聶天一，陳東田，邢治英，張 涵，譚曉磊，韓 鑫

(1.山東農(nóng)業(yè)大學林學院，山東 泰安 271018 2.山東省城鄉(xiāng)風景園林示范工程技術(shù)研究中心，山東 泰安 271018)

人類自古以來逐水而居，河流是文明的發(fā)源地，當今世界的很多大都市都有河流穿城而過。城市中的河流因為人的需要被賦予了不同的功能，內(nèi)河航運是重要的交通方式，護城河為城市提供防御，引水渠帶來必須的水源，排水渠承擔著排水防澇的職責，這些是河流的社會功能；而滿足城市居民親水需要，為動植物提供生存空間，作為生態(tài)廊道連接城市內(nèi)外空間等則是河流的生態(tài)功能。第二次工業(yè)革命以后，河流的社會功能被最大限度的開發(fā)利用，而河流的生態(tài)功能則被忽視，這就帶來了河流污染、斷流等嚴重的生態(tài)問題。19世紀中期，對于河流的生態(tài)修復率先興起于歐洲，隨后日本、美國等國相繼開展了這一領(lǐng)域的研究，經(jīng)過近兩個世紀的研究與實踐，在河流生態(tài)修復領(lǐng)域出現(xiàn)了很多值得我國借鑒的成功案例。

1 美國芝加哥河生態(tài)修復

芝加哥河全稱芝加哥環(huán)境衛(wèi)生和航行運河，全長251km，貫穿芝加哥市區(qū)，是美國伊利諾州東北部的通航運河，由密西根湖以西的南、北兩條支流匯成。1885年大風暴時，該河大量污水流入密西根湖，為解決這一問題，政府于1900年修筑運河，使河水倒流。這一工程被視為現(xiàn)代工程史上的一大壯舉。現(xiàn)河水經(jīng)南支流河流向內(nèi)地，經(jīng)伊利諾水道與密西西比河相接。

1.1 存在問題

芝加哥河的歷史也是芝加哥城百年來工業(yè)化發(fā)展的歷史。在過去的一百五十年中，芝加哥河對于城市的工業(yè)和航運作出了巨大貢獻，但是城市中的居民和工業(yè)企業(yè)對于芝加哥河卻缺少保護意識，使得芝加哥河從一條自然資源豐富的天然河流，變成了有著為了支撐航運碼頭而建造的綿延數(shù)公里混凝土駁岸的渠化河流。在百年后的今天，芝加哥河沿岸的混凝土駁岸和防波堤逐漸老化，存在嚴重的安全隱患，而兩岸城市居民對于綠地的迫切要求，也把對于芝加哥河岸的改造事宜提上了沿岸企業(yè)和城市管理者的日程。

1.2 修復措施

芝加哥河采取的生態(tài)修復措施，主要是對河岸的處理。在過去，為了最大程度利用河岸周圍空間，芝加哥河兩岸采用混凝土板樁護岸的形式。但隨著混凝土的老化和民眾對于生態(tài)性的要求，新型的生態(tài)駁岸成為了另一種選擇。

1.2.1矮墻式駁岸

矮墻式駁岸是把原有駁岸的板樁截斷或者直接將其替換為更短的板樁使之變?yōu)榘珘?，并根?jù)矮墻的高度進行一些土方工程改造，讓河岸的坡度平緩自然，如圖1所示。為了增加駁岸的生態(tài)性，一般在矮墻的頂端建造向水中延伸的平臺，在平臺上填充營養(yǎng)基質(zhì)，種植水生植物，以此來提高駁岸的綠化水平，同時水生植物和平臺也能為河中的魚類和其他生物提供食物和棲息地。而對于市民來說，更加低矮的駁岸增加了人們親近水面的可能性，從心理上拉近了城市居民與河流的距離，也為人們的休閑活動提供了場地。矮墻式駁岸最大的優(yōu)點是非常適用于城市河流的生態(tài)修復，因為其占地面積少，不需要對河流周邊的土地做出很大的調(diào)整就可以實現(xiàn)生態(tài)化的目標。雖然這種做法不如傳統(tǒng)河岸修復的生態(tài)效果好，但是對于用地面積非常緊張且人口稠密的大城市河流而言，是一個更加經(jīng)濟且折衷的生態(tài)方案。

