【摘 要】本文通过分析水利工程对河流生态系统存在一定的胁迫问题，针对现代水利工程学面临的紧迫形势，提出今后水利工程学课程教学要与时俱进，不断改进、完善和创新，由传统工程水利向现代资源水利、环境水利和生态水利的转变。正确处理水资源开发、利用、保护、管理、经营和生态环境之间的相互关系，以及实现水资源的可持续利用，为地方培养出更多水利事业方面的复合型工程技术人才。
【关键词】水利工程学 教学改革 胁迫 学科 建议
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2011）08－0001－03
传统意义上的水利工程学学科理论基础主要是水文学和水力学、结构力学、岩石力学等工程力学体系，研究对象是河流、湖泊等组成的水文系统，研究内容是水利工程规划、设计、水资源合理配置、施工、运行和管理等；水体功能以资源功能为主，呈现出标准化、规范化和生硬化的水利工程措施。水利工程以工程设施为手段，控制和改造河流，达到为人类社会谋取经济利益的目的。随着现代人文、科学不断地发展，提出了人与自然和谐共处的理念，水利工程学学科要与时俱进，不断改进、完善和创新，由传统工程水利向现代生态水利的转变，正确处理水资源开发、利用、保护、管理、经营和生态环境之间的相互关系，以实现水资源的可持续利用。水利工程学教学应培养出为地方经济服务，在水利、水电等部门从事规划、设计、施工、科研和管理等方面工作的复合型高级工程技术人才。
一 水利工程的胁迫
1．河流的人工改造
在地球的演变历程中，喜马拉雅山在新生代第三纪中期崛起，导致我国出现西高东低的地势，从而形成了我国大部分河流由西向东的流向，又经过长期的演变，到第四纪在东部形成广大冲积平原，才出现当今主要河流的雏形。在数百万年长期演化过程中，自然河流与周围的生物种群交织在一起，形成了复杂、有序、动态稳定的河流生态系统，依据其自身规律良性运行。但是人类为了自身的防洪安全与经济利益，几千年里不断对河流进行人工改造，特别是近一百多年来利用现代工程技术手段，对河流进行了大规模开发利用，兴建了大量工程设施，改变了流域的地形地貌、河流的自然形态和水文泥沙的天然过程，在不同程度上降低了河流形态多样性，造成了河流形态的均一化和非连续化，河流形态多样性的降低促使水域生物群落多样性的减少，其结果将导致河流生态系统退化，降低河流生态系统的服务功能。河流经过一百年的人工变化就会超过数万年的自然演化。据统计，全世界大约有60%的河流经过了人工改造，包括筑坝、筑堤、自然河道渠道化、裁弯取直等。新中国成立以来，我国的江河湖海堤防总长达27.7万千米，保护人口5.31亿人；河流上的大、中、小水库8.5万座，总库容5542亿立方米，为河川年均径流总量的20.5%；供水总量5548亿立方米，为年均水资源总量的19.8%。
2．水利工程对河流的胁迫
水利工程可以简单理解为人类为实现水资源的再分配和水资源的利用而采取的工程措施或行为。水利工程最初主要作用是：（1）解决防洪问题，如修建防洪堤、水库；（2）提供稳定的水源，如修建水库、打井；（3）减缓或去除农作物旱涝渍灾害，如修建提水泵站、排水沟、灌溉渠道等；（4）提供清洁能源，修建水电站；（5）提供水利旅游景点，如修建水库、人工湖泊等，这主要体现了水利工程的资源、经济与社会性。一方面，水利工程为人类带来了巨大的经济和社会效益，另一方面却极大地改变了河流自然演进的方向。人们始料未及的是对于河流大规模的改造造成了对河流生态系统的严重胁迫，主要表现在自然河流的渠道化和自然河流的非连续化两方面。
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态直线化。将蜿蜒曲折的天然河流改造成直线或折线型的人工河流或人工河网；（2）河道横断面几何规则化。把自然河流的复杂形状变成梯形、矩形及弧形等规则几何断面；（3）河床材料的硬质化。防洪工程的河床、河流堤防和边坡护岸的迎水面采用混凝土、浆砌块石等硬质材料。其结果是自然河流的渠道化改变了河流蜿蜒性的基本形态，改变了急流、缓流、弯道及浅滩相间的格局。横断面上的几何规则化，也改变了深潭、浅滩交错的格局，生境的空间异质性降低，水域生态系统的结构与功能随之发生变化，特别是生物群落多样性将随之降低，引起淡水生态系统退化，降低了河流生态系统的服务功能。
