十堰市神定河城市段河道景觀生態修復技術?

宋 俊 張德順 李科科 有祥亮

1 同濟大學建筑與城市規劃學院 上海 200092

2 上海市園林科學規劃研究院 上海 200232

眾多城市依河而建,河流成為影響城市發展的重要因素之一,是政治、經濟、文化多方面的綜合載體[1]。近年來,隨著生產力的發展與城市化進程的推進,排污、開墾、工程建設使城市河流水生生物多樣性下降,水生生態系統退化,其結構的變化導致自我調節能力下降、功能減退,對社會、景觀、生態產生了嚴重的負面影響,河道生態修復成為了日益突出的專業課題。改善水環境、提升景觀質量、完善生態系統成為城市河道改造的重要內容。生態修復技術作為融合風景園林與生態的交叉工程是城市河道治理的重要手段。

國外對于河道生態治理方面的研究和實踐相對較早,1938年德國著名學者塞弗特(Seifert)[2]提出了“近自然河溪整治”(Near Natural Torrent Control)的概念,認為應該盡量使河流治理接近自然園林的效果。19世紀50年代德國學者又創立了“近自然河道治理工程學”[3],為早期河流生態治理提供了重要的理論支撐。19世紀60、70年代,奧德姆(Odum E.P.)[4]第1次提出生態工程方法(Ecological Engineering Methods)的概念,主張將生物學和生態學有關原理、技術手段應用在解決環境問題的過程中。19世紀90年代,有學者在生態工程的基礎上提出了生態護坡的概念,建議綜合采用植物、土木工程以及一些對環境危害較小的材料對坡體進行穩定,從而達到減少坡面水土流失、調節土壤水文的作用。相比國外,我國相關方面的研究起步較晚。董哲仁[5]在2003年提出“生態水工學”(Eco-Hydraulic Engineering)的概念,建議在利用水資源的同時需要注意不能破壞生態系統。此后,國內一些學者相繼開展了關于生態修復工程的理論和技術運用研究。全國不少省市地區也在城市河道景觀生態治理方面積累了許多寶貴的實踐經驗,其中比較有代表性的包括上海辰山植物園水體生態修復與水質維系工程、杭州市長橋溪水生態修復濕地公園工程設計、北京市轉河的河道景觀整治修復工程、合肥市環城公園改造工程等優秀案例；常見的城市河道景觀生態修復技術有種植水生植物、河床空間改造、河岸生態改造等。

1 神定河概況

1.1 流域概況

神定河位于湖北省十堰市城區中部,發源于茅箭區大川鎮老龍埡,上游主要是百二河、巖洞溝兩個水庫和牛頭山森林公園,神定河自西南向東北流經十堰市茅箭區和張灣區,在鄖縣茶店鎮王二溝流入丹江口水庫,是漢江中游的重要支流[6]。神定河全長53.3 km,流域面積270 km2,河流兩岸常住人口約60萬。神定河多由山溪匯集而成,昔日山洪暴發時,河水猛漲,只有祈禱神靈來安定,故名神定河[7]。

該生態修復方案涉及河道總長度7 137 m,起點為張灣區八畝地,終點為張灣區與鄖縣交界處。河道整體分為3個區段:OA區段,起點O(張灣八畝地)至A(十堰公交站),長2 437 m；AB區段,A(十堰公交站)至B(龍潭灣),長2 025 m；BC區段,B(龍潭灣)至終點C(張灣區與鄖縣交界處),長2 675 m。在充分考慮科學性、功能性、經濟性和藝術性的前提下,合理選擇園林治理工程或工程組合模式。治理過程中為保證神定河行洪安全,確定河道藍線范圍60 m左右,局部開闊地帶可進行拓寬。河道藍線范圍內的河道總面積為37.69 hm2。

