生態(tài)化設(shè)計(jì)在河道治理中的運(yùn)用探討

陳朋　胡安強(qiáng)　申云香

摘要 針對(duì)傳統(tǒng)河道治理方式存在的理念落后、結(jié)構(gòu)單一、生態(tài)缺失、功能不足等問題，提出了基于生態(tài)理念的河道治理概念和原則。結(jié)合山東省的實(shí)際情況，以恢復(fù)河道生態(tài)功能、改善水體環(huán)境為目標(biāo)，從河道平面設(shè)計(jì)、河道斷面設(shè)計(jì)、生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)、水體修復(fù)等方面對(duì)生態(tài)河道的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 河道治理；生態(tài)化設(shè)計(jì)；生態(tài)修復(fù)

中圖分類號(hào) TV85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）15-0159-02

Abstract Aiming at the problems such as backward idea，single structure，lack of ecology，lack of function and so on，concepts and principles of river regulation based on the ecological idea were proposed. Combing with the reality of Shandong Province，in order to restore ecological function and improve water environment，the techniques of ecological river design were discussed from these aspects such as river plane design，river section design，ecological revetment design and water restoration.

Key words river regulation；ecological design；ecological remediation

近年來，隨著現(xiàn)代水利學(xué)及生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)觀念已經(jīng)漸入主流，深入人心。河道治理，即把河流當(dāng)作生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分對(duì)待，不能把河流從自然系統(tǒng)中剝離出來單獨(dú)進(jìn)行人工化設(shè)計(jì)。人們已經(jīng)充分意識(shí)到河道治理既要符合水利工程學(xué)原理，又要符合生態(tài)學(xué)原理。建設(shè)生態(tài)型河道，應(yīng)該統(tǒng)籌考慮水利與環(huán)境的關(guān)系，探尋有效的河道治理模式，這對(duì)改善河流生態(tài)、實(shí)現(xiàn)河流可持續(xù)健康發(fā)展具有重要的意義。

本文分析了傳統(tǒng)河道治理方式存在的問題，提出了基于生態(tài)理念的河道治理思路，并結(jié)合個(gè)人工作實(shí)踐和山東省實(shí)際，就如何在規(guī)劃設(shè)計(jì)中貫徹生態(tài)理念、提升生態(tài)設(shè)計(jì)水平進(jìn)行了初步探討，以期為山東省生態(tài)河道建設(shè)提供參考。

1 傳統(tǒng)河道治理方式存在的主要問題

目前，我國河道治理的重點(diǎn)大多集中在如何提高防洪除澇能力和供水水平等水利功能上，缺乏對(duì)河道生態(tài)系統(tǒng)自然屬性的思考，引發(fā)了許多問題，也出現(xiàn)了許多治理效果不理想而重復(fù)建設(shè)的狀況。傳統(tǒng)河道治理方式存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 片面強(qiáng)調(diào)水利功能，忽視生態(tài)功能

人們?cè)诮鉀Q河道問題時(shí)，多以防洪為名，進(jìn)行人工化的整治和景觀建設(shè)。改造過的河道，河堤采用混凝土、漿砌石等硬質(zhì)材料，表面上滿足了防洪要求，但是阻礙了植物生長，破壞了河道生態(tài)系統(tǒng)的生物鏈，威脅到了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安全。在城市建設(shè)中，為了追求更多的建設(shè)用地，往往出現(xiàn)占用河道、河岸帶地表硬化、護(hù)岸硬質(zhì)襯砌的現(xiàn)象，剝奪了生物本來就十分有限的生存空間，難以維持河流的長久健康發(fā)展。

1.2 河道結(jié)構(gòu)過于簡單，設(shè)計(jì)手段滯后

在河道治理過程中，設(shè)計(jì)人員可以運(yùn)用的設(shè)計(jì)手段明顯滯后，許多工程都是模塊化設(shè)計(jì)、“一刀切”設(shè)計(jì)，導(dǎo)致治理后的河道結(jié)構(gòu)單一化、簡單化，引起河道生態(tài)系統(tǒng)的破壞。比如平面上“裁彎取直”的設(shè)計(jì)理念前期一直是設(shè)計(jì)主流，人為把河流自然彎曲形狀改變成直線，改變了主流、淺灘和急流相間的格局；斷面上又將河床改造成輸水性能好又便于施工的梯形斷面；護(hù)岸采用硬質(zhì)護(hù)岸等封閉性設(shè)計(jì)，盡管可以獲得很好的防洪效果，但對(duì)河道生境卻往往造成致命性的破壞。

