微觀尺度下城市河流近自然化改造

王宏巖

(遼寧省營口水文局， 遼寧 營口　115003)

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微觀尺度下城市河流近自然化改造

王宏巖

(遼寧省營口水文局， 遼寧 營口115003)

本文針對我國城市化進程中出現的河流渠化問題，探討了其特征與危害，提出了微觀尺度下，城市河流近自然化改造的自動力過程、生態駁岸處理及濱河生態恢復方面的具體策略。

城市渠化河流； 自然河流； 近自然化策略

河流不僅是地球生態圈的重要組成部分，也是人類賴以生存和發展的重要基礎。無論是古代還是現代，河流作為城市的形象，與人們的生活質量密切相關。步入工業社會以來，城市的無序擴張以及防洪壓力，使處于城市中的河流逐步失去原本的自動力和生態功能，從而淪為以防洪為主要目的渠道。當前，人們普遍關注的是城市河流的污染與干涸問題，而對河流的改造特別是城市河段的硬化才是河流生態功能喪失的主要原因。在后工業時代人們生態發展理念回歸的背景下，我國城市渠化河流的近自然化改造成為一項緊迫任務。

1　微觀尺度下的城市河流概況

眾所周知，河流系統是一個復雜的多重等級系統，分類標準不同對河流的等級劃分也有不同的結果。鑒于本次研究的對象屬于城市河段的近自然化手段，因此，基于河流的流域尺度、河段尺度以及特征河段尺度的分類標準，將河流系統劃分為微觀、中觀以及宏觀三個不同層面。從微觀層面觀察，那些穿越城市的河道存在諸多問題，主要表現在水流生態以及水流過程兩個方面。當前的城市河道，其結構設計十分簡單且單一，常態下水流平緩順直[1]。這種設計雖然方便了管理和控制，但是遇到短時強降雨或上游洪水來襲時，流速瞬時加快，并對河流的堤岸產生巨大的沖刷力，為避免這種沖刷對堤岸造成破壞，河道堤防設計一般是由硬質駁岸和混凝土、土工膜等現代建筑材料構筑。這種河道設計對自然河流邊界的滲透力造成了人為破壞，植物無法在駁岸和河床上生長，即使駁岸采用了單一植物栽植的手段進行覆蓋，也難以形成植物景觀效果和生物群落。

2　微觀尺度下的城市河流渠化設計的負面作用

水體的自然流動是其自凈能力發揮的重要條件。首先，水體的流動可以促進水體中污染物的混合、稀釋、擴散、揮發、沉淀等物理過程和氧化還原以及酸堿中和等化學反應的發生，從而有效減小污染物的濃度。其次，水體含氧量的增加，有利于微生物和藻類等水生生物的生存與繁殖，大大增強微生物對水體中有害有機物的降解和吸收。由此可見，水體的自凈過程是一系列復雜的物理、化學、生物變化過程，而城市河流由于水流速度較小，物理的自凈能力會嚴重減緩甚至喪失。另外，硬質護岸和河槽將河流的水體與周圍環境，特別是土壤環境分割開來，兩者之間的物質能量交換幾乎被徹底阻斷，使水體的化學自凈過程無法進行[2]。此外，這種河道設計方式難以形成具有豐富物種的生態系統，生物化學自凈能力也基本喪失。由于上述原因，城市河道雖然經過了一系列治理，但是水質仍然不夠理想，其主要原因在于渠化設計方式。總之，城市河道的渠化，改變了河道的動力過程，隔絕了水體與周圍環境的物質交換，對河道的生態性破壞極大，同時也影響了河道景觀功能的發揮。

3　微觀尺度下城市河流近自然化策略

針對微觀尺度下城市河道渠化設計的特征及負面影響產生的原因，城市河道的近自然化設計或改造應集中在以下三個主要方面：首先是通過增加水體流動過程的多樣性，增強河道的自動力過程；其次是改變傳統河道設計中的硬質駁岸，利用現代生物工程技術和手段，營造新型生態化駁岸；三是在河道兩側構建生物棲息地，以營造濕地淺灘為主要手段，形成具有生物豐富性與多樣化的河道生態系統。

