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2.1采石过程破坏城市生态景观
2012年末，中国城镇化率达到52.57%，相比于西方发达国家均在95%以上，美国是97%，中国城镇化水平仍然较低，但当前正处于高速增长时期。大规模的城市建设产生了对石料、石材、石灰岩、石英砂等资源的大量需求，在城市周边山体，形成了大量废弃采石场和巍耸的高陡岩石边坡。以深圳为例，城市化初期1953km2的国土面积一度拥有669家采石场，其中3000m2以上456座，边坡总面积超过1000hm2。无序开采曾对城市生态景观造成了严重破坏，给城市和人居环境带来了安全隐患。海南省三亚市是旅游岛建设的重点城市，目前周边有49个废弃的采石场，总面积达250×104m2，其中荔枝沟Ⅱ号采石场面积6.3×104m2，正处于城市发展中央区，边坡高陡，岩石，曾给当地城市景观和生态文明带来严重破坏。这些采石场亟需政府整治和覆绿，但城市岩石边坡，土壤破坏彻底，缺乏水肥土等植物生存的基本条件，土壤生态修复难度极大[12，16]，已成为我国城镇化生态文明建设的研究热点和工程难点[15-20]。
2.2城市山体岩石边坡特征
（1）城市岩体边坡成型特征：从城市岩体边坡成型特征看，①城市房建工程需用大量石料耗材，考虑运输成本，以就地取材为主的采石场，大多以城市中央为轴心，散乱分布在城市近郊或城乡结合部，地势较陡峭、岩体外露的高丘或山地。②采石场石壁、山体宕口多为爆炸成型，采用垂直开采方式，自上而下挖掘，机械与人工结合环形开挖，石壁坡面凹凸不平。边坡坡度在80～90°之间，形成巨大的高低不平的断崖层面，甚至倒坡，岩体相对高度多在80～130m。③为方便石材、石料运输，废弃采石场多呈半环形边坡。坡面受炸药震力作用，局部多有裂痕或节理，但整体岩层结构并未破坏，石壁稳固和安全。（2）岩体边坡立地环境：从边坡环境特征看，采石场立地条件恶劣，高陡石壁坡面缺少平台或平台窄小，残存土壤极少，原生植被破坏，缺乏植被赖以生存的土壤。因此，必须从工程措施上，多途径解决回填种植土问题。同时，采石场环形开采的微地形环境，造成石宕内小气候差异性，形成阴阳坡，坡面温度、蒸发量、辐射热等差异显著，石壁阳坡夏季温度可达50℃以上，阴坡低5～10℃。在南方亚热带气候生物循环旺盛条件下，应利用采石场生物小气候特点，在土壤生态修复和种植养护技术上，加以优势利用。（3）水土流失趋向：从水土保持学特征看，采石场选址确定后，首先采用大型推土机和挖掘机，将土层推平运出，直见结实的岩石层。因此，岩体边坡早期存在水土流失，并出现高峰，但土层清场后，随着采石深度的下移，水土流失趋势减弱。而废弃采石场即使暴雨也只有水的流失，几乎没有土的流失。而且环形盆底容量很大，遇渍水也可通过周边渗漏，对下游区域不构成水土冲刷威胁，保障了下游农田和人居安全。（4）岩体边坡剖面形态：从土壤发生学特征看，采石场边坡不具有完整的剖面特征，腐殖质层（O层）、表土层（A层）及淋溶淀积层（B层）基本被机械铲除，只剩残余的弱风化层（BC）和母岩层（C层）。我们从深圳和三亚观察到由花岗岩母质发育的城市岩体边坡，其周边残留体剖面乔灌植被覆盖良好，表土层（A层）深1～1.5m，风化层（B层）厚度3～4m，母岩层（C层）埋藏在5～6m以下。现状岩体边坡，90%为C层，BC层很薄。因此土壤生态修复过程中，必须靠外来土源输入，既要修接纳槽体，又要全面挂网锚固，工序复杂，工程成本较高，现市场价格达350～400元m-2。但在城市生态文明建设的推动下，技术市场需求仍然广阔。（5）岩体边坡力学性质：从岩体结构力学特征分析，采石场岩体多为近直立的花岗岩高边坡，岩体强度较高。受爆炸及开挖等外力卸荷作用影响，岩体内产生大量节理、裂隙，原生或构造节理张开。在各种节理裂隙作用下，岩体被切割成大块状，坡面岩体结构较破碎，具有危岩落石发生的可能。岩体破坏模式主要为倾倒、坠落及局部崩（滑）塌破坏，造成边坡局部失稳，形成大面积碎石流,采用工程防护措施时应注意这一特点。这增加了城市环境安全治理和生态施工的技术难度。因此，相对于其他山体边坡，特别是道路创伤边坡，采石场岩石边坡生态修复的难度更大。
2.3城市高陡岩石边坡土壤生态修复技术体系
（1）城市岩体边坡土壤生态修复技术：实践表明，岩体边坡视角景观特别是俯视景观太差，生态修复技术难度太大。主要采取：①应以生物遮挡为主，辅以全面覆盖；②以种植苗木为主，结合灌草种子坡面混播；③充分利用边坡及坡底平台，种植高大乔木，以促早成林，发挥绿色遮挡效果；④坡面纵向间隔2m沿等高线设置植生槽，回填营养土；⑤充分利用槽内土壤资源栽植大苗木，建好植生带。（2）V型槽+挂网喷混技术模式：针对80～90°坡度和土肥水皆无的城市高陡岩体边坡的特殊性，单用挂网喷草或喷混植生技术效果很差。采用V型槽技术加挂网喷混植生技术模式，将工程措施与生物技术紧密结合，在垂直坡面上创造植物生长的微环境或植生带。V型槽的作用：①V型槽由钢筋混凝土现浇，深度约80cm，面宽约70cm，并与坡面成45°，2m间距等高线布设，主要功能是接纳回填土和营养土；②分层切割坡面铁丝网和喷植层重力下垂拉力，减少灾害性拉力崩塌；③充分利用V型槽有限土壤资源，种植大苗，建立多层次植物生长带。（3）V型槽技术模式的工艺流程[12]：包括：坡面乱石清理挂铁丝网锚杆固网构筑钢筋混凝土V型槽（搭设脚手架钻孔锚杆制作绑扎钢筋安装模板浇筑混凝土）槽内回填种植土喷混植生（种植基材配置喷基底土层喷播种子无纺布覆盖）V型槽栽种大苗植物带建滴灌系统养护。（4）垂直岩体坡面喷混植生关键技术：南方80～90°岩石坡面推广喷混植生，宜采取：①挂双层铁丝网，并用长、短锚杆固网；②在有机基材混合料中添加粘结剂，为降低成本，粘结剂可用国产胶粉，甚至可用硅酸盐产品替代；③在网下垫草把或喷PE（聚乙烯）丝，可增加喷植层孔隙度和粘结力；④保障喷混层厚度10～15cm，可分2～3次喷基底，待物料凝结后再喷，以避免泻底；⑤在喷播灌草种过程中，宜加入少量藤本种子，以加快覆绿，并攀缘局部倒岩。（5）V型槽种植带建植技术：根据深圳、广州南沙、海南三亚8个岩体边坡治理工程实践认为：①在回填土中加入营养基质，由腐殖质土、禽畜有机肥、复合肥、蘑菇肥及保水剂等组成，创造良好的根际土壤肥力环境；②针对南亚热带和热带气候特点，种植带建植坚持生物多样性，强调以豆科、灌木、常绿及乡土植物为主的原则（表2），增强植物的适应性和抗逆性；③加大藤本植物配置比例，组成乔、灌、藤、草人工生物群落；④提倡高密度种植，大苗、袋苗移栽。槽内分两排进行种植，内侧种植爬藤类，间距20cm；外侧间隔50cm栽植灌木袋苗，每米段栽植苗木株数5～7株，主栽苗木为台湾相思、小叶榕（Ficusmicrocarpa）、勒杜鹃（Bougainvilleaglabra）等，藤本植物包括爬山虎（Parthenocissusplanch）和葛藤（Puerariaphaseoloides）。（6）节水滴灌养护技术：水肥管理是V型槽及边坡植物生长的安全保障。V型槽种植和喷混施工完成后，原工作台、架拆除，养护工作困难，且不安全。因此，采用节水滴灌技术势在必行。节水滴灌系统由高压抽水泵站，蓄水池，PC（聚碳酸酯）主管、分管及滴水支管组成。蓄水池多设在山顶，以增加下泄压力，或自流灌溉，直接将水滴送入植物根际。必要时可添加水溶性复合肥，水利用率高、工作方便，非常适合采石场边坡水肥调节。同时做好缺苗修补、雨后追肥、防治病虫鼠害等。养护2～3年，即可依靠自然雨水维护植被生长。
篇2
在社会生产过程中水利工程对经济与社会有着巨大的作用，同时也要看到水利工程对河流生态系统造成了不同程度的影响。人类整治河道修筑堤坝等活动人为的改变了河流的多样性、连续性和流动性，使水域的流速、水深、水温、自水流边界、水文规律等自然条件发生重大改变。这些改变对河流生态系统造成的影响是不容忽视的。未来的水利工程在权衡社会经济需求与生态系统健康需求这二者关系方面，似应强调水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统的健康和可持续性。
2生态水利工程
从学科发展角度看，现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学，水利工程规划设计主要对象是水文系统，往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。学科的进一步发展应吸收生态学理论及方法，促进水利工程学与生态学的交叉融合，用以改进和完善水利工程的规划及设计理论，形成水利工程学新的学科分支——生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支，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。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重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产（生态产业）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。
3生态水利工程的规划设计原则
3.1工程安全性和经济性原则
生态水利工程是一项综合性工程，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、航运等需求，也要兼顾生态系统的可持续性。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进行方案比选，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。
3.2提高河流形态的空间异质性原则
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，造成生态系统某种程度的退化。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、鸟类和其他生物物种，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，就应该对于河流进行生物调查、地貌历史和现状进行勘查和评估，建立河流地貌数据库和生物资源数据库。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。关键的工作步骤是在以上两种调查工作的基础上，确定环境因子与生物因子的相关关系，必要时建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、蜿蜒度、横断面形状及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、营养盐的迁移转化、水文周期变化等。研究的内容包括：调查单个生物因子的基本需求，评估各种生物因子的相互关系和制约条件，对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。在众多的环境因子中，识别那些对于系统的结构和功能具有重要意义的环境因子，在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地的设计。
3.3生态系统自设计、自我恢复原则
生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择，也就是说某些与生态系统友好的物种，能够经受自然选择的考验，寻找到相应的能源和合适的环境条件。
将自组织原理应用于生态水利工程时，生态工程设计与传统水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计，建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中，建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同，生态工程设计是一种“指导性”的设计，或者说是辅设计。依靠生态系统自设计、自组织功能，可以由自然界选择合适的物种，形成合理的结构，从而完成设计和实现设计。成功的生态工程经验表明，人工与自然力的贡献各占一半。
传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时，要求工程师必须放弃控制自然界的动机，树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富，实现人与自然的和谐。需要强调的是，地球上没有两条相同的河流，每一条河流的特点都是各不相同的。因此，每一项生态水利工程必须因地制宜，充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值，寻求最佳的生态工程方案。
自设计理论的适用性还取决于具体条件。包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子，也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时，需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度，防止生物入侵。
3.4景观尺度及整体性原则