1.2 問題分析

1)降水量少納污量大。神定河流域降雨受季風影響,豐水期枯水期交替頻繁,年降水主要集中在4—10月,該階段降水量占全年降水量約85.1%,年內降水分布不均。神定河流域多年平均降水量為842.7 mm,降水量較少且受到上游水庫的攔截,導致神定河來水量較少。神定河接納了十堰城區主要的生活污水、工業廢水、城市面源污染等,納污量巨大且成分復雜。接納城區生活污水量為2 784萬t/a,占十堰主城區總生活污水的79.45%；接納工業廢水量為1 054萬t/a,占十堰主城區總工業廢水的64.4%[8]。

2)工程化建設及土地利用過度。神定河上游建設了大大小小的水庫,在早期的項目建設中,生態和景觀沒得到有效重視,水系的循環系統受到破壞,導致水體生態失衡。另外,城市不斷擴張,河道堵塞和侵占的現象司空見慣,大量的河道流經地由綠地或農田變為住宅商場或工業廠房,神定河流水斷面不斷縮小,加之為了提升行洪能力,對河堤及河床做了硬化處理,河道生態循環系統受到損傷,自我修復能力急劇下降。

3)景觀品質差。神定河河道駁岸硬質比重過大阻隔了水流與自然界面的有效融合,硬質鋪裝年久失修陳舊不堪,綠地景觀支離破碎,游客可達性差；濱河綠地選用的植物材料過于單調,本地樹種種植較少,群落垂直結構中大喬木、小喬木、灌木、地被層次錯亂,季相失序、色彩嘈雜,景觀品質低劣,加之河道藏污納垢,空間逼仄,居民無景可游；神定河無法滿足居民的宜居需求。

2 神定河景觀生態修復技術

2.1 修復原則

1)生態性原則。構建健康生態系統是神定河景觀生態修復的重點。生態工程的設計既要符合生態學原理,又要結合神定河實地情況改造駁岸與河床,構建有利于生物多樣性完善的自然河道,形成豐富的生物棲息環境,滿足不同生物物種的生長需求,從而使水體岸帶能量、信息交流與物質循環達到理想狀態。

2)河道景觀與功能協同修復原則。將神定河水環境治理、水生態修復和水景觀提升統籌考慮,在凈化神定河水質,保證河道行洪的同時,突出其生態功能和親水性營建,建造水質生態均衡、景觀優美的空間載體。治理過程中充分結合景觀工程與水利工程,使整治后的神定河河道與兩岸景觀相得益彰,既可以提升城市面貌、改善居民居住品質,又可以恢復河道空間活力、激活綠地空間。

3)突出人文價值和游憩功能原則。神定河作為一條流經城市主城區和山區的河流,承載著市民生活和城市經濟發展的綜合功能。神定河是十堰市居民生產、生活的核心空間,也是旅游觀光的重要場所,作為十堰市發展的歷史縮影,神定河積淀了深厚的人文底蘊,因此,恢復其生命力需要對人文價值和游憩功能進行復合疊加。

2.2 水生植被的修復

水生植物不但是生態系統的重要組成成分,還具有水質凈化的能力,其在生命周期中不斷從水體中吸收所需營養元素、有機質以及各種污染物和重金屬[9]。此外,水生植物不斷地通過光合作用向水中釋放氧氣,有效促進水體中的微生物新陳代謝。水生植物的根系發達,可吸附水體中懸浮物質[10],某些特殊種類的根系能分泌抑制水中藻類生長的物質,可有效抑制藻類瘋狂生長,有效提升水質[11]。

2.2.1 水生植物的選擇

神定河水環境治理對水生植物的選擇主要考慮兩個原則:一是優先選用本地物種或適宜當地氣候條件的物種；二是選擇自凈化能力強的物種。水生、濕生植物是神定河河道生態系統的核心組成部分,選擇適當配置比例的水生或濕生植物可達到相應的凈水功能和景觀效果。選用的濕生植物分為沉水植物、漂浮植物、浮葉植物、挺水植物、濕生草本植物、濕生木本植物6大類[12]。常用的濕生植物及其對水質的凈化作用如表1所示。

