生态学规律是人类与环境相互作用中的基础规律，是具有普遍意义的客观存在。生态多样性包括自然环境多样性、人类需求与创造多样性以及人类与环境相互作用多样性。我国江河、湖泊和水库普遍受到污染，直接威胁着饮用水的安全和人民的健康，影响到工农业生产和农作物安全，水污染也加剧了水资源短缺，水环境整治的重点是对污染源的治理与控制，特别是抓好工业和生活废水的源头治理是解决问题的关键。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，生态建设已经成了水利工程建设的重要任务。
生态方法水体修复技术主要包括：人工湿地处理技术、生物膜法处理技术、土地处理技术及生物操纵技术等[1]。比如深圳沙田镇人口10万人，有小工厂300余家。工业污水排入附近的田角河，造成水质严重恶化。为解决污染问题，建立人工湿地污水处理厂，种植芦苇、香蒲草和再力花等植物，日处理能力5000t/d，使废水达到河流排放标准。韩国的汉江支流良才川地下生物廊道，利用河卵石表面形成的生物膜，使河流的BOD，SS等有较高的处理率。研究结果表明：在适宜的条件下，挺水植物如慈菇、菱白以及沉水植物伊乐藻、菹草等对水体中的氮和磷都有较高的去除率。常用的芦苇对于磷的去除率达65%[2]。自然界本身对于江河湖泊就具备一种很强的自我修复能力或称自净能力，这种技术不过是对自净能力的一种强化，是人们遵循生态系统自身规律达到治污目的的一种尝试。
1.水利工程建设的不足与改善
水利工程建设是人们为了控制水流，或者改变了自然的水生态系统，或者把水从生态系统中分割出来，放到了一个在空间上由人工设定的特定的或规则的形状中，再用人工材料如混凝土、金属、塑料等材料为水体制作出的某种人工环境。当水体在改变的生态系统中或在某种人工环境中，水体脱离了生物群落，自净能力降低，稍有外界干扰因素的出现，比如污水加入，水体的腐败就将是时日早晚的问题[3]。笔者这里对目前的水利工程建设规则体系需要改善的问题作些初步的讨论：
（1）治河工程常对河流形态的多样化重视不足。自然状态的河流多呈弯曲形状，也有不少自然状态的河流处于分岔散乱状态。在自然界长期的演变过程中，河流的河势也处于演变之中，使得弯曲与裁弯两种作用交替发生。但是弯曲或微弯是河流的主要形态。当人们为了防洪需要或对河流进行开发时，往往将散乱状态的河流集中成一条主流。对于弯曲的河流未经充分论证而实施裁弯取直工程，把河流自然状态的弯曲形状改变成直线或折线。其影响除了河段冲刷与淤积可能影响行洪外，也使自然河流中主流、浅滩和急流相间的格局改变。这导致浅滩中的湿地消失，而习性在急流中游泳或在浅滩产卵的鱼类减少甚至绝迹，也会使其他动植物种类减少[4]。
（2）在自然河流的横断面上，浅滩与深潭相间，也显示出多样性的变化。改造过的河床常用输水性能好又便于施工的梯形断面等规则断面，使得水流流速均一化。另外，河道疏浚工程，往往忽视原有河道断面的生态合理性，也使得河道断面出现均一化倾向。这些都可能使生物群落失去栖息生长的条件。
需要强调的是，河流形态的多样化是生物物种多样化的前提。
河流形态的规则化、均一化，会在不同程度上对生物多样性造成影响。
（3）以往的治河工程着眼于河流本身，往往忽略了河流湖泊与岸上生态系统的有机联系，忽视了河流周围的生物群落的存在，也常常忽视了整治后原有生物群落的恢复。
（4）渠道或改造过的河道断面、江河堤防迎水坡面采用硬质材料，如混凝土、浆砌块石等，使得植物难以生长，进而又影响到鱼类、两栖类动物和昆虫的栖息，而这些动物又是鸟类的食物，于是食物链就此中断。
（5）人们为争取土地，江河两岸堤防间距缩窄，使得河流失去浅滩和湿地。浅滩具有曝气作用，使水净化，又增加氧气供给，为无脊椎动物生存提供方便，浅滩还为鱼类产卵提供栖息地。
（6）水库建成后，对库区的植被建设重视不够，特别是恢复原有陆生及水生植物，为鱼类、鸟类及两栖动物的栖息与繁殖提供条件。
（7）在城市化进程中，为建筑停车场，采用了大量沥青或混凝土的硬质不透水路面，不但植物无法生长，也隔断了补给地下水的通道。
（8）在城市水域整治的景观建设中，往往将水流置于诸如亭台楼阁等混凝土与砌石形成的人工环境之中，目的是使人们赏心悦目。这种人工环境也使河流失去了自身的美学价值和生机勃勃的河流的生命。
