水资源工程论文范文
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第1篇
中国防洪实践起始于20世纪50年代，经历了半个世纪的发展建设，目前中国已建成大、中、小型水库83000余座，总库容量4677亿m3，防洪堤26万km，重要蓄滞洪区97处，总面积约3.5万km2，蓄洪总容量约970亿m3。这些水利工程措施对中国开展防洪减灾工作起到了积极的推动作用，特别是367座大型水库（总库容3400多亿m3）和2524座中型水库（总库容693亿m3），更是对各级河道洪水起到了重要的控制和调节作用。同时，中国又是一个严重缺水的国家。伴随着社会经济的不断发展及人口的不断增长，一方面，干旱、河道断流、水污染等水安全问题日益突出；另一方面，一些大型水库在汛期为减少洪灾损失将洪水大量排弃，造成水资源的巨大浪费[。进入新时代新时期，特别是经历1998年长江大洪水之后，中国政府审时度势，对以前的防洪策略做了战略性的调整，提出了从“控制洪水”向“管理洪水”、从“工程水利”向“资源水利”、从“传统洪水”向“现代洪水”转变，力争实现人水和谐、人与自然协调发展的全方位、多角度的治水新理念和新方略。实现洪水资源安全利用[1]，可以利用洪水资源本身有利的一面，最大限度地挖掘洪水对促进中国经济、社会及生态环境可持续发展的作用，一定程度上缓解中国由于水资源短缺而对经济、社会发展造成的制约和限制。从根本上说，洪水资源安全利用的治水理念和策略符合中国基本国情和以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观。由此可见，进行水库洪水资源优化调度研究具有深远的理论意义和重大的实践意义。
2.水库洪水资源化调度的研究进展
目前，随着认识的不断提高，无论从技术上还是管理上，都已使洪水资源化成为可能。洪水资源化，包括工程措施和非工程措施。水库洪水调度是目前一种最主要的主动防洪措施，它通过时空上重新分配水量，达到防洪错峰、蓄水兴利的目的，是实现洪水资源安全利用的一项重要非工程措施。水库洪水资源化利用有着悠久的历史，在过去的几十年时间里，从单一水库的常规调度到大规模水库群联合优化调度及水库洪水资源化调度，中国的水库洪水调度工作在技术上取得了一系列的进步。
2.1水库常规调度的方式
水库常规调度方式是以调度规则为依据，利用径流调节理论和水能计算方法来确定满足水库既定任务的蓄泄过程。常规调度方法主要有时历法和图解法，调度图由一些基本调度线组成，这些调度线是具有控制意义的水库蓄水量（或水位）变化过程线，是根据过去的水文气象资料和水利枢纽的实际应用工况绘制而成的。由于常规调度方法是一种半经验、半理论的方法，简单、直观，但调度结果不一定最优，且不便于处理复杂的水库调度问题。水库优化调度则是在常规调度方式和系统工程理论（最优化理论、智能算法等）的基础上建立和发展起来的一种新型调度方式，旨在建立以水库功能发挥为中心的水利水电系统目标函数，拟订目标函数应满足的约束条件，然后用最优化方法等现代计算方法求解由目标函数和约束条件组成的系统方程组，最后得到目标函数取最优值时所对应的水库控制运用方式。
2.2国外水库水资源的调度研究进展
20世纪50年代以来，随着系统工程理论的迅速发展和应用，国外许多学者将其应用到水库洪水调度研究中。1955年，美国的Little提出了水电系统随机动态规划调度模型，对水库优化调度问题进行了研究，从而标志着用系统工程方法研究水库洪水调度工作的开始。水库优化调度常采用的数学模型有线性规划（Linearprogramming，LP）、非线性规划（Nonlinearprogramming，NLP）及动态规划（Dynamicprogramming，DP）模型。该方法可在保证水库大坝安全可靠的情况下，解决各用水单位之间的矛盾，满足其基本要求，并能经济合理地利用水能资源，以获得最大的水利综合利用效益。
