探索生態水利工程學
董哲仁
（中國水利水電科學研究院，100038 北京）
注：本文刊登于《中國工程科學》2007年第1期
【摘要】人類社會與生態系統對于河流都具有高度的依賴性，人類應該與生態系統共享水資源。水利工程是對于河流生態系統脅迫因子之一。需要建立新的準則和開發新的技術方法，使水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧河流生態系統健康和可持續性的需求，構建與生態友好的水利工程技術體系。
【關鍵詞】生態水利工程學脅迫非連續化異質性反饋式設計
水利水電工程在防洪、灌溉、發電、供水、航運、養殖和旅游等諸多方面對于保障社會安全、促進經濟發展方面發揮了巨大的作用。這些工程設施的建設和運行，對于河流生態系統具有雙重影響。一方面，筑壩形成水庫，為干旱、半干旱地區的植被和生物提供了較為穩定的水源。另一方面，則對河流生態系統形成了負面影響。當前，有必要對于傳統的水利水電工程規劃設計和運行的理念與技術方法進行反思，進一步吸收生態學的理論知識，探索與生態友好的水利水電工程技術體系，這是實現與自然和諧相處目標的時代需求。
1 人類社會與生態系統共享水資源
眾所周知，所謂生態系統是指一定空間中的生物群落（動物、植物、微生物）與其環境組成的系統，其中各成員借助能量交換和物質循環形成一個有組織的功能復合體。水是生物群落生命的載體，又是能量流動和物質循環的介質。在陸地生態系統中，水的功能如同血液，而河流如同動脈。河流系統作為紐帶，把人類社會與自然生態系統交織在一起。
水利工程學以工程設施為手段，控制和改造河流，達到為人類社會謀取經濟利益的目的。水利工程學對于河流價值的基本認識是：水資源是重要的自然資源，河流是開發利用的對象。隨著現代科學對于生態系統性質的探索的不斷深入，對于河流的價值需要有更加全面的把握。
1.1人類對水的依賴性
水，是人類社會發展最重要的不可替代的自然資源。在社會系統中，對于支持人類生命、食物生產、能源生產有著基本的功能作用。無論是供水、灌溉、發電、還是航運、養殖和旅游，都離不開淡水和河流。
根據《2004年全國水資源公報》，2004年我國水資源總量為24130億立方米。全國平均降水量601毫米，折合降水總量為56876億立方米。全國產水總量占降水總量的42.4%。2004年全國總用水量5548億立方米，占當年水資源總量的23%。以水源劃分，地表水源供水量占81.2%，地下水源供水量占18.5%，其他水源供水量占0.3%。以用途劃分，生活用水占11.7%，工業用水占22.2%，農業用水占64.6%，生態用水（僅包括人為措施供給的城鎮環境用水和部分河湖、濕地補水）占1.5%。全國人均綜合用水量433m3。2003年我國水電發電量2830億千瓦小時，2004年水電總容量突破1億千瓦。可見水資源是保障人民健康，保障糧食安全，保障能源安全，保障生態安全的重要戰略資源。
1.2生態系統對水的依賴性
水是生態系統須臾不可或缺的環境要素。生態系統包括生命系統和生命支持系統。生命支持系統的第一要素是太陽能。太陽能通過綠色植物光合作用轉換為生物能，并借食物鏈(食物網)流向動物和微生物；第二要素是把各個系統聯系起來循環的水。水和營養物質(碳、氧、氫、磷等)通過食物鏈(食物網)不斷地合成和分解，在環境與生物之間反復地進行著生物—地球—化學的循環作用。河流與數以百萬計的物種共生共存,通過食物鏈、養分循環、能量交換、水文循環以及氣候系統，相互交織在一起。
河流作為營養物質的載體，既是陸地生態系統生命的動脈，也是水生生態系統的基本生境。首先，水是陸地生態系統植被光合作用的原料。有學者估計，陸生生態系統大約消耗了三分之二的陸地降雨，總量估計達到7.18×105億m3，主要以蒸發蒸騰的方式加入水文循環。陸地生態系統直接影響河流徑流條件。其次，在水生生態系統中，河流是各類生物群落的棲息地，是魚類、無脊椎動物等動物的生存繁殖的基本條件和水生植物的生長的基礎。河流的流量、流速、水深、水溫和水文周期以及河流的地貌學特征，直接影響生物棲息地質量。
