十堰市神定河城市段河道景觀生態(tài)修復(fù)技術(shù)?

宋 俊 張德順 李科科 有祥亮

1 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 上海 200092

2 上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院 上海 200232

眾多城市依河而建,河流成為影響城市發(fā)展的重要因素之一,是政治、經(jīng)濟(jì)、文化多方面的綜合載體[1]。近年來(lái),隨著生產(chǎn)力的發(fā)展與城市化進(jìn)程的推進(jìn),排污、開(kāi)墾、工程建設(shè)使城市河流水生生物多樣性下降,水生生態(tài)系統(tǒng)退化,其結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致自我調(diào)節(jié)能力下降、功能減退,對(duì)社會(huì)、景觀、生態(tài)產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響,河道生態(tài)修復(fù)成為了日益突出的專業(yè)課題。改善水環(huán)境、提升景觀質(zhì)量、完善生態(tài)系統(tǒng)成為城市河道改造的重要內(nèi)容。生態(tài)修復(fù)技術(shù)作為融合風(fēng)景園林與生態(tài)的交叉工程是城市河道治理的重要手段。

國(guó)外對(duì)于河道生態(tài)治理方面的研究和實(shí)踐相對(duì)較早,1938年德國(guó)著名學(xué)者塞弗特(Seifert)[2]提出了“近自然河溪整治”(Near Natural Torrent Control)的概念,認(rèn)為應(yīng)該盡量使河流治理接近自然園林的效果。19世紀(jì)50年代德國(guó)學(xué)者又創(chuàng)立了“近自然河道治理工程學(xué)”[3],為早期河流生態(tài)治理提供了重要的理論支撐。19世紀(jì)60、70年代,奧德姆(Odum E.P.)[4]第1次提出生態(tài)工程方法(Ecological Engineering Methods)的概念,主張將生物學(xué)和生態(tài)學(xué)有關(guān)原理、技術(shù)手段應(yīng)用在解決環(huán)境問(wèn)題的過(guò)程中。19世紀(jì)90年代,有學(xué)者在生態(tài)工程的基礎(chǔ)上提出了生態(tài)護(hù)坡的概念,建議綜合采用植物、土木工程以及一些對(duì)環(huán)境危害較小的材料對(duì)坡體進(jìn)行穩(wěn)定,從而達(dá)到減少坡面水土流失、調(diào)節(jié)土壤水文的作用。相比國(guó)外,我國(guó)相關(guān)方面的研究起步較晚。董哲仁[5]在2003年提出“生態(tài)水工學(xué)”(Eco-Hydraulic Engineering)的概念,建議在利用水資源的同時(shí)需要注意不能破壞生態(tài)系統(tǒng)。此后,國(guó)內(nèi)一些學(xué)者相繼開(kāi)展了關(guān)于生態(tài)修復(fù)工程的理論和技術(shù)運(yùn)用研究。全國(guó)不少省市地區(qū)也在城市河道景觀生態(tài)治理方面積累了許多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),其中比較有代表性的包括上海辰山植物園水體生態(tài)修復(fù)與水質(zhì)維系工程、杭州市長(zhǎng)橋溪水生態(tài)修復(fù)濕地公園工程設(shè)計(jì)、北京市轉(zhuǎn)河的河道景觀整治修復(fù)工程、合肥市環(huán)城公園改造工程等優(yōu)秀案例；常見(jiàn)的城市河道景觀生態(tài)修復(fù)技術(shù)有種植水生植物、河床空間改造、河岸生態(tài)改造等。

1 神定河概況

1.1 流域概況

神定河位于湖北省十堰市城區(qū)中部,發(fā)源于茅箭區(qū)大川鎮(zhèn)老龍埡,上游主要是百二河、巖洞溝兩個(gè)水庫(kù)和牛頭山森林公園,神定河自西南向東北流經(jīng)十堰市茅箭區(qū)和張灣區(qū),在鄖縣茶店鎮(zhèn)王二溝流入丹江口水庫(kù),是漢江中游的重要支流[6]。神定河全長(zhǎng)53.3 km,流域面積270 km2,河流兩岸常住人口約60萬(wàn)。神定河多由山溪匯集而成,昔日山洪暴發(fā)時(shí),河水猛漲,只有祈禱神靈來(lái)安定,故名神定河[7]。

