河道生態(tài)建設技術(shù)初步研究

夏永成,駱勇軍

(浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國提出了由傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利[1].轉(zhuǎn)變的大目標,即由傳統(tǒng)的工程水利向民生水利、資源水利、生態(tài)水利轉(zhuǎn)變。由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類活動等對河流的生態(tài)環(huán)境造成了較大的影響,重大河流生態(tài)問題時有發(fā)生,造成我國許多河流水質(zhì)惡化,水面萎縮甚至斷流,河道及河岸生態(tài)系統(tǒng)遭到了嚴重破壞,導致河道及河岸許多生物物種減少甚至消失。因此積極開展河道生態(tài)建設技術(shù)研究,推動我國傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利的轉(zhuǎn)變具有重大意義,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)人與自然的和諧。本文對河道生態(tài)建設的目標與任務進行論述,并對河道生態(tài)建設技術(shù)進行了初步的分析與探索。

2 河道生態(tài)建設的基本資料及任務

2.1 重視河道基本資料的收集、整理與分析

河道生態(tài)建設,必須重視河道相關(guān)基本資料的收集、整理與分析,在此基礎上,明確河道存在的主要問題,河道生態(tài)建設的有利、不利因素,明確河道建設的主要任務:

(1)相關(guān)防洪、河道治理規(guī)劃、所在城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、旅游規(guī)劃等資料的收集,了解河道主要功能。

(2)符合規(guī)范、設計深度要求的水文、地形、地質(zhì)勘查、測量斷面資料。

(3)現(xiàn)場踏勘,進行河道防洪現(xiàn)狀、河道交叉建筑物、周邊建筑物、農(nóng)田等自然環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查;進行河道生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查,包括河道自然條件、河流景觀資源、水生生態(tài)系統(tǒng)、河岸帶生態(tài)系統(tǒng)等。

(4)詳細了解河道相關(guān)水系及相關(guān)水利樞紐的控制調(diào)度情況及河道來水量及供水需求等情況。

(5)當?shù)氐臍v史文化,人文風情等也應進行詳細了解。

通過對以上資料進行綜合分析后,明確河道存在的主要問題,確定河道生態(tài)修復的任務與目標。

2.2 河道生態(tài)建設的任務

河道生態(tài)建設有別于傳統(tǒng)水利工程建設,既考慮傳統(tǒng)水利工程的防洪安全、結(jié)構(gòu)安全又要考慮生態(tài)安全、景觀安全,盡量做到水利防洪、生態(tài)、景觀三者的完美結(jié)合。

2.2.1 防洪安全

作為河道生態(tài)建設工程,防洪安全是首要的任務和目標,不能為了生態(tài)、景觀而犧牲防洪安全。應根據(jù)國家有關(guān)標準、規(guī)范及相關(guān)規(guī)劃,通過恢復自然水面寬度、恢復蓄洪區(qū)、修建生態(tài)護岸等工程措施,提高河流的防洪標準,保護兩岸民居、農(nóng)田及河道、河岸帶動植物的安全。

2.2.2 生態(tài)安全

滿足防洪要求的同時,必須確保河道生態(tài)系統(tǒng)及河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的安全。在進行河道生態(tài)建設的過程中,應在有關(guān)資料整理分析的基礎上,因地制宜,減少對原生態(tài)系統(tǒng)的擾動,使水利工程建設有利于河道生態(tài)系統(tǒng)恢復及良性循環(huán),提高河流自凈能力,以恢復和保持生態(tài)系統(tǒng)安全為目標。

2.2.3 景觀安全

河道建設過程中需加強對原有景觀資源的保護,合理適度開發(fā),同時因地制宜地對原有景觀要素進行優(yōu)化組合。新景觀成分的引入,應創(chuàng)造出優(yōu)于原景觀的布局效果,充分體現(xiàn)尊重自然、親近自然的原則。景觀安全的意義是人與自然的和諧,核心是體現(xiàn)親水性、休閑性,河道生態(tài)建設還必須體現(xiàn)地方特色,體現(xiàn)民俗風情,與自然環(huán)境、地區(qū)文化、人文歷史等相協(xié)調(diào),營造和諧的居住環(huán)境。

總之,河道生態(tài)建設應做到防洪安全、生態(tài)安全、景觀安全的有機統(tǒng)一,防洪安全和生態(tài)安全是根本和基礎。

3 河道生態(tài)建設技術(shù)

3.1 河道岸線

必須重視河勢,河道宜保持現(xiàn)狀自然岸線,避免直線化、裁彎取直,以利于河道淺灘和深潭的保護[2-3].,河道能寬則寬。已構(gòu)建的人工河道,若條件允許盡量恢復自然河道形態(tài)以利于生態(tài)系統(tǒng)恢復。當確有需要對河道裁彎取直時,應充分論證其對防洪、河床穩(wěn)定及生態(tài)系統(tǒng)的影響,盡可能保持原有水面率,同時應因地制宜適當擴大水面率。

