梁堯欽 梅娟
摘 要:城市的形成和發(fā)展與河流水系密切相關(guān)。受城市蔓延與人口擴(kuò)張影響,水質(zhì)惡化、生態(tài)受損、生境退化等成為城市河流普遍存在的問題。結(jié)合人們對河流在安全、生態(tài)、景觀等方面的需求,探討了城市河流生態(tài)修復(fù)的策略與技術(shù)措施。以臨汾澇洰河和蘭州黃河溝道為例,探討了彈性型和緊縮型河流的生態(tài)修復(fù)和景觀營造策略。臨汾澇洰河作為彈性型河流,重點(diǎn)聚焦河堤結(jié)構(gòu)調(diào)整、河道平面形態(tài)重塑、河岸緩沖帶修復(fù)及休閑活動空間營造。蘭州黃河溝道作為緊縮型河流,在堤岸沿線及河道內(nèi)部尋求機(jī)會,在保證行洪安全和堤壩穩(wěn)固的前提下,結(jié)合海綿設(shè)施、生態(tài)浮島等進(jìn)行生態(tài)化改造及多級景觀平臺營造,以期實現(xiàn)人水共生的可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞:城市河流;生態(tài)修復(fù);人水共生;蘭州黃河溝道;澇洰河;臨汾市
中圖分類號:TV212.5+2;X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
doi:10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.018
引用格式:梁堯欽,梅娟.人水共生視角下城市河流生態(tài)修復(fù)研究與實踐[J].人民黃河,2022,44(2):89-93,99.
Abstract: The formation and development of cities are closely related to river system. However, affected by urban sprawl and population expansion, frequent floods, water quality deterioration, ecological damage and habitat degradation have become common problems in urban rivers. In view of the above problems and combined with people’s demand for river safety, ecology, landscape and other aspects, strategies and technical measures of river ecological restoration were discussed. Taking Laoju River in Linfen and the Yellow River channel in Lanzhou as examples, it put forward ecological restoration and landscape construction strategies for the two kinds of urban rivers, namely an elastic river and a compact river. As an elastic river, Laoju River in Linfen City was focused on the adjustment of river bank structure, the reconstruction of river plane shape, the restoration of riparian buffer zone and the construction of open space. As a compact river, the Yellow River channel in Lanzhou City was focused on seeking opportunities along the embankment and