該生態(tài)修復(fù)方案涉及河道總長(zhǎng)度7 137 m,起點(diǎn)為張灣區(qū)八畝地,終點(diǎn)為張灣區(qū)與鄖縣交界處。河道整體分為3個(gè)區(qū)段:OA區(qū)段,起點(diǎn)O(張灣八畝地)至A(十堰公交站),長(zhǎng)2 437 m；AB區(qū)段,A(十堰公交站)至B(龍?zhí)稙?,長(zhǎng)2 025 m；BC區(qū)段,B(龍?zhí)稙?至終點(diǎn)C(張灣區(qū)與鄖縣交界處),長(zhǎng)2 675 m。在充分考慮科學(xué)性、功能性、經(jīng)濟(jì)性和藝術(shù)性的前提下,合理選擇園林治理工程或工程組合模式。治理過(guò)程中為保證神定河行洪安全,確定河道藍(lán)線范圍60 m左右,局部開(kāi)闊地帶可進(jìn)行拓寬。河道藍(lán)線范圍內(nèi)的河道總面積為37.69 hm2。

1.2 問(wèn)題分析

1)降水量少納污量大。神定河流域降雨受季風(fēng)影響,豐水期枯水期交替頻繁,年降水主要集中在4—10月,該階段降水量占全年降水量約85.1%,年內(nèi)降水分布不均。神定河流域多年平均降水量為842.7 mm,降水量較少且受到上游水庫(kù)的攔截,導(dǎo)致神定河來(lái)水量較少。神定河接納了十堰城區(qū)主要的生活污水、工業(yè)廢水、城市面源污染等,納污量巨大且成分復(fù)雜。接納城區(qū)生活污水量為2 784萬(wàn)t/a,占十堰主城區(qū)總生活污水的79.45%；接納工業(yè)廢水量為1 054萬(wàn)t/a,占十堰主城區(qū)總工業(yè)廢水的64.4%[8]。

2)工程化建設(shè)及土地利用過(guò)度。神定河上游建設(shè)了大大小小的水庫(kù),在早期的項(xiàng)目建設(shè)中,生態(tài)和景觀沒(méi)得到有效重視,水系的循環(huán)系統(tǒng)受到破壞,導(dǎo)致水體生態(tài)失衡。另外,城市不斷擴(kuò)張,河道堵塞和侵占的現(xiàn)象司空見(jiàn)慣,大量的河道流經(jīng)地由綠地或農(nóng)田變?yōu)樽≌虉?chǎng)或工業(yè)廠房,神定河流水?dāng)嗝娌粩嗫s小,加之為了提升行洪能力,對(duì)河堤及河床做了硬化處理,河道生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)受到損傷,自我修復(fù)能力急劇下降。

3)景觀品質(zhì)差。神定河河道駁岸硬質(zhì)比重過(guò)大阻隔了水流與自然界面的有效融合,硬質(zhì)鋪裝年久失修陳舊不堪,綠地景觀支離破碎,游客可達(dá)性差；濱河綠地選用的植物材料過(guò)于單調(diào),本地樹(shù)種種植較少,群落垂直結(jié)構(gòu)中大喬木、小喬木、灌木、地被層次錯(cuò)亂,季相失序、色彩嘈雜,景觀品質(zhì)低劣,加之河道藏污納垢,空間逼仄,居民無(wú)景可游；神定河無(wú)法滿足居民的宜居需求。

2 神定河景觀生態(tài)修復(fù)技術(shù)

2.1 修復(fù)原則

1)生態(tài)性原則。構(gòu)建健康生態(tài)系統(tǒng)是神定河景觀生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)。生態(tài)工程的設(shè)計(jì)既要符合生態(tài)學(xué)原理,又要結(jié)合神定河實(shí)地情況改造駁岸與河床,構(gòu)建有利于生物多樣性完善的自然河道,形成豐富的生物棲息環(huán)境,滿足不同生物物種的生長(zhǎng)需求,從而使水體岸帶能量、信息交流與物質(zhì)循環(huán)達(dá)到理想狀態(tài)。