圖1 矮墻式駁岸

1.2.2經(jīng)植物強化的板樁護岸

經(jīng)植物強化的板樁護岸是另一種對于駁岸的生態(tài)處理方式，如圖2所示，在不改變其結(jié)構(gòu)的前提下，用植物加強護岸的生態(tài)性。具體做法有三種，一是在板樁護岸向水中挑出的平臺上填充基質(zhì)，種植親水植物，當植物隨著生長向外延伸到水中可以形成一個人造的微型生態(tài)環(huán)境。二是在板樁護岸的樁腳凹槽內(nèi)種植親水灌木。三是在板樁護岸的頂部種植藤蔓植物，覆蓋板樁表面的藤蔓植物可以達到非常美觀的視覺效果。

圖2 芝加哥河經(jīng)植物強化的板樁護岸

1.3 啟示

芝加哥河的河流生態(tài)修復對于中國城市河流有借鑒意義，第一，芝加哥河是一條穿過城市中心的河流，比起穿過城郊的河流，這種河流的生態(tài)問題往往更加嚴重，而中國出現(xiàn)生態(tài)問題的河流也大多是穿過城市中心的河流。第二，芝加哥河是一條河岸經(jīng)過混凝土加固的筆直渠化河流，與中國很多城市河流情況相似。第三，芝加哥河位于人口稠密的大城市，河岸的可利用改造空間十分狹窄，而中國隨著城市化的發(fā)展，商業(yè)建筑和居民樓也進一步壓榨著河流的沿河空間，這一點兩者十分相像。

綜上所述，芝加哥河河岸生態(tài)改造的設(shè)計手法可以應用在中國很多城市河流生態(tài)改造設(shè)計上，比如最典型的矮墻式護岸設(shè)計就非常適用于中國國情下的城市河流，占用最少的土地，可以達到很好的生態(tài)化效果和目標。中國城市河流數(shù)量龐大，有生態(tài)問題的不在少數(shù)，可以循序漸進，先采取這種不對河流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大改動的生態(tài)改造策略，再循序漸進地向著更加生態(tài)的目標邁進。

2 韓國光州川生態(tài)修復

光州川是光州市的母親河。光州川最初發(fā)源地位于光州市東區(qū)龍淵洞的龍湫溪谷，流經(jīng)光州市中心，在光州市西區(qū)的柳德洞匯入榮山江，全長23km。

2.1 存在問題

20世紀70年代開始，光州市工業(yè)化發(fā)展進入高峰，由于缺乏河流保護意識，大量生活污水和工業(yè)廢水不經(jīng)處理直接排入光州川，造成了嚴重的河流污染。同時河流兩岸人為取水和截流等活動造成河流水量減少，泥沙堆積，河床變淺。21世紀初，光州市民的環(huán)保意識增強，要求對受污染環(huán)境進行修復。作為回應，光州市城市管理者啟動了名為光州川自然型河流凈化工程的河流修復工程。

2.2 修復措施

光州川河流生態(tài)修復主要采取分段處理方式，根據(jù)河流流經(jīng)地段環(huán)境和文化特點，把河流分為三個治理河段，每個河段都有自己的特色主題和治理措施。

上游為第一個河段，位于城市郊區(qū)，靠近水源地，主題定位“自然的河流”。建設(shè)目標為恢復河流自然狀態(tài)，盡量避免人工設(shè)施建設(shè)，對河床進行清淤，恢復河道自然的形態(tài)，確保河道水量。

第二個河段為穿過市中心中游，最接近市民，主題為“文化的河流”。這個河段過去出于安全考慮在河床上面加蓋了許多混凝土構(gòu)筑物，生態(tài)修復工程對這些構(gòu)筑物表面進行綠化，使其成為非常獨特的景觀元素，把原本不可利用的空間改造成供市民休閑娛樂的場所。

下游第三個河段主題為“生態(tài)的河流”，如圖3所示，劃定生態(tài)保護區(qū)域，在與榮山江交匯處直徑2.5km范圍內(nèi)限制人工設(shè)施建設(shè)，不設(shè)置混凝土護岸，保留和恢復自然河灘，為野生動植物營造棲息地。

圖3 下游“生態(tài)的河流”