表1 常用濕生植物及其對水質的凈化作用

2.2.2種置設計

神定河濕地公園的濕生植物群落設計采用喬、灌、草組合搭配。喬木主要選用當地物種,如池杉、垂柳、楓楊、旱柳等,以不同體態高度搭配種植；中層搭配灌木叢豐富層次；最下層配以草本植物,主要采用當地長勢粗放的植物,形成疏密有致的植物園林,營造自然野趣。水際岸邊是游人參與較多的區域,選擇觀賞效果好且適合大面積密集種植的濕生草本植物如菖蒲、千屈菜、美人蕉等,既能起到隔離游人與保護濕地的屏障作用,亦可形成陸地和水面間的有效過渡帶。淺水區種植了花期長且對水質凈化能力強的挺水植物或浮葉植物如香蒲、再力花、荷花、睡蓮等,并通過木棧道、慢行通道把神定河淺水區水景與兩岸綠地系統串聯成有機整體,增強游客的親水性與游覽過程中的趣味性。深水區選用以沉水植物為主、漂浮植物或浮水植物為輔,重點選擇金魚藻、黑藻、眼子菜、水鱉、菱等,有效增加水體與植物的接觸面積,提高污染物的削減力度,豐富水體景觀。河道橫斷面植物配置如圖1所示。

圖1 河道橫斷面濕地植物配置

2.3 河道空間修復

2.3.1 設置生態浮島

生態浮島是一種水景觀提升與水環境改善相兼顧的實用技術,該技術模仿水生植物自然生境,在水面上設置浮島平臺,將一些觀賞效果比較好的水生植物種植于浮島平臺上,定期收割以消減水體污染物及保證景觀效果。生態浮島布置于神定河水面較寬流速較緩的區域或岸線比較僵硬筆直的區域,呈自然式布置,既豐富河道空間層次,又提升觀賞價值。浮島內選用生長周期長、觀賞效果好的水生植物如慈姑、鳳眼蓮、菖蒲、石菖蒲、水芹、再力花等[13],這些水生植物根基網絡樣的微生態小環境具有典型的活性生物膜功能,對多種污染物有很強的富集、吸收和分解能力,水質凈化能力優良。因此,浮島的布設不僅提升了神定河的景觀,也改善了其水質,生態效應明顯。

2.3.2 設置跌水壩

神定河改造段河床存在較大高差,依據地形設置了多個卵石跌水壩,每個跌水壩設計高度為0.5 m,每隔500 m設置一道跌水壩,整個治理河段共設置14個跌水壩(表2)。經跌水壩攔截的急速水流形成了多個緩流區域,增加回水面積,拓寬水面,增強了河道的觀賞價值,且為魚類等水生動物創造相對安全的生息繁衍場所。緩流區域為曝氣后的污水提供了回旋滯留場地,延長污水滯留的時間,增加了污水與水生植物以及水底附著細菌接觸的機會,達到了更好的凈水效果。經過跌水壩跌水,河水濺出大量水花,氧氣和水的接觸面積增加后水體中的溶解氧含量也得到增加,促進了水質改善進程；同時也形成瀑布跌水,豐富了視聽景觀[14]。

