水利工程論文-生態(tài)水力學研究進展.doc

水利工程論文-生態(tài)水力學研究進展摘要：生態(tài)水力學是水利科學發(fā)展到較高級階段出現(xiàn)的新興學科，在近年由于包括水利建設在內(nèi)的人類活動規(guī)模不斷擴大，對于自然生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的脅迫和壓力不斷加大，在某些地區(qū)出現(xiàn)了嚴重的生態(tài)環(huán)境惡化的事例。關(guān)鍵詞：生態(tài)水力學生態(tài)水力學是水利科學發(fā)展到較高級階段出現(xiàn)的新興學科，在近年由于包括水利建設在內(nèi)的人類活動規(guī)模不斷擴大，對于自然生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的脅迫和壓力不斷加大，在某些地區(qū)出現(xiàn)了嚴重的生態(tài)環(huán)境惡化的事例。概括起來，可以有以下幾方面的明顯表現(xiàn)：大規(guī)模的水壩建設使得水庫對河川徑流的調(diào)節(jié)能力日益加大，有些流域的水庫調(diào)節(jié)庫容接近或超過河川的多年平均徑流量，以至造成水壩下游河流水量的減少，甚至干枯。這將造成下游河床的萎縮，對河流生態(tài)系統(tǒng)造成毀滅性的災害。同時，水壩的建設造成水流連續(xù)性、河床連續(xù)性、生態(tài)連續(xù)性的破壞，并在上游造成大面積的淹沒，大量移民又要造成許多新的環(huán)境問題。河流的防洪標準不斷提高，河流兩岸的堤防越來越高，使得河流兩岸的洪泛區(qū)域與河流的水循環(huán)分離，河流兩岸的濕地消失，地下水得不到河流的補充，使得兩岸廣闊洪泛平原的生態(tài)狀況日益惡化。大量興建的水資源開發(fā)工程造成流域水資源的過度開發(fā)利用，結(jié)果是流域地下水位下降、地表河流和湖泊萎縮、植被干枯，生態(tài)環(huán)境惡化。在近海地區(qū)由于地下水的降低，海水入侵地下水，造成地下水的污染。概括來說，大量水利工程的建設對流域水循環(huán)的影響最大，主要表現(xiàn)是：流域水循環(huán)的短路化，流域水循環(huán)的速度加快，降雨產(chǎn)匯流的速度加快，流域降雨很快匯入河道，泄入大海。流域水循環(huán)的絕緣化，洪水只在大堤的范圍內(nèi)流動，不再泛濫。河流兩岸的廣大洪泛區(qū)不再受到洪水的侵擾，但是也失去了洪水對地下水的補充和清洗。流域的水循環(huán)與河流的水循環(huán)絕緣化。流域生態(tài)系統(tǒng)的孤立化，流域的水綠生態(tài)網(wǎng)絡被切斷、阻隔，流域內(nèi)的生物群落被局限在某一固定區(qū)域，不能自由移動，捕食和交配不能正常進行，造成生物群落的退化和滅絕。近年來，對于保護生物多樣性和流域社會可持續(xù)發(fā)展的認識不斷被接受，提出了對遭受破壞的生態(tài)系統(tǒng)進行修復的新課題，許多國家提出恢復流域的自然特征，恢復多自然特征的河流，我國的一些流域也先后提出了生態(tài)修復的目標，在這樣的大潮流的推動下，出現(xiàn)了許多生態(tài)水力學的研究課題，比較引人注目的成果有：湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的修復。目前我國人口密集區(qū)的大多數(shù)湖泊出現(xiàn)了由于污染造成的湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)象，即由于磷、氮類營養(yǎng)鹽大量進入湖泊造成湖泊內(nèi)藻類的異常增殖，水體生產(chǎn)力提高，水質(zhì)惡化。對湖泊的治理除了控制污染源之外，最有效而可行的措施就是修復湖泊的生態(tài)系統(tǒng)。在我國的洱海、滇池、太湖都在開展生態(tài)修復的試點工程。如湖濱帶的生態(tài)修復、湖周濕地的生態(tài)修復等。湖流對營養(yǎng)鹽的輸送、湖流對湖泊內(nèi)泥沙的輸移、湖流對底泥污染物釋放量的影響、以及綜合各類研究成果建立的水域富營養(yǎng)化模型等都成為生態(tài)水力學中的熱門課題。中國水利水電科學研究院、中國環(huán)境科學研究院率先開展了這一領(lǐng)域的研究，目前類似的課題已經(jīng)有很多。已有三維的富營養(yǎng)化模型，包括流場、溫度、太陽輻射、光合作用、營養(yǎng)鹽、浮游植物、浮游動物、大型水生動植物在內(nèi)的諸多物理、化學和生態(tài)參數(shù)?；謴秃恿髯匀惶卣鞯难芯?。傳統(tǒng)水力學的研究，比較注重河流輸水的經(jīng)濟性，結(jié)果造成河流斷面的均一化、河流渠道化，河流自然特征逐漸消失，河流生物多樣性減少。目前，在恢復河流自然特征的研究中，創(chuàng)造河床的灘潭交互結(jié)構(gòu)、近岸的洄流結(jié)構(gòu)、創(chuàng)造適合特種生物生存和繁殖的流場等方面的研究也方興未艾。以河流生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化為目標的水利工程調(diào)度研究。以往的水利工程調(diào)度大多只考慮水資源優(yōu)化、水能經(jīng)濟優(yōu)化等目標，沒有將下游的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境優(yōu)化作為調(diào)度目標，結(jié)果往往是達到了經(jīng)濟優(yōu)化的目標，損壞了下游的生態(tài)環(huán)境。近年來結(jié)合下游河流環(huán)境、生態(tài)需水量的研究，提出了以下游生態(tài)環(huán)境優(yōu)化為目標的水庫調(diào)度研究，增加了水庫的生態(tài)環(huán)境調(diào)度功能，有條件的地方將水庫的改善生態(tài)環(huán)境放在首位，被稱為生態(tài)型水庫。洪水資源化的研究。傳統(tǒng)水利認為洪水只是一種災害，近來逐漸認識到洪水不僅是災害，還是一個生態(tài)過程，通過洪水泛濫補充地下水、恢復濕地、清洗河流、改良土壤等，因此不能完全消滅洪水。這方面的研究有，有控制的人工洪水調(diào)度、與溢流堰結(jié)合的堤防設計、利用洪水的地下水回灌等。濕地修復技術(shù)研究。濕地的恢復需要適當?shù)乃鳁l件，不同的濕地植物群落，需要相應的水深、流速、水溫等。在濕地恢復過程中要注意流場的控制，以滿足濕地生態(tài)修復的要求。植物群落對水中營養(yǎng)鹽降解的機理研究。水中的營養(yǎng)鹽在進入水生植物系統(tǒng)后，經(jīng)過沉降、微生物分解、根系吸收等環(huán)節(jié)，使水體內(nèi)營養(yǎng)鹽的濃度降低，達到凈化目的。上述過程，與流場關(guān)系密切，如水深、流速、水體滯留時間等。目前多是通過現(xiàn)場的實地實驗確定各種參數(shù)，試圖建立數(shù)學模型。水域微流場的研究。各類水生動物的繁殖和棲息，往往要求極為嚴格微流場環(huán)境，如流速緩慢的回流區(qū)、靜水區(qū)、摻氣充分的急流區(qū)等；為了解決魚類回游設立的魚道也要滿足特定魚類的回游特性，形成與保護魚類相適應的流場環(huán)境。通過丁壩、布石、射流等工