多方面融合理念在城市河道修復中的應用

吳 思 張高旗 呂錄娜 李亞敏

(1.黃河勘測規劃設計研究院有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南省城市水資源環境工程技術研究中心，河南 鄭州 450003)

1 概述

針對城市河道存在的防洪排澇能力差、生態環境脆弱和景觀設施單一等問題，董哲仁[1]在多學科融合的基礎上，突出生態修復技術綜合性，提出河道生態修復理論和技術方法。高陽等[2]提出一系列的河道近自然恢復措施。宋欣[3]探索總結一套河道景觀近自然化設計程序。社會各界越來越重視尋求兼顧城市河道防洪安全、生態健康和景觀優美等問題相結合的修復措施，但到目前為止，多方面融合理念的城市修復治理方法尚處于探索階段并無定論[4，5]。因此，本文以防洪、生態、景觀相融合的理念應用在城市河道修復治理中，以該修復措施的效果為研究對象，通過對許昌清潩河修復后防洪功能、生態功能、景觀功能和經濟效益進行研究分析，研究多方面融合理念城市河道修復方法的效果，以期對日后的城市河道修復治理提供思路和措施，對促進城市生態綠色和諧發展具有重要的指導意義。

2 工程概況

清潩河是許昌市的四條主要河流之一，發源于辛店西溝草原淺山區，全長149 km，流域面積2 361 km2。流經長葛、許昌、臨潁、鄢陵等縣(市)，至逍遙入潁河，為潁河的較大支流。本研究河段長20 km，研究區屬于北溫帶大陸性季風氣候，降水充沛，光照充足，無霜期長。在市區以北有清潩河的較大支流石梁河匯入，石梁河流域面積391 km2，河道比降1/200～1/1 000，比降較陡，洪水來勢迅猛，是清潩河的主要洪水來源，同時山丘源頭距許昌近，洪水對市區威脅較大。

3 研究方法

3.1 方案設計

該修復治理設計措施方法如下，平面保持河道的蜿蜒性。縱斷面滿足規范中防洪標準[6,7]，對于不滿足要求的底坡和堤防進行處理。橫斷面護坡與護腳的高程和坡度滿足安全穩定要求，灘地寬度與高度滿足行洪和生態要求。護坡材料應滿足水流沖刷、自身穩定、就地取材、生態性和美觀性，采用雷諾護墊、格賓、生態混凝土和聯鎖水工磚。濱水景觀設置4大主題相應的景觀節點，以親水平臺、濱水步道等設計元素對岸線進行整體改造。植物重視本地化植物種植，以主題植物、專類植物、水生植物、疏林草坪、密林為建設骨架。

3.2 試驗方法

3.2.1設計洪水位水面線

將研究河段每隔5 m劃分一個測量斷面，根據當地水文站實測資料運用頻率分析法計算出5年一遇、10年一遇、20年一遇和50年一遇每個測量斷面設計洪水流量，采用方程式(1)計算斷面設計洪水位水面線。

(1)

其中，v為斷面流速，m/s；Z為斷面水位，m；下標1和下標2分別表示上斷面和下斷面；a值取決于斷面流速分布的不均勻程度，一般情況下a取值為1.05～1.1；g為重力加速度，取9.81 m/s2；hf為沿程水頭損失；hi為局部水頭損失。

3.2.2佛汝德數和雷諾數

將研究河段每隔5 m劃分一個測流斷面，每個測量斷面橫向布置左中右3個測點，使用測速器和測尺對流速和水深進行測量，測量結果取3個測點的平均值，作為該斷面的流速值和水深值，由式(2)與式(3)分別計算出該斷面的佛汝德數和雷諾數。

(2)

(3)