河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行，而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低，而且成功率也低。整体性是指从生态系统的结构和功能出发，掌握生态系统各个要素间的交互作用，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法，而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题，也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。
景观则是指生态学中的景观尺度。景观尺度包括空间尺度和时间尺度。为什么在景观的大尺度上进行河流修复规划？首先，水域生态系统是一个大系统，其子系统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。广义水文系统又与生物系统交织在一起，形成自然河流生态系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成部分，形成对于水域生态系统的正负影响。水域生态系统受到胁迫时，需要对于各种胁迫因素之间的相互关系进行综合、整体研究。其次，必须重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点，这些特点决定了生物种群的基本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。再者，河流生态系统是一个开放的系统，与周围生态系统随时进行能量传递和物质循环，一条河流的生态修复活动不可能是孤立的，还需要与相邻的流域的生态修复活动进行协调。最后，河流生态修复的时间尺度也十分重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。河流生态修复是靠时间做工作的。有研究指出，湿地重建或修复需要大约15~20a的时间。因此对于河流生态修复项目要有长期准备，同时进行长期的监测和管理。
3.5反馈调整式设计原则
生态系统的成长是一个过程，河流修复工程需要时间。从长时间尺度看，自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是结构复杂性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高，同时对外界干扰的抵抗力有所增强。从较短的时间尺度看，生态系统的演替，即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间，期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。
生态水利工程规划设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构，力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。在河流工程项目执行以后，就开始了一个自然生态演替的动态过程。这个过程并不一定按照设计预期的目标发展，可能出现多种可能性。
意识到生态系统和社会系统都不是静止的，在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替以外，人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程设计不同于传统工程的确定性设计方法，而是一种反馈调整式的设计方法。是按照“设计—执行（包括管理）—监测—评估—调整”这样一种流程以反复循环的方式进行的。在这个流程中，监测工作是基础。监测工作包括生物监测和水文观测。评估的内容是河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势。常用的方法是参照比较方法，一种是与自身河流系统的历史及项目初期状况比较，一种是与自然条件类似但未进行生态修复的河流比较。
在反馈调整式设计过程中，提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界的广泛参与，通过对话、协商，以寻求共同利益。提倡多学科的交流和融合，提高设计的科学性。
参考文献
［1］董哲仁.水利工程对生态系统的胁迫［J］.水利水电技术，2003，（7）：1~5.
［2］董哲仁.生态水工学的理论框架［J］.水利学报，2003，（1）：1~6.
［3］董哲仁.河流形态多样性与生物群落多样性［J］.水利学报，2003，（11）：1~7.
［4］Mitsch W.J.，Jorgensen S E..Ecological Engineering and EcosystemRestoration［M］.Published by John Wiley&Sons，Inc.，Hoboken，NewJersey，2004：134~137.
［5］董哲仁.荷兰围垦区生态重建的启示［J］.中国水利，2003，（11A）：45~47.
［6］O’Neill R.V.，D.L.DeAngelis，J.B.Waide，et al.A Hierarchical Con－cept of Ecosystems［M］.Princeton University Press，Princeton，NJ.1986：153.
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从学科发展角度看，现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学，水利工程规划设计主要对象是水文系统，往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。学科的进一步发展应吸收生态学理论及方法，促进水利工程学与生态学的交叉融合，用以改进和完善水利工程的规划及设计理论，形成水利工程学新的学科分支——生态水利工程学。生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支，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。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重点进行生态修复。生态水利工程将与传统治污技术、清洁生产（生态产业）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。
3生态水利工程的规划设计原则
3.1工程安全性和经济性原则
生态水利工程是一项综合性工程，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、航运等需求，也要兼顾生态系统的可持续性。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进行方案比选，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。
3.2提高河流形态的空间异质性原则
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，造成生态系统某种程度的退化。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、鸟类和其他生物物种，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，就应该对于河流进行生物调查、地貌历史和现状进行勘查和评估，建立河流地貌数据库和生物资源数据库。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。关键的工作步骤是在以上两种调查工作的基础上，确定环境因子与生物因子的相关关系，必要时建立某种数学模型。河流环境因子包括河流河势、蜿蜒度、横断面形状及材料、流速、水位、水质、水温、泥沙、营养盐的迁移转化、水文周期变化等。研究的内容包括：调查单个生物因子的基本需求，评估各种生物因子的相互关系和制约条件，对于“关键种”或标志性生物的环境因子进行分类和评估。在众多的环境因子中，识别那些对于系统的结构和功能具有重要意义的环境因子，在此基础上进行河流地貌学设计和生物栖息地的设计。
3.3生态系统自设计、自我恢复原则
生态系统的自组织功能表现为生态系统的可持续性。自组织的机理是物种的自然选择，也就是说某些与生态系统友好的物种，能够经受自然选择的考验，寻找到相应的能源和合适的环境条件。
将自组织原理应用于生态水利工程时，生态工程设计与传统水工设计有本质的区别。像设计大坝这样的人工建筑物是一种确定性的设计，建筑物的几何特征、材料强度都是在人的控制之中，建筑物最终可以具备人们所期望的功能。河流修复工程设计与此不同，生态工程设计是一种“指导性”的设计，或者说是辅设计。依靠生态系统自设计、自组织功能，可以由自然界选择合适的物种，形成合理的结构，从而完成设计和实现设计。成功的生态工程经验表明，人工与自然力的贡献各占一半。
传统的水利工程设计的特征是对于自然河流实施控制。而设计生态水利工程时，要求工程师必须放弃控制自然界的动机，树立新的工程理念。因为依靠人力和技术控制自然界是不可能的。人们要善于利用生态系统自组织、自设计这个宝贵财富，实现人与自然的和谐。需要强调的是，地球上没有两条相同的河流，每一条河流的特点都是各不相同的。因此，每一项生态水利工程必须因地制宜，充分尊重每一条河流的自然属性和美学价值，寻求最佳的生态工程方案。
自设计理论的适用性还取决于具体条件。包括水量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子，也取决于生物的种类、密度、生物生产力、群落稳定性等多种因素。在利用自设计理论时，需要注意充分利用乡土种。引进外来物种时要持慎重态度，防止生物入侵。
3.4景观尺度及整体性原则
河流生态修复规划和管理应该在大景观尺度、长期的和保持可持续性的基础上进行，而不是在小尺度、短时期和零星局部的范围内进行。在大景观尺度上开展的河流生态修复效率要高。小范围的生态修复不但效率低，而且成功率也低。整体性是指从生态系统的结构和功能出发，掌握生态系统各个要素间的交互作用，提出修复河流生态系统的整体、综合的系统方法，而不是仅仅考虑河道水文系统的修复问题，也不仅仅是修复单一动物或修复河岸植被。
景观则是指生态学中的景观尺度。景观尺度包括空间尺度和时间尺度。为什么在景观的大尺度上进行河流修复规划？首先，水域生态系统是一个大系统，其子系统包括生物系统、广义水文系统和人造工程设施系统。广义水文系统又与生物系统交织在一起，形成自然河流生态系统。而人类活动和工程设施作为生境的组成部分，形成对于水域生态系统的正负影响。水域生态系统受到胁迫时，需要对于各种胁迫因素之间的相互关系进行综合、整体研究。其次，必须重视水域生境的易变性、流动性和随机性的特点，这些特点决定了生物种群的基本生存条件。水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。再者，河流生态系统是一个开放的系统，与周围生态系统随时进行能量传递和物质循环，一条河流的生态修复活动不可能是孤立的，还需要与相邻的流域的生态修复活动进行协调。最后，河流生态修复的时间尺度也十分重要。河流系统的演进是一个动态过程。每一个河流生态系统都有它自己的历史。河流生态修复是靠时间做工作的。有研究指出，湿地重建或修复需要大约15~20a的时间。因此对于河流生态修复项目要有长期准备，同时进行长期的监测和管理。
3.5反馈调整式设计原则
生态系统的成长是一个过程，河流修复工程需要时间。从长时间尺度看，自然生态系统的进化需要数百万年时间。进化的趋势是结构复杂性、生物群落多样性、系统有序性及内部稳定性都有所增加和提高，同时对外界干扰的抵抗力有所增强。从较短的时间尺度看，生态系统的演替，即一种类型的生态系统被另一种生态系统所代替也需要若干年的时间，期望河流修复能够短期奏效往往是不现实的。
生态水利工程规划设计主要是模仿成熟的河流生态系统的结构，力求最终形成一个健康、可持续的河流生态系统。在河流工程项目执行以后，就开始了一个自然生态演替的动态过程。这个过程并不一定按照设计预期的目标发展，可能出现多种可能性。
意识到生态系统和社会系统都不是静止的，在时间与空间上常具有不确定性。除了自然系统的演替以外，人类系统的变化及干扰也导致了生态系统的调整。这种不确定性使生态水利工程设计不同于传统工程的确定性设计方法，而是一种反馈调整式的设计方法。是按照“设计—执行（包括管理）—监测—评估—调整”这样一种流程以反复循环的方式进行的。在这个流程中，监测工作是基础。监测工作包括生物监测和水文观测。评估的内容是河流生态系统的结构与功能的状况及发展趋势。常用的方法是参照比较方法，一种是与自身河流系统的历史及项目初期状况比较，一种是与自然条件类似但未进行生态修复的河流比较。
在反馈调整式设计过程中，提倡科学家、管理者和当地居民及社会各界的广泛参与，通过对话、协商，以寻求共同利益。提倡多学科的交流和融合，提高设计的科学性。
论文关键词：生态水利工程设计原则
论文摘要：阐述水利工程与水域生态的关系，介绍了生态水利规划的基本原则：工程安全性与经济性原则；提高河流形态的空间异质性原则；生态系统自设计与自我恢复原则；景观尺度与整体修复原则；反馈和调整设计原则。
参考文献：
［1］董哲仁.水利工程对生态系统的胁迫［J］.水利水电技术，2003，（7）：1~5.
