河灘地生態(tài)設(shè)計研究
——以重慶市梁平區(qū)龍溪河禮讓—仁賢鎮(zhèn)河段為例

安喜志 朱秋成

（中建材資源環(huán)境有限公司，北京 100020）

河灘地建設(shè)是實現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。通過分析探討國內(nèi)外河道河灘地實踐案例，總結(jié)其優(yōu)秀的生態(tài)設(shè)計思路，應(yīng)用于具體設(shè)計中，并以重慶梁平區(qū)龍溪河禮讓—仁賢鎮(zhèn)河段河灘地生態(tài)工程為例，因地制宜，總結(jié)了河灘地生態(tài)設(shè)計的5大策略，詳細論述了在示范段采用梯塘系統(tǒng)、河灘洼地系統(tǒng)兩種模式對河灘地進行優(yōu)化設(shè)計和實施，利用河灘地作為緩沖區(qū)攔截及凈化地表徑流中面源污染，提升了鄉(xiāng)村河流景觀品質(zhì)，豐富了生物多樣性。研究探索了一種能夠集合河灘地滯水、自然生境和景觀需求等諸多功能于一體的河灘地建設(shè)形式。

河灘地；梯塘系統(tǒng)；河灘洼地；生態(tài)設(shè)計；龍溪河；景觀設(shè)計

1 河灘地概述

河流灘地一般是指由于河流經(jīng)過導(dǎo)致泥沙沉積、在河岸形成的天然灘涂土地[1]。因考慮防洪安全，城市河灘地一般是位于河庫主槽兩側(cè)[2]，在洪水時被淹沒、枯水時出露的灘地。因其所處的位置，河灘地具有季節(jié)性變化的特點，灘地的地形地貌、植被覆蓋情況、動植物棲息情況等均隨河道水量變化而隨之改變，因此河灘地具有生態(tài)多樣性、自然動態(tài)性、功能復(fù)合性等特征。但因為大多河灘地不被重視而進行各種人為行動，導(dǎo)致河灘地的自然風(fēng)貌特征缺失、生態(tài)活力消失、環(huán)境質(zhì)量下降，使生態(tài)系統(tǒng)日益脆弱，灘地發(fā)育受到嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致河流整個自身恢復(fù)系統(tǒng)的弱化[3]。重視河灘地生態(tài)景觀的打造，有利于保護河灘地和河流生態(tài)環(huán)境，對實現(xiàn)社會生態(tài)文明建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

河灘地一般水草植被豐富茂盛，適合植物生長和動物棲息，其建設(shè)與陸地公園等在生態(tài)、功能等方面截然不同，需考慮水文氣候、植被修復(fù)、地形地貌、城市建設(shè)、人為活動等多方面因素[4]。國內(nèi)外對于灘涂地的相關(guān)理論研究較多，但有關(guān)河灘地景觀研究成果仍然較少[5]。國內(nèi)從20世紀(jì)60年代開始對河灘地展開相關(guān)研究，至21世紀(jì)才開始進行河灘地景觀設(shè)計的理論研究[6]。北京市園林綠化局以永定河休閑森林公園為例，對永定河灘地的生態(tài)修復(fù)治理進行了分析研究，以保留文化、公共性、多樣性、水生態(tài)功能、適地適樹、節(jié)約等原則，通過生態(tài)修復(fù)方式將森林公園打造為一座生物多樣性豐富、生態(tài)穩(wěn)定、功能多樣的濱河公園[7]。蔣五一等[2]以淮河濕地公園為例，對城市大河灘地景觀生態(tài)設(shè)計方法進行了探討，提出系統(tǒng)化功能分區(qū)、適應(yīng)性設(shè)計、反向景觀設(shè)計、低干擾設(shè)計、選擇鄉(xiāng)土植物等設(shè)計手法，分析了大河灘地景觀設(shè)計面臨的問題。目前國內(nèi)對河灘地的相關(guān)研究范圍已逐步擴大，利用生態(tài)學(xué)、農(nóng)林學(xué)等相關(guān)學(xué)科融合進行生態(tài)景觀設(shè)計，是河灘地生態(tài)景觀設(shè)計研究的一大方向[8]。

文章以重慶市梁平區(qū)龍溪河禮讓—仁賢鎮(zhèn)河段為例，通過梯塘系統(tǒng)與洼地系統(tǒng)的設(shè)計實施使其發(fā)展成為更具生態(tài)價值的濕地生境，為在河邊生活的動植物提供棲息地，豐富了河灘地的生態(tài)多樣性，滿足了該區(qū)域滯水自然生境和景觀需求。