1.3河流的生態價值
按照生態系統價值的一般分類方法，河流的價值可以分為兩大類，一類是利用價值，一類是非利用價值。在利用價值中，又分為直接利用價值和間接利用價值。直接利用價值是可直接消費的產出和服務，包括河流直接提供的食品、藥品和工農業所需材料，也包括對于水資源的開發利用價值。間接利用價值是指對于生態系統中生物的支撐功能，也是對于人類的服務功能。包括河流水體的自我凈化功能；水分的涵養與旱澇的緩解功能；對于洪水控制的作用；局部氣候的穩定；各類廢棄物的解毒和分解功能；植物種子的傳播和養分的循環。此外，無論是高山大川、急流瀑布還是潺潺溪流以及荷塘秋月，其本身具有的巨大美學價值，可以滿足人們對于自然界的心理依賴和審美需求。
另一大類是非利用價值，它不同于河流生態系統對于人們的服務功能，是獨立于人以外的價值。非利用價值是對于未來的直接或間接可能利用的價值，比如留給子孫后代的自然物種、生物多樣性以及生境等。還包括人類現階段尚未感知的但是對于自然生態系統可持續發展影響巨大的自然價值。
我們對于水資源帶給我們的經濟利益或者實物型的生態產品（食品、藥品和材料等），其價值在市場流通中可以得到體現，因此為人們所重視。另一部分非實物型的生態服務，包括生物群落多樣性、環境、氣候、水質、人文等功能。這些功能往往是間接的、卻又對人類社會經濟產生深遠、重要的影響，往往為人們所忽視。但是一旦這些生態功能受到破壞而不可逆轉，人們才可能悔悟到曾經享受的大自然的賜予是多么的寶貴。
1.4 對河流生態系統的脅迫
在自然河流經歷的數萬以至數百萬年的演變過程中，受到自然界和人類活動的雙重干擾，這種干擾或者壓力在生態學中稱為脅迫（stress）。
對于自然界的重大干擾，比如地殼變化、氣候變化、地震、火山爆發、山體滑坡等，河流系統的反應或是恢復到原有的狀態，或者滑移到另外一種狀態，尋找新的動態平衡，逐步走入良性軌道。在這個過程中，河流系統一般表現出一種自我恢復的功能。而人類活動特別是近一、二百年的大規模經濟活動對于河流生態系統的干擾所造成的影響往往是系統自身難以恢復的，嚴重的干擾往往是不可逆轉的。
人類活動對于河流生態系統的脅迫主要來自以下幾個方面：①工農業及生活污染物質對河流造成污染；②從河流、水庫中超量引水，使得河流本身流量無法滿足生態用水的最低需要；③土地利用方式的改變，農業開發和城市化進程改變了水文循環的條件；④對湖泊、河流灘地的圍墾以及上游毀林造成水土流失，導致湖泊、河流的退化；⑤由于引進、貿易、移民、旅游、戰爭等諸多因素，在河流、湖泊和水庫中不適當地引入外來物種造成生物入侵；⑥水利工程對于河流生態系統的脅迫。最后一種脅迫是一種物理類的脅迫，表現為河流地貌特征的變化以及水文、水力學條件的變化，引起棲息地質量的改變，這將是本文第2節討論的重點。
據聯合國《世界水資源開發報告》（2002）估計，在地球生態系統中，因河流開發和改造與陸地淡水密切相關的生物有24％的哺乳動物和12％的鳥類受到生存的威脅。目前考察過的占總數1/10 的魚類中，有1/3 面臨絕種。由于棲息地環境被干擾，陸地的水域生態多樣性普遍下降。
1.5 人類社會與生態系統共享水資源
綜上所述，無論是人類社會系統還是自然生態系統，對于河流和淡水都存在著極大的依賴性。這兩種依賴性可能是矛盾抑或是沖突的。問題在于我們需要理解并不是只有人類的生存依賴于河流和淡水資源，除了人類，自然生態系統也對河流存在著高度的依賴性。河流不但哺育了自古就“擇水而居”的人類，河流也是數以百萬計的生物物種的棲息地。由河流、湖泊、濕地、洪泛平原、河口與生物群落和人類社會交織在一起形成了河流生態系統。還需要認識到，健康的生態系統為當代人類提供了生態服務功能，為人類的子孫后代提供了可持續發展的條件。工業社會以來人類的大規模開發活動對于河流生態系統形成了脅迫，反過來，生態系統的退化會直接或間接損害人類的利益。因此，珍愛河流生態是包括工程界在內的全社會的共同責任。
