靳忠強，裴如龍，劉 卓

（上海市政工程設計研究總院集團第十市政設計院有限公司，甘肅 蘭州73000）

隨著我國經濟社會的穩(wěn)健發(fā)展，國家對水利基礎設施的建設提升也穩(wěn)步推進，特別對于中小河流的系統(tǒng)化生態(tài)治理也愈加受到社會的重視，各地在不斷的摸索中也取得一定成果。但是，隨著社會發(fā)展進入新階段，特別是城市化進程的加快也給水生態(tài)環(huán)境帶來了一些負面影響[1]，公眾對于河道生態(tài)環(huán)境等方面也有了更高的要求，除滿足傳統(tǒng)的防洪安全要求，還要求河道生態(tài)系統(tǒng)多樣化、不淤不沖、水清岸綠、堤頂路貫通延伸甚至鋪裝等，特別對于我國北方季節(jié)性小型河流與溝道治理，由于其來水量隨季節(jié)變化明顯，上述特點在治理中顯得尤為重要。

1 北方季節(jié)性中小河流共性問題

1.1 防洪安全問題

通常情況下，城區(qū)以及毗鄰城區(qū)段河道經過系統(tǒng)治理，滿足當?shù)胤篮橐?guī)劃要求，但對于遠離城區(qū)的郊野段屬水流常年過流沖刷而成的自然沖溝，以草和土石結構為主，存在相當部分未治理段，岸坡沖刷侵蝕、河道斷面受生產建設擠壓、局部淤塞行洪不暢等現(xiàn)象。遇上游洪水沿河槽傾瀉而下，將對溝床兩側岸坡腳步形成沖刷，進而威脅堤頂兩岸，同時引起水土流失。

除此之外，我國北方小型河道、溝道多以降雨補給為主，流域多呈現(xiàn)的暴雨特征是降雨歷時短、范圍小、強度大，主汛期主要發(fā)生在6—9月，尤以7—8月最多。洪水特點是暴漲暴落，峰形尖瘦、峰高量小，最短洪水過程通常不足1小時，洪峰年際變化大[2]。對于河道過流斷面，考慮到過流安全的需要，根據(jù)洪峰流量確定的斷面尺寸較大，而汛期之外的其余時段，河道來水量急劇減小，水流甚至難以滿鋪河床，形成大面積裸露灘地（圖1）；同時，非汛期水流流速減小，遇河床坑、洼區(qū)積水形成死水區(qū)，易引發(fā)水質變臭。

圖1 汛期、枯水期河道水位示意圖

1.2 水質污染問題

水污染“表現(xiàn)在水里，源頭在岸上”。人為活動對河道生態(tài)影響較大，環(huán)境敏感度較高[3]。從整個流域層面而言，河道/溝道承擔的是一個小流域的排水任務，流域內污染物最終隨匯水匯集至河道，因此，需加強整個流域范圍內的污染物排放總量控制。對于河道生態(tài)修復治理而言，其治理范圍通常為河道，兩岸部分則超出工程措施實施紅線，難以有效因癥施策。文章重點介紹河道及堤頂毗鄰區(qū)污染問題及應對措施。

（1）外源污染。河道兩岸生活污水、生產廢水的不達標排放；沿線村莊雨水直排。

（2）內源污染。河道底泥污染：河道污染底泥的存在是個潛在的巨大污染源。底泥與上覆水之間不停地進行著物質交換，溶解于水中的污染物濃度在很大程度上要受到底泥的影響[4]。

河道內垃圾污染：棄置于河道內的生活垃圾、建筑垃圾、腐爛的植物殘渣等，限制了水體的流動，水體沒有陽光照射，變得發(fā)臭，使水體中的溶氧量減少，抑制了浮游生物的生長，破壞了河道水生態(tài)環(huán)境，不僅造成水質惡化，同時堵塞河道，嚴重影響了河道水體連通性。

