李一帆，馬 彥，田國行

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003)

基于河漫灘生態(tài)修復(fù)的城市河流治理探索
——以平頂山香山溝治理工程為例

李一帆1，馬 彥2，田國行1

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003)

城市河流；生態(tài)修復(fù)；河漫灘；棲息地；香山溝；平頂山

當(dāng)前傳統(tǒng)城市河流與城市周邊用地之間缺少河漫灘作為過渡，河道多被束縛在堤防之內(nèi)，這種堤防不允許周期性洪泛躍堤的單一結(jié)構(gòu)往往令城市河流進(jìn)入快排模式，河流只是消化洪水的通道。而在非洪泛期，這種快排通道式的河道也隨之失去了應(yīng)有的生態(tài)功能。以平頂山湛河支流香山溝治理工程的生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計(jì)為例，提出了在城市近郊恢復(fù)河流生態(tài)棲息地的可行性及必要性。通過宏觀層次上對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，中觀層次上對(duì)河流物理結(jié)構(gòu)的修復(fù)，微觀層次上具體棲息地設(shè)施的構(gòu)建，闡述了河漫灘生態(tài)修復(fù)是保證河流生態(tài)系統(tǒng)完整的重要途徑。

國家發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)城市河流生態(tài)修復(fù)提出了新需求，將水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作為單一目標(biāo)的城市河流綜合治理工程未能涵蓋河流自身生態(tài)功能的重建[1]，忽視了人與自然河流之間的天然聯(lián)系，不能夠從本質(zhì)上解決現(xiàn)今城市河流存在的諸多問題[2]。因而，進(jìn)行系統(tǒng)的城市河流生態(tài)修復(fù)實(shí)踐是當(dāng)下城市發(fā)展所不可回避的。河漫灘作為一條健康河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，一直以來被作為建設(shè)用地而不斷被擠占[3]，其生態(tài)功能的修復(fù)與重建對(duì)于恢復(fù)河流整體生態(tài)結(jié)構(gòu)及生態(tài)功能具有至關(guān)重要、承上啟下的作用。要對(duì)城市河流進(jìn)行系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)，就必須重新確立河漫灘在城市規(guī)劃中的地位，這就需要我們?cè)诰坝^生態(tài)學(xué)視角下，對(duì)城市河流的河漫灘進(jìn)行梳理與重建，并建立人與自然耦合的河流棲息地模式。

1 河漫灘生態(tài)修復(fù)的意義

目前，國內(nèi)城市進(jìn)行的河流生態(tài)修復(fù)工程大多關(guān)注水質(zhì)的改善與河道內(nèi)綠化條件的提升[4]，但要恢復(fù)城市河流自凈能力、生物生產(chǎn)力、生物棲息地多樣性等生態(tài)功能，僅僅依靠河道內(nèi)部水質(zhì)的恢復(fù)與棲息地條件的改善是無法完成的。

河漫灘是河流生態(tài)結(jié)構(gòu)中典型的群落過渡帶，具有連通水域和陸域的作用，是動(dòng)植物群落生存與河流能量轉(zhuǎn)換的重要場(chǎng)所。在自然河流中，河水的周期性洪泛是河流生態(tài)過程的重要節(jié)點(diǎn)，而洪泛灘區(qū)則是承蓄般洪水的重要場(chǎng)所。如今的城市河流治理在對(duì)洪水的處理上采用的是單一防護(hù)的治理理念，但越來越多的研究者認(rèn)識(shí)到洪水在調(diào)節(jié)生態(tài)、能源利用、資源調(diào)蓄等方面的作用是無可取代的[5]。

只有在城市待建區(qū)域的河道治理工程中將河流灘區(qū)結(jié)構(gòu)納入規(guī)劃范圍內(nèi)，才能避免傳統(tǒng)河道治理擠占河道、高筑堤防等不可持續(xù)發(fā)展模式的發(fā)生?；诖耍瑧?yīng)確立“大灘區(qū)”的河道治理思路，利用河流自然灘區(qū)滯洪削峰，建立灘區(qū)結(jié)構(gòu)與防洪工程協(xié)同作用的耦合模式，才能在利用河流灘區(qū)創(chuàng)造生態(tài)價(jià)值的同時(shí)，保證城市的良性發(fā)展。