inside the river. On the premise of ensuring flood safety and dam stability, combining with sponge facilities and ecological floating islands, ecological transformation and multi-level platform construction were carried out, so as to realize the sustainable development of human-water symbiosis.
Key words: urban river;ecological restoration;human-water symbiosis;Yellow River channel in Lanzhou City;Laoju River;Linfen City
逐水而居是人類選址定居的基本模式,世界上幾乎所有的歷史名城都和河流緊相毗鄰[1]。河流是人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐,承擔(dān)著防御、運(yùn)輸、供水、休閑、清潔城市、生物棲息等綜合功能。城市河流與人類生活、生產(chǎn)關(guān)系密切,受人類活動影響,現(xiàn)代城市河流出現(xiàn)了許多問題,表現(xiàn)在洪澇災(zāi)害加劇、河道渠化、水質(zhì)惡化、水陸交錯帶喪失、生物多樣性銳減等[2]。各國河流治理都經(jīng)歷了從水利治河向生態(tài)治河的轉(zhuǎn)變。20世紀(jì)30年代,河流生態(tài)修復(fù)理論初步形成,德國塞弗特在1938年首先提出了“近自然河流治理”的概念,這是人類對河流實施生態(tài)修復(fù)的開端[3]。20世紀(jì)中葉,河流生態(tài)修復(fù)理論不斷發(fā)展,修復(fù)重點(diǎn)逐漸由單一的河流水質(zhì)保護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘧匀簧鷳B(tài)修復(fù),以德國、瑞士為代表的歐洲阿爾卑斯山區(qū)相關(guān)國家采用“多自然型河道生態(tài)修復(fù)技術(shù)”,在河川生態(tài)治理方面積累了寶貴經(jīng)驗[4]。20世紀(jì)80年代起,河流生態(tài)修復(fù)理論與實踐全面展開,相關(guān)技術(shù)日漸成熟并不斷創(chuàng)新完善。日本多自然型河川工程,在保證城市生態(tài)系統(tǒng)多樣性的同時,更強(qiáng)調(diào)城市河道空間與市民游憩功能的整合。新加坡“ABC水計劃”同樣強(qiáng)調(diào)河流的可親近性,并注重景觀的打造和自然岸線的保留,同時融合了雨水管理、水敏感性設(shè)計等理念。我國對近自然河流的研究起步較晚,最早起源于生態(tài)學(xué)和水利學(xué)。20世紀(jì)90年代,劉樹坤[5]提出“大水利”理論,為我國河流生態(tài)修復(fù)奠定了理論基礎(chǔ)。董哲仁[6]提出的“生態(tài)水工學(xué)”立足生態(tài)學(xué)理論與工程學(xué)科的融合。2005年至今,我國河流生態(tài)修復(fù)理論與實踐逐步發(fā)展,但大多僅關(guān)注水利、生態(tài)或景觀某一方面的功能,側(cè)重于水質(zhì)凈化、近自然治理、生態(tài)景觀建設(shè)相關(guān)技術(shù)與方法的研究,對城市中人水關(guān)系密切、人地矛盾突出的河流生態(tài)修復(fù)研究尚待深入。