2)河道景觀與功能協(xié)同修復(fù)原則。將神定河水環(huán)境治理、水生態(tài)修復(fù)和水景觀提升統(tǒng)籌考慮,在凈化神定河水質(zhì),保證河道行洪的同時(shí),突出其生態(tài)功能和親水性營(yíng)建,建造水質(zhì)生態(tài)均衡、景觀優(yōu)美的空間載體。治理過(guò)程中充分結(jié)合景觀工程與水利工程,使整治后的神定河河道與兩岸景觀相得益彰,既可以提升城市面貌、改善居民居住品質(zhì),又可以恢復(fù)河道空間活力、激活綠地空間。

3)突出人文價(jià)值和游憩功能原則。神定河作為一條流經(jīng)城市主城區(qū)和山區(qū)的河流,承載著市民生活和城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合功能。神定河是十堰市居民生產(chǎn)、生活的核心空間,也是旅游觀光的重要場(chǎng)所,作為十堰市發(fā)展的歷史縮影,神定河積淀了深厚的人文底蘊(yùn),因此,恢復(fù)其生命力需要對(duì)人文價(jià)值和游憩功能進(jìn)行復(fù)合疊加。

2.2 水生植被的修復(fù)

水生植物不但是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分,還具有水質(zhì)凈化的能力,其在生命周期中不斷從水體中吸收所需營(yíng)養(yǎng)元素、有機(jī)質(zhì)以及各種污染物和重金屬[9]。此外,水生植物不斷地通過(guò)光合作用向水中釋放氧氣,有效促進(jìn)水體中的微生物新陳代謝。水生植物的根系發(fā)達(dá),可吸附水體中懸浮物質(zhì)[10],某些特殊種類的根系能分泌抑制水中藻類生長(zhǎng)的物質(zhì),可有效抑制藻類瘋狂生長(zhǎng),有效提升水質(zhì)[11]。

2.2.1 水生植物的選擇

神定河水環(huán)境治理對(duì)水生植物的選擇主要考慮兩個(gè)原則:一是優(yōu)先選用本地物種或適宜當(dāng)?shù)貧夂驐l件的物種；二是選擇自凈化能力強(qiáng)的物種。水生、濕生植物是神定河河道生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分,選擇適當(dāng)配置比例的水生或濕生植物可達(dá)到相應(yīng)的凈水功能和景觀效果。選用的濕生植物分為沉水植物、漂浮植物、浮葉植物、挺水植物、濕生草本植物、濕生木本植物6大類[12]。常用的濕生植物及其對(duì)水質(zhì)的凈化作用如表1所示。

表1 常用濕生植物及其對(duì)水質(zhì)的凈化作用

2.2.2種置設(shè)計(jì)

神定河濕地公園的濕生植物群落設(shè)計(jì)采用喬、灌、草組合搭配。喬木主要選用當(dāng)?shù)匚锓N,如池杉、垂柳、楓楊、旱柳等,以不同體態(tài)高度搭配種植；中層搭配灌木叢豐富層次；最下層配以草本植物,主要采用當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)勢(shì)粗放的植物,形成疏密有致的植物園林,營(yíng)造自然野趣。水際岸邊是游人參與較多的區(qū)域,選擇觀賞效果好且適合大面積密集種植的濕生草本植物如菖蒲、千屈菜、美人蕉等,既能起到隔離游人與保護(hù)濕地的屏障作用,亦可形成陸地和水面間的有效過(guò)渡帶。淺水區(qū)種植了花期長(zhǎng)且對(duì)水質(zhì)凈化能力強(qiáng)的挺水植物或浮葉植物如香蒲、再力花、荷花、睡蓮等,并通過(guò)木棧道、慢行通道把神定河淺水區(qū)水景與兩岸綠地系統(tǒng)串聯(lián)成有機(jī)整體,增強(qiáng)游客的親水性與游覽過(guò)程中的趣味性。深水區(qū)選用以沉水植物為主、漂浮植物或浮水植物為輔,重點(diǎn)選擇金魚藻、黑藻、眼子菜、水鱉、菱等,有效增加水體與植物的接觸面積,提高污染物的削減力度,豐富水體景觀。河道橫斷面植物配置如圖1所示。

圖1 河道橫斷面濕地植物配置

2.3 河道空間修復(fù)

