基于生態理念的河道優化設計思路探析

姚力銘，張振丹，孫 楊

(連云港市水利規劃設計院有限公司，江蘇 連云港 222000)

科技的發展不斷推動著經濟的進步，2021年我國已經全面建成小康社會，對生態環境的保護也逐漸成為我國發展的重要議題。黨的十八大以來，習近平總書記多次強調“綠水青山就是金山銀山”，生態環境的保護不但要從源頭治理，而且要擁有新的發展和建設理念，充分發揮自然生態的自身優勢，從建設規劃起點出發，設計、規劃、建設符合生態理念的自然景觀和工農業設施[1]。我國擁有960萬km2的土地，長江、黃河從西部高原山脈向東奔流入海，其支流延綿我國眾多省份，滋養著中華大地。新中國成立以來，我國建設了諸如南水北調、三峽工程、紅旗渠等諸多水利工程，對提高我國人民生活水平加快經濟發展起到了至關重要的作用。但由于我國的經濟基礎和工業基礎薄弱，傳統的水利工程建設主要服務于工農業生產，忽略了河道水域生態與沿河生態的融合[2]。在長期的相互作用中，河道沿岸的水質狀況和生態環境容易發生惡化，使得河流自凈能力下降，周圍生物棲息地遭到不同程度的破壞甚至消失，這直接影響了河流所經流域內的長期發展和人民的生活質量。伴隨著人們對生態環境重視程度的提高和相關生態理論的不斷完善，生態水工學的概念被提出并發展，生態河道理念在此基礎上被進一步發掘并不斷應用到實際的河道治理和規劃中[3]。隨著我國經濟水平發展和配套產業逐步升級，人民對水生態、水環境、水景觀、水文化的要求也在日益增長[4]。因此，本文針對當前河道治理的生態環境問題，探析基于生態理念的河道優化設計思路，并結合實際的河道規劃建設經驗提出對應的優化設計思路。

1 傳統河道治理問題

傳統河道的設計主要關注河道的防洪、排澇以及與周邊灌溉需求相對應的配套建設。主要是規劃河道的流向，依托河道兩岸修筑堅固的駁坎，在重點沖刷位置加固護岸丁壩，但對河道的生態影響缺乏足夠考慮，也帶來了以下3個方面的問題：

1.1 生態隔離化

在原始的河流中，無論是河道的上游與下游之間還是河道與其兩側的陸地生態系統之間都不存在生物無法逾越的障礙，水生或陸生動植物在以河道為基礎的生態系統中可以自由地進行物質交換和信息交換。但是，由于傳統河道建設以防洪、排澇和灌溉等經濟發展為導向，建設多以硬質材料在河道中或河道兩岸建設大量的建筑物和防護屏障[5]。在縱向上，這種規劃和建設方式雖然更高效地管理了水資源，提高了河流的工農業生產價值，但也阻隔了河流上下游之間生物的物質和信息交換，對一些需要在不同流域生活和繁衍的水生生物帶來了巨大的影響。雖然少量的魚類可以越過人工障礙，但是其死亡率大大提高，種群數量也急劇下降。在橫向上，由于河道兩岸建設的河堤遠高于河面，同時使用了大量硬質材料進行加固，使得河道沿岸附近的動植物數量減少，河流中生活的兩棲生物在河流附近的覓食難度也大大提高[6]。最終使得河流與流域內的陸地生態系統產生了一定程度的隔離，致使當地的生態鏈較為脆弱，對依靠河水滋養的生態系統產生了巨大的影響。

1.2 河道渠道化

傳統的河道規劃建設通常采用截彎取直和修筑堤壩的方法，這樣簡單直接的建設方式導致容易導致河道的渠道化[7]。首先,天然河道迂回曲折，擁有眾多的轉向位置，雖然防洪能力差，但河流的自然特性保持了河水的合理流速。通過截彎取直，河道中的河水流速增加，對河岸的沖擊力更大，相同流量下的破壞力更強，相應地需要進一步對河道的駁岸進行加固，否則河水將侵蝕河岸使河道發生偏離。河道駁岸的加固一方面需要增加投資成本，另一方面駁岸的加固也存在局限性，在河水的長期作用下，駁岸的地基難免遭到河水的侵蝕，這種侵蝕不易觀測且對河流兩岸的居民和工農業生產存在較大威脅。其次，河流的渠道化使得河道的形態單一化，原有依托蜿蜒的河道形成的濕地、淺灘等自然景觀逐漸縮小直至消失，原有以此為棲息地的生物也逐漸消失。最后,河道的渠道化使得原有河道被大量改造為農田，且在駁岸的作用下二者之間難以建立有機聯系，使河道周圍的自然環境更加單一，進一步加劇了生態系統的脆弱性。