如何保護和修復河流生態系統？需要指出的是，現代生態學理論已經摒棄了曾經流行的“維持生態平衡”觀念，單純的“保護生態”理念也已經被淡化。這些傳統理念所以被改變，有兩層含意。第一點認為生態系統始終處于一種動態的演替過程中，變化是絕對的，而平衡和穩定是一種例外，所以人們要適應變化。第二點認為，要承認在生態系統承受能力的范圍內人類合理開發自然資源的合理性，同時要認識到在許多情況下當代人類活動是對生態系統的主要脅迫因子，需要主動對于生態系統進行修復和補償，以維護生態系統的完整性和可持續性。現在，更多提倡對于生態系統的綜合管理，在自然－社會－經濟復合生態系統中探討社會系統和自然系統二者的可持續發展，以實現人與自然的和諧。
2.對于水利工程學的反思
2.1 對于河流的大規模改造
幾千年人類為了自身的防洪安全與經濟發展，對于河流的進行了大量的人工改造。特別是近一百多年來利用現代工程技術手段，對河流進行了大規模開發利用，興建了大量工程設施，改變了河流的地貌學特征。河流一百年的人工變化超過了數萬年的自然進化。有學者估計，至今，全世界有大約60％的河流經過了人工改造，包括筑壩、筑堤、自然河道渠道化、裁彎取直等（Brookes, 2001）。據統計，全世界壩高超過15米或庫容超過300萬立方米的大壩有45000座。其中大約40000座大壩是在1950年以后建設的。壩高超過150米或庫容超過250億立方米的大壩有305座。（ICOLD，2000）。建壩最多的國家依次為中國、美國、前蘇聯、日本和印度。
2.2 水利工程對于河流生態系統的脅迫
水利工程對于河流生態系統的脅迫主要表現在兩方面：一是自然河流的渠道化，二是自然河流的非連續化。
（1）自然河流的渠道化
①平面布置上的河流形態直線化。即將蜿蜒曲折的天然河流改造成直線或折線型的人工河流或人工河網。②河道橫斷面幾何規則化。把自然河流的復雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規則幾何斷面。③河床材料的硬質化。防洪工程的河流堤防和邊坡護岸的迎水面采用混凝土、漿砌塊石等硬質材料。其結果是：河流的渠道化改變了河流蜿蜒性的基本形態，改變了急流、緩流、彎道及淺灘相間的格局，而橫斷面上的幾何規則化，也改變了深潭、淺灘交錯的格局，生境的異質性降低，水域生態系統的結構與功能隨之發生變化，特別是生物群落多樣性將隨之降低，引起淡水生態系統退化。
（2）自然河流的非連續化
①構筑水壩引起順水流方向的河流非連續化。
構筑水壩引起順水流方向的非連續化問題。這里需要援引河流的“連續性概念”(continuum concept)，用以說明河流生態系統是一種開放的、流動的生態系統，其連續性不僅指一條河流的水文學意義上的連續性，同時也是對于生物群落至關重要的營養物質輸移的連續性。營養物質以河流為載體，隨著自然水文周期的豐枯變化以及洪水漫溢，進行交換、擴散、轉化、積累和釋放。沿河的水生與陸生生物隨之生存繁衍，相應形成了上中下游多樣而有序的生物群落，包括連續的水陸交錯帶的植被，自河口至上游洄游的魚類以及沿河連續分布的水禽和兩棲動物等，這些生物群落與生境共同組成了具有較為完善結構與功能的河流生態系統。研究成果還表明，洪水周期變化對于聚集在河流周圍的生物是一種特殊的信號，這些生物依據這種信號進行繁殖、產卵和遷徙，也就是說河流還肩負著傳遞生命信息的任務。也就是說，河流的連續性不僅包括水流的水文連續性，還包括營養物質輸移的連續性、生物群落的連續性和信息流的連續性。大壩將河流攔腰斬斷，形成了河流的非連續性特征，改變了連續性河流的規律。流動的河流變成了相對靜止的人工湖，流速、水深、水溫及水流邊界條件都發生了變化，水庫中出現明顯溫度分層現象。由于水庫泥沙淤積，也截留了河流的營養物質，促使藻類在水體表層大量繁殖，在庫區的溝汊部位可能產生水華現象。由于水庫的水深高于河流，在深水處陽光微弱，光合作用減弱，與河流相比其生物生產量低。另外，不設魚道的大壩對于洄游魚類是致命的屏障。