2.3.1 設(shè)置生態(tài)浮島

生態(tài)浮島是一種水景觀提升與水環(huán)境改善相兼顧的實(shí)用技術(shù),該技術(shù)模仿水生植物自然生境,在水面上設(shè)置浮島平臺(tái),將一些觀賞效果比較好的水生植物種植于浮島平臺(tái)上,定期收割以消減水體污染物及保證景觀效果。生態(tài)浮島布置于神定河水面較寬流速較緩的區(qū)域或岸線比較僵硬筆直的區(qū)域,呈自然式布置,既豐富河道空間層次,又提升觀賞價(jià)值。浮島內(nèi)選用生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、觀賞效果好的水生植物如慈姑、鳳眼蓮、菖蒲、石菖蒲、水芹、再力花等[13],這些水生植物根基網(wǎng)絡(luò)樣的微生態(tài)小環(huán)境具有典型的活性生物膜功能,對(duì)多種污染物有很強(qiáng)的富集、吸收和分解能力,水質(zhì)凈化能力優(yōu)良。因此,浮島的布設(shè)不僅提升了神定河的景觀,也改善了其水質(zhì),生態(tài)效應(yīng)明顯。

2.3.2 設(shè)置跌水壩

神定河改造段河床存在較大高差,依據(jù)地形設(shè)置了多個(gè)卵石跌水壩,每個(gè)跌水壩設(shè)計(jì)高度為0.5 m,每隔500 m設(shè)置一道跌水壩,整個(gè)治理河段共設(shè)置14個(gè)跌水壩(表2)。經(jīng)跌水壩攔截的急速水流形成了多個(gè)緩流區(qū)域,增加回水面積,拓寬水面,增強(qiáng)了河道的觀賞價(jià)值,且為魚類等水生動(dòng)物創(chuàng)造相對(duì)安全的生息繁衍場(chǎng)所。緩流區(qū)域?yàn)槠貧夂蟮奈鬯峁┝嘶匦郎魣?chǎng)地,延長(zhǎng)污水滯留的時(shí)間,增加了污水與水生植物以及水底附著細(xì)菌接觸的機(jī)會(huì),達(dá)到了更好的凈水效果。經(jīng)過(guò)跌水壩跌水,河水濺出大量水花,氧氣和水的接觸面積增加后水體中的溶解氧含量也得到增加,促進(jìn)了水質(zhì)改善進(jìn)程；同時(shí)也形成瀑布跌水,豐富了視聽(tīng)景觀[14]。

2.3.3 構(gòu)建深潭淺灘

自然中的河流包含彎流、瀑布、灘涂、濕地、三角洲等豐富形態(tài),自然蜿蜒向前流淌。過(guò)去對(duì)神定河的治理是為了滿足城市防洪安全需求,最大限度化曲為直,加之神定河受到現(xiàn)狀地形高程的桎梏,河流斷面狹窄、流速快、污染物難以沉淀。在景觀修復(fù)中,在水平方向上將神定河河道形態(tài)化直為曲,最大限度還原神定河自然機(jī)理,恢復(fù)其自然彎曲狀態(tài)；在垂直方向上豐富神定河的豎向設(shè)計(jì),建造深潭淺灘,如樁號(hào)3+000過(guò)水?dāng)嗝嬗筛脑烨暗?0 m寬變?yōu)?5 m,斷面面積由改造前的9 m2變?yōu)?4 m2。在主河槽的兩側(cè)新增坑塘,并與主河槽相連,一方面擴(kuò)大了水域面積,另一方面增加了河流與植被的接觸面,減緩了神定河水流速度,有效提高了污染物沉淀效率。在神定河河床的低洼處形成深潭為魚類等水生生物提供生長(zhǎng)繁衍場(chǎng)所,在淺灘處形成小島,為濕生植物與水鳥提供生長(zhǎng)生活環(huán)境。在確保神定河行洪安全的前提下,改造后的河床為水生生物提供多樣性的棲息地,使神定河集防洪、生態(tài)、景觀功能于一體。

表2 各區(qū)段跌水壩設(shè)計(jì)表

2.4 河岸生態(tài)修復(fù)

