欢迎来到国家规划重点课题数据中心!
课题中心

生态水利在中小河流中的应用

来源:国家规划重点课题数据中心 发布时间:2024-01-15 浏览次数:

一、研究背景与意义

(一)研究背景

随着生态文明建设的深入推进,传统水利工程模式已难以满足新时期河流治理的需求。中小河流作为流域生态系统的重要组成部分,其治理与保护面临诸多挑战。当前,我国中小河流普遍存在生态功能退化、水环境恶化等问题,亟需探索新型治理模式。生态水利作为一种融合水利工程与生态保护的新理念,为中小河流治理提供了创新思路,但其理论体系和实践模式仍需完善。

(二)研究意义

从理论层面看,本研究将深化生态水利在中小河流治理中的理论探索,构建"工程-生态-社会"协同治理框架,丰富生态水利学科内涵。从实践层面看,研究成果将为中小河流生态治理提供技术支撑,推动水利工程向生态化、可持续方向发展,实现水资源利用与生态保护的双赢,具有重要的生态价值和社会效益。

二、研究现状与文献综述

(一)国内外研究现状

国际上,欧美发达国家在生态水利领域的研究起步较早,已形成较为完善的理论体系和技术标准。德国的"近自然河道治理"理念强调恢复河流的自然形态和生态功能,通过模拟自然河流的结构特征,实现水文过程与生态过程的协调统一。美国的"河流修复工程"则注重生态系统整体性修复,采用多目标协同的治理策略,在防洪安全与生态保护之间寻求平衡。日本在中小河流治理中提出的"多自然型河流建设"方法,也为生态水利实践提供了重要参考。

国内生态水利研究虽然起步相对较晚,但发展迅速。近年来,随着生态文明建设的深入推进,生态水利理念在大型河流治理中得到了广泛应用,如长江大保护、黄河生态廊道建设等重大工程。然而,针对中小河流的生态治理研究仍显不足,现有实践多集中在防洪安全和水质改善等单一目标上,缺乏系统性、整体性的治理思路。随着"河长制"的全面推行和乡村振兴战略的实施,中小河流生态治理的重要性日益凸显,相关理论研究和技术创新亟待加强。

(二)文献综述

通过对国内外生态水利领域文献的系统梳理,发现当前研究存在三个主要局限性:首先,在技术层面,工程措施与生态修复的结合不够紧密,往往出现"重工程、轻生态"或"工程与生态两张皮"的现象,难以实现真正的生态水利。其次,在评价体系方面,缺乏系统性的多维度评价指标体系,现有评价多侧重于单一的水文或生态指标,难以全面反映治理效果。第三,在地域适应性研究方面,针对不同地理区域、不同类型中小河流的差异化治理方案研究不足,难以满足实际需求。

这些问题的解决需要理论创新与实践探索的有机结合。一方面要构建更加系统、科学的生态水利理论框架,另一方面要开展针对性的技术研发和示范应用,形成可复制、可推广的治理模式。同时,还需要加强跨学科交叉研究,整合水利工程、生态学、景观设计等多学科知识,推动生态水利理论和实践的创新发展。

三、研究目标与内容

(一)研究目标 

1. 构建中小河流生态水利治理的理论框架:基于生态系统整体性原理,建立兼顾水文过程、地貌形态和生物群落协同演变的治理理论体系,为中小河流生态治理提供科学指导。

2. 开发适用于中小河流的生态水利技术体系:针对不同类型中小河流的特点和治理需求,研发低成本、易维护、适应性强的生态工程技术,形成工程措施与生态修复有机融合的技术方案。

3. 建立生态水利效益综合评价方法:构建包含水文特征、生态完整性、景观价值等多维度的评价指标体系,开发定量与定性相结合的综合评价模型,为治理效果评估提供科学依据。

4. 形成可推广的中小河流生态治理模式:通过示范工程建设和技术集成创新,总结提炼适合不同区域特点的治理模式,为全国中小河流生态治理提供可复制、可推广的实践经验。

(二)研究内容 

1. 理论基础研究探讨生态水利的内涵特征与基本原理,分析中小河流的生态特征与治理需求,建立"水文-生态-社会"多维治理模型。

2. 技术体系研究生态型河道整治技术水生态修复技术生态流量调控技术

3. 实施策略研究分段分类治理生态工程协同多目标统筹长效管护机制

4. 效益评价研究构建包含生态完整性、水文连通性、社会满意度等维度的综合评价体系。

四、研究方法

1. 文献研究法:系统分析国内外生态水利研究成果,重点聚焦河流生态修复、水资源可持续利用等领域的理论进展和技术创新,通过文献计量分析和内容挖掘,构建本研究的理论基础和方法体系。研究将全面梳理近20年国内外相关文献,运用科学知识图谱等方法,揭示研究热点和演进趋势,为理论创新提供参考。