2.3国内水库水资源调度的研究进展
洪水具有资源、灾害双重属性，水库洪水资源化调度是新时期中国治水理念更新的产物，是经济社会发展的客观需要，是与时俱进、开拓创新的结果，也是实现兴利与除害结合、防洪与抗旱并举的一个具体典型体现。水库洪水资源化调度不等同于常规的水库防洪调度，它是利用现代科技水平与技术手段作为支撑，在不降低水库下游防洪标准的前提下，充分发挥水库的防洪与兴利功能。许多大型水库一般均具有防洪与兴利两项功能，由于中国长期遭受洪水灾害的困扰，因此常规水库调度方式过多考虑水库大坝防洪安全，造成了大量的水资源浪费现象。水库洪水资源化调度不是被动的防御洪水，而是兼顾防洪与兴利，利用现代科技手段突破水库设计中的部分防洪调度参数和规则，将防洪与兴利相结合进行调度。因此，不降低水库原有防洪标准是评价水库洪水资源化调度是否可行的最主要准则。另外，由于水库洪水调度过程中存在的若干不确定性（如设计入库洪水、洪水预报、调度模型不确定性等），洪水调度系统风险分析是实现洪水资源化过程中不可或缺的工作环节。洪水灾害风险管理是当前洪水管理的重要模式之一，因此须在深入细致地把握流域水资源洪水风险特性与演变趋向的基础上，因地制宜地将工程措施与非工程措施有机地结合起来，以非工程措施来推动更加有利于全局与长远利益的工程措施，辅以风险分担与风险补偿政策，形成与洪水共存的治水方略，将洪水风险控制在可承受的限度之内，促使人与自然之间的关系向良性互动方向转变。近年来，随着智能科学（如遗传算法、神经网络、模糊集理论等）及计算科学技术的不断发展，又相继出现了水库洪水优化调度的随机性模型、确定性模型研究以及各种模型求解的逐步优化算法、神经网络方法、遗传算法及聚合分解法等。1997年，马光文等将二进制编码的遗传算法应用于水库洪水优化调度系统并进行了研究。2001年，畅建霞等将十进制编码的改进遗传算法应用于水库洪水优化调度系统，有效克服了二进制编码的冗余问题。2005年，赵基花等应用改进的神经网络建立水库洪水优化调度函数，提高了计算精度。2006年，刘攀等针对三峡水库运行初期蓄水实时调度问题，提出了一种改进方法用于训练神经网络水库调度函数。应用结果表明：该方法虽不能最好地拟合训练样本与检验样本，但在调度过程中可以获得较大的发电效益。2006年，张静等以水库洪水优化调度方案指标值作为网络输入、以方案对模糊集“优”的隶属度作为输出建立网络模型，实现了对实际水库多个可行调度方案的优劣排序。2008年，陈立华等从编码方法、遗传算子和混合算法方面对标准遗传算法进行改进，提出了采用超立方体浮点数编码的自适应遗传算法和超立方体浮点数编码的遗传模拟退火算法，并在水库洪水优化调度中开展了应用研究。实施水库洪水资源化调度，可提高水电系统的经济管理水平，几乎在不增加任何额外投资的条件下，便可获得显著的经济效益。目前，智能科学及计算科学技术的迅速发展必将进一步推动水库（群）洪水资源化调度技术的研究与发展。利用现代成熟的计算科学技术建立水库（群）洪水调度的专家决策支持系统，并结合各种优化技术、模拟技术及专家经验，不断提高系统的通用性，从而可更加及时、准确、自动和直观地为决策者的科学决策提供可靠依据。
3.水库洪水调度方案设计
