城市河道生態(tài)化治理的設計方法

　　過(guò)去，城市河道治理往往偏重于水利灌溉、排水泄洪，護岸硬化、渠化現象嚴重，加上兩岸居民生活污水、垃圾的排入，導致很多河道變成藏污納垢的臭水溝，水生物無(wú)法生存，生態(tài)系統遭到極大破壞。在日益嚴峻的環(huán)境危機中，城市的建設者們開(kāi)始尋找一條有效的生態(tài)化解決方案，來(lái)解決鋼筋混凝土叢林中人與自然隔絕的現象，創(chuàng )造一個(gè)水清岸綠、蟲(chóng)叫蛙鳴、人與自然和諧生存的水岸環(huán)境。

　　城市中縱橫交錯的河網(wǎng)以及相應的濱水地帶給生態(tài)系統的恢復提供了得天獨厚的條件，水陸生物都能夠在這樣的平臺上相互共存，可以說(shuō)河道既是城市的血脈，又是水生態(tài)系統與陸生態(tài)系統連接的橋梁。所以，河道生態(tài)化建設在生態(tài)城市建設進(jìn)程中具有重要地位，那么如何達到生態(tài)化治理的目的，是我們應該考慮的問(wèn)題。生態(tài)化河道應該是通過(guò)人工物化，使治理后的河道能夠貼近自然原生態(tài)，體現人與自然和諧共處，逐步形成草木豐茂、生物多樣、自然野趣、水質(zhì)改善、物種種群相互依存，并能達到自我凈化、有自我修復能力的水利工程。

　　目前很多河道的生態(tài)環(huán)境一直得不到改善，主要有以下幾點(diǎn)原因：兩側居民的污水排入，使得硫磷等有害物質(zhì)含量增加；河道中基本無(wú)生物繁殖，微生物、水生動(dòng)物、植物對水質(zhì)的凈化作用??；水中含氧量少，生物生長(cháng)環(huán)境惡劣；硬化的駁坎護岸破壞了河岸與河床之間生態(tài)系統的聯(lián)系。所以生態(tài)化治理首先要從源頭控制，減少污染源，清淤換水，提高水質(zhì)，其次種植水生濕生植物，重建生態(tài)護岸，使河水與地下水能夠互換溝通，提高水體的自潔能力。

　　很多設計者在河道生態(tài)化治理領(lǐng)域都進(jìn)行了比較深入的研究，對駁岸形式、植物配置等方面提出了實(shí)質(zhì)性的建議，但是生態(tài)恢復是一個(gè)系統工程，河道的生態(tài)化治理措施應該是多方面、全方位的，而這些方面的措施圍繞的核心就是如何進(jìn)行生態(tài)系統的恢復，這就對設計者提出了新的挑戰：每一個(gè)設計元素都應該為生態(tài)恢復創(chuàng )造有利條件。所以，設計者應該多利用自然的抗干擾、自修復能力,來(lái)處理人與自然的關(guān)系，而不是大量采用人工結構和形式來(lái)取代自然，這是生態(tài)設計與傳統設計方法的區別。

　　1　河道線(xiàn)型設計

　　河道線(xiàn)型設計即河道總體平面的設計。由于城市用地的緊缺，河道濱水地帶不斷被侵占，水面越來(lái)越少，河寬越修越窄，但是為了泄洪的需要，要保證過(guò)水斷面，只好將河道取直、河床挖深，這樣對駁坎的強度要求就逐步地提高，建設費用逐漸加大，而生態(tài)功能逐漸衰退，河道基本成為了泄洪渠道，這與可持續發(fā)展的戰略相悖。而生態(tài)化治理就需要退地還河，恢復濱水地帶，拆除原先視覺(jué)單調、生硬、熱島效應明顯的渠道護岸，盡量恢復河道的天然形態(tài)，宜彎則彎，寬窄結合，避免線(xiàn)型直線(xiàn)化。

　　自然蜿蜒的河道和濱水地帶為各種生物創(chuàng )造了適宜的生境，是生命多樣性的景觀(guān)基礎。河灣、凹岸處可以提供生物繁殖的場(chǎng)所，洪峰來(lái)臨時(shí)還可以作為避難場(chǎng)所，為生物的生命延續創(chuàng )造條件，而豐富多樣的水際邊緣效應是其它生態(tài)環(huán)境所無(wú)法替代的，在有條件的河段，還可以增加一些濕地、河灣、淺灘、深潭、沙洲等半自然化的人工形態(tài)，既增添了自然美感，又利用河流形態(tài)的多樣性來(lái)改善生境的多樣性，從而改善生物群落的多樣性。相對于直線(xiàn)化的渠道，自然曲折的河岸設計能夠提高水中含氧量，增加曝氣量，因此也有利于改善生物的生存環(huán)境。

