□趙 楠 □張 睿 □尚 磊

（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

一、引言

河流是水循環(huán)中重要的一環(huán),被譽(yù)為大地的血脈。傳統(tǒng)的水利工程為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮了舉足輕重的作用，但隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力、人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，從生態(tài)、環(huán)境保護(hù)等多維的角度系統(tǒng)的研究和整治河流，已經(jīng)成為水利工作者必須面對(duì)的重要課題。

我國傳統(tǒng)水利工程技術(shù)的核心是工程結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性,材料主要是混凝土或漿砌石，沒有考慮人工構(gòu)造物對(duì)生物及其生態(tài)環(huán)境的影響，由此產(chǎn)生的結(jié)果是河流廊道的作用越來越小、水質(zhì)惡化、生境的喪失或被阻斷、物種減少等生態(tài)系統(tǒng)的退化。

二、我國河流生態(tài)修復(fù)的研究現(xiàn)狀及存在的問題

近年來,我國對(duì)自然河岸帶植被結(jié)構(gòu)和功能以及管理的生態(tài)學(xué)研究非常關(guān)注，正在努力探索修復(fù)受損河流生態(tài)系統(tǒng)的新理論和技術(shù)手段。北京、上海等少數(shù)大城市已經(jīng)著手對(duì)城市河流的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行較大規(guī)模的整治，在我國河流整治中存在的主要問題是河道的直線化或渠道化以及河岸的混凝土化,這必然導(dǎo)致魚類等水生生物棲息、產(chǎn)卵的河道淺灘和深潭結(jié)構(gòu)喪失。同時(shí)河床、河岸的表面積減少,導(dǎo)致產(chǎn)生利于水質(zhì)凈化能力的微小動(dòng)物及微生物難以生存,從而帶來了一系列生態(tài)學(xué)問題。

三、我國開展河流生態(tài)修復(fù)研究的內(nèi)容和方法

“受損河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)”是根據(jù)需要和可能按照生態(tài)學(xué)原理設(shè)計(jì)并建設(shè)符合人類文明進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展的健康河流生態(tài)系統(tǒng)。即預(yù)先對(duì)河道整治工程進(jìn)行生態(tài)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)零損失的前提下,對(duì)河流自然資源和環(huán)境進(jìn)行合理利用。

（一）研究目的

受損河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)就是通過在傳統(tǒng)河道整治工程設(shè)計(jì)中,根據(jù)生態(tài)學(xué)原理,對(duì)河道整治工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行生態(tài)設(shè)計(jì),在生態(tài)學(xué)和土木工程學(xué)的邊界領(lǐng)域,創(chuàng)建新的理論、知識(shí)和技術(shù)體系。其主要研究目的為:

理論上,改變傳統(tǒng)水利工程設(shè)計(jì)思想,在確保河道安全和經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上,將生態(tài)學(xué)原理應(yīng)用于水利工程設(shè)計(jì)中,在水利工程學(xué)和生態(tài)學(xué)的邊界領(lǐng)域，創(chuàng)建新的理論、知識(shí)和技術(shù)體系。實(shí)踐上，基于生態(tài)學(xué)原理設(shè)計(jì)的水利工程不僅為動(dòng)植物及微生物提供生存空間，同時(shí)也給人類提供河岸休閑景觀空間，實(shí)現(xiàn)我國城市由工程水利到環(huán)境水利和資源水利的變革。

（二）研究?jī)?nèi)容

河流生態(tài)修復(fù)主要是通過新的設(shè)計(jì)理論及實(shí)踐,將受損河流盡可能修復(fù)重建為具有如淺灘和深潭交替結(jié)構(gòu)等的自然河流狀態(tài)，具體的恢復(fù)重建內(nèi)容如下表所示。