2 河漫灘生態(tài)修復(fù)的途徑與對(duì)策

河漫灘生態(tài)修復(fù)在城市河流生態(tài)修復(fù)工程中起著承上啟下的關(guān)鍵性作用。一方面，河漫灘系統(tǒng)的重建需要以城市河流整體物理形態(tài)的修復(fù)作為基礎(chǔ)與平臺(tái)，其形態(tài)依賴于河流三個(gè)維度物理形態(tài)的重構(gòu)，在時(shí)間維度上，河漫灘結(jié)構(gòu)的建立也會(huì)對(duì)河流形態(tài)進(jìn)行工程竣工后的再塑造；另一方面，河漫灘系統(tǒng)的建立能夠創(chuàng)造出沿河道的多樣的生物生境類型，提高城市基質(zhì)與河流廊道的景觀格局，以及邊界處的邊緣區(qū)效應(yīng)，是激活河流生物生產(chǎn)力的關(guān)鍵。因此，河漫灘生態(tài)修復(fù)工程應(yīng)當(dāng)以恢復(fù)河流三個(gè)維度上的形態(tài)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，把河漫灘形態(tài)塑造的理念貫穿始終，并以恢復(fù)河流生物棲息地完整的生態(tài)結(jié)構(gòu)為目的。

2.1 基于河漫灘重塑的河流形態(tài)修復(fù)

2.1.1 河流斷面結(jié)構(gòu)

河流斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要目的是滿足行洪需要與安全防護(hù)需求。設(shè)計(jì)過程大致可分為兩部分：一是應(yīng)當(dāng)以河流平面布置模式為基礎(chǔ)互為參考，同時(shí)設(shè)計(jì)，即根據(jù)河道擺動(dòng)幅度與頻率確定各河段的河槽形式；二是根據(jù)不同的河槽形式塑造河道主河槽與河漫灘區(qū)，并且以周期性漫灘為目的對(duì)過流斷面進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)河道糙率進(jìn)行計(jì)算與復(fù)核時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合河床基質(zhì)、河道內(nèi)植物設(shè)計(jì)方案等綜合取值。在標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)完成后，對(duì)該斷面進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)河流蜿蜒形態(tài)下的水力環(huán)境，并對(duì)河灣凹岸與凸岸處的邊坡與河床進(jìn)行調(diào)整。

2.1.2 河流平面結(jié)構(gòu)

河流的平面結(jié)構(gòu)以恢復(fù)河流自然蜿蜒形態(tài)為主要目的。在確定蜿蜒形態(tài)時(shí)，如果裁彎取直之前的舊河道仍然存在并具備再次利用的條件，可以在進(jìn)行計(jì)算與復(fù)核后恢復(fù)或部分恢復(fù)舊河道。在城市河流生態(tài)修復(fù)中，河道平面布置的第一步往往是廢棄或部分廢棄舊河段并規(guī)劃新的河道線路。新的河道線路要滿足基本的行洪與安全防護(hù)需求，并且具有河流的擺動(dòng)空間、河漫灘的占地空間及植被緩沖帶空間。

2.1.3 河漫灘重塑

河漫灘重塑就是在河漫灘對(duì)地形地貌進(jìn)行有條件的微處理以形成多元化的灘區(qū)地貌。地形的處理應(yīng)當(dāng)以不阻礙行洪作為基礎(chǔ)依據(jù)，在平原地區(qū)，河漫灘一般以向下游輻聚的鬃崗與洼地相間分布為主要特征，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)模仿與順應(yīng)這種地貌類型。此外，在河道沿途若有連片低洼且可以利用的區(qū)域時(shí)，可以有條件地設(shè)置開放灘區(qū)，開放灘區(qū)在單側(cè)或兩側(cè)放開堤防，以自然地形或通過修改來達(dá)到防洪目的。

2.1.4 現(xiàn)狀地形利用

河流蜿蜒形態(tài)的重構(gòu)往往意味著舊有順直河道的廢棄，可以將舊有河道作為河道一側(cè)的滯洪洼地來使用，也可以通過改造溢流堰等水工設(shè)施使之成為泄洪道。

2.2 種植設(shè)計(jì)

