生态工程基本原理范文

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[中图分类号] G633.91[文献标识码] A[文章编号] 16746058（2016）140114 

一、 教学过程 

1. 巧用道歉视频，创设情境导入 

播放冯小刚导演，葛优、李小璐、郑恺、白百何主演的2014年贺岁片《私人订制》最后一段“向大自然道歉”视频。学生观看视频，教师依次提出下列问题，引发学生思考分析：（1）四位主角为什么要向大自然道歉？（学生：雾霾天气频发、森林乱砍滥伐、煤炭过度开采、生态环境污染等问题都与人类的不当活动有关）（2）这些问题的背后又折射出怎样的问题？（学生：人口快速增长的压力、生产生活及经济发展所需等导致人类对资源的不合理开发与利用，由此引起的生态恶化和环境污染，充分暴露出传统经济发展模式的弊端，难以可持续发展。）（3）解决上述问题的有效途径是什么？（教师：建设生态工程，就是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力，达到经济效益和生态效益的同步发展，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展，进而实现可持续发展。与一般的传统工程相比，生态工程具有少消耗、多效益、可持续的特点。） 

2.运用模型构建，引导学生自主探究 

[案例1]出示“石油农业”模式图。教师：“石油农业”模式是以美国为代表的西方经济发达国家的高投入、高产出的农业现代化模式，由于需要大量使用石油作为原料或动力而得名。该农业模式对解决粮食需求和提高粮食产量起到重要作用，但同时由于其高能耗、高污染，使粮食品质和安全不断下降，难以可持续发展。解决这一问题的有效途径之一就是要发展生态农业。 

介绍“传统生态农业”模式。教师：“无废弃物农业”模式是我国古代最早、最生动的一种生态工程模式。请同学们利用所给的项目绘制“无废弃物农业”的物质和能量流动图，可分组讨论、交流与合作。在学生讨论出现疑惑的地方时，教师应协助学生解答，以完成概念图的模型构建。 

根据上述模型构建活动，教师提出以下思考问题：上述“无废弃物农业”模式的突出优势是什么？（回答：充分利用废弃物中的能量，通过物质的循环利用和能量的多级利用，实现废弃物的资源化，达到无废弃物生产，减少环境污染。）进而引导学生归纳总结出“物质循环再生原理”。 

引出“现代生态农业”模式。教师：上述“无废弃物农业”模式是我国传统农业的辉煌成就之一，但已无法满足人们对现代农业发展的需要。在上述传统农业的基础上，可增设沼气池、蘑菇等环节更好地利用物质能量。请同学们自主构建，完成下列“现代生态农业”的物质和能量流动图。 

[案例2]出示“纯樟子松林、珊瑚礁区”图片。教师：我国“三北防护林”取得了巨大的生态效益和经济效益，但最初进行林带建设时，单一种植的樟子松林遇松毛虫害大量毁坏死亡；而珊瑚礁区却能够在养分稀少的深海中，保持着很高的生物多样性？这是为什么呢？ 

学生：纯樟子松林的生物多样性低，食物链短而简单，缺少松毛虫的天敌，而成片单一的林木又为其提供了丰富的食物来源，因而导致树林的大量毁坏死亡。珊瑚礁区的生物多样性高，食物链复杂，不同的生物占据不同的生态位，通过食物链关系互相依存，充分利用了珊瑚礁生态系统的环境，实现了很好的物质循环和能量流动。 

教师：从上述正面和反面的实例，你能得出怎样的结论？ 

学生：进行植树造林等生态工程建设时，必须要考虑生物的多样性，只有保持生态系统较高的生物多样性，才能维持生态系统结构和功能的稳定和平衡。（归纳总结出“物种多样性原理”） 

[案例3]出示“灰色长城、水葫芦疯长、草原过度放牧”图片。教师：“三北防护林”的西北防护林早期栽种不适应当地环境的杨树林，导致“绿色”长城变成“灰色”长城。江苏、上海和浙江三省市交界孕育吴越的美丽太湖。近年来，由于富营养化促使太湖水体中水葫芦和藻类疯长，并导致鱼虾等水生生物大量死亡，给水生生态系统造成极大危害。如果在西北草原地区发展畜牧养殖业，你认为应该注意什么问题？ 