2.人类与自然和谐的工程理念
2.1水利工程建设面临的挑战
在2002年召开的讨论环境与发展的联合国约翰内斯堡峰会上，水问题被列为全球可持续发展五大问题之一，全球范围的水资源短缺、洪水威胁和饮水安全问题成为世界关注的焦点。为解决这些难题，世界各国特别是发展中国家计划建设不同类型的水利工程是一种不可避免的选择。但是，在不少国家，当某一项水利工程计划一旦提出，立即面临来自以环保组织为核心的非政府组织等强大的社会压力。主要反对意见是认为水利工程破坏了环境，改变了生态系统。这些批评往往带有很大的片面性，在权衡利弊得失方面失之偏颇。本来一项除水害、兴水利可持续发展的好项目往往在襁褓中夭折。在世界范围的频频发生的这种社会现象，不能不引起水利工程界的反思。随着我国社会经济的发展与进步，公众的社会参与程度会越来越高，新建水利工程的建设，有可能面临来自社会各方面的压力。
在面对环境保护方面的批评，与其被动地解释说明水利工程的效益，不如主动地扩展与更新水利工程自身的工程理念，吸收来自环保、生物界合理的意见和建议。进一步讲，时至今日，传统意义上的水利工程学需要革新，或者说在水利工程学的基础上，吸收、融合生态学的理论，建立和发展新的工程学科，即生态水工学[5]。
人与自然和谐共处是生态水工学的指导思想。未来的水利工程既能够实现人们期望的开发利用水的功能价值，又能兼顾建设一个健全的河流湖泊生态系统，实现水的可持续利用。未来的水利工程不仅是满足人们对水需求的工程，也是有利于改善和恢复健全的生态系统工程，是有利于环境保护的可持续发展工程。
2.2生态水工程建设应遵循的生态规律
（1）“物物相关”律，即自然界中各种事物之间有着相互联系、相互制约、相互依存的关系，改变其中的一个事物，必然会对其他事物产生直接或间接的影响。在开发利用某一环境要素时，要考虑此种活动对其他环境要素及至整个生态系统的影响；在开发利用某环境要素的某一项功能时，要考虑对该环境要素的其他功能的影响[6]。
（2）“相生相克”律，即在生态系统中，每一生物种都占据一定的位置，具有特定的作用，它们相互依赖、彼此制约、共同进化。因此，为了保护和改善环境，维护生态平衡，不能随意地在生态系统中引进原来没有的物种，也不能在生态系统中随意除去某一物种，这两种做法都会使某物种发生种群暴发或灭绝，因而危及生态平衡。
（3）“能流物复”律，即在生态系统中，能量在不断地流动，物质不停地循环。能量的流动是单向的；并在流动过程中递减，有一部分转化为热能逸散入环境。为了维护生态环境，必须尽可能充分利用能量，不使它简单地逸散入环境。因此，在有关环境法律中有关于发展生态农业以及鼓励建立符合生态规律的生活、生产方式的规定。
（4）“负载定额”规律，即任何生态系统都有一个大致的负载（承受）能力。上限包括一定的生物生产能力、吸收消化污染物的能力，忍受一定程度的外部冲击的能力。当生态系统所供养的生物超过它的生物生产力时，它就会萎缩乃至解体；当向生态系统排放的污染物超过它的自净能力时，生态系统就会被污染进而导致生态环境恶化；当对生态系统施加的外界冲击的周期短于它的自我恢复周期时，生态系统也将因不能自我恢复而被破坏。因此，为了保护生态系统，必须一方面使它供养的生物的数量不超过它的生物生产能力，另一方面，还需确保送入生态系统的污染物量不超过它的自净能力以及使冲击周期长于生态系统的恢复周期[7]。
（5）“协调稳定”律，即只有在结构和功能相对协调时生态系统才是稳定的。为了使生态系统的结构和功能保持协调状态，必须千方百计地保持生物物种的多样化，尽量减少外来干扰；同时鼓励人们去创造结构和功能相对协调，生物生产能力高的人工生态系统。
（6）“时空有宜”律，即每一个地方都有其特定自然和社会经济条件组合，构成独特的区域生态系统。在开发利用某特定区域的生态系统时，必须充分考虑它的特性。例如，长江、黄河上游的森林生态系统与苏南的森林生态系统是不尽相同的，前者的主要功能是水土保持，而后者可能是提供木材，所以对前者应当绝对禁止采伐。
2.3生态水工学的内涵