［2］董哲仁.生态水工学的理论框架［J］.水利学报，2003，（1）：1~6.
［3］董哲仁.河流形态多样性与生物群落多样性［J］.水利学报，2003，（11）：1~7.
［4］MitschW.J.，JorgensenSE..EcologicalEngineeringandEcosystemRestoration［M］.PublishedbyJohnWiley&Sons，Inc.，Hoboken，NewJersey，2004：134~137.
［5］董哲仁.荷兰围垦区生态重建的启示［J］.中国水利，2003，（11A）：45~47.
［6］O’NeillR.V.，D.L.DeAngelis，J.B.Waide，etal.AHierarchicalCon－ceptofEcosystems［M］.PrincetonUniversityPress，Princeton，NJ.1986：153.
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1 人为干扰对矿区生态系统的影响
1.1 人为干扰的概念
人为干扰是区别于自然干扰的另一种主要干扰方式,是指由于人类生产、生活和其它社会活动形成的干扰体对自然环境和生态系统施加的各种影响。人为干扰无论从伤害强度、作用范围、持续时间还是发生频率、潜在危害、诱发性等方面,都常常高于自然干扰。
1.2 人为干扰的方式
对于中国矿区环境生态系统,人为干扰的主要方式是污染。主要包括:水资源的破坏和污染、废气污染、固体废物污染、噪声污染等污染。
煤矿开采矿区废水的排放使许多水域被污染,水质下降甚至丧失饮用水的价值,洗煤污水的污染程度较矿井水为重;煤矸石在露天堆放过程中,经雨水淋溶后部分物质形成地表径流进入土壤、地表水体或地下水体时,造成土壤、地表水或地下水的污染;煤矿开采过程中噪声污染主要是由于各种机械设备工作时所产生的,不仅直接影响的身体健康,还会影响周围居民的工作、生活和学习。
2 矿区受损生态系统的特征
根据目前的研究成果,矿区受损生态系统的主要特征可以概括为:
1)生态系统受损伤的各种变化都始于结构的改变
矿区水土资源受到污染破坏、物种资源急剧衰减、矿区植被面积下降、植物光和作用的转换效率低,能量流动效率降低、物质循环受阻等,修复矿区生态需要借助于生态系统的外部力量才能促进矿区生态功能的转变,矿区生态治理和维持成本加大。
2)生态系统过程受阻和功能衰退是受损生态系统的主要特征
矿区产业结构的演变通过对生态系统的破坏力和生态修复能力而影响矿区生态系统功能的发挥。开发初期,矿区生态恶化程度较低,生态系统维持成本较低,矿区生态自我修复的能力较强,对矿区生态长期影响较小;矿区形成期,矿区污染和生态环境破坏力加大,矿区生态的自我修复能力急剧下降,治理成本上升,但是矿区生态治理在可以接受的范围之内,需要加大矿区治理的力度或实行清洁化生产,以消除开采过程生态系统的破坏力。如果失去矿山生态治理的时期,矿区进入衰退期,整个矿区的恶化程度急剧上升,矿区生态修复的周期长、成本高、修复能力脆弱,对矿区持续发展的长期影响大,严重阻碍矿区社会的持续发展能力。
3)关键组分和过程的状态决定着生态系统的回复进程
一个具有自我维持能力的生态系统才是真正健康的生命系统,生态系统的关键物种(如建群种、优势种、关键的传粉动物、顶级食肉动物等)和关键生态过程,在受损伤的的生态系统中还是否存在,对于受损伤的生态系统的恢复进程至关重要。在矿区生态修复的过程中,要注重生物种类、数量、生物量的增加,更要注重物种间的竞争和协同关系,才能更充分地利用系统自身的潜能,促进矿区生态系统的恢复进程。
3 探索人为干扰下的生态演替规律
矿区生态系统是人类生态系统经过漫长的发展时期才产生的,在人为干扰下矿区生态系统先后存在3种不同的类型:
1)原始型矿区生态系统
人类社会早期矿区生态系统,社会生产力水平低,矿业开发利用程度很低,对自然生态系统的压力不大,生态与矿业开发的矛盾没有显现。
2)掠夺型矿区生态系统
19 世纪开始社会生产力有了飞速提高,对矿产的需求量不断扩大。人们仅仅为了追求经济发展而进行掠夺式的开发,环境污染严重,矿区环境生态系统严重破坏。
3)协调型矿区生态系统
这种矿区生态系统类型以生态与经济协调和可持续发展的理论作指导,必将成为普通存在的先进矿区生态系统类型。矿产资源的综合利用率高, 矿区灾害很少发生, 矿区生态系统处于健康状态。
4矿区生态系统修复和重建技术
矿区生态修复的综合技术主要包括监测、预测及风险评估技术,管理技术,规划设计 技术,工程修复技术,化学与生物修复技术。
4.1 监测、预测及风险评估技术
主要是对矿区生态环境损害进行动态监测与预测,揭示损害的程度、范围、机理和规律及风险,为矿区生态环境治理技术的选择和有关法规与技术标准的制定提供依据。
4.2 管理技术
主要是对受损矿山生态环境进行科学的管理、宏观过程管理以及矿山整个生命周期的环境修复管理。
4.3 规划设计技术
矿区生态环境规划设计技术包括传统规划法和计算机辅助规划法。在详尽调查、监测的基础上,运用先进的规划技术和手段对矿区生态进行详细的规划。
4.4 工程修复技术
包括回复生态系统的各种工程措施。应根据不同的破坏特征、不同的自然条件采取不同的技术措施,主要包括生态破坏的工程修复技术和环境污染的工程(物理)修复技术。
4.5 化学与生物修复技术
指提高和改善重建系统生产力和环境安全的各种化学和生物措施,其中生物工程(含植物修复)、生态工程、化学修复和土壤改良技术等是十分重要的。
4.6 采煤沉陷区生态修复技术
采煤沉陷是我国两大面广的矿区生态问题,其主要的修复技术主要包括疏排法、挖深垫浅法、充填复垦法、直接利用法、修整法、生态工程复垦法等方法。将土地复垦技术和生态工程技术结合起来,综合运用生物学、生态学、经济学、环境科学、农业科学、系统工程学的理论,运用生态系统的物种共生和物质循环再生等原理,结合系统工程方法对破坏土地所涉及的多层次利用的工艺技术。
5 结论
本文主要阐述了在人为干扰下生态系统的变化,特别是对中国矿区生态系统的研究,提出矿区生态修复和重建技术,在开发矿产能源的同时,走经济与生态环境的可持续发展之路。
参考文献
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1 生态修复相关的重要概念和理论
1.1 环境与生态
广义上讲，环境是人以外的一切事物的总和，如现代人居环境即为广义的环境概念;狭义上讲，环境是影响有机体生长、发展和生存的外界物理条件的总和。生态系统简称生态，是有生命的主体(包括人类)与无生命的客体的总和。研究有机生命体与无机环境关系的科学称为生态学，研究生命体以外的无机环境的科学称为环境学。生态修复的研究与实践离不开环境学和生态学，而后者尤为重要。
1.2 生态环境与环境生态
生态包括环境，“生态环境”的说法是不科学和难以理解的，可以牵强地理解为与生命体最密切相关的环境。我国所谓的生态环境实际就是生态，准确地讲“生态环境建设”应为“生态建设”[1]。生态修复是对生态系统的修复，故不能称为生态环境修复。
环境虽然是无机的，但完全从无机角度理解环境是不完整的。特别是自然环境，本身是生物体或生物群体周围的整体状况，只有应用生态学原理研究、认识和理解环境，才能更有效地解决环境问题，这就是环境生态学。环境生态作为概念不易理解，但环境生态学无疑是科学的，他对生态修复理论和技术的形成起到了直接的推动作用。
1.3 干扰与生态演替
自然界发生的大大小小的事件，如火灾、水灾、泥石流、虫害、大风、人类活动等，改变着生态系统的结构与功能，这些事件称之为干扰。干扰可分自然干扰和人为干扰。干扰促使某一相对稳定的生态系统发生变化，旧的环境和物种破坏了，新的环境和物种又会产生，并在一定时间内维持其相对稳定。在没有严重干扰的情况下，自然生态系统会定向地、有秩序地由一个阶段发展到另一个阶段，这称为生态内因演替。演替的结果，最终会出现一个相当稳定的生态系统状态，这称为顶极稳定状态。每一演替阶段有其特定生物群落特征，顶极稳定状态的群落称为顶极群落。干扰常使生态系统受损并改变，称为外因演替。生态系统正常演替总是从低级向高级发展，而干扰使演替进程发生变化，严重时，如人类大规模活动，则使生态系统向相反方向演替，这称为逆序演替。生态修复就是使扰生态系统的逆序演替转向正常演替[2]。
