城市河道生態水利工程的設計原則與方法研究

馬俊

（中工武大設計集團有限公司，武漢 430070）

1 引言

近年來，城市水利工程建設規模不斷擴大，建設數量不斷增多。城市河流建設是城市建設中不可忽略的部分，具有較強的實用性，能夠起到良好的防洪、發電、灌溉、排澇等作用。但是，隨著經濟社會的發展，經常出現污水排放、河道污染、干涸等現象，這對河道生態環境造成了極其不利的影響。再加上傳統水利工程建設的缺陷，導致河道的原有生態系統發生改變，破壞了河道周圍的生態環境，因此，加強城市河道生態化治理工作迫在眉睫。在城市河道生態化水利工程建設的過程中，要正確認識生態化治理理念，采取科學有效的措施保護河道生態環境，堅持規劃設計原則，采用先進的規劃設計方法，增強河道規劃與設計的科學性，提高工程可行性，從而促進生態效益與經濟效益的齊頭并進。

2 城市河道生態水利工程概述

城市河道生態水利建設工程是一項關系民生的工程，是在保留河道自然因素的基礎上對河道進行生態化治理。城市河道建設工程的核心問題就是確保河道的蓄水量與水容量，將生態化建設理念融入其中，對于新時代城市河道水利工程建設具有良好的指導作用。

1）有利于保護生物的多樣性。城市河道在建設與治理過程中難免會影響水生物的生存環境，影響物種多樣性，破壞河道生態系統平衡。落實生態化工程建設是對河道的自然環境進行改進，采取科學配置措施，將與河道相關的所有自然因素進行整合分配，組成一個互惠共存的水體生態系統。能盡可能地減少對河道生物的影響，遵循自然環境中的食物鏈原則，更有利于維持生態系統的多樣性。

2）有利于保持河道的自然性質。傳統的水利工程建設通常會改變河道的自然環境與地理環境，例如，將自然河流改造成人工河流、將河道改成溝渠等，極大地破壞了河流的自然屬性，違背了自然規律。采用生態化建設治理理念，則是以保護河道周圍的生態環境為準則，尊重河道的自然屬性，不破壞河道周圍的植被，更有利于保護河道的自然性。

3）有利于促進社會發展。建設城市河道生態水利工程，對河道流域進行生態化建設與治理，以充足的水資源及高質量的水環境為整個城市的發展提供保障，讓水資源與水環境相互聯系、相互支撐，共同助力城市未來的發展[1]。

3 城市河道生態水利工程的設計原則

城市河道水利工程是城市基礎設施建設中不可缺少的一部分，對城市的發展以及市民的生活具有重要影響。建設城市河道生態化水利工程需要遵循相應的設計原則，滿足城市對水資源與水環境的實際需求，推動生態化設計理念在我國城市河道水利工程建設中的有效應用，下面將具體探討城市河道生態水利工程建設的設計原則。

3.1 空間異質性原則

城市河道中往往蘊涵著眾多的小生境，為多物種提供了共同生存的環境，即河道具有較高的生境空間異質性。如果破壞了城市河道的空間異質性，就會相應地破壞生物種群的多樣性，導致生物群落的性質、數量、密度、質量等因此受到影響，嚴重的甚至可能導致生態系統出現一定程度上的退化。特別是傳統的大規模城市河道水利工程建設，將自然河流改為渠道河流，人工痕跡嚴重，影響河流的連續性，破壞河道的自然性質。再加上各種人類活動對河道造成的影響，難免會破壞河流生態的多樣化，從而導致河道的生態系統發生不同程度的衰退。建設生態水利工程要以提高河流形態的空間異質性為原則，核心是讓河道水利工程在地貌學原理上呈現出自然的特征，不破壞生物群落的多樣性，并采取輔助措施，例如，引進其他生物物種或者配置岸邊植物，創造有利于更多生物群落生存的自然環境。

3.2 景觀尺度與整體性原則

開展城市河道生態水利工程建設不能以某一特定景觀為尺度或者只對某一河段進行規劃，而是要從整體出發，以可持續、長時期、大景觀的層面為規劃原則。也就是說，在規劃設計中要防止從小尺度、短時期、零散局部的角度看問題。

1）整體性原則。是指在工程前期規劃設計中，以整體的、全面的眼光看待問題，把生態系統的整體功能與結構作為著力點，通過分析與明確各個生態要素之間的關系，綜合考慮多方面因素，采取科學、可行的方案，而不是僅考慮某一方面的問題或者單純地對河道的植被或者動物進行修復。

2）景觀尺度原則。城市河道生態系統涵蓋水文系統、生物系統和人造水利工程等。在建設生態化水利工程時，需要從長期的大局觀角度考慮，放寬視野，不局限于短期或某個局部。從大景觀角度落實河道生態工程建設，更能提高生態修復效果。

3）如在生態水利護坡規劃中，可以采取直生塊草坪設計，這樣可以達到綠化和防止水土流失的雙重效果。

3.3 自設計性原則

眾所周知，城市河道生態系統具備一定程度的自組織功能，簡單來說，就是生態系統進行自然選擇、自我組織。多樣化的物種能夠在自組織功能下找到與自身生存條件相符的組織，從而生存下來，維持生態的平衡性。因此，在河道生態水利工程建設規劃中，要遵循自設計性原則，讓生態系統自然選擇物種，盡可能地不破壞河道原生態環境中的自然元素，讓整個生態系統達到平衡、科學、合理的狀態。在設計過程中，要打破固有思維，摒棄征服自然的陳舊思想，開拓創新，維護生態環境的自然性質。同時，又要結合水利工程建設的現實要求，將水文、水質、水量、地形、地貌等自然因素與生物的種類、繁殖、數量等進行融合考慮。例如，在對河道周圍生物進行恢復的時候，可以采用植物培育、其他生物引進、種群動態調控等科學方法構建平衡的、多樣的河道生態體系。