学生：西北畜牧养殖应该注意牲畜数量不能超过草地的承载量（环境容纳量）；针对公共草地的过度放牧问题，应该实行草地承包，调动个人的管理积极性，减少过度放牧现象。另外，可以在有条件的地方，人工种植牧草，增加牧草产量。 

教师：从上述3个实例，你能得出怎样的结论？ 

学生：进行生态工程建设时，要处理好生物与环境的协调与平衡问题，要栽种适宜树种，要考虑生物数量不能超出环境承载量。（归纳总结出“协调与平衡原理”） 

教师：进行生态工程建设时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更要整体考虑经济和社会等的影响力。例如，进行林业生态工程建设时，一方面要号召农民种树，另一方面要考虑  [本文由WWw.DYLw.NET提供，第 一论 文网进行和服务，欢迎光DYlw.NeT 联系方式QQ 712086966]贫困地区农民的粮食、烧柴以及收入等生活问题。如果农民的生计得不到保证，随时会发生“前面造林，后面砍林”的现象。这体现了什么原理？ 

学生：整体性原理。 

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中图分类号：TV：文献标识码：A：文章编号：1673-9671-(2012)022-0192-01

随着生态文明建设步伐的不断加快，水利工程的设计和施工也越来越朝向生态化的方向发展，生态水利工程已经成为一个既定的概念映入人们的脑海，如何实现生态水利工程的设计是人们关注的重点。

1生态水利工程概述

为了使读者能够对生态水利工程有一个全面的认识，以下将分别从生态水利工程的分类、生态水利工程的功能以及生态水利工程的特点两个方面来对生态水利工程做概要说明。

1）生态水利工程的分类。为了消除水患以及开发水资源而修的水利工程需要修建水闸，堤坝等不同水工建筑物，来有效的实现其目标，其中生态水利工程可以进行如下分类：①按期服务的防洪水利工程，比如长江三峡工程等；②农田水利工程，比如小浪底工程等。

2）生态水利工程的功能。①生态水利工程可以提高河道的蓄水能力，满足人们的日常生活用水及农田用水。随着社会的发展以及人口的剧增，人们对于水资源的需求与日俱增，所以说个地方政府在河流都建立起各种水利工程控制，调节水量以及开发和利用水资源，从而可以提高河道的蓄水能力，满足人们的日常生活用水及农田用水；②生态水利工程具有非常显著的经济效益。除这两项最基本的功能外，水利工程还可以在汛期进行防洪，发电、发展航运，旅游以及养殖渔业等需求，显然经济效益会十分的显著；③生态水利工程具有很好的防洪排涝的功效。水是人类在生活和生产中必不可缺的珍贵资源。但其人类真正能利用的水却只占地球总水量中很小的一部分，并不能完全符合人类的需求，水的存在直接就推动了巨大的经济、社会双效益。对于生态而言，也同样具备了积极地作用，通过对水量的调节合理支配水资源，可以使河流长期的处在一个平稳的状态，有效防止旱汛不均问题所造成的断流或者是洪灾，而且可以使污水再蓄水库中有一个沉淀的过程，就干旱与半干旱为例，可以此地区生态环境得到良好的改善，使其充分地发挥了本身的调节功能，从而促进了经济和社会不断发展。只有在修建了水利工程的前提下，才能控制水流的平稳状态，防止旱涝灾害的发生，并通过对水量的分配和调节来满足人民生产生活的需要。