水库洪水调度的目的是根据已得到的实时洪水预报成果及水库面临时刻状态，在合理确定各调度目标权重和确保水库大坝防洪安全的前提下，对水库未来时刻的多个可行调度方案进行优劣抉择，从而使水库获得最大的防洪与兴利效益。水库洪水调度问题可归结为对若干可行调度方案的复杂决策问题，而任何系统决策问题均可以归结为以益损值为目标函数、决策方案为优化变量、自然状态为约束条件的方案优选问题，其中自然状态、决策方案、益损值和决策准则是解决这类问题的四个要素。因此，水库洪水调度问题实际上就是以行动方案为评价对象的一类特殊的复杂系统评价问题。系统综合评价的实质，就是如何合理地把多层次多维复杂系统评价指标转换成单层次一维系统评价指标的过程，该过程需要充分挖掘反映评价对象主要特征信息和评价主体价值判断信息的指标数据结构，需要定性分析和定量计算综合集成的可操作的、合适的综合评价方法。复杂系统方案优选评价问题往往涉及的指标众多，指标之间的关系也较复杂，且常常具有层次性。目前，主要采用定性与定量方法相结合、客观信息与主观信息相融合的各种系统工程方法。为此，2006年，金菊良等提出了复杂系统方案优选评价的理论框架：
（1）确定评价对象集生成函数。其中，对于系统评价对象是行动方案的方案优选问题，则常可用多目标规划法所得到的非劣解集作为评价对象集；对于系统评价对象是多种评价方法对同一系统问题所产生的多种评价结果，则这些评价方法本身也构成一种评价对象函数。复杂系统综合评价中评价对象的选取问题，至今仍是限制许多基于评价对象样本数据驱动的统计评价模型和机器学习模型广泛应用的瓶颈。
（2）对评价系统逐层分析，确定评价总目标、准则层、指标层，得到具有递阶层次结构的评价指标体系，并确定评价指标集生成函数。目前常用的评价指标集生成函数方法有德尔菲法（Delphimethod）、主成分法、层次分析法（Analytichierarchyprocess，AHP）、投影寻踪方法（Projectionpursuit，PP）等。评价指标体系既是判断评价对象价值标准的方式，也是表达系统总目标及实现总目标的具体途径。因此，评价指标集生成函数的合理选取在复杂系统综合评价的理论框架中极为重要。
（3）确定评价指标测度函数。若某指标本身就是一确定性实数变量，则可直接用其观测值、实验值作为该指标的测度；若指标是随机变量，则可用估计均值、标准差、相关系数等统计特征的有关统计计算方法及指标变量的概率分布确定该指标的测度。另外若指标是定性的，则需将其定量化。
（4）确定指标一致无量纲化函数。目前确定指标一致无量纲化函数的方法主要有广义指数法、广义线性功效系数法、非线性函数法、分段函数法等。评价指标一致无量纲化是目前处理综合评价不可公度性的主要途径，不同的函数对综合评价结果将产生显著影响。因此，需要根据系统评价总目标和约束条件，仔细选取并构造合适的指标一致无量纲化函数。
（5）确定评价指标权重函数。指标权重既是指标属性之间重要性差异程度的反映（主观权重），也是评价对象之间整体价值差异程度和评价指标在各评价对象观测值之间差异程度的体现（客观权重）。合理确定指标权重是影响系统评价结果是否合理的核心问题之一，已成为当前复杂系统评价研究的热点和难点。现有的确定指标权重函数的方法主要有客观赋权法、主观赋权法、主客观组合赋权法和变权重法等。权重实质上是一种特殊的定性指标，因此原则上，确定定性指标定量化的方法大多也可移用于确定指标权重。
（6）确定综合评价指标函数，实现对评价要素的优劣排序。由于实际评价系统评价主体、评价要素、评价指标及其层次结构的复杂性和评价标准的不确定性及动态性，上述众多综合评价方法尚存在技术单一或评价结果优劣差异不明显甚至与实际情况不符等缺点。
1.方案优选智能方法研究进展