3.2 河道的斷面形式

河道斷面型式應按照因地制宜,滿足河道功能、生態(tài)要求的原則進行選擇,保持河道形態(tài)的多樣性和與環(huán)境的協(xié)調(diào)性,提供生物種群的生存環(huán)境。河道斷面應避免規(guī)則化,保留自然的斷面形式,以利于保持多樣的水流環(huán)境。除自然斷面外,還有人工非規(guī)則斷面、矩形斷面 (直立)、梯形斷面、復式斷面、雙層斷面等[4].形式,宜按以下順序選取:自然非規(guī)則斷面、人工非規(guī)則斷面、復式斷面、梯形斷面、矩形斷面、雙層斷面。河道斷面設計時,應在滿足河道的主導功能前提下,結(jié)合土地利用和其它因素,確定斷面設計的基本參數(shù),包括主槽河底高程、灘地高程、不同設計水位對應的河寬、水深和過水斷面面積等。河道斷面型式選擇,應注重保護歷史文化和體現(xiàn)不同城市的特色風貌,結(jié)合城鎮(zhèn)建設、城鎮(zhèn)綠化,兼顧市民休閑、近水親水,與城市沿岸景觀相融合[5].。橫斷面較寬、水位變幅較大時,宜結(jié)合景觀、親水、河灘地的利用,此外河道斷面設計應考慮周圍居民生產(chǎn)、生活用水的方便,設置必要的埠頭、臺階等。

3.3 河道河床形態(tài)及切灘、疏浚

保持河道的天然坡降,當河床坡度難以穩(wěn)定時,可適當調(diào)整河床縱向坡降,充分考慮河床的沖刷及淤積,防止重復性切灘、疏浚[6].。慎重進行切灘與疏浚,對于河道中的淺灘、深潭、綠洲宜保留,以利于河道水流流態(tài)的多樣性及生物系統(tǒng)的多樣性。河道切灘、疏浚過程中,應分析其對護岸的影響,避免塌岸及對原有護岸結(jié)構(gòu)的破壞,同時對切灘、疏浚產(chǎn)生的廢料做好利用的規(guī)劃,可考慮本工程及附近其他工程的使用,疏浚產(chǎn)生的有毒有污染性的廢料應妥善處理,防止二次污染。護岸工程措施包括丁壩、順壩、防沖護底等,宜采用透水材料如樁式壩、石頭壩、毛石壩、拋石護底、柴排護底等。為防止河床下切侵蝕,采用塊石、框格、石籠、大卵石、柴排等天然、多孔、透水材料,不宜采用混凝土、漿砌石等對河床進行封閉護砌。根據(jù)河道調(diào)查的結(jié)果,必要時結(jié)合岸線恢復河流中的淺灘、深潭、綠洲,深潭布置在河道的凹岸,綠洲的恢復應充分考慮其對防洪的影響,布置在開敞河道處。對于河道中存在影響行洪的障礙物,按照 “誰設障,誰清除”的原則,制定清障實施方案,原則上恢復到設障前河道原貌。

3.4 堤防、護岸

堤防、護岸工程等級及防洪標準、頂高程應根據(jù)相關(guān)規(guī)范、標準確定,體現(xiàn)生態(tài)性、景觀性、親水性。堤防材料應優(yōu)先選用當?shù)夭牧?優(yōu)先采用土堤及土、石混合堤。堤防護面、護岸材料不宜采用混凝土、漿砌石等阻斷河道與河岸物質(zhì)交換的渠化、硬化材料[7].,優(yōu)先采用多孔、透水材料、土工合成材料和自然材質(zhì)制成的柔性結(jié)構(gòu),以利于保護河道、河岸的生態(tài)系統(tǒng)。若條件有限,采用混凝土、漿砌石等護岸時,應考慮其對河道生態(tài)系統(tǒng)的影響,采取有效的補救措施。生態(tài)護岸材料優(yōu)先選用植物、松木樁、黏土護坡、砂礫護坡、干砌石、堆石、野山石、卵石、石籠、多孔隙預制塊 (六角空心預制塊、榮勛擋墻等)、生態(tài)混凝土、柴排、生態(tài)土工帶、土工織物等,或其多種組合形式。斜坡式堤防采用干砌石等硬質(zhì)護岸時,邊坡坡度不宜大于1∶1.75,植物護坡邊坡坡度不宜大于1∶2。

根據(jù)平原、山區(qū)性河流的特點選擇護岸類型。平原河流一般水流流速小,水位漲落幅度小,宜選擇植物措施護岸,松木樁、干砌塊石、疊石、卵石、石籠土工織物(如生態(tài)袋、土工格柵等)及各種組合護岸;山區(qū)性河流一般流速大,水位暴漲暴落,宜采用干砌塊石、石籠護岸、生態(tài)混凝土(預制塊、植生混凝土)及各種組合護岸。

