李宏民

摘 要：為遏制日益加劇的水環(huán)境惡化和水生態(tài)系統(tǒng)退化，現(xiàn)代水利工程應該克服傳統(tǒng)水利工程對河流形態(tài)的多樣化重視不足和忽視生態(tài)環(huán)境的缺陷，遵循河流演變的客觀規(guī)律，妥善處理好人與自然相互協(xié)調(diào)的關系，這就要求進行河流生態(tài)工程輔助系統(tǒng)的開發(fā)。文章對系統(tǒng)開發(fā)中的相關問題進行了探討。

關鍵詞：河流；生態(tài)工程；輔助設計；系統(tǒng)開發(fā)

1 河流生態(tài)工程輔助設計系統(tǒng)開發(fā)的必要性

河流防護設施在洪水的沖擊下若遭到破壞，往往會威脅到河岸居民的安全。因此，在考慮居民安全的條件下，以往均以混凝土作為護岸、固床工、丁壩等構造物，雖然達到了防洪安全的目標，但卻破壞了生態(tài)環(huán)境及影響生態(tài)。近年來因生活質(zhì)量及環(huán)保意識提高，促使世界各國逐漸開始重視周圍生態(tài)環(huán)境及稀有生物的保育，于是運用生態(tài)工法的工程設計漸趨普及。

根據(jù)生態(tài)工法的精神，各個工程的生態(tài)工法選用與施工，需考慮當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、地形、地質(zhì)、水文及材料取得等多種因素，且因地點不同而因素也有所不同。因此各個工程在做生態(tài)工法規(guī)劃設計時，必須以多方面的考慮及評估后，因地制宜，研擬適合當?shù)氐墓し右允┕?，以期能恢復其原始生態(tài)且兼顧安全的工程方法為目標。如果對生態(tài)系統(tǒng)不夠了解或規(guī)劃不夠周詳，則可能導致復育計劃無法達到預期效果甚至失敗，因此有必要發(fā)展一決策系統(tǒng)以輔助生態(tài)復育。

2 河流生態(tài)工程輔助系統(tǒng)基本構成與設計原則

2.1 基本構成

開發(fā)河流生態(tài)工程輔助設計系統(tǒng)可整合的部分有：生態(tài)資料庫、生態(tài)信息系統(tǒng)、工法成本估算、工法輔助決策、穩(wěn)定性評估等。然而，想要整合各項功能，則須有一完整規(guī)劃設計流程。因此，應需先確定生態(tài)工程規(guī)劃與設計的流程，這一流程通常要根據(jù)賦予計劃生命周期來考慮。整個復育計劃的完整生命周期有規(guī)劃、設計、施工、管理維護與監(jiān)測等。在這些階段中，從一開始的復育地點選擇、生態(tài)環(huán)境調(diào)查與分析，到復育計劃分析探討與方案的建立等為規(guī)劃與設計的階段。其中，河流工程的開始階段，就沒有準確的定位其規(guī)劃目標，這將會影響往后的設計、施工、管理維護與監(jiān)測等，進而影響到整個復育計劃的成效。

2.2 設計原則

工程技術方法的選定，須符合防洪安全目標，并維護或營造水域環(huán)境的生態(tài)需求，以及是否提供市民親山、親水游戲機能與營造休閑空間等功能。為此，整體溪溝整治工程則需仔細考量，如生態(tài)基流量、水流、生物庇護空間及棲地環(huán)境的營造等等功能。然而要達到因地制宜，順應自然條件設計及配置，則是工程規(guī)劃中最困難的部分，在規(guī)劃中最重要的是，能否順應自然條件作妥善的設計及配置，該部分是無法模仿引用的，僅能依據(jù)立地條件運用經(jīng)驗及規(guī)劃設計時投入更多心力，才能達成目標。具體來看，如下標準應當加以重視。

一是符合法規(guī)要求。任何工程施工均應在相關法令與規(guī)范要求下進行規(guī)劃與設計，如河流管理辦法、河流區(qū)域種植規(guī)定等。在符合法規(guī)的條件下，應滿足兩種需求：（1）滿足防洪需求，工程構造物應滿足防洪需求，不得影響防洪功能，如計劃洪水位、計劃河寬及參考河床高等。（2）滿足安全需求，工程構造物施設除應滿足防洪需求外，本體的安全性也應考慮，以確保工程永續(xù)性。安全需求依工程破壞原因可分為水理與安定兩大因素，其中，水理是指流速、剪力等水流產(chǎn)生外力的分析；安全性是指構造物受到水壓、土壓及沖刷所產(chǎn)生安定性分析。