1.3 重視河道內(nèi)部治理，忽視內(nèi)外聯(lián)系

從內(nèi)部來看，河道是一個(gè)完整的條帶形生態(tài)系統(tǒng)，具有豐富的生物種群，信息傳遞及物質(zhì)與能量交換通過復(fù)雜的食物鏈在各種生物種群間進(jìn)行，以保持系統(tǒng)內(nèi)生物種群的動(dòng)態(tài)平衡。從河道與外部的關(guān)系來看，通過雨水徑流、物種遷移等的相互作用，河道生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)間進(jìn)行著復(fù)雜的信息、能量、物質(zhì)交換。在以往的河道治理中，往往著眼河道內(nèi)部的整灘疏浚、河水?dāng)r蓄等建設(shè)，忽視河道上游、下游之間以及河道與外部環(huán)境之間的內(nèi)外聯(lián)系。如修建堤防可能切斷原有外部水系與河道的連通，造成生物通道的阻斷；又如建壩蓄水，造成上游、下游地下水位的改變，引起諸如河道兩側(cè)土地鹽漬化等生態(tài)退化問題，而這些往往在河道治理過程中被忽視。

1.4 注重工程自身建設(shè)，忽視水體修復(fù)

河道治理工程大多是由水利部門主導(dǎo)的建設(shè)工程，其工程建設(shè)目標(biāo)往往放在改善河道水利功能上。隨著人類產(chǎn)生的廢水、污水排放量的與日劇增以及農(nóng)業(yè)面源污染的擴(kuò)大，由外部匯入河道的污染物日漸增多，而河道的環(huán)境容量是有限的，超過河道的納污能力就極易引發(fā)水體富營養(yǎng)化、水體自凈能力降低等問題，造成河道生態(tài)系統(tǒng)失衡。水利規(guī)劃設(shè)計(jì)人員在水利工程設(shè)計(jì)上有自己的專業(yè)優(yōu)勢，但在水體修復(fù)、水質(zhì)凈化、植物配置等專業(yè)方面的知識(shí)水平往往不高，甚至是欠缺的。

2 基于生態(tài)理念的河道治理思路

2.1 河道生態(tài)治理的內(nèi)涵

多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，生態(tài)河道治理是指在保證河道安全的前提下，通過建設(shè)生態(tài)河床和生態(tài)護(hù)岸等工程技術(shù)手段，重塑一個(gè)相對(duì)自然穩(wěn)定和健康開放的河流生態(tài)系統(tǒng)，能長期維持河道生物多樣性和生態(tài)平衡，最終構(gòu)建一個(gè)人水和諧的理想環(huán)境[1]。本文認(rèn)為，在河道治理中貫徹生態(tài)理念，其目標(biāo)就是采用最低限度的人工措施，以最小的投入恢復(fù)河道自然狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)河道功能的最大化，即實(shí)現(xiàn)防洪、供水、生態(tài)、景觀、文化等功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。生態(tài)河道應(yīng)既能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的基本需求，又能營造良好的生物群落結(jié)構(gòu)，并能依靠河道自身的生態(tài)系統(tǒng)來自凈水體、修復(fù)與改善水環(huán)境，維持河道可持續(xù)良性循環(huán)。endprint

2.2 河道生態(tài)化設(shè)計(jì)遵循的原則

生態(tài)河道應(yīng)具備形態(tài)自然、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生態(tài)系統(tǒng)完整、生物多樣性豐富、自我調(diào)節(jié)、服務(wù)功能全面等特征。因此，河道生態(tài)化治理，在滿足防洪興利等水利功能的基礎(chǔ)上，還應(yīng)遵循以下三大原則[2]。

2.2.1 保持自然風(fēng)貌原則。河道生態(tài)治理的基礎(chǔ)是尊重自然。進(jìn)行河道生態(tài)治理，首先要盡量維持河流的原始自然風(fēng)貌，如河流蜿蜒程度、縱向坡度、地表植被、水系連通情況等，在保護(hù)的前提下進(jìn)行工程建設(shè)等開發(fā)活動(dòng)。通過實(shí)施最小干預(yù)，實(shí)現(xiàn)最大效益。

2.2.2 保護(hù)生態(tài)環(huán)境原則。在河道生態(tài)治理中必須走保護(hù)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展道路。通過增加河道水面與兩岸的面積，保證足夠的水體容量、水面率和生態(tài)基流，使水體能夠循環(huán)流通；通過改善河道空間異質(zhì)性和生態(tài)系統(tǒng)連通性，豐富生物多樣性；通過保留或恢復(fù)濕地、河灣、急流和淺灘，建設(shè)防護(hù)林、引鳥林、生態(tài)孤島等，為本土的水生、陸生植物和魚類及鳥類的棲息繁衍提供條件。