河道護岸工程應兼顧改善河道水環(huán)境、防止水土流失,為水生植物的生長、水生動物的繁育、兩棲動物的棲息繁衍創(chuàng)造條件。同時,不能忽視護岸結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性及生態(tài)護岸對阻水的影響。

3.5 河道景觀設計

河道生態(tài)建設時新引入景觀應與原有自然景觀相融合,保護河道原有的景觀特色,維護河流的整體性、連續(xù)性與自然風貌的多樣性,盡可能保持河道的自然風貌[8].,同時體現(xiàn)地方特色、歷史文化和民俗風情。結(jié)合景觀總體布局及周圍環(huán)境需要,修建親水平臺,高程宜在正常水位以上0.1～0.5m。設置親水平臺應確保行洪安全、結(jié)構(gòu)安全,親水休閑景觀設施應設置有關(guān)安全警示標志、禁入標志、隔離設施等,以確保親水休閑的安全性。景觀護岸坡度大于1∶2且高度大于0.5m時,應設置安全欄桿。修建丁壩、堰壩等水景觀工程時,應考慮水生動植物的習性,如植物的耐淹性、動物的洄游等。

3.6 河道水環(huán)境

在對河道基本資料分析的基礎上,對河道水質(zhì)環(huán)境進行分析[9].。協(xié)同有關(guān)部門,對排入河道的污水進行處理。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃,嚴格控制河道污染物排放和排污口數(shù)量,采取截污、減污和治污等措施,改善河道水質(zhì)。嚴格按照取水許可制度,控制河道大流量取水,保證維持河道的天然流量,滿足河道生態(tài)與環(huán)境需水量[10].,保證水體的自凈能力。河道取水量較大時,應進行科學論證,控制取水比例和不同季節(jié)的取水量,保證河流功能發(fā)揮所必需的水量。不宜隨意切斷河道與其他水系、水源的交流。枯水季節(jié),應進行補給,以滿足河道生態(tài)需水量,必要時采取適當?shù)墓こ檀胧┖凸芾泶胧?促進河道水體流動,盡可能充分利用汛期洪水,實現(xiàn)河道水體的置換,改善河道水質(zhì)。

結(jié)合景觀、植物等措施,布置具有提高水體自凈能力的沉水植物、挺水植物或采用生態(tài)浮島技術(shù)以改變河流水質(zhì)。在不影響行洪排澇的前提下,采取調(diào)整河道水流流態(tài)的措施(如堰壩、跌水等),以增加河道曝氣,增加河流的自凈能力。山溪性河流的城鎮(zhèn)河段或鄉(xiāng)村河段,可在河道適當?shù)奈恢迷O置固定壩或活動壩,攔蓄枯季水流,保持一定水面率,以滿足景觀休閑、生態(tài)環(huán)境等功能要求。固定壩或活動壩的設計還應與環(huán)境景觀協(xié)調(diào)。固定壩宜采用低矮的寬頂堰,活動壩應考慮放水時下游的安全。

