王宏巖

(遼寧省營(yíng)口水文局， 遼寧 營(yíng)口　115003)

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微觀尺度下城市河流近自然化改造

王宏巖

(遼寧省營(yíng)口水文局， 遼寧 營(yíng)口115003)

本文針對(duì)我國(guó)城市化進(jìn)程中出現(xiàn)的河流渠化問題，探討了其特征與危害，提出了微觀尺度下，城市河流近自然化改造的自動(dòng)力過程、生態(tài)駁岸處理及濱河生態(tài)恢復(fù)方面的具體策略。

城市渠化河流； 自然河流； 近自然化策略

河流不僅是地球生態(tài)圈的重要組成部分，也是人類賴以生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)。無論是古代還是現(xiàn)代，河流作為城市的形象，與人們的生活質(zhì)量密切相關(guān)。步入工業(yè)社會(huì)以來，城市的無序擴(kuò)張以及防洪壓力，使處于城市中的河流逐步失去原本的自動(dòng)力和生態(tài)功能，從而淪為以防洪為主要目的渠道。當(dāng)前，人們普遍關(guān)注的是城市河流的污染與干涸問題，而對(duì)河流的改造特別是城市河段的硬化才是河流生態(tài)功能喪失的主要原因。在后工業(yè)時(shí)代人們生態(tài)發(fā)展理念回歸的背景下，我國(guó)城市渠化河流的近自然化改造成為一項(xiàng)緊迫任務(wù)。

1　微觀尺度下的城市河流概況

眾所周知，河流系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多重等級(jí)系統(tǒng)，分類標(biāo)準(zhǔn)不同對(duì)河流的等級(jí)劃分也有不同的結(jié)果。鑒于本次研究的對(duì)象屬于城市河段的近自然化手段，因此，基于河流的流域尺度、河段尺度以及特征河段尺度的分類標(biāo)準(zhǔn)，將河流系統(tǒng)劃分為微觀、中觀以及宏觀三個(gè)不同層面。從微觀層面觀察，那些穿越城市的河道存在諸多問題，主要表現(xiàn)在水流生態(tài)以及水流過程兩個(gè)方面。當(dāng)前的城市河道，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單且單一，常態(tài)下水流平緩順直[1]。這種設(shè)計(jì)雖然方便了管理和控制，但是遇到短時(shí)強(qiáng)降雨或上游洪水來襲時(shí)，流速瞬時(shí)加快，并對(duì)河流的堤岸產(chǎn)生巨大的沖刷力，為避免這種沖刷對(duì)堤岸造成破壞，河道堤防設(shè)計(jì)一般是由硬質(zhì)駁岸和混凝土、土工膜等現(xiàn)代建筑材料構(gòu)筑。這種河道設(shè)計(jì)對(duì)自然河流邊界的滲透力造成了人為破壞，植物無法在駁岸和河床上生長(zhǎng)，即使駁岸采用了單一植物栽植的手段進(jìn)行覆蓋，也難以形成植物景觀效果和生物群落。

2　微觀尺度下的城市河流渠化設(shè)計(jì)的負(fù)面作用

水體的自然流動(dòng)是其自凈能力發(fā)揮的重要條件。首先，水體的流動(dòng)可以促進(jìn)水體中污染物的混合、稀釋、擴(kuò)散、揮發(fā)、沉淀等物理過程和氧化還原以及酸堿中和等化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，從而有效減小污染物的濃度。其次，水體含氧量的增加，有利于微生物和藻類等水生生物的生存與繁殖，大大增強(qiáng)微生物對(duì)水體中有害有機(jī)物的降解和吸收。由此可見，水體的自凈過程是一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物變化過程，而城市河流由于水流速度較小，物理的自凈能力會(huì)嚴(yán)重減緩甚至喪失。另外，硬質(zhì)護(hù)岸和河槽將河流的水體與周圍環(huán)境，特別是土壤環(huán)境分割開來，兩者之間的物質(zhì)能量交換幾乎被徹底阻斷，使水體的化學(xué)自凈過程無法進(jìn)行[2]。此外，這種河道設(shè)計(jì)方式難以形成具有豐富物種的生態(tài)系統(tǒng)，生物化學(xué)自凈能力也基本喪失。由于上述原因，城市河道雖然經(jīng)過了一系列治理，但是水質(zhì)仍然不夠理想，其主要原因在于渠化設(shè)計(jì)方式。總之，城市河道的渠化，改變了河道的動(dòng)力過程，隔絕了水體與周圍環(huán)境的物質(zhì)交換，對(duì)河道的生態(tài)性破壞極大，同時(shí)也影響了河道景觀功能的發(fā)揮。

