微观尺度下城市河流近自然化改造

王宏岩

(辽宁省营口水文局， 辽宁 营口　115003)



微观尺度下城市河流近自然化改造

王宏岩

(辽宁省营口水文局， 辽宁 营口115003)

本文针对我国城市化进程中出现的河流渠化问题，探讨了其特征与危害，提出了微观尺度下，城市河流近自然化改造的自动力过程、生态驳岸处理及滨河生态恢复方面的具体策略。

城市渠化河流； 自然河流； 近自然化策略

河流不仅是地球生态圈的重要组成部分，也是人类赖以生存和发展的重要基础。无论是古代还是现代，河流作为城市的形象，与人们的生活质量密切相关。步入工业社会以来，城市的无序扩张以及防洪压力，使处于城市中的河流逐步失去原本的自动力和生态功能，从而沦为以防洪为主要目的渠道。当前，人们普遍关注的是城市河流的污染与干涸问题，而对河流的改造特别是城市河段的硬化才是河流生态功能丧失的主要原因。在后工业时代人们生态发展理念回归的背景下，我国城市渠化河流的近自然化改造成为一项紧迫任务。

1　微观尺度下的城市河流概况

众所周知，河流系统是一个复杂的多重等级系统，分类标准不同对河流的等级划分也有不同的结果。鉴于本次研究的对象属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类标准，将河流系统划分为微观、中观以及宏观三个不同层面。从微观层面观察，那些穿越城市的河道存在诸多问题，主要表现在水流生态以及水流过程两个方面。当前的城市河道，其结构设计十分简单且单一，常态下水流平缓顺直[1]。这种设计虽然方便了管理和控制，但是遇到短时强降雨或上游洪水来袭时，流速瞬时加快，并对河流的堤岸产生巨大的冲刷力，为避免这种冲刷对堤岸造成破坏，河道堤防设计一般是由硬质驳岸和混凝土、土工膜等现代建筑材料构筑。这种河道设计对自然河流边界的渗透力造成了人为破坏，植物无法在驳岸和河床上生长，即使驳岸采用了单一植物栽植的手段进行覆盖，也难以形成植物景观效果和生物群落。

2　微观尺度下的城市河流渠化设计的负面作用

水体的自然流动是其自净能力发挥的重要条件。首先，水体的流动可以促进水体中污染物的混合、稀释、扩散、挥发、沉淀等物理过程和氧化还原以及酸碱中和等化学反应的发生，从而有效减小污染物的浓度。其次，水体含氧量的增加，有利于微生物和藻类等水生生物的生存与繁殖，大大增强微生物对水体中有害有机物的降解和吸收。由此可见，水体的自净过程是一系列复杂的物理、化学、生物变化过程，而城市河流由于水流速度较小，物理的自净能力会严重减缓甚至丧失。另外，硬质护岸和河槽将河流的水体与周围环境，特别是土壤环境分割开来，两者之间的物质能量交换几乎被彻底阻断，使水体的化学自净过程无法进行[2]。此外，这种河道设计方式难以形成具有丰富物种的生态系统，生物化学自净能力也基本丧失。由于上述原因，城市河道虽然经过了一系列治理，但是水质仍然不够理想，其主要原因在于渠化设计方式。总之，城市河道的渠化，改变了河道的动力过程，隔绝了水体与周围环境的物质交换，对河道的生态性破坏极大，同时也影响了河道景观功能的发挥。

3　微观尺度下城市河流近自然化策略

针对微观尺度下城市河道渠化设计的特征及负面影响产生的原因，城市河道的近自然化设计或改造应集中在以下三个主要方面：首先是通过增加水体流动过程的多样性，增强河道的自动力过程；其次是改变传统河道设计中的硬质驳岸，利用现代生物工程技术和手段，营造新型生态化驳岸；三是在河道两侧构建生物栖息地，以营造湿地浅滩为主要手段，形成具有生物丰富性与多样化的河道生态系统。