1.4 生态稳态与生态阈值
生态系统不是绝对平衡的，而是永恒地发生着演替，旧的平衡打破了，新的平衡就会产生，当演替到顶极状态时，在很长时间内将处于相对稳定状态，即稳态。生态系统动态平衡中的稳定状态，称为生态稳态。稳态生态有相当强的自我调控能力，在干扰作用下虽不断地振荡和变化，但只是量变;当干扰严重并超过其调控能力时，系统将发生质变、崩溃，而走向逆序演替，甚至不可逆演替。稳态生态抵抗干扰的自我调节能力的限度称为生态阈值[2]。只有研究生态稳态和生态阈值，才能确定修复生态系统的类型、区域、难易程度、时间周期，并确定合理的修复指标。
1.5 人与自然共生理论
人与自然共生和和谐相处，是人类对“自然改造论”深刻反思后产生的新认识。人是自然生态系统的组成部分，不是其对立面，脱离生态规律的自然改造，损害了自然生态系统，必然损害人自身。人与生物、生物与生物之间存在着互利互惠的共生现象。任何形式的自然改造必须建立在人与自然共生的基础之上。F.Vester基于共生现象的研究，总结了人类系统与生物系统之间生物控制的8条规律。据此研究，生态学家提出了以最小能量输入和最小物质消耗以保证生态系统自我调节和恢复能力的生态设计原则。这也是生态修复规划设计的指导思想。
2 国外的环境生态修复与生态恢复
修复的本意是对错误和缺陷进行纠正的作用或过程，修复最早从污染环境治理角度被定义为:借助外界作用力使某个受损的特定对象部分或全部恢复到原初状态的过程。环境生态修复起源于环境修复，生态恢复又受环境生态修复的影响。
2.1 环境修复与环境生物修复
环境修复是对被污染的环境采取措施使污染物浓度降低到未污染前的状态。早期的环境修复主要采用工程技术手段，以后采用物理和化学手段。1972年美国尝试采用微生物生命代谢活动降解管线泄漏造成的汽油污染，1989年对Exxon Val-dez油轮泄油造成污染的阿拉斯加海海面进行修复(阿拉斯加研究计划)，从而出现了环境微生物修复技术，后来出现了环境植物修复技术，最终形成了环境生物修复技术。环境生物修复被定义为利用生物生命代谢活动降解被污染环境的污染物，并使之无毒化和无害化。
2.2 环境生态修复
20世纪60年代，美国生态学家H.T.Odum提出生态工程概念，受此启发，欧洲一些国家尝试应用研究，并形成所谓“生态工程工艺技术”，实际属于清洁生产的范畴。随着生态学与环境生态学的发展，90年代美、德等国家提出通过生态系统自组织和自调节能力来修复污染环境的概念，并通过选择特殊植物和微生物，人工辅助建造生态系统来降解污染物，这一技术被称为环境生态修复技术。由于生态系统的复杂性，该技术至今还不成熟，国外的环境生态修复也只是对轻度污染陆地的环境修复，最典型的事例就是通过湿地自调节能力防治污染。这与我国的生态自我修复有很大差别。
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我国是世界上煤炭产量最大的国家，煤炭作为我国的主要能源，约占一次能源构成的74%，为我国国民经济的高速发展提供了重要支撑。但近年来由于矿产煤炭资源开采等高强度干扰的负效应导致环境质量明显下降，由于直接挖损、采掘引起地表沉陷和煤矸石堆积等原因，破坏和占用大量的土地，使本已十分脆弱的自然生态系统不断退化，矿区退化生态系统稳定性差、自我调控能力低，产生诸如耕地数量急剧下降、农作物减产、生态环境恶化等形式的退化，表现出极端的脆弱性，甚至已威胁到矿区生态安全，同时也给人体健康带来直接或间接的负面影响（胡振琪，2009，2010）。因此，基于以往研究提出矿区土地生态整治关键技术，将为矿区土地生态整治提供科学依据。
1 矿区土地生态整治研究进展
发达国家对矿区生态修复与调控技术研究非常重视。美国平均每年采矿占用土地4 500 hm2，其中47%已得到整治，1970年以来其生态治理率也达到70%左右；英国的土地生态恢复率达到87.6%；德国生态治理率达53.5%；澳大利亚矿区生态恢复与土地生态整治被认为是世界上先进的。我国矿区土地复垦与生态整治工作起步较晚，直到1989年《土地复垦规定》的生效实施，土地复垦才被真正得到重视。目前，我国的土地复垦与生态恢复工作发展迅速，已复垦土地34万hm2，复垦率已达12%。近年来，我国土地复垦与生态重建研究在土地破坏机理、复垦土壤生产力模型、土地复垦界面演替、残余变形预测、矿山区域土地与生态价值评价等以及非充填复垦和充填复垦技术方面取得了较大进展（胡振琪，1997，2001，2009，2010；白中科，1997，2004；卞正富，1998，1999，2000）。土地复垦与生态恢复研究内容更加注重生态与环境问题和生态持续能力的恢复，矿区土地生态整治将得到深入研究和推广；农林科学、生态学和环境科学等领域的研究成果也不断被引入土地生态整治中，使复垦土地重构、重新植被、土壤改良、侵蚀控制等技术更加科学高效（胡振琪，1997，2001，2009，2010；白中科，1997，2004；卞正富，1998，1999，2000；秦文展，2010）。
矿区土地退化是当今土地与生态环境科学领域研究的重要内容。国内外相关研究主要集中在研究退化土壤的定向培育技术，人工土壤构造技术，复垦土壤的侵蚀控制，污染土地适宜的覆土厚度，污染土壤生物修复技术等方面（胡振琪，2001，2009，2010；白中科，1997，2004；卞正富，1998，1999，2000）。目前，国内外矿区土地生态整治工作主要集中在工程处理、受损土壤物理处理和化学处理、生物处理以及矿区景观研究、主要污染治理和生态恢复技术包括开采沉陷预防及控制技术、煤矿塌陷区地表恢复及复垦技术、煤矸石山植被覆绿及景观重建技术、水资源综合利用技术、矿区环境综合治理技术及其应用等（胡振琪，1997，2001，2009，2010；白中科，1997，2004；卞正富，1998，1999，2000；李树志，2000）。
2 矿区土地生态整治关键技术
2.1 矿区植被恢复技术
植被作为矿区生态系统的重要组成部分，在很大程度上决定着矿区土地退化的进程和逆转，是矿区生态系统演化的主要指征之一，因此，生态系统退化阻控与恢复的核心问题最终归结到退化生态系统植被生态保育上。筛选适应矿区生态环境的适生植物是合理重建矿区植被的重要前提。一般地，所选植物应具有较强的适生性、固氮潜力、成活率和发达的根系。植被栽植应注重工程设计，更应重视植被保护及管理。
2.2 人工土壤重构技术
土壤重构是在重塑地貌的地表再造一层人工的土体，以便于种植。复垦土地往往缺少熟化的表土或土壤贫瘠，一些人造表土可作为自然表土的改良剂或直接作为表土使用（胡振琪，2005）。
2.3 沉陷地貌重塑技术
沉陷地貌是由于采矿运走了埋藏于地层内部的矿体和部分围岩，或者采矿的同时将地下水疏干，原来的力学平衡被打破，上部岩石发生弯曲变形，重新形成新的应力张力平衡，使地面下凹而形成的再塑地貌。与挖损地貌不同的是，沉陷地其地表物质组成不变，只是地面下沉呈坑状、凹型盆地，同时在四周出现裂隙。针对不同的沉陷地貌，可以采用煤矸石填充法复垦，作为农田进行再种植，或者作为迁村用地或路基。地貌重塑是土地复垦与生态重建的基础工程（汤惠君，2004）。具体的工程技术常见的有梯田法复垦技术、疏排法复垦技术、挖深垫浅法复垦技术、泥浆泵充填复垦技术、利用粉煤灰（矸石、塘泥）造地复田技术等。
2.4 生物修复技术
矿区生态恢复主要的生物技术措施包括植物修复和微生物修复。植物修复主要是利用超富集植物对重金属的吸收作用把重金属由地下转移到地上部分，收割地上部以降低土壤中重金属含量。另外，利用重金属耐受型植物稳定修复也是较好的途径。豆科植物是理想的先锋植物，可加速脆弱矿区生态演替（黄铭洪和骆永明，2003）。