2.3.3 構建深潭淺灘

自然中的河流包含彎流、瀑布、灘涂、濕地、三角洲等豐富形態,自然蜿蜒向前流淌。過去對神定河的治理是為了滿足城市防洪安全需求,最大限度化曲為直,加之神定河受到現狀地形高程的桎梏,河流斷面狹窄、流速快、污染物難以沉淀。在景觀修復中,在水平方向上將神定河河道形態化直為曲,最大限度還原神定河自然機理,恢復其自然彎曲狀態；在垂直方向上豐富神定河的豎向設計,建造深潭淺灘,如樁號3+000過水斷面由改造前的70 m寬變為95 m,斷面面積由改造前的9 m2變為24 m2。在主河槽的兩側新增坑塘,并與主河槽相連,一方面擴大了水域面積,另一方面增加了河流與植被的接觸面,減緩了神定河水流速度,有效提高了污染物沉淀效率。在神定河河床的低洼處形成深潭為魚類等水生生物提供生長繁衍場所,在淺灘處形成小島,為濕生植物與水鳥提供生長生活環境。在確保神定河行洪安全的前提下,改造后的河床為水生生物提供多樣性的棲息地,使神定河集防洪、生態、景觀功能于一體。

表2 各區段跌水壩設計表

2.4 河岸生態修復

神定河現有河岸應改造成生態駁岸,生態駁岸是順應水環境保護,綜合應用景觀工程、水利工程、生態修復工程技術于一體的護岸形式,其承擔重要的景觀和生態功能,是河流景觀生態改造中最可操作,最易實施的部分。生態駁岸擁有可滲透的河岸基底,能提供濕生、水生動植物為主體的岸棲生物共生的生長環境,充分保證河岸與河流水體之間的水分交換和調節功能[15],且創造出可游覽的景觀載體,拉近居民與河水的空間距離。

1)植物駁岸。神定河OA河段處于城郊城鄉結合部,局部河道一側靠山,原生植被系統健康,該區段河道治理宜采用植物駁岸,模擬本地植物群落,合理搭配陸生、濕生、水生植物群落。選用本地根系發達的品種如垂柳、旱柳、榔榆、楓楊、夾竹桃、狗牙根、千屈菜、再力花等,組成層次分明、疏密有致、充滿野趣的自然植物景觀,在防止河水沖刷堤岸的同時又滿足河道景觀提升的需求,使新建的駁岸很好地融入神定河自然景觀體系。

2)石籠網駁岸。除掉神定河AB段原有生硬的毛石砌筑駁岸,利用石籠網作駁岸,石籠網內填充毛石、草炭土和土壤按固定比例配比的混合物。石籠網應用靈活,能結合河岸的不同高差、坡面自由變形,形成具有抗洪能力強且透氣的生態駁岸。石籠網內的填充料空間隙度高,能為動植物生長提供良好的生長基底,石籠網駁岸不僅能護岸防洪,還可為水生動植物創造適宜的生長空間,是有效的水陸鏈接帶。

3)打造親水平臺。在神定河河道較狹窄的區段,沿岸設計架空的帶狀連廊,居民步行通過步梯或坡道進入河道親水空間。在神定河河道較開闊的區段,擴大自然駁岸面積,設計成自然緩坡駁岸,改造成濱水公園,公園內建造慢行步道、觀景臺、涼亭、茶室配套設施等,為游客提供休憩空間。關鍵節點處設置雕塑、汽車工業歷史展覽館,以紀念神定河在十堰市汽車工業發展史上做出的貢獻。在保證神定河行洪安全基礎上最大限度上還河道空間于民,從而提高神定河河道景觀的生態與社會價值。

3 結語

近年來,十堰市神定河景觀生態修復技術對水環境、水景觀、水生態的改善和提升起到了很大的促進作用。在修復過程中主要用到了種植水生植物、河床空間改造、河岸生態修復3種核心技術。通過這些景觀生態技術的實施,神定河水質得到較大的改善,水生生態系統進一步修復,水體景觀得到了進一步的提升。

當前隨著工程技術的改進和人們思想觀念的轉變,對河道修復又有了更高的要求,只重視抗旱和防洪的老舊水利工程思維被徹底摒棄,轉而面向有自然面貌、景觀怡人、地域文化豐富的河道建設,建造具有自然河道空間要素,以及適合各種生物棲息,并能讓居民與水親密接觸的生態型河流。隨著項目的不斷積累,各種景觀生態技術還會持續深化和應用。