神定河現(xiàn)有河岸應(yīng)改造成生態(tài)駁岸,生態(tài)駁岸是順應(yīng)水環(huán)境保護(hù),綜合應(yīng)用景觀工程、水利工程、生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)于一體的護(hù)岸形式,其承擔(dān)重要的景觀和生態(tài)功能,是河流景觀生態(tài)改造中最可操作,最易實(shí)施的部分。生態(tài)駁岸擁有可滲透的河岸基底,能提供濕生、水生動(dòng)植物為主體的岸棲生物共生的生長(zhǎng)環(huán)境,充分保證河岸與河流水體之間的水分交換和調(diào)節(jié)功能[15],且創(chuàng)造出可游覽的景觀載體,拉近居民與河水的空間距離。

1)植物駁岸。神定河OA河段處于城郊城鄉(xiāng)結(jié)合部,局部河道一側(cè)靠山,原生植被系統(tǒng)健康,該區(qū)段河道治理宜采用植物駁岸,模擬本地植物群落,合理搭配陸生、濕生、水生植物群落。選用本地根系發(fā)達(dá)的品種如垂柳、旱柳、榔榆、楓楊、夾竹桃、狗牙根、千屈菜、再力花等,組成層次分明、疏密有致、充滿野趣的自然植物景觀,在防止河水沖刷堤岸的同時(shí)又滿足河道景觀提升的需求,使新建的駁岸很好地融入神定河自然景觀體系。

2)石籠網(wǎng)駁岸。除掉神定河AB段原有生硬的毛石砌筑駁岸,利用石籠網(wǎng)作駁岸,石籠網(wǎng)內(nèi)填充毛石、草炭土和土壤按固定比例配比的混合物。石籠網(wǎng)應(yīng)用靈活,能結(jié)合河岸的不同高差、坡面自由變形,形成具有抗洪能力強(qiáng)且透氣的生態(tài)駁岸。石籠網(wǎng)內(nèi)的填充料空間隙度高,能為動(dòng)植物生長(zhǎng)提供良好的生長(zhǎng)基底,石籠網(wǎng)駁岸不僅能護(hù)岸防洪,還可為水生動(dòng)植物創(chuàng)造適宜的生長(zhǎng)空間,是有效的水陸鏈接帶。

3)打造親水平臺(tái)。在神定河河道較狹窄的區(qū)段,沿岸設(shè)計(jì)架空的帶狀連廊,居民步行通過(guò)步梯或坡道進(jìn)入河道親水空間。在神定河河道較開(kāi)闊的區(qū)段,擴(kuò)大自然駁岸面積,設(shè)計(jì)成自然緩坡駁岸,改造成濱水公園,公園內(nèi)建造慢行步道、觀景臺(tái)、涼亭、茶室配套設(shè)施等,為游客提供休憩空間。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處設(shè)置雕塑、汽車工業(yè)歷史展覽館,以紀(jì)念神定河在十堰市汽車工業(yè)發(fā)展史上做出的貢獻(xiàn)。在保證神定河行洪安全基礎(chǔ)上最大限度上還河道空間于民,從而提高神定河河道景觀的生態(tài)與社會(huì)價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái),十堰市神定河景觀生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)水環(huán)境、水景觀、水生態(tài)的改善和提升起到了很大的促進(jìn)作用。在修復(fù)過(guò)程中主要用到了種植水生植物、河床空間改造、河岸生態(tài)修復(fù)3種核心技術(shù)。通過(guò)這些景觀生態(tài)技術(shù)的實(shí)施,神定河水質(zhì)得到較大的改善,水生生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步修復(fù),水體景觀得到了進(jìn)一步的提升。

當(dāng)前隨著工程技術(shù)的改進(jìn)和人們思想觀念的轉(zhuǎn)變,對(duì)河道修復(fù)又有了更高的要求,只重視抗旱和防洪的老舊水利工程思維被徹底摒棄,轉(zhuǎn)而面向有自然面貌、景觀怡人、地域文化豐富的河道建設(shè),建造具有自然河道空間要素,以及適合各種生物棲息,并能讓居民與水親密接觸的生態(tài)型河流。隨著項(xiàng)目的不斷積累,各種景觀生態(tài)技術(shù)還會(huì)持續(xù)深化和應(yīng)用。