基于生態(tài)理念的河道優(yōu)化設(shè)計思路探析

姚力銘，張振丹，孫 楊

(連云港市水利規(guī)劃設(shè)計院有限公司，江蘇 連云港 222000)

科技的發(fā)展不斷推動著經(jīng)濟的進步，2021年我國已經(jīng)全面建成小康社會，對生態(tài)環(huán)境的保護也逐漸成為我國發(fā)展的重要議題。黨的十八大以來，習(xí)近平總書記多次強調(diào)“綠水青山就是金山銀山”，生態(tài)環(huán)境的保護不但要從源頭治理，而且要擁有新的發(fā)展和建設(shè)理念，充分發(fā)揮自然生態(tài)的自身優(yōu)勢，從建設(shè)規(guī)劃起點出發(fā)，設(shè)計、規(guī)劃、建設(shè)符合生態(tài)理念的自然景觀和工農(nóng)業(yè)設(shè)施[1]。我國擁有960萬km2的土地，長江、黃河從西部高原山脈向東奔流入海，其支流延綿我國眾多省份，滋養(yǎng)著中華大地。新中國成立以來，我國建設(shè)了諸如南水北調(diào)、三峽工程、紅旗渠等諸多水利工程，對提高我國人民生活水平加快經(jīng)濟發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。但由于我國的經(jīng)濟基礎(chǔ)和工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，傳統(tǒng)的水利工程建設(shè)主要服務(wù)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，忽略了河道水域生態(tài)與沿河生態(tài)的融合[2]。在長期的相互作用中，河道沿岸的水質(zhì)狀況和生態(tài)環(huán)境容易發(fā)生惡化，使得河流自凈能力下降，周圍生物棲息地遭到不同程度的破壞甚至消失，這直接影響了河流所經(jīng)流域內(nèi)的長期發(fā)展和人民的生活質(zhì)量。伴隨著人們對生態(tài)環(huán)境重視程度的提高和相關(guān)生態(tài)理論的不斷完善，生態(tài)水工學(xué)的概念被提出并發(fā)展，生態(tài)河道理念在此基礎(chǔ)上被進一步發(fā)掘并不斷應(yīng)用到實際的河道治理和規(guī)劃中[3]。隨著我國經(jīng)濟水平發(fā)展和配套產(chǎn)業(yè)逐步升級，人民對水生態(tài)、水環(huán)境、水景觀、水文化的要求也在日益增長[4]。因此，本文針對當(dāng)前河道治理的生態(tài)環(huán)境問題，探析基于生態(tài)理念的河道優(yōu)化設(shè)計思路，并結(jié)合實際的河道規(guī)劃建設(shè)經(jīng)驗提出對應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計思路。

1 傳統(tǒng)河道治理問題

傳統(tǒng)河道的設(shè)計主要關(guān)注河道的防洪、排澇以及與周邊灌溉需求相對應(yīng)的配套建設(shè)。主要是規(guī)劃河道的流向，依托河道兩岸修筑堅固的駁坎，在重點沖刷位置加固護岸丁壩，但對河道的生態(tài)影響缺乏足夠考慮，也帶來了以下3個方面的問題：

1.1 生態(tài)隔離化

在原始的河流中，無論是河道的上游與下游之間還是河道與其兩側(cè)的陸地生態(tài)系統(tǒng)之間都不存在生物無法逾越的障礙，水生或陸生動植物在以河道為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)中可以自由地進行物質(zhì)交換和信息交換。但是，由于傳統(tǒng)河道建設(shè)以防洪、排澇和灌溉等經(jīng)濟發(fā)展為導(dǎo)向，建設(shè)多以硬質(zhì)材料在河道中或河道兩岸建設(shè)大量的建筑物和防護屏障[5]。在縱向上，這種規(guī)劃和建設(shè)方式雖然更高效地管理了水資源，提高了河流的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價值，但也阻隔了河流上下游之間生物的物質(zhì)和信息交換，對一些需要在不同流域生活和繁衍的水生生物帶來了巨大的影響。雖然少量的魚類可以越過人工障礙，但是其死亡率大大提高，種群數(shù)量也急劇下降。在橫向上，由于河道兩岸建設(shè)的河堤遠高于河面，同時使用了大量硬質(zhì)材料進行加固，使得河道沿岸附近的動植物數(shù)量減少，河流中生活的兩棲生物在河流附近的覓食難度也大大提高[6]。最終使得河流與流域內(nèi)的陸地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了一定程度的隔離，致使當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)鏈較為脆弱，對依靠河水滋養(yǎng)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響。