2. 案例分析法:选取国内外具有代表性的中小河流生态治理典型案例,从治理背景、技术路线、实施效果等维度进行深入剖析,总结不同治理模式的特点和适用条件,提炼可复制推广的经验模式。案例选择将覆盖不同气候区、不同地貌类型和不同开发强度的河流,确保分析的全面性和代表性。

3. 模型模拟法:构建耦合水文过程、生态过程和人类活动的综合模拟模型,通过数值模拟技术预测不同治理情景下的生态响应,评估治理方案的可行性和有效性,为决策提供科学依据。模型开发将整合水动力模型、生态模型和社会经济模型,实现多过程的耦合模拟和情景分析。

4. 德尔菲法:组织涵盖水利工程、生态学、环境科学等领域的专家团队,采用多轮匿名咨询方式对技术方案进行系统论证和完善,确保治理措施的科学性和可操作性。通过专家共识的达成,提高研究成果的权威性和适用性,为技术推广和政策制定提供专业支撑。

五、研究创新点

(一)理论创新

首次提出中小河流"生态优先、系统治理"的生态水利理念,突破传统以工程措施为主的治理思路,构建"多要素协同、多目标统筹"的治理框架,实现生态保护、防洪安全、景观提升等多重目标的有机统一。

(二)技术创新

开发适合中小河流特点的生态水利技术集成体系,创新性地将生态护岸、栖息地营造等生态修复技术与传统水利工程技术相融合,形成系统化的技术解决方案,实现工程结构稳定性与生态系统完整性的双重保障。

(四)方法创新

建立基于"压力-状态-响应"模型的综合评价方法,构建包含水文特征、水质状况、生物多样性等多维度的评价指标体系,实现治理效益的科学量化评估和动态监测,为治理方案的优化调整提供方法论支持。

、研究计划与进度安排

(一)第一阶段(1-3个月):完成文献调研与理论构建

本阶段将系统开展国内外生态水利研究文献的收集、整理与分析工作,重点梳理中小河流生态治理的理论基础和技术方法。通过文献计量分析和内容挖掘,厘清研究现状和发展趋势,构建适合我国中小河流特点的生态水利理论框架。同时,组织专家研讨会,对理论框架进行论证和完善,形成指导后续研究的理论基础。此外,还将完成研究区域的基础资料收集和现场踏勘工作,为技术研发奠定基础。

(二)第二阶段(4-11个月):开展技术研发与示范建设

本阶段将基于理论研究成果,重点开展中小河流生态治理关键技术研发与集成创新工作。针对不同类型河流的生态特征和治理需求,研发适应性生态工程技术,形成成套技术方案。同步开展示范工程建设,在实践中检验技术方案的适用性和有效性。示范建设将遵循"因地制宜、分类指导"的原则,在不同流域选择典型河段实施,形成可复制、可推广的治理模式。期间将定期组织技术交流和现场观摩,及时总结经验,优化技术路线。

(三)第三阶段(12-15个月):进行效果评估与成果总结

本阶段将对示范工程的生态效益、社会效益和经济效益进行系统评估。建立多维度、多指标的综合评价体系,采用定量与定性相结合的方法,全面评估治理成效。同时,总结提炼研究成果,形成中小河流生态治理技术指南和标准规范。组织召开成果研讨会,广泛征求专家和相关部门意见,进一步完善研究成果。最终完成研究报告撰写、成果汇编和技术推广方案制定等工作,为成果转化应用做好准备。

、研究价值与展望

(一)研究价值

本研究将推动中小河流治理从传统工程模式向生态综合治理模式的转型升级,为新时期河湖生态保护与修复提供创新思路和技术支撑。研究成果将有助于提升河流生态系统服务功能,改善流域人居环境,促进区域可持续发展。同时,通过示范引领和模式推广,可为全国中小河流治理提供可借鉴的实践范例,对推进生态文明建设和美丽中国建设具有重要的实践价值。此外,研究形成的理论方法和技术体系,也将丰富生态水利学科内涵,推动相关领域的理论创新和技术进步。

(二)未来展望

随着新一代信息技术的快速发展和广泛应用,生态水利将迎来新的发展机遇。未来可进一步探索生态水利与智慧水务的融合发展,运用物联网、大数据、人工智能等技术手段,构建河流生态监测预警系统和智能管理平台,提升河流治理的精细化、智能化水平。同时,加强生态水利与流域综合管理的协同创新,推动建立基于自然的解决方案(NbS)技术体系,实现山水林田湖草沙一体化保护和系统治理。此外,还需深化生态水利标准化建设,完善技术规范和评价标准,为生态水利高质量发展提供制度保障。