　　從工程角度，自然曲折的河道線(xiàn)型能夠緩解洪峰，消減流水能量，控制流速，所以也減少了對下游護岸的沖刷，對沿線(xiàn)護岸起到保護的作用。退地還河、濱水地帶的恢復，使得設計人員在河道斷面設計上留有選擇的余地，也不需要采用高強度的結構形式對河濱建筑進(jìn)行保護。順應河勢，因河制宜，無(wú)疑在工程經(jīng)濟性方面也是有利的。

　　2　河道斷面設計

　　河道斷面的選擇除了要考慮河道的主導功能、土地利用情況之外，還應結合河岸生態(tài)景觀(guān)，體現親水性，盡量為水陸生態(tài)系統的連續性創(chuàng )造條件。

　　傳統的矩形斷面河道既要滿(mǎn)足枯水期蓄水的要求，又要滿(mǎn)足洪水期泄洪的要求，往往采用高駁坎的形式，這樣就導致了水生態(tài)系統與陸生態(tài)系統隔離，兩棲動(dòng)物無(wú)法躍上高駁坎，生物群落的繁殖受到人為的阻隔。梯形斷面的河道在斷面形式上解決水陸生態(tài)系統的連續性問(wèn)題，但是親水性較差，陡坡斷面對于生物的生長(cháng)仍有一定的阻礙，而且不利于景觀(guān)的布置，而緩坡斷面又受到建設用地的限制。復式斷面在常水位以下部分可以采用矩形或者梯形斷面，在常水位以上部分可以設置緩坡或者二級護岸，這樣在枯水期流量小的時(shí)候，水流歸主河道，洪水期流量大，允許洪水漫灘，過(guò)水斷面陡然變大，所以復式斷面既解決了常水位時(shí)親水性的要求，又滿(mǎn)足了洪水位時(shí)泄洪的要求，為濱水區的景觀(guān)設計提供了空間，而且由于大大降低了駁坎護岸高度，結構抗力減小，護岸結構不需采用漿砌塊石、混凝土等剛性結構，可以采取一些低強度的柔性護岸形式，為生態(tài)護岸形式的選擇提供了有利條件。人類(lèi)活動(dòng)較少的區域，在滿(mǎn)足河道功能的前提下，應減少人工治理的痕跡，盡量保持天然河道面貌，使原有的生態(tài)系統不被破壞。所以在河道斷面的選擇上，應盡可能保持天然河道斷面, 在保持天然河道斷面有困難時(shí)，按復式斷面、梯形斷面、矩形斷面的順序選擇。

　　但是在河道治理的過(guò)程中，也應避免斷面的單一化。不同的過(guò)水斷面能使水流速度產(chǎn)生變化，增加曝氣作用，從而加大水體中的含氧量。多樣化的河道斷面有利于產(chǎn)生多樣化的生態(tài)景觀(guān)，形成多樣化的生物群落。例如在淺灘的生境中，光熱條件優(yōu)越, 適于形成濕地, 供鳥(niǎo)類(lèi)、兩棲動(dòng)物和昆蟲(chóng)棲息。積水洼地中, 魚(yú)類(lèi)和各類(lèi)軟體動(dòng)物豐富, 它們是肉食性候鳥(niǎo)的食物來(lái)源, 鳥(niǎo)糞和魚(yú)類(lèi)肥土又促進(jìn)水生植物生長(cháng), 水生植物又是植食鳥(niǎo)類(lèi)的食物, 形成了有利于鳥(niǎo)類(lèi)生長(cháng)的食物鏈。深潭的生境中，由于水溫、陽(yáng)光輻射、食物和含氧量沿水深變化, 所以容易形成水生物群落的分層現象。

　　3　河道護岸形式

　　傳統的河道護岸在材質(zhì)方面大多采用混凝土及漿砌塊石等硬質(zhì)材料，整個(gè)護岸形成一個(gè)封閉的體系，猶如給河道穿上了一層盔甲，只考慮了河道的安全性，卻忽視了對河流環(huán)境和生態(tài)系統及其動(dòng)植物及微生物生存環(huán)境的影響。青蛙無(wú)法跳越高高的河道護岸；泥鰍、螃蟹再也打不通堅硬的混凝土；小鳥(niǎo)、蜻蜓在水邊怎么也找不到落腳的蘆葦和水草；這些不僅阻礙了水生態(tài)循環(huán)系統，連動(dòng)植物、微生物的整體生物鏈都被阻斷。地下水與河水也不能及時(shí)的溝通，水循環(huán)過(guò)程被隔斷，河道變成了只進(jìn)不出的封閉水體。

