張 森，陳 菁，張營灝，陳 丹，李 帆

(1.河海大學水利水電學院，江蘇南京 210098;2.江蘇省豐縣水利局，江蘇豐縣 221700)

黃河故道徐州段是黃河奪淮過程中形成的，土質為沙壤土，易流失，沿線地勢高亢無水源保障，生態(tài)環(huán)境脆弱。以往的治理措施重視工程效用，對于生態(tài)的保護考慮不足。因此，有必要結合故道自然條件和存在的問題，運用生態(tài)水利工程學，探討在治理黃河故道的同時，保護和改善生態(tài)環(huán)境的思路和措施。

傳統(tǒng)水利工程學通過對防洪、水力發(fā)電、灌溉排水等需求，控制和改造河流，滿足了人們對防洪和水資源利用等需求，在人類社會與經濟發(fā)展過程中居功至偉，但是忽視了河流的生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求，在水利工程建設與運行過程中對生態(tài)環(huán)境產生了一定負面影響，亟須結合新的理念對其進行更新改造。

1 生態(tài)水利工程學理論

1.1 生態(tài)水利工程學的研究對象

生態(tài)水利工程尋找生態(tài)保護和資源開發(fā)之間的平衡點，將研究的河流治理范圍從河道及其兩岸的物理邊界擴大到河流生態(tài)尺度邊界［1］。對于新建工程，應用生態(tài)水利工程學，從規(guī)劃、設計直至建設、運行等環(huán)節(jié)，減輕水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫;對于已經人工改造的河流，應用生態(tài)水利工程學對其進行生態(tài)修復。

1.2 生態(tài)水利工程學的基本原則

生態(tài)水利工程需遵循以下五項基本設計原則:①工程安全性與經濟性原則。②提高河流形態(tài)的空間異質性原則。河流生態(tài)系統(tǒng)生境的主要特點是:水氣兩項、水陸兩項的聯(lián)系緊密性;河流的橫斷面多樣性;河道的縱向蜿蜒性;河床材料的透水性。生態(tài)水利工程的重點是盡可能地提高河流形態(tài)的異質性，為生物群落多樣性的恢復創(chuàng)造條件。③生態(tài)系統(tǒng)的自我設計、自我恢復原則。沒有兩條相同的河流，人力和技術控制自然界也是不可能的，只有善于利用生態(tài)系統(tǒng)的自我設計、自我恢復功能，才能尊重每一條河流的自然屬性，實現(xiàn)最佳的生態(tài)治理效果。④景觀尺度及整體性原則。河流的生態(tài)治理應當在長期的、大景觀尺度和保持可持續(xù)性的基礎上進行。⑤反饋調整式設計原則。生態(tài)系統(tǒng)在時間和空間上具有不確定性，決定了生態(tài)水利工程設計是一種反饋調整式的設計方法，是按照“設計、執(zhí)行、檢測、調整”的流程反復進行的［2］。

2 黃河故道徐州段的基本情況和存在的問題

2.1 黃河故道徐州段的基本情況

黃河故道徐州段流經徐州市區(qū)及豐縣、沛縣、銅山、睢寧四縣區(qū)。故道全長234 km，地勢呈西北高東南低之勢，堤距3～10 km，市區(qū)段堤距最窄處約140 m左右。故道沿線分布有濕地85 km2、14個中小型水庫，是兩岸886 km2防洪除澇、農田灌溉、生態(tài)環(huán)境的重要河道。2010年，黃河故道徐州段地區(qū)生產總值212.8億元，占全市生產總值的6%，沿線農業(yè)生產水平相對低下。

2.2 黃河故道徐州段存在的問題

2012年，江蘇省提出對黃河故道徐州段進行綜合開發(fā)，目的是通過對故道的治理與開發(fā)，保護黃河故道的自然資源，并通過生態(tài)景觀的建設拉動沿線經濟發(fā)展，實現(xiàn)水利、交通、農業(yè)、生態(tài)、文化旅游、扶貧“六位一體”的規(guī)劃目標。但現(xiàn)狀及以往的治理效果距離目標還有差距，其問題主要包括以下方面。

2.2.1 水土流失、河道淤積嚴重

故道兩岸堤坡與灘面土質砂性，結構較松散，水土保持措施匱乏，水土流失面積約占全區(qū)域總面積的85%。中泓斷面狹窄，淤積嚴重，平均淤積深度達1.5m，導致故道過流不暢，防洪標準偏低，不足5年一遇。

2.2.2 水源不足，水質較差

故道灘地地形高亢，兩岸水流不易匯入，加之堤外側高灘地土質保水能力差，水量相對不足。農業(yè)面源污染較嚴重，區(qū)域內水質較差，7個水功能區(qū)僅有兩個達標。水源不足、水質較差造成故道生態(tài)服務功能下降。

2.2.3 河道連通性較差

黃河故道沿線高亢無灌溉水源保障，為引調水源、蓄水補水、防洪保安，在沿線陸續(xù)建成7級控制，8級水面。梯級控制的水閘將連續(xù)水體分隔成眾多“河道式水庫”。同時，故道斷面變化較大，河槽彎曲，水流紊亂，造成故道連通性較差。

2.2.4 管理有待改善

黃河故道管理基本以縣管、鎮(zhèn)管、村管三類，缺乏統(tǒng)一管理。同時，對故道管理缺乏動態(tài)監(jiān)控，管理方法有待于改善。

3 運用生態(tài)水利工程學原理對黃河故道徐州段進行治理的建議

針對黃河故道現(xiàn)狀存在的問題，傳統(tǒng)的水利工程措施不能有效解決，甚至會對原有的生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。依據(jù)生態(tài)水利工程學的含義和基本原則，在進行黃河故道徐州段治理規(guī)劃設計時，有必要探討生態(tài)水利工程學在故道治理中的合理運用，尋求最佳的治理方案。

