【摘 要】本文通過分析水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)存在一定的脅迫問題，針對現(xiàn)代水利工程學面臨的緊迫形勢，提出今后水利工程學課程教學要與時俱進，不斷改進、完善和創(chuàng)新，由傳統(tǒng)工程水利向現(xiàn)代資源水利、環(huán)境水利和生態(tài)水利的轉變。正確處理水資源開發(fā)、利用、保護、管理、經(jīng)營和生態(tài)環(huán)境之間的相互關系，以及實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，為地方培養(yǎng)出更多水利事業(yè)方面的復合型工程技術人才。

【關鍵詞】水利工程學 教學改革 脅迫 學科 建議

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674－4810（2011）08－0001－03

傳統(tǒng)意義上的水利工程學學科理論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，研究對象是河流、湖泊等組成的水文系統(tǒng)，研究內(nèi)容是水利工程規(guī)劃、設計、水資源合理配置、施工、運行和管理等；水體功能以資源功能為主，呈現(xiàn)出標準化、規(guī)范化和生硬化的水利工程措施。水利工程以工程設施為手段，控制和改造河流，達到為人類社會謀取經(jīng)濟利益的目的。隨著現(xiàn)代人文、科學不斷地發(fā)展，提出了人與自然和諧共處的理念，水利工程學學科要與時俱進，不斷改進、完善和創(chuàng)新，由傳統(tǒng)工程水利向現(xiàn)代生態(tài)水利的轉變，正確處理水資源開發(fā)、利用、保護、管理、經(jīng)營和生態(tài)環(huán)境之間的相互關系，以實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。水利工程學教學應培養(yǎng)出為地方經(jīng)濟服務，在水利、水電等部門從事規(guī)劃、設計、施工、科研和管理等方面工作的復合型高級工程技術人才。

一 水利工程的脅迫

1．河流的人工改造

在地球的演變歷程中，喜馬拉雅山在新生代第三紀中期崛起，導致我國出現(xiàn)西高東低的地勢，從而形成了我國大部分河流由西向東的流向，又經(jīng)過長期的演變，到第四紀在東部形成廣大沖積平原，才出現(xiàn)當今主要河流的雛形。在數(shù)百萬年長期演化過程中，自然河流與周圍的生物種群交織在一起，形成了復雜、有序、動態(tài)穩(wěn)定的河流生態(tài)系統(tǒng)，依據(jù)其自身規(guī)律良性運行。但是人類為了自身的防洪安全與經(jīng)濟利益，幾千年里不斷對河流進行人工改造，特別是近一百多年來利用現(xiàn)代工程技術手段，對河流進行了大規(guī)模開發(fā)利用，興建了大量工程設施，改變了流域的地形地貌、河流的自然形態(tài)和水文泥沙的天然過程，在不同程度上降低了河流形態(tài)多樣性，造成了河流形態(tài)的均一化和非連續(xù)化，河流形態(tài)多樣性的降低促使水域生物群落多樣性的減少，其結果將導致河流生態(tài)系統(tǒng)退化，降低河流生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。河流經(jīng)過一百年的人工變化就會超過數(shù)萬年的自然演化。據(jù)統(tǒng)計，全世界大約有60%的河流經(jīng)過了人工改造，包括筑壩、筑堤、自然河道渠道化、裁彎取直等。新中國成立以來，我國的江河湖海堤防總長達27.7萬千米，保護人口5.31億人；河流上的大、中、小水庫8.5萬座，總庫容5542億立方米，為河川年均徑流總量的20.5%；供水總量5548億立方米，為年均水資源總量的19.8%。