微生物修复是指利用微生物的代谢活动降低土壤中有毒有害物的浓度或使其无害化，从而使污染土壤环境尽可能恢复到原始状态的过程（黄铭洪和骆永明，2003）。近年来，关于丛枝菌根（AM）真菌在矿区土地生态整治中的应用研究越来越深入。是自然界中普遍存在的一种土壤微生物，90%以上的陆生有花植物都能与它形成共生体系。丛枝菌根能够促进植物吸收利用矿质养分和水分，提高作物抗逆性和抗病性，改良土壤结构，增强土壤肥力，提高苗木移栽成活率，促进植被恢复，丛枝菌根的这些生理生态特性使得菌根技术具有克服矿区生态重建中氮、磷及有机质含量极低、土壤结构不良、持水保肥能力差、极端值、干旱或盐分过高引起的生理干旱等潜力。在受损的生态系统中人为地引入AM真菌接种剂，能够加速被破坏生境中植被的恢复。在长期世代演替的自然生态系统中，AM真菌是其结构发生变化的一个重要调节因子，已被认为是矿区、退化草场等生境植被恢复的“生物调节剂”。迄今为止，已有很多关于应用菌根生物技术恢复退化生态系统的成功范例。澳大利亚在矿区土地复垦中广泛地使用了菌根生物技术。在煤矸石山和矿区塌陷地栽培植物时接种AM真菌，不但提高了植物的成活率，而且提高植被盖度，增加了物种丰富度，对植物生长具有明显的促进作用，对土壤具有一定的改良效应，提高了生态系统的稳定性（毕银丽等，2007，2008，2010；杜善周等，2008）。大量的试验已经证明在被扰动生境的恢复过程中，外来菌种的引入和土著菌种的培育可以增加植物的产量，也可以促进原生植被恢复。
2.5 化学改良技术
多数矿区退化土壤缺乏有机质和矿质营养元素。整治土地未来利用方向为农林业的，其首要前提是培肥土壤。有机废弃物可作为土壤添加剂，同时可通过螯合作用降低其毒性。包括化肥等无机添加剂也可有效改善土壤肥力特性，大部分矿区废弃地缺乏N、P等营养物质，一般添加肥料或利用豆科植物的固氮能力来提高土壤肥力（黄铭洪和骆永明，2003）。
2.6 景观恢复技术
采矿迹地是剧烈人为干扰下的一种特殊景观类型，是人类为获得矿产资源而对土地进行剧烈改造的区域。基于景观生态规划与设计的生态重建就是使采矿废弃地具有具体利用方式和一定水平的生产力，维持相对稳定的生态平衡，与周围景观特征相协调，最终达到生态整体性目标。矿区废弃地有多种类型，不同类型具有不同的生态重建途径。矿区废弃地隶属各种尺度的景观类型，基于景观生态学原理设计科学的景观格局和适合的生境条件，即依靠景观生态规划与设计实现生态重建目标（龙花楼，1997；陈秋计，2006；谢宏全，2007）。通过土地整治和生态建设提高自然和半自然生境的面积，增加土地利用的多样性和景观要素的镶嵌性，以提高农田的生物多样性保护和景观娱乐休闲功能。
农田景观恢复施工技术。矿区开采沉陷量不大或开采下沉后土地坡度变化较小的非积水塌陷区。采用直接平整利用或自然恢复利用的方式：积水较少区利用煤矸石、粉煤灰等固体废弃物进行充填复垦；积水较深区域，采用挖深垫浅法，建立塘基式农田；未稳定沉陷区采用预复垦。
另外，对于位于沉陷区的村落，可采用村落恢复技术，在新农村建设中注意保护、规划村落，发展中心村，节约用地，维护乡村特色。矿山尤其是露天矿采矿时常常会破坏山体，可采用山体恢复技术对山脊生态廊道进行修复，保持山脊线的自然连续性，并尽可能留出更宽的视线通廊。
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篇8
规划修编要重点把握以下八项原则：一是坚持以人为本的原则。重点解决好与人民群众切身利益密切相关的水问题，努力满足人民群众对供水安全、防洪安全和生态环境用水等方面的需求。二是坚持人与 自然 和谐的原则。充分考虑水资源承载能力和水环境承载能力，妥善处理开发与保护的关系，促进水利的可持续 发展 。三是坚持资源节约和保护的原则。继续把水资源的节约、保护、配置放在突出位置。四是坚持流域水利发展与区域 经济 社会发展相协调的原则。强化流域水利服务于经济社会发展的能力，提高水利社会管理和公共服务水平。五是坚持全面规划与突出重点的原则。在统筹考虑流域各方面对水利需求的同时，牢牢抓住海河流域水资源短缺、水环境恶化、防洪保安要求高的特点，在规划中着重解决生态环境修复、供水和防洪等方面的突出问题。六是坚持协调统一的原则。妥善协调流域规划与区域规划、综合规划与专业规划、水利规划与其它行业规划的关系。七是坚持继承与发展的原则。现行规划是修订的基础．必须在继承的基础上进行创新。八是坚持以创新促发展的原则。规划修编力求体现先进性、 科学 性、经济性，并应重视采用新思路、新资料、新方法、新技术，提出新成果，努力提高规划的科学性。
三、围绕流域发展与管理的需求，突出规划修编的主要内容
流域综合规划应对流域的防洪、排涝、供水、灌溉、发电、航运、岸线利用、水资源保护、水土保持生态建设等各项任务，进行全面规划，结合海河流域特点和实际，海河流域综合规划要突出解决以下四方面重大问题。
1．优化水资源配置，构建安全高效的城乡供水保障体系
通过建设南水北调东中线，沟通流域水系，组成海河流域“二纵六横”的水资源配置格局。合理配置引江水、当地地表水和地下水、引黄水以及非常规水等多水源．统筹协调生活、生产、生态用水，受水区和非受水区用水，城市和 农村 用水。
按照全面建设节水型社会，实施总量控制和定额管理的要求，提出主要省际河流水量分配规划方案．加大农业节水、 工业 节水和城市节水力度，统筹灌溉规划、城乡供水规划，以及区域产业布局调整建议规划等，保障饮水安全、粮食安全。
2．维护河流健康，构建清洁良好的水生态环境保护与修复保障体系
确立河流生态功能，明确生态环境保护与修复目标，确定基本生态水量，开展北运河等生态修复试点，保障白洋淀、七里海等重要湿地生态用水。
以京津等大中城市水源地、省界缓冲区、地下水资源保护为重点，加强水功能区监督管理，提出水域纳污能力和限制排污总量及分阶段目标，提出地下水限采方案，建立完善的水质水量监控体系。
充分发挥大自然的自我修复能力，拟定官厅和密云水库上游、太行山等重点区的水土保持方案。
3.实施洪水管理，构建人水和谐的防洪减灾保障体系
建立较完善的防洪体系，实现由控制洪水向洪水管理转变，沟通水系、相机调度，注重洪水资源利用。加强中小河流、中小水库、山洪灾害防治、洪水资源利用和岸线利用规划，制定不同标准下的洪水资源利用方案及措施，提出洪水调度方案调整意见。
4.加强综合管理，构建有序可行的水管理能力保障体系
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嘉兴市域内大小河流湖荡纵横相连，河道总长约1.38万km，水面积约268 km2，河道分布密度为3.5km/km2，总长959km，水面积42.22km2。
根据2010年嘉兴市环境保护监测站对遍布全市的64个地表水监测断面的水质监测结果，仅4个断面水质满足功能区类别要求（以河网常规断面评判），IV类及以上水质断面超过80%[1]。水监测断面水质的主要超标项目有溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮和总磷。由此可见，嘉兴市河道水质状况不容乐观，如何采取有效治理措施将这些被污染的水体治清，使之达到功能区类别要求是当前环境保护工作的一项迫切任务。本文将介绍一种在国外河道污染治理中广泛采用的治理技术——河道曝气技术。
2 河道曝气技术简介
2.1 河道曝气技术的发展
随着社会发展和生活水平的提高，世界各国的河流水质都面临着来自工业、农业、生活等方面的不同程度的污染。因此，从五六十年代起，英、德、美等发达国家就开始考虑解决日益严重的河道污染问题。其中，河道曝气技术作为一种投资少、见效快的河流污染治理技术，在很多国家被优先采用。
2.2 河道曝气技术的基本原理
河水中溶解氧的含量是反映水体污染状态的一个重要指标，是维持水中生物生存及保持河湖对污染物净化能力的重要因素， 当水中溶解氧
2.3 河道曝气技术应用与分类
根据国外的河道曝气实践[2]， 河道曝气一般应用在以下两种情况：第一种是在污水截流管道和污水处理厂建成之前， 为解决河道水体的有机污染问题而进行人工充氧； 第二种是在已经经过治理的河道中设立人工曝气装置作为对付突发性河道污染（如暴雨溢流、企业突发事故排放等）的应急措施。另外，在夏季，因水温较高，有机物降解速率和耗氧速率加快，也可能造成水体的溶解氧降低。以上两种情况发生后，进行河道曝气复氧是恢复河道的生态环境和自净能力的有效措施。
河道曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式。固定式冲氧站是在需要曝气增氧的河段上安装的固定的曝气装置。当需要长期曝气复氧，且曝气河段有航运功能要求或有景观功能要求时采用固定式充氧站。移动式充氧平台就是在需要曝气增氧的河段上设置的不影响河道航运功能，并且可以自由移动的曝气增氧设施。国外报道较多的是曝气船。这种曝气形式的突出优点，是可以根据曝气河道水质改善的程度，机动灵活地调整曝气船的运行，从而达到经济、高效的目的。