1.2 河道渠道化

傳統(tǒng)的河道規(guī)劃建設(shè)通常采用截彎取直和修筑堤壩的方法，這樣簡單直接的建設(shè)方式導(dǎo)致容易導(dǎo)致河道的渠道化[7]。首先,天然河道迂回曲折，擁有眾多的轉(zhuǎn)向位置，雖然防洪能力差，但河流的自然特性保持了河水的合理流速。通過截彎取直，河道中的河水流速增加，對河岸的沖擊力更大，相同流量下的破壞力更強，相應(yīng)地需要進一步對河道的駁岸進行加固，否則河水將侵蝕河岸使河道發(fā)生偏離。河道駁岸的加固一方面需要增加投資成本，另一方面駁岸的加固也存在局限性，在河水的長期作用下，駁岸的地基難免遭到河水的侵蝕，這種侵蝕不易觀測且對河流兩岸的居民和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在較大威脅。其次，河流的渠道化使得河道的形態(tài)單一化，原有依托蜿蜒的河道形成的濕地、淺灘等自然景觀逐漸縮小直至消失，原有以此為棲息地的生物也逐漸消失。最后,河道的渠道化使得原有河道被大量改造為農(nóng)田，且在駁岸的作用下二者之間難以建立有機聯(lián)系，使河道周圍的自然環(huán)境更加單一，進一步加劇了生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。

1.3 河道隔水化

在河道的建設(shè)過程中，諸如混凝土、石塊等隔水材料被廣泛使用，這既是應(yīng)對河水沖擊侵蝕的需要，又是防洪、管理水資源的要求。但是這些材料的使用也導(dǎo)致了河道的隔水化，尤其在建設(shè)灌溉河道和穿越城市的河道過程中，不僅在堤岸建設(shè)中使用隔水材料，河道底部也大量使用了隔水材料，使得河道中與周圍環(huán)境處于一種隔離狀態(tài)。首先，河道的硬化破壞了河道自身的生態(tài)環(huán)境，改變河流的自身生態(tài)導(dǎo)致河道中原有的生物種類減少，生物種群數(shù)量下降。其次，這種隔水化影響了和河道兩岸的生物種群，在硬化的駁岸上，原有的植物生存難度增加，也難以隨豐水期和枯水期的更替產(chǎn)生周期性變化。最后，河道的隔水化使得河流的景觀性和旅游開發(fā)價值降低，水資源作為自然景觀的重要條件之一，在河道隔水的條件下外部景觀建設(shè)需要額外提供水源或人工從河道中采集水資源進行再利用，這增加了河道的生態(tài)利用成本，降低了河道本身的生態(tài)利用價值。

2 河道生態(tài)化理念

新時期的河道規(guī)劃建設(shè)需要走生態(tài)化發(fā)展道路，在兼顧經(jīng)濟發(fā)展的同時還要擁有尊重自然、資源合理利用、生態(tài)修復(fù)等理念，我們需要在新的理念下規(guī)劃、建設(shè)、管理河道。

2.1 尊重自然

河流的自然形態(tài)是長時間演化的結(jié)果，河流與所經(jīng)流域的有機結(jié)合，形成了以河流為主的自然生態(tài)。這樣的生態(tài)是一種非人為參與的，有著粗獷脈絡(luò)的自然形式，在人類社會特別是現(xiàn)代社會的發(fā)展過程中與人類需要存在不相適應(yīng)的情況，這也是人類在自然河道基礎(chǔ)上對其進行改造的原因。幾千年的人類發(fā)展史也是人類的一部治水史，人們需要河流能夠灌溉足夠的農(nóng)田，能夠給人們提供足夠的生產(chǎn)生活用水，同時要避免洪水泛濫和嚴(yán)重的枯水情況。在當(dāng)前的經(jīng)濟發(fā)展階段，我們要看到人作為自然界的一部分，只重視河流對人類的直接效益將會在今后付出慘重的生態(tài)代價。需要尊重河流的自然屬性，對已經(jīng)產(chǎn)生破壞或污染的河流進行修復(fù)，恢復(fù)原有的生態(tài)環(huán)境；對已經(jīng)進行傳統(tǒng)開發(fā)還未造成重大影響的河流進行改造，在不破壞原有生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，促進施工植被更好地融入原有的生態(tài)環(huán)境當(dāng)中[8]；對還未開發(fā)的河流從源頭上考慮生態(tài)因素，建設(shè)環(huán)境友好型河道建設(shè)工程。將現(xiàn)代的思想理念和先進技術(shù)運用到河流開發(fā)和保護中，為動植物營造良好的生態(tài)環(huán)境，以實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。

