中小河流治理工程应用生态理念的设计分析

刘廷广

(长春市九台区水利项目建设办公室，长春 130500)

河流生态系统具备动态、复杂、开放、多变等特点，在河流治理工作中融入生态理念的河流治理不同于传统河流治理工作，其更加贴近自然设计理念，可以在最大程度保存生态学原理的基础上，有效驱动河流生态系统恢复到最佳自然状态，从而提高河流生态系统价值与河流生物多样性，最终达到社会发展与河流生态系统协调、可持续发展[1]。我国河流治理方面研究起步较晚，发展历程尚短，生态角度下的河流治理工程实践仍存在诸多问题，亟待解决。据此，文章立足生态工程设计，分析生态修复理念下的中小型河流治理工程设计，以期为同类工程设计及实践提供参考与借鉴。

1 河流生态治理理念

河流自古是人们繁衍生息的主要场地，承载着中华民族悠久的历史和文化。河流除却为人们和各种生物提供最基本的生命保障，也为人类社会经济繁荣贡献诸多力量，如发电、航运交通等。但现阶段我国诸多河流都存在不同程度的污染，不利于河流生态系统的可持续发展，甚至为相关产业发展带来负面影响。在经济与生态可持续发展理念导向下，社会公众已经认识到推动河流生态系统可持续发展的重要性。现阶段，以生态修复为理念开展河流治理工作也成为工程建设的核心课题。

“理念”一词从概念上说，可解释为“看法”或“见解”，主要指代从客观角度思量的活动模式，其表象为人们既有认知下的概括形象。由此可见，理念是因为客观事物长期作用于形成的见解。而河流生态治理设计为全新的交叉学科，其“新”的节点在于“生态”。传统河流治理主要面向安全等问题，而“生态”设计理念的出现，需要人们转变既有认知，而对于河流治理的看法和见解自然也将随之转变。进而在未来的河流治理中自然会从生态角度规划河流治理的所有问题，以此设计出真正的生态治理。

2 中小河流治理工程应用生态理念设计原则

生态理念下的河流治理可选择使用工法种类较多，结构丰富多样，需要实际考量的环境问题更是不胜枚举。而如何以河流现状问题为导向选择设计工法完成河流治理修复为工程开展的首要问题，如下详细列举：

1)扩展视野原则。将集水区看做一个整体范畴，因为生态理念下的河流治理不仅要满足河流水文、防洪等方面的需要，还需要结合生态角度，从流域水平权衡整个生态系统的完善[2]。例如泥沙量较大的河流下游不应安置石笼护岸，以此避免夏秋两季洪水期淤泥淤堵造成河床升高，提升发生流域内水灾的危险系数。

2)因地制宜原则。尽可能选用较为绿色的材料及治理技术，根据对河流生态的影响，选择顺序可以为植物材料的工法、混合材料(植物+木材+石块)的工法、坚固材料(石块+混凝土)等工法[2]。

3)塑造空间变化原则。设计人员就原河流宽度为基础，调整河流宽窄程度，可避免河流断面呈现单一化现状，以此尽可能缩减护岸坡度，降低护岸高度，增加护岸粗糙程度，并可为河流提供自我冲淤的变动空间，减少水位大幅上涨。

4)营造多样化河流栖息地原则。设计人员可以根据不同地区的河流水文，例如河床地质、水流速度、水体变化、孔隙、深浅等为基础，并发挥其优势，结合水生动植物的生活习性等，帮助河流增加生物聚集的吸引力，使得河流具备多样化环境，维护生态系统平衡[3]。

5)维护河岸带生态环境原则。需要注意任何生态设计工法的介入都不能影响河岸植被的生长，因为河岸植被营造的生态环境与河流内部息息相关，近水区植物的生长态势与品种选择将直接影响水生生物的生存及繁衍状态，主要功能体现在以下几个方面：①蔽荫，日照直射时间长短会影响河流水温高低，改变生物生存环境。②遮蔽，河流两岸尽水区植物形态可为水生动物提供优质的遮蔽场所。③落叶，落叶可提供腐殖质，为食物链的基础层面，可为菌类提供繁殖温床，为大部分水生物提供食物，间接提升水生物的分布。

3 中小河流治理工程应用生态理念设计参考

仅凭生态单项设计工法结构无法解决我国中小型河流的治理现状，难以达到河流生态系统优化及可持续发展需求。本质原因是，现代技术手段大多为结构层面的硬性表达形式，在具体施工中，生态理念的融入程度较浅。为发挥生态理念价值作用，有效恢复小型河流生态系统，实现河流生态与社会协调发展，应结合河流生态实际情况，在=生态理念导向下，选择适宜的设计工法和生态材料，从而在本质上恢复中小型河流生态系统，实现河流系统生态治理的目标。

3.1 河流护岸纵向修复

3.1.1 木桩护岸

适用范围：非水力攻击岸面、静水体或者水流速度较缓地区，不具备石块资源和机械使用条件等。水文高度限制：河流水速低于3m/s，无高度限制。结构形式：以木桩为原料，借助木桩加固土壤稳定性，以阶梯状降低水流冲蚀(打桩示意图如图1所示)[4]。生态功能：这类河流问题较小，且具有原岸坡坡降，只需采用木桩维护，便可以达到两岸动物活动和迁徙条件，且生态性良好，人工痕迹较低，当河流现实条件允许下，尽可能采用该种方式治理即可。