2.3 啟示

光州川河流生態(tài)修復主要思路是因地制宜、分段規(guī)劃。城市河流是線性存在的，同一條河流可能流經(jīng)近郊、遠郊和市中心，不同地段主導問題不同。河流源頭要保證水源地的水質(zhì)清潔，采取措施以保護原生自然環(huán)境為主。穿過市中心的河段往往污染嚴重，采取措施以凈化污染為主。河流的復雜情況要求設(shè)計師在進行河流生態(tài)修復時，不能以偏概全，要認真科學的進行前期調(diào)研工作，分析不同河段的具體問題，有針對性的制定修復方案，做到有的放矢。

3 多瑙河奧地利維也納段與德國埃爾廷根-賓茨旺根段生態(tài)修復

多瑙河是歐洲第二長河，發(fā)源于德國西南部黑森林地區(qū)，自西向東流經(jīng)奧地利、斯洛伐克、匈牙利、克羅地亞、塞爾維亞、保加利亞、羅馬尼亞、摩爾多瓦、烏克蘭，最后注入黑海，是世界上干流流經(jīng)國家最多的河流。多瑙河流域國家于1994年簽訂多瑙河保護公約，多瑙河保護國際委員會(ICPDR)也于1998年開始運作，作為歐洲最大的國際組織，一直致力于多瑙河水資源管理及永續(xù)發(fā)展。

3.1 奧地利維也納段

從德國邊境到斯洛伐克邊境，奧地利境內(nèi)多瑙河約長349km，沿岸11座水電站構(gòu)成了奧地利電力供應基礎(chǔ)。多瑙河及其支流景觀形成了包括維也納在內(nèi)的奧地利核心區(qū)，占國家總面積15%的土地居住了國家50%人口。

3.1.1奧地利維也納段存在問題

奧地利最大的城市維也納位于多瑙河沿岸，河流為這座音樂之城帶來的不只是生機與活力，還有洪災隱患。多瑙河在歷史上曾經(jīng)發(fā)生過無數(shù)次大大小小的洪災，20世紀最大的一次發(fā)生在1954年，大洪水摧毀了沿岸很多耕地和房屋。奧地利政府也因此在河流沿岸建設(shè)了硬質(zhì)的鋼筋混凝土駁岸。雖然硬質(zhì)駁岸在防洪方面起到了很好的作用，卻使得河岸生態(tài)多樣性遭到了破壞。多瑙河的另一個問題是河流污染嚴重，河流沿岸的工廠和居民區(qū)直接把未經(jīng)處理的工業(yè)廢水和生活污水排入河流，有毒有害污水威脅著水生動植物的生存環(huán)境以及城市居民的用水安全。

3.1.2修復措施

為了應對洪水威脅，政府于很早之前就建立了一條與多瑙河并流的泄洪河道，當雨水過于充沛，主河道流量大時，打開泄洪閘門，使河水流入泄洪河道，緩解主河道壓力。同時制定規(guī)劃，為多瑙河增加支流，彎曲的支流可以滯留更多洪水，減輕洪水造成的危害。另外，在河流的關(guān)鍵位置建設(shè)徑流式生態(tài)水電站，如圖4所示，不同于傳統(tǒng)意義上僅供發(fā)電的水電站，其主要功能是調(diào)節(jié)河流水位與流速，減少洪災風險，保證下游生態(tài)流量，為動植物創(chuàng)造良好的棲息條件。同時，在滿足防洪要求的基礎(chǔ)上對原有硬質(zhì)駁岸進行改造，采取兩種方法，一種是徹底改造成自然式駁岸，另一種是不破壞原有結(jié)構(gòu)，在表面覆蓋綠色植物，恢復河岸地帶的生態(tài)環(huán)境。對于河流污染問題，在多瑙河邊建設(shè)污水處理廠，布置凈水設(shè)施，對工業(yè)廢水和生活污水進行統(tǒng)一處理，水質(zhì)達標后，再排放到多瑙河中，同時對多瑙河沿岸的工業(yè)企業(yè)進行嚴格管理，杜絕廢水直接排放的事件發(fā)生。