1.3 生態(tài)多樣性問題

傳統(tǒng)的河道治理僅注重河道岸坡建設，且以砼、漿砌石等硬質材料為主，其具有抗沖刷能力強、結構形式簡單、耐久性好等諸多優(yōu)點，但同時也存在形式單一生硬、破損后修復較困難、草本植被生長基底被阻斷等一系列缺點。有研究表明[5]，河床植被物種越豐富，生態(tài)越好，在一定程度上的河床結構強度越大。

隨著對生態(tài)文明建設的日益重視，對河道岸坡、河床、堤頂路等提出了更高要求，直接表現(xiàn)為盡可能采用生態(tài)型護岸材料，進而為岸坡綠化種植創(chuàng)造條件；主河槽以外的河床綠化補植增強平時河道植被層次；河道堤頂路可結合兩岸人口密集度及規(guī)劃定位選擇性鋪裝，將堤頂路與休憩健身步道等予以結合。

2 修復方案

2.1 防洪安全措施

（1）河道護岸。雖然河道生態(tài)修復治理思路隨著整個社會認知的進步在動態(tài)調整，但河道護岸作為其中極其重要的組成部分，其重要性始終未變?，F(xiàn)階段，包括格賓石籠、植被型生態(tài)砼、土工材料、草皮等各種生態(tài)護坡材料形式多樣，但需要特別注意：生態(tài)岸坡并非與傳統(tǒng)的砼、漿砌石等硬質材料徹底切割，而是在滿足水流流速要求、河道空間布置要求的條件下盡可能采用適宜植被生長且具有良好耐久性的柔性防沖材料；對于河道狹窄、縱坡較大、兩岸坡體陡峻等不具備生態(tài)型岸坡布置的河段仍然需依托擋墻等采取對應工程措施。

河道護岸的完整性很大程度上取決于基礎的穩(wěn)定與完好，對于北方河道護岸基礎，由于總體地勢坡降相對較大，洪水期水流流速大，仍建議采用硬質基礎（圖2）。

圖2 設有主河槽的典型河道斷面圖

（2）主河槽。對于季節(jié)性河道，主河槽的設置顯得尤為必要。主河槽宜以河道中心線為軸線，同時向左、右岸擺動形成弧線，保有蜿蜒性，弧線不宜急彎，防止影響水動力，同時避免距離岸坡坡腳過近，防止岸坡坡腳及基礎沖刷。

主河槽斷面尺寸根據(jù)河道常水位流量確定，其深度可參照非下切段河道的現(xiàn)狀主河槽深度擬定，進而確定主槽寬度。

對于縱坡較緩、水流流速不大的河段，主槽斷面可呈梯形并不予采取防沖措施；當縱坡相對較大時，宜對主槽兩岸岸坡采取防護措施。目前，工程中運行效果較好的防護手段可采用杉木樁或砼樁防護（圖2），并排布置，樁長需滿足沖刷深度及樁體本身穩(wěn)定要求。

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（3）攔砂坎。攔砂坎通常布置在河道縱坡變化較大的位置，可設置單級或梯級連續(xù)攔砂坎，以穩(wěn)固河床，防止下切為主要目的。攔砂坎有效高度不宜高于80 cm，具體以不影響洪水過流為準。對于北方小型河道、溝道，攔砂坎結構多以格賓石籠（圖3）或砼結構為主，當局部河道有淺灘蓄水營造濕地等要求時可采用自身不透水的砼結構，反之宜采用格賓石籠等透水結構，其塊石空隙并非全密閉，能夠同時帶動上游水體流動，塊石料表面還可以形成生物膜，能夠更好地起到吸附污染物的作用[6]。

圖3 格賓石籠攔砂坎典型橫斷面圖

2.2 水質提升措施

（1）河道清淤。河道清淤內容主要包括兩部分：河道內及沿線岸坡的生活與建筑垃圾、河道污染底泥。作為河道內污染源頭，不僅在水流浸泡及降雨作用下直接污染河水，垃圾及污染底泥的存在還嚴重影響沿河環(huán)境風貌。