1.3 河道隔水化

在河道的建設過程中，諸如混凝土、石塊等隔水材料被廣泛使用，這既是應對河水沖擊侵蝕的需要，又是防洪、管理水資源的要求。但是這些材料的使用也導致了河道的隔水化，尤其在建設灌溉河道和穿越城市的河道過程中，不僅在堤岸建設中使用隔水材料，河道底部也大量使用了隔水材料，使得河道中與周圍環境處于一種隔離狀態。首先，河道的硬化破壞了河道自身的生態環境，改變河流的自身生態導致河道中原有的生物種類減少，生物種群數量下降。其次，這種隔水化影響了和河道兩岸的生物種群，在硬化的駁岸上，原有的植物生存難度增加，也難以隨豐水期和枯水期的更替產生周期性變化。最后，河道的隔水化使得河流的景觀性和旅游開發價值降低，水資源作為自然景觀的重要條件之一，在河道隔水的條件下外部景觀建設需要額外提供水源或人工從河道中采集水資源進行再利用，這增加了河道的生態利用成本，降低了河道本身的生態利用價值。

2 河道生態化理念

新時期的河道規劃建設需要走生態化發展道路，在兼顧經濟發展的同時還要擁有尊重自然、資源合理利用、生態修復等理念，我們需要在新的理念下規劃、建設、管理河道。

2.1 尊重自然

河流的自然形態是長時間演化的結果，河流與所經流域的有機結合，形成了以河流為主的自然生態。這樣的生態是一種非人為參與的，有著粗獷脈絡的自然形式，在人類社會特別是現代社會的發展過程中與人類需要存在不相適應的情況，這也是人類在自然河道基礎上對其進行改造的原因。幾千年的人類發展史也是人類的一部治水史，人們需要河流能夠灌溉足夠的農田，能夠給人們提供足夠的生產生活用水，同時要避免洪水泛濫和嚴重的枯水情況。在當前的經濟發展階段，我們要看到人作為自然界的一部分，只重視河流對人類的直接效益將會在今后付出慘重的生態代價。需要尊重河流的自然屬性，對已經產生破壞或污染的河流進行修復，恢復原有的生態環境；對已經進行傳統開發還未造成重大影響的河流進行改造，在不破壞原有生態平衡的基礎上，促進施工植被更好地融入原有的生態環境當中[8]；對還未開發的河流從源頭上考慮生態因素，建設環境友好型河道建設工程。將現代的思想理念和先進技術運用到河流開發和保護中，為動植物營造良好的生態環境，以實現人與自然的和諧發展。

2.2 資源合理利用

河流為人類提供了水、漁業、碼頭等自然資源，但快速的經濟發展和思想觀念的局限性使得人類對與各類資源過度開采和利用，對河流造成了嚴重的損害。我國是世界上人口最多的國家，而淡水資源短缺且分布不均衡，無論是生活用水還是工農業生產用水都存在較大缺口。過度的水資源開發與利用導致河流的水流量降低、河道縮窄、泥沙沉積現象普遍，在通航河道內嚴重的會影響正常航運的開展。同時，沿河生態系統的破壞和過度捕撈也導致漁業資源遭到破壞，魚群種類和種群數量都明顯降低。因此，在開發和利用河流資源的同時也要明確其所能承載的極限值，樹立資源的合理利用觀念，對有限的水資源進行合理分配和梯級利用，嚴格管控污水排放渠道，加強污水排放檢查管理，避免因不合格排放對水資源的嚴重危害。同時，河流所能提供的資源一方面由其自身特性所決定，另一方面也與河道的規劃設計相關，基于生態的河道設計有利于提高和保持河流的資源量，提高河流的承載力，是綠色發展和可持續發展的重要途經。

2.3 河道生態修復

自然生態系統自身具備一定的自我修復和自我調節能力，但是在人類的干預下河流生態發生了巨大的改變，尤其是粗獷的河道規劃建設所導致的河道橫向和縱向的割裂，使得河流生態系統遭到破壞，其自身的修復調節能力大大降低。在生態理念的指導下，建設生態河道恢復其生態調節能力，將把傳統的河道模式逐漸改造成為環境友好型河道成為可能。河道生態修復的過程也是生態理念在河道建設和發展中的實施過程，河道工程的設計和建設者首先需要確立生態理念的價值導向。與傳統的功能性設計和建設不同，生態河道的修復需要首先明確河道自身的自然特性和環境作用機制，最大程度上保持原有的自然狀態，對于需要人工進行修復的，因地制宜結合防洪水利需求進行河道結構設計和配套設施規劃，最終形成經濟功能和生態功能并行的設計方案[9]。