2.2 資源合理利用

河流為人類提供了水、漁業(yè)、碼頭等自然資源，但快速的經(jīng)濟發(fā)展和思想觀念的局限性使得人類對與各類資源過度開采和利用，對河流造成了嚴(yán)重的損害。我國是世界上人口最多的國家，而淡水資源短缺且分布不均衡，無論是生活用水還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水都存在較大缺口。過度的水資源開發(fā)與利用導(dǎo)致河流的水流量降低、河道縮窄、泥沙沉積現(xiàn)象普遍，在通航河道內(nèi)嚴(yán)重的會影響正常航運的開展。同時，沿河生態(tài)系統(tǒng)的破壞和過度捕撈也導(dǎo)致漁業(yè)資源遭到破壞，魚群種類和種群數(shù)量都明顯降低。因此，在開發(fā)和利用河流資源的同時也要明確其所能承載的極限值，樹立資源的合理利用觀念，對有限的水資源進行合理分配和梯級利用，嚴(yán)格管控污水排放渠道，加強污水排放檢查管理，避免因不合格排放對水資源的嚴(yán)重危害。同時，河流所能提供的資源一方面由其自身特性所決定，另一方面也與河道的規(guī)劃設(shè)計相關(guān)，基于生態(tài)的河道設(shè)計有利于提高和保持河流的資源量，提高河流的承載力，是綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的重要途經(jīng)。

2.3 河道生態(tài)修復(fù)

自然生態(tài)系統(tǒng)自身具備一定的自我修復(fù)和自我調(diào)節(jié)能力，但是在人類的干預(yù)下河流生態(tài)發(fā)生了巨大的改變，尤其是粗獷的河道規(guī)劃建設(shè)所導(dǎo)致的河道橫向和縱向的割裂，使得河流生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，其自身的修復(fù)調(diào)節(jié)能力大大降低。在生態(tài)理念的指導(dǎo)下，建設(shè)生態(tài)河道恢復(fù)其生態(tài)調(diào)節(jié)能力，將把傳統(tǒng)的河道模式逐漸改造成為環(huán)境友好型河道成為可能。河道生態(tài)修復(fù)的過程也是生態(tài)理念在河道建設(shè)和發(fā)展中的實施過程，河道工程的設(shè)計和建設(shè)者首先需要確立生態(tài)理念的價值導(dǎo)向。與傳統(tǒng)的功能性設(shè)計和建設(shè)不同，生態(tài)河道的修復(fù)需要首先明確河道自身的自然特性和環(huán)境作用機制，最大程度上保持原有的自然狀態(tài)，對于需要人工進行修復(fù)的，因地制宜結(jié)合防洪水利需求進行河道結(jié)構(gòu)設(shè)計和配套設(shè)施規(guī)劃，最終形成經(jīng)濟功能和生態(tài)功能并行的設(shè)計方案[9]。

3 河道生態(tài)化設(shè)計思路

河道的優(yōu)化設(shè)計是河道治理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，合理的設(shè)計方案是實現(xiàn)河道經(jīng)濟功能和生態(tài)功能的基礎(chǔ)，是人與自然長久共生、互惠互利的必要途徑。

3.1 河道形態(tài)生態(tài)化設(shè)計

河道的整體形態(tài)是河道整體功能性的基礎(chǔ)，形成了河道的整體建設(shè)框架。河道的設(shè)計需要以河流自身特性為基礎(chǔ)，通過歷史數(shù)據(jù)氣候特征調(diào)研河流的水文特性，確定河道的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和自然條件。依據(jù)當(dāng)前河流規(guī)劃建設(shè)管理現(xiàn)狀，發(fā)掘河流的設(shè)計改造空間，根據(jù)地形條件對河流的轉(zhuǎn)向進行重新設(shè)計，同時對河道兩岸的土地進行重新規(guī)劃，以配合河道流向進而促進河道生態(tài)的恢復(fù)。針對防洪壓力較大的區(qū)段，改變原有單純加深河道和加固駁岸的建設(shè)思路，一方面通過河道的拓寬增強河道的承載力，也避免河道水流過急對河岸堤壩沖擊腐蝕過重；另一方面通過河道的形態(tài)設(shè)計，以及不同區(qū)段河道形態(tài)的控制，調(diào)整河道在不同區(qū)段的水文條件，以適應(yīng)原本的自然生態(tài)。再者，河道的形態(tài)設(shè)計可以使得河道形態(tài)更加豐富，為水生動植物提供了更多的生存空間和更豐富的生存環(huán)境，也有助于動植物種類和種群數(shù)量的恢復(fù)，這種生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)也進一步提高了河流本身的自我凈化能力和自我調(diào)整能力的提高。