②構筑堤防引起的河流側向的非連續化
堤防也有兩面性。一方面保護了人類居住區免受洪水的侵害，另一方面也產生負面影響。在進行堤防建設時，往往為利用灘地縮窄主河道。堤防妨礙了汛期主流與岔流之間的溝通，阻止了水流的橫向擴展，形成另一種側向的水流非連續性。堤防把干流與灘地和洪泛區隔離，使岸邊地帶和洪泛區的棲息地發生改變。原來可能擴散到灘地、河汊和死水區的洪水、泥沙和營養物質，被限制在堤防以內的河道內。其結果是植被面積明顯減少。魚類無法進入灘地產卵和覓食，也失去了躲避風險的避難所，使魚類、無脊椎動物等大幅度減少，導致灘區和洪泛區的生態功能退化。
（3）水庫運行期引起的生態脅迫
自然河流的水文周期有明顯的豐枯變化，河流生物隨之呈現脈沖式的周期變化。大壩運行期間，水庫的調度服從于發電、供水和防洪等需求，使年內徑流調節趨于均一化，這些都會對河流走廊產生壓力。另外，如果從水庫中超量引水用于供水、灌溉等目的，使大壩下游水量銳減，引起河流干涸與斷流，也會導致生態系統的退化。在大壩下游，因為水流攜沙能力增強，加劇了水流對于河岸的沖刷，可能引起河勢變化。由于水庫泥沙淤積及營養物質被截流，大壩下游河流走廊的營養物質輸移擴散規律也發生改變。這些因素都會使生物棲息地特征發生改變。
2.3水利工程學的目標分析
傳統意義上的水利工程學作為一門重要的工程學科，以建設水工建筑物為手段，目的是改造和控制河流，以滿足人們防洪和水資源利用等多種需求。當人們認識到河流不僅是可供開發的資源，更是河流系統生命的載體；認識到不僅要關注河流的資源功能，還要關注河流的生態功能，這時才發現水利工程學存在著明顯的缺陷，就是在滿足人類社會需求時，忽視了河流生態系統的健康與可持續性的需求。
3.構建與生態友好的水利工程技術體系
3.1 兩種對立的理論
在國際資源與環境研究領域有兩種對立的理論，一種稱之為資源主義（Resourcism），主張最大限度持續地開發可再生資源。另一種稱之為自然保護主義（Preservationism），其主要觀點是對于自然界中的尚未開發區域，反對人類居住和進行經濟開發。資源主義強調了滿足人類經濟發展的重要性，卻忽視了維護健康生態系統對于人類利益的長遠影響。而保護主義雖然高度重視維護自然生態系統，但是反對一切對自然資源的合理開發利用，其結果往往會脫離社會經濟發展的實際而成為空洞的觀點。反對建設大壩，主張一律拆除大壩的觀點，就屬于這一類。實際上，人類社會生活離不開水庫大壩，離不開水利工程。比較現實的思維方法是：如何在既滿足人類社會經濟需求和保護生態系統健康二者之間尋找適當的平衡點，實現可持續發展的目標。
如果簡單地反對一切大壩建設，主張大范圍地拆壩，肯定脫離了社會經濟發展實際，是一種因噎廢食的觀點。相反，回避大壩給生態系統帶來的脅迫問題，忽視對于生態系統的補償，無疑會給人類長遠利益帶來損害。世界上不存在百利而無一害的工程技術，權衡利弊，趨利避害是辯證的思維方法。實踐表明，大壩對于河流生態系統的負面影響，可以通過工程措施、生物措施和管理措施在一定程度上避免、減輕或補償。尋找相對優化的技術路線是解決問題的合理思維方式。
3.2生態工程學的發展沿革
面對河流治理中出現的水利工程對生態系統的某些負面影響問題，西方工程界對水利工程的規劃設計理念進行了深刻的反思，認識到河流治理不但要符合工程設計原理，也應符合自然原理。在工程實踐方面，20世紀80年代阿爾卑斯山區相關國家－德國、瑞士、奧地利等國，在山區溪流生態治理方面積累了豐富的經驗。萊茵河“鮭魚－2000”計劃實施成功，提供了以單一物種目標的大型河流生態的經驗。90年代美國的凱斯密河及密蘇里河的生態修復規劃實施，標志著大型河流的全流域綜合生態修復工程進入實踐階段。
近20年來，隨著生態學的發展，人們對于河流治理有了新的認識。認識到水利工程除了要滿足人類社會的需求以外，還要滿足維護生物多樣性的需求，相應發展了生態工程技術和理論。河川的生態工程在德國稱為“近自然河道治理工程”，提出河道的整治要符合植物化和生命化的原理。在日本稱為“多自然型建設工法”或“生態工法”。美國稱為“自然河道設計技術”。一些國家已經頒布了相關的技術規范和標準。