河流生態(tài)修復(fù)具有不同于傳統(tǒng)意義上的河流治理工程的兩大特征：一是生態(tài)功能優(yōu)先，二是非一次性設(shè)計(jì)。在植物種植方面，應(yīng)遵循的原則有兩條：首先是植物搭配的美學(xué)原則應(yīng)當(dāng)讓位于生態(tài)功能，植被體系構(gòu)建應(yīng)當(dāng)以保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)為目的；其次是應(yīng)當(dāng)考慮河流生態(tài)修復(fù)的時(shí)間維度，除滿足必要的生態(tài)功能外，應(yīng)避免使用一次成型的大型苗木，以降低成本。河漫灘植被應(yīng)以自然發(fā)育為主，出于工程考慮可以人工輔助初期植被的建立。

2.3 防護(hù)工程

河漫灘動(dòng)態(tài)發(fā)育的特征使得安全防護(hù)的程度應(yīng)當(dāng)有所取舍，灘區(qū)不能一次成型，也不能任由泥沙淤積，在工程設(shè)計(jì)之初就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行河床基質(zhì)選擇與河流泥沙控制。對(duì)確有塌陷危險(xiǎn)的河道邊坡應(yīng)當(dāng)進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)材料以透水不漏土為原則，并保證具有一定的生物生長空間，應(yīng)避免采用光滑的整體性護(hù)坡形式。

2.4 生物棲息地構(gòu)建

河道內(nèi)生物棲息地主要由淺灘深潭序列結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在局部該結(jié)構(gòu)不明顯時(shí)，需要人工輔助加以完善。河道外生物棲息地以豐富灘區(qū)地貌單元為原則，在進(jìn)行棲息地結(jié)構(gòu)恢復(fù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)妥善分配生物活動(dòng)空間與人類活動(dòng)空間，使之相互隔離或相互滲透，互不干擾。

3 平頂山市湛河綜合治理香山溝生態(tài)修復(fù)工程

3.1 區(qū)位概況

湛河沿東西走向貫穿平頂山市市域范圍，干流全長38.49 km，流域面積218.57 km2，河道比降0.84‰。沿岸約有30條支溝，生態(tài)修復(fù)工程所在的香山溝即是湛河北岸的支流之一，位于湛河西北部，地貌結(jié)構(gòu)為條狀洼地，屬于大陸停滯水堆積洼地和沖洪積坡地地貌單元，地表主要分布有高度不等的人工堆積體。香山溝區(qū)位情況見圖1。

圖1 香山溝區(qū)位

3.2 現(xiàn)狀分析

3.2.1 河道及水文現(xiàn)狀

香山溝全長約9 km，整體河道呈直線形，地勢(shì)較為開闊，為“U”形溝谷，河槽深1.5～3.0 m。全流域匯水面積為10.5 km2，根據(jù)降雨強(qiáng)度公式計(jì)算出香山溝20年一遇洪峰流量為50.21 m3/s，2年一遇洪峰流量為20.38 m3/s，1.5年一遇洪峰流量為17.13 m3/s。

從下游至上游沿線分布有井營村、楊官營村、石橋營村等村莊及水泥廠、焦化廠、坑口電廠、變電站、煤礦礦山等工礦企業(yè)生產(chǎn)性單位。

3.2.2 現(xiàn)狀河道存在的問題

現(xiàn)狀河道兩岸村莊及生產(chǎn)性單位所產(chǎn)生的生產(chǎn)生活污水未經(jīng)處理直接排進(jìn)河道內(nèi)，水色混濁呈青色，懸浮顆粒多，味臭，水質(zhì)為劣Ⅴ類。河道形態(tài)大部分為順直型，缺少灘區(qū)，無法形成有效的生物棲息地結(jié)構(gòu)，對(duì)于較大洪峰也起不到滯留作用。此外，河道邊坡缺少固坡植被，高地?zé)o植被緩沖帶，坡岸不穩(wěn)定，且無法對(duì)地面徑流起到攔截作用。夏季陽光直射河道，缺少河岸植物蔭蔽河段，對(duì)水生生物生長不利。

3.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)