2 案例分析及借鑒

2.1 新加坡加冷河碧山公園

新加坡地處熱帶地區(qū)，人均水資源占有量低。碧山公園始建于1988年，改造前是一座傳統(tǒng)城市公園，毫無生態(tài)性可言。因其位于垃圾填埋場區(qū)域，產(chǎn)生了嚴(yán)重的雨污水排水問題。碧山公園南側(cè)有一條混凝土砌筑的人工水渠——加冷河（Kallang River），這里完全沒有動植物的痕跡，不僅毫無自然的靈氣，而且每當(dāng)雨季來臨，都面臨著發(fā)生洪災(zāi)的危險。2006年新加坡推出“活力、美麗、清潔全民共享水源計劃”，即“Active，Beautiful，Clean Waters Programme”，簡稱ABC水計劃[9]。碧山公園的改造是ABC水計劃的典型項目之一。利用生態(tài)工法，將這條長2.7 km的加冷河從筆直僵硬的混凝土河道改造成3.2 km長的蜿蜒自然河道，流經(jīng)整個公園，并作為飲用水收集系統(tǒng)的一部分，對該流域內(nèi)的雨水進行收集、凈化、排放，實現(xiàn)了雨水資源的可持續(xù)利用。同時占地62 hm2的公園空間被重新設(shè)計，以適應(yīng)河流系統(tǒng)固有的動態(tài)過程。

生態(tài)工法技術(shù)包括梢捆、石籠、土工布、蘆葦卷、筐、土工布和植物等元素，將植物、天然材料（如巖石）和工程技術(shù)相結(jié)合，穩(wěn)定河岸和防止水土流失。改造后的加冷河岸由混凝土變成了泥土松軟、遍布植物的軟景河岸，不僅延伸了原有的溝渠功能，即排水和供水的單一功能，同時對恢復(fù)公園的生態(tài)系統(tǒng)起到了重要作用，實現(xiàn)了河流與公園的動態(tài)結(jié)合。彈性的河岸空間在枯水期可以提供大面積的開敞空間，進行各種休閑活動，如放風(fēng)箏、跑步、野餐等；而在降雨時節(jié)，大面積的自然草坡又是輸水通道，向下游和地下輸送水源。重新設(shè)計后的河漫灘起到了洪水管理、增加生物多樣性和提供休閑空間等多重功能，展示了人和自然巧妙接觸的多種方式，也提高了人們對于河流空間的彈性利用[10]（圖1）。

圖1 碧山公園鳥瞰Fig.1 Aerial view of Bishan Park

碧山公園是中心公園，在新加坡具有城市公園的本地重要性，其集多功能于一體的創(chuàng)新性改造對中國城市河流生態(tài)景觀設(shè)計具有深遠的學(xué)習(xí)意義。

2.2 深圳光明區(qū)茅洲河生態(tài)示范段

茅洲河是深圳第一大河，被稱為深圳的“母親河”。2013年，茅洲河啟動水環(huán)境綜合整治工程，并開啟碧道試點建設(shè)，其中光明試點段（周家大道—白沙坑水）長6.8 km。該部分河段因城市開發(fā)，在河道兩邊設(shè)置了市政道路與防洪堤，將自由河道形態(tài)限制成了平直形態(tài)。為提升水質(zhì)而設(shè)置的截流箱涵將枯水河道進一步約束在更窄的箱涵范圍之內(nèi)，河流的自然形態(tài)和生態(tài)過程也再次受到約束。河道蜿蜒性減弱，邊際效應(yīng)降低。在茅洲河光明區(qū)左岸科技段（公常路至風(fēng)景北路），河道內(nèi)存在多處較大規(guī)模的灘地，由于下游水閘的拆除，導(dǎo)致該河段常水位下降，灘地趨于陸地化，且地形平坦植被單一（圖2-a）。

圖2 深圳光明區(qū)茅洲河生態(tài)示范段Fig.2 The restoration of Maozhou River ecological demonstration section in Guangming District, Shenzhen

