城市河道整治控制要素及生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)探討

任賀靖

（上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200061）

城市河流在城市形成和發(fā)展過(guò)程中具有重要的地位和作用，作為重要的資源和環(huán)境載體，直接影響著城市的生存與發(fā)展。然而，隨著城市化進(jìn)程的加快，土地開發(fā)建設(shè)與水爭(zhēng)地的矛盾日益突出，河網(wǎng)密度、河流長(zhǎng)度及水系彎曲度均減小，使本來(lái)連通的水系遭到嚴(yán)重破壞，嚴(yán)重威脅著水生態(tài)系統(tǒng)［1］。與此同時(shí)，人們對(duì)城市河流進(jìn)行了多目標(biāo)、全方位、大規(guī)模、高頻次的干預(yù)，如裁彎取直、河道橫斷面幾何規(guī)則化、河床材料的硬質(zhì)化等工程措施，使得水體流速加快、底質(zhì)單純化，致使大多數(shù)原生動(dòng)植物無(wú)法生存［2］。

隨著經(jīng)濟(jì)和生活水平的提高，人們對(duì)河道整治提出了新的要求，不僅需要與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)的河道景觀，而且需要河水清澈見底、魚蝦洄游、水草茂盛的自然生態(tài)景觀［3］。因此，根據(jù)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)河道整治提出的新要求，在充分吸收國(guó)內(nèi)、外河道整治及生態(tài)修復(fù)方面經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析河道整治的控制要素。

1 河道整治控制基本要素

1.1 水網(wǎng)密度

合理的水網(wǎng)密度不僅有利于城市防洪排澇，更有著改善城市水環(huán)境、調(diào)節(jié)城市小氣候、增加生物多樣性等多種生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。因此，在城市河道綜合整治中必須明確水網(wǎng)密度值，確保水系結(jié)構(gòu)不致過(guò)于簡(jiǎn)單，保障河流生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。水網(wǎng)密度的確定可以參考《生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)定》選用水網(wǎng)密度指數(shù)［4］，該指數(shù)用于反映被評(píng)價(jià)區(qū)域水的豐富程度，指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)河流總長(zhǎng)度、水域面積和水資源量占被評(píng)價(jià)區(qū)域面積的比重。

1.2 水面率

保持一定的水面率對(duì)于城市的防洪排澇建設(shè)、河流生態(tài)功能及景觀效應(yīng)等都具有重要的意義。各地因所處的地理位置、水文條件各異，適宜的水面率也各不相同，而水面率的定量計(jì)算是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目前河道的生態(tài)、景觀等功能因國(guó)家和地方缺乏相應(yīng)的規(guī)范難以定量計(jì)算，故選擇國(guó)家和地方均有明確規(guī)范的河道排澇排水要求作為水面率計(jì)算的依據(jù)［5］。

1.3 水位控制

水位控制對(duì)于城市防洪、通航、水上活動(dòng)和濱水景觀至關(guān)重要，城市中可以通過(guò)建設(shè)水閘調(diào)節(jié)水位，修壩以蓄水，通過(guò)蓄、排手段讓河水保持在適當(dāng)?shù)乃簧捣葍?nèi)。河道整治中應(yīng)明確水位控制的要求并提出水位控制的方法和措施，使高、低水位的高差控制在1m之內(nèi)，河、湖的常水位與岸線地面高差控制在0.3～0.8m為佳，使常水位時(shí)手腳能觸及水，高水位時(shí)水不漫上岸，低水位亦可通過(guò)3、5級(jí)石階接觸到水面［6］。

1.4 水體最低流速

引江濟(jì)太的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，受水區(qū)水體流動(dòng)速度加快、水量增加，水體的稀釋和自凈能力提高，水體水質(zhì)明顯改善，因此水的流動(dòng)性對(duì)于維持水體的正常功能具有重要意義。當(dāng)水體流速達(dá)到0.09m/s時(shí)，就不會(huì)孳生蚊蠅。在城市水體中，由于受人為影響和地形的限制，水流速度一般不會(huì)很大，通常選擇0.1m/s作為河道水體最低流速的參考值。

2 斷面形式選擇

為維護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)不同的河道功能要求采用不同的斷面形式。河道的斷面形式主要有U型、梯型、矩型及復(fù)式斷面［7］，其中U型斷面是最原始的斷面形式；梯型斷面是城市中比較常見的一種人工開挖的斷面形式，當(dāng)河道洪水位和枯水位相差較大時(shí)，景觀效果較差，影響城市的總體景觀；矩型斷面在用地緊張的城市中最為常見，但該斷面護(hù)岸均為硬質(zhì)化；復(fù)式斷面是城市河道中較為理想的斷面形式，主河槽采用較小的寬度，保證枯水期有一定的水深，主河槽兩岸的灘地在洪水期間行洪，平時(shí)則成為城市中理想的開敞空間，具有很好的親水性和臨水性，該種斷面不僅考慮了洪水期過(guò)流量大的要求，而且又能適應(yīng)枯水期流量小的特點(diǎn)。