3.7 植物措施

河岸綠化應結(jié)合綠化規(guī)劃、景觀規(guī)劃、工程總體布局,結(jié)合護坡措施、水土保持、植物對污染物的降解作用、防護林、護堤林、經(jīng)濟林建設以及區(qū)域綠化規(guī)劃要求等進行統(tǒng)籌安排,提高綠化的綜合效益,減少養(yǎng)護管理成本。植物品種的選擇應咨詢當?shù)厣鷳B(tài)專家,綠化的草種和樹種應具有便于養(yǎng)護管理、適應本地區(qū)自然條件、有利于形成良好的自然群落、對工程運行和生態(tài)環(huán)境無負面影響等特性。河岸帶植物布置生物群落的選擇應盡量選用當?shù)匚锓N、根系發(fā)達生長快,短期內(nèi)起到水土保持作用,且抗逆性好、適應性廣,適宜當?shù)貧夂蚝偷乩憝h(huán)境,繁殖、更新能力強,具有固土、保水、吸濕作用,具有一定的利用價值和經(jīng)濟效益。生物群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計[11].,是生態(tài)恢復的關(guān)鍵之一,包括各種群落的比例及數(shù)量密度、種群的平面布局、垂直結(jié)構(gòu),從生物鏈角度考慮生物的互生共存,其中喬木、灌木的合理配置是核心。根據(jù)樹種、草種確定種植密度,喜光、速生、干直立的喬木宜稀植,如杉、柏等;喜陰濕、生長緩慢、干形不直的樹木宜密植,如馬尾松、櫟等。一般種植樹木,株距為1～2m,行距為2～4m。根據(jù)地形、巖土組成、土壤水分狀況及侵蝕強度等情況,合理配置植物,建立植物與生態(tài)環(huán)境水分條件相適應的生態(tài)群落,兼顧四季植物及各種植物顏色、形狀的搭配。河道兩側(cè)的宜林地段,應結(jié)合林業(yè)規(guī)劃建設營造綠化林帶。保護和保留河道內(nèi)、河岸帶原有的穩(wěn)定的植物群落,不宜以新植物群落簡單替換,也不宜以增大河道過流能力為由進行清除。人工群落應與自然群落相適應,促使植物群落健康、穩(wěn)定地發(fā)展,盡量保持植被的自然特征。原混凝土、漿砌石等硬化、白化堤防在不影響行洪的前提下應采用攀爬、垂掛植物進行綠化。利用植物措施改善生物棲息地和自然景觀時,根據(jù)沉水植物、浮水植物、挺水植物的生態(tài)習性混合種植,高桿、蔓延快的植物(如蘆葦?shù)?應控制種植。利用植物進行岸坡侵蝕加固時,可在河岸淺水處種植耐淹樹種(如水杉、池杉等),利用其發(fā)達的根系穩(wěn)固堤岸,流水處用草本植物(如野茭白)緩沖水流,增加防洪、護堤能力,在不影響行洪的情況下,河道內(nèi)的灘地和近岸水域宜保留或種植有利于治污和凈化水體的植物,常水位以下配置沉水植物,常水位與洪水位之間配置挺水植物、濕生植物,或自然種植喬、灌木,在常水位至洪水位區(qū)域的下部以濕生植物為主,上部以中生但能短時間耐淹植物為主。植物配置種植應群落化,物種間生態(tài)互補,上下有層次,左右相連接。盡量利用本土植物,若引進外來物種,需經(jīng)過調(diào)研及科學論證。平原河道可結(jié)合景觀、水質(zhì)凈化布置生態(tài)浮島[12].。

3.8 河道施工

河道施工優(yōu)先選用當?shù)夭牧?重視表土,根據(jù)表土性能作為種植土和回填料。盡量避開洪水期和河道動植物生長、繁衍等敏感期,充分考慮其對下游河道水質(zhì)的影響,尤其是飲用水源保護區(qū)、旅游渡假區(qū)等。

4 結(jié) 語

本文對河道生態(tài)建設進行了初步研究,認為河道生態(tài)建設首先應重視河道基本資料的收集、整理與分析,既考慮傳統(tǒng)水利工程的防洪安全、結(jié)構(gòu)安全又兼顧生態(tài)安全、景觀安全,使水利防洪、生態(tài)、景觀三者完美結(jié)合,同時從河道岸線、河道斷面形式、河床形態(tài)及切灘、疏浚等方面對河道生態(tài)建設技術(shù)進行了初步論述。

有些研究有待進一步補充和完善,如對已受損河道的修復、河道生態(tài)需水量等。

[1].陳雷.關(guān)于水利發(fā)展與改革若干問題的思考-在中國水利學會2007年年會上的報告 [R]..北京:中華人民共和國水利部,2007.

[2].雷雨,冉春旺,馬瑛.河道生態(tài)治理初探[J]..水利科技與經(jīng)濟,2009,15(4):332-334.

[3].裴永杰.河道生態(tài)治理方法初探[J]..河北水利 ,2011(6):13.

[4].張明根,鄭金根.河道生態(tài)治理技術(shù)的研究及應用 [J]..科技創(chuàng)新導報,2008(31):117.

[5].項延疋.保護母親河營造新景觀—淺析溫州城市河道生態(tài)景觀的修復[J]..園林工程,2007(7):22-24.

[6].趙杭美,由文輝.濱岸緩沖帶在河道生態(tài)修復中的應用研究[J]..環(huán)境科學與技術(shù),2008,31(4):116-122.

[7].胡順敏.城市濱河區(qū)生態(tài)駁岸設計[J]..科技信息,2011(3):330,362.

[8].段瑛,段勤讓.濱河城市河道生態(tài)建設淺談 [J]..陜西水利,2011(B06):137-138.

[9].吳佳文,滕險峰,徐小勇.北方城市河道生態(tài)環(huán)境問題與對策[J]..東北水利水電,2009,27(5):53-54,63.

[10].劉昌明,寶輝,宋進喜.河道內(nèi)生態(tài)需水量估算的生態(tài)水力半徑法 [J]..自然科學進展,2007,17(1):42-48.

[11].韓玉玲,岳春雷,葉碎高,等.河道生態(tài)建設—植物措施應用技術(shù) [M]..北京:中國水利水電出版社,2009.

[12].童國璋,葉旭紅.生態(tài)浮島技術(shù)概述及應用前景 [J]..江西科學,2010,28(4):470-472,486.