3.1增強河道的自動力過程

傳統河道的人工干預與整治的目的是阻止水流對河岸的侵蝕，增加水流的穩定性，而河道近自然設計理念則完全相反，需要恢復河流水體的流動性，以改善河道水體的自動力過程[3]。改造的基本思路是通過對河床的人為干預，影響水流的流動狀態，產生諸如急流區、緩流區、漩渦區等多樣化的水流形態，以恢復因渠道化設計而被抹掉的自然河流的典型動力過程[4]。這樣，富于變化的水流形態和河床基底，不僅可以提供結構多樣化的河流形態，還可以在水下及水陸交界處創造多樣化的生境，從而為河流生態系統的重塑提供必要的條件。增強河道自動力過程的工程手段可以歸結為四種，分別是河道拋物、丁壩、堤堰以及河床石質階梯。

a.河道拋物。河道拋物是指在水流平緩的順直河道設置礫石群、大體積礫石、木樁等能夠破壞水流的元素，通過增加河道結構的復雜性，構造出多樣性化的水深、底質與流速條件，從而形成相對較大的水深、氣泡、湍流等多種水流形態。此外，這些拋物構造出的復雜環境也可以成為河流生物良好的棲息場所。

b.丁壩。在順直河床兩側，利用石材或木材以合適的角度堆放成丁壩，在排列方式上根據不同的河道形態或實際需要，丁壩設計為交叉布置或成隊布置。丁壩的主要作用在于通過抬高河岸，使河道主流由平直改為彎曲，并在丁壩的迎水面與背水面形成深潭和淺灘，從而形成河流微地形[5]。

c.堤堰。堤堰是指利用木材、石材構建橫跨河道的堰體，其基本作用是通過對水流形態的調節在堤堰的上游形成深水區，而在下游則形成深潭，從而形成復雜的河底地貌與河道水環境。此外，堤堰在流速大的地方可以控制流速，而在平緩區域可集中水流，控制水流對河床的沖蝕。

d.河床石質階梯。利用石塊堆積，在河床的底部構造出層級狀結構，這種構造不僅可以改變原有的水流形態，形成紊流以增加水體內部曝氧量，還可以使河床底部呈現明顯的坡度變化，形成多樣化的生物棲息地。

3.2構建生態堤岸

工程護坡方式雖然增加了堤岸對水流沖擊力的防護能力，但是卻扼殺了天然緩沖帶的生態功能[6]。為尋求生態與技術間的有效平衡，土壤生物工程技術成為河流近自然化改造中的重要技術基礎，特別是植被護坡技術已經被西方國家廣泛應用于河道近自然化改造，并取得了顯著效果。植被護坡雖然具有更高的生態功能,但也有一定的局限性,其穩定性和耐沖擊能力較弱。由于生態堤岸存在強度高、易老化以及建成初期護坡作用微弱等局限性，因此，需要根據實際情況，選用多種生態技術，通過河岸形態穩固和良好生物棲息環境的構建，提升城市河道的整體生態環境。

a.植物覆蓋技術。植物覆蓋技術是指采用喬灌植栽、蘆葦植栽、草地移植以及播種、扦插等方式構建生態化堤岸以防止堤岸遭受侵蝕。由于植物覆蓋技術在建成初期的護坡作用并不明顯，因此主要用于防洪壓力不大而生態需求較強的小型河道。

b.植樁技術。植樁技術是指利用土工布、棕櫚纖維墊、椰殼纖維等輔助工具對活體植物進行加固。這種方式既能快速穩固堤岸土壤，又可以快速恢復堤岸生態，主要適用于水流速度不大、較為平直的小型河道。

c.拋石砌石技術。拋石技術是指將大小不等的塊石拋置護岸，為水生生物提供良好的棲息環境[7]。這種方式主要適用于穩定高度3m以下、水流速度4m/s以下的城市小型河道，在應用該技術時要注意將塊狀角石彼此鑲嵌，以提高堤岸的抗沖刷能力。砌石技術與拋石技術類似，按照堆砌形態可以分為單階砌石與多階砌石，按照砌石的膠結方式則可以分為干砌、半濕砌和濕砌等三種方式。

d.聯合技術。采用石塊和混凝土等建筑材料，將植物以更為穩固的方式固定在邊坡陡峭、穩定性差、水流流速較大的堤岸區域。這種方式需要在植物種植以前，首先利用建筑材料對土地進行穩固，以提高坡岸的抗侵蝕與抗沖擊能力。目前比較成熟的聯合技術主要有扦插-拋石聯合技術、植生石籠墻、植生原木擋土墻等。