河流生態(tài)修復(fù)與重建的內(nèi)容表

1.適于生物生存的生境綴塊構(gòu)建研究

混凝土式護(hù)岸沒有植物根系可進(jìn)入的孔隙,土壤動(dòng)物及微生物也不可能生存,其生境被阻斷,河道的自凈能力降低。因此,修復(fù)混凝土受損河岸生態(tài)系統(tǒng)需要在土木工程設(shè)計(jì)上改變傳統(tǒng)的混凝土護(hù)岸工程設(shè)計(jì),在能夠達(dá)到防止河岸崩塌及侵蝕的同時(shí),創(chuàng)造出動(dòng)植物及微生物能夠生存的多孔隙河岸工程生態(tài)結(jié)構(gòu),并保持生境綴塊的連續(xù)性,促使河岸植物連續(xù)生長(zhǎng),并確保魚類等水生動(dòng)物移動(dòng)的路徑。在用土木工程技術(shù)構(gòu)建的多孔隙的河岸空間上,構(gòu)建初始河岸植物群落,并在人工啟動(dòng)下使其向順行演替發(fā)展。

2.適于生物生存的生態(tài)修復(fù)材料研究

第一種是蘆葦?shù)茸o(hù)岸植物材料。蘆葦具有適應(yīng)性廣,抗逆性強(qiáng)的特點(diǎn),多自然生長(zhǎng)在江、河、湖、海岸淤灘等地，具有很強(qiáng)的凈化水質(zhì)和保持水土的功能。同時(shí)蘆葦群落是水陸生態(tài)系統(tǒng)交錯(cuò)區(qū)的代表性群落,也是動(dòng)植物及微生物的重要生存空間，歐美及日本等國多采用蘆葦修復(fù)混凝土受損河岸生態(tài)系統(tǒng)。

第二種是生物相容型混凝土材料。適于生物生存的生態(tài)修復(fù)材料主要是研究動(dòng)植物及微生物能夠和諧共存的生物相容型混凝土。利用多孔混凝土空隙的透氣、透水等性能,滲透植物所需營養(yǎng),生長(zhǎng)根系這一特點(diǎn)來種植草、灌木及喬木等植物,恢復(fù)河岸植物群落。

（三）研究方法

此項(xiàng)研究應(yīng)在工程控制論“反饋-控制”的基本范式指導(dǎo)下進(jìn)行,其研究流程如下圖所示。

研究流程圖

1.河岸工程生態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)建初始植物群落的調(diào)查(調(diào)查與實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)定)

（1）河道生態(tài)學(xué)條件調(diào)查。包括動(dòng)植物、微生物適于生存條件的調(diào)查,生境綴塊連續(xù)性條件的調(diào)查。

（2）河岸工程學(xué)條件的調(diào)查。包括工程地質(zhì)、地貌條件的調(diào)查,土壤侵蝕的調(diào)查,水質(zhì)污染的調(diào)查。

2.生境綴塊模型的構(gòu)建和修復(fù)材料研究(假說的設(shè)定)

（1）適于生物生存生境綴塊模型的構(gòu)建。

（2）適于生物生存的生態(tài)修復(fù)材料研究。包括適于生物生存的植物材料,適于生物生存的混凝土材料。

3.生境綴塊模型的構(gòu)建和修復(fù)材料研究(假說的實(shí)驗(yàn))

包括生境綴塊模型實(shí)驗(yàn)和生態(tài)修復(fù)材料實(shí)驗(yàn)。

4.模型和材料驗(yàn)證（假說的驗(yàn)證）

包括客觀性驗(yàn)證和主觀性驗(yàn)證。

5.典型事例積累和理論發(fā)展

包括典型生境綴塊構(gòu)建事例和生態(tài)修復(fù)材料研究事例。

四、河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃及河流健康評(píng)估

河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃與評(píng)估包括4個(gè)部分主要內(nèi)容：現(xiàn)狀及歷史調(diào)查分析；制定河流生態(tài)修復(fù)目標(biāo)；提出規(guī)劃對(duì)策，包括工程任務(wù)、管理措施和建立監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)；進(jìn)行經(jīng)濟(jì)—生態(tài)效益綜合評(píng)估。

（一）河流水系生態(tài)恢復(fù)的任務(wù)

河流水系生態(tài)恢復(fù)的任務(wù)有三大項(xiàng):一是水質(zhì)條件、水文條件的改善；二是河流地貌特征的改善；三是生物物種的恢復(fù)。