图1 打桩示意图

3.1.2 抛石护岸

适用范围：局部长期遭受河流水力侵蚀的河段，但该种设计工法需要满足施工现场石块丰富、重型机械可以到达并开展作业，以加强河流岸坡的土壤保护。水文高度限制：从经济角度来说，最高流速需要低于4m/s，从技术角度来说，无限制，可根据该地区十年内洪水最高峰值为最高点[5]。结构形式：借助石块之间安息角以及石头对河床的抵抗力和水流拽引力，达到稳固土壤的目的，减少水土流失。生态功能：天然石块为原料，利用机械以石块填平，以石块间隙为水下生物营造空穴，保护生态空间。

3.1.3 Ⅰ型砌石护岸

适用范围：腹地狭窄的中小型河流腹地，使用土地面积较为局限，或因地形原因需搭建较陡护坡时。水文高度限制：流速6m/m以下河流，高度4m以下。结构形式：以混凝土为底，表面以石块堆积，柔化视觉效果，增加河流护岸表面孔隙，为植物生长提供基盘[6]。生态功能：石块堆积的缝隙为构建植物群落提供机会，同时也可以为昆虫等两栖动物提供食物来源，形成基础性食物链。另外河流两岸植物生长后的落叶以及所携带的虫类可以提升河流内部水虫体数量，逐渐恢复生态循环系统。

3.1.4 L型砌石护岸

适用范围：河流地域宽阔，河道水流湍急，河道两岸需强化保护的中小型河流。水文高度限制：适合于任何高度下的河床，其水流速需低于6m/s。结构形式：与Ⅰ型同样，使用混凝土为底，以石块堆砌，但护岸表面可根据具体的施工要求对空隙做加大处理，以此为植物生长提供更加宽阔空间的同时，还能为河流两岸一些原有的野生植物演替提供良好空间[7]。生态功能：该类型护岸设计方式与Ⅰ型相比，更加适合河流类型较大的河道，或者本身存在两栖类或者哺乳动作活动，其可便于该族群生活和繁衍，但在功能上别无二致。

3.2 河流河床横向修复

3.2.1 砌石固床

适用范围：为保持河床稳固，减少河流纵向冲蚀。水文高度限制：无水文限制要求，但为保障工程结构，且能够为水生动物留存适当的迁徙空间，上下游水位差值区间低于40cm为宜[8]。生态功能：借助石头的阻力减少水体深度变化过大，还可以同频联合其他工法为河流治理营造出不同样的水环境。例如水位线以下可以利用石头缝隙之间打造鱼穴。

3.2.2 丁坝

适用范围：适用于运用挑流保护河岸，打造浅滩效果使得岸坡免受大量冲蚀。无水文高度限制，适合诸多河流。结构形式：重力式(丁坝结构示意图如图2所示)。生态功能：借助坝体挑流，调节河流流心，降低河水对岸坡的冲刷力度，利用打造好的浅滩营造生态环境，同时坝间的缓流区可以增加水体变化的可能性，加之其他诸多工法的联合，便可在治理河流的同时完成生态环境的设计。

图2 丁坝结构示意图

3.3 混凝土河流治理

3.3.1 混凝土河道内衬

适用范围：保留原有混凝土护岸和原有排洪断面，以此为基础对当下河道内衬块石结构完成改良。水文高度限制：水流速度低于6m/s，高低低于4m较为经济。变化形式，结构内衬空心，其他功能方面等同于Ⅰ型砌石护岸。

3.3.2 改良河床

适用范围：原有河道存在治理痕迹，并且已经采用渠道混凝土完成封底，但经过专业评估可挖除底部混凝土河段。水文高度限制：低于6m/s的河水流速，无高度限制。生态功能：增加地下水补注机会，提供水生动物生活或避难场所，将原有混凝土渠底改为厚砂砾底质，增加自然菌群繁衍，提升河流自净能力，逐渐改善水质。

3.3.3 改良护岸基脚

适用范围：原有河道存在治理痕迹，并且已经采用渠道混凝土完成封底，但经过专业评估可挖除河道底部护岸基脚，后采用卵石、抛块石等进行平铺。无水文高度限制。结构形式：根据具体河水流速选择适宜的大小石块。生态功能：增加自然生物生长繁衍的机会，借助石块缝隙营造孔洞，利于两岸植物自然入侵生长，长此以往，改善水质，并借助植物叶片等作用为水生生物提供良好遮蔽。

3.4 生态护坡材料的应用

常用材料：格宾石笼、雷诺护垫、三维植被网、生态袋、生态混凝土、联锁式护坡砖、木桩加柳枝捆、驳石等，生态护坡材料设计参数如表1所示。生态功能：有利于发挥河流的自我修复功能。需要注意的是，为给岸坡内外水体及影响交换提供便利，应减少硬质化材料护砌的应用，从而避免自然河流渠道化[8-9]。

表1 生态护坡材料设计参数

4 结 语

河流治理工程对河流生态系统完善及可持续发展具有积极意义。在河流治理工程中融入生态理念，是有效完善河流生态体系的基础与前提。因此，有必要对河流治理工程中生态理念的应用进行深度分析。

以生态理念为导向，以实践应用为视角，阐述了中小型河流治理融入生态设计的主要原则，并在木桩护岸、抛石护岸、Ⅰ型砌石护岸、L型砌石护岸、砌石固床、丁坝、混凝土河道内衬、改良河床、改良护岸基脚、生态护坡材料的应用方面，列举设计参考，以此实现对河流生态治理下的理论和实践指导。

综合而言，文章未从工程设计与实施成本、生态材料应用实效等视角对中小型河流治理工程应用生态理念的设计进行深度分析，需要在后续研究中进行完善，以丰富研究成果。