2．水利工程對河流的脅迫

水利工程可以簡單理解為人類為實現(xiàn)水資源的再分配和水資源的利用而采取的工程措施或行為。水利工程最初主要作用是：（1）解決防洪問題，如修建防洪堤、水庫；（2）提供穩(wěn)定的水源，如修建水庫、打井；（3）減緩或去除農(nóng)作物旱澇漬災害，如修建提水泵站、排水溝、灌溉渠道等；（4）提供清潔能源，修建水電站；（5）提供水利旅游景點，如修建水庫、人工湖泊等，這主要體現(xiàn)了水利工程的資源、經(jīng)濟與社會性。一方面，水利工程為人類帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益，另一方面卻極大地改變了河流自然演進的方向。人們始料未及的是對于河流大規(guī)模的改造造成了對河流生態(tài)系統(tǒng)的嚴重脅迫，主要表現(xiàn)在自然河流的渠道化和自然河流的非連續(xù)化兩方面。

第一，自然河流的渠道化。自然河流的渠道化是指：（1）平面布置上的河流形態(tài)直線化。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(wǎng)；（2）河道橫斷面幾何規(guī)則化。把自然河流的復雜形狀變成梯形、矩形及弧形等規(guī)則幾何斷面；（3）河床材料的硬質化。防洪工程的河床、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。其結果是自然河流的渠道化改變了河流蜿蜒性的基本形態(tài)，改變了急流、緩流、彎道及淺灘相間的格局。橫斷面上的幾何規(guī)則化，也改變了深潭、淺灘交錯的格局，生境的空間異質性降低，水域生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能隨之發(fā)生變化，特別是生物群落多樣性將隨之降低，引起淡水生態(tài)系統(tǒng)退化，降低了河流生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。

第二，自然河流的非連續(xù)化。河流生態(tài)系統(tǒng)是一種開放的、流動的生態(tài)系統(tǒng)。營養(yǎng)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，相應地形成了上、中、下游多樣而有序的生物群落，包括連續(xù)的水陸交錯帶的植被，由河口至上游洄游的魚類以及沿河連續(xù)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(tài)系統(tǒng)。研究表明，河流通過洪水周期變化對聚集在周圍的生物傳遞一種特殊的信號，這些生物依據(jù)這種信號進行繁殖、產(chǎn)卵和遷徙，即河流肩負著傳遞生命信息的任務。大壩將河流攔腰斬斷，形成了河流的非連續(xù)性特征，改變了連續(xù)性河流的規(guī)律。

構筑堤防引起的自然河流側向的非連續(xù)化。堤防也有兩面性：一方面具有防洪的作用，另一方面在利用灘地縮窄主河道進行堤防建設時，又妨礙汛期主流與岔流之間的溝通，阻止水流的橫向擴展，形成了另一種側向的水流非連續(xù)性。堤防把干流與灘地和洪泛區(qū)隔離，使岸邊地帶和洪泛區(qū)的棲息地發(fā)生改變。原來可能擴散到灘地、河汊和死水區(qū)的洪水、泥沙和營養(yǎng)物質，被限制在堤防以內(nèi)的河道內(nèi)。其結果是植被面積明顯減少，魚類無法進入灘地產(chǎn)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(qū)和洪泛區(qū)的生態(tài)功能退化，使河流最終失去了原有的生機與活力。

第三，人造景觀對河流的脅迫。在水域整治的景觀建設中，往往將水流置于諸如臺亭樓閣等混凝土與砌石形成的人工環(huán)境之中，目的是使人們賞心悅目，取悅于人的感官。這種人工構筑物一方面會造成人為阻水和抬高水位，一方面也使河流失去了自身的美學價值，失去了在自然環(huán)境中生機勃勃的河流。

第四，舊投資理念對河流的脅迫。水利工程大多是國家投資的基礎設施，以往的投資控制都是本著節(jié)約資金的觀念，對資金的控制都是以滿足防洪、引調(diào)水等功能為出發(fā)點，對環(huán)境保護和水土保持方面的投資盡量壓縮到最低點，這些都制約了水利工程的發(fā)展。