3　微觀尺度下城市河流近自然化策略

針對(duì)微觀尺度下城市河道渠化設(shè)計(jì)的特征及負(fù)面影響產(chǎn)生的原因，城市河道的近自然化設(shè)計(jì)或改造應(yīng)集中在以下三個(gè)主要方面：首先是通過增加水體流動(dòng)過程的多樣性，增強(qiáng)河道的自動(dòng)力過程；其次是改變傳統(tǒng)河道設(shè)計(jì)中的硬質(zhì)駁岸，利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)和手段，營(yíng)造新型生態(tài)化駁岸；三是在河道兩側(cè)構(gòu)建生物棲息地，以營(yíng)造濕地淺灘為主要手段，形成具有生物豐富性與多樣化的河道生態(tài)系統(tǒng)。

3.1增強(qiáng)河道的自動(dòng)力過程

傳統(tǒng)河道的人工干預(yù)與整治的目的是阻止水流對(duì)河岸的侵蝕，增加水流的穩(wěn)定性，而河道近自然設(shè)計(jì)理念則完全相反，需要恢復(fù)河流水體的流動(dòng)性，以改善河道水體的自動(dòng)力過程[3]。改造的基本思路是通過對(duì)河床的人為干預(yù)，影響水流的流動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生諸如急流區(qū)、緩流區(qū)、漩渦區(qū)等多樣化的水流形態(tài)，以恢復(fù)因渠道化設(shè)計(jì)而被抹掉的自然河流的典型動(dòng)力過程[4]。這樣，富于變化的水流形態(tài)和河床基底，不僅可以提供結(jié)構(gòu)多樣化的河流形態(tài)，還可以在水下及水陸交界處創(chuàng)造多樣化的生境，從而為河流生態(tài)系統(tǒng)的重塑提供必要的條件。增強(qiáng)河道自動(dòng)力過程的工程手段可以歸結(jié)為四種，分別是河道拋物、丁壩、堤堰以及河床石質(zhì)階梯。

a.河道拋物。河道拋物是指在水流平緩的順直河道設(shè)置礫石群、大體積礫石、木樁等能夠破壞水流的元素，通過增加河道結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，構(gòu)造出多樣性化的水深、底質(zhì)與流速條件，從而形成相對(duì)較大的水深、氣泡、湍流等多種水流形態(tài)。此外，這些拋物構(gòu)造出的復(fù)雜環(huán)境也可以成為河流生物良好的棲息場(chǎng)所。

b.丁壩。在順直河床兩側(cè)，利用石材或木材以合適的角度堆放成丁壩，在排列方式上根據(jù)不同的河道形態(tài)或?qū)嶋H需要，丁壩設(shè)計(jì)為交叉布置或成隊(duì)布置。丁壩的主要作用在于通過抬高河岸，使河道主流由平直改為彎曲，并在丁壩的迎水面與背水面形成深潭和淺灘，從而形成河流微地形[5]。

c.堤堰。堤堰是指利用木材、石材構(gòu)建橫跨河道的堰體，其基本作用是通過對(duì)水流形態(tài)的調(diào)節(jié)在堤堰的上游形成深水區(qū)，而在下游則形成深潭，從而形成復(fù)雜的河底地貌與河道水環(huán)境。此外，堤堰在流速大的地方可以控制流速，而在平緩區(qū)域可集中水流，控制水流對(duì)河床的沖蝕。

d.河床石質(zhì)階梯。利用石塊堆積，在河床的底部構(gòu)造出層級(jí)狀結(jié)構(gòu)，這種構(gòu)造不僅可以改變?cè)械乃餍螒B(tài)，形成紊流以增加水體內(nèi)部曝氧量，還可以使河床底部呈現(xiàn)明顯的坡度變化，形成多樣化的生物棲息地。