河道生活垃圾必須徹底清除，對于建筑垃圾，考慮到實際可操作性，除河道范圍內徹底清淤以確保過洪通暢外，堤岸以外部分可結合實際地形條件及治理方案選擇外運或結合生態(tài)種植就地消化。

河道污染底泥則需首先進行底泥檢測，根據(jù)檢測報告對切實存在污染的底泥在一定范圍及深度上予以清淤，減少污染物的釋放。

（2）河道復氧。水域面積較大，水體流動性較差時可利用攔砂坎進行跌水充氧。河道復氧能夠在較短的時間內提高水體溶解氧濃度，增強水體的自凈能力。對于河道綜合補水尚不能完全解決的水體溶解氧不足的問題，運用河道復氧技術可以較好地加以解決。除平時改善河道水質外，河道復氧還應用在突發(fā)性河道污染中，如連續(xù)降雨時城市雨污合流排水系統(tǒng)溢流，或因發(fā)生突發(fā)性事故排放污水造成的污染，此外在夏季因水溫較高，有機物降解速率和耗氧速率加快，也可能造成水體的溶解氧降低[6]。上述情況發(fā)生后，進行河道人工復氧是恢復河道的生態(tài)環(huán)境和自凈能力的有效措施。

（3）生態(tài)修復。工程生態(tài)修復措施主要有河道基底改良、微地形重塑、生態(tài)河床構建等。

河道基底的治理是整個河流治理過程中的重要一環(huán)，其作為河流內源污染物的重要載體，在河流污染物質過量時會引起更嚴重的污染效應，但底泥同時也為底棲生物與水生植物提供棲息、附著的空間，并給予它們生存所需的營養(yǎng)物質。河道污染底泥在清淤后污染物質大部分已清除，內源污染相對較輕，但清淤后的局部范圍出現(xiàn)硬質基底不利于植物的恢復及繁育，可在該區(qū)域填入黃土和疏浚底泥混合物（3:1），鋪設高度暫設100～400 mm。黃土的加入同時可提高底泥氧化還原電位，防止底泥中氮磷釋放，有利于水生植物生長。

微地形重塑是指人類根據(jù)科學研究或改造自然的實際需求，有目的地對地表下墊面原有形態(tài)結構進行的二次改造和整理，從而形成大小不等、形狀各異的微地形和集水單元，能有效調節(jié)水流方向和速度、增加景觀異質性、改變水文循環(huán)和物質遷移路徑，起到了遏制侵蝕、改善生境和促進植被恢復的作用。

生態(tài)河床主要包括攔砂坎、多介質層（垂向上依次是礫石-卵石和砂石層）、緩流區(qū)、消能塊石等結構組成。汛期時，上游大量來水漫流經過礫石附著區(qū)，可減緩沖刷下切；同時卵石礫石覆蓋區(qū)河道糙率加大，可削減來水的流速與相應動能，促進懸浮顆粒物沉降，減少洪水對下游河道及河岸的沖刷；枯水期則可增強局部紊流強度和天然曝氣。礫石間形成連續(xù)的水流通道，當水流通過時，水中的懸浮固體因沉淀、物理攔截、水動力等原因運動至礫石表面而接觸沉淀。水中有機物質與礫石表面接觸，因礫石表面帶電性的緣故，導致水中有機物質吸附于礫石表面生物膜[7]。同時，生長在礫石表面上的微生物或藻類，會氧化分解其所吸附的污染物，并通過在生物膜表面和內部分別形成的好氧和厭氧環(huán)境進行硝化反硝化作用對氮進行去除，而磷的去除主要靠土壤及礫石的吸附作用。該措施可有效強化河流自凈能力，發(fā)揮河道天然屏障功能。