第二，自然河流的非连续化。河流生态系统是一种开放的、流动的生态系统。营养物质以河流为载体，随着自然水文周期的丰枯变化以及洪水漫溢，进行交换、扩散、转化、积累和释放。沿河的水生与陆生生物随之生存繁衍，相应地形成了上、中、下游多样而有序的生物群落，包括连续的水陆交错带的植被，由河口至上游洄游的鱼类以及沿河连续分布的水禽和两栖动物等，这些生物群落与生境共同组成了具有较为完善结构与功能的河流生态系统。研究表明，河流通过洪水周期变化对聚集在周围的生物传递一种特殊的信号，这些生物依据这种信号进行繁殖、产卵和迁徙，即河流肩负着传递生命信息的任务。大坝将河流拦腰斩断，形成了河流的非连续性特征，改变了连续性河流的规律。
构筑堤防引起的自然河流侧向的非连续化。堤防也有两面性：一方面具有防洪的作用，另一方面在利用滩地缩窄主河道进行堤防建设时，又妨碍汛期主流与岔流之间的沟通，阻止水流的横向扩展，形成了另一种侧向的水流非连续性。堤防把干流与滩地和洪泛区隔离，使岸边地带和洪泛区的栖息地发生改变。原来可能扩散到滩地、河汊和死水区的洪水、泥沙和营养物质，被限制在堤防以内的河道内。其结果是植被面积明显减少，鱼类无法进入滩地产卵和觅食，也失去了躲避风险的避难所，使鱼类、无脊椎动物等大幅度减少，导致滩区和洪泛区的生态功能退化，使河流最终失去了原有的生机与活力。
第三，人造景观对河流的胁迫。在水域整治的景观建设中，往往将水流置于诸如台亭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，取悦于人的感官。这种人工构筑物一方面会造成人为阻水和抬高水位，一方面也使河流失去了自身的美学价值，失去了在自然环境中生机勃勃的河流。
第四，旧投资理念对河流的胁迫。水利工程大多是国家投资的基础设施，以往的投资控制都是本着节约资金的观念，对资金的控制都是以满足防洪、引调水等功能为出发点，对环境保护和水土保持方面的投资尽量压缩到最低点，这些都制约了水利工程的发展。
二 水利工程学面临的问题
水是人类和自然界一切生物生存的必要条件，是人类社会进步不可缺乏的物质资源。水利作为国民经济的基础设施和基础产业，对实现我国经济可持续发展战略具有十分重要的作用。中国是一个水资源十分缺乏的国家，水资源总量约为2.8亿立方米，仅占世界水资源总量的5.6%，人均水资源占有量为2500立方米，约为世界人均占有量的1/4，是世界上13个贫水国之一。我国还是干旱、沙漠化、洪水灾害频繁的国家，其中平均每年受洪涝面积约1亿亩，成灾6000万亩，因灾害造成粮食减产上百亿公斤。近年来，我国农业生态环境土地沙漠化面积仍在扩大，水资源短缺，水利工程设施落后导致的水的利用率较低，环境污染、洪涝灾害等问题日益严峻，严重危害我国农业生产，因此，急需对河流进行综合治理，先进的灌排技术从而服务于农业。
由于人类利用河水发展灌溉、航运、发电、城乡供水等各种功能，从而改变了河流的原来面貌，如围垦河流两岸的洪泛土地，从而割断河流与两岸陆地的联系，并侵占洪水的蓄泄空间；引水到河道以外，从而减少河流的径流；筑坝壅高或拦截河水，从而阻拦或改变河水的流路；建造调节径流的水库，从而改变河流的水文律情；利用河流排泄废水，从而改变河流的水质。在改造河流的同时，也改变了河流所在地区的原有生态系统，并创造了城镇村庄、农耕地、人工湿地以及人工河流等各种人工生态系统。
以上种种改造，都不同程度地改变了河流天然的水文律情，干扰了它的自然功能。河流是一个巨大的系统，具有较强的抵御干扰能力，但如果干扰超过它的自我调节和自我修复能力，其自然功能也将不可逆转地逐渐退化，最终将影响甚至威胁到人的生存和发展。
三 结论与建议
教材是由信息、符号、媒介构成，讲稿是教课前所写的底稿，即剧本，课件是根据教学大纲的要求，经过教学目标确定教学内容和任务分析，教学活动结构及界面设计等环节，而加以制作的课程软件，即布景，教师是演员。一部戏的演出成功，不仅要有好的原著和好的剧本，还要有好的舞台布景和好演员的表演。同样，水利工程学教学的成功，不仅需要老师掌握教材、讲稿、课件，而且要讲授好，激发学生的兴趣，做到教书育人，从而为我国水利事业培养出更多优秀人才。同时，根据“2011年中央一号文件”精神，要把水利作为国家基础设施建设的优先领域，把农田水利作为农村基础设施建设的重点任务，把严格管理水资源作为加快转变经济发展方式的战略举措，大力发展民生水利，努力走出一条中国特色的水利现代化道路。那么，“水利工程学”课程教学急需进一步改革。