3.2構(gòu)建生態(tài)堤岸

工程護(hù)坡方式雖然增加了堤岸對(duì)水流沖擊力的防護(hù)能力，但是卻扼殺了天然緩沖帶的生態(tài)功能[6]。為尋求生態(tài)與技術(shù)間的有效平衡，土壤生物工程技術(shù)成為河流近自然化改造中的重要技術(shù)基礎(chǔ)，特別是植被護(hù)坡技術(shù)已經(jīng)被西方國(guó)家廣泛應(yīng)用于河道近自然化改造，并取得了顯著效果。植被護(hù)坡雖然具有更高的生態(tài)功能,但也有一定的局限性,其穩(wěn)定性和耐沖擊能力較弱。由于生態(tài)堤岸存在強(qiáng)度高、易老化以及建成初期護(hù)坡作用微弱等局限性，因此，需要根據(jù)實(shí)際情況，選用多種生態(tài)技術(shù)，通過河岸形態(tài)穩(wěn)固和良好生物棲息環(huán)境的構(gòu)建，提升城市河道的整體生態(tài)環(huán)境。

a.植物覆蓋技術(shù)。植物覆蓋技術(shù)是指采用喬灌植栽、蘆葦植栽、草地移植以及播種、扦插等方式構(gòu)建生態(tài)化堤岸以防止堤岸遭受侵蝕。由于植物覆蓋技術(shù)在建成初期的護(hù)坡作用并不明顯，因此主要用于防洪壓力不大而生態(tài)需求較強(qiáng)的小型河道。

b.植樁技術(shù)。植樁技術(shù)是指利用土工布、棕櫚纖維墊、椰殼纖維等輔助工具對(duì)活體植物進(jìn)行加固。這種方式既能快速穩(wěn)固堤岸土壤，又可以快速恢復(fù)堤岸生態(tài)，主要適用于水流速度不大、較為平直的小型河道。

c.拋石砌石技術(shù)。拋石技術(shù)是指將大小不等的塊石拋置護(hù)岸，為水生生物提供良好的棲息環(huán)境[7]。這種方式主要適用于穩(wěn)定高度3m以下、水流速度4m/s以下的城市小型河道，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)要注意將塊狀角石彼此鑲嵌，以提高堤岸的抗沖刷能力。砌石技術(shù)與拋石技術(shù)類似，按照堆砌形態(tài)可以分為單階砌石與多階砌石，按照砌石的膠結(jié)方式則可以分為干砌、半濕砌和濕砌等三種方式。

d.聯(lián)合技術(shù)。采用石塊和混凝土等建筑材料，將植物以更為穩(wěn)固的方式固定在邊坡陡峭、穩(wěn)定性差、水流流速較大的堤岸區(qū)域。這種方式需要在植物種植以前，首先利用建筑材料對(duì)土地進(jìn)行穩(wěn)固，以提高坡岸的抗侵蝕與抗沖擊能力。目前比較成熟的聯(lián)合技術(shù)主要有扦插-拋石聯(lián)合技術(shù)、植生石籠墻、植生原木擋土墻等。

3.3濱河生境恢復(fù)