3 河道護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式

為了防止洪水對(duì)河岸的沖刷，保證岸坡及防洪堤腳的穩(wěn)定，通常對(duì)河道的岸坡采用護(hù)岸工程進(jìn)行保護(hù)。河道護(hù)岸主要有硬質(zhì)型護(hù)岸和生態(tài)型護(hù)岸兩種形式。護(hù)岸形式的選用應(yīng)綜合考慮防洪要求和景觀生態(tài)要求，做到既能保證河道防洪安全，又能促使濱水區(qū)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

3.1 硬質(zhì)型護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式及其影響

常見的硬質(zhì)型護(hù)岸主要有漿砌石或干砌石護(hù)岸、現(xiàn)澆或預(yù)制混凝土護(hù)岸及土工模袋混凝土護(hù)岸等［8］。硬質(zhì)型護(hù)岸主要考慮的是河道行洪、排澇、蓄水、航運(yùn)等基本功能，因此護(hù)岸結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單且坡面比較光滑、堅(jiān)硬。

由于硬質(zhì)型護(hù)岸破壞了水土之間相互作用的通道，隔斷了水土之間的聯(lián)系，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了許多不利的影響［4］。如漿砌石、混凝土砌塊等形式的坡面一般都很光滑，魚類、兩棲類、昆蟲類等與人類生存息息相關(guān)的動(dòng)物和微生物失去了棲息、繁衍和避難的場(chǎng)所，各種水生植物也失去了生存的空間，水體的自凈能力也被大大削弱；硬質(zhì)型護(hù)岸的坡面上幾乎無(wú)法生長(zhǎng)植被，使陸地與水體之間失去了一道天然屏障，來(lái)自面源污染源的污染物很容易進(jìn)入水體，進(jìn)一步加重了水體的污染負(fù)荷；此外，硬質(zhì)型護(hù)岸人工痕跡過(guò)于明顯，與當(dāng)前人類“回歸自然、返樸歸真”的觀念相違背，對(duì)周圍氣候環(huán)境、城市景觀環(huán)境及人類感觀等均產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.2 生態(tài)型護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式內(nèi)涵

大多數(shù)人認(rèn)為在邊坡上種植植物就是生態(tài)護(hù)岸，而真正意義上的生態(tài)護(hù)岸應(yīng)是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，不僅包括植物，還包括動(dòng)物及微生物，系統(tǒng)內(nèi)部之間及系統(tǒng)與相鄰系統(tǒng)（如河流生態(tài)系統(tǒng)、陸地生態(tài)系統(tǒng)等）間均發(fā)生著物質(zhì)、能量和信息的交換，具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性。

生態(tài)護(hù)岸應(yīng)在保證邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，以營(yíng)造邊坡的生物多樣性為目標(biāo)，在水、土、生物之間形成物質(zhì)、信息和能量的循環(huán)體系，通過(guò)良性的循環(huán)，進(jìn)行自組織和自我修復(fù)，使護(hù)岸不僅具有景觀效果，還能修復(fù)受污染的河流水體，提高河流的自凈能力，從而為城市河流生態(tài)系統(tǒng)的健康提供保障。因此，生態(tài)型護(hù)岸的內(nèi)涵應(yīng)是基于現(xiàn)代水利工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)、工程力學(xué)、生物科學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)等學(xué)科的基本原理，利用植物與工程材料相結(jié)合，在邊坡上構(gòu)建具有生態(tài)功能的護(hù)岸系統(tǒng)，通過(guò)生態(tài)工程的自支撐、自組織與自我修復(fù)等功能，實(shí)現(xiàn)邊坡的抗沖蝕、抗滑動(dòng)和生態(tài)恢復(fù)，以達(dá)到減少水土流失，維持坡面植物生存環(huán)境提高坡面動(dòng)物和微生物棲息地的質(zhì)量，營(yíng)造生物多樣性，提高河流自凈能力，改善人居環(huán)境等目的［9］。

3.2.1 生態(tài)型護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式

3.2.1.1 植物型護(hù)岸

植物型護(hù)岸是江河湖庫(kù)生態(tài)型護(hù)岸中比較重要的一種形式，如竹林、水杉護(hù)岸等。充分利用護(hù)岸植物的發(fā)達(dá)根系，茂密的枝葉及水生護(hù)岸植物的凈化能力，既可以達(dá)到固土保沙、防止水土流失的目的，又可以增強(qiáng)水體的自凈能力。同時(shí)，岸坡上的植物所形成的綠色走廊還能改善周圍的生態(tài)環(huán)境，為人類營(yíng)造一個(gè)美麗、安全、舒適的活動(dòng)空間。

3.2.1.2 動(dòng)物型護(hù)岸

動(dòng)物型護(hù)岸是通過(guò)對(duì)螢火蟲、蜻蜓等昆蟲類和魚類生理特性和生活習(xí)性的研究而為其專門設(shè)計(jì)的護(hù)岸。該護(hù)岸結(jié)構(gòu)有利于提高生物的多樣性，同時(shí)，也為人類休憩、親近大自然提供良好的場(chǎng)所［10］。