1．教学方面
第一，水利工程学的实践性较强，基本概念、实例多、理论公式和交叉学科都较多，初学者往往没有实践经验，从而难以理解与掌握，加之开设的课时少，老师需要在较短的时间内，讲授大量内容，不但老师的教学任务重，而且学生的学习压力也大，所以老师要明确教学目标。教学目标是教学的基础，教学内容、方法、手段和教学评价管理体系等均以其为核心。为了适应我国社会发展的需要，老师不能只注意向学生传授知识，还要培养学生具有自如运用这门课程知识的创新能力，以及能解决实际水利工程方面的问题，服务水利现代化建设具有重要意义。
第二，教材始终是落后于社会现实的，老师应当以社会存在问题为重点，从生活中收集具有典型性的案例，结合教材开展教学，以讨论启发为主要形式，善于在课堂上展开讨论。学生在老师指导下，通过相互提问，可以进入一种全新的学习状态，获得独创性与多样化的结果。知识必然是有限的，而方法是永恒的。这里需要指出的是，创造方法的培养离不开课堂成就的有力支持。在本科生课堂教学中，要理论联系实际，运用多媒体教学手段，采用案例式、启发式、模拟式等教学方法，并不断加以改进和总结，了解并掌握本学科的发展动态，在备课和授课方法上对他们给予具体指导，如备课、课堂教学组织、教学方法、教学手段等。在研究生课课堂教学中，应注重培养研究生的独立思考能力、分析解决问题的能力、学术研究能力等。
第三，创新能力是在创新活动中培养与积累起来的，需要参与创新性的活动来获得培养的机会，强调实践环节是实施培养方案，达到预期目标的必然之路。实践环节分为基本能力模块、综合实践模块与科技创新模块。基础能力模块主要以培养学生具备必要的实践动手能力为目标，从测试仪器设备、测试方法、测试项目等方面训练学生的实际动手能力；综合实践模块主要以课程设计、毕业设计为手段，将其系统化、体系化，通过金工实训，到生产单位实习，培养从事水利建设的基本技能；科技创新模块主要依托高校大学生科技立项、实验教学示范中心和教师科研项目构建的科技创新体系，通过科技创新活动，培养学生的科研素养、科技创新能力和实践动手能力。
2．学科方面
从学科发展角度看，现在的水利工程学的学科基础主要是工程力学和水文学，水利工程规划设计主要对象是水文系统，往往忽视生命系统的现状和未来风险等问题。生态水利是人类文明发展到“生态文明”时代的水资源利用的一种途径和方式。它以尊重和维护生态环境为主旨，开发水利、发展经济，为人类社会持续发展服务。生态水利涵盖了水利事业和水利产业目标，突出了环境目标，与可持续发展的三维目标即经济、社会、环境是一致的。水利工程学学科的进一步发展应借鉴生态学的理论及方法，促进水利工程学与生态学的交叉融合，用以改进和完善水利工程的规划及设计理论，形成水利工程学的新的学科分支—生态水利工程学。生态水利工程学是研究水利工程在满足人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康与可持续性需求的原理与技术方法的工程学。生态水利工程的内涵，是指进行传统水利建设的同时（如治河、防洪工程），兼顾河流生态修复的目标。对于已建工程，则是对被严重干扰流进行的生态修复。
生态水利是人类未来水资源利用的一种途径和方式，我们需要吸收生态学知识，促进水利工程学与生态学的结合，改善水利工程的规划设计方法，发展生态水利工程学，尽量减少对于生态系统的胁迫，充分考虑生态系统健康的需求问题；我们要积极借鉴发达国家的经验，立足自主创新，并在工程示范和实践的基础上提升理论，总结技术标准和规范，为社会主义经济建设培养更多的水利事业复合型人才。
参考文献
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〔责任编辑：冯琰〕
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