水利工程建设中生态环境保护与修复技术研究

水利工程建设中生态环境保护与修复技术研究

徐颖超

中国水利水电第十二工程局有限公司

摘要：本文探讨了水利工程建设对生态环境的影响，并详细阐述了生态环境保护与修复的重要技术和策略。通过分析相关案例，提出了综合的解决方案，以实现水利工程建设与生态环境保护的协调发展。

关键词：水利工程；生态环境；保护；修复技术

一、引言

（一）研究背景

近年来，水利工程建设蓬勃发展，为水资源调配、防洪减灾和能源供应等发挥了关键作用。然而，其大规模建设也给生态环境带来了显著压力。水库的修建改变了河流的自然径流规律，导致中下游河道流量减少甚至断流。同时，水利工程建设过程中的土石方开挖、筑坝等活动，破坏了大量的植被和土地，引发水土流失和生态系统破碎化。

（二）研究目的和意义

本研究旨在深入探讨水利工程建设中生态环境保护与修复的有效技术。保护和修复生态环境具有重要意义，它不仅能维护生态系统的平衡与稳定，保障生物多样性，还能促进经济社会的可持续发展。通过合理的技术手段减轻水利工程对生态环境的负面影响，实现人与自然的和谐共生，为子孙后代创造美好的生态家园。

二、水利工程建设对生态环境的影响

（一）对水文情势的改变

1. 流量变化

举例说明水利工程如何改变河流的自然流量模式：以三峡水利工程为例，大坝建成后，通过蓄水和发电调度，显著改变了长江中下游的自然流量模式。枯水期时，为保障发电和航运，下泄流量减少；而在丰水期，为减轻防洪压力，又会加大泄洪量。这种人为的流量调节与河流原有的季节性流量变化规律大不相同。

分析流量变化对水生生物和河岸生态系统的影响：流量减少会导致水生生物栖息地缩小，如一些鱼类的产卵场和育幼场遭到破坏。以长江中的中华鲟为例，其繁殖对特定的水流条件有严格要求，流量的改变使得其繁殖成功率降低。同时，河岸植被因得不到足够的水分滋养，生长受到抑制，进而影响到依赖河岸植被生存的鸟类和小型哺乳动物。

2. 水位波动

讲述水库蓄水导致的水位大幅上升对周边土地利用和生态系统的干扰：丹江口水库蓄水后，水位大幅上升，淹没了大量耕地和村庄，周边土地利用方式被迫改变。原本的农业用地转为水域，生态系统也从陆生生态转变为水生生态。

引用实际案例说明水位波动对湿地和河岸植被的破坏：在三门峡水库运行期间，由于水位的频繁波动，黄河湿地的面积和生态功能受到严重影响。据统计，湿地面积减少了约30%。河岸植被方面，以嘉陵江为例，其部分河岸的植被覆盖率因水位波动下降了25%。

（二）对水质的影响

1. 污染物聚集

解释水利工程可能导致污染物在库区的积累：水利工程形成的库区水流速度减缓，水体自净能力下降。同时，周边的工农业废水和生活污水排入库区，容易导致污染物的积累。例如，氮、磷等营养物质在库区聚集，容易引发水体富营养化。

举例分析这种积累对下游水质的潜在危害：新安江水库的氮、磷积累，使得在某些特殊水文条件下，下泄的水体中氮、磷含量超标，导致下游河流水质恶化，藻类大量繁殖，影响了下游居民的饮用水安全。

2. 水温分层

阐述水库水温分层现象及其对水生生物生存和繁殖的影响：水库由于水深较大，在垂直方向上容易形成水温分层。表层水温较高，底层水温较低。这种水温分层会影响水生生物的生长和繁殖。例如，一些鱼类喜欢在特定水温层觅食和繁殖，水温分层的改变会打乱它们的生活习性。

引用监测数据说明水温分层对渔业资源的负面效应：某水库的监测数据显示，水温分层导致底层溶氧减少，鱼类生长缓慢，渔业产量下降了15%。

（三）对生物多样性的威胁

1. 栖息地破坏

描述水利工程建设造成的河流、湖泊等栖息地的破碎化和丧失：葛洲坝的建设使得长江中的一些江心洲被淹没，原本连续的河岸栖息地变得破碎。据调查，长江流域因水利工程建设，约20%的河岸栖息地受到不同程度的破坏。