縱觀人類與河流的共存發(fā)展史,大致經(jīng)歷了原始自然、工程控制、污染治理和生態(tài)系統(tǒng)綜合修復(fù)4個主要階段[7]。黨的十九大報告提出“堅持人與自然和諧共生”,對人水關(guān)系提出了更高層次的要求。共生在醫(yī)學(xué)界或生物界指兩種不同物種之間互相依賴所形成的互利關(guān)系。人水共生是人與水互相依靠、共同發(fā)展,綜合考慮人文系統(tǒng)和水系統(tǒng)的一種更加積極健康的人水相處模式。河流生態(tài)修復(fù)要與所處人類—河流關(guān)系的階段相適應(yīng),比如在未完成污染治理時,很難營造出良好的生物棲息環(huán)境。同理,在實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)綜合修復(fù)的階段目標(biāo)后,河流生態(tài)修復(fù)才將邁進(jìn)人水雙向互動共生的更高階段,其理想狀態(tài)是人文系統(tǒng)依賴水系統(tǒng),水系統(tǒng)通過人的修復(fù)治理更加健康有活力。
筆者從人水共生的視角,探討城市河流的生態(tài)修復(fù)方法。城市河流主要有緊縮型河流、彈性型河流和開拓型河流3種[8]。其中,開拓型河流指渠化河流完全脫離原有的軀殼,重生為一條在形態(tài)、功能和流動模式上都更近似于自然的河流,是較為理想化的一類河流,其修復(fù)策略與彈性型河流有諸多相似之處,僅河流形態(tài)及空間設(shè)計上有所不同(可參照自然河流),且開拓型河流對人水共生體現(xiàn)不足,因此不作為重點(diǎn)研究對象。本文以臨汾澇洰河和蘭州黃河溝道為例,探討彈性型和緊縮型兩大類河流的生態(tài)修復(fù)和景觀營造策略,力求實現(xiàn)城市河流在水利、生態(tài)、景觀、社會等方面的綜合效益。
1 河流生態(tài)修復(fù)策略與技術(shù)措施
河流生態(tài)修復(fù)緣于以人類為中心的用水、治水工程所導(dǎo)致的河道淤積、水質(zhì)惡化、生態(tài)功能衰退等問題。河流生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)是恢復(fù)河流的健康狀態(tài),實現(xiàn)人與河流和諧共生,其核心并不是簡單地使河流恢復(fù)到原始狀態(tài),而是通過適度人工干預(yù),使河流受損功能恢復(fù)到接近期望的理想狀態(tài),即修復(fù)其物理、生物和生態(tài)過程,同時提高河流生態(tài)價值和生物多樣性,在遵循河流自身發(fā)展規(guī)律的條件下滿足人類發(fā)展的需要。
河流生態(tài)修復(fù)主要包括水文特征、水環(huán)境質(zhì)量、結(jié)構(gòu)形態(tài)和生物種群結(jié)構(gòu)修復(fù)4個方面[9]。水文特征主要通過調(diào)節(jié)水利工程運(yùn)行和調(diào)度方式,恢復(fù)河道水文平衡,改善生態(tài)環(huán)境條件;水環(huán)境質(zhì)量可通過物理、化學(xué)、生物多種方式,從源頭、中途、末端全面修復(fù)被污染的水體;結(jié)構(gòu)形態(tài)通過自然生態(tài)工法,恢復(fù)河道的連續(xù)性、連通性和多樣性;生物種群結(jié)構(gòu)通過生物技術(shù)、生境營造,恢復(fù)和提高生物多樣性。在制定河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃時,應(yīng)對河流形態(tài)、河道斷面、駁岸類型、親水設(shè)施等要素進(jìn)行系統(tǒng)分析,通過對關(guān)鍵脅迫因子的識別,有針對性地確定生態(tài)修復(fù)技術(shù)重點(diǎn),制定綜合而非單一的修復(fù)技術(shù)措施,見表1。
2 彈性型河流生態(tài)修復(fù)策略
城市彈性型河流指河流本身被堤壩和防洪墻所圍合,但仍具有一定空間進(jìn)行生態(tài)拓展,潛在拓展空間可選擇堤內(nèi)或堤外的綠地、防護(hù)帶等[10]。澇洰河位于臨汾市老城北部,向西匯入汾河,其周邊現(xiàn)狀多為耕地、灘地和散布的村莊,片區(qū)控規(guī)主要為城市多功能用地和綠地,是典型的彈性型河流。規(guī)劃重點(diǎn)聚焦河堤結(jié)構(gòu)調(diào)整、河道平面形態(tài)重塑以及河流自然屬性修復(fù)。同時充分利用堤內(nèi)外空間,借河岸緩沖帶彈性泛洪,營造生態(tài)友好型動物棲息環(huán)境,并為城市居民提供休閑活動場所。
