城鎮(zhèn)生態(tài)河道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王冬利，楊春景

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475003）

0 引言

在傳統(tǒng)的河道治理工程中，為側(cè)重于它的某些功利價(jià)值（如防洪、水運(yùn)、灌溉等），往往利用渠道化、硬化的方法對(duì)河道進(jìn)行人工改造，如裁彎取直、疏挖河道、漿砌石或混凝土護(hù)岸、高筑河堤等[1]。 經(jīng)過改造的河流，保障了社會(huì)安定，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益， 但也出現(xiàn)了一些生態(tài)環(huán)境問題：如河道的裁彎取直減少了徑流在河道中的滯留時(shí)間，使水流流速增大， 加劇了對(duì)河床底部和河岸的沖刷，造成下游河段的淤積，也減少了對(duì)地下水的補(bǔ)充；片面強(qiáng)調(diào)河流的防洪功能，采用大量的鋼筋混凝土或漿砌石等材料對(duì)河道進(jìn)行硬化，河流兩岸陡直，完全改變了河流的自然景觀，破壞了河流兩岸動(dòng)植物的原有棲息地， 淡化了河流的生態(tài)功能，阻隔了人與水的親近； 河流兩邊植被帶遭到破壞，各種污染未經(jīng)過濾、吸收，直接排入河道，河流生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重受損等。 因此，在河道治理過程中，應(yīng)將城市建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等專業(yè)知識(shí)與河道建設(shè)融為一體，構(gòu)建符合自然環(huán)境要求的生態(tài)河道，從而維持和強(qiáng)化良好的河道生態(tài)系統(tǒng)，改善水環(huán)境，達(dá)到人與自然的和諧發(fā)展。

1 生態(tài)河道及其建設(shè)原理

1.1 生態(tài)河道的定義

生態(tài)河道并非是原生河道，而是通過實(shí)施一定的工程和非工程措施，具備自我修復(fù)能力、健康、可持續(xù)發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)的河流廊道[2]。

1.2 生態(tài)河道的建設(shè)原理

采用生態(tài)河道建設(shè)技術(shù)應(yīng)該遵循以下原則：

（1）生態(tài)功能性。 生態(tài)河道是由水流及其中的動(dòng)物、植物、微生物和環(huán)境因素組成的生命系統(tǒng)。 河道內(nèi)部各生態(tài)要素進(jìn)行復(fù)雜物質(zhì)、能量和信息交換，使它們相互依賴、不可分割，組成了有機(jī)的生命整體，從而保持河道的健康可持續(xù)發(fā)展，發(fā)揮河道的生態(tài)功能。

（2）形態(tài)多樣性。 傳統(tǒng)的河道整治主要出于防洪安全目的，對(duì)河道進(jìn)行裁彎取直，或采用單純的規(guī)則斷面，使河床平直、河水流態(tài)單一，很難為生物提供豐富多彩的棲息環(huán)境。 生態(tài)河道的構(gòu)建必須利用自然河勢， 避免簡單地對(duì)河道裁彎取直和規(guī)則化斷面， 最大限度地利用河道的自然恢復(fù)能力，盡量保護(hù)、恢復(fù)河流原有的狀態(tài)。 依據(jù)生態(tài)學(xué)原理，模擬自然河道，制造水陸交錯(cuò)、蜿蜒曲折、分汊散亂、 河湖相連、 深潭與淺灘相間的多樣性河道。

（3）取材本土性。 在構(gòu)建生態(tài)河道的過程中，應(yīng)盡量使用當(dāng)?shù)氐耐寥?、石塊、木材和物種，防止外來物種入侵。 在工程實(shí)施過程中，應(yīng)充分考慮所用材料與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，盡量保留原有的河道生態(tài)要素。

2 生態(tài)河道建設(shè)技術(shù)體系

河道的自然環(huán)境由水和空間組成，水和空間連成一體，從而形成生物棲息的場所。 河道空間包括河道、岸堤和河畔植被。 因此，生態(tài)河道的構(gòu)建包括河道設(shè)計(jì)、岸堤設(shè)計(jì)，其中河道設(shè)計(jì)又包括河道景觀設(shè)計(jì)、河流平面形態(tài)設(shè)計(jì)和斷面設(shè)計(jì)。

2.1 生態(tài)河道設(shè)計(jì)