二是維持河相穩(wěn)定。構造物施設應避免影響河道的通水面積，尤其是具有深槽的低水護岸，避免因束縮斷面而造成河床下切。固床工與丁壩施工則需避免水流經(jīng)構造物產(chǎn)生對河岸的破壞、過度淤積或沖刷及產(chǎn)生側向侵蝕。施工過程中，應注意配合生態(tài)需求，應就生態(tài)搜集資料，邀請生態(tài)專家協(xié)助分析工程施設后對生態(tài)生活史的影響，并將其他設施施工對生態(tài)環(huán)境沖擊降至最低。

三是創(chuàng)造多樣化環(huán)境。基于對生態(tài)系統(tǒng)復雜與動態(tài)結構的不了解，工程施工時應盡量創(chuàng)造多樣化的生態(tài)環(huán)境，如護岸的多孔隙、植生等，并利用簡易設施進行營造潭、瀨、回流區(qū)等棲息環(huán)境的復育或創(chuàng)造，而整體生態(tài)之繁衍應由生態(tài)自我組構的機制進行重組。

四是工程經(jīng)濟最佳化。該部分為水利工程施工最難達成的目標，因工程設施具有保護人民生命財產(chǎn)與安定社會民心的目標，為政策性導向的工程，若單純以工程及后續(xù)維護管理經(jīng)費而言，一般工程經(jīng)濟效益均不高。此處所提工程經(jīng)濟最佳化系指工程施工時應考量其他非工程措施的配合（如洪泛區(qū)劃設）將工程規(guī)模降至最低（工程減量）及利用科學化的工具，以增加工程成功機率，降低后續(xù)維管費用。

五是營運維護成本最小化。生態(tài)工法的水利工程，因工料上的自然限制，如不連續(xù)性或植物生長期等，失敗的風險常比混凝土化的水泥工程大。然而，生態(tài)治河卻是世界潮流，所以工程后續(xù)營運維護成本于設計階段即需考量。

3 河流生態(tài)工程輔助設計系統(tǒng)流程構架

系統(tǒng)最主要的功能為規(guī)劃與設計試算，借著規(guī)劃與設計流程，將系統(tǒng)以階段性的步驟切割，并在各階段適時提供工程人員相關資料的參考；如選擇計劃河段、工址流況的分析、適用工法建議與選用、決定斷面形式及安全性分析等。在工址流況分析時，有航照影像圖輔助加以分析判別；初步工法布置選用時，以輸入流速及選擇規(guī)劃之目標等，系統(tǒng)將提供符合條件的工法選項；安全性分析時，經(jīng)驗公式的分析計算則需輸入各項工法所需的設計條件，系統(tǒng)計算完后顯示是否符合安全條件。

第二項功能為案例資料庫，借助規(guī)劃與設計試算的操作，并執(zhí)行完成工程的規(guī)劃與設計案例；系統(tǒng)會在完成時，儲存規(guī)劃與設計的結果，并記錄其完成的時間。主要為累積歷年的工程規(guī)劃與設計資料，可以提供工程人員在規(guī)劃設計時，可有相關設計參考，并更了解當?shù)匕l(fā)生災害的原因，案例資料庫的執(zhí)行流程。其中，重新計算功能，可以在該案例中的任何階段，重新進行分析計算，并且在完成時，自動存成一個新案例檔。

第三項是生態(tài)資料庫，在工法資料庫中可以輸入限定的條件做查詢，或是選擇瀏覽全部資料以列出全部資料，或是選擇規(guī)劃目標以判定適合的生態(tài)工法；生態(tài)資料庫中，也可查詢該河系斷面編號的水理因數(shù)條件。

第四項為計劃河段管理，為了避免其他使用者誤編輯計劃河段，故應立登入賬號及密碼，以防止其他使用者隨意新增計劃河段。

第五項為河流管理系統(tǒng)資料庫，可查詢研究區(qū)域性的基本資料，由地理空間與信息的方式，展示查詢對象的地理位置與其相關屬性資料，如河流斷面、水系、交通等基本資料。

參考文獻

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