2.1 河堤調(diào)整及河流形態(tài)近自然設(shè)計
澇洰河兩岸有數(shù)10 m寬的河岸緩沖帶,南岸規(guī)劃防洪堤馬上要建設(shè)實施,形式為硬質(zhì)直線堤岸,而此類堤岸結(jié)構(gòu)硬化、形態(tài)規(guī)整、功能簡單,是導(dǎo)致城市河流自然生態(tài)系統(tǒng)惡化的主要原因,現(xiàn)狀北岸防洪堤近4 m的落差阻隔了人們的親水需求。設(shè)計師和生物學(xué)家與水利專家討論確定,防洪堤位置南移至規(guī)劃市政路(見圖1),保證河灘地生態(tài)系統(tǒng)的完整性和連續(xù)性,為恢復(fù)河湖水域生物棲息環(huán)境創(chuàng)造良好的用地條件。同時在原規(guī)劃堤壩一帶增加20 a一遇堤防,結(jié)合不同防洪要求形成多層景觀,實現(xiàn)防洪與景觀功能融合。
堤岸南移后如何合理設(shè)計岸線形態(tài)、建設(shè)近自然形態(tài)的河流是需要解決的下一個問題。水利設(shè)計師按常規(guī)做法提供基本等寬的河道及相關(guān)數(shù)據(jù),景觀設(shè)計師統(tǒng)籌安排河道與濱水區(qū)綠地及園林設(shè)施。之后水利專家根據(jù)景觀設(shè)計的河道條件重新推演水面線,對需要加高堤防或加深河道的地方提出設(shè)計要求,最后調(diào)整水形和地形形成最終方案。在河流形態(tài)設(shè)計中,重點(diǎn)是處理好“水-河灘-人”三者之間的動態(tài)關(guān)系,在盡量保留原河道自然蜿蜒形態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工拓寬或加深,營造濕地、河灣、深潭、淺灘等多樣的河流形態(tài)。
2.2 多種形式水源的水量保障系統(tǒng)
澇洰河中游主河道目前已斷流,為保證未來城市水質(zhì)水量,規(guī)劃將雨水和中水作為城市生態(tài)用水。規(guī)劃在污水處理廠西側(cè)河灘地營造人工濕地,對中水進(jìn)行生物凈化,將中水再處理與地形條件相結(jié)合,局部低洼處營造水景觀;同時,利用場地高差營造景觀微地形,建立匯水溝渠,加強(qiáng)雨洪管理,充分收集地表徑流和雨水,并經(jīng)過植草溝、滯留池等海綿設(shè)施過濾后匯入主河道,見圖2。通過城市雨水收集、中水回用以及濕地凈化,構(gòu)建多種形式的水量水質(zhì)保障系統(tǒng)。
2.3 河岸緩沖帶泛洪濕地建設(shè)
退堤增加的洪泛區(qū)是河流的重要組成部分,既為河流分擔(dān)排洪壓力,又能有效防止城市內(nèi)澇[11],同時作為生態(tài)廊道,為魚類及過境鳥類提供適宜的生境。規(guī)劃合理利用洪泛區(qū),將人的活動范圍與生物棲息空間分區(qū)管理。
近水區(qū)水生與濕生植被帶包括河道、凈水面、灘涂、島嶼、次生林等,為關(guān)鍵目標(biāo)物種提供多樣的棲息環(huán)境。開敞植被帶為過渡地帶,以水生、濕生、灌木、草本等低矮植被為主,為蜻蜓、兩棲類動物提供生境,同時設(shè)計石汀步為人類探索活動提供空間。疏林草地帶考慮淹沒頻率及水深,建設(shè)河灘濕地,營造人類休閑游憩場所,兼顧親近人的動物的生境需求。堤壩沿線營造密林區(qū),結(jié)合市政路綠化形成濱河風(fēng)景林帶,見圖3。
2.4 棲息地生態(tài)化設(shè)計
豐富棲息地的生物多樣性,營造多空隙生境是河流生態(tài)恢復(fù)的重點(diǎn)[12]。在棲息地中保留枯木、樹根、樹洞、亂石堆、土丘等,種植水生濕生植物,豐富動物棲息、覓食和繁衍的空間。調(diào)查發(fā)現(xiàn),岸邊帶缺失及河床堤岸硬化導(dǎo)致水生和兩棲類動物在河道大流量過流時缺乏避難所,因此規(guī)劃設(shè)計生態(tài)護(hù)岸坡腳,為魚類、蛙類等水生動物和兩棲類動物提供棲息空間。同時采用石塊群、巖洞為小型爬行類動物提供潛在洞穴,水中島嶼、水邊灌叢為鳥類提供棲息繁衍場所。