（1）现有的水工学的理论基础，除了规划阶段以水文学为基础以外，主要是以水力学、结构力学、岩土力学等工程力学为基础。生态水工学则是以工程力学和生态学两者为其理论基础。
（2）在满足人对水的开发利用的需求的同时，还要兼顾水体本身存在于一个健全生态系统之中的需求。河流湖泊治理的目标既要开发河湖的功能性，也要维护流域生态系统的完整性。洁净的河流是一个健全生态系统的动脉。
（3）需要权衡满足人的需求的经济效益与环境效益之间的关系。有必要建立起工程项目经济技术及生态环境效益评估指标体系，改变现行单一的经济技术评估指标体系。
（4）除进行常规的水文、地质的测验勘察外，还要加强相关范围的生态系统调查，重点是生物群落（动物、植物、微生物）的历史与现状调查。不但要掌握水在气候系统、水文循环中的运移转换规律，还要研究在特定的生态系统中，特定的生物群落与水体的相互依存（4）除进行常规的水文、地质的测验勘察外，还要加强相关范围的生态系统调查，重点是生物群落（动物、植物、微生物）的历史与现状调查。不但要掌握水在气候系统、水文循环中的运移转换规律，还要研究在特定的生态系统中，特定的生物群落与水体的相互依存的关系。
（5）在开发利用水流时，明确河流与其上下游、左右岸的生物群落处于一个完整的生态系统中，进行统一的规划、设计。
（6）在对江河湖泊进行开发的同时，尽可能保留江河湖泊的自然形态（包括其纵横断面），保留或恢复其多样性，即保留或恢复湿地、河湾、急流和浅滩[8]。
（7）为当地野生的水生与陆生植物、鱼类与鸟类等动物的栖息繁衍提供方便条件，提供相应的技术方法和工程材料。如开发新型护岸、丁坝、鱼道、人工浮岛及生态型的城市雨洪利用排水系统等技术和产品。
（8）规划设计有利于提高水体自净能力的库区或河岸、湖岸的植被种植和水生动物的放养，在充分利用当地野生生物物种的同时，慎重地引进可以提高水体自净能力的其他物种。
（9）生态水工学运用技术手段协调人们在供水、防洪、发电、航运效益与生态系统建设的关系。利用已建水利工程的调度、管理等手段，为江河湖库的水生态系统恢复提供支持。
（10）水利工程设施要造成一种人与自然亲近的环境，注意保留江河湖泊天然的美学价值。现代的城市景观设计，应刻意创造环境取悦于生物群落，长远看，人群也会在一个健全的水生态系统中受益无穷。水利工程还应为公众广泛参与和对儿童进行水环境保护教育创造良好条件。如水生态公园、河流小型博物馆等。
3.结论
水利工程学结合生态学规律，是一个发展的必然趋势。在实践上，要根据我国国情逐步实施，特别是依据国家的经济不同发展阶段以及不同地区的实际情况分步实施。生态水工学不仅要提出某些技术方法，还应研究技术原理与作用机制。生态水工学是一门交叉学科，需要水利工程界与环保界、生物界的密切合作，通过科学研究、典型设计、工程示范、总结经验和制定技术规范从而得到发展完善。在欧美已经提出“自然设计方法”，日、韩等国提出“与自然亲近的治河工程”理念，中国台湾也正开发“生态工法”技术。世界各国一些示范性工程正在建设，一些河流生态工程咨询与技术开发公司也应运而生，他们提供技术咨询和产品。这些局部的进展，说明在国际上水利工程结合生态建设可谓是方兴未艾，渐成潮流。在这样的背景下可以预计，生态水工学作为一门新兴的学科有可能更为系统、更为科学地得到发展。
参考文献
[1]董哲仁，刘蓓，曾向辉。受污染水体的生物-生态恢复技术[J].水利水电技术，2002，（2）：1-5.
[2]董哲仁，刘蓓，曾向辉。生态方法水体修复技术[J].中国水利，2002，（3）：8-10.
[3]王如松，叶亚平。人、水与生态[J].科学对社会的影响，2004，（2）：24-30.
[4]张军，周琪。人工湿地的生态休闲利用与设计[J].四川环境，2004，（3）：54-56.
[5]崔玉川，傅涛。我国城市给水发展现状与特点[J].中国给水排水，1999，（2）：52-54.
[6]唐孝炎，王如松，宋豫秦。我国典型城市生态问题的现状与对策[J].国土资源，2005，1-9.
[7]黄光宇，陈勇。生态城市理论与规划设计方法[M].北京：科学出版社，2002.
[8]吴晓磊。人工湿地废水处理机理[J].环境科学，1995，（3）：83-86
