而影响整个生态系统的食物链结构。当河流中鱼类数量减少时，依赖鱼类为食的鸟类数量也会随之下降，同时，鱼类作为生态系统中的消费者，其数量的变化还会影响到浮游生物、底栖生物等其他生物的数量和分布，从而导致整个生态系统的结构和功能发生改变。因此，实施生态保护策略，能够维护生态系统的完整性和稳定性，保障生态平衡。

3.2 保障水资源可持续利用

水资源是人类社会生存和发展的基础。良好的生态环境是水资源可持续利用的前提条件。通过生态保护措施，可以改善水环境质量，提高水资源的涵养能力，确保水资源的可持续供应。例如，保护河流生态系统能够增强河流的自净能力，减少水污染，从而保障水资源的质量和数量。森林植被的保护和恢复可以增加土壤的蓄水能力，减少水土流失，提高水资源的涵养量；湿地生态系统的保护和修复能够净化水质，提高水资源的利用效率。只有保护好生态环境，才能实现水资源的可持续利用，满足人类社会不断增长的用水需求。

3.3 促进社会经济可持续发展

水利工程的建设初衷是为了促进社会经济发展，但如果忽视生态保护，可能会导致生态环境恶化，反过来制约社会经济的可持续发展。例如，因水质恶化导致的水生态灾害，可能会影响渔业、旅游业等相关产业的发展。当水体受到污染，鱼类大量死亡时，渔业资源会受到严重破坏，渔民的收入也会大幅减少；同时，水质恶化还会影响旅游景观，降低旅游吸引力，减少旅游收入。此外，生态环境的恶化还可能引发一系列社会问题，如水资源短缺、环境污染纠纷等，影响社会的稳定和发展。只有实现水利工程与生态环境的和谐共生，才能为社会经济的可持续发展提供坚实的保障。

四、水利工程生态保护策略

4.1 生态流量保障措施

4.1.1 生态流量监测技术

采用高精度的流量监测设备，如超声波流量计、激光测流仪等，对河流的生态流量进行准确监测。利用物联网和移动通信技术，实现监测数据的实时传输和共享，以便及时掌握河流流量的变化情况。同时，结合机器学习和大数据分析技术，建立数据分析与预警系统，对流量变化进行预测，提前预警潜在的生态流量不足问题。例如，在长江流域的一些重点河段，通过安装智能流量监测设备，实现了对河流流量的实时监测，并将数据传输到流域管理中心。利用大数据分析技术，对历史流量数据和实时监测数据进行分析，预测未来一段时间内的流量变化趋势，当发现流量可能低于生态流量阈值时，及时发出预警，为生态流量的保障提供决策支持。

4.1.2 生态流量调度策略

基于生态流量需求，对水库、河道等水资源进行优化配置。在制定调度方案时，充分考虑生态环境用水需求，合理安排不同季节、不同时段的下泄流量。对于跨区域的河流，通过流域统一管理，实现上下游生态流量的平衡调配。此外，针对极端天气事件，如干旱、洪水等，制定应急调度机制，确保在特殊情况下也能保障生态流量。以黄河流域为例，通过实施黄河水量统一调度，合理安排上游水库的下泄流量，在保障下游地区用水需求的同时，也满足了河流生态用水需求。在干旱年份，通过优化调度方案，增加生态补水，有效缓解了河流断流和生态退化问题；在洪水年份，科学调度水库泄洪，既保障了防洪安全，又减少了洪水对生态环境的破坏。

4.2 水生态系统恢复策略

4.2.1 河道生态修复

对因水利工程建设而受损的河道进行生态修复。恢复河道的自然蜿蜒形态，增加河道的曲折度，营造多样化的水流条件和栖息地环境。通过种植水生植物、投放水生动物等方式，构建完整的水生态系统。例如，在一些城市河道治理中，通过建设人工湿地，种植芦苇、菖蒲等水生植物，不仅能够净化水质，还为水生生物提供了栖息和繁殖场所。上海市的苏州河经过多年的生态修复，通过恢复河道的自然形态，种植大量水生植物，投放鱼苗等措施，使得苏州河的水质得到明显改善，水生态系统逐渐恢复。同时，河道生态修复还可以提高河道的防洪能力，减少水土流失，改善周边生态环境。