由于系统方案优选决策评价问题的复杂性和不确定性，常规的系统评价方法已不能最佳地反映评价对象与评价指标之间的复杂关系。因此，这些方法只复杂系统决策评价问题提供部分参考工具，但不能产生智慧。在解决复杂系统评价问题时，在难于或不适宜建立常规数学模型的场合，要利用人的知识经验和人工智能、模糊识别等方法建立知识模型，越过数学模型的障碍，直接由知识模型转化为计算机模型，采用知识模型与数学模型相结合形成广义模型，以处理大系统的模型化问题。智能是指人们认识事物、运用和创新知识并解决问题的能力，它包括运用知识认识新事物、学习新方法、创造新思维、解决新问题等的能力。根据生物界“物竞天择、优胜劣汰”的运动变化规律，生物进化的过程实际上可以认为是某种优化问题的求解过程。因此，利用智能方法（如遗传算法、神经网络、模糊集等）人工模拟生物智能行为并将该优化思想应用于系统综合评价之中，可望在很大程度上提高优化的性能和效率。目前，模拟智能方法已成为建立和发展这类广义模型的最有效途径之一。
（1）遗传算法在系统评价方案优选中的应用。遗传算法（Geneticalgorithm，GA）是解决群体自适应启发式迭代寻优问题的一种直接搜索算法，也是解决系统优化问题的一种通用方法。它特别适用于常规优化方法难于处理的复杂系统非线性优化问题，是21世纪计算智能的关键技术之一。它直接面向优化问题，与常规优化方法相比，它的结果是一组好的解而不是单个解，这为解的使用者提供了可供选择的机会。所有这些都表明了遗传算法在复杂系统评价理论与实践中具有广泛的应用空间。实际上，现代系统工程的理论体系由于吸收、改进和创新遗传算法而焕然一新。
（2）人工神经网络在系统评价方案优选中的应用。人脑的最基本单元是神经元，一个典型的神经元通过接受来自其它神经元的信息，将其加工后又通过轴突发出电活性脉冲，大量的神经元相互作用，从而指导着我们正常的思维活动。人工神经网络（Artificialneuralnetworks，ANN）就是用工程技术手段模拟上述人脑神经元结构和功能特征的一类人工系统，它用非线性处理单元来模拟人脑神经元，构成一个大规模并行的非线性动力系统。与其它人工智能方法相比，神经网络具有自组织、自学习功能和较强的鲁棒性，HechtNielsen证明了在一定条件下，对于任意δ>0，存在一个三层神经网络，它能以δ均方误差的精度逼近任意平方可积非线性连续函数。显然，这种通用的函数逼近功能为神经网络技术在系统方案优选评价中的广泛应用提供了理论依据。
（3）模糊集理论在系统评价方案优选中的应用。模糊性是指事物概念和外延的不确定性，这些不确定性是由于客观事物的演化性、主观认识的经验性和科技发展的局限性等原因而产生的。模糊集（Fuzzysets）是以论域（所讨论的全体对象）为定义域、以区间[0，1]为值域的实数值函数，称该函数为隶属函数，用以刻画外延具有不确定性的各种概念（统称为模糊性概念），即论域中任一对象符合某属性概念的程度可用[0，1]上的某特定实数值来定量描述从数学角度看，模糊集与隶属函数相等价，模糊集是直观概念，而隶属函数是模糊集的数学表达形式。模糊集理论就是应用模糊集这一模拟人脑模糊思维的数学工具来定量描述、分析、识别、分类、判断、推理、决策和控制各种模糊事物所形成的一门现代应用数学分支学科。目前，已发展成熟并广为应用的模糊集理论主要有模糊模式识别、模糊聚类分析、模糊综合评价、模糊推理、模糊控制等方法。实践表明：由于实际系统评价问题中或许根本就不存在纯确定性评价模型，人类主观因素在这些实际评价过程中起着重要甚至主导作用。而人类处理主观因素的常用方法就是语言信息，语言信息的特点是其描述的模糊性，所描述的事物没有明确的外延。模糊集理论恰好可以直接利用人类语言信息及其运算，这就是模糊集理论在系统评价中可广泛成功应用的主要理论依据。