該項目的目標(biāo)是對受約束的城市河道在河漫灘范圍內(nèi)進行形態(tài)優(yōu)化與生態(tài)功能的提升。一方面，優(yōu)化河道平面形態(tài)，重塑河道蜿蜒性；改變原有河漫灘形態(tài)，增加河灘溪流、洼地、草澤、灘島等河漫灘肌理，為水生動植物提供多樣的生存環(huán)境；恢復(fù)河流自身塑造能力，恢復(fù)生物生境，提升城市河流生物多樣性（圖2-b）。另一方面，調(diào)控水文，通過兩道壅水設(shè)施提升水位，解決草灘內(nèi)陸化問題，同時引導(dǎo)河水自然做功，從而引導(dǎo)局部水深與水流急緩產(chǎn)生變化，以接近天然河道的“深潭”“淺潭”結(jié)構(gòu)。項目組運用生態(tài)工法、生境植物規(guī)劃、親水空間營造等策略，秉承“生產(chǎn)、生活、生態(tài)共融”的建設(shè)理念，最終使深圳光明區(qū)茅洲河生態(tài)示范段實現(xiàn)了“碧一江春水、道兩岸風(fēng)華”的碧道愿景。

2.3 借鑒意義

通過對以上典型案例的分析，可看出河灘地設(shè)計的前提是根據(jù)高水位出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間，以及不同降雨概率下的洪水規(guī)模和淹沒深度來調(diào)整區(qū)域的使用計劃（從一年一遇到百年一遇的洪水）[11]。河灘地的淹沒時間可能幾天或幾周，之后隨著水位不斷下降，遠離主河道的水流速下降，在河灘地特別是靠近河道低洼區(qū)，大量泥沙沉積使河灘地的高度緩慢持續(xù)上升，每次洪水后逐漸干燥，而地勢較低的池塘或其他沼澤地區(qū)可以長時間保持蓄水的狀態(tài)。如果這些區(qū)域與地下水相連，就可以在全年作為獨立的儲水區(qū)存在。

由此總結(jié)出河灘地生態(tài)設(shè)計的5大策略[12]。（1）系統(tǒng)化功能設(shè)計。河灘地承擔(dān)了較多的功能，包括防洪等城市功能和生態(tài)功能[13]，在設(shè)計過程中需融合雨水收集與凈化功能，用植草溝或砂石過濾帶收集凈化地表徑流再排入河道（圖3）。（2）多水文環(huán)境營造。通過多水文環(huán)境的設(shè)計，如河道縱坡形態(tài)設(shè)計等形成溪流、多塘、草澤、石灘、沙洲等多樣生境；重視河道低水位時生態(tài)功能的設(shè)計，主要包括河灘肌理、河道深水區(qū)、河岸林、水蔭樹等；重視河道橫向的聯(lián)通，如在茅洲河生態(tài)示范段項目中將原有河道箱涵與河灘地的高差用土方進行消化等[14]。（3）適應(yīng)性設(shè)計。河灘地是一個動態(tài)變化的空間，隨著河流水位的變化和植物的季節(jié)變化，河灘地的生態(tài)景觀呈現(xiàn)出不同的變化[15]。在進行方案設(shè)計時，需采取適應(yīng)性的設(shè)計手法，滿足不同水位和季節(jié)的要求。（4）低干擾設(shè)計。在對河灘地進行生態(tài)設(shè)計時，前期應(yīng)進行充分調(diào)研，盡可能保留原生態(tài)景觀，降低人為干擾，通過設(shè)計合理的游憩路線、雨污水排放路徑等減少對原生態(tài)景觀的干擾與破壞。（5）運用生態(tài)工法。項目使用的材料多以土石等生態(tài)土工材料為主，易于與自然融合；項目實施前應(yīng)定禁止施工擾動區(qū)域，對其內(nèi)動植物及地貌禁止干擾[16]。

圖3 碧山公園路域集水溝Fig.3 Road area gully of Bishan Park

3 重慶市梁平區(qū)龍溪河禮讓—仁賢鎮(zhèn)河段實踐

3.1 項目概況

龍溪河為長江左岸一級支流，古稱龍溪、容水、容溪、桂溪。流域位于重慶市西北部，地跨梁平、墊江、長壽三個區(qū)縣。本項目設(shè)計范圍為龍溪河禮讓—仁賢鎮(zhèn)段，位于梁平中部偏西，中心點距城區(qū)10 km，為梁平東西發(fā)展軸上重要節(jié)點。該試驗段河流長度約1.4 km，寬約40～50 m，總面積約7 hm2。龍溪河禮讓—仁賢鎮(zhèn)段雖然通過中小流域治理項目建設(shè)，其防洪功能已達標(biāo)，但河流河灘地形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能與生態(tài)河道仍有一定差距，且與項目地重慶市鄉(xiāng)村振興示范鎮(zhèn)、梁平區(qū)龍溪河流域水環(huán)境綜合治理與可持續(xù)發(fā)展試點、示范形象等上層規(guī)劃目標(biāo)不符。本項目依據(jù)上位規(guī)劃要求及指導(dǎo)思想，以龍溪河河灘地再野化為主旨，將其生態(tài)功能與結(jié)構(gòu)、景觀效果等進行優(yōu)化設(shè)計。