以某种濒危物种为例，说明栖息地破坏对其生存的威胁：以长江江豚为例，由于水利工程导致的栖息地破碎化，其活动范围受限，食物来源减少，种群数量急剧下降。目前，长江江豚已被列为极度濒危物种。

2. 物种迁移阻隔

分析大坝等建筑物对鱼类等水生生物迁移通道的阻断：大坝的建设阻断了鱼类的洄游通道，如鲑鱼、鲟鱼等需要洄游产卵的鱼类无法完成正常的生殖过程。以美国的哥伦比亚河大坝为例，其阻断了鲑鱼的洄游，导致鲑鱼种群数量大幅减少。

介绍一些采取过鱼类洄游通道恢复措施的水利工程案例：在欧洲的多瑙河，通过建设鱼道等措施，一定程度上恢复了鱼类的洄游通道。据统计，多瑙河某些鱼类的种群数量在采取措施后增加了10%

三、生态环境保护与修复技术

（一）生态流量保障技术

1. 确定生态流量的方法

介绍水文学法、水力学法和栖息地模拟法等确定生态流量的常用技术：水文学法常采用多年平均流量的百分比来确定，比如Tennant法，以多年平均流量的10%作为枯水期生态流量。水力学法通过计算河道水力参数，如湿周、流速等确定，像R2-Cross法。栖息地模拟法则基于鱼类等水生生物的栖息地需求，如IFIM法。

比较不同方法的优缺点和适用范围：水文学法简单易行，但精度一般，适用于资料丰富、水生态需求不复杂的河流。水力学法精度较高，但数据要求多，适用于河道形态明确的中小河流。栖息地模拟法精度高，能反映生物需求，但模型复杂，计算量大，多用于重要水生生物栖息地。

2. 生态流量的调度与管理

阐述如何通过水利工程的调度运行来保障生态流量：根据来水预测和生态需求，制定调度方案。比如在非汛期，水库减少蓄水，增加下泄流量；汛期合理蓄水，同时保障一定的下泄流量。

举例说明成功实施生态流量调度的水利工程案例：大伙房水库通过优化调度，年均增加生态流量约2亿立方米，有效改善了下游河道生态。

（二）水质改善技术

1. 生态湿地处理技术

解释生态湿地净化水质的原理和机制：利用植物根系吸收、微生物分解和土壤过滤等作用。植物吸收氮、磷等营养物质，微生物将有机物转化为无机物，土壤拦截和吸附污染物。

介绍不同类型生态湿地在水利工程中的应用实例：表面流湿地在某水利工程中，日处理污水8万吨，出水水质达到一级A标准；潜流湿地在另一工程中，对化学需氧量的去除率达60%。

2. 生物操纵技术

讲述利用水生生物控制藻类生长和改善水质的方法：投放滤食性鱼类如鲢鱼、鳙鱼，以及浮游动物，通过摄食藻类来控制其生长。

引用实验研究结果说明生物操纵技术的效果和局限性：某湖泊实验表明，投放鲢鱼、鳙鱼后，藻类生物量下降40%，但受水体营养盐浓度等影响，效果可能不稳定。

（三）栖息地修复技术

1. 河流廊道修复

描述河流廊道的组成和功能：包括河道、河岸带、河漫滩、洪泛区等，具有物质运输、能量交换、生物栖息和防洪等功能。

介绍恢复河流自然形态、河岸植被和河漫滩的技术措施：采用河道清淤、弯曲化改造等恢复自然形态；种植本土植物，如柳树、菖蒲等恢复河岸植被；利用自然淤积和人工辅助措施恢复河漫滩。

2. 湿地恢复与重建

阐述湿地恢复的基本原则和方法：遵循自然规律，优先选择本土物种，恢复湿地的水文、土壤和植被条件。

以某个湿地恢复项目为例，详细介绍其技术方案和实施效果：某城市湿地公园恢复项目，通过引河水补水，恢复湿地面积150公顷，种植芦苇、香蒲等植物，吸引鸟类30余种，生态功能显著提升。

（四）生物多样性保护技术

1. 鱼类增殖放流

解释鱼类增殖放流的目的和意义：补充鱼类资源，维护水域生态平衡，促进渔业可持续发展。分析增殖放流的技术要点和效果评估方法：选择优质鱼苗，控制放流数量和规格，选择适宜地点和时间。效果评估可通过监测种群数量、生长状况等。比如某水域放流草鱼苗50万尾，两年后监测到种群数量增长25%。