2.4 国内外河道曝气技术治理河道的工程实践
由于河道曝气复氧工程的良好效果和相对较低的投资与运行成本费用， 成为一些发达国家在中小型污染河道乃至港湾和湖泊水体污染治理中经常采用的方法。虽然河道曝气在国外已经开展了20多年，在我国，尚未在河道大规模综合治理中应用过。部分欧美国家的成功经验和我国已经开展的一些试验结果表明：人工曝气复氧是治理河流污染的一种有效的工程措施[3]。
苏州河河道曝气复氧一期工程[4]，经治理后，苏州河生态系统逐步改善，随着水质的好转， 生态系统同步改善。水生生物种类和底栖动物生物量不断增加，水体的生物毒性下降， 水中开始有鱼；德国柏林teltow运河的纯氧曝气设施[5]，在水温25℃，水体溶解氧浓度为6.3mg/L 时，纯氧曝气仍可使水体溶解氧浓度提高1.5mg/L；釜山港湾曝气设施[6]治理效果显示，曝气能够有效地改善水萦江河口快艇区域的水质，可以增加DO、削减COD、改善透明度、消除臭味。
3.3.2 高效去氨氮原因分析
河道曝气复氧对消除水体黑臭、促进河道水生态系统健康发展具有良好效果，其原理是水体中的溶解氧与黑臭物质（如H2S、FeS等）之间发生了氧化还原反应，且具有反应速率快的特点。由于黑臭物质（还原物）的耗氧量是化学耗氧量的一部分，这部分物质的去除亦可降低水体的化学耗氧量。同时，河道充氧可以使处于厌氧状态的较松散的表层底泥转变为好氧状态的较密实的表层底泥， 因而可能减缓深层底泥中污染物向上复水体的扩散。水体曝气复氧有助于加快恢复黑臭状态的河道正常的水生态系统。
4讨论与建议
在“十五”、“十一五”期间整治的90条96段，长205公里的市区河道中，主要整治措施还是截污纳管、生活污水处理和底泥疏浚等传统措施。有关河道的截污纳管、沿河两岸的生活污水处理、河道的有关规划如景观设计、文化挖掘、旅游开发、土地开发等的力度都在加大，但通过水生态修复技术来改善水质的相关技术研究与应用还没有新的进展。
鉴此，本论文从环境保护角度出发结合该技术提出以下几点河道治理理念。
（1）在使用传统措施治理河道污染的基础上，为使河道的水质达到水体功能区要求，选择河道曝气水生态修复措施来进一步净化水体；
（2）加强水生态修复技术的相关技术研究与应用的投入；
（3）制定相关法律法规，在污染相对比较严重的工业园区内的河道，可以借鉴“流域管理与区域管理相结合”的模式，要求相关区域的企业在保证达标排污的基础上，通过签订相关合作公约，与政府部门共同治理流经园区内的河道。比如在园区内的河道上游安装固定式河道曝气装置，保证流经园区的水质污染物浓度不升高；
（4）据嘉兴市环境保护监测站常规地表水监测的数据显示，嘉兴市饮用水源地涵养区地表水溶解氧浓度常年低于5mg/L，对污染物的净化不利。在水源地涵养区安装河道曝气装置可以保持河道溶解氧的高水平，进一步净化涵养区的水质。同时，该装置亦可作为对付突发性河道污染事件（如暴雨溢流导致涵养区水质恶化等），恢复河道的生态环境和自净能力的有效措施。
参考文献：
[1] 苏盈盈等.嘉兴市环境质量报告书.环境质量报告（研究报告），2012（5）
[2] 孙从军，张明旭.河道曝气技术在河流污染治理中的应用.工程与技术（研究报告），2001（4）
[3] 刘延恺，陆苏，孟振全. 河道曝气法—适合我国国情的环境污水处理工艺[J] 环境污染与防治，1994，16（1）：22-25.
[4] 陈伟等.苏州河河道曝气复氧探讨[J].上海环境科学，2001，20（5）：234
[5] 凌晖等. 纯氧曝气在污水处理和河道复氧中的应用[J]. 中国给水排水，1999，15（8）：49-51
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长桥溪水生态修复公园工程位于杭州西湖风景区，南至丝绸博物馆，北端接国际小水电交流中心，西侧与南山村居民点阔石板路毗邻，东接玉皇山路，占地约4.5公顷。
长桥溪水生态修复工程是一项通过物理、化学、生物、生态等手段，净化长桥溪流域居民生态污水和拦截长桥溪泥沙入西湖的多功能水生态修复工程。通过地下污水收集廊道将污水收集起来，送入地埋式污水处理系统，采用物理和化学手段对收集的污水作初步处理后，又通过地上部分采用的人工湿地系统，利用水生植物的吸附、降解作用再次进行水质净化，最终达到地表水Ⅲ类水体的水质标准后排入西湖。地上部分将水处理工艺与园林造景紧密结合起来，展示了溪水的生态修复流程。园内池岸为自然式护坡，种植各类水生、沼生植物，既可增加景观又可防止水流冲刷泥土。通过木桥、栈道、汀步等自然分隔，有利丰富水景。游人在此不仅能欣赏园林美景，也能了解污水处理和生态净化的全过程，获得观赏、游乐、修学的多重效果。比如说，生态科普可分为图片文字科普及形象实践科普两大类。图片文字科普利用园路边的宣传牌及部分生态建筑亭、廊架等加以展示，让游人认识和了解一些具有特殊生态功能的植物和部分生态科技知识；而形象实践科普则可向游人开放净化水处理系统构筑物，使游人亲眼目睹污水处理的过程，并参与采样、试纸测试等活动。这些亲历性的方式对游人来说充满了吸引力。生态工程、生态科技等方面还有无数象这样可供学习、享受和观瞻的东西，为游人提供生态科技、技术、文化、美学等各方面的旅游资源，让人们从中亲近自然，体会到重返自然的乐趣。使游人初步了解湿地具有的物理净化作用，通过减缓水流，促进沉积物沉降的特性；湿地还具有生物净化作用，通过植物吸收，经化学和生物过程转换，把有机物和某些有毒物质分解或储存起来，在收获湿地生物时以有用的方式从湿地排除有机物和某些有毒物质。湿地中的许多水生植物，包括挺水、浮水和沉水植物，在它们的组织中富集的重金属浓度比周围水中的浓度高出10万倍以上。许多植物还含有能与重金属整合的物质，从而参与金属解毒过程。典型的湿地植物如凤眼莲、香蒲和芦苇等都已被成功地用来处理污水。公园绿化设计的重点就是建立一个健康、稳定的水生态植物群落，由挺水、浮水和沉水植物共同组成的一个功能齐备的水生植物小环境。
园区内的水系按照湿地串联系统的原理及要求设计水深和水体形式，由南往北依次为漫滩、跌水、暗管连通、漫滩、景观塘。水系流经自然式水塘通过多级跌水，使水与大气充分接触，曝气、充氧从而增加了水中的溶解氧含量，使水更具活力。通过自由水面湿地系统四个塘的自然净化作用，使水体质量在原有基础上能够有一定的提高。漫步于公园之中，游人可亲眼看见水在一步步变清，最后流入西湖，每一步过程都通过宣传牌进行说明，使游人能了解维持生命的水循环系统是如此微妙且环环相扣。除了对水的净化过程进行艺术性展示外，公园里还种植了百余种植物，尽显西湖流域的生物多样性。长桥溪水生态修复公园用艺术、科学与教育的结合，来唤起人们对水的重视。根据生态的特点，园内建筑小品以供游人休憩的亭、廊为主，以减少对环境的污染，材料以天然石材、木材为主，体现自然质朴、情趣。水面上的曲桥及部分栈道均采用木质材料，充分体现生态特色，乡土风情。游步道为块石、卵石、木板等自然材质，注重环保，体现野趣。
工程完工后，经西湖风景名胜区环保监测站与杭州市环保监测站抽样检测，长桥溪截淤整治工程净化水处理系统出水指标已达到设计要求，基本达到国家地表水Ⅲ类水标准。经质量监督部门检查，长桥溪截淤整治工程土建、绿化等工程综合质量等级为优良。工程运行后，长桥溪水生态得到了根本性的修复，入湖水质大为改善，对西湖水质的改善起到了很好的作用。同时一改长桥溪原来脏乱差的环境，成为一个集生态、观赏、休闲、科普教育和水生态修复示范为一体的新型公园。
公园还将进一步测试园区内众多水生植物的净水能力，并在今后的水系绿化设计中加以推广。虽然公园每天只能处理有限的水量，但它却作为一个实验室、一个范例，让人们看到希望，更是一种激励，西湖的水也将变得更加清澈，形成更为良性的生态循环。
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黄壁庄水库位于海河流域子牙河水系滹沱河干流上，是一座以防洪为主，兼有灌溉、发电、工业和城市生活、环境供水为一体的大（1）型控制性水利枢纽工程，总库容12.1亿m3。免费论文，洪水资源化。
1黄壁庄水库调度存在的主要问题
1.1 水库预测预报能力不足
自20世纪五六十年代以来，受人类活动的影响，流域下垫面情况发生重大改变，给水文预报带来很大难度。免费论文，洪水资源化。目前水库常用的常规预报和河北雨洪两种预报模型在实际应用中，预报的精度仍不够高。洪水遇见期短，水库防汛决策支持手段落后，基本没有实现实时制定和比选洪水调度方案的目标，仍停留在基于事先制定的洪水调度方案开展洪水调度的阶段。