試驗段的河流兩岸為淤泥質(zhì)河灘，一部分凸岸坡度相較平緩，洪水對其沖刷影響較小，河道以外均為水稻田為主的農(nóng)田與漁塘，農(nóng)田尾水會匯聚至河旁排水溝中，從多個涵管穿越道路排入河流中。試驗段河流下游起點處現(xiàn)存有一處擋水堰，系原有村民利用水動力碾谷用水磨坊設(shè)施，擋水堰將上游河段水位壅高2 m，基本上影響了整段試驗段河流的水文狀況，擋水堰形成的壅水將原有河道由動水河道向緩流型河道演變。在擋水堰上游，水位升高，流速減慢，沉積物沉淀增加，水體更新周期延長，從而導(dǎo)致營養(yǎng)物滯留，春夏之交正是梁平山區(qū)整田插秧之時，村民插秧前施用的基肥多隨雨水溢入河中，極易出現(xiàn)“水華”暴發(fā)現(xiàn)象（圖4）。如何利用河灘地作為緩沖區(qū)攔截及凈化地表徑流中面源污染，提升鄉(xiāng)村河流景觀品質(zhì)，提升和豐富生物多樣性是本項目的訴求。

圖4 溪河禮讓—仁賢鎮(zhèn)河段“水華”現(xiàn)象Fig.4 Water bloom phenomenon in the section of the Longxi River from Lirang to Renxian Town

3.2 生態(tài)設(shè)計與實施

根據(jù)現(xiàn)場緩流河道、周邊是水稻田等環(huán)境特征，須先將入河來水進行收集，再利用河道與陸域高差（河灘地區(qū)域），設(shè)計陸域徑流路線與形式，形成梯塘系統(tǒng)和河灘洼地系統(tǒng)兩套河灘地設(shè)計體系。

河道兩側(cè)的水田從低山丘陵山腳綿延至河道兩側(cè)。降雨經(jīng)山林匯入農(nóng)田，高處農(nóng)田水滿溢流至下一層水田，層層溢流，待最下層水田水滿，便形成徑流匯入河道旁水溝中，水溝經(jīng)涵管穿路而過，流入河道。本設(shè)計將原農(nóng)田尾水直排入河這一過程進行優(yōu)化，將農(nóng)田尾水導(dǎo)入設(shè)計后的河灘地梯塘系統(tǒng)與洼地系統(tǒng)中，以此促成“山地丘陵次生林—水田/塘—生態(tài)溝渠—河岸濕地”的小微濕地系統(tǒng)（圖5）。

圖5 龍溪河禮讓—仁賢鎮(zhèn)河段徑流路徑組織Fig.5 Organization of water flow path in the section of the Longxi River from Lirang to Renxian Town

3.2.1 河灘地梯塘系統(tǒng)

梯塘系統(tǒng)設(shè)計將農(nóng)田退水直排入河這一過程進行優(yōu)化，將退水導(dǎo)入河灘地梯塘中，延長退水入河的徑流長度與滯留時間，充分發(fā)揮植物過濾及凈化作用，達到攔截農(nóng)田面源污染及凈化作用，同時增加了河道濕地面積，改善河灘地陸緣化過程，提升河道的景觀品質(zhì)與河灘地的生物多樣性（圖6）。

示范段共布局了三組梯塘系統(tǒng)，每組梯塘由10～15個3～10 m2的小塘連接而成，塘的大小、深淺、形狀各異，塘的深度為20～60 cm不等，用條石作為塘與塘的縱向分隔，兼作溢水作用，消化10～20 cm高差。塘基寬度為80 ～100 cm，塘基高出塘水面10～30 cm，塘底部用土工布防滲，上覆種植土30 ～40 cm，滿足水生植物種植需求。