4.2.2 湿地保护与恢复

湿地具有重要的生态功能，如调节气候、净化水质、维护生物多样性等。加强对水利工程周边湿地的保护，划定湿地保护区，严格限制开发活动。对于已经受损的湿地，采取湿地恢复措施，如补水、植被恢复等，提高湿地的生态功能。例如，在一些水库周边开展湿地恢复工程，通过合理调配水资源，恢复湿地的水位和面积，促进湿地生态系统的恢复。鄱阳湖湿地是我国重要的湿地生态系统，近年来，通过实施退田还湖、湿地补水等措施，湿地面积得到有效恢复，生物多样性也得到了显著提升。同时，湿地保护与恢复还可以为周边地区提供生态服务，如防洪、供水、旅游等，促进区域经济的可持续发展。

4.3 生物多样性保护技术

4.3.1 鱼类洄游通道建设

针对大坝等水利工程阻断鱼类洄游通道的问题，建设鱼类洄游通道。常见的鱼类洄游通道有鱼梯、鱼道等形式。鱼梯通过设置一系列的台阶和水池，为鱼类提供逐级上溯的通道；鱼道则模拟自然河道的水流条件，引导鱼类通过。在设计和建设鱼类洄游通道时，要充分考虑不同鱼类的洄游习性和生态需求，确保通道的有效性。例如，在葛洲坝水利枢纽工程中，建设了鱼类洄游通道，经过多年的运行和改进，取得了一定的效果。但由于不同鱼类的洄游习性差异较大，目前的鱼类洄游通道仍存在一些问题，需要进一步优化和改进。未来，随着科技的不断发展，将采用更先进的技术和方法，如人工智能、仿生学等，提高鱼类洄游通道的设计和建设水平，更好地满足鱼类洄游的需求。

4.3.2 增殖放流

增殖放流是增加水生生物种群数量、保护生物多样性的重要手段。根据不同水域的生态特点和生物资源状况，选择适宜的水生生物物种进行增殖放流。在放流前，要对放流物种进行严格的检疫和筛选，确保其健康无病、适应放流水域环境。同时，要加强对增殖放流效果的监测和评估，及时调整放流策略。例如，在长江流域，每年都会开展大规模的增殖放流活动，投放大量的鱼苗，包括中华鲟、长江鲟等珍稀鱼类。通过增殖放流，有效补充了长江流域的鱼类资源，促进了生物多样性的恢复。但在增殖放流过程中，也存在一些问题，如放流物种的成活率不高、对本地生态系统的影响等，需要进一步加强研究和管理。

4.4 水环境质量监测与治理

4.4.1 水环境监测体系建设

建立完善的水环境监测体系，在水利工程周边及受影响区域设置多个监测点位，对水质的各项指标进行实时监测。利用先进的监测技术和设备，如水质自动监测站、卫星遥感监测等，实现对水环境质量的全方位、动态化监测。通过建立数据管理平台，对监测数据进行分析和处理，及时掌握水质变化趋势。例如，在太湖流域，建立了覆盖全流域的水环境监测网络，设置了数百个监测点位，对水质的pH值、溶解氧、氨氮、总磷等指标进行实时监测。利用卫星遥感技术，对太湖的水体面积、藻类分布等进行监测，及时发现水质变化情况。通过数据管理平台，对监测数据进行分析和处理，为水环境治理提供科学依据。

4.4.2 水污染治理措施

针对水利工程周边存在的水污染问题，采取有效的治理措施。加强对工业污染源的监管，严格控制工业废水的排放，确保达标排放。对于农业面源污染，推广生态农业模式，减少化肥、农药的使用量，通过建设生态沟渠、人工湿地等措施，对农业面源污染物进行拦截和净化。同时，加强城市污水处理设施建设，提高生活污水的收集和处理能力。例如，在一些工业发达地区，通过建立工业园区污水处理厂，对工业废水进行集中处理，确保达标排放；在农村地区，推广生态农业模式，建设生态沟渠和人工湿地，对农业面源污染物进行拦截和净化，有效减少了农业面源污染对水环境的影响；在城市，加大污水处理设施建设投入，提高生活污水的收集和处理率，改善城市水环境质量。

4.5 水工建筑物生态化设计

4.5.1 生态友好型材料应用

在水工建筑物建设中，生态友好型材料的应用是实现绿色发展的重要路径。采用可降解材料制作护坡、护岸等结构，能从源头上减少工程对环境的长期污染，其在完成使用周期后可自然分解，避免形成建筑垃圾。对于混凝土这类传统建筑材料，通过绿色生产工艺，如利用工业固废替代部分水泥原料，可显著降低生产能耗与碳排放，有数据显示，掺入30%粉煤灰可减少20%水泥用量和15%的碳排放。新型生态建筑材料更是不断突破，以生态混凝土为例，其独特的多孔结构赋予了良好的透水性（透水系数0.1-3.0mm/s）和生物附着性，内部孔隙率达15%-25%，能促进水体与土壤间的物质交换，在浙江某河道整治工程中，使用生态混凝土护坡后，水生植物种类增加40%，底栖生物数量增长约35%，大幅提升了区域生物多样性，兼顾工程防护功能与生态效益。

