因此应当将三者有机结合，根据不同的人文背景、科技条件来规划建 造工程，使之更加符合对应的历史阶段。
第四章 生态水工学在河道治理中的运用 我国河道治理存在的问题
污染和遗弃
空间胁迫
目前我国河流治理所存在的问题
水泥护堤为衬底
截弯取直
过度节流
第四章 生态水工学在河道治理中的运道生态系统损坏
福州大学研究生课程PPT
生态水工学 人与自然和谐的工程学
学 生：陈 涛
指导教师：邹盛堂副教授 专 业：水工结构工程
2016年4月16日
篇章结构
• 第一章 生态水工学的必要性与缘起
• 第二章 生态水工学在我国的发展
• 第三章 生态水工学的不足与思考
• 第四章 生态水工学在河道治理中的运用
• 第五章 生态水工学在护坡挡墙中的运用
（1）、水利工程不但要满足社会经济需求，也要符合生态保 护的需求；
（2）、生态水工学的目标是构建与生态友好的水利工程技术体 系；
（3）、生态水利工程学是融合水利工程学与生态学的交叉学科； （4）、淡水生态系统保护的目标是保护和恢复淡水生态系统健 康和可持续性。
第二章 生态水工学在我国的发展 生态水工学在我国的发展
第二章 生态水工学在我国的发展 水利水电工程生态影响机理分析
①在连续性方面
• 在河流上建设大坝造成了河流纵向的非连续性变化，使自然河流从 源头至河口的连续体变成了串联非连续体，阻碍了物质流，能量流 和信息流畅通。 ②在水文情势方面 • 自然河流的水文周期有明显的枯丰变化，汛期洪水还具有脉冲特点。 大坝运行期间，水库调度服从于防洪、发电或供水等需求，使年内 径流趋于均一化，改变了自然河流丰枯的水文模式、也改变了河流 生物群落的生长条件和规律。 ③在景观格局方面 • 治河工程往往导致自然河流被人工渠化，蜿蜒型的河流被裁弯取直 成为直线或折线型河流；河流断面改变成矩形，梯形等规则几何断 面；导致空间异质性下降，使栖息地数量和质量下降，生物群落多 样性的降低。 ④水体物理化学条件方面 • 水库蓄水后，水库回水影响区水流流速降低，库区近岸水域和库弯 水体富营养化。由于水库存在水温分层和溶解气体过饱和现象，对 于下游的物种，特别是鱼类生长繁殖会产生不同程度的影响。
①、完全恢复(full restoration，Cairns，1991)：“使生态 系统的结构和功能完全恢复到干扰前的状态”。 ②修复(rehabilitation)：“环境质量有一定程度的改善。”
③创造(creation，NationalResearchCouncil，1992)：“开发一个 原来不存在的新的河流生态系统，形成新的河流地貌和河流生物群 落”。 ④自然化(naturalization，RhoadsandHerricks，1990)：“在承认人类 对于水资源利用的必要性的同时，强调要保护自然环境质量，通过河 流地貌及生态多样性的恢复，达到建设一个具有河流地貌多样性和生 物群落多样性的动态稳定的、可以自我调节的河流系统。”
1985年Hohmann
把河岸植被视为具备多种小生态环境的多层结构，强调生态多 样性在生态治理的重要性，注重工程治理和与自然景观的和谐 性。
1989年Pabst
强调溪流的自然特性要依靠自然力去恢复。
第一章 生态水工学的必要性与缘起
生态水工学的缘起
1992年Hohmann
从维护河溪生态系平衡的观点出发，认为近自然河流治理要减 轻人为活动对河流的压力，维护河流环境多样性，物种多样性 及河流生态系统平衡，并逐渐恢复自然状况。
第三章 生态水工学的不足与思考 生态水工学的不足
虽然生态水利工程学在近五十年来发展迅速，已经积累 了丰富的理论知识和工程实践经验，但是该学科仍然存在不 成熟的地方。主要表现为以下三点：
① 人类社会是发展的，而人类对环境的要求也在随之变化。并且，生态环境是 人的主观感受，虽然能将其数字化，但也是模糊的。此外，由于生态工程涉及 涵盖了多个学科，涉及范围广。所以，很难对河流及其工程进行客观、综合、 准确地评估。
第三章 生态水工学的不足与思考 生态水工学的思考
在规划建设生态水利工程时，应适当考虑人类因素。而这具体表现在 以下三个方面：
① 工程更加“亲民”。比如在修建城市生态水利工程时，可适当修建游道和亲 水平台，让市民亲近自然，而这也能使市民在于自然亲近的过程中形成生态意识。 ②在技术条件允许的条件下，可以在恢复生态的同时，使工程具有自然河流所不 具有的能力，比如更强的净化能力、养殖能力等，这能让工程更加适宜于人类社 会。 ③应当意识到，人类社会是发展的，科学技术也是发展的，而生态工程自生也是 会随时间而生长的。
因此，生态水工学的研究具有重大意义。
第一章 生态水工学的必要性与缘起
生态水工学的缘起
自 20 世纪 70 年代以来，随着生态学的发展 和应用，人们对于河流治理有了新的认识。水利 工程除了要满足人类社会的需求以外，还需满足 维护生态系统可持续性及生物多样性的需求，相 应发展了生态工程技术和理论。
第一章 生态水工学的必要性与缘起
第四章 生态水工学在河道治理中的运用 以呈贡洛龙河为例
修复前后河道对比图
第四章 生态水工学在河道治理中的运用 呈贡洛龙河的治理方案