（1）河道景觀設(shè)計(jì)。 在天然狀態(tài)下，河流一般都是蜿蜒曲折的， 這樣可使河水有比較多的停留時(shí)間，有利于水質(zhì)的自我凈化和滿足河道生物的生活需要。 在河道內(nèi)部，通常都是深潭與淺灘相連，在某些地方可能形成小島。 相對(duì)于河道來說，島嶼作為河道基質(zhì)中的一個(gè)特殊版塊，在生物學(xué)上有其特殊的生態(tài)意義。 河道島嶼位于河流中部，由河道內(nèi)部的沉積物堆積而成， 是河道內(nèi)生物多樣性最為豐富的地帶。 因此，在生態(tài)河道建設(shè)中，應(yīng)在保障河道防洪標(biāo)準(zhǔn)的前提下，利用石塊或泥沙，營造多彩多姿的河道內(nèi)部環(huán)境，其中包括生態(tài)島嶼、深潭與淺灘等。

（2）河道平面形態(tài)設(shè)計(jì)。 生態(tài)河道的平面設(shè)計(jì)應(yīng)以自然河道平面和長期發(fā)展形成的河道形態(tài)為依據(jù)，遵循生態(tài)學(xué)原理，營造出蜿蜒曲折的河道形態(tài)。 在河道的平面形態(tài)構(gòu)造時(shí)，可以在河道的兩邊堆放枯樹或泥沙，形成類似于自然河道的凸岸和凹岸，使河道在一定程度上形成彎曲形狀。

（3）河道斷面設(shè)計(jì)。 生態(tài)河道斷面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是使河道能夠適應(yīng)不同的水位和水量，維持河道生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)需水，為魚類和其他水生生物提供基本的生存條件。 在一般情況下，需要對(duì)原河道邊坡進(jìn)行整治，采用多層臺(tái)階式斷面結(jié)構(gòu)，降低岸坡比，用多孔性材料對(duì)岸坡進(jìn)行襯砌等，為水生生物創(chuàng)造多樣化的棲息地。

2.2 生態(tài)岸堤設(shè)計(jì)

生態(tài)河道的主要功能在于遮蔽水體，維持氧平衡，以及防止水體的富營養(yǎng)化，保持河岸具有很強(qiáng)的滲透性，能夠讓水體、岸邊土壤連成一體，以保證生態(tài)流、物流、能流的順利通行。 因此，生態(tài)堤岸的設(shè)計(jì)應(yīng)摒棄傳統(tǒng)的河流岸坡整治技術(shù)，采用生態(tài)岸堤，以達(dá)到模擬自然河道的要求。 生態(tài)岸堤可以分解成堆岸、鋪設(shè)層、護(hù)岸和緩沖帶等幾個(gè)主要部分。

（1）堆岸和鋪設(shè)層。 堆岸和鋪設(shè)層的建設(shè)主要是為了抵制河道水流作用力的侵蝕。 堆岸和鋪設(shè)層以多孔性自然材料（如石塊、多孔性預(yù)制磚及木頭等）為主，為河流生物提供棲息地和產(chǎn)卵地。 堆岸材料的選擇、鋪設(shè)厚度及鋪設(shè)方式應(yīng)根據(jù)河道的坡度、抗沖刷能力，以及河流水力條件而定。

（2）護(hù)岸。 護(hù)岸的構(gòu)建位于堆岸和鋪設(shè)層的上方，是河道兩棲動(dòng)物及其他生物的重要棲息地。 在護(hù)岸工程回填時(shí)，可以完全使用當(dāng)?shù)赝粒謴?fù)河道的自然環(huán)境，也可以使用透水性能好的材料。 上面覆土后，種植草、蘆葦?shù)茸o(hù)坡植。

（3）生態(tài)緩沖帶。 生態(tài)緩沖帶的構(gòu)建是在河道與陸地交界的一定區(qū)域內(nèi)建設(shè)喬、灌、草相結(jié)合的立體植物帶，使其能夠控制水土流失、防止河岸沖刷，對(duì)外界帶來的氮、磷等污染物起到過濾作用，同時(shí)，也可以為鳥類和水生生物提供必要的棲息地。緩沖帶的構(gòu)建包括緩沖帶寬度的確定和緩沖帶植被的選取兩項(xiàng)內(nèi)容。 緩沖帶寬度的選取與河岸的坡度、土壤滲透性、穩(wěn)定性、河流水文情況、周邊環(huán)境及緩沖帶的作用有關(guān)。 一般情況下，不存在一種普遍的能夠起到凈化水質(zhì)、穩(wěn)固河堤、保護(hù)魚類和其他野生動(dòng)植物、滿足當(dāng)?shù)厝松钚枨蟮雀鞣N效果的生態(tài)緩沖帶。 在河道及其周邊，原本生長著與該地環(huán)境相適應(yīng)的植物，并為魚類、鳥類、昆蟲類等動(dòng)物提供了生存環(huán)境。 因此，原則上應(yīng)選用該河道和水系原有植物的品種，盡量避免引進(jìn)外來物種。 在植被的搭配上， 應(yīng)依照植被的進(jìn)化法則進(jìn)行搭配，河邊植被應(yīng)有草類、灌木叢和喬木等種類。 這樣，就可以為各種生物提供相應(yīng)的棲息地。