3.2 河道斷面生態(tài)化設(shè)計

河水流量一般隨季節(jié)變化呈周期性變化，同時在不同年份中也存在較大差異，河水流量是河道對不同水位的適應(yīng)性和其防洪能力的重要因素。河道斷面設(shè)計作為河道適應(yīng)不同水位的關(guān)鍵，常見的斷面設(shè)計有矩形斷面、單級梯形斷面、多層臺階式斷面等[10]。雖然不同種類的斷面結(jié)構(gòu)在一定程度上適應(yīng)了水位的不同需要，但其蓄水能力較差，通常需要輔助建設(shè)一些堤壩進行補充，較少考慮動植物的適應(yīng)性問題。根據(jù)河道的常見流量設(shè)置不同的水位線，在常水線以下可以更多地考慮河道的抗腐蝕性，采用矩形或者梯形結(jié)構(gòu)，在常水線以上可以采用緩坡和護岸相結(jié)合的復(fù)式斷面設(shè)計，一方面增加河道護岸的安全性，同時又不過多地占用河岸兩側(cè)的土地資源，特別是城市土地資源；另一方面復(fù)式設(shè)計可以增加護岸的親水性，為河岸兩側(cè)的居民提供了良好的親水空間，為動植物提供了生存空間。此外，在滿足防洪要求設(shè)計的要求下，河道兩側(cè)的親水空間設(shè)計應(yīng)更多的保持自然風(fēng)貌或者采用自然材料，最大程度上減少人工建設(shè)，保護原有的生態(tài)系統(tǒng)。

3.3 濱水空間生態(tài)化設(shè)計

生態(tài)河道的設(shè)計不僅要從工程結(jié)構(gòu)上考慮其安全性、功能性和適應(yīng)性，還要從河道本身的生態(tài)出發(fā)，從整體的生態(tài)結(jié)構(gòu)上考慮以河流為主導(dǎo)的濱水空間生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)與建設(shè)?；谏鷳B(tài)河道治理理論，通過為親水植物營造生存環(huán)境對水體整體的富營養(yǎng)化進行治理，幫助其形成內(nèi)在的循環(huán)作用，發(fā)揮長期的消納能力并提高水體的自凈能力?；谠泻拥乐械纳锓N類和種群分布，在新建設(shè)的河道和河岸中進行引進，降低由于人工建設(shè)所導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定性。同時，在濱水空間進行美化建設(shè)，種植灌木、喬木等適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻臉浞N，同時輔以草本植物覆蓋地面進行保水固沙，也增強堤岸的景觀價值。另外，在河岸坡面的建設(shè)過程中，可以預(yù)制坡面植物種植孔洞，在鋪設(shè)完成后種植坡面植物。坡面種植一方面豐富了坡面元素，提高了坡面的美觀性，另一方面也提高了堤岸的透氣性，降低了堤岸在極端濕熱或嚴(yán)寒天氣下?lián)p壞的可能性。

4 結(jié)語

良好的河道規(guī)劃需要兼顧功能特性和生態(tài)因素，這是長久發(fā)展和人與自然和諧共生的基礎(chǔ)。雖然當(dāng)前生態(tài)河道的建設(shè)仍處于起步階段，但生態(tài)理念與河道設(shè)計的融合發(fā)展的也是河道規(guī)劃建設(shè)的必然趨勢。本文基于當(dāng)前河道的建設(shè)現(xiàn)狀，考慮了河道自身的天然屬性，在保障其功能性的基礎(chǔ)上融合了生態(tài)化理念，為河道的生態(tài)化建設(shè)提供了設(shè)計思路，這有助于進一步完善和發(fā)揮河流的生態(tài)功能，提高河流的開發(fā)利用價值。同時，本文研究在實際工程技術(shù)落地方面仍然存在不足，需要后續(xù)研究進行論證實踐，也希望與相關(guān)研究人員一同推進河道的生態(tài)化發(fā)展。