1993年美國科學院所主辦的生態工程研討會中根據Mitsch的建議，對“生態工程學”定義為：“將人類社會與其自然環境相結合，以達到雙方受益的可持續生態系統的設計方法。”生態工程學的范圍很廣，包括河流、湖泊、濕地、礦山、森林、土地及海岸等的生態建設問題。
3.3 如何借鑒國外經驗
盡管發達國家在河流治理生態工程學方面已經積累了不少經驗，但是其理論和技術方法目前正處于發展階段。我國可以借鑒發達國家的經驗，但是不可能照搬，原因是自然條件不同，經濟發展階段不同，需要結合我國國情進行河流生態治理。另外，發達國家水資源水能開發已經基本完成，而我國正處在水利水電的建設高潮。新建工程要吸取發達國家的經驗教訓，改進工程規劃設計理念和技術，探索、發展我國自己的與生態友好的水利工程技術體系。
4.生態水利工程學的內涵
4.1 什么是生態水利工程學？
生態水利工程學（Eco-HydraulicEngineering）作為水利工程學的一個新的分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態系統健康與可持續性需求的原理與技術方法的工程學。
現代科學發展使我們認識到，傳統意義上的水利工程學在滿足社會經濟發展的需求時，卻在不同程度上忽視了河流生態系統本身的需求。而河流生態系統的功能退化，也會給人們的長遠利益帶來損害。未來的水利工程在權衡水資源開發利用與生態與環境保護這二者關系方面，理性地尋找資源開發與生態保護之間的合理的平衡點。
從河流生態建設的全局看，生態水利工程將與河流環境立法、水資源綜合管理、循環經濟模式以及傳統治污技術一起，成為河流生態建設的主要手段之一。
4.2 生態水利工程學的學科基礎和研究對象
現在的水利工程學的學科基礎主要是水文學和水力學、結構力學、巖石力學等工程力學體系。學科的進一步發展需要吸收生態學的理論及方法，促進水利工程學與生態學的交叉融合，用以改進和完善水利工程的規劃方法及設計理論。所以生態水利工程學將是一門交叉學科，也是一門應用的工程學科。
傳統意義上的水利工程學研究的對象是河流、湖泊等組成的水文系統。生態水利工程學關注的對象不僅是具有水文特性和水力學特性的河流，而是還具備生命特性的河流生態系統。研究的河流范圍從河道及其兩岸的物理邊界擴大到河流走廊（rivercorridor ）生態系統的生態尺度邊界。
生態水利工程學的技術方法包括以下內容：對于新建工程，提供減輕對于河流生態系統脅迫的技術方法。對于已經人工改造的河流，提供河流生態修復規劃和設計的原則和方法，提供河流健康評估技術，提供水庫等工程設施生態調度的技術方法，提供污染水體生態修復技術等。
4.3 生態水利工程學的基本原則
（1）工程安全性和經濟性原則
生態水利工程既要符合水利工程學原理，也要符合生態學原理。生態水利工程的工程設施必須符合水文學和工程力學的規律，以確保工程設施的安全、穩定和耐久性。必須充分考慮河流泥沙輸移、淤積及河流侵蝕、沖刷等河流特征，動態地研究河勢變化規律，保證河流修復工程的穩定性。對于生態水利工程的經濟合理性分析，應遵循投入最小而經濟效益和生態效益最大的原則。
（2）保持和恢復河流形態的空間異質性原則
有關生物群落研究的大量資料表明，生物群落多樣性與非生物環境的空間異質性（spacialheterogeneity）存在正相關關系。非生物環境的空間異質性與生物群落多樣性的關系反映了非生命系統與生命系統之間的依存和耦合關系。一個地區的生境空間異質性越高，就意味著創造了多樣的小生境，能夠允許更多的物種共存。反之，如果非生物環境變得單調，生物群落多樣性必然會下降，生物群落的性質、密度和比例等都會發生變化，造成生態系統的某種程度的退化。