改良地形环境
在坡地上要坚决退耕还林，并在坡面地修 建栏、蓄、引、排相结合的水土保持工程
可以扩大保水林、经济林种植面积。 因地制宜修建水平沟、水窖、水柜。 改善土壤吸水、养水能力，达到防治水土流失 目的。 通过植树种草改变植被状况，避免雨水直接冲 刷坡面表土。
生态水工学的缘起
德国Seifet在1938年
首次提出了“亲河川治理”概念，指出工程设施首先要具备河 流传统治理的各种功能，比如防洪、供水、水土保持等，同时 还应该达到接触自然的目标。
1962年著名生态学家Odum
提出了将生态系统自组织行为（Self-organization activities)运用 到工程之中，他首次提出了生态工程(Ecological engineering)一 词，旨在促进生态学和工程学的结合。
1971年Schlueter
认为近自然治理（near nature control)的目标,首先要满足人类对 河流利用的要求，同时要维护和创造河溪的生态多样性。
第一章 生态水工学的必要性与缘起
生态水工学的缘起
1983年Bidner
提出河道整治首先要考虑河道的水力学特性、地貌学特点与河 流的自然状况，以权衡河道治理对生态系统胁迫之间的尺度
1993年根据著名生态学家Mitsch
美国科学院主办的生态工程研讨会提出了“生态工程学” （Ecological engineering)概念并且定义为：“将人类社会与其自 然环境相结合，以达到双方收益的可持续生态系统的设计方 法。”河流的生态工程在德国被称为“河流生态自然工程”， 日本称为“多自然型建设工法”，美国成为“自然河道设计技 术。”
第二章 生态水工学在我国的进展 水利水电工程生态影响机理研究
（1）建立了河流生态系统结构功能整体性概念模型。在 完善与整合现有河流生态系统结构功能概念及模型的基础上， 提出了河流生态系统结构功能整体性概念模型（The Holistic Concept Model of Structure and Function of River Ecosystem， HCM。河流生态系统结 构功能整体性概念模型由以下 4 个 子模型组成：河流 4 维连续体模型、水文情势－河流生态过 程耦合模型、地貌景观空间异质性－生物群落多样性关联模型 以及水力条件－生物生活史特征适宜模型， 这4个子模型的一 体化整合，基本概括了河流生态系统结构功能的整体特征。
第三章 生态水工学的不足与思考 生态水利工程与社会经济、文明之间的矛盾
显然，这四种目标表示着四种不同的对待自然的态度，也 代表着不同的历史背景。一些学者对于“完全恢复”和“创造” 提出了质疑：“完全恢复”太过于强调水利工程的缺点，没有 正视这些工程的防洪作用、经济效益，以及在生态上的一些正 面作用；另外，对于大多数河流来说，由于资料的缺乏，要弄 清河流被干扰前的状态是十分困难的 ⋯。而“创造”则不符合 当前的技术背景以及经济条件，也就是不得“天时”。 至于 “修复”和“自然化”，是“合乎理性”的，也是 当前欧洲和日本在河流恢复实践上所倾向的。因为这样的目标 规划，充分利用了生态系统自我设计、自我组织功能，所以只 需要一些少量的、必要的人工辅助措施，而这也正好与当前社 会经济和科技的发展程度相协调。比如在日本进行多自然河流 治理时，最主要的工程理念就是给“生物一个生长环境”，必 要时再修建人工浮岛，或种植柳树等植物。
②由于不同的地区有着不同的气候、生物种群以及人文环境，所以生态水利工 程具有“多样性”。它的建设不像传统水利工程一样，有全国统一的规范。再 加上工程经验的缺乏，所以生态水利工程的建设理论框架还需进一步完善。
③工程目标不明确。河流生态被破坏，应该改善，但是究竟要改善到什么程度， 目前尚没有统一的定论。而这一定论的缺失，正是生态水利工程发展及推广的 最大障碍。。
水土流失 的治理
植树造林
治理沟道
修建拦蓄水工程，治理沟道，因地制宜地植 树种草，实行立体防治。
第五章 生态水工学在护坡挡墙中的运用
生态砌块式加筋护岸
生态砌块式加筋挡墙断面示意图
传统块石挡墙正面图
第一章 生态水工学的必要性与缘起
生态水工学的定义与必要性 水利工程学作为一门重要的传统工程学科， 以建设水工建筑物为手段，通过改造和控制河流， 以满足人们对防洪、水资源利用等多方面的社会 经济需求。
水利水电工程在防洪、灌溉、发电、供水、 航运、养殖和旅游等诸多方面对于保障社会安全， 促进经济发展发挥了巨大的作用。然而这些工程 设施的建设和运行在为人类社会进步作出贡献的 同时却对生态系统具有双重的影响。
第一章 生态水工学的必要性与缘起
生态水工学的定义与必要性 水利工程不但在防洪、供水等方面作用巨 大，而且在改善江河湖泊流域的生态系统方面也 是大有作为的，流域生态系统的改善甚至对该流 域的经济社会的可持续发展作用更大。在这样的 大背景下，我们所关心的是：一个地区、一个流 域生态系统的恢复与改善，反过来对于改善水质 有什么影响；新建的水利工程如何避免或降低对 原有生态系统的负面影响，进而在满足人对水的 多种需求的同时，还能维持生态系统的完整性。