3 河道生態化設計思路

河道的優化設計是河道治理中的關鍵環節，合理的設計方案是實現河道經濟功能和生態功能的基礎，是人與自然長久共生、互惠互利的必要途徑。

3.1 河道形態生態化設計

河道的整體形態是河道整體功能性的基礎，形成了河道的整體建設框架。河道的設計需要以河流自身特性為基礎，通過歷史數據氣候特征調研河流的水文特性，確定河道的防洪設計標準和自然條件。依據當前河流規劃建設管理現狀，發掘河流的設計改造空間，根據地形條件對河流的轉向進行重新設計，同時對河道兩岸的土地進行重新規劃，以配合河道流向進而促進河道生態的恢復。針對防洪壓力較大的區段，改變原有單純加深河道和加固駁岸的建設思路，一方面通過河道的拓寬增強河道的承載力，也避免河道水流過急對河岸堤壩沖擊腐蝕過重；另一方面通過河道的形態設計，以及不同區段河道形態的控制，調整河道在不同區段的水文條件，以適應原本的自然生態。再者，河道的形態設計可以使得河道形態更加豐富，為水生動植物提供了更多的生存空間和更豐富的生存環境，也有助于動植物種類和種群數量的恢復，這種生態系統的恢復也進一步提高了河流本身的自我凈化能力和自我調整能力的提高。

3.2 河道斷面生態化設計

河水流量一般隨季節變化呈周期性變化，同時在不同年份中也存在較大差異，河水流量是河道對不同水位的適應性和其防洪能力的重要因素。河道斷面設計作為河道適應不同水位的關鍵，常見的斷面設計有矩形斷面、單級梯形斷面、多層臺階式斷面等[10]。雖然不同種類的斷面結構在一定程度上適應了水位的不同需要，但其蓄水能力較差，通常需要輔助建設一些堤壩進行補充，較少考慮動植物的適應性問題。根據河道的常見流量設置不同的水位線，在常水線以下可以更多地考慮河道的抗腐蝕性，采用矩形或者梯形結構，在常水線以上可以采用緩坡和護岸相結合的復式斷面設計，一方面增加河道護岸的安全性，同時又不過多地占用河岸兩側的土地資源，特別是城市土地資源；另一方面復式設計可以增加護岸的親水性，為河岸兩側的居民提供了良好的親水空間，為動植物提供了生存空間。此外，在滿足防洪要求設計的要求下，河道兩側的親水空間設計應更多的保持自然風貌或者采用自然材料，最大程度上減少人工建設，保護原有的生態系統。

3.3 濱水空間生態化設計

生態河道的設計不僅要從工程結構上考慮其安全性、功能性和適應性，還要從河道本身的生態出發，從整體的生態結構上考慮以河流為主導的濱水空間生態系統的修復與建設。基于生態河道治理理論，通過為親水植物營造生存環境對水體整體的富營養化進行治理，幫助其形成內在的循環作用，發揮長期的消納能力并提高水體的自凈能力。基于原有河道中的生物種類和種群分布，在新建設的河道和河岸中進行引進，降低由于人工建設所導致的生態系統不穩定性。同時，在濱水空間進行美化建設，種植灌木、喬木等適應當地氣候的樹種，同時輔以草本植物覆蓋地面進行保水固沙，也增強堤岸的景觀價值。另外，在河岸坡面的建設過程中，可以預制坡面植物種植孔洞，在鋪設完成后種植坡面植物。坡面種植一方面豐富了坡面元素，提高了坡面的美觀性，另一方面也提高了堤岸的透氣性，降低了堤岸在極端濕熱或嚴寒天氣下損壞的可能性。

4 結語

良好的河道規劃需要兼顧功能特性和生態因素，這是長久發展和人與自然和諧共生的基礎。雖然當前生態河道的建設仍處于起步階段，但生態理念與河道設計的融合發展的也是河道規劃建設的必然趨勢。本文基于當前河道的建設現狀，考慮了河道自身的天然屬性，在保障其功能性的基礎上融合了生態化理念，為河道的生態化建設提供了設計思路，這有助于進一步完善和發揮河流的生態功能，提高河流的開發利用價值。同時，本文研究在實際工程技術落地方面仍然存在不足，需要后續研究進行論證實踐，也希望與相關研究人員一同推進河道的生態化發展。