吳 思 張高旗 呂錄娜 李亞敏

(1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省城市水資源環(huán)境工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450003)

1 概述

針對(duì)城市河道存在的防洪排澇能力差、生態(tài)環(huán)境脆弱和景觀設(shè)施單一等問(wèn)題，董哲仁[1]在多學(xué)科融合的基礎(chǔ)上，突出生態(tài)修復(fù)技術(shù)綜合性，提出河道生態(tài)修復(fù)理論和技術(shù)方法。高陽(yáng)等[2]提出一系列的河道近自然恢復(fù)措施。宋欣[3]探索總結(jié)一套河道景觀近自然化設(shè)計(jì)程序。社會(huì)各界越來(lái)越重視尋求兼顧城市河道防洪安全、生態(tài)健康和景觀優(yōu)美等問(wèn)題相結(jié)合的修復(fù)措施，但到目前為止，多方面融合理念的城市修復(fù)治理方法尚處于探索階段并無(wú)定論[4，5]。因此，本文以防洪、生態(tài)、景觀相融合的理念應(yīng)用在城市河道修復(fù)治理中，以該修復(fù)措施的效果為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)許昌清潩河修復(fù)后防洪功能、生態(tài)功能、景觀功能和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行研究分析，研究多方面融合理念城市河道修復(fù)方法的效果，以期對(duì)日后的城市河道修復(fù)治理提供思路和措施，對(duì)促進(jìn)城市生態(tài)綠色和諧發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

2 工程概況

清潩河是許昌市的四條主要河流之一，發(fā)源于辛店西溝草原淺山區(qū)，全長(zhǎng)149 km，流域面積2 361 km2。流經(jīng)長(zhǎng)葛、許昌、臨潁、鄢陵等縣(市)，至逍遙入潁河，為潁河的較大支流。本研究河段長(zhǎng)20 km，研究區(qū)屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降水充沛，光照充足，無(wú)霜期長(zhǎng)。在市區(qū)以北有清潩河的較大支流石梁河匯入，石梁河流域面積391 km2，河道比降1/200～1/1 000，比降較陡，洪水來(lái)勢(shì)迅猛，是清潩河的主要洪水來(lái)源，同時(shí)山丘源頭距許昌近，洪水對(duì)市區(qū)威脅較大。

3 研究方法

3.1 方案設(shè)計(jì)

該修復(fù)治理設(shè)計(jì)措施方法如下，平面保持河道的蜿蜒性?？v斷面滿足規(guī)范中防洪標(biāo)準(zhǔn)[6,7]，對(duì)于不滿足要求的底坡和堤防進(jìn)行處理。橫斷面護(hù)坡與護(hù)腳的高程和坡度滿足安全穩(wěn)定要求，灘地寬度與高度滿足行洪和生態(tài)要求。護(hù)坡材料應(yīng)滿足水流沖刷、自身穩(wěn)定、就地取材、生態(tài)性和美觀性，采用雷諾護(hù)墊、格賓、生態(tài)混凝土和聯(lián)鎖水工磚。濱水景觀設(shè)置4大主題相應(yīng)的景觀節(jié)點(diǎn)，以親水平臺(tái)、濱水步道等設(shè)計(jì)元素對(duì)岸線進(jìn)行整體改造。植物重視本地化植物種植，以主題植物、專類植物、水生植物、疏林草坪、密林為建設(shè)骨架。

3.2 試驗(yàn)方法

3.2.1設(shè)計(jì)洪水位水面線

將研究河段每隔5 m劃分一個(gè)測(cè)量斷面，根據(jù)當(dāng)?shù)厮恼緦?shí)測(cè)資料運(yùn)用頻率分析法計(jì)算出5年一遇、10年一遇、20年一遇和50年一遇每個(gè)測(cè)量斷面設(shè)計(jì)洪水流量，采用方程式(1)計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪水位水面線。

(1)

其中，v為斷面流速，m/s；Z為斷面水位，m；下標(biāo)1和下標(biāo)2分別表示上斷面和下斷面；a值取決于斷面流速分布的不均勻程度，一般情況下a取值為1.05～1.1；g為重力加速度，取9.81 m/s2；hf為沿程水頭損失；hi為局部水頭損失。

3.2.2佛汝德數(shù)和雷諾數(shù)

將研究河段每隔5 m劃分一個(gè)測(cè)流斷面，每個(gè)測(cè)量斷面橫向布置左中右3個(gè)測(cè)點(diǎn)，使用測(cè)速器和測(cè)尺對(duì)流速和水深進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果取3個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值，作為該斷面的流速值和水深值，由式(2)與式(3)分別計(jì)算出該斷面的佛汝德數(shù)和雷諾數(shù)。

(2)

(3)

其中，v為斷面平均流速，m/s；g為重力加速度，取9.81 m/s2；h為斷面平均水深，m；R為水力半徑，m；v為水流運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，m2/s。

3.2.3植物生長(zhǎng)情況

隨機(jī)選取50個(gè)垂柳樣本，分別對(duì)完工后1個(gè)月與完工后48個(gè)月，使用卡尺和卷尺進(jìn)行測(cè)量每根的直徑和株高。

3.2.4統(tǒng)計(jì)其他參數(shù)

統(tǒng)計(jì)城市河道中的水體、水生植物、陸地植物、交通、廣場(chǎng)、景觀節(jié)點(diǎn)、服務(wù)站等要素占地面積。統(tǒng)計(jì)每年濱河區(qū)域的房?jī)r(jià)。