（4）集对分析在系统评价方案优选中的应用。集对分析（Setpairanalysis，SPA）是中国著名学者赵克勤先生于1989年提出的一种利用同、异、反联系数处理确定不确定系统模糊随机性的系统分析方法。集对分析理论能从不同侧面刻画优选方案评价指标与评价标准之间的差异情况，其内容丰富，几乎能涵盖整个模糊集理论，这为集对分析方法在系统优选评价中广泛开展应用研究提供了坚实的理论基础。总之，将遗传算法、人工神经网络、模糊集理论及集对分析等智能方法应用于复杂系统评价问题不仅是必要的，而且是可行的。深入而系统地开展这类应用基础研究，可以进一步揭示评价系统的复杂特征，更深刻地认识评价系统的本质属性、内在机制和结构形式，也有助于理解、掌握和改进各种常规系统评价方法，探索新的系统评价理论、模型及其方法论，以便选择正确的决策方案，科学地设计、协调、管理和控制人类所面对的各类复杂系统。
第2篇
涢水流域处于曾都区西南和东北大部分，属于大洪山和桐柏山区的延伸地带，平均海拔约200m，最高点为大洪山1055m，最低点为干流出口。流域内山峦叠翠，地势曾都北部与曾都南部较陡峻，中部较为平坦，坝址以上流域内建有大（二）型水库5座，中型水库6座。流域内林草茂密，植被覆盖较好，森林覆盖率达21.5%，对径流和洪水均有一定的滞蓄和调节功能。流域属亚热带季风性气候，气候温和，多年平均气温15.7℃，极端最高气温41.4℃（1959年8月21日），极端最低气温-16.3℃（1969年1月31日和1977年1月30日），多年平均日照时数2144小时，无霜期232天。年平均风速3m/s，最大风速14m/s，夏季多为东南风，冬季多为北风和西北风。
2区域水资源量分析
2.1分析资料来源
白云湖水库工程可供水分析论证主要依据随州水文站实测径流资料。随州水文站1953年5月由湖北省水利厅设立，保存有设立之初至今的观测水位、流量、降水等水文资料，集水面积3827km2。白云湖水库坝址在随州水文站断面下游4.5km，白云湖水库以上流域面积3865km2，为随州水文站控制面积的99.02%。依据随州站长系列径流资料进行计算，确定白云湖水库工程的可供水量。
2.2降水量年际变化分析
区域内降雨时空分布不均，多年平均降雨量977.6mm，4～10月降雨量占全年的82.9%，6、7、8三个月的降雨占全年的46.5%。最大年平均降水量1279.3mm，最小年平均降水量640.1mm，年际变化2倍左右。区域内多年平均降水量折合水量68.32亿m3，p=50%降水量961.0mm，折合水量67.16亿m3，p=75%降水量804.0mm，折合水量56.19亿m3，p=95%降水量617.8mm，折合水量43.18亿m3。区域内降水变化趋势是东北部向西北地区递减，年降水量在1840.5mm～485.5mm之间。全区年降水量变差系数Cv在0.17～0.24之间，年降水量最大最小比值在1.8～2.9之间。降水量年内分配不均，暴雨多，强度大，降水主要集中在4～10月。
2.3区域水量分析
区域内多年平均地表水资源量为20.16亿m3，折合径流深288.6mm，径流系数为0.29，径流分布总趋势与年降水基本一致，自东北向西北递减，全区多年平均径流模数为28.8万m3/km2。由于降水年内分配不均，使得径流季节变化很大。根据随州站1962～2005年实测资料，采用水文比拟法按面积比转换至白云湖坝址。最大年平均流量67.8m3/s（1963年），最小年平均流量7.81m3/s（1967年），多年平均流量31.2m3/s，年径流量9.85亿m3，径流深254.9mm。