2.5 人與河灘地的互動
人類活動區(qū)是人水共生理念的重要承載空間,規(guī)劃建設(shè)河灘地公園,加強(qiáng)“水-河灘-人”互動。適當(dāng)增加休閑活動、科普教育場地,設(shè)置漫步道、自行車道、親水平臺、棧橋等,豐富市民親水空間,拉近河流與人的關(guān)系,見圖4。設(shè)計中利用微地形、草坪、林地營造兒童游戲、林地拓展等活動空間,并結(jié)合濕地讓市民在河畔、泥潭進(jìn)行露營、戲水、觀鳥、捉蟹等自然體驗活動。
3 緊縮型河流生態(tài)修復(fù)策略
緊縮型河流城市用地與河流關(guān)系緊密,可利用空間狹小,堤壩的形態(tài)和穩(wěn)固性不可隨意調(diào)整,這類河流在城市中較為多見[10]。蘭州黃河溝道作為緊縮型河道,城區(qū)段河道頂寬均在40 m以下,兩側(cè)與建設(shè)用地相鄰。規(guī)劃重點(diǎn)在河流堤岸沿線及河流內(nèi)部尋求機(jī)會,在保證行洪安全和堤壩穩(wěn)固的前提下,以點(diǎn)帶線進(jìn)行駁岸生態(tài)化改造和多層景觀平臺建設(shè),并結(jié)合海綿設(shè)施、生態(tài)浮島改善河流生態(tài)環(huán)境,見圖5。
蘭州處于西北干旱地區(qū),水量匱乏,因常年無水,故溝道不斷被建筑物、市政管線侵占,成為城市堆填垃圾、排放污水的消極空間。由于河道坡度陡,洪水流速快,因此雨季河流兩岸沖刷非常嚴(yán)重。針對上述問題,基于溝道的詳細(xì)調(diào)研,提出三大解決策略,制定菜單式生態(tài)修復(fù)和環(huán)境整治措施(見表2)。
第一,還空間于沖溝,保障行洪安全。拆除侵占藍(lán)線的違章建筑,清除沖溝建筑垃圾和生活垃圾,疏通行洪通道,并制定詳細(xì)的政府工作方案及保障措施。
第二,整治沖溝環(huán)境,發(fā)揮生態(tài)作用。結(jié)合場地條件對駁岸進(jìn)行分段生態(tài)化改造;結(jié)合海綿設(shè)施建設(shè),吸納蓄滯周邊雨水;通過生態(tài)島和棲息地建設(shè),構(gòu)建河流生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。
第三,功能復(fù)合利用,激發(fā)活力空間。在保障防洪安全的基礎(chǔ)上,營造可淹沒的多級景觀,最大化提高綠地利用率,將現(xiàn)狀消極空間改造為激發(fā)城市活力的積極空間。
3.1 護(hù)岸生態(tài)化改造
現(xiàn)狀城區(qū)段河流為硬質(zhì)護(hù)岸,上游段為自然護(hù)岸,重點(diǎn)對城區(qū)硬質(zhì)護(hù)岸段進(jìn)行生態(tài)化改造。生態(tài)化是結(jié)合河流岸坡的坡度、水流特征和土質(zhì)條件等因素,根據(jù)不同洪水流量和水位,設(shè)計岸坡及防護(hù)結(jié)構(gòu)并驗算其穩(wěn)定性。行洪壓力大的河段仍使用混凝土護(hù)岸,但結(jié)合內(nèi)襯塊石、石籠墻構(gòu)筑梯狀臺階等方式進(jìn)行近自然改造。對滿足生態(tài)化改造的河段,采用置石駁岸、鋼絲石籠等方式,盡可能減緩護(hù)岸坡度,降低護(hù)岸高度,提高護(hù)岸粗糙度。
3.2 海綿設(shè)施集水凈水
對于西北干旱地區(qū)的季節(jié)性河流,設(shè)計一個既能保證河流水量又能滿足行洪安全的河床尤為重要[13]。首先,構(gòu)建場地的雨水收集系統(tǒng),通過雨水徑流分析及設(shè)計將周邊雨水匯集至河道內(nèi)自然下滲;其次,通過局部疏挖、攔蓄拓寬河道,營造雨水花園,洪水期雨水經(jīng)植草溝長距離流動、過濾、凈化后匯入主河道,見圖6;再次,在洪道等級較高,雨洪流量較大的溝道,上游建設(shè)沉沙池,集蓄夏季雨洪補(bǔ)充河道水體,下游利用原河道相對低洼的區(qū)段,改造形成蓄水區(qū),結(jié)合植物種植延緩水體干涸。在水環(huán)境整治方面,實行“源頭、中途、末端”系統(tǒng)管控,末端結(jié)合濕地進(jìn)行水質(zhì)凈化。