3.1.3啟示

我國大部分河流都存在著洪水隱患，近年來的氣候異常更是導致了很多百年不遇的洪澇災害發(fā)生，因此在進行河流生態(tài)修復過程中，防洪設(shè)計是重要一環(huán)。進行河流生態(tài)修復改造時，要兼顧河流的防洪指標，很多單純的生態(tài)措施并不能抵御洪水，這要求設(shè)計師把生態(tài)措施和防洪措施結(jié)合起來，使河流兼具生態(tài)與安全兩種效益；另一方面，水利設(shè)施也能成為生態(tài)修復工作的助力，當前國際上很多國家把綠色(低影響)作為水電開發(fā)的目標，發(fā)展生態(tài)水利設(shè)施可以在保護下游生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對水能的可持續(xù)利用。

3.2 德國埃爾廷根-賓茨旺根段

德國境內(nèi)的多瑙河，從西南部黑森林地區(qū)的富特旺根到奧地利邊境依次流經(jīng)圖特林根、烏爾姆、新阿爾姆、紐因堡、因戈爾施塔特、雷根斯堡，施特勞賓和帕紹等城市，全長618km，是德國第四長的河流。

3.2.1德國埃爾廷根-賓茨旺根段存在問題

19世紀德國為了提高多瑙河航運能力，對河道進行了一系列的改造。和德國境內(nèi)的大部分通航運河一樣，埃爾廷根-賓茨旺根段多瑙河存在的問題主要是河流渠化和河道平直化，平直的河道和規(guī)則的河岸雖為航運提供了方便，但人為干擾自然的弊端開始顯現(xiàn)。截彎取直造成河道變短，破壞了河流的自然形態(tài)，河道面積嚴重縮減。河流渠化摧毀了動植物的生存環(huán)境，造成了河流的生態(tài)失衡。

3.2.2修復措施

多瑙河埃爾廷根-賓茨旺根段存在的問題主要集中在河流形態(tài)方面，因此州政府首先聘請研究人員從水力學角度對河流進行調(diào)查研究，并通過先進的計算機建模技術(shù)，對河流形態(tài)進行數(shù)字模擬，計算各種影響因素，最終建立了高度模擬自然河流形態(tài)的數(shù)字模型。高低起伏的地形設(shè)計減緩了河水流速，解決了渠化河道流速過快的問題，另一方面也為水生生物提供了適宜生存的環(huán)境。景觀設(shè)計公司在數(shù)字模型的基礎(chǔ)上，對河流進行景觀設(shè)計，包括各種植物群落的布置形式、生態(tài)護岸的設(shè)計、生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建等，并且針對當?shù)佤~類生活習性，根據(jù)數(shù)字模型設(shè)計了生態(tài)魚道。區(qū)別于傳統(tǒng)的混凝土魚道，它為魚類提供通道的同時，也允許水中的其他生物和泥沙等物質(zhì)的通過，促進了河流生態(tài)系統(tǒng)的重建。

3.2.3啟示

在當前河流生態(tài)修復發(fā)展中，多學科的合作已經(jīng)成為了大勢所趨，德國是最早提出近自然河溪治理概念并投入實踐的國家，在河流生態(tài)修復方面具有豐富的經(jīng)驗和成熟的技術(shù)。在多瑙河艾爾廷根-賓茨旺根段生態(tài)修復工程中，水力學、生態(tài)學、計算機學等各學科的研究人員參與其中，為河流生態(tài)修復設(shè)計提供了科學依據(jù)。我國的河流生態(tài)修復相關(guān)研究雖然起步較晚，但也取得了許多值得肯定的研究成果，不過這些成果分布在各個學科，缺少協(xié)作。在今后河流生態(tài)修復的研究工作中，應該更加注重發(fā)揮多學科之間的協(xié)同作用。

4 結(jié)語

近年來，隨著住建部關(guān)于加強生態(tài)修復城市修補工作的指導意見發(fā)布，各省市關(guān)于城市雙修的部署和實踐正如火如荼的進行，河流修復作為生態(tài)修復的重要一環(huán)也受到了很大關(guān)注。我國正處于城市化快速發(fā)展時期，當前城市河流問題在很多發(fā)達國家也曾出現(xiàn)，通過對國外城市河流生態(tài)修復案例進行有針對性的研究，一方面可以學習先進的生態(tài)修復措施及成熟的工程技術(shù)方法，另一方面其中所蘊含的生態(tài)學思想也值得借鑒和思考。本文只選取了案例中最具有特點的生態(tài)修復措施進行分析，其他較為一般性的做法未及詳述。