1.2水库洪水资源利用低，防洪兴利矛盾突出
水库承担的防洪任务越来越重，兴利要求也越来越高，防洪与兴利的矛盾非常突出。目前水库汛期调度采用分期汛限水位，但主汛期调度仍采用汛限水位“静态控制法”，严格按照设计的汛限水位进行控制，不考虑实时降雨预报和洪水预报成果，只要水库超过汛限水位，洪水过后必须降到汛限水位，许多地区多数年份仅在主汛期来一次洪水，往往库水位降至汛限水位后，再无洪水可蓄，造成水资源的极大浪费。免费论文，洪水资源化。免费论文，洪水资源化。
1.3 岗黄水库调度方式严重影响了下游的生态环境
20世纪60年代以后，滹沱河下游逐渐成为一条泄洪河道,流域生态环境发生了显著变化。一是河道常年断流。滹沱河河道常年干涸，河滩裸露，植被稀少，生态环境脆弱。二是石家庄市地下水位下降，形成地下水降落漏斗。三是流域内大量洼淀、湿地逐渐消失。调蓄流域洪水的主要场所从平原洼淀转移到了山区，由于洼淀干涸多年，大都被开辟为农田。
1.4 水库水污染形势严峻， 威胁供水安全
水库水质保持在Ⅱ类和Ⅲ类水质，水库水质明显改善，达到了国家地表水饮用水标准。但是由于上游沿河两岸分布着许多技术含量低、能耗高、污染重的乡镇企业，这些小企业产生的污水大多未经处理直接排入水体，对水环境的破坏尤为严重。库区农民在征地线以下种地，大量使用化肥、农药，高水位时淹没耕地，水体富营养化程度偏高，造成夏季水库藻类大量繁殖，水体透明度降低，水质、色度等指标超出国家地表水饮用标准。
2 加强水库科学调度管理的基本思路
目前黄壁庄水库调度现状还满足不了新时期对水利的需求，还存在一些问题影响着水库综合效益的充分发挥。根据治水新理念，水库科学调度管理要实现以下四个目标：一是不断提高水库预测预报水平，实现防汛调度指挥科学化，确保流域防洪安全。二是水库防洪调度要承担适度风险，实现洪水资源化。免费论文，洪水资源化。三是把生态调度纳入水库调度统一考虑，建立防洪、兴利与生态协调统一的水库综合调度运用方式，不断改善下游生态环境，确保流域生态安全。四改善库区水生态环境，确保水库供水安全。
3 水库实现科学调度的对策与措施
3.1加强预报预测能力建设，实现防汛调度科学化
解决水库预报预测能力不足的途径有以下几个方面：一是加强水文遥测站网的建设，还需增加一倍才能满足预报的需要。二是加快遥测、遥感等新技术的应用，以获取更多更精确的水文气象信息和森林植被、土地利用、水库塘堰等下垫面信息。三是研制高精度水文预报模型。人类活动对流域下垫面的影响很大，用过去的观测资料率定的集总式模型参数，显然难以正确模拟当前的水文过程了。可以借鉴模拟在降水空间分布不均和下垫面及土壤含水量存在空间差异条件下的水文过程。四提高降水预报的精度，提高水文预报预见期，建议在岗黄流域采用新一代雷达测雨技术提高中小尺度天气系统的监视能力。此外还要不断完善防汛决策支持系统，建立洪水调度方案实时制定和比较分析系统，改善防洪调度分析手段，建成先进实用、高效可靠的防汛决策指挥系统，实现防汛调度指挥科学化。
3.2开展汛限水位动态控制研究工作，探索水库洪水风险管理模式，实现洪水资源化
水库汛限水位动态控制课题在2006年正式立项研究,2008年初提交初步研究成果。应根据研究成果编制水库调度规程，进一步明确水库汛限水位动态控制的时间与条件，使其具有可操作性，在实际应用中发挥作用。并从中不断总结经验，提高水库洪水风险管理水平，实现对雨洪资源的现代化管理，大大提高水库蓄水能力和雨洪利用率，使水库更好地为下游经济发展服务。
3.3 结合下游河道的综合整治，适时开展水库生态调度，逐步修复下游生态环境
黄壁庄水库应结合滹沱河的综合整治工程在近期重点解决城市河道断流问题，在流域生态系统的恢复、水体水质改善、湿地保护、城市环境美化等方面发挥作用。在南水北调通水后水库要考虑进行维持下游河道生态流量的调度，改变几十年来下游河道断流的局面，恢复河流基本生命。
水库可充分利用雨洪资源和水库弃水，向下游河道、湿地进行生态补水。在适宜地进行地下水回灌，有效遏制地下水位持续下降趋势，不断涵养地下水源，明显改善石家庄市地下水生态环境。
3.4加大水资源保护和水污染防治力度，改善水质，确保水库供水安全
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1基本情况
通渭县鹿鹿山水土保持生态修复项目是黄河水土保持生态工程生态修复试点项目。实施期为2004—2006年，项目区年均降水量500ram，年均气温3～5oC，适宜各类生物生长，属黄土丘陵沟壑区第三副区。该地区为石质山地，项目区辖陇阳、北城、寺子3乡，12个行政村54个村民小组，总人口7839人，人口密度84人／km，全部为农业人口，农业劳动力4706人。人均土地1．19hm，人均耕地0．26hm，总面积93．30kmz。完成封禁面积56．25km2．人工补植9Ohmz，人工种草277．5Ohm2，设立封禁工程围栏5km、标志碑5座、标语牌9O个、封育区“四至”边界标志界碑600个；新建管理房3间、示范养殖圈舍150座。布设植被监测点5个、气象观测点1个、径流泥沙监测点1个，选择监测典型农户60户。
2生态修复成效
生态修复是指对生态系统停止人为破坏，以减轻负荷压力，依靠生态系统的自我调节能力与自身组织能力，使其向有序的方向进行演化；或者利用生态系统的这种自我修补能力，辅以人工措施，使遭到破坏的生态系统逐步恢复或向良性循环方向发展；主要指致力于那些在人类活动影响下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建工作。
该项目实施后，项目区水清、山绿、水土流失减轻，群众的思想观念转变，实现了生物、产业趋于多样化，取得了明显的生态效益、蓄水保土效益、经济效益和社会效益。据测算，到项目实施年限末期，林草覆盖率从52．30％提高到60．29％；监测区年土壤侵蚀模数由1430t／km。·a降为964．40t／km项目区内农户人均纯收入自1613．80元提高到1967．20元；农、林、牧、副各业产值结构由基期的76．70：0．94：17．30：．5．06变为50．30：．1．07：29．50．：19．13；土地利用结构调整为农地：林地：草地：荒地：其他=21．12：20．97：34．30：4．30：18．56。舍饲养殖数量6000多(只)，实现牛、马、猪、兔、鸡、鸽等多元化养殖。各产值机构有了较大变化，土地利用结构更加合理，使区域生态、经济系统开始良性循环。该项目的实施为本区域经济社会的可持续发展打下了坚实的基础。初步实现了人与自然和谐相处。
3几点启示
3．1科学规划，对位配套措施是实施生态修复工程的前提
水土保持生态修复是一项系统工程，直接关系到群众的生产和生活，在项目实施过程中，始终坚持以科学发展为指导，以构建和谐社会为目标，坚持以人为本理念，科学规划。在生态修复技术措施运用上，以保护和利用水土资源为核心，依据“源于自然，还于自然”的思想，为大自然恢复其自我修复能力创造条件，对位配置各类措施，以封为主，封禁、补造、抚育、管护并重，工程、生物、农艺措施相结合，生态修复与群众脱贫致富相结合的原则。使项目区形成一个相对独立的生态隔离区，减少或禁止人、畜活动对生物群落的干扰和破坏，促使土壤质量正向发育，生态系统自我调控能力向健康状况演化。取得了良好的生态效益和经济效益。
3．2加强组织、建章立制、加大宣传是生态修复工程顺利实施的基础
生态修复是新时期水土保持生态建设的重大战略调整，县委、县政府高度重视，加强生态修复的组织领导和部门协调，专门成立项目执行领导小组，健全管理机构、配备工作人员，明确和落实各部门的责任权属。制定和颁布有关项目建设的法规及管理制度，对生态修复区林草及其设施的管护管理提出具体的操作要求。做到管理有章可循，有法可依。利用集市、庙会等多场合、多形式、多渠道对农民进行广泛宣传教育，印发传单、公告、宣传画及日历和手册。为生态修复的顺利实施提供组织保证和营造良好的舆论氛围。
3．3建立部门联动机制，整合项目，为生态修复项目的实施提供资金保障
