生态水利工程学是研究水利工程在满足人类社会需求的同时, 兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学[ 2 , 3] 。生态水利工程的内涵是:对于新建工程, 是指进行传统水利建设的同时(如治河、防洪工程), 兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程, 则是对于被严重干扰河流进行生态修复。

　　生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产(生态产业)以及环境立法和资源管理一起, 成为河流生态建设的主要手段之一。图1 表示了生态水利工程在河流生态建设中的地位。图中右侧表示人类活动对自然河流生态系统的干扰过程, 左侧表示人类活动对被干扰的河流生态系统的修复过程。

　　1.工程安全性和经济性原则　生态水利工程是一种综合性工程, 在河流综合治理中既要满足人的需求, 包括防洪、灌溉、供水、发电、航运以及旅游等需求, 也要兼顾生态系统健康和可持续性的需求。生态水利工程既要符合水利工程学原理, 也要符合生态学原理。生态水利工程的工程设施必须符合水文学和工程力学的规律, 以确保工程设施的安全、稳定和耐久性。工程设施必须在设计标准规定的范围内能够承受洪水、侵蚀、风暴、冰冻、干旱等自然力荷载。按照河流地貌学原理进行河流纵、横断面设计时必须充分考虑河流泥沙输移、淤积及河流侵蚀、冲刷等河流特征, 动态地研究河势变化规律, 保证河流修复工程的耐久性。

　　对于生态水利工程的经济合理性分析, 应遵循风险最小和效益最大原则。由于对生态演替的过程和结果事先难以把握, 生态水利工程往往带有一定程度的风险。这就需要在规划设计中需要进行方案— 2 —

　　比选, 更要重视生态系统的长期定点监测和评估。另外, 充分利用河流生态系统自我恢复规律, 是力争以最小的投入获得最大产出的合理技术路线。

　　2.提高河流形态的空间异质性原则　有关生物群落研究的大量资料表明, 生物群落多样性与非生物环境的空间异质性(spacial heterogeneity)存在正相关关系。这里所说的“生物群落”是指在特定的空间和特定的生境下, 由一定生物种类组成, 与环境之间相互影响、相互作用, 具有一定结构和特定功能的生物集合体。一般所说的“生物群落多样性”指生物群落的结构与功能的多样性。实际上, 生物群落多样性问题是在物种水平上的生物多样性。

　　非生物环境的空间异质性与生物群落多样性的关系反映了非生命系统与生命系统之间的依存和耦合关系。一个地区的生境空间异质性越高, 就意味着创造了多样的小生境, 能够允许更多的物种共存。

　　反之, 如果非生物环境变得单调, 生物群落多样性必然会下降, 生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化, 造成生态系统的某种程度的退化。

　　河流生态系统生境的主要特点是:水-陆两相和水-气两相的联系紧密性;上中下游的生境异质性;河流纵向的婉蜒性;河流横断面形状的多样性;河床材料的透水性等。水-陆两相和水-气两相的紧密关系, 形成了较为开放的生境条件;上中下游的生境异质性, 造就了丰富的流域生境多样化条件;河流纵向的婉蜒性形成了急流与缓流相间;河流的横断面形状多样性, 表现为深潭与浅滩交错;河床材料的透水性为生物提供了栖息所。由于河流形态异质性形成了在流速、流量、水深、水温、水质、水文脉冲变化、河床材料构成等多种生态因子的异质性, 造就了丰富的生境多样性, 形成了丰富的河流生物群落多样性。所以说, 提高河流形态空间异质性是提高生物群落多样性的重要前提之一[ 4] 。

　　由于人类活动, 特别是大规模治河工程的建设, 造成自然河流的渠道化及河流非连续化, 使河流生境在不同程度上单一化, 引起河流生态系统的不同程度的退化。生态水利工程的目标是恢复或提高生物群落的多样性, 但是并不意味着主要靠人工直接种植岸边植被或者引进鱼类、鸟类和其它生物物种生态水利工程的重点应该是尽可能提高河流形态的异质性, 使其符合自然河流的地貌学原理, 为生物群落多样性的恢复创造条件。

　　在确定河流生态修复目标以后, 就应该对于河流地貌历史和现状进行勘查和评估。包括河流与相关湿地、湖泊的形状与构成、水下地形勘测、水位变化幅度、河流平面弯曲度、河流横断面形状及河床材料、急流与深潭比例、河床的稳定性及淤积及侵蚀状况等, 建立河流地貌数据库。河流生物调查, 包括植物、鱼类、鸟类、两栖动物和无脊椎动物等的物种分布地图以及规模和存量, 建立生物资源数据库。遥感技术和地理信息系统(GIS)是水文、河流地貌和生物调查的有力工具。