二 水利工程學面臨的問題

水是人類和自然界一切生物生存的必要條件，是人類社會進步不可缺乏的物質資源。水利作為國民經(jīng)濟的基礎設施和基礎產(chǎn)業(yè)，對實現(xiàn)我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分重要的作用。中國是一個水資源十分缺乏的國家，水資源總量約為2.8億立方米，僅占世界水資源總量的5.6%，人均水資源占有量為2500立方米，約為世界人均占有量的1/4，是世界上13個貧水國之一。我國還是干旱、沙漠化、洪水災害頻繁的國家，其中平均每年受洪澇面積約1億畝，成災6000萬畝，因災害造成糧食減產(chǎn)上百億公斤。近年來，我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境土地沙漠化面積仍在擴大，水資源短缺，水利工程設施落后導致的水的利用率較低，環(huán)境污染、洪澇災害等問題日益嚴峻，嚴重危害我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此，急需對河流進行綜合治理，先進的灌排技術從而服務于農(nóng)業(yè)。

由于人類利用河水發(fā)展灌溉、航運、發(fā)電、城鄉(xiāng)供水等各種功能，從而改變了河流的原來面貌，如圍墾河流兩岸的洪泛土地，從而割斷河流與兩岸陸地的聯(lián)系，并侵占洪水的蓄泄空間；引水到河道以外，從而減少河流的徑流；筑壩壅高或攔截河水，從而阻攔或改變河水的流路；建造調(diào)節(jié)徑流的水庫，從而改變河流的水文律情；利用河流排泄廢水，從而改變河流的水質。在改造河流的同時，也改變了河流所在地區(qū)的原有生態(tài)系統(tǒng)，并創(chuàng)造了城鎮(zhèn)村莊、農(nóng)耕地、人工濕地以及人工河流等各種人工生態(tài)系統(tǒng)。

以上種種改造，都不同程度地改變了河流天然的水文律情，干擾了它的自然功能。河流是一個巨大的系統(tǒng)，具有較強的抵御干擾能力，但如果干擾超過它的自我調(diào)節(jié)和自我修復能力，其自然功能也將不可逆轉地逐漸退化，最終將影響甚至威脅到人的生存和發(fā)展。

三 結論與建議

教材是由信息、符號、媒介構成，講稿是教課前所寫的底稿，即劇本，課件是根據(jù)教學大綱的要求，經(jīng)過教學目標確定教學內(nèi)容和任務分析，教學活動結構及界面設計等環(huán)節(jié)，而加以制作的課程軟件，即布景，教師是演員。一部戲的演出成功，不僅要有好的原著和好的劇本，還要有好的舞臺布景和好演員的表演。同樣，水利工程學教學的成功，不僅需要老師掌握教材、講稿、課件，而且要講授好，激發(fā)學生的興趣，做到教書育人，從而為我國水利事業(yè)培養(yǎng)出更多優(yōu)秀人才。同時，根據(jù)“2011年中央一號文件”精神，要把水利作為國家基礎設施建設的優(yōu)先領域，把農(nóng)田水利作為農(nóng)村基礎設施建設的重點任務，把嚴格管理水資源作為加快轉變經(jīng)濟發(fā)展方式的戰(zhàn)略舉措，大力發(fā)展民生水利，努力走出一條中國特色的水利現(xiàn)代化道路。那么，“水利工程學”課程教學急需進一步改革。

1．教學方面

第一，水利工程學的實踐性較強，基本概念、實例多、理論公式和交叉學科都較多，初學者往往沒有實踐經(jīng)驗，從而難以理解與掌握，加之開設的課時少，老師需要在較短的時間內(nèi)，講授大量內(nèi)容，不但老師的教學任務重，而且學生的學習壓力也大，所以老師要明確教學目標。教學目標是教學的基礎，教學內(nèi)容、方法、手段和教學評價管理體系等均以其為核心。為了適應我國社會發(fā)展的需要，老師不能只注意向學生傳授知識，還要培養(yǎng)學生具有自如運用這門課程知識的創(chuàng)新能力，以及能解決實際水利工程方面的問題，服務水利現(xiàn)代化建設具有重要意義。