3.3濱河生境恢復

在濱河生態恢復中，植物是不可或缺的重要因素。首先，植物是自然河流生態系統的重要組成部分，一條自然狀態的河流從水體到河岸呈層狀分布著多種植物，主要包括沉水植物、浮水植物、挺水植物、濕生植物以及中生植物，這些不同的植物共同組成了河流生態系統的根基。所以，城市河道的近自然化改造也必須進一步增加植物種類和栽植范圍，以營造優良的野生動物棲息地，達到城市河流生態系統的生物多樣性。其次，植被在城市河道近自然化改造中不僅具有重要的生態學意義，還兼有水文與機械效應。一方面植物發達的根系可以起到調節土壤水分、防止土壤侵蝕的作用，而植物的莖葉則可以降低近岸水流的流速與水的沖力，茂盛的堤岸植被可以達到與工程手段類似的防護效果。另一方面，在城市河道近自然化改造過程中，植物可以和增強水流自動力的手段相結合，為水生動物與微生物提供良好的棲息環境。

在城市河道近自然化改造中，濱河生態環境的恢復應避免機械化與園林化的設計。植物的選擇與配置要秉承自然化的初衷，盡量模擬天然植被的構成與空間結構，構建出最接近自然狀態的河道植物群落。具體來說，在長期淹沒于水中的河槽部分，主要配置水草等水生植物以及池杉、水松等耐水濕的喬木，以達到沉水植物、漂浮植物、挺水植物的多層搭配。洪泛區是近自然化生態環境恢復與構建的關鍵性區域，在進行植物配置時必須要考慮區域內的土壤和水文情況。例如，在接近常水位線的位置設置濕生植物，而其他部位則需要選擇耐短時水淹的植物。河灘和沙洲區域應選擇根系發達、耐水淹的植物種類，出于保證行洪安全需要，這些區域應采用灌草結合的植物配置方式。

4　結　語

本文針對我國城市河流的渠化問題，提出了微觀尺度下城市河流近自然化改造思路。城市河流近自然化是一個涉及多學科的綜合性問題，因此在研究過程中采用了多學科、多視角的理論體系與研究方法，特別是將景觀介入與生態恢復作為城市河流近自然化改造的主要手段，通過水利工程技術、土壤工程技術以及生態技術的疊加，提出了既具有生態功能又具有社會功能的城市河流近自然化改造策略。研究結論對客觀評價我國城市河流渠化造成的生態問題、促進城市河流的生態化建設具有重要的參考價值。

[1]李宏軍,楊佳棟.城市河流生態景觀與橡膠壩設計運用探討[J].水利建設與管理,2014(5):27-29,22.

[2]劉尚儉,邱建,安雅敏,等.河流生態修復淺議[J].環境影響評價,2015(1):82-85.

[3]謝雨婷,林曄.城市河流景觀的自然化修復——以慕尼黑“伊薩河計劃”為例[J].中國園林,2015(1):55-59.

[4]惠帥先,王培壽.河道整治規劃設計中生態理念的應用[J].水資源開發與管理,2015(1):37-40.

[5]謝高地.城市生物多樣性保護與生態系統服務供給[J].環境保護,2015(5):25-28.

[6]林茂森,王殿武,劉玉珍,等.城市河流健康威脅與生態修復[J].沈陽大學學報(自然科學版),2015(3):197-200.

[7]陳利頂,齊鑫,李芬,等.城市化過程對河道系統的干擾與生態修復原則和方法[J].生態學雜志,2010(4):805-811.

Near-naturalization reconstruction of urban rivers under micro scale

WANG Hongyan

(LiaoningYingkouHydrologyBureau,Yingkou115003,China)

In the paper, characteristics and damages are discussed aiming at river canalization problems in China urbanization process. Concrete strategies in the aspects of dynamic process of urban river near naturalization transformation, ecological revetment treatment and riverside ecological restoration are proposed under micro scale.

urban canalized river; natural rivers; near naturalization strategy

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.03.015

TV85

A

2096- 0131(2016)03- 0054- 03