在本方案中，河流生態(tài)功能的修復(fù)要依賴河流灘區(qū)系統(tǒng)的建立。工程的首要目標(biāo)就是鞏固河道的防洪能力與自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。通過對(duì)河流斷面結(jié)構(gòu)的重塑、開放灘區(qū)的布置、灘區(qū)地貌結(jié)構(gòu)的梳理、棲息地設(shè)施設(shè)計(jì)、植物設(shè)計(jì)，建立香山溝完整的河流灘區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)河流生物生產(chǎn)力，提供生物棲息地。利用工程與非工程措施，重新恢復(fù)河流自凈能力與流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。

3.4 修復(fù)工程設(shè)計(jì)

3.4.1 水質(zhì)恢復(fù)與水量調(diào)撥

水質(zhì)恢復(fù)工程主要由污水?dāng)r截與水質(zhì)處理兩部分組成。沿河道兩岸或一側(cè)布置截污管道，將周邊污水收集后就近送入污水處理廠，實(shí)現(xiàn)全流域雨污分流。

水量調(diào)撥方案分為兩部分，一是通過香山溝北部召平臺(tái)水庫調(diào)水，滿足部分生態(tài)需水；二是將沿岸污水處理后再利用。再生水利用方案有兩個(gè)：①僅利用現(xiàn)有入河口處污水處理廠處理污水，將再生水通過調(diào)水措施調(diào)至香山溝源頭，注入在這里設(shè)置的預(yù)處理濕地，使再生水經(jīng)濕地植物凈化后進(jìn)入香山溝河道。②在香山溝源頭建立污水處理廠，并設(shè)置預(yù)處理濕地，污水經(jīng)處理后排入河道；現(xiàn)有污水處理廠處理過的污水部分調(diào)至香山溝中段或下游的灘區(qū)濕地系統(tǒng)，部分直排入烏江河。

3.4.2 河流物理形態(tài)

河流物理形態(tài)的修復(fù)關(guān)系到生態(tài)功能的完善與安全防護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。因此，河道的縱向形態(tài)與豎向結(jié)構(gòu)均要以水力學(xué)計(jì)算為基礎(chǔ)。

(1)標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)。河道斷面采用復(fù)式斷面結(jié)構(gòu)，大梯形主河槽斷面滿足20年一遇洪峰過流。用1.5年一遇的洪峰流量作為香山溝的平灘流量[6]，利用該流量來制造河漫灘區(qū)的洪水脈沖，將河槽內(nèi)河水釋放入河漫灘，恢復(fù)河道與河漫灘的連通性，激活灘區(qū)生物生產(chǎn)過程。香山溝全流域匯水面積10.5 km2，結(jié)合暴雨計(jì)算公式，得出河道1.5年一遇的設(shè)計(jì)洪峰流量(平灘流量)為17.13 m3/s；利用平灘公式[7]W=aQb求出河道平灘寬度為13.70 m，以此作為河道主河槽開口線的寬度值；再利用河流寬深比公式[7]ξ=0.5B/h求出河槽寬度在13.70 m時(shí)河槽的深度為1.30 m。

綜合考慮根據(jù)綜合糙率計(jì)算公式[8]n=(n0+n1+n2+n3+n4)m確定的n值與香山溝恢復(fù)后狀況的預(yù)估，綜合糙率取值為0.066。

綜合以上各項(xiàng)參數(shù)，利用梯形斷面河道水力學(xué)計(jì)算方法對(duì)子河槽斷面尺寸進(jìn)行計(jì)算并設(shè)計(jì)，斷面形式見圖2。需要注意的是，該斷面形式為標(biāo)準(zhǔn)斷面，是保證安全行洪條件下河道斷面的最小值，在實(shí)際河道設(shè)計(jì)中，在用地條件允許的情況下，為盡可能創(chuàng)造河漫灘地貌單元，河漫灘范圍要比標(biāo)準(zhǔn)斷面大，邊坡坡比要比標(biāo)準(zhǔn)斷面中的坡比小。

圖2 香山溝標(biāo)準(zhǔn)斷面形式(單位：m)

(2)河流平面形態(tài)。河流平面設(shè)計(jì)主要有三部分，一是對(duì)于河道線路的重新選定，二是對(duì)河道蜿蜒形態(tài)的布置，三是對(duì)河灣跨度的計(jì)算。