2.4区域水质现状分析
涢水干流布设有环潭、随州2个水质监测站，水质监测断面均在河流中央垂线上设置一个表层采样点进行水质监测。监测项目有pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总硬度、总磷、铜、氟化物、砷、汞、镉、六价铬、铅、锌、氰化物、挥发酚、氯化物、硝酸盐等19项。根据水质现状监测结果，按《地面水环境质量标准》GB3838-2002采用单因子法对现状监测结果进行评价。涢水干流环潭、随州站均设在城镇下游，由于城区的工业废水、生活污水未经任何处理直接排入河流，导致水质污染。环潭站水质为V类，随州站水质为劣V类，主要污染物为氨氮。
2.5区域水资源平衡分析
分析白云湖水库供用水，水库不同保证率下的来水量、弃水量、来水量利用率、弃水率。白云湖水库用水对水质的要求为III～IV类，随州城区下水管网改造后，城区所有污水集中汇入白云湖水库下游，经污水处理厂处理达标排放，白云湖水库水质明显好转,水质可以满足取水要求。
3工程影响分析及预测
3.1取用水对水资源状况和其它取水户的影响
白云湖水库取水量较少，绝大部分是来水下泄至下游干流，不产生污染，对区域水资源状况影响甚微。水库以下不存在对其它取水户的影响与补偿问题。
3.2社会、经济效益影响分析
随着城市的快速发展，随州市城市供水不足，新建白云湖水库解决当地的工业、农业用水，实现水资源的高效利用、合理配置。府河大桥至望城岗段，河道在规划城区范围内长4813.7m，河道宽度300～350m，无堤防工程，右岸为山脚阶地，为随州市政治中心所在地，左岸为随州市经济开发区，地势较平坦低洼，防洪标准不足20年一遇，对随州市城区防洪构成威胁。白云湖水库的修建提高了城市防洪能力。枯水季节，上游河道流量小，河床，建造人工湖泊，淹没河道，形成宽阔的水域，调节城市小气候，美化沿河及周边环境景观，创造人水和谐的旅游休闲环境，具有较强的观光旅游服务开发潜力。白云湖水库的兴建促进了城区排水管网的改造，实现雨污分流，污废水的集中整治，有利于涢水的水资源保护。
3.3退水影响及水资源保护措施
工程通过采取各种环境保护措施切实保护水环境和水资源。运行期由于上游存在面源污染，加之水库容量较小，水深较浅，水库容易产生富营养。汛期通过水库的蓄滞洪作用可使得下泄流量不大于天然状态中已经发生的洪峰流量，在枯水期水库下泄流量应维持天然状态流量。由于水库抬高河流的水位，水流通过溢流坝下泄水流流速增加，对下游河道、堤防产生的冲刷作用加强，管理单位要根据当地的实际情况对下游河段的河堤进行衬砌。
3.4工程取水水源的可行性分析
白云湖水库工程筑坝建库拦截涢水干流来水作供水水源。农业灌溉供水保证率要求为75%，设计灌溉面积2.5万亩，供水量938万m3；工业用水保证率要求为95%，设计供水量6278万m3。白云湖水库拦水坝坝址处多年平均来水量为9.85亿m3，多年平均可供水量9.235亿m3，水源的水量能够满足取水要求。涢水干流在入随州市区（茶庵王福窖水厂）前河道水质状况良好，水质为III类，入市区后，共有十六个排污口的工业废水、生活污水未经任何处理直接排入涢水河，导致水质恶化，水体污染；厥水在入随州市区（厥水二桥）前河道水质状况良好，水质为II～III类，入市区后，共有七个排污口的工业废水、生活污水未经任何处理直接排入厥水河，导致水质恶化，水体污染。