圖1 螢火蟲護(hù)岸

（1）螢火蟲護(hù)岸。螢火蟲護(hù)岸是通過(guò)對(duì)螢火蟲生理特性和生活習(xí)性的連續(xù)性研究，得出最適宜螢火蟲生存的環(huán)境條件，再將其與護(hù)岸構(gòu)建結(jié)合起來(lái)的一種新型護(hù)岸技術(shù)。螢火蟲在水中生活時(shí)對(duì)水流速的要求是30cm/s以下，因此，在構(gòu)建時(shí)一般采用蛇形低水護(hù)岸，蛇形可減緩水流流速；坡腳可用木樁加固，其粗糙的表面可為水生生物的棲息提供有利的場(chǎng)所；低水位坡面部分采用石頭堆積、石縫間可種植螢火蟲喜愛的水芹、艾蒿、垂柳等水生植物；高水位坡面部分可采用卵石壘砌，卵石是螢火蟲最鐘愛的水上棲息地，如圖1所示。該護(hù)岸結(jié)構(gòu)充分考慮了螢火蟲的生存環(huán)境，也為其他動(dòng)物和水生生物營(yíng)造出了舒適的環(huán)境條件。同時(shí)，護(hù)岸上動(dòng)物、植物交相輝映的場(chǎng)景也可成為城市亮麗的風(fēng)景線。

（2）魚巢護(hù)岸。 魚巢護(hù)岸結(jié)構(gòu)以營(yíng)造魚類的棲息環(huán)境為護(hù)岸構(gòu)建考慮的主要因素。在護(hù)岸材料上選用魚類喜歡的木材、石材等天然材料，以及專為魚類棲息而發(fā)明的魚巢磚和預(yù)制混凝土魚巢等人工材料，這些材料的使用可在水中造成不同的流速帶，形成水的紊流，增加水中的溶解氧，有利于魚類和其他好氧生物的生存，既能保證護(hù)岸的穩(wěn)定性，又能為魚類提供棲息和繁衍的場(chǎng)所。魚巢護(hù)岸斷面如圖2所示。該護(hù)岸結(jié)構(gòu)有利于增加河流生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，提高水體的自凈能力，碧波蕩漾、魚兒歡娛的場(chǎng)景也滿足了景觀要求。

（3）木材護(hù)岸。木材護(hù)岸采用各種伐木材為主要護(hù)岸材料。木材可根據(jù)需要制成各種形狀，一般與石材搭配以增強(qiáng)岸坡的穩(wěn)定性。此外，木材粗糙的表面可附著大量的微生物，起到凈化水質(zhì)的作用。木材護(hù)岸斷面圖3。

圖2 魚巢結(jié)構(gòu)斷面

圖3 木材護(hù)岸斷面

（4）石材護(hù)岸。石材是大自然中存在最多的天然材料，在護(hù)岸工程中，石頭可以無(wú)規(guī)則地堆放，也可以有規(guī)則的堆砌，可以放置在石籠中再堆砌，也可以與水泥混凝土混合壘砌。石材護(hù)岸具有成本低廉、來(lái)源廣泛、抗沖刷能力強(qiáng)、經(jīng)久耐用的特點(diǎn)。此外，其粗糙的表面還可為微生物提供附著場(chǎng)所，石與石之間也可為水生植物和魚兒等水生動(dòng)物提供生存、棲息的空間。

（5）蜂巢格網(wǎng)護(hù)岸。蜂巢擋墻和蜂巢護(hù)墊是由六邊型機(jī)將網(wǎng)線編織成蜂巢格網(wǎng)，格網(wǎng)內(nèi)填充石頭，再按照工程要求壘砌而成的結(jié)構(gòu)。蜂巢格網(wǎng)采用的鋼絲由錘煉過(guò)且經(jīng)過(guò)熱鍍鋅的軟鋼制成，并由機(jī)器編成雙絞、六邊網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，格網(wǎng)內(nèi)填充適當(dāng)尺寸的毛石或剛從采石場(chǎng)取得的粗石。該種護(hù)岸在歐美國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)部分地區(qū)也進(jìn)行了嘗試，正在逐步推廣。

（6）臺(tái)階型混合式護(hù)岸。在水位多變的濱水區(qū)域，在自然型護(hù)堤的基礎(chǔ)上，依據(jù)當(dāng)?shù)厮蛔兓膶?shí)際情況可以建設(shè)梯級(jí)型護(hù)岸，使用鋼筋混凝土等高強(qiáng)度材料，制成箱形框架，并在其中投入石塊、泥土，種植水楊等，形成較好的植被景觀［11］。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代城市河道整治建設(shè)中，河道景觀的建設(shè)及水生態(tài)的修復(fù)已成為行政管理部門和普通市民的共識(shí)，這不僅需要水利工程學(xué)與城市規(guī)劃學(xué)、園林學(xué)相結(jié)合，還需要運(yùn)用環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)及生物科學(xué)的理論和方法，多吸取國(guó)外城市河道生態(tài)建設(shè)的有益經(jīng)驗(yàn)，才能達(dá)到生態(tài)恢復(fù)和重建的效果，從而保持城市生態(tài)系統(tǒng)的健康，促進(jìn)城市人口、資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)、有序、可持續(xù)的發(fā)展。

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