河流生態系統生境異質性主要表現為：水－陸兩相和水－氣兩相的聯系緊密性；上中下游的生境異質性；河流縱向的蜿蜒性；河流橫斷面形狀的多樣性；河床材料的透水性和多孔性等。由于河流形態異質性形成了在流速、流量、水深、水溫、水質、水文脈沖變化、河床材料構成等多種生態因子的異質性，造就了豐富的生境多樣性，形成了豐富的河流生物群落多樣性。可以說，保持和恢復河流形態異質性是提高生物群落多樣性的重要前提之一。
在確定河流生態修復目標以后，就應該對于河流地貌歷史和現狀進行勘查和評估。在此基礎上確定生境因子與生物因子的相關關系，必要時建立某種數學模型。對于新建工程，通過模型分析可以對于大壩的壩址選擇、河流梯級開發的布置方案、水工樞紐的布置方案進行生態影響的多方案的情景分析，進而獲得生態脅迫最低的優化設計。對于河流修復工程，在模型分析的基礎上，進行河流地貌學設計和生物棲息地設計。
（3）生態系統自設計、自我恢復原則
生態系統的自組織功能表現為生態系統的可持續性。自組織的機理是物種的自然選擇，也就是說某些與生態系統友好的物種，能夠經受自然選擇的考驗，尋找到相應的能源和合適的環境條件。在這種情況下，生境就可以支持一個具有足夠數量并能進行繁衍的種群。
生態工程的本質是對自組織功能實施管理（H.T.Odum1989）。將自組織原理應用于生態水利工程時，生態工程設計與傳統水工設計有本質的區別。像大壩設計是一種確定性的設計，建筑物的幾何特征、材料強度都是在人的控制之中，建筑物最終可以具備人們所期望的功能。河流修復工程設計與此不同，生態工程設計是一種“指導性”的設計，或者說是輔助性設計。依靠生態系統自設計、自組織功能，可以由自然界選擇合適的物種，形成合理的結構，從而實現設計。成功的生態工程經驗表明，人工與自然力的貢獻各占一半。在利用自設計理論時，需要注意充分利用鄉土種。引進外來物種時要持慎重態度，防止生物入侵。
（4）流域尺度及整體性原則
河流生態修復規劃應該在流域尺度和長期的時間尺度上進行，而不是在河段或局部區域的空間尺度和短期的時間尺度上進行。
所謂“整體性”是指從生態系統的結構和功能出發，掌握生態系統各個要素間的交互作用，提出修復河流生態系統的整體、綜合的系統方法，而不是僅僅考慮河道水文系統的修復問題，也不僅僅是修復單一動物或修復河岸植被。
水域生態系統是一個大系統，其子系統包括生物系統、廣義水文系統和工程設施系統。一條河流的廣義水文系統包括從發源地直到河口的上中下游地帶的地下水與地表水系統，流域中由河流串聯起來的湖泊、濕地、水塘、沼澤和洪泛區。廣義水文系統又與生物系統交織在一起，形成河流生態系統。
河流生態修復的時間尺度也十分重要。河流系統的演進是一個動態過程。需要對歷史資料進行收集、整理，以掌握長時間尺度的河流變化過程與生態現狀的關系。河流生態修復是需要時間的。因此對于河流生態修復項目要有長期準備，需要進行長期的監測和管理。
（5）反饋調整式設計原則
生態水利工程設計主要是模仿成熟的河流生態系統的結構，力求最終形成一個健康、可持續的河流生態系統。在河流工程項目按照設計執行以后，就開始了一個自然生態演替的動態過程。這個過程并不一定按照設計預期的目標發展，可能出現多種可能性。
意識到生態系統和社會系統都不是靜止的，在時間與空間上常具有不確定性。除了自然系統的演替以外，人類系統的變化及干擾也導致了生態系統的調整。這種不確定性使生態水利工程設計是一種反饋調整式的設計方法。是按照“設計－執行（包括管理）－監測－評估－調整”這樣一種流程以反復循環的方式進行的。在這個流程中，監測工作是基礎。監測工作包括生物監測和水文觀測。這就需要在項目初期建立完善的監測系統，進行長期觀測。同時還需要建立一套河流健康的評估體系，用以評估河流生態系統的結構與功能的狀況及發展趨勢。
4.4 生態水利工程學的發展模式
探索和發展生態水利工程學，需要鼓勵多學科的合作與融合；需要積極借鑒發達國家的經驗，立足自主創新；需要在工程示范和實踐的基礎上提升理論，總結技術標準和規范。
參考文獻
[1] 董哲仁, 生態水工學的理論框架, 水利學報, 2003年第1期