其中，v為斷面平均流速，m/s；g為重力加速度，取9.81 m/s2；h為斷面平均水深，m；R為水力半徑，m；v為水流運動粘滯系數，m2/s。

3.2.3植物生長情況

隨機選取50個垂柳樣本，分別對完工后1個月與完工后48個月，使用卡尺和卷尺進行測量每根的直徑和株高。

3.2.4統計其他參數

統計城市河道中的水體、水生植物、陸地植物、交通、廣場、景觀節點、服務站等要素占地面積。統計每年濱河區域的房價。

4 結果與分析

4.1 防洪功能

城市河道首先應滿足防洪基本功能，保證河道周邊城市的安全。圖1為5年一遇、10年一遇、20年一遇和50年一遇對應洪水位水面線治理前和治理后的差值圖，從圖中可以看出，治理后洪水位水面線明顯均比治理前要低0 m～-0.40 m，表明治理后洪水期河道過流水深降低，河道可容納過洪流量增大，有利于保障沿線地區的防洪安全，提高河道防洪能力。

4.2 生態功能

4.2.1河道水力特性

1)佛汝德數。

城市河道水力特性決定生態環境，水力特性是檢驗生態環境安全穩定性的重要指標之一[8]。佛汝德數Fr判斷水流流態，Fr<1時，河道水流流態為緩流，Fr>1時，河道水流流態為急流，Fr與魚產卵量有較好的相關性，隨著Fr值變小，魚產卵量也相應減小，Fr值為0.2左右，魚產卵量可以達到最多[9]。圖2為測量點佛汝德數的變化圖，從圖中可以看出Fr的變化范圍為0.20～0.30，說明測量點的河道水流流態為緩流，Fr值范圍可以使魚類產卵量達到較多，促進生物群落的繁衍生息。

2)雷諾數。

雷諾數Re判斷水流型態，Re>500時，水流型態為紊流，Re<500時，水流型態為層流。紊流對魚類生存有重要影響，水流適度紊動，促進魚類的遷徙，增加魚類的捕食機會[10]。圖3為測試點雷諾數Re的變化圖，雷諾數的變化范圍在1 633 558～5 277 670之間，說明河道型態為紊流，提高魚類的游動效率，促進魚類的遷徙和捕食，為魚類提供生存條件，促進生物群落的繁衍生息。

4.2.2植物生長情況

植物的成長情況可以反映出周邊環境是否適合植物生長的指標。從圖4可以看出：經過近48個月的生長，垂柳基徑增長率均值為37.5%，株高增長率均值為22.10%。由此可知，河道治理后植物生長較旺盛，濱河環境適合植物的成長。

4.3 多功能化景觀設施

城市河道設施是城市建設的基礎設施之一，是自然與人文環境的融合，城市河道設施要素由自然景觀因素和人工景觀因素組成。由圖5可以看出：治理后的城市河道景觀設施由水體、植被、廣場、交通、景觀節點和服務站組成。其中綠化率為44%、景觀節點占地率為35%、水面占地率為13%、交通占地率為13%、廣場占地率為3%、服務站占地為0.2%。由此可以看出河道空間由多功能化的景觀設施組成，多功能化景觀設施既擁有多元的功能性，又保留景觀藝術性，陸地和水體的植物改善周邊小氣候，降低空氣污染，實現生態功能；景觀節點豐富視覺效果，提高景觀藝術性，實現景觀功能；交通系統實現人車分流，步行道的設計可以增加游客游玩道路，增近濱河區親水的機會，橋的設計可以增加兩岸通行便利，實現交通功能；服務站的設計可以提供游客休息、停車、自行車租借等便民服務，實現便民功能。

4.4 經濟效益

河道整治修復后除了起到防洪功能、生態功能、景觀功能等功能以外，還帶動了濱河區域的房價增高。由圖6可以看出，濱河區沿岸房價在2017年增加率為20%，之后每年保持近9%的增長，整治后的城市河道提高整體濱河區空間功能性，推動周邊房價抬高，充分發揮城市河道的自身功能創造出巨大的經濟效益，帶動河道周邊區域的城市發展。

5 結語

本文通過對多方面融合理念城市河道修復方法效果進行分析得出：

1)治理后城市河道容納過洪流量增大，提高城市河道防洪能力。

2)為動植物繁衍、成長、棲息提供適宜條件，營造穩定生態環境。

3)多功能化景觀設施既擁有多元化的功能性，又豐富空間視覺效果。

4)治理后城市河道帶動周邊經濟發展。多方面融合理念城市河道修復方法值得在今后的工程實踐當中進一步推廣應用。