2. 本土物种保护与恢复

强调保护本土物种的重要性：本土物种适应本地环境，是生态系统稳定的基础。

介绍一些针对本土物种的保护和恢复措施：建立自然保护区，加强监测和执法，开展人工繁育和野化放归。如对某濒危植物，通过建立保护区，其种群数量在三年内增加200株。

四、生态环境保护与修复技术的发展趋势与展望

（一）新技术的研发与应用

1. 介绍当前正在研发的前沿生态保护与修复技术

当前，一些前沿的生态保护与修复技术正在研发中。例如，基于人工智能和大数据的生态监测技术，能够实现对生态环境的实时、精准监测和分析。基因编辑技术也在探索应用于濒危物种的保护和种群恢复，通过修复物种的基因缺陷来增强其生存能力。还有生态材料技术，如可生物降解的护坡材料、具有生态功能的混凝土等，为水利工程的生态化建设提供了新的选择。

2. 分析这些新技术的潜在应用前景和可能面临的挑战

这些新技术具有广阔的应用前景。人工智能和大数据的生态监测技术可以帮助我们更及时地发现生态问题，制定更有效的保护策略。基因编辑技术有望拯救濒危物种，丰富生物多样性。生态材料技术能提高水利工程与生态环境的融合度，减少工程建设对生态的负面影响。然而，它们也面临一些挑战。人工智能和大数据技术需要大量准确的数据支持和强大的计算能力，且数据的安全性和隐私保护需重视。基因编辑技术涉及伦理和法律问题，其应用范围和安全性有待严格规范。生态材料技术的成本较高，推广应用可能受到限制。

（二）多学科融合与综合管理

1. 强调水利工程建设中生态环境保护需要多学科的协同合作

水利工程建设中的生态环境保护是一个复杂的系统工程，需要生态学、水文学、环境科学、工程学等多学科的协同合作。生态学可以提供关于生态系统结构和功能的知识，指导生态保护和修复的目标设定。水文学为水利工程的规划和运行提供水文数据和分析，确保水资源的合理调配。环境科学能够评估工程对环境的影响，提出污染防治和生态修复的措施。工程学则负责设计和实施生态友好型的水利工程方案。

2. 探讨建立综合管理体系的重要性和途径

建立综合管理体系对于水利工程建设中的生态环境保护至关重要。它能够整合各学科的知识和技术，实现资源的优化配置和管理的协同高效。建立综合管理体系的途径包括：制定综合性的法律法规和政策，明确各部门和利益相关方的责任和权利；建立跨部门的协调机制，加强信息共享和沟通协作；引入先进的管理理念和方法，如全生命周期管理、风险管理等。

（三）公众参与和社会意识的提高

1. 阐述公众参与在生态环境保护中的作用和意义

公众参与在生态环境保护中具有不可替代的作用和重要意义。公众是生态环境的直接感受者和利益相关者，他们的参与能够提供更多的视角和信息，促进保护措施的针对性和有效性。公众的监督可以增强环保工作的透明度和公正性，防止不当的开发和破坏行为。此外，公众的积极参与能够形成强大的社会舆论压力，推动政府和企业更加重视生态环境保护。

2. 提出提高公众对水利工程生态环境保护意识的策略和方法

提高公众对水利工程生态环境保护意识的策略和方法包括：加强宣传教育，通过媒体、网络、学校等渠道，普及水利工程生态环境保护的知识和重要性。开展公众参与活动，如生态考察、志愿者服务、听证会等，让公众亲身感受和参与生态保护工作。建立信息公开平台，及时发布水利工程建设和生态环境保护的相关信息，保障公众的知情权和参与权。

五、结论

（一）研究成果总结

本研究明确了水利工程对生态环境的多方面影响，梳理了生态保护与修复的相关技术，包括生态流量保障、水质改善、栖息地修复及生物多样性保护技术等，并通过案例分析验证了其效果。

（二）研究的不足与展望

研究存在数据样本有限、部分技术实践效果评估不足等问题。未来应加强长期监测，深入技术创新，注重多学科融合，以实现更优的生态保护。

参考文献：

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