3 鄭州十七里河、十八里河治理工程設(shè)計(jì)分析

3.1 工程概況

河南省鄭州市十七里河、十八里河位于七里河上游，同屬七里河的支流。 十七里河發(fā)源于新鄭市郭店鄉(xiāng)半坡村，自西南向東北，河道全長23.7 km，流域面積90.63 km，其中鄭州市區(qū)段（蘇莊水庫至匯合口）長12.7 km。 十八里河發(fā)源于新鄭市小喬鄉(xiāng)孟莊南溝，河道全長24.8 km，流域面積112.3 km，其中鄭州市區(qū)段（劉灣水庫至匯合口）長10.5 km。 這兩條河都是鄭州市重要的排洪河道。 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對(duì)河道功能也提出了更高的要求。 為了更好地促進(jìn)鄭州市東南部的發(fā)展，鄭州市實(shí)施了十七里河、十八里河生態(tài)治理工程，要在滿足防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)的前提下，合理開發(fā)利用，提高土地利用率，達(dá)到治理河道、防洪除澇、改善生態(tài)和人居環(huán)境、提高城市品位、促進(jìn)招商引資、發(fā)展城市建設(shè)等多贏的目的。

3.2 生態(tài)岸堤設(shè)計(jì)

鄭州十七里河、十八里河的治理，主要是在按設(shè)計(jì)行洪斷面疏挖完成后，進(jìn)行岸坡生態(tài)防護(hù)。 根據(jù)鄭州市生態(tài)水系規(guī)劃，在河道治理中，河道的護(hù)砌應(yīng)采用生態(tài)護(hù)岸形式，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬質(zhì)襯砌，仿效自然型護(hù)岸，修復(fù)和保護(hù)河流的自然形態(tài)，使生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到自我調(diào)節(jié)的狀態(tài)。 這樣，在保證維護(hù)河流自然生態(tài)功能的同時(shí)，又提高河流的審美欣賞功能，配合植物種植，還可以達(dá)到穩(wěn)定河岸的目的。 對(duì)較為陡峭的岸坡，在使用生態(tài)袋護(hù)岸時(shí)，可以適當(dāng)增加空隙，以便于水生生物生長。 對(duì)于岸坡較緩的河段，應(yīng)采用近似自然河流設(shè)計(jì)理念，采用具有諸如深潭、淺灘等形態(tài)的河床，保持河流的彎曲形狀。駁岸規(guī)劃的目的是從結(jié)構(gòu)上為生物生存提供環(huán)境，并逐漸通過各種保育措施，恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)。 經(jīng)過精心規(guī)劃，鄭州十七里河、十八里河岸堤設(shè)計(jì)如圖1 所示。

4 結(jié)語

圖1 鄭州十七、十八里生態(tài)岸堤斷面圖Fig.1 Ecological bank section of Shiqili, Shibali of Zhengzhou

生態(tài)河道構(gòu)建是融水利工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)等多學(xué)科為一體的綜合性工程[3]。 它的最終目標(biāo)是恢復(fù)和強(qiáng)化河道的生態(tài)功能，改善水環(huán)境，其設(shè)計(jì)理念與原來河流整治思想有著質(zhì)的區(qū)別。 因此，在生態(tài)河道建設(shè)過程中，應(yīng)拓寬思路，將河道建設(shè)與城市建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等專業(yè)知識(shí)融為一體，努力構(gòu)建符合自然環(huán)境要求、具有綜合功能的生態(tài)河道。

[1] 朱國平，徐偉等. 山東省招遠(yuǎn)市城東河河道近自然治理初探[J]. 水土保持研究，2004，11（3）：160-162.

[2] 姚云鵬，陳芳清. 生態(tài)河流構(gòu)建原理與技術(shù)[J].水土保持研究，2007，14（2）：135-138.

[3] 陳梅. 建設(shè)生態(tài)河流設(shè)計(jì)探討[J]. 人民珠江，2005（3）：26-28.