水利工程論文-生態(tài)水力學(xué)研究進(jìn)展.doc

水利工程論文-生態(tài)水力學(xué)研究進(jìn)展摘要：生態(tài)水力學(xué)是水利科學(xué)發(fā)展到較高級(jí)階段出現(xiàn)的新興學(xué)科，在近年由于包括水利建設(shè)在內(nèi)的人類活動(dòng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)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(yán)重的生態(tài)環(huán)境惡化的事例。關(guān)鍵詞：生態(tài)水力學(xué)生態(tài)水力學(xué)是水利科學(xué)發(fā)展到較高級(jí)階段出現(xiàn)的新興學(xué)科，在近年由于包括水利建設(shè)在內(nèi)的人類活動(dòng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)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(yán)重的生態(tài)環(huán)境惡化的事例。概括起來(lái)，可以有以下幾方面的明顯表現(xiàn)：大規(guī)模的水壩建設(shè)使得水庫(kù)對(duì)河川徑流的調(diào)節(jié)能力日益加大，有些流域的水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容接近或超過(guò)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(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)造成毀滅性的災(zāi)害。同時(shí)，水壩的建設(shè)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(méi)，大量移民又要造成許多新的環(huán)境問(wèn)題。河流的防洪標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，河流兩岸的堤防越來(lái)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(bǔ)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(guò)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(lái)說(shuō)，大量水利工程的建設(shè)對(duì)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(dòng)，不再泛濫。河流兩岸的廣大洪泛區(qū)不再受到洪水的侵?jǐn)_，但是也失去了洪水對(duì)地下水的補(bǔ)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(luò)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(dòng)，捕食和交配不能正常進(jìn)行，造成生物群落的退化和滅絕。近年來(lái)，對(duì)于保護(hù)生物多樣性和流域社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識(shí)不斷被接受，提出了對(duì)遭受破壞的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)的新課題，許多國(guó)家提出恢復(fù)流域的自然特征，恢復(fù)多自然特征的河流，我國(guó)的一些流域也先后提出了生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)，在這樣的大潮流的推動(dòng)下，出現(xiàn)了許多生態(tài)水力學(xué)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(fù)。目前我國(guó)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(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，即由于磷、氮類營(yíng)養(yǎng)鹽大量進(jìn)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(duì)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(fù)湖泊的生態(tài)系統(tǒng)。在我國(guó)的洱海、滇池、太湖都在開展生態(tài)修復(fù)的試點(diǎn)工程。如湖濱帶的生態(tài)修復(fù)、湖周濕地的生態(tài)修復(fù)等。湖流對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的輸送、湖流對(duì)湖泊內(nèi)泥沙的輸移、湖流對(duì)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(yíng)養(yǎng)化模型等都成為生態(tài)水力學(xué)中的熱門課題。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、中國(guó)環(huán)境科學(xué)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(yíng)養(yǎng)化模型，包括流場(chǎng)、溫度、太陽(yáng)輻射、光合作用、營(yíng)養(yǎng)鹽、浮游植物、浮游動(dòng)物、大型水生動(dòng)植物在內(nèi)的諸多物理、化學(xué)和生態(tài)參數(shù)。恢復(fù)河流自然特征的研究。傳統(tǒng)水力學(xué)的研究，比較注重河流輸水的經(jīng)濟(jì)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(fù)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(chǎng)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(biāo)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(jì)優(yōu)化等目標(biāo)，沒(méi)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(biāo)，結(jié)果往往是達(dá)到了經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的目標(biāo)，損壞了下游的生態(tài)環(huán)境。近年來(lái)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(biāo)的水庫(kù)調(diào)度研究，增加了水庫(kù)的生態(tài)環(huán)境調(diào)度功能，有條件的地方將水庫(kù)的改善生態(tài)環(huán)境放在首位，被稱為生態(tài)型水庫(kù)。洪水資源化的研究。傳統(tǒng)水利認(rèn)為洪水只是一種災(zāi)害，近來(lái)逐漸認(rèn)識(shí)到洪水不僅是災(zāi)害，還是一個(gè)生態(tài)過(guò)程，通過(guò)洪水泛濫補(bǔ)充地下水、恢復(fù)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(shè)計(jì)、利用洪水的地下水回灌等。濕地修復(fù)技術(shù)研究。濕地的恢復(fù)需要適當(dāng)?shù)乃鳁l件，不同的濕地植物群落，需要相應(yīng)的水深、流速、水溫等。在濕地恢復(fù)過(guò)程中要注意流場(chǎng)的控制，以滿足濕地生態(tài)修復(fù)的要求。植物群落對(duì)水中營(yíng)養(yǎng)鹽降解的機(jī)理研究。水中的營(yíng)養(yǎng)鹽在進(jìn)入水生植物系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)沉降、微生物分解、根系吸收等環(huán)節(jié)，使水體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度降低，達(dá)到凈化目的。上述過(guò)程，與流場(chǎng)關(guān)系密切，如水深、流速、水體滯留時(shí)間等。目前多是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地實(shí)驗(yàn)確定各種參數(shù)，試圖建立數(shù)學(xué)模型。水域微流場(chǎng)的研究。各類水生動(dòng)物的繁殖和棲息，往往要求極為嚴(yán)格微流場(chǎng)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(shè)立的魚道也要滿足特定魚類的回游特性，形成與保護(hù)魚類相適應(yīng)的流場(chǎng)環(huán)境。通過(guò)丁壩、布石、射流等工