第二，教材始終是落后于社會現(xiàn)實的，老師應當以社會存在問題為重點，從生活中收集具有典型性的案例，結合教材開展教學，以討論啟發(fā)為主要形式，善于在課堂上展開討論。學生在老師指導下，通過相互提問，可以進入一種全新的學習狀態(tài)，獲得獨創(chuàng)性與多樣化的結果。知識必然是有限的，而方法是永恒的。這里需要指出的是，創(chuàng)造方法的培養(yǎng)離不開課堂成就的有力支持。在本科生課堂教學中，要理論聯(lián)系實際，運用多媒體教學手段，采用案例式、啟發(fā)式、模擬式等教學方法，并不斷加以改進和總結，了解并掌握本學科的發(fā)展動態(tài)，在備課和授課方法上對他們給予具體指導，如備課、課堂教學組織、教學方法、教學手段等。在研究生課課堂教學中，應注重培養(yǎng)研究生的獨立思考能力、分析解決問題的能力、學術研究能力等。

第三，創(chuàng)新能力是在創(chuàng)新活動中培養(yǎng)與積累起來的，需要參與創(chuàng)新性的活動來獲得培養(yǎng)的機會，強調(diào)實踐環(huán)節(jié)是實施培養(yǎng)方案，達到預期目標的必然之路。實踐環(huán)節(jié)分為基本能力模塊、綜合實踐模塊與科技創(chuàng)新模塊?；A能力模塊主要以培養(yǎng)學生具備必要的實踐動手能力為目標，從測試儀器設備、測試方法、測試項目等方面訓練學生的實際動手能力；綜合實踐模塊主要以課程設計、畢業(yè)設計為手段，將其系統(tǒng)化、體系化，通過金工實訓，到生產(chǎn)單位實習，培養(yǎng)從事水利建設的基本技能；科技創(chuàng)新模塊主要依托高校大學生科技立項、實驗教學示范中心和教師科研項目構建的科技創(chuàng)新體系，通過科技創(chuàng)新活動，培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)、科技創(chuàng)新能力和實踐動手能力。

2．學科方面

從學科發(fā)展角度看，現(xiàn)在的水利工程學的學科基礎主要是工程力學和水文學，水利工程規(guī)劃設計主要對象是水文系統(tǒng)，往往忽視生命系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來風險等問題。生態(tài)水利是人類文明發(fā)展到“生態(tài)文明”時代的水資源利用的一種途徑和方式。它以尊重和維護生態(tài)環(huán)境為主旨，開發(fā)水利、發(fā)展經(jīng)濟，為人類社會持續(xù)發(fā)展服務。生態(tài)水利涵蓋了水利事業(yè)和水利產(chǎn)業(yè)目標，突出了環(huán)境目標，與可持續(xù)發(fā)展的三維目標即經(jīng)濟、社會、環(huán)境是一致的。水利工程學學科的進一步發(fā)展應借鑒生態(tài)學的理論及方法，促進水利工程學與生態(tài)學的交叉融合，用以改進和完善水利工程的規(guī)劃及設計理論，形成水利工程學的新的學科分支—生態(tài)水利工程學。生態(tài)水利工程學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(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求的原理與技術方法的工程學。生態(tài)水利工程的內(nèi)涵，是指進行傳統(tǒng)水利建設的同時（如治河、防洪工程），兼顧河流生態(tài)修復的目標。對于已建工程，則是對被嚴重干擾流進行的生態(tài)修復。

生態(tài)水利是人類未來水資源利用的一種途徑和方式，我們需要吸收生態(tài)學知識，促進水利工程學與生態(tài)學的結合，改善水利工程的規(guī)劃設計方法，發(fā)展生態(tài)水利工程學，盡量減少對于生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，充分考慮生態(tài)系統(tǒng)健康的需求問題；我們要積極借鑒發(fā)達國家的經(jīng)驗，立足自主創(chuàng)新，并在工程示范和實踐的基礎上提升理論，總結技術標準和規(guī)范，為社會主義經(jīng)濟建設培養(yǎng)更多的水利事業(yè)復合型人才。

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〔責任編輯：馮琰〕