[2] 董哲仁筑壩河流的生態補償，中國工程科學，2005年第12期
[3] 董哲仁，河流形態多樣性與生物群落多樣性，水利學報，2003年第11期
[4] 董哲仁試論生態水利工程的設計原則水利學報 2004年第10期
[5] 中華人民共和國水利部，2004年水資源公報，2005年，北京
[6] ASCE River Restoration Subcommittee on Urban Stream Restoration，Urban streamRestoration，Journalof Hydraulic Engineering ASCE , July 2003, pp 491-493
[7] Hart, D. D. and N. L. Poff, eds. Dam removal and river restoration: specialsection. BioScience 52:653-747, 2002.
[8] Brookes,A., Shields JR,F.D., River Channel Restoration[M], John Wiley &Sons,
[9] Odum, H. T. 1989. Ecological engineering and self-organization [D]. Pages79-101. In: W. J. Mitsch and S. E. Jorgensen, eds., Ecological Engineering: AnIntroduction to Ecotechnology. Wiley, New York.
[10] Mitsch W. J. & Jorgensen S E.，Ecological Engineering and Ecosystem Restoration [M].PP 134-137, Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2004
[11] Malin Falken, Water Management and Ecosystems: living with Change, GlobalWater Partnership Technical Committee Background Papers No9, 2003.
Exploring Eco-Hydraulic Engineering
Dong Zheren
（ChinaInstitute of Water Resources and hydropower Research ）
Abstract Thedependence on rivers of both humans and ecosystems is high, and humans shallshare water resources with ecosystems. Hydraulic engineering is one of thestress factors to river ecosystem. It is required to establish new rules anddevelop new techniques, to enable the consideration of the requirement of thehealth and sustainability of river ecosystem while carrying on hydraulicengineering to meet human demands, thus establish an ecological friendlyhydraulic engineering technical system.
Keywords Ecology,Hydraulic Engineering, Stress, Discontinuum, Heterogeneity, Feedback Design