（1）纳污能力计算涢水流域纳污能力采用一维模型计算：[M]=[Cs-C0exp（-kl/u）]exp（kl/2u）Q计算参数选择：Q─断面设计流量；u─设计流速，u=0.60m/s；C0─背景浓度，根据水质监测资料氨氮C0=0.55mg/l，高锰酸盐指数C0=4.5mg/l；K值，根据实测资料分析，选用氨氮K=0.50/d，高锰酸盐指数K=0.27/d。对涢水白云湖河段氨氮和高锰酸盐指数纳污能力进行计算，涢水白云湖水库以下区域水质目标III类，主要污染物控制高锰酸盐指数、铵氮排放量分别为1679t/a、500t/a。（2）水库富营养化预测根据白云湖水库工程水环境现状和特点，选取总磷、总氮作为库区水质的主要预测因子。富营养化的预测采用荻隆模型预测氮、磷的浓度。根据荻隆模型c=L（1-R）/H/ρω，计算得出，库区水体中氮、磷浓度分别为1.99mg/l和0.18mg/l。以水库、湖泊中的磷浓度为判定富营养化程度的标准，水库分为贫营养型（＜0.01mg/l）、中营养型（0.01～0.02mg/l）和富营养型（＞0.02mg/l）。白云湖水库建成后其总磷浓度为0.18mg/l，由此可以判定水库蓄水运行后容易导致富营养化问题。
4结论与建议
4.1经分析论证
河道拦蓄工程主要拦蓄上游来水，取用水量较少，绝大部分来水又回归干流河道，有利于水资源的开发利用，改善水环境状况，美化城市环境，提高随州市城区防洪能力。工程运行不污染水质，工程建成对水资源的开发利用、有效保护利多弊少。
4.2河道拦蓄工程兴建后
库区河段由天然河道形成湖泊，水体流速将发生较大变化。由于大坝的阻挡作用而形成的水库容量比天然河道容量大，使整个水库内的水流趋于缓流状态。库区易发生富营养化，建议全面改造城区的排水管网，将市区工业废水、生活污水集中综合处理达标后排放，改善河道城区段的水环境，届时水质将改善为III～IV类，水质完全满足工程取水要求。
4.3河道拦蓄工程的主要功能
第3篇
就目前来看，我国面临的水问题主要有三个：洪涝灾害频繁、水资源短缺和水污染严重。
1．1洪涝灾害频繁
20世纪90年代至21世纪初，我国几大江河流域频频发生洪灾，1998年发生在长江、嫩江和松花江流域的特大洪水，造成全国29个省（自治区、直辖市）农田受灾面积2229万hm2，死亡4150人，房屋倒塌685万间，直接经济损失2551亿元，这充分暴露了我国江河堤防薄弱、湖泊调蓄能力较低等问题。近年来，国家加大了对防洪工程的投入，一些重要河流的防洪状况得到了改善。
1．2水资源短缺
农业方面，现有的0．44亿hm2灌溉面积中尚有0．067亿hm2灌溉保证率低，不能满足干旱年份的灌溉要求；工业及城市用水方面，230个被调查城市中，严重缺水的有40多个，占17％，一般缺水的140个，占63％。鄱阳湖、洞庭湖、太湖、巢湖、洪泽湖五大淡水湖，面积已缩小1／4甚至1／2，水资源短缺问题越来越严重。
1．3水污染严重
中国七大水系和内陆河流水质评价的123个重点河段中，符合《地面水环境质量标准》1、2类的占25％，符合3类的占27％，属4、5类的占48％。具有监测资料的200多条河流中，有850条受到污染，230条受到严重污染，有60％的水质达不到饮用水标准，有11％的水质不符合农业灌溉要求，有6％的毒物含量超过污水排放标准。
2生态工程定义
不同的学者对生态工程定义有不同的认识。Teal（1991）认为生态工程是基于自然的生态系统设计而非传统的工程技术。美国H．T．Odum将生态工程定义为“人类利用自然能源对环境进行控制”，20世纪80年代后，生态工程在欧洲及美国逐渐发展起来，提出了生态工程技术，即“依据对环境生态的了解，以最小的投入达到对环境损害最小的一些技术”。我国生态学家、生态工程建设先驱马世骏先生给生态工程下的定义为：“生态工程是借助生态系统中物种共生与物质循环再生原理，结构与功能协调原则，结合结构最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统。