3.1增强河道的自动力过程

传统河道的人工干预与整治的目的是阻止水流对河岸的侵蚀，增加水流的稳定性，而河道近自然设计理念则完全相反，需要恢复河流水体的流动性，以改善河道水体的自动力过程[3]。改造的基本思路是通过对河床的人为干预，影响水流的流动状态，产生诸如急流区、缓流区、漩涡区等多样化的水流形态，以恢复因渠道化设计而被抹掉的自然河流的典型动力过程[4]。这样，富于变化的水流形态和河床基底，不仅可以提供结构多样化的河流形态，还可以在水下及水陆交界处创造多样化的生境，从而为河流生态系统的重塑提供必要的条件。增强河道自动力过程的工程手段可以归结为四种，分别是河道抛物、丁坝、堤堰以及河床石质阶梯。

a.河道抛物。河道抛物是指在水流平缓的顺直河道设置砾石群、大体积砾石、木桩等能够破坏水流的元素，通过增加河道结构的复杂性，构造出多样性化的水深、底质与流速条件，从而形成相对较大的水深、气泡、湍流等多种水流形态。此外，这些抛物构造出的复杂环境也可以成为河流生物良好的栖息场所。

b.丁坝。在顺直河床两侧，利用石材或木材以合适的角度堆放成丁坝，在排列方式上根据不同的河道形态或实际需要，丁坝设计为交叉布置或成队布置。丁坝的主要作用在于通过抬高河岸，使河道主流由平直改为弯曲，并在丁坝的迎水面与背水面形成深潭和浅滩，从而形成河流微地形[5]。

c.堤堰。堤堰是指利用木材、石材构建横跨河道的堰体，其基本作用是通过对水流形态的调节在堤堰的上游形成深水区，而在下游则形成深潭，从而形成复杂的河底地貌与河道水环境。此外，堤堰在流速大的地方可以控制流速，而在平缓区域可集中水流，控制水流对河床的冲蚀。

d.河床石质阶梯。利用石块堆积，在河床的底部构造出层级状结构，这种构造不仅可以改变原有的水流形态，形成紊流以增加水体内部曝氧量，还可以使河床底部呈现明显的坡度变化，形成多样化的生物栖息地。

3.2构建生态堤岸

工程护坡方式虽然增加了堤岸对水流冲击力的防护能力，但是却扼杀了天然缓冲带的生态功能[6]。为寻求生态与技术间的有效平衡，土壤生物工程技术成为河流近自然化改造中的重要技术基础，特别是植被护坡技术已经被西方国家广泛应用于河道近自然化改造，并取得了显著效果。植被护坡虽然具有更高的生态功能,但也有一定的局限性,其稳定性和耐冲击能力较弱。由于生态堤岸存在强度高、易老化以及建成初期护坡作用微弱等局限性，因此，需要根据实际情况，选用多种生态技术，通过河岸形态稳固和良好生物栖息环境的构建，提升城市河道的整体生态环境。

a.植物覆盖技术。植物覆盖技术是指采用乔灌植栽、芦苇植栽、草地移植以及播种、扦插等方式构建生态化堤岸以防止堤岸遭受侵蚀。由于植物覆盖技术在建成初期的护坡作用并不明显，因此主要用于防洪压力不大而生态需求较强的小型河道。

b.植桩技术。植桩技术是指利用土工布、棕榈纤维垫、椰壳纤维等辅助工具对活体植物进行加固。这种方式既能快速稳固堤岸土壤，又可以快速恢复堤岸生态，主要适用于水流速度不大、较为平直的小型河道。

c.抛石砌石技术。抛石技术是指将大小不等的块石抛置护岸，为水生生物提供良好的栖息环境[7]。这种方式主要适用于稳定高度3m以下、水流速度4m/s以下的城市小型河道，在应用该技术时要注意将块状角石彼此镶嵌，以提高堤岸的抗冲刷能力。砌石技术与抛石技术类似，按照堆砌形态可以分为单阶砌石与多阶砌石，按照砌石的胶结方式则可以分为干砌、半湿砌和湿砌等三种方式。