2.2.3 恢復(fù)河道服務(wù)功能原則。河道不僅僅具有行洪、排澇、供水、航運(yùn)等功能，同時(shí)還應(yīng)具有改善生態(tài)環(huán)境、自凈水體與體現(xiàn)城市歷史、文化底蘊(yùn)等功能。在河道生態(tài)治理之中融入多學(xué)科（生態(tài)學(xué)、規(guī)劃學(xué)、園林學(xué)、環(huán)境學(xué)、景觀學(xué)等），使治理后的河流生態(tài)系統(tǒng)與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，將一般水利工程轉(zhuǎn)變成綜合性生態(tài)工程。

3 河道生態(tài)化設(shè)計(jì)的方法

我國的生態(tài)河道建設(shè)尚處于起步階段，河道的生態(tài)化設(shè)計(jì)還缺乏系統(tǒng)、科學(xué)、統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。本文從河道平面設(shè)計(jì)、斷面設(shè)計(jì)、生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)和水體修復(fù)設(shè)計(jì)4個(gè)方面進(jìn)行了初步探討。

3.1 河道平面設(shè)計(jì)

河道平面設(shè)計(jì)，從總圖上看，就是要保持河道自然蜿蜒曲折的特點(diǎn)， 使其線形柔和化，摒棄順直化等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手法。設(shè)計(jì)中泓線通常與現(xiàn)狀河道中心線走向基本一致，局部根據(jù)河道走勢和地形微調(diào)，宜彎則彎；盡量保留天然的河流輪廓，盡可能保留大的水面，有條件的可建設(shè)河道灘地，宜寬則寬；河流匯入口宜建設(shè)沙洲、生態(tài)孤島，形成受外界干擾小的孤立生境，可豐富生物多樣性；城市河道由于受用地制約較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)緊密結(jié)合市政建設(shè)和城市規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整，酌情修改河道線形，使之盡量貼近道路，同時(shí)規(guī)劃一定的親水空間與平臺(tái)，以形成濱河景觀和天然防護(hù)帶。此外，還應(yīng)注意河道與外部水系的聯(lián)系，如與河道周邊坑塘、洼地等的連通，預(yù)留生物廊道，形成開放性的系統(tǒng)。

3.2 河道斷面設(shè)計(jì)

河道斷面類型可分為規(guī)則斷面和不規(guī)則斷面2類，規(guī)則斷面又包括矩形斷面、梯形斷面和復(fù)式斷面3種形式。

矩形斷面的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，在城市河道中被廣泛采用，且往往采用高駁坎的硬質(zhì)護(hù)岸形式，隔絕了水生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系。此類河道的生態(tài)化設(shè)計(jì)可以采用自嵌式生態(tài)擋墻等滲透性材料為主的工藝，恢復(fù)河道內(nèi)外物質(zhì)交換聯(lián)系。河道內(nèi)部還可通過構(gòu)建魚巢和水生植物種植槽，豐富生物棲息地。梯形斷面結(jié)構(gòu)簡單，是鄉(xiāng)村河道治理中常用的斷面形式，它解決了水陸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性問題，有利于生物的生存繁殖，但是親水性較差，不利于景觀布置，且非汛期水量不足時(shí)，易造成河道干枯斷流。復(fù)式斷面在常水位以下采用矩形或者梯形斷面，在常水位以上設(shè)置緩坡或二級(jí)護(hù)岸，既滿足了洪水時(shí)泄洪的要求，又解決了常水位時(shí)親水性的問題，且為濱水區(qū)的景觀設(shè)計(jì)提供了空間，適合于河灘開闊的河道。不規(guī)則斷面指的是維持河道斷面原有的自然形態(tài)，同一斷面可以高低不平、深淺不一，改變一刀切的平整化的斷面形式。河道斷面生態(tài)化設(shè)計(jì)中推薦采用復(fù)式斷面和不規(guī)則斷面。

3.3 生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)