在濱河生態(tài)恢復(fù)中，植物是不可或缺的重要因素。首先，植物是自然河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，一條自然狀態(tài)的河流從水體到河岸呈層狀分布著多種植物，主要包括沉水植物、浮水植物、挺水植物、濕生植物以及中生植物，這些不同的植物共同組成了河流生態(tài)系統(tǒng)的根基。所以，城市河道的近自然化改造也必須進(jìn)一步增加植物種類和栽植范圍，以營(yíng)造優(yōu)良的野生動(dòng)物棲息地，達(dá)到城市河流生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。其次，植被在城市河道近自然化改造中不僅具有重要的生態(tài)學(xué)意義，還兼有水文與機(jī)械效應(yīng)。一方面植物發(fā)達(dá)的根系可以起到調(diào)節(jié)土壤水分、防止土壤侵蝕的作用，而植物的莖葉則可以降低近岸水流的流速與水的沖力，茂盛的堤岸植被可以達(dá)到與工程手段類似的防護(hù)效果。另一方面，在城市河道近自然化改造過程中，植物可以和增強(qiáng)水流自動(dòng)力的手段相結(jié)合，為水生動(dòng)物與微生物提供良好的棲息環(huán)境。

在城市河道近自然化改造中，濱河生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)應(yīng)避免機(jī)械化與園林化的設(shè)計(jì)。植物的選擇與配置要秉承自然化的初衷，盡量模擬天然植被的構(gòu)成與空間結(jié)構(gòu)，構(gòu)建出最接近自然狀態(tài)的河道植物群落。具體來說，在長(zhǎng)期淹沒于水中的河槽部分，主要配置水草等水生植物以及池杉、水松等耐水濕的喬木，以達(dá)到沉水植物、漂浮植物、挺水植物的多層搭配。洪泛區(qū)是近自然化生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與構(gòu)建的關(guān)鍵性區(qū)域，在進(jìn)行植物配置時(shí)必須要考慮區(qū)域內(nèi)的土壤和水文情況。例如，在接近常水位線的位置設(shè)置濕生植物，而其他部位則需要選擇耐短時(shí)水淹的植物。河灘和沙洲區(qū)域應(yīng)選擇根系發(fā)達(dá)、耐水淹的植物種類，出于保證行洪安全需要，這些區(qū)域應(yīng)采用灌草結(jié)合的植物配置方式。

4　結(jié)　語

本文針對(duì)我國(guó)城市河流的渠化問題，提出了微觀尺度下城市河流近自然化改造思路。城市河流近自然化是一個(gè)涉及多學(xué)科的綜合性問題，因此在研究過程中采用了多學(xué)科、多視角的理論體系與研究方法，特別是將景觀介入與生態(tài)恢復(fù)作為城市河流近自然化改造的主要手段，通過水利工程技術(shù)、土壤工程技術(shù)以及生態(tài)技術(shù)的疊加，提出了既具有生態(tài)功能又具有社會(huì)功能的城市河流近自然化改造策略。研究結(jié)論對(duì)客觀評(píng)價(jià)我國(guó)城市河流渠化造成的生態(tài)問題、促進(jìn)城市河流的生態(tài)化建設(shè)具有重要的參考價(jià)值。

[1]李宏軍,楊佳棟.城市河流生態(tài)景觀與橡膠壩設(shè)計(jì)運(yùn)用探討[J].水利建設(shè)與管理,2014(5):27-29,22.

[2]劉尚儉,邱建,安雅敏,等.河流生態(tài)修復(fù)淺議[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià),2015(1):82-85.

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[6]林茂森,王殿武,劉玉珍,等.城市河流健康威脅與生態(tài)修復(fù)[J].沈陽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015(3):197-200.

[7]陳利頂,齊鑫,李芬,等.城市化過程對(duì)河道系統(tǒng)的干擾與生態(tài)修復(fù)原則和方法[J].生態(tài)學(xué)雜志,2010(4):805-811.

Near-naturalization reconstruction of urban rivers under micro scale

WANG Hongyan

(LiaoningYingkouHydrologyBureau,Yingkou115003,China)

In the paper, characteristics and damages are discussed aiming at river canalization problems in China urbanization process. Concrete strategies in the aspects of dynamic process of urban river near naturalization transformation, ecological revetment treatment and riverside ecological restoration are proposed under micro scale.

urban canalized river; natural rivers; near naturalization strategy

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.03.015

TV85

A

2096- 0131(2016)03- 0054- 03