香山溝新的河道選線方案避開了上游段與城市用地之間的矛盾，并盡可能地避開了生產(chǎn)企業(yè)，以減少其對(duì)于河道的點(diǎn)源污染。根據(jù)Rosgen河流分類體系，綜合香山溝流域內(nèi)整體坡降與寬窄率及河床材質(zhì)等特征，考慮到周邊用地較為局限的情況，最終選取新建河道蜿蜒度，也就是河道整體長度與河口至河源處直線距離之比為1.1～1.2。根據(jù)河灣跨度的經(jīng)驗(yàn)公式[7]計(jì)算出香山溝子河槽河灣跨度為154.3～170.8 m。在該跨度內(nèi)，子河槽以1.1～1.2的蜿蜒度向河流流動(dòng)的垂直方向擺動(dòng)。該標(biāo)準(zhǔn)擺動(dòng)幅度約為60 m，而主河槽約18 m的標(biāo)準(zhǔn)河槽寬度不能夠滿足該幅度，在實(shí)際布置過程中，子河槽擺動(dòng)幅度小的(≤18 m)河段，主河槽可以不隨子河槽一同擺動(dòng)，子河槽擺動(dòng)幅度大的(>18 m)河段則反之。在確定河道基本蜿蜒模式之后，根據(jù)河灣跨度、周邊用地、地形條件及上下游蜿蜒度的差異，沿河道選線方向布置河流中心線。

(3)河流斷面、平面形態(tài)的深化。河道凹岸處水流在離心力的作用下會(huì)不斷淘刷凹岸頂點(diǎn)處的邊坡，并形成河底內(nèi)的深潭，深潭最深處一般不在彎曲頂點(diǎn)處，多向下游偏移。因此，在橫斷面設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)順應(yīng)這種河流自然構(gòu)造原理，在河灣處對(duì)斷面進(jìn)行調(diào)整，將凸岸側(cè)坡度放緩、凹岸處坡度變陡，并且在此處的河床鋪設(shè)礫石，允許這種自然構(gòu)造過程隨河流運(yùn)動(dòng)而發(fā)生(圖3)。

圖3 深化后的河道斷面形式

3.4.3 河漫灘系統(tǒng)

河漫灘區(qū)利用“大灘區(qū)”的河道治理思路，將洪泛風(fēng)險(xiǎn)視為河道內(nèi)生物結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化與灘區(qū)生態(tài)結(jié)構(gòu)形成的契機(jī)，并利用開放的灘區(qū)作為滯洪區(qū)，承蓄漫灘洪水，將洪水的動(dòng)態(tài)變化過程做到可控與利用(圖4)。在香山溝生態(tài)修復(fù)工程中，河漫灘區(qū)系統(tǒng)分為河道內(nèi)灘區(qū)與河道外開放灘區(qū)兩部分。

圖4 河漫灘系統(tǒng)示意

(1)河道內(nèi)河漫灘。河道內(nèi)灘區(qū)由河槽內(nèi)淺灘與邊灘構(gòu)成。蜿蜒河流凸岸處一側(cè)邊灘坡度較緩，深入水體，生長相應(yīng)的淺灘植被，結(jié)合一些木、石構(gòu)架的棲息地設(shè)施，為龜、蛙類提供往返水體與邊灘的通道與躲避天敵、覓食的場(chǎng)所，也為水禽提供了駐足與捕食場(chǎng)地。這些由邊灘構(gòu)成的河漫灘區(qū)的棲息地結(jié)構(gòu)也會(huì)隨著豐水期徑流的變化而逐漸發(fā)育成型，其中的生物物種在水體的動(dòng)態(tài)變化過程中完成遷移，也為河道提供了較為穩(wěn)定的營養(yǎng)物質(zhì)來源(圖5)。

圖5 河漫灘結(jié)構(gòu)示意

(2)河道外河漫灘。在河道外河漫灘區(qū)構(gòu)建中，結(jié)合周邊用地情況沿河布置了四處開放灘區(qū)(圖6)，這四處灘區(qū)的一側(cè)堤防被放開，在高程設(shè)計(jì)上也將該水位的范圍進(jìn)行劃定，使其淹沒面積大致達(dá)到灘區(qū)總面積的50%左右。利用地形坡度引洪峰河水進(jìn)入灘區(qū)，并利用地形高差將洪水控制在20年一遇水平。四處灘區(qū)所形成的滯洪濕地能夠削減洪峰流量，并且對(duì)周邊場(chǎng)地匯入的初期雨水起到滯留與凈化作用，灘區(qū)會(huì)隨著每年洪泛程度的不同而形成不同范圍的周期性淹沒，淹沒的區(qū)域形成河岸濕地。