3.3 生態(tài)島建設(shè)
在常年有水、流速較慢的溝道較寬段,運(yùn)用生物工程技術(shù),以土質(zhì)岸坡為堤,局部抗壓固定,構(gòu)建生態(tài)島,隔離人類干擾,以較小的生態(tài)空間實現(xiàn)多樣的生物棲息場所,見圖7。以生態(tài)島為踏腳石,結(jié)合河流生態(tài)化改造,構(gòu)建城市生物完整而連續(xù)的生物通道,為昆蟲、魚、蝦、蟹、軟體動物等提供庇護(hù)所,為越冬鳥類提供多樣的食物選擇,形成健康循環(huán)的河流生態(tài)系統(tǒng)。
3.4 多層平臺構(gòu)建
在行洪安全的前提下,建立多層次復(fù)合景觀系統(tǒng)是緊縮型河道親水性設(shè)計的重要方式??v向上采取駁岸分段改造,城區(qū)入黃河段人流量大,結(jié)合城市廣場設(shè)計跌水景觀和親水平臺,促進(jìn)人與水的親密接觸,并與周邊商業(yè)、居住區(qū)相融合;城外段通過生態(tài)改造,營造自然景觀;中間段根據(jù)行洪和場地條件適當(dāng)增加親水空間,兼顧安全、生態(tài)與人類活動需求。橫向上采用復(fù)式斷面擴(kuò)寬河道,營造多級可淹沒的景觀平臺,見圖8。河道上部過流頻率低,裸露時間長,可種植草本或低矮喬木,洪水期可作為臨時行洪通道。溝底營造旱生濕地景觀(見圖9),河槽內(nèi)的子槽是河道非汛期的主要流路[14],保留野生灌叢自然覆蓋,恢復(fù)河流的自然生態(tài)過程。河堤與子槽之間的洪泛區(qū)局部加設(shè)卵石步道,提供親水游覽的開敞空間。
4 結(jié) 語
城市河流的生態(tài)修復(fù)需要建立在對河流演變規(guī)律充分了解和尊重的基礎(chǔ)上。對于彈性型河流擴(kuò)大洪泛區(qū)范圍是最好的辦法,可以營造豐富的生物棲息地類型,還可以成為市民親近自然、休閑活動的場所,這也是“海綿城市”“韌性城市”所提倡的重要解決策略。對于緊縮型河流,一般受限于用地空間和堤壩形態(tài),且大部分時間呈干涸或少水狀態(tài),瞬時洪峰流量大,只能尋找點(diǎn)狀或線性空間進(jìn)行近自然營造。因此,對于不同類型的河流,需要結(jié)合場地條件、水文特征等,因河施策制定相應(yīng)解決方案和改造措施。
人水共生視角下的河流生態(tài)修復(fù)是生態(tài)文明建設(shè)時代背景下對河流治理更高層次的要求。重視生態(tài)系統(tǒng)健康和人類活動需求,在城市內(nèi)將河流恢復(fù)到近自然狀態(tài),并結(jié)合人的主觀愿望滿足生態(tài)安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、民生福祉、文化積淀等各方面需求。因此,人水共生視角下的河流治理不同于傳統(tǒng)的河流生態(tài)修復(fù)或濱水景觀設(shè)計,而是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程和動態(tài)的演變過程,需要協(xié)調(diào)水利、生態(tài)、景觀、環(huán)境、規(guī)劃、建設(shè)等各學(xué)科、各層面。通過綜合技術(shù)手段,搭建多專業(yè)協(xié)作平臺,水利專業(yè)提供洪水和防洪安全計算,生態(tài)、環(huán)境專業(yè)提供技術(shù)支持,聚焦生態(tài)修復(fù)、景觀營造和經(jīng)濟(jì)社會價值發(fā)揮,既保證防洪安全、生態(tài)系統(tǒng)健康,又兼顧人民美好生活需要,并落實在河流多樣空間的營造上,從而實現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康循環(huán)和人水共生的可持續(xù)發(fā)展。
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