d.联合技术。采用石块和混凝土等建筑材料，将植物以更为稳固的方式固定在边坡陡峭、稳定性差、水流流速较大的堤岸区域。这种方式需要在植物种植以前，首先利用建筑材料对土地进行稳固，以提高坡岸的抗侵蚀与抗冲击能力。目前比较成熟的联合技术主要有扦插-抛石联合技术、植生石笼墙、植生原木挡土墙等。

3.3滨河生境恢复

在滨河生态恢复中，植物是不可或缺的重要因素。首先，植物是自然河流生态系统的重要组成部分，一条自然状态的河流从水体到河岸呈层状分布着多种植物，主要包括沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿生植物以及中生植物，这些不同的植物共同组成了河流生态系统的根基。所以，城市河道的近自然化改造也必须进一步增加植物种类和栽植范围，以营造优良的野生动物栖息地，达到城市河流生态系统的生物多样性。其次，植被在城市河道近自然化改造中不仅具有重要的生态学意义，还兼有水文与机械效应。一方面植物发达的根系可以起到调节土壤水分、防止土壤侵蚀的作用，而植物的茎叶则可以降低近岸水流的流速与水的冲力，茂盛的堤岸植被可以达到与工程手段类似的防护效果。另一方面，在城市河道近自然化改造过程中，植物可以和增强水流自动力的手段相结合，为水生动物与微生物提供良好的栖息环境。

在城市河道近自然化改造中，滨河生态环境的恢复应避免机械化与园林化的设计。植物的选择与配置要秉承自然化的初衷，尽量模拟天然植被的构成与空间结构，构建出最接近自然状态的河道植物群落。具体来说，在长期淹没于水中的河槽部分，主要配置水草等水生植物以及池杉、水松等耐水湿的乔木，以达到沉水植物、漂浮植物、挺水植物的多层搭配。洪泛区是近自然化生态环境恢复与构建的关键性区域，在进行植物配置时必须要考虑区域内的土壤和水文情况。例如，在接近常水位线的位置设置湿生植物，而其他部位则需要选择耐短时水淹的植物。河滩和沙洲区域应选择根系发达、耐水淹的植物种类，出于保证行洪安全需要，这些区域应采用灌草结合的植物配置方式。

4　结　语

本文针对我国城市河流的渠化问题，提出了微观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个涉及多学科的综合性问题，因此在研究过程中采用了多学科、多视角的理论体系与研究方法，特别是将景观介入与生态恢复作为城市河流近自然化改造的主要手段，通过水利工程技术、土壤工程技术以及生态技术的叠加，提出了既具有生态功能又具有社会功能的城市河流近自然化改造策略。研究结论对客观评价我国城市河流渠化造成的生态问题、促进城市河流的生态化建设具有重要的参考价值。

[1]李宏军,杨佳栋.城市河流生态景观与橡胶坝设计运用探讨[J].水利建设与管理,2014(5):27-29,22.

[2]刘尚俭,邱建,安雅敏,等.河流生态修复浅议[J].环境影响评价,2015(1):82-85.

[3]谢雨婷,林晔.城市河流景观的自然化修复——以慕尼黑“伊萨河计划”为例[J].中国园林,2015(1):55-59.

[4]惠帅先,王培寿.河道整治规划设计中生态理念的应用[J].水资源开发与管理,2015(1):37-40.

[5]谢高地.城市生物多样性保护与生态系统服务供给[J].环境保护,2015(5):25-28.

[6]林茂森,王殿武,刘玉珍,等.城市河流健康威胁与生态修复[J].沈阳大学学报(自然科学版),2015(3):197-200.

[7]陈利顶,齐鑫,李芬,等.城市化过程对河道系统的干扰与生态修复原则和方法[J].生态学杂志,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