基于生態水利工程學的黃河故道徐州段生態治理

張 森，陳 菁，張營灝，陳 丹，李 帆

(1.河海大學水利水電學院，江蘇南京 210098;2.江蘇省豐縣水利局，江蘇豐縣 221700)

黃河故道徐州段是黃河奪淮過程中形成的，土質為沙壤土，易流失，沿線地勢高亢無水源保障，生態環境脆弱。以往的治理措施重視工程效用，對于生態的保護考慮不足。因此，有必要結合故道自然條件和存在的問題，運用生態水利工程學，探討在治理黃河故道的同時，保護和改善生態環境的思路和措施。

傳統水利工程學通過對防洪、水力發電、灌溉排水等需求，控制和改造河流，滿足了人們對防洪和水資源利用等需求，在人類社會與經濟發展過程中居功至偉，但是忽視了河流的生態系統健康與可持續性需求，在水利工程建設與運行過程中對生態環境產生了一定負面影響，亟須結合新的理念對其進行更新改造。

1 生態水利工程學理論

1.1 生態水利工程學的研究對象

生態水利工程尋找生態保護和資源開發之間的平衡點，將研究的河流治理范圍從河道及其兩岸的物理邊界擴大到河流生態尺度邊界［1］。對于新建工程，應用生態水利工程學，從規劃、設計直至建設、運行等環節，減輕水利工程對河流生態系統的脅迫;對于已經人工改造的河流，應用生態水利工程學對其進行生態修復。

1.2 生態水利工程學的基本原則

生態水利工程需遵循以下五項基本設計原則:①工程安全性與經濟性原則。②提高河流形態的空間異質性原則。河流生態系統生境的主要特點是:水氣兩項、水陸兩項的聯系緊密性;河流的橫斷面多樣性;河道的縱向蜿蜒性;河床材料的透水性。生態水利工程的重點是盡可能地提高河流形態的異質性，為生物群落多樣性的恢復創造條件。③生態系統的自我設計、自我恢復原則。沒有兩條相同的河流，人力和技術控制自然界也是不可能的，只有善于利用生態系統的自我設計、自我恢復功能，才能尊重每一條河流的自然屬性，實現最佳的生態治理效果。④景觀尺度及整體性原則。河流的生態治理應當在長期的、大景觀尺度和保持可持續性的基礎上進行。⑤反饋調整式設計原則。生態系統在時間和空間上具有不確定性，決定了生態水利工程設計是一種反饋調整式的設計方法，是按照“設計、執行、檢測、調整”的流程反復進行的［2］。

2 黃河故道徐州段的基本情況和存在的問題

2.1 黃河故道徐州段的基本情況

黃河故道徐州段流經徐州市區及豐縣、沛縣、銅山、睢寧四縣區。故道全長234 km，地勢呈西北高東南低之勢，堤距3～10 km，市區段堤距最窄處約140 m左右。故道沿線分布有濕地85 km2、14個中小型水庫，是兩岸886 km2防洪除澇、農田灌溉、生態環境的重要河道。2010年，黃河故道徐州段地區生產總值212.8億元，占全市生產總值的6%，沿線農業生產水平相對低下。

2.2 黃河故道徐州段存在的問題

2012年，江蘇省提出對黃河故道徐州段進行綜合開發，目的是通過對故道的治理與開發，保護黃河故道的自然資源，并通過生態景觀的建設拉動沿線經濟發展，實現水利、交通、農業、生態、文化旅游、扶貧“六位一體”的規劃目標。但現狀及以往的治理效果距離目標還有差距，其問題主要包括以下方面。

2.2.1 水土流失、河道淤積嚴重

故道兩岸堤坡與灘面土質砂性，結構較松散，水土保持措施匱乏，水土流失面積約占全區域總面積的85%。中泓斷面狹窄，淤積嚴重，平均淤積深度達1.5m，導致故道過流不暢，防洪標準偏低，不足5年一遇。

2.2.2 水源不足，水質較差

故道灘地地形高亢，兩岸水流不易匯入，加之堤外側高灘地土質保水能力差，水量相對不足。農業面源污染較嚴重，區域內水質較差，7個水功能區僅有兩個達標。水源不足、水質較差造成故道生態服務功能下降。

2.2.3 河道連通性較差

黃河故道沿線高亢無灌溉水源保障，為引調水源、蓄水補水、防洪保安，在沿線陸續建成7級控制，8級水面。梯級控制的水閘將連續水體分隔成眾多“河道式水庫”。同時，故道斷面變化較大，河槽彎曲，水流紊亂，造成故道連通性較差。

2.2.4 管理有待改善

黃河故道管理基本以縣管、鎮管、村管三類，缺乏統一管理。同時，對故道管理缺乏動態監控，管理方法有待于改善。

3 運用生態水利工程學原理對黃河故道徐州段進行治理的建議

針對黃河故道現狀存在的問題，傳統的水利工程措施不能有效解決，甚至會對原有的生態系統造成破壞。依據生態水利工程學的含義和基本原則，在進行黃河故道徐州段治理規劃設計時，有必要探討生態水利工程學在故道治理中的合理運用，尋求最佳的治理方案。