水土保持生态修复涉及农、林、水、环保、畜牧、财政、扶贫、科技等诸多方面，综合性很强，我们利用中央资金的主导作用和退耕还林草的机遇，深化投资管理机制改革，整合项目资金，统筹兼顾，合理规划，相互配套，镶嵌实施，达到资金技术、土地和劳动力资源的合理配置，使有限的投入资金发挥最佳使用效益。在项目建设中，与相关部门在工程实施、科研和监测等方面密切配合，加强合作，全面提升生态修复的科技水平和效益，加快生态修复进度。在管理上实行目标管理责任制，形成部门之间“各负其责，各尽其力，各投其资，各计其功”的工作机制。为生态修复工程建设提供了资金保障。
3．4立足实际，政策引导，狠抓落实是实施生态修复的关键
自然生态系统的承载能力是有限的，土地资源的开发必须符合自然生态系统的内在规律，使其得到休养生息。必须按照“顺应天时，遵循自然规律；顺应市场，遵循经济规律；顺应科学，遵循市场规律”的原则，坚持川台河谷区发展全膜覆盖玉米、浅山区种植马铃薯、深山区发展畜草产业的种植结构调整思路，大胆探索，积极挖掘本地资源潜力，引导农民转变观念，大力发展玉米、洋芋、畜草、中药材等富民产业。通过政策引导，利益驱动，解决了许多与群众切身利益息息相关的实际问题，使支柱产业开发和扶贫攻坚取得了明显的成效。通过生态修复，既满足了生态系统的自我修复条件，又确保了当地社会经济可持续发展、社会安定团结、人民安居乐业。为社会主义新农村建设起到了示范带动作用。
3．5依法监督，狠抓管护是生态修复效益正常发挥的保证
生态修复能力的体现根本在于彻底控制人为活动对生态环境的一切干扰因素和防止水土资源的污染，关键是水土保持监督执法和封禁成果管护。为此，要采取以下强有力的措施：
①建立健全水保监督执法网络。县、乡、村、社四级执法网络组织机构健全，并逐级签订监督管护目标管理责任书，做到责、权、利绝对明晰。
②依法具体落实“三区”划分与“三权一案三同时”制度，严格管理，奖惩兑现。加强修复成果管护。
同时，对水保预防监督执法的检查情况纳入乡镇年终综合考核评比的内容，推行奖励机制，以管促封。使生态修复效益能够正常发挥。
3．6合理布设监测网络，为生态修复提供科学依据
监测工作所获取的基础数据，对于生态自我修复能力的研究及评价意义重大，根据基础监测指标体系和监测评价体系要求，合理布设监测网络，采用实地定点、定时，多方位、多层次、多目标、多样点统计调查的方法进行。着重做好以下监测内容：
①蓄水效益监测。定点观测和统计径流、土壤侵蚀、泥沙变化、流域降水量等数据，分析评价项目实施后的蓄水保土效益。
②生态效益监测。林地监测：采用多样点抽样调查法。草地监测：选用不同草地类型，采用刈割测定生长量等，分析评价了项目实施后的生态效益。
③社会效益监测。通过布设网点社经调查，采用分层抽样的调查方法，以定点观测和典型农户调查结合，进行统计调查，统计分析，评价项目实施后的经济及社会效益。
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关键词：生态混凝土，干湿交替，生态护坡，强度，水质净化
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
第一章 绪论
1.1 研究背景
近年来，在水利工程建设中，人们逐渐意识到河堤护坡是河流生态系统的一个重要组成部分，它是河道水流生态系统向陆地生态系统过渡的一个通道。河道不仅仅具有防洪、航运等基本功能，还应具有生物栖息地和人文景观等功能。传统的浆砌石或混凝土河堤护坡虽然结构稳定，具有防止水流和波浪对岸坡基土的冲蚀和淘刷作用，但水体封闭在河道中，切断了水体和近岸陆地土壤之间各生态要素间的物质、能量及信息系统的有机联系，破坏了原有水陆交错带的生物群落。水生植物、水生动物不能正常生长而消失，生物多样性急剧下降，从而影响整个河流的生态环境。
此时就需要考虑发展能与自然协和共生的建筑材料来建造护坡。此护坡可保持水土，加固堤岸，又可维持甚至增加生物多样性并净化水质。这样，生态混凝土的概念就被引进了。生态混凝土又称环境友好型混凝土，又名亲环境混凝土，可以减轻环境负荷同时也与有机物相适应，它实质上是一种有着连续孔隙的多孔混凝土，水与空气能够很容易通过或存在于其连续通道内,能与生态环境相适应，可使水质得到净化。虽然与普通混凝土相比，它的强度和耐久性都有所不及，但是其有着极为广泛的应用前景，对人类社会的可持续发展有着深远的意义。
生态混凝土的净水功能主要由于它存在大量的孔隙，所以具有良好的透水与透气性。就目前国内外的研究现状来看，它的净水机理主要是物理作用、化学作用以及生态综合效应三个方面：
1．物理作用
多孔混凝土的孔隙率在5%～35%之间，并且连通孔占15%～30%，平均孔径为4～5 mm，并且孔隙弯弯曲曲，这就形成了很好的过滤材料，但是它的比表面积是远远小于如沸石、活性炭等良好的吸附净水材料。而且在实际应用中，我们可以想像到，它的孔隙会慢慢堵塞，从而丧失了过滤的功能。因此它通过物理作用来净水的效果是不会太明显的。
2．化学作用
大家都知道,我们经常使用石灰来净化水质,因为它不但可以调节pH,而且作为无机混凝剂可使污水中的悬浮物质絮凝沉淀,在澄清的同时也降低了水中污染物质的含量。混凝土组成材料中的水泥在水化过程中,以及混凝土浸泡在水中都会不断地溶蚀出Ca（OH）2, 从而起到净化作用。但是这会影响混凝土的耐久性，其碱性也会对生态植物产生影响。
3．生态综合效应
由于生态混凝土是多孔结构的，所以它就提供了适合微生物生长的生存环境。在其表面和内部有大量的细菌栖息繁衍,包括硝化菌、甲烷菌、脱氮菌等喜氧性和厌氧性细菌。而且多孔混凝土上形成的生物膜中生物种群较多,可以充分发挥生物膜的作用,降解水中的污染物质。另外水草等植物附着生长在生态混凝土上时，可以吸收水中的N、P等污染物质。
总之，生态混凝土在水中富集的微生物、动植物形成了一个综合的生态效应从而取得良好的水质净化效果，因此是我们研究的重点。
1.2 国内外研究现状
由于环境保护的需要，水土保持、水质净化和退化生态环境的修复和重建得到了世界各国的重视。人们试图通过多种途径解决保水、排水、保护水资源、保护生物的多样性等一系列包含复杂技术的生态环境保护问题。多孔混凝土是一种采用特殊工艺制备的含有连续空隙的混凝土，它既有一定的强度同时又具有透水性和透气性；多孔混凝土在水中富集的微生物、动植物形成了一个综合的生态效应从而取得良好的水质净化效果，在美国、日本、欧洲等国家得到了较为广泛的应用。
直到20世纪90年代美国、日本、欧洲等国家才开发使用生态混凝土这种新型的材料，尤其是日本在这方面做了深入细致的研究。日本大成建设技术研究所进行了连续四年的探索性研究，在1993年提出生态材料(environment conscious materials)概念的基础上, 日本混凝土工学协会在1994－1995年设立了“生态混凝土研究委员会”，1995年日本混凝土工学协会提出了生态混凝土(environmentally friendly concrete / eco-concrete )的概念。[1]
在生态混凝土的水质净化方面，文献报道日本近畿大学的玉井元治教授从90年初就开始进行多孔混凝土（POC）在自然水环境中生物附着和水质净化的可能性的研究。表明POC在自然水环境中会有大量不同的生物附着生长在其上面并具有水质净化的效果。[2]文献报道日本长崎大学于1994年起进行海水现场试验,将直径1m高0.5m的有孔试块10个一组地投入海中,并于1995年2月至1996年2月每月实测一次水质变化,发现生态混凝土有富集营养物质的功能. 另有文献报道,使用生态混凝土在公园内小河上建造净水渠(15m×2m×0.4m),水在其中停留1～3h可去除水中的BOD40%～50%,长时间停留可去除80%～90%。[3]日本德岛大学的水口裕之教授1997年在实验室建立了POC水质净化装置并开始研究多孔混凝土的空隙率，粗骨料粒径，孔隙直径对混凝土的强度，生物膜附着和水质净化效果的影响。发现空隙率20%～30%，粗骨料粒径5～20mm的混凝土（28天强度7.5～23MPa）在实验装置中浸泡30天，T-P除去率达60%，T-N去除率达50％。[4]林正浩和水口裕之教授通过在生态混凝土中添加高炉矿渣和沸石粉方法，研究其对多孔混凝土强度和水质净化的影响，取得了较好的成果。[5]日本宫崎大学中泽隆雄博士等也通过室内实验装置对POC的水质净化效果进行了研究，表明POC对废水的TOC、T-P、T-N的去除有明显的效果。[6]