4.5.2 建筑物结构优化

水工建筑物的结构优化是减少生态负面影响的关键手段。在大坝设计中，生态孔、生态廊道的设置为鱼类等水生生物构建了洄游通道和栖息空间，像挪威乌德沃尔拉大坝的生态廊道，通过模拟自然水流环境，使鱼类洄游成功率从不足30%提升至75%以上。渠道设计采用复式断面形式，能有效增加河道过水能力20%-30%，同时营造出浅滩、深潭等多样化生境，为水生生物提供更丰富的栖息场所。我国在水利工程建设中积极借鉴国际经验，部分小型水库大坝预留生态缺口，在鱼类繁殖季开启，形成适宜水流条件辅助鱼类洄游，保障了库区鱼类种群的可持续性。这些结构优化设计，实现了水工建筑物功能需求与生态环境保护的有机统一。

4.6 水资源可持续利用

4.6.1 水资源合理配置

综合考虑社会经济发展需求、生态环境用水需求以及水资源的承载能力，对水资源进行合理配置。通过制定科学的水资源规划，明确不同区域、不同行业的用水指标，实现水资源的高效利用。在干旱地区，采用跨流域调水、雨水收集等方式，保障生活与生态用水。例如，甘肃石羊河流域通过实施水资源统一调度与优化配置，压缩高耗水农业规模，将节约出的水资源优先补充生态用水，有效遏制了流域内土地沙化趋势，恢复了部分湿地生态。同时，建立水资源动态监测与调配系统，依据实时的水资源状况、用水需求变化，及时调整水资源分配方案，提高水资源的利用效率与公平性。

4.6.2 节水措施推广

大力推广节水措施，提高水资源的利用效率。在农业领域，推广滴灌、喷灌等节水灌溉技术，减少灌溉用水浪费。以色列在农业节水灌溉方面成效显著，其滴灌技术普及率超80%，通过将水和肥料精准输送到作物根部，不仅节水50%-70%，还提高了农作物产量和品质。我国也在积极推广农业节水技术，在新疆等地的棉花种植区，滴灌技术的广泛应用使灌溉水利用系数大幅提升。在工业领域，鼓励企业采用节水工艺和设备，提高工业用水的循环利用率。例如，钢铁企业通过建立水循环利用系统，将生产过程中的冷却水、冲渣水等进行处理后循环使用，降低新水取用量。在城市生活中，加强节水宣传教育，推广使用节水器具，培养居民的节水意识。通过开展节水宣传周、节水知识进社区等活动，普及节水知识；在新建小区强制安装节水型水龙头、马桶等器具，从源头减少生活用水浪费。

4.7 生态修复与生态补偿机制

生态修复与生态补偿机制是水利工程生态保护的重要保障。在生态修复工程实施方面，需对水利工程受损生态环境开展全面评估，制定植被恢复、土壤改良、水体修复等针对性方案。如在水库周边，依据南北方不同气候土壤条件，分别种植樟树、楠木或侧柏、沙棘等乡土树种，提升植被覆盖率，减少水土流失；针对污染水体，采用物理、化学、生物结合的方式，利用人工湿地净化水质。同时，构建效果监测评估体系，动态优化修复策略。生态补偿机制建立则聚焦明确补偿主体、对象、标准与方式，多渠道筹集资金，以水电站为例，运营企业作为主体，对受影响地区居民进行经济补偿和产业扶持，提供土地补偿款、安置补助，并助力发展特色产业、开展就业培训。此外，完善监督管理机制，保障补偿资金合理使用，实现生态修复与利益分配的公平有效，推动水利工程建设与生态保护协调发展。

五、结论

水利工程在推动社会经济发展的同时，对生态环境产生了多方面的影响。实施生态保护策略，是实现水利工程可持续发展的必然要求。通过采取生态流量保障、水生态系统恢复、生物多样性保护、水环境质量监测与治理、水工建筑物生态化设计、水资源可持续利用以及生态修复与生态补偿机制等一系列措施，能够有效减轻水利工程对生态环境的负面影响，实现水利工程与生态环境的和谐共生。在未来的水利工程建设和管理中，应始终坚持生态保护优先的原则，将生态保护理念贯穿于工程的规划、设计、建设和运行全过程。不断加强生态保护技术的研发与创新，提高生态保护策略的科学性和有效性。同时，强化公众参与和社会监督，形成政府、企业、社会组织和公众共同参与的生态保护格局，为人类社会的可持续发展创造良好的生态环境。

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