圖6 開放灘區(qū)原理示意

3.4.4 河漫灘系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)

(1)植被動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。自河道中心線向兩側(cè)，植被系統(tǒng)共分為5個(gè)部分：第一，水邊線區(qū)域移植少量水生植物，包括沉水與挺水植物；第二，護(hù)坡區(qū)域，結(jié)合不同生態(tài)護(hù)坡的形式扦插活體枝條；第三，1.5年一遇水平河漫灘區(qū)主要以地被植物為主，采用人工植草與播種草籽相結(jié)合的方法，種植本地速生草種營造過渡區(qū)的主要植被群落；第四，1.5年一遇水平河漫灘區(qū)域以上為點(diǎn)狀種植區(qū)域；第五，高地植被緩沖帶。點(diǎn)狀種植區(qū)域和高地植被緩沖帶采用波浪形種植方式，使兩個(gè)區(qū)域的植被相互咬合交錯(cuò)，高地植被緩沖帶人工種植程度最高，喬灌草的立體植被結(jié)構(gòu)最為完善，對(duì)外部干擾抵御能力相對(duì)于其他區(qū)域最強(qiáng)，將該區(qū)域與鄰近區(qū)域相互交錯(cuò)能夠提高河岸縱向上的抗干擾能力，提高河岸植被種群建立的速度(圖7)。

河岸植被可劃分為水域、灘區(qū)、陸域三大區(qū)域，三大區(qū)域內(nèi)的植被群落隨水文條件的變化而變化。常水位條件下，水生植被群落、濕生植被群落、陸生植被群落在河流垂直方向橫向分布，發(fā)生洪水期間，水生植物逐漸向兩側(cè)擴(kuò)展，在流量最大時(shí)達(dá)到最大生物量，而在這一時(shí)期陸生植被與濕生植被則在水中逐漸腐爛分解，一部分隨水流流入河道，另一部分在灘區(qū)靜水區(qū)域沉積。當(dāng)洪水退去，灘區(qū)植被分解部分及原生的有機(jī)質(zhì)隨退水進(jìn)入河道，而河道內(nèi)的沉積物及上游的有機(jī)質(zhì)碎屑則進(jìn)入灘區(qū)，二者相互交換。此時(shí)，濕生植被與陸生植被也再次發(fā)育，進(jìn)入下一輪群落發(fā)育階段(圖8)。

圖7 河道植被種植模式

圖8 河道植被動(dòng)態(tài)示意

(2)水生生物動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。利用新河道制造的洪水脈沖與灘區(qū)系統(tǒng)創(chuàng)造出大區(qū)域、高連通度的河道內(nèi)生物生產(chǎn)場(chǎng)所。在具體設(shè)計(jì)中，河漫灘地形多以淺坑的形式出現(xiàn)，目的是在洪水漫溢過程中創(chuàng)造沿河分布的靜水區(qū)域，將在洪水流量大的主河道內(nèi)缺少覓食與繁殖機(jī)會(huì)的魚類引入該區(qū)域，形成豐水季節(jié)魚類繁殖的高峰，往返于水陸之間的兩棲爬行類動(dòng)物則會(huì)隨著岸線的波動(dòng)而橫向遷移，也會(huì)在退水期沿河流進(jìn)行縱向遷移。

3.4.5 河流現(xiàn)狀場(chǎng)地的整理與利用

根據(jù)周邊用地條件與河道功能，沿河道分別設(shè)置前置凈化濕地、河岸濕地、高位蓄水池、分洪道，充分利用周邊地形地貌資源。設(shè)計(jì)方案將源頭周邊的地形進(jìn)行重塑，作為前置凈化濕地。將濕地內(nèi)多處洼地進(jìn)一步挖掘整理成為濕地塘，并利用挖塘施工土方堆填成為濕地島，創(chuàng)造富于變化的地貌條件，延長水體滯留時(shí)間，以達(dá)到凈化目的。