3生态工程的应用实例
3．1生态工程在解决水资源污染中的应用
3．1．1湿地生态工程设计
湿地介于陆地生态系统和水生生态系统，水位接近地表，或以浅水形式覆盖地表。湿地中有周期性的水生植物生长、终年饱和的土壤水分和不透水层。通过物理、化学、生物等过程使湿地中污染物降解。刘鹏指出可以通过自然人工湿地减缓水流的速度，增加水力停留时间，吸收输入湿地的营养成分，湿地植物如芦苇和水葫芦能有效地吸收有毒物质，有利于毒物和杂质的沉淀和排除，截留了68％的氮、43％的鳞；除此之外，还指出人工湿地利用可以吸收氮磷的经济作物，一方面减少了水体的富营养化，另一方面，增加了一定的经济收入。朱棣等以山东南四湖为例，进行人工湿地生态工程设计，利用不同植物种类对水生生活的适应性状不同，吸收水体中的特定污染物质，分别设立了浮水植物区、挺水植物区、沉水植物区三级处理污水工艺，对BOD5处理率为90．8％，COD为80．9％，悬浮物为91．1％，N和P的处理率为80％和75％。
3．1．2缓冲带截留技术
缓冲带，全称保护缓冲带，最早是由美国农业部国家自然资源保护局。缓冲带是指利用有一定宽度的植被与受纳水体隔开，减少污染源和河流、湖泊之间的直接连接并且能够控制土壤侵蚀伴随的养分流失。刘鹏指出水体岸边的缓冲林带通过控制侵蚀，减少径流中氮、磷浓度，防止流失泥沙、养分进入河道水体。毛战坡等指出氮在缓冲带内的截留作用主要是随泥沙沉降、反硝化作用、植物吸收；磷在缓冲带内的截留主要是磷随泥沙的沉降及溶解态磷在土壤和植物残留物之间的交换，以及缓冲带土壤中植物根孔的形成有利于过滤作用的增强和吸附容量的扩大。
3．1．3水塘系统
天然的或人工的水塘，通过其间歇性的雨与河流进行水、养分的交换，同时降低流速，使悬浮物得到沉降，增加水流与生物膜的接触时间，水塘对非点源污染物的滞留和净化能力很强。刘兴国等以水塘系统技术为基础，设计了一种生态工程化循环水池塘养殖系统，通过水质交换，使水体水质变好，同时还起到节水、减排效果。刘鹏利用多水塘系统，以水塘为点、沟渠为线的流域系统，表明多水塘系统能截留来自农业的氮、磷污染负荷94％以上。
3．1．4土地处理系统
土地处理系统是将土地处理技术与多种符合生态、环保要求的技术整合成一个系统，实现区域污水的循环处理和资源化利用。刘明辉等利用土壤、微生物、植物组成的生态系统通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、微生物转化和植物吸收等来净化污水。刘鹏利用高分子如PAM能与水相互作用增加入渗、减少径流的特性来改善土壤的结构和增加土壤中团聚体的稳定性。
3．2生态工程在解决水资源不足问题中的应用
当前最主要的就是雨水的资源化，不仅可以减轻区域洪涝，还能够充分地利用雨水资源。汪毅将生态工程应用到雨水收集利用中，指出利用南方院区普遍存在的水塘和鱼塘，配以必要的钢筋混凝土调节池，利用天然防渗材料，实现了利用自然条件来为工程服务的初步设想。王一钧等采用了自然回收净化、部分间接利用的雨水回收利用生态工程，指出利用雨水生态塘调蓄雨水净化的同时，也提高雨水的利用率上；另外提出水保耕作技术如带状间作技术、粮草等高带状轮作技术、等高耕作技术等在不同程度上起到拦蓄径流、减少土壤冲刷、提高粮食产量的作用。
4展望