3.1 確定合理斷面

生態(tài)水利工程學的研究對象不僅是具有水文、水力學特性的河流，還包括具有生命特征的生態(tài)系統(tǒng)。故道連通性較差，對于故道生態(tài)系統(tǒng)的自我運行與恢復將造成不利影響。在故道治理中，提高河流形態(tài)空間異質性，以減少修建不必要的梯級控制建筑物。

為提高河流形態(tài)空間異質性，對故道的斷面應進行合理的斷面設計。黃河故道徐州段堤距最寬處10 km，市區(qū)最窄處僅140 m，斷面變化較大。合理的斷面，應當保留河灣、沼澤和淺灘的自然分布，避免全線斷面統(tǒng)一化。通過利用河灣、沼澤和淺灘的布置以及與沿線水庫的合理調度，完成故道的蓄水、補水和調水。對于不連通的河槽，按照確定的基本斷面形式，根據(jù)實際自然條件，合理確定橫斷面尺寸，對其進行水系溝通。整個中泓的水系溝通工程和斷面的設計，應盡量呈現(xiàn)多樣化、自然化，避免故道的“渠道化”。黃河故道徐州段治理基本斷面形式如圖1所示［3］。

圖1 黃河故道徐州段治理基本斷面形式

3.2 生態(tài)護岸的應用

黃河故道徐州段沿線土壤一般為粉沙土和沙壤土，生態(tài)環(huán)境脆弱，以往的治理措施多采用硬質材料襯砌河道，工程效果雖然明顯，卻不利于水陸之間的物質交換，影響河流的自我恢復功能。生態(tài)水利學強調生態(tài)系統(tǒng)的自我設計、自我恢復，采用生態(tài)護岸不僅可以保持岸坡結構穩(wěn)定，還具有滯洪補枯、調節(jié)水位、增強水體自凈能力等功能［4］。黃河故道徐州段流量較小，宜選用植物護岸的形式。生態(tài)護岸的選用，既可以滿足防洪需要，又美化河道生態(tài)景觀，滿足河流自我恢復功能需要，有利于保持河流生態(tài)系統(tǒng)多樣性?？稍跒┟?、堤頂及堤外坡種植適應本地區(qū)的經濟型樹木，比如蘋果、梨等。對河道正常蓄水位河坡、迎水面堤坡采用透水磚鋪砌。

3.3 河流文化建設

黃河故道是母親河在歷史的年輪里留下的印記，是黃河變遷、流域文明演進的歷史見證，被國外專家贊嘆為“古老的水上長城”，黃河故道徐州段的治理也應注重其景觀尺度，有必要將河流文化生命融入河流治理中。

黃河故道徐州段沿線散布著濕地、古跡、人文景觀。為挖掘故道厚重的歷史，重塑黃河故道的河流水文化生命，通過對故道沿線人文景觀和古跡進行保護和美學設計，使河流反映出故道區(qū)域內特有的人文風情。黃河故道徐州市區(qū)段規(guī)劃建設風俗、風情廊道，把部分河段建設成徐州市民俗風情的集中展示區(qū);故道豐縣段規(guī)劃對黃河故道源頭決口遺址、明大堤遺址、二壩濕地等進行故道水文化建設。其他沿線各區(qū)段應以此為借鑒，在故道治理中融入文化歷史元素。

3.4 建立規(guī)劃實施的微調反饋制度

以GIS和RS等信息技術作為支撐，以監(jiān)控和調查數(shù)據(jù)為基礎，對黃河故道徐州段生態(tài)建設項目的實施效果進行論證、檢查和反饋［5］，并據(jù)此對規(guī)劃進行微調。

3.5 故道沿線濕地生態(tài)治理

濕地具有調節(jié)流量、控制洪水和旅游觀光等作用，對其建設是故道生態(tài)治理的重要內容。黃河故道徐州段分布有較多濕地，面積最大的二壩濕地達486.7 hm2。二壩濕地的生態(tài)治理，通過劃定濕地水域向岸坡方向150 m為管理界線，穩(wěn)定濕地面積，保障蓄洪分洪能力;通過合理選擇濕地植物如蘆葦、白菱等，發(fā)揮濕地凈化功能;通過嚴禁毀壞蓮藕、蘆葦?shù)人参锖蛯竦貎炔稉启~類進行季節(jié)和方式上予以限制等措施，加強濕地生物多樣性的保護。

4 結語

生態(tài)水利工程學的本質是實現(xiàn)人與自然的和諧相處，其實質就是盡可能減少水利工程對生態(tài)環(huán)境的影響，使水資源可持續(xù)利用，生態(tài)環(huán)境得到保護與恢復。黃河故道徐州段治理若能未雨綢繆，積極運用生態(tài)水利工程學原理，并將其作為規(guī)劃的指導思想，則將對故道的科學治理產生積極影響與無可比擬的重要作用。

［1］董哲仁.探索生態(tài)水利工程學［J］.中國工程學，2007，9(1):1-7.

［2］董哲仁.試論生態(tài)水利工程的基本設計原則［J］.水利學報，2004，10(10):1-6.

［3］陳菁，王為木，張森，等.豐縣生態(tài)水利規(guī)劃［R］.豐縣:豐縣水利局，2012.

［4］黃奕龍.日本河流生態(tài)護岸技術及其對深圳的啟示［J］.中國農村水利水電，2009(10):106-108.

［5］趙進勇，董哲仁，孫東亞，等.河流生態(tài)修復負反饋調節(jié)規(guī)劃設計方法［J］.水利水電技術，2010(9):10-14.