此外，把舊河道沿線保留下來的部分河段適當(dāng)擴(kuò)大使其成為河岸濕地塘，并降低其與主河道之間過渡段的高程，當(dāng)較大洪峰來臨時(shí)引導(dǎo)洪水漫入濕地塘，濕地塘的靜水環(huán)境可以作為兩棲爬行類動(dòng)物繁衍棲息的場(chǎng)所，周期性轉(zhuǎn)換的水體使得塘內(nèi)生物可以隨河水遷移，也可以達(dá)到凈化塘內(nèi)水質(zhì)的目的。

河道中段南岸為一處采石場(chǎng)，由于長期挖掘形成礦坑，礦坑內(nèi)部存有積水。基于此，將礦坑規(guī)劃成為河道邊高地蓄水池，作為河道應(yīng)急補(bǔ)水設(shè)施。在遇到極端干旱年份或是河道突發(fā)污染事件時(shí)，可根據(jù)具體情況對(duì)河道內(nèi)水源進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)充。但是，該方案只是作為極端狀況下的一種選擇，其可操作性要依據(jù)實(shí)時(shí)的水文、水質(zhì)狀況而定。

下游段舊河道局部保留部分作為主河道的分洪道，兩端設(shè)置溢流堰，當(dāng)水流超過20年一遇流量時(shí)進(jìn)入分洪道，經(jīng)過消力設(shè)施后歸入主河道。分洪道南側(cè)堤頂較高，當(dāng)洪峰過大時(shí)保證水流進(jìn)入新舊河道之間的區(qū)域，而南側(cè)區(qū)域不受水淹。

3.4.6 安全防護(hù)工程

基于河漫灘動(dòng)態(tài)變化的河道方案會(huì)帶來河道自身穩(wěn)定性不足等問題。因此，方案根據(jù)不同的防護(hù)條件將河道分為三個(gè)區(qū)域，并設(shè)計(jì)三種護(hù)坡形式加以防護(hù)。①順直段：順直段兩側(cè)邊坡受到的水力條件大致相當(dāng)，且灘區(qū)位置相對(duì)固定，建議在平灘水位以下設(shè)置干拋石護(hù)坡，并在拋石間扦插活體枝條；平灘水位之上至20年一遇洪峰水位線之間坡體采用加筋墊并覆土撒播草籽的方式進(jìn)行防護(hù)。②彎曲段凸岸：該段坡度較緩且水流沖刷作用不明顯，主要以加筋墊進(jìn)行防護(hù)，僅在坡腳處少量拋石。這種設(shè)計(jì)為河漫灘發(fā)育提供了彈性空間，且便于灘區(qū)植被發(fā)育及后期生物棲息地設(shè)施的布設(shè)。③彎曲段凹岸：該段水流沖刷較為嚴(yán)重，且本身坡度較陡，故結(jié)合不同坡度設(shè)計(jì)了不同的護(hù)坡形式。邊坡坡比在1∶2～1∶3之間時(shí)，采用松木樁+拋石護(hù)坡，拋石間扦插活體枝條；邊坡坡比大于1∶2時(shí)采用石籠護(hù)坡的形式進(jìn)行防護(hù)。

此外，所有護(hù)坡工程土體壓實(shí)度應(yīng)當(dāng)介于80%～85%之間，以避免種植土層過于密實(shí)，阻礙植物根系的生長；所有護(hù)坡襯砌結(jié)構(gòu)均需設(shè)計(jì)反濾層，拋石護(hù)岸反濾層以級(jí)配碎石層為主，石籠護(hù)坡反濾層為土工布，加筋墊本身具有反濾結(jié)構(gòu)，不需額外設(shè)計(jì)反濾層；扦插活體枝條的拋石護(hù)岸需要在塊石間覆土，覆土厚度不應(yīng)小于塊石厚度的一半；由于現(xiàn)狀河床基質(zhì)屬于微透水級(jí)別，且生態(tài)河道應(yīng)當(dāng)具有可供上下水交換的河床，因此方案中不再對(duì)河床設(shè)置防滲襯砌，僅在彎曲段及河漫灘較大的河段鋪設(shè)砂礫石，砂礫石層厚度為10～20 cm，對(duì)于局部淘刷較為嚴(yán)重的河床，該層厚度可適當(dāng)加大。