2.3 沿河環(huán)境提升措施

（1）沿河植被種植。河道沿線植被修復技術包括水陸交錯帶濕生與挺水植物群落組建、近岸帶浮葉或漂浮植物與沉水植物群落構建，個別河道還存在底棲動物和魚類等水生動物豐度與多樣性恢復。植被修復時以恢復河流自然屬性為主，擴大河道兩側淺水區(qū)域面積，增加河道植被覆蓋，充分發(fā)揮植物截留、凈化污染物能力。同時，要考慮河道兩側岸坡植物層次配置，充分發(fā)揮沿河環(huán)境風貌提升作用。需要注意的是，河道范圍內植物選擇盡可能采用低矮且根系發(fā)達的品類，既不影響河道正常過流還具有較好的抗沖效果；對于堤外植物選型則以達到設計效果為主要考量因素。

（2）堤頂路選擇性鋪裝。傳統(tǒng)的河道堤頂路多為土質便道或泥結碎石路面，遇雨天泥濘不堪，同時作為休閑鍛煉的步道時體驗感較差。隨著經濟社會發(fā)展，河道堤頂路可結合兩岸人口密集度及規(guī)劃定位選擇部分河段予以鋪裝，將堤頂路與休憩健身步道等予以結合。鋪裝設計雖應突出醒目、新穎，但首先必須與整體環(huán)境相匹配，其形狀、顏色、質地都要與所處的環(huán)境協(xié)調一致，鋪裝設計可以通過不同鋪裝材料的運用及不同顏色和形式的組合，強化整體空間布局形式，劃分地面的不同用途，界定不同的空間特征[8]。

（3）其他措施。部分生態(tài)性要求較高或毗鄰公園、城市等的河段一般還設有沿河亮化、景觀小品、汀步、休憩座椅等簡易設施，實際中根據(jù)區(qū)域定位、投資富裕度等適當考慮。

3 運行期維護對策

對于我國北方季節(jié)性中小河道、溝道，由于河道作業(yè)受自然降雨、上游來水量等的影響具有不確定性，因此，河道日常巡檢在做好定期巡查的基礎上還應結合水量情況不定期檢查。

絕大部分時間河道水量較小，下泄水流自主河槽過流，河道不存在行洪安全問題；洪水期，河道內一切作業(yè)停止，人員及設備撤離，跨河過水路警示閘欄關閉，確保行洪安全、人員及財產安全。洪水位降落后，及時查看河床及岸坡水毀情況，對于沖刷形成的坑洼，及時平整壓實，避免形成滯水洼地。對于河道泥沙，推移質泥沙大部分被溢流堰攔蓄在攔砂坎上游，根據(jù)實際淤積情況清理即可。

除河道內已建設施完整性、水毀沖刷情況、泥沙淤塞等，更為關鍵的是河道植被的日常養(yǎng)護：河床植被在其生長茂盛、成熟后應及時收割。我國北方植物收割時間普遍宜分2次，分別為每年6—7月和11月，具體可根據(jù)植物長勢適當增、減收割頻次；此外，為防止河床內雜草滋生，對已生長的高桿雜草應及時清除，同時清除枯枝落葉，防止腐殖質影響水質。

4 結語

對于我國北方季節(jié)性中小河道、溝道生態(tài)修復治理，在確保防洪安全的前提下，盡可能采用生態(tài)護岸，加之設置主河槽增加平水期水動力，通過攔砂坎穩(wěn)固河床、曝氣復氧、河床綠化補植及生態(tài)亂石床等復合措施，有效提升河道自凈能力。

河道生態(tài)修復技術并非單一不變的，各地也在不斷的實踐當中探索出一系列適合于當?shù)乜陀^條件的治理措施。上述綜合治理措施，能夠為我國北方季節(jié)性河道、溝道等類似工程方案提供借鑒參考，以達到汛期行洪安全，非汛期水流水動力較強，河道生態(tài)基底良好，沿河環(huán)境豐富。