塘內(nèi)做微地形塑造，地形的變化能增加塘棲息地的多樣性，塘內(nèi)拋1 ～3 cm碎石，增加塘底的異質(zhì)性。通過水文連通的設(shè)計，保證相鄰的塘、塘與河流之間的連通，具體做法采用條石隔擋做溢水，條石兩側(cè)用石子堆坡防沖刷。條石有壅水作用，確保塘有一定蓄水量保持濕生植物的生長。塘內(nèi)種植能適應(yīng)水位變化的濕生植物，如菖蒲（Acoruscalamus）、燈芯草（Juncuseffusus）、香蒲（Typhaorientalis）、蘆竹（Arundodonax）、水芹菜（Oenanthejavanica）等，濕生植物采用群落式種植，以10～15叢單品種形成約1～2 m2小團與其他小團混種，主要發(fā)揮其凈化作用，植物占比不超水面1/3。塘埂坡面種植半濕生植物，如黃花鳶尾（Iriswilsonii）、魚腥草（Houttuyniacordata）等，塘埂頂面采用柳葉馬鞕草（Verbenabonariensis）、山桃草（Gaura lindheimeri）、毛地黃（Digitalispurpurea）、釣鐘柳（Penstemoncampanulatus）、金雞菊（Coreopsis drummondii）、狼尾草（Pennisetumalopecuroide）等草花混交種植模式（圖7）。這種干旱潮濕交替區(qū)域包含多種群落類型和生境類型，對區(qū)域生物多樣性保護與提升具有重要作用。

圖7 梯塘系統(tǒng)細部圖Fig.7 Detail diagram of ladder pond system instruction of ladder pond system

3.2.2 河灘地洼地系統(tǒng)

河灘洼地是指在河灘上的小水洼或者小水坑，大小約5～10 m2，通常布置在小范圍的緩坡或平坦區(qū)域。與水體的交界處的低灘洼地會與河流連通處于積水狀態(tài)，并為濕生植物如水苦荬（Veronicaundulata）、水芹菜等所覆蓋，成了兩棲類動物的天堂（圖8、圖9）。

高灘洼地緊鄰堤岸，一般存蓄狀態(tài)不穩(wěn)定，其位置高于河流常水位，但也會被洪水所淹沒，在一段時間后隨蒸發(fā)滲漏逐漸干涸，但會形成潮濕的環(huán)境，生長許多耐濕的植物，如魚腥草、水芹等，提高了灘地的異質(zhì)性。

河灘洼地的生境類型非常豐富。因優(yōu)越的光熱條件形成了豐富的河灘植被，從而為鳥類、兩棲動物和昆蟲提供了棲息地和避難所。河灘洼地因其特定的位置保證了其能與周圍的水體生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)常進行能量、營養(yǎng)和物種的交換。

河灘洼地最直接、最重要的作用是引起生境中生物量的增加。河灘洼地為鳥類、兩棲動物和昆蟲提供了棲息環(huán)境，這些動物的存在又對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，它們對食物鏈形成有效刺激，為河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性作出了貢獻。同時河灘洼地的設(shè)計提升了河流形態(tài)的多樣性，也有助于提高河流生物多樣性。河灘洼地優(yōu)于單純的陸地或水域，適于多種生物生長，如在水陸聯(lián)結(jié)處聚集著水禽、魚類、兩棲類和鳥類等大量生物，這是保護流域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定最重要的生態(tài)因子之一。植物設(shè)計將沉水植物、挺水植物和陸生植物，以層狀結(jié)構(gòu)分布在河灘洼地，具有蓄滯洪水的功能，也為河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展減輕了不少負擔(dān)。

河灘洼地的形成影響著河灘濕地小生境，河岸植被群落的組成和動態(tài)變化過程也影響著河岸植被群落的結(jié)構(gòu)和景觀格局，在河岸植被群落更新與生物多樣性的維持中起著重要的作用。河灘洼地環(huán)境相對較為復(fù)雜，空間異質(zhì)性較大，從而使河灘多樣性指數(shù)也較高。隨著河灘洼地的形成使河灘上的微地形和微環(huán)境也發(fā)生相應(yīng)變化，形成了一定的生態(tài)位，動植物種類及其數(shù)量隨之變化。河灘洼地為某些生物種群提供了適宜的生境，成為該種群的棲息地，該種群數(shù)量的增大又會吸引其捕食者前來，由此導(dǎo)致生物多樣性的增加[17]。

4 結(jié)語

河灘地建設(shè)是實現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。在河灘地中，梯塘系統(tǒng)與洼地系統(tǒng)的設(shè)計實施使其發(fā)展成為更具生態(tài)價值的濕地生境，為在河邊生活的動植物提供了棲息地，豐富了河灘地的生態(tài)多樣性。由多個坑塘形成的梯塘結(jié)構(gòu)打破了原有單調(diào)的河岸緩坡，使其具有節(jié)奏感、韻律感及空間多樣性，干濕交替的植物分布不僅豐富了景觀的層次性，植被帶對降雨徑流還具有有效的攔截、凈化作用。

注：圖1源自http://www.metrostudio.it，其余均由作者自繪/自攝。