3.4.7 生物棲息地加強(qiáng)措施

為創(chuàng)造沿河的生物棲息地結(jié)構(gòu)，方案設(shè)計(jì)了多種人工生物棲息地設(shè)施。河道內(nèi)生物棲息地設(shè)施主要為木樁人工魚巢、拋石丁壩、局部河床鋪設(shè)砂礫層。此外，為了解決主河槽內(nèi)常水位情況下水流變化相對(duì)單一的情況，方案設(shè)計(jì)在較為順直河段的河槽內(nèi)干拋若干巨石。河漫灘區(qū)生物棲息地設(shè)施主要有木構(gòu)架設(shè)施與兩棲生物塘。在低洼區(qū)域挖掘深0.6 m左右、直徑3 m左右的池塘，作為兩棲動(dòng)物的棲息地。

4 結(jié) 語

河流生態(tài)修復(fù)是一個(gè)復(fù)雜、系統(tǒng)的工程，從前期的工程調(diào)研、生境條件調(diào)查等，到方案規(guī)劃階段的水量劃撥、水質(zhì)恢復(fù)及河流物理形態(tài)恢復(fù)，再到微觀的局部河段地貌修復(fù)、河流生物棲息地設(shè)施構(gòu)建等，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要做前后的對(duì)照與通盤的考慮。而河漫灘生態(tài)修復(fù)作為河流生態(tài)修復(fù)中最為重要的內(nèi)容之一，在整體修復(fù)工程中起著承上啟下的重要作用。河流物理形態(tài)的修復(fù)設(shè)計(jì)不僅要以河漫灘結(jié)構(gòu)作為主要的設(shè)計(jì)依據(jù)，并且后期微觀尺度的河流生物棲息地結(jié)構(gòu)的恢復(fù)也需要以河漫灘作為主要平臺(tái)。從香山溝河流生態(tài)修復(fù)工程來看，城市用地的特殊限制條件與河漫灘修復(fù)尺度之間的博弈并非是不可調(diào)和的。對(duì)應(yīng)不同河流級(jí)別、不同棲息地尺度、不同城市用地條件，河漫灘均可以作為城市河流物理結(jié)構(gòu)中必不可少的一項(xiàng)參與到河流生態(tài)治理工程中來。在香山溝這樣一種用地條件相對(duì)寬松的城市邊緣區(qū)，城市斑塊、河流斑塊及農(nóng)田斑塊這樣一種相互滲透、相互咬合的立地條件下，河流修復(fù)手法可以十分靈活。用地相對(duì)緊張與相對(duì)寬松的不同區(qū)域?qū)?yīng)著不同的河流斷面形式，甚至在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域可劃定開放灘區(qū)，對(duì)棲息地進(jìn)行集中重建。但無論哪一種河流形式，河漫灘均是河流整體結(jié)構(gòu)中不可分割的一部分。

[1] 胡艷芳,田國行.鄭州市水系整治的生態(tài)學(xué)途徑探討[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(5):71-75.

[2] 孫汝斌,田國行,支繼輝,等.鄭州市水系生態(tài)恢復(fù)設(shè)計(jì)探討[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(13):332-334.

[3] 胡立春,薛文豪,安慧琳.我國中小河流存在的問題及治理對(duì)策[J].吉林水利,2013(11):42-46.

[4] 董哲仁.城市河流的渠道化園林化問題與自然化要求[J].中國水利,2008(22):22-25.

[5] 向立云.洪水資源化——概念、途徑與策略[J].水利發(fā)展研究,2005(7):24-29.

[6] 趙進(jìn)勇,孫東亞,董哲仁.河流地貌多樣性修復(fù)方法[J].水利水電技術(shù),2007,38(2):81-86.

[7] 董哲仁.生態(tài)水利工程原理與技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社,2007:293.

[8] 宋大為.伊利諾斯州河流曼寧糙率系數(shù)的估算[C]// 中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)水工水力學(xué)專業(yè)委員會(huì),中國水利學(xué)會(huì)水力學(xué)專業(yè)委員會(huì),國際水利工程與研究中國分會(huì).第二屆全國水力學(xué)與水利信息學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集.成都，2005:176-177.

(責(zé)任編輯 張培虎)

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李一帆(1991—)，女，河南南陽市人，碩士研究生，研究方向?yàn)槌青l(xiāng)水資源管控。

2017-02-22