　　在建設生態(tài)河道的過(guò)程中，河道護岸是否符合生態(tài)的要求，是否能夠提供動(dòng)植物生長(cháng)繁殖的場(chǎng)所，是否具有自我修復能力，是設計者應該著(zhù)重考慮的事情。生態(tài)護岸應該是通過(guò)使用植物或植物與土工材料的結合，具備一定的結構強度，能減輕坡面及坡腳的不穩定性和侵蝕，同時(shí)能夠實(shí)現多種生物的共生與繁殖、具有自我修復能力、具有凈化功能、可自由呼吸的水工結構。

　　目前很多設計者提出了一些有效的護岸設計方法，有土工格柵邊坡加固技術(shù)、干砌護坡技術(shù)、利用植物根系加固邊坡的技術(shù)、滲水混凝土技術(shù)、石籠、生態(tài)袋、生態(tài)砌塊等方法。這些結構的共同點(diǎn)都是：⑴具有較大的孔隙率，護岸上能夠生長(cháng)植物，可以為生物提供棲息場(chǎng)所，并且可以借助植物的作用來(lái)增加堤岸結構的穩定性；⑵地下水與河水能夠自由溝通，所以能夠實(shí)現物質(zhì)、養分、能量的交流，促進(jìn)水汽的循環(huán)；⑶造價(jià)較低，也不需要長(cháng)期的維護管理，具有自我修復的能力；⑷護岸材料柔性化，適應曲折的河岸線(xiàn)型。但是生態(tài)護岸也有一些局限性，選用的材料及建造方法不同，堤岸的防護能力相差很大，所以要根據不同的坡面形式，選擇不同的結構形式，坡面較緩的河段，可以選擇生態(tài)砌塊、土工格柵等柔性結構，而坡面較陡的河段，可以選擇干砌塊石、石籠、滲水混凝土等半柔性的結構；生態(tài)護岸建造初期強度普遍較低，需要有一定時(shí)間的養護，以便植物的生長(cháng)，否則會(huì )影響到以后防護作用的發(fā)揮；施工有一定的季節限制，常限于植物休眠的季節。

　　俗話(huà)說(shuō)“蝦有蝦徑、蟹有蟹路”，各種生物都有其自身獨特的生活習性，而不同的生態(tài)護岸結構形式能夠適應不同的生物生長(cháng)繁殖需求，例如石材類(lèi)護岸可以提供螺螄、螃蟹等生物的寄居攀附，自然邊坡及土工格柵護岸可以提供泥鰍等軟體動(dòng)物的生長(cháng)，淺灘地段適宜浮游生物的繁殖，深潭區域適宜魚(yú)類(lèi)的活動(dòng)，所以在駁岸形式上，要根據地形地貌、原始的植被綠化情況，選擇多種護岸形式，為各種生物創(chuàng )造了適宜的生長(cháng)環(huán)境，體現生命多樣性的設計構思，這樣既保持了豐富多樣的河岸形式、延續了原始的水際邊緣效應，又給各種生物提供了生長(cháng)的環(huán)境、遷徙的走廊，容易形成完整的生物群落。

　　4　植物配置設計

　　植物根系可固著(zhù)土壤，提高土壤持水性，植物根莖的生長(cháng)對土壤具有改良作用，增加了土壤的有機質(zhì)含量，改善了土壤的結構與性能，增加抗侵蝕能力和抗沖刷能力，起到固土護岸的作用，又能提高河岸土壤肥力，改善生態(tài)環(huán)境。而且隨著(zhù)時(shí)間的推移，植物不斷生長(cháng)，這些作用將會(huì )不斷加強。

　　植物枝葉可截留雨水，過(guò)濾地表逕流，水邊植物的枝葉能抵消波浪的能量，從而起到保護堤岸，凈化水質(zhì)，涵養水源的作用。豐富的植物群落也為動(dòng)物、水生物提供產(chǎn)卵場(chǎng)與棲息地。