4 結(jié)果與分析

4.1 防洪功能

城市河道首先應(yīng)滿足防洪基本功能，保證河道周邊城市的安全。圖1為5年一遇、10年一遇、20年一遇和50年一遇對(duì)應(yīng)洪水位水面線治理前和治理后的差值圖，從圖中可以看出，治理后洪水位水面線明顯均比治理前要低0 m～-0.40 m，表明治理后洪水期河道過(guò)流水深降低，河道可容納過(guò)洪流量增大，有利于保障沿線地區(qū)的防洪安全，提高河道防洪能力。

4.2 生態(tài)功能

4.2.1河道水力特性

1)佛汝德數(shù)。

城市河道水力特性決定生態(tài)環(huán)境，水力特性是檢驗(yàn)生態(tài)環(huán)境安全穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一[8]。佛汝德數(shù)Fr判斷水流流態(tài)，F(xiàn)r<1時(shí)，河道水流流態(tài)為緩流，F(xiàn)r>1時(shí)，河道水流流態(tài)為急流，F(xiàn)r與魚(yú)產(chǎn)卵量有較好的相關(guān)性，隨著Fr值變小，魚(yú)產(chǎn)卵量也相應(yīng)減小，F(xiàn)r值為0.2左右，魚(yú)產(chǎn)卵量可以達(dá)到最多[9]。圖2為測(cè)量點(diǎn)佛汝德數(shù)的變化圖，從圖中可以看出Fr的變化范圍為0.20～0.30，說(shuō)明測(cè)量點(diǎn)的河道水流流態(tài)為緩流，F(xiàn)r值范圍可以使魚(yú)類產(chǎn)卵量達(dá)到較多，促進(jìn)生物群落的繁衍生息。

2)雷諾數(shù)。

雷諾數(shù)Re判斷水流型態(tài)，Re>500時(shí)，水流型態(tài)為紊流，Re<500時(shí)，水流型態(tài)為層流。紊流對(duì)魚(yú)類生存有重要影響，水流適度紊動(dòng)，促進(jìn)魚(yú)類的遷徙，增加魚(yú)類的捕食機(jī)會(huì)[10]。圖3為測(cè)試點(diǎn)雷諾數(shù)Re的變化圖，雷諾數(shù)的變化范圍在1 633 558～5 277 670之間，說(shuō)明河道型態(tài)為紊流，提高魚(yú)類的游動(dòng)效率，促進(jìn)魚(yú)類的遷徙和捕食，為魚(yú)類提供生存條件，促進(jìn)生物群落的繁衍生息。

4.2.2植物生長(zhǎng)情況

植物的成長(zhǎng)情況可以反映出周邊環(huán)境是否適合植物生長(zhǎng)的指標(biāo)。從圖4可以看出：經(jīng)過(guò)近48個(gè)月的生長(zhǎng)，垂柳基徑增長(zhǎng)率均值為37.5%，株高增長(zhǎng)率均值為22.10%。由此可知，河道治理后植物生長(zhǎng)較旺盛，濱河環(huán)境適合植物的成長(zhǎng)。

4.3 多功能化景觀設(shè)施

城市河道設(shè)施是城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是自然與人文環(huán)境的融合，城市河道設(shè)施要素由自然景觀因素和人工景觀因素組成。由圖5可以看出：治理后的城市河道景觀設(shè)施由水體、植被、廣場(chǎng)、交通、景觀節(jié)點(diǎn)和服務(wù)站組成。其中綠化率為44%、景觀節(jié)點(diǎn)占地率為35%、水面占地率為13%、交通占地率為13%、廣場(chǎng)占地率為3%、服務(wù)站占地為0.2%。由此可以看出河道空間由多功能化的景觀設(shè)施組成，多功能化景觀設(shè)施既擁有多元的功能性，又保留景觀藝術(shù)性，陸地和水體的植物改善周邊小氣候，降低空氣污染，實(shí)現(xiàn)生態(tài)功能；景觀節(jié)點(diǎn)豐富視覺(jué)效果，提高景觀藝術(shù)性，實(shí)現(xiàn)景觀功能；交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人車分流，步行道的設(shè)計(jì)可以增加游客游玩道路，增近濱河區(qū)親水的機(jī)會(huì)，橋的設(shè)計(jì)可以增加兩岸通行便利，實(shí)現(xiàn)交通功能；服務(wù)站的設(shè)計(jì)可以提供游客休息、停車、自行車租借等便民服務(wù)，實(shí)現(xiàn)便民功能。

4.4 經(jīng)濟(jì)效益

河道整治修復(fù)后除了起到防洪功能、生態(tài)功能、景觀功能等功能以外，還帶動(dòng)了濱河區(qū)域的房?jī)r(jià)增高。由圖6可以看出，濱河區(qū)沿岸房?jī)r(jià)在2017年增加率為20%，之后每年保持近9%的增長(zhǎng)，整治后的城市河道提高整體濱河區(qū)空間功能性，推動(dòng)周邊房?jī)r(jià)抬高，充分發(fā)揮城市河道的自身功能創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益，帶動(dòng)河道周邊區(qū)域的城市發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)多方面融合理念城市河道修復(fù)方法效果進(jìn)行分析得出：

1)治理后城市河道容納過(guò)洪流量增大，提高城市河道防洪能力。

2)為動(dòng)植物繁衍、成長(zhǎng)、棲息提供適宜條件，營(yíng)造穩(wěn)定生態(tài)環(huán)境。

3)多功能化景觀設(shè)施既擁有多元化的功能性，又豐富空間視覺(jué)效果。

4)治理后城市河道帶動(dòng)周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展。多方面融合理念城市河道修復(fù)方法值得在今后的工程實(shí)踐當(dāng)中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。