3）生态水利工程的特点。水是人类日常生活中不可缺少的珍贵资源，但其存在的并不能符合人类对它的需求，所以我们要想更好地节约水，利用水，就要修建生态水利工程。设计在修建生态水利工程是尤为重要的因素。其中生态水利工程的特点如下：①有很强大的综合性和系统性，统一流域及地区所组成了单项水利工程，它们相互联系，相互制约，既紧密又相互矛盾。水利工程与其他也与国民经济紧密相关，详细的综合分析才可以获得最佳方案；②建设水利工程，对环境也有影响，水利工程不仅对经济社会发生影响，而且也影响着江河湖泊以及生态环境，气候等。这种影响有利也有弊。设计规划时一定评估出利弊关系，使其消除弊端，充分发挥水利工程本身的积极作用；③建设水利工程的任务难度大，很难掌握自然条件下对施工建设的影响，其建筑比一般的建筑物更为复杂；④水利工程的效益具有不确定性，每一年的水文状况都不会完全相同，所以利害每年也不相同。因此，制定合理的水利工程机制，就必须统筹兼顾以减少不利影响，实现经济社会环境效益；⑤一般水利工程都是规模很大，难度大，因此所需要的资金也比较多，另外工期也长，所以工程施工时一定要充分考工程的实际环境和需求。

2生态水利工程设计和修建中的注意事项

结合大量的生态水利工程的实践，笔者总结认为，生态水利工程在设计和修建中需要做好如下几个方面的注意事项。

1）修建的水利工程可以同时为多种目标服务的水利工程，而且在建设生态水利工程时一定要遵循生态学的原理，以及生态平衡的相关要求和相应的自然规律。

2）生态水利工程的修建要从保护生态的角度出发进行水利工程建设，必须要满足可持续发展以及良性循环的水利体系，从而达到人与自然能够和谐相处。

3）考虑到水利与生态系统之间的紧密联系。生态水利工程的建设可以使生态系统发生变化的关系。因此，在进行生态水利工程建设的过程，要对水资源进行合理利用和开发，在提高水资源利用效率的前提条件下，要采取有效举措来充分保证生态系统的稳定和生态系统自身的良性发，这同时也在要求，在进行生态水利工程修建时必须把人与水体当作为一个整体去考虑问题，同时也要兼顾到人与自然共同的需求。

4）合理的做好生态水利工程设计、规划、施工以及相应的工程运作机制控制工作。在有效完成以上工作的基础上，达到改善和优化生态系统的目的，同时使相关的自然资源可以得到持续和反复的利用，真正实现人类社会的可持续发展。

3生态水利工程设计的基本原则

生态水利工程的设计最显著的一个原则就是在设计时一定要凸显其生态性，这是生态水利工程的本质体现，除此之外，生态水利工程的设计还需要遵循协调性，系统性和安全性的原则，以下将分别给予详细的说明。

1）生态水利工程设计的基本原则之协调性原则。所谓的协调性原则，就是要确保水利工程要与周边环境协调统一，我们不要着急的去建设，而是要与周围环境实现和谐统一，只依靠人的力量是不可能控制自然的。与世界上没有两个相同的指纹一样，世界上是没有完全相同的两条河，每一条河都有自己独特的一面，所以我们在建设生态水利工程的时候，要具体问题具体分析，充分考虑周围环境因素，更好地控制水的时间与空间的分布，防止灾害发生，也为工农业及人们日常生活的正常需求提供了保障，如果违背了自然界的规律，那么灾难就会来临。

2）生态水利工程设计的基本原则之系统性原则。在设计整个生态水利工程的过程中，必须系统性的设计好，在设计时要充分考虑到自，然环境的易变性，不确定性，水域生态系统是在时间与空间不断收缩或不断发展的动态系统，河流生态系统属于一个开放的系统，随时都与周围生态系统进行物质循环以及能量传递。一条河流是不能孤立存在的，它在生态修复中必须与相邻的流域相互协调，必须从全局出发，综合的，系统的进行讨论，才能得到最佳方案。

3）生态水利工程设计的基本原则之安全性原则。在建设生态水利工程的时候，必须要从根本出发，考虑多方面因素，其中安全因素是非常重要的一环，生态水利工程作为一项综合性工程，有航运、防洪、发电以及抗旱等相关的功能需求，因此，在进行生态水利工程的设计时，必须要符合工程学的相关原理，同时还要符合工程力学以及水文学的相关规律，有效确保生态水利工程的各项安全。