　　植物還具有凈化水質(zhì)的作用，污水中的氮磷等物質(zhì)被植物吸收，能夠轉化為生長(cháng)所需要的營(yíng)養成分，變廢為寶，從而實(shí)現“污”“水”的分離，降低河道富營(yíng)養化水平。研究人員對生態(tài)化治理的河道進(jìn)行過(guò)監測，發(fā)現NH4+ 、TP、CODMn和SD指標都明顯降低，水體質(zhì)量得到顯著(zhù)提高。

　　根據生長(cháng)條件的不同，河道植物分為常水位以下的水生植物、河坡植物、河灘植物和洪水位以上的河堤植物。我們在選擇植物的時(shí)候，不僅要達到豐富多彩的景觀(guān)效果，層次感分明，給人以賞心悅目的視覺(jué)享受，而且要具有良好的生態(tài)效果，根據水位和功能的不同，選擇適宜該水位生長(cháng)的植物，并能達到一定的功能。在常水位線(xiàn)以下且水流平緩的地方，應多種植生態(tài)美觀(guān)的水生植物，它的功能主要是凈化水質(zhì)，為水生動(dòng)物提供棲食和活動(dòng)場(chǎng)所，美化水面，根據河道特點(diǎn)選擇合適的沉水植物、浮水植物、挺水植物，并按其生態(tài)習性科學(xué)地配置，實(shí)行混合種植和塊狀種植相結合；常水位至洪水位的區域是河道水土保持的重點(diǎn)，其上植物的功能有固堤、保土和美化河岸作用，河坡部分以濕生植物為主，河灘部分選擇能耐短時(shí)間水淹的植物，河道植物的配置種植應考慮群落化，物種間應生態(tài)位互補，上下有層次，左右相連接，根系深淺相錯落，以多年生草本和灌木為主體，在不影響行洪排澇的前提下，可種植少量喬木樹(shù)種；洪水位以上是河道水土保持植物綠化的亮點(diǎn)，是河道景觀(guān)營(yíng)造的主要區段，群落的構建應選擇以當地能自然形成片林景觀(guān)的樹(shù)種為主，物種應豐富多彩、類(lèi)型多樣，可適當增加常綠植物比例，以彌補洪水位以下植物群落景觀(guān)在冬季蕭條的缺陷。這樣，水生植物與河邊的灌喬木呼應配合，形成了有層次的植物生態(tài)景觀(guān)。

　　在植物種類(lèi)的選擇上，要盡量選擇適宜本地區氣候環(huán)境的物種，同時(shí)不造成外來(lái)物種入侵，植物生長(cháng)后構成的景觀(guān)層要分明。水際邊緣地帶要選擇抗逆性好、管理粗放、植物根系發(fā)達、固土能力強的植物，比如香根草、百喜草等。人工污染較嚴重的河段或者郊區無(wú)污水管網(wǎng)的河段，要選擇環(huán)保效果好，能有效地消除氮磷、油污、有毒化學(xué)物質(zhì)的植物種類(lèi)，以達到生態(tài)治河的目的，比如伊樂(lè )藻、苦草、狐尾藻、金魚(yú)藻、浮萍、美人蕉等，有關(guān)研究表明，沉水植物比浮水、挺水植物能更有效得去除污染物。有種植槽或濕地的地方，根據水生植物適應水深的情況，配置多種水生植物，重構水生植物、魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、兩棲類(lèi)、昆蟲(chóng)類(lèi)動(dòng)物的良好棲息場(chǎng)所，如蘆葦、荷花等。

　　綜上所述，生態(tài)河道的設計需要各方面因素的配合，設計者要拓寬思路，結合生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、水利學(xué)的知識，相互補充，才能形成一套有效的設計方法。

河道的生態(tài)化治理是一個(gè)可持續發(fā)展的系統工程，要通過(guò)設計、施工、養護等一系列措施模擬一個(gè)生物生長(cháng)的適宜環(huán)境，為各類(lèi)水生、陸生和兩棲類(lèi)動(dòng)物、植物以及微生物提供棲息、繁衍和避難的場(chǎng)所，并且，除采取工程和植被措施外，還必須有選擇的放養水生動(dòng)物及微生物，恢復生物的多樣性，重建生物系統的生態(tài)鏈。我們希望看到經(jīng)過(guò)生態(tài)治理的河道能夠拉近人與自然的距離，河流兩岸蒹葭蒼蒼、白灘漫漫，水面上輕舟蕩漾、水鳥(niǎo)游弋，水面下水草茂密、魚(yú)翔淺底。

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