4 城市河道生態水利工程的設計方法研究

4.1 河道線形設計

河道線形設計主要涉及河道總體平面。近些年，城市建設不斷向外擴張，城市用地越來越緊張，不可避免地侵占了河道濱水地帶，由此造成河道的寬度不斷變窄，水面逐漸減少，也對河道的泄洪功能造成了影響。因此，人們不斷地將河床向下挖深，將河道取直，以此確保河道的泄洪能力。但同時也導致駁坎的強度越來越大，投入的資金、人力、物力也越來越多，河道變成泄洪的主要手段，自然屬性被逐漸削弱，生態功能慢慢地退化。而生態化水利工程建設更注重恢復濱水地帶，退地還河，為河道斷面設計留有更多設計空間，將以往視覺單一、乏味、熱島效應突出的渠道護岸進行拆除，讓河道的線形保持天然的曲直狀態，宜彎則彎、宜直則直，不再是單一的直線化，打破了視覺上的單調。這樣自然曲折的河道提供了多樣性的生境，水中能夠保持充足的含氧量，更有利于生物的生存，為多物種的生長提供了良好的環境基礎[2]。

例如，在一些河灣、凹岸區便于生物繁殖，洪水時期生物也可以在此避難，在保持河道自然屬性的同時有利于提高生物的多樣性。從工程建設角度來看，自然、曲折的河道在突遇洪水的時候可以緩解洪峰、減緩水流速度、削減流水能量，從而有效避免速度過快的水流對河岸造成沖刷，對沿線護岸起到良好的保護作用。因河制宜，保持河道的自然曲折，才能更好地提高工程建設的經濟效益、社會效益與生態效益。

4.2 河道斷面設計

在河道斷面設計過程中，要綜合分析河道的主導功能、土地利用情況以及河岸生態景觀等，提高河流的親水性，促進水路生態系統的可持續發展。以往的河道水利工程大多是采用矩形斷面形式，為了保證泄洪與蓄水的實際要求，在建設中會采用高駁坎方法，導致陸地與水環境系統兩者相互隔離，兩棲動物躍上高駁坎存在較大的難度，給生物群落的繁殖生長造成阻礙。采用梯形斷面形式的河道可以保證水環境與陸地系統的連續性，但是在親水性方面存在缺陷。陡坡斷面一方面阻礙生物的生長，另一方面也不便于植被的配置；緩坡斷面對建設用地具有較高的要求，因此受到建設用地的限制。復式斷面在常水位以下部分設置矩形或者梯形斷面，在常水位以上的部分設置二級護岸或者緩坡，將上下兩部分相結合，組成復合斷面。在水流量較小的枯水期間，水流歸主河道；在水流量較大的洪水期間，則以漫灘的形式讓過水斷面陡然變大。這樣既可以解決傳統斷面的親水性缺陷，又可以滿足泄洪與蓄水的要求，同時為植被配置提供了更多空間。

除此之外，降低了駁坎護岸的高度，為兩棲動物生長繁殖提供了有利條件，護岸的結構抗力因此減小。在護岸形式的選用中可以采取柔性護岸而放棄剛性護岸，避免對河道造成過多的人為痕跡。在河道斷面設計中，應當以滿足現實要求為前提，盡量采用天然河道斷面，在不破壞河道原有生態系統的基礎上，優先選擇復式河道斷面；然后是梯形斷面，最后是矩形斷面。

4.3 河道護岸形式設計

我國以往的河道護岸通常是采用混凝土或漿砌塊石等高強度材料，雖然提高了河道的安全性，但是缺乏對河道生態系統的考慮。采用高強度材料讓整個護岸形成一個密不透風的體系，卻因此破壞了水生動物的生存環境，阻礙了生物鏈的有效連接。水體之間仿佛隔著一道屏障，地下水無法與河水進行連通，水循環過程也因此受到阻礙。在河道護岸形式設計中，要重點思考河道護岸自我修復能力的強弱，能否為生物生長創造有利條件，是否滿足生態建設要求等。在生態護岸設計中，要將土工材料與植物進行有效結合，在滿足護岸結構的基礎上，有效減輕護岸坡面與坡腳的侵蝕，提高結構穩定性，與此同時，構成具有良好的凈化能力、自我修復能力、多物種的繁殖與共存得自然水工結構。

4.4 植物配置設計

配置適當的植物可以提高土壤的有機質含量，保持良好的持水性，改善土壤的性能與結構，強化抗侵蝕、抗沖刷能力，從而對河道整體起到保護作用。隨著植被的生長過程，其給河道帶來的保護作用也隨之增強。植物繁茂的枝葉可以截留雨水，過濾地表徑流；水邊的植物枝葉可以緩解水流能量，植物吸收污水中的氮磷物質，實現污水分離，減少對護岸的沖刷，達到涵養水源、凈化水質的效果。除此之外，植物群落可以為動物、生物提供必要的棲息、產卵、生長場所。例如，配置香蒲、蘆葦、落羽杉等耐水濕植物，可以活躍濱水景觀效果，減少水流侵蝕，還能夠有效降低NH4+TP、COMn等指標，有效提升水體質量，實現凈化水質的目的[3]。

5 結語

綜上所述，將生態化建設理念融入城市河道水利工程建設中是非常有必要的。在生態化設計過程中，要堅持設計原則，采取科學的設計方法，堅持功能效益、環境效益、社會效益為一體，推動生態化設計理念深入落實，遵循自然規律，保護生態平衡，維護生態系統的多樣性。