人们对生态文明的追求，促使水利工程也不得不向生态化的设计方向发展，然而由于水利工程作为一项综合性的工程，其所要满足的功能需求比较多，而且涉及的面也比较广，所以在进行生态水利工程的设计时一定要严格遵循各项设计原则，这是有效发挥生态水利工程各种功能的重要前提。

参考文献

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中图分类号： TV 文献标识码： A

1、关于生态水利工程的概念

水利工程能够提供给经济和社会发展进步的强大动力，但在其产生良好的经济和社会效益的同时，也会对河流等的自然生态系统造成一定方面、程度的破坏和干扰。水利工程会改变自然湖泊以及河流的渠道的现状，将天然的渠道走势改成规则的直线或者折线，使河道出现规则的几何横断（“几何横断”是否不太通顺？）。生态水利工程是现代化水利建设的新成果和理念，综合了工程力学以及水文学的学科，是一项对于传统水利工程的重大改革。生态水利工程是吸收了关于生态学理论基础的，利用工程力学以及水文学的融合理念，从而不断改进的水利工程建设。生态水利工程就是要用现代化以及科学化的理念和原理指导水利工程的建设，促进生态环境与经济建设的良性互动，在对传统水利工程进行改造时考虑了对自然生态环境修复的目的。对已经修建的对自然生态环境造成严重破坏的工程就行整治，新修建的水利工程则必须是具备科学、经济、环保的现代化发展理念的基础建设。

2、生态水利工程对于河流的影响分析

在人们生产生活中水利工程发挥了巨大的作用，早期的水利工程能够起到灌溉、防洪和发电等作用，极大的促进了社会生产的向前发展。但随着人们环保意识的增强，水利工程对于河流生态系统的所产生的影响被越来越多的人所关注。水利工程这种人类行为改变了河流本身的多样性、连续性以及持续性等特点，河流中的水深、水温以及河流的流速等一些自然的规律随之也发生了很大的变化。这些改变对河流生态系统产生了很大的影响，人们必须关注这种不利的影响。未来水利工程的兴建必须将生态效益和经济效益进行均衡考虑，要使得水利工程可以满足人类需求的同时还要满足河流自身生态系统的健康以及可持续的发展。

3、生态水利工程所面临的问题分析

生态水利工程的设计和建设不仅仅要对生态目标进行衡量和确定，同时还要和水利工程建设的目标进行匹配。生态水利工程建设要面对和传统水利工程设计的理念上的冲突和协调，也要适应不断晚上（没看懂）的生态水利工程建设的相关标准等多种问题，但随着社会经济的不断向前发展和人们环保意识、生态意识的逐步提升，这些问题都可以很好的得到解决，从而可以最大限度的发挥出生态水利工程的环境效益、生态效益以及经济效益。

4、生态水利工程建设的基本原则分析

4.1、保证工程的安全性和经济性

生态水利工程的设计规划，不仅要满足传统水利工程在社会生产方面所发挥的重要作用，包括防洪灌溉、供水发电等，同时，更要注重河流生态系统的可持续性。因此在生态水利工程的设计的过程之中，必须要坚持安全性和经济性的原则，要保证工程符合工程学原理，才能确保工程设计的稳定性和耐久性，才可以充分的实现其基本功能的发挥；也要确保工程在生学领域的科学性，确保工程的律设与河流的自然特征相符合，根据地貌学原理对河流的横向和纵向分布特点进行充分的考虑，对干河流特征、淤泥等问题（河流特征不算问题）进行科学的规划，使水利工程的设计符合河流自然生态环境的变化规律，才能实现河流生态系统的修复。

4.2、生态系统自组织恶化自我恢复的能力

生态系统的自组织功能的体现以生态系统的可持续性为主要特征，通过自组织功能实现河流物种的自然选择规律，保持生物与生态系统的友好精神，才能找到与自然资源相适合的生态水利工程的设计环境,这与传统的水利工程建设有着本质区别的生态水利工程在具备人们所期望的水利功能实现的基础上，依靠自组织的功能实现自我修复，依靠生态系统的自组织功能形成科学的河流生态环境，自我选择是适合的生物物种，进而形成一个完整的河流生态系统。