河道治理可以采用人工生態(tài)護(hù)岸和自然生態(tài)護(hù)岸2種形式。人工生態(tài)護(hù)岸主要針對(duì)城市河道，用于解決河坡坍塌和打造濱河景觀。自然生態(tài)護(hù)岸通常利用植物來實(shí)現(xiàn)固土、防治水土流失和改善生態(tài)環(huán)境的目的。自然生態(tài)護(hù)岸適用于鄉(xiāng)村河道等河道較寬的情況，設(shè)計(jì)應(yīng)以草皮護(hù)坡及濱水帶植被恢復(fù)為主；對(duì)于流速較大、沖刷嚴(yán)重且兩岸間距較窄的河道，可采用人工生態(tài)護(hù)岸，如聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡等，多使用自然、通透性的材料，減少封閉式的剛性結(jié)構(gòu)，不僅能減輕水流沖蝕，還能實(shí)現(xiàn)河道內(nèi)外的滲透互補(bǔ)，并為動(dòng)植物生長繁殖提供場所。

3.4 生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

采取生態(tài)修復(fù)技術(shù)改善水體環(huán)境，是生態(tài)河道建設(shè)的重要內(nèi)容。河流水體生態(tài)修復(fù)指利用物理、化學(xué)和生物的方法，使水體恢復(fù)到原有生態(tài)功能的過程。河道的生態(tài)修復(fù)技術(shù)以生物修復(fù)為主，主要包括生物填料技術(shù)、人工濕地技術(shù)、生物浮島技術(shù)等[3]。

3.4.1 生物填料技術(shù)。將比表面積較大的礫石、卵石等天然材料或纖維、塑料等人工合成的接觸材料作為填料，人為布置在河床中，以促使生物聚集生長而形成生物膜，吸附降解水體污染物，達(dá)到凈化水體的目的。目前已經(jīng)有多種成熟的生物填料技術(shù)應(yīng)用于河道水體修復(fù)，如生物飄帶[4]、生物沉床等，既不占地，又不影響景觀，對(duì)水體污染較重的河段，可采取此方法進(jìn)行治理。

3.4.2 人工濕地技術(shù)。濕地能夠充分利用土壤和填料的吸附及水生動(dòng)物、植物、微生物的吸收和代謝作用降解污染物，具有凈化水體的功能。同時(shí)，濕地既可以為植物生長和水生生物、陸生生物的棲息創(chuàng)造良好的生存條件，又能營造靚麗的風(fēng)景。在河道治理設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注重發(fā)揮濕地的作用。濕地的建設(shè)形式包括自然濕地、工程濕地、生產(chǎn)濕地以及濕地公園等，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分利用河道濱水帶空間，增加水陸過渡帶范圍，強(qiáng)化植物配置，為濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，發(fā)揮濕地調(diào)蓄洪水、凈化水體以及保護(hù)生物多樣性等功能。

3.4.3 生態(tài)補(bǔ)水設(shè)計(jì)。山東省水資源短缺，且河流受季節(jié)影響較大，如果沒有攔蓄設(shè)施，非汛期常常缺水甚至斷流。適時(shí)從其他河流或上游水庫調(diào)水、補(bǔ)水，維持河道生態(tài)基流，對(duì)促進(jìn)水生物、微生物、植物的數(shù)量和種類穩(wěn)定，以及修復(fù)水體環(huán)境具有重要意義。在河道治理設(shè)計(jì)中，一方面應(yīng)該有規(guī)劃地建設(shè)攔蓄設(shè)施，另一方面可以考慮利用污水處理廠排水等非常規(guī)水源，保證河道生態(tài)基流，維護(hù)河道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.4.4 生物浮島技術(shù)。生物浮島是借鑒天然島嶼的生態(tài)作用原理，采用綠化和漂浮技術(shù)相結(jié)合，在人造浮體上種植植物從而形成人工島，島上的植物可以為鳥類提供休息和筑巢場所，下部植物根系可為水生生物提供生存環(huán)境，同時(shí)還能夠吸收降解污染物。生物浮島能夠適應(yīng)水位變化，還可以形成一定的景觀，適用于污染河道的原位治理。生態(tài)浮島上的植物可以選用再力花、美人蕉等，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)維護(hù)管理，以促進(jìn)其發(fā)揮效益。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)水平的逐步提高，人們對(duì)河道治理必然會(huì)提出越來越高的要求。運(yùn)用生態(tài)設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)化生態(tài)設(shè)計(jì)手段，建設(shè)生態(tài)型河道，是實(shí)施“生態(tài)山東”戰(zhàn)略的必然要求，也是建設(shè)水生態(tài)文明社會(huì)的必然趨勢。只有充分貫徹生態(tài)設(shè)計(jì)理念，才能實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的重塑和自我修復(fù)，促進(jìn)河流生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展與良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)人水和諧的美好愿景。

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