3.1 確定合理斷面

生態水利工程學的研究對象不僅是具有水文、水力學特性的河流，還包括具有生命特征的生態系統。故道連通性較差，對于故道生態系統的自我運行與恢復將造成不利影響。在故道治理中，提高河流形態空間異質性，以減少修建不必要的梯級控制建筑物。

為提高河流形態空間異質性，對故道的斷面應進行合理的斷面設計。黃河故道徐州段堤距最寬處10 km，市區最窄處僅140 m，斷面變化較大。合理的斷面，應當保留河灣、沼澤和淺灘的自然分布，避免全線斷面統一化。通過利用河灣、沼澤和淺灘的布置以及與沿線水庫的合理調度，完成故道的蓄水、補水和調水。對于不連通的河槽，按照確定的基本斷面形式，根據實際自然條件，合理確定橫斷面尺寸，對其進行水系溝通。整個中泓的水系溝通工程和斷面的設計，應盡量呈現多樣化、自然化，避免故道的“渠道化”。黃河故道徐州段治理基本斷面形式如圖1所示［3］。

圖1 黃河故道徐州段治理基本斷面形式

3.2 生態護岸的應用

黃河故道徐州段沿線土壤一般為粉沙土和沙壤土，生態環境脆弱，以往的治理措施多采用硬質材料襯砌河道，工程效果雖然明顯，卻不利于水陸之間的物質交換，影響河流的自我恢復功能。生態水利學強調生態系統的自我設計、自我恢復，采用生態護岸不僅可以保持岸坡結構穩定，還具有滯洪補枯、調節水位、增強水體自凈能力等功能［4］。黃河故道徐州段流量較小，宜選用植物護岸的形式。生態護岸的選用，既可以滿足防洪需要，又美化河道生態景觀，滿足河流自我恢復功能需要，有利于保持河流生態系統多樣性。可在灘面、堤頂及堤外坡種植適應本地區的經濟型樹木，比如蘋果、梨等。對河道正常蓄水位河坡、迎水面堤坡采用透水磚鋪砌。

3.3 河流文化建設

黃河故道是母親河在歷史的年輪里留下的印記，是黃河變遷、流域文明演進的歷史見證，被國外專家贊嘆為“古老的水上長城”，黃河故道徐州段的治理也應注重其景觀尺度，有必要將河流文化生命融入河流治理中。

黃河故道徐州段沿線散布著濕地、古跡、人文景觀。為挖掘故道厚重的歷史，重塑黃河故道的河流水文化生命，通過對故道沿線人文景觀和古跡進行保護和美學設計，使河流反映出故道區域內特有的人文風情。黃河故道徐州市區段規劃建設風俗、風情廊道，把部分河段建設成徐州市民俗風情的集中展示區;故道豐縣段規劃對黃河故道源頭決口遺址、明大堤遺址、二壩濕地等進行故道水文化建設。其他沿線各區段應以此為借鑒，在故道治理中融入文化歷史元素。

3.4 建立規劃實施的微調反饋制度

以GIS和RS等信息技術作為支撐，以監控和調查數據為基礎，對黃河故道徐州段生態建設項目的實施效果進行論證、檢查和反饋［5］，并據此對規劃進行微調。

3.5 故道沿線濕地生態治理

濕地具有調節流量、控制洪水和旅游觀光等作用，對其建設是故道生態治理的重要內容。黃河故道徐州段分布有較多濕地，面積最大的二壩濕地達486.7 hm2。二壩濕地的生態治理，通過劃定濕地水域向岸坡方向150 m為管理界線，穩定濕地面積，保障蓄洪分洪能力;通過合理選擇濕地植物如蘆葦、白菱等，發揮濕地凈化功能;通過嚴禁毀壞蓮藕、蘆葦等水生植物和對濕地內捕撈魚類進行季節和方式上予以限制等措施，加強濕地生物多樣性的保護。

4 結語

生態水利工程學的本質是實現人與自然的和諧相處，其實質就是盡可能減少水利工程對生態環境的影響，使水資源可持續利用，生態環境得到保護與恢復。黃河故道徐州段治理若能未雨綢繆，積極運用生態水利工程學原理，并將其作為規劃的指導思想，則將對故道的科學治理產生積極影響與無可比擬的重要作用。

［1］董哲仁.探索生態水利工程學［J］.中國工程學，2007，9(1):1-7.

［2］董哲仁.試論生態水利工程的基本設計原則［J］.水利學報，2004，10(10):1-6.

［3］陳菁，王為木，張森，等.豐縣生態水利規劃［R］.豐縣:豐縣水利局，2012.

［4］黃奕龍.日本河流生態護岸技術及其對深圳的啟示［J］.中國農村水利水電，2009(10):106-108.

［5］趙進勇，董哲仁，孫東亞，等.河流生態修復負反饋調節規劃設計方法［J］.水利水電技術，2010(9):10-14.