4.3、提高河流形态的空间异质性原则

通常情况下，一个地区的生存空间异质性越高，则说明其内部含有多个不同的小环境，可以允许多种不同种类的生物共存。反之，生存空间异质性越低，则其可以容纳的生物种类越少，这必然会使该空间内的生物群落环境变得日益单调, 这时在生物群落的性质和密度方面都会产生不同程度的退化。在传统水利工程的建设的过程之中，对于河流的自然性和连续性进行了人工的切断，使得河流环境在一定程度上就会变得单一化，进而形成河流生态系统的退化。所以，在生态水利工程的设计的过程之中，务必要有效的促进河流生态的空间异质性的提高，这样才能促进生态环境中物种的数量不断增加，从而促进生物群的多样性的恢复。确定河流生态系统的修复目标以后，需要对河流生态系统中的生物种类和密度进行详细的勘察，建立详细的资料库，这时对于河流的自然环境也要有详细的勘察，包括河流的水温、流速、泥沙、营养盐的迁移转化等等，只有对自然生态环境有详细的掌握，才能为生物群落的生长创造最佳的条件，在此基础之上来充分的实现河流生态系统的自我修复功能。

4.4、景观尺度及整体性原则

河流生态系统的恢复应当是建立在对景观的长期保持的基础上来实现的，而且必须是大尺度和整体性的，并不是针对某一范围内的系统进行恢复，小范围的生态修复成功率较低，而且在生态系统的恢复效率方面也较低，所以，生态水利工程的设计讨程中，必须要注重大尺度、整体性的修复。

景观大尺度的原则包括空间尺度和时间尺度两种，而在河流系统受到威胁的时候，往往就会从这两个角度体现，所以需要对尺度的要素进行一个综合的研究，科学的掌握河流生态系统本身所具有的流动性、易变性等特点，对生物群落生存的基本条件进行整体性的创造以及恢复，才可以有效地保证生态水利工程的运行与河流的动态演进过程保持一致，从而促进河流生态系统的恢复。

4.5、反馈调整式设计原则

生态系统的成长需要一个漫长的讨程，对于河流生态系统的修复来说，同样需要较长的一段实践，才能在系统结构的复杂性、生物多样性等方面获得一个更高的提升，也能够使河流生态系统自身抵御外部干扰的能力增强，有利于促进河流生态系统稳定性的提高。如果从当前社会发展的时间交替的角度来说，需要实现一种生态系统的自我修复或者是用一种生态系统代替另一种生态系统，往往需要若干年的时间，想在短时间之内来实现是不可能的。

总之，水利工程在社会生产中发挥着重要的作用，但这时也会对生态环境造成了一定的影响，尤其是对与河流生态来说，对与河流的连续性和流动性产生了不同程度的影响，使得水流、水温等自然规律都发生了一定的变化，这些变化的存在破坏了河流生态系统的平衡与稳定。所以说，在现代水利工程建设的工作之中，务必要对社会发展需求与生态健康之间的关系进行一个科学的衡量，在建设生态水利工程的要求之下，坚持必要的设计原则，才可以促进生态水利工程建设的科学性。

参考文献

[1]吕良健.生态水利工程的基本设计原则[J].江西建材,2012,05:130-131.

[2]王瑛昊,陈雷.分析生态水利工程的基本设计原则[J].民营科技,2012,11:296.

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一、水利工程对河流生态系统的影响

水利工程在社会生产过程中，对促进经济与社会的发展发挥了重大作用，此外，我们也应看到水利工程对河流生态系统所造成的影响。人类兴修水利工程的种种人为活动致使河流的多样性、流动性和连续性发生改变，水域的水温、水深、自流水边界、水域流速等自然规律也随之发生了重大变化。这些变化会对河流的生态系统造成严重的影响，我们必须对这些影响给予高度的重视。在未来的水利工程兴修时，应全面把握生态系统健康与社会经济需求两者之间的关系，做到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及可持续发展。

二、生态水利工程的基本设计原则

（一）确保工程的安全性和经济性

生态水利工程作为水利工程的分支，首先要遵守水利工程的设计原则，保证工程安全性是任何水利工程设计的最基本的原则。设计过程中，设计人员应深入实际，充分考察水体的水质、水流等基本情况，进而充分考虑水对建筑物的侵蚀作用、对泥沙的堆积和搬运作用，同时还应全面把握河道走势的自然规律等。只有保证了工程的稳定性、持久性以及设施的安全，才能确保建筑物持久地发挥其功能。在保证了工程安全性的同时，我们还应对工程的经济性进行合理分析，力求实现资金投入最少、经济小于和生态效益最大化的基本原则。

（二）保证水体内部环境的多样性

相关调查显示，一个地区的非生物环境的多样性能够影响其生活群落的多样性。也就是说，如果一个地区的自然环境种类多样，当地的生物种类也会日渐丰富，食物链的组成也将更复杂，这样生态系统对外界变化的适应能力和抵抗能力越强。如果我们兴建的水利工程致使该流域内的水体内部环境日趋单一化，那么，就会导致水生生物种类多样性的减少、食物链结构逐渐简化、生态系统日趋单一化，造成水体对外界变化的适应能力和抵抗能力降低，自然净化能力逐渐下降，并逐步丧失其基本功能。所以，在水利工程设计过程中，设计人员需要对河流的近期及远期的水文情况进行深入了解，掌握生物种类与生态环境间的关系，进而对设计草案组建数学模型，对其可行性、可操作性进行论证，从而保证水利设施的兴建能够拥有足够的丰富多样的环境，进而将对自然环境的影响降到最低。

（三）确保河流生态系统的自我修复功能

与传统水利工程相比，生态水利工程除了要保证传统水利工程的基本原则外，还需要在设计的时候，充分考虑保护生态系统的自我修复功能，也就是要维持生态系统的可持续性。而在这一方面，人工建筑物所起的作用则十分有限，只有自然因素经过长期的自然选择后所形成的生态圈才具备良好的自我修复功能，发挥其作用。所以，在生态水利工程设计时，应尽量避免绝对化的人为力量，应充分将人为力量与自然的影响进行有机结合，从而利用生态系统的自设计功能和自组织功能，从大自然中选择合适的物种，形成良好的合力结构。这样，不仅仅可以取得生态系统保护及恢复方面的成效，还能降低工程的建设成本，降低工程造价，获取更高的经济效益和生态效益。

（四）确保河流生态系统的整体性

在传统的水利工程建设过程中，水体常被人为地划分成不同功能且相对封闭的小区域，影响了水体之间的相互联系，极大地降低了水体内不同小环境之间的能量交换及物质交换速度，从而人为地破坏来河流生态形同的稳定性和整体性。生态水利工程在设计时，应充分掌握施工流域内生态系统各要素之间的相互关系及作用方式，尽最大限度地保持并恢复水体的原始状态，确保河流的生态系统的整体性不受到外力的破坏，而不能仅仅是在工程结束后，单纯地对河道水文系统进行修复或是只对河岸的植被进行修复。

（五）确保建立完善的河流生态系统和水利设施之间的反馈机制

生态水利工程设计以成熟的河流生态系统为主要参照物，并充分利用生态学可的相关理论和环境工程的先进技术，力求打造一个健康的、可持续发展的河流生态系统，从而保证工程设施内部的各自然要素可以在不需要人工干预的环境自发地进行活动，维持生态环境的稳定和河流水体的质量。通常这种自发活动的方向不是单向的，这种不确定性使得生态水利工程的设计应遵循一种“反馈调整”的设计方法，也就是说，在设计方案执行之后，仍旧需要对水体的环境进行长期的监督和评价，并根据反馈的信息对水利工程项目进行不断的调整与完善。

三、生态水利工程面对的新问题