水質(zhì)條件、水文條件的改善包括：水量、水質(zhì)條件的改善,水文情勢(shì)的改善,水力學(xué)條件的改善，通過水資源的合理配置以維持河流河道最小生態(tài)需水量。通過污水處理、控制污水排放、生態(tài)技術(shù)治污、提倡源頭清潔生產(chǎn)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)以改善河流水系的水質(zhì)。

河流湖泊地貌學(xué)特征的改善包括：恢復(fù)河流的縱向連續(xù)性和橫向連通性；保持河流縱向蜿蜒性和橫向形態(tài)的多樣性；外移堤防給洪水以空間并擴(kuò)大灘地；退耕還湖和退漁還湖；采用生態(tài)型護(hù)坡以防止河床材料的硬質(zhì)化。

生物物種的恢復(fù)包括：瀕危、珍稀、特有生物物種的保護(hù)；河湖水庫水陸交錯(cuò)帶植被恢復(fù)；包括魚類在內(nèi)的水生生物資源的恢復(fù)等。

（二）河流生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃的原則是：河流修復(fù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展原則；社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益相統(tǒng)一原則；流域尺度規(guī)劃原則；增強(qiáng)空間異質(zhì)性的景觀格局原則；生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計(jì)、自我恢復(fù)原則；提高水系聯(lián)通性原則；負(fù)反饋調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)原則；生態(tài)工程與資源環(huán)境管理相結(jié)合原則。

（三）河流健康評(píng)估

河流健康評(píng)估的內(nèi)容一般包括以下4個(gè)方面內(nèi)容:物理—化學(xué)評(píng)估；生物棲息地質(zhì)量評(píng)估；水文評(píng)估；生物評(píng)估。

1.物理—化學(xué)評(píng)估作指標(biāo)可以反映河流水流和水質(zhì)變化、河勢(shì)變化、土地使用情況和岸邊結(jié)構(gòu)。

2.生物棲息地評(píng)估的內(nèi)容是勘查分析河流廊道的生物棲息地狀況,調(diào)查生物棲息地對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響因素,進(jìn)而對(duì)棲息地質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。

3.水文評(píng)估的目的是分析水文條件的變化對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生的影響。

4.生物評(píng)估具體是分析水文條件、水質(zhì)條件和棲息地條件發(fā)生變化對(duì)于河流生物群落的影響程度。

五、河流廊道生態(tài)修復(fù)技術(shù)

我國現(xiàn)階段河流修復(fù)中的首要任務(wù)是遏制流域內(nèi)引起生態(tài)系統(tǒng)退化的污染,并在合理論證的基礎(chǔ)上采取必要的修復(fù)措施，從恢復(fù)自然環(huán)境功能但同時(shí)又能發(fā)揮防洪工程效益的角度出發(fā)，提出一些創(chuàng)新性的技術(shù)方法。

（一）洪水后退

這項(xiàng)措施包括清除河漫灘內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)物，把河道恢復(fù)到歷史狀態(tài)。設(shè)計(jì)河道形態(tài)時(shí)要使河流泥沙不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷和淤積現(xiàn)象,并能恢復(fù)到天然形態(tài)。河流形態(tài)可以自由蜿蜒,洪水可以漫灘,平均漫灘頻率為1年或2年。從現(xiàn)實(shí)來看,這一理念在我國的應(yīng)用將受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約,對(duì)大多數(shù)已經(jīng)建有堤防工程的河道而言,要實(shí)現(xiàn)河流形態(tài)的完全恢復(fù)是不切實(shí)際的。但對(duì)于尚未建造堤防工程的河段,在未來的防洪規(guī)劃中,可把這種非工程防護(hù)措施作為一個(gè)主要的待選方案。

（二）堤防后靠

這項(xiàng)措施與洪水后退措施在本質(zhì)上是一致的,但河漫灘洪水被限制在兩岸堤防之間，堤防在布置上不應(yīng)侵占蜿蜒帶,從而使河道在地貌變化活躍的廊道區(qū)域內(nèi)仍可以擺動(dòng)。對(duì)于新建堤防,在堤線布置方面,應(yīng)遵循宜寬則寬的原則,處理好河道行洪和生態(tài)保護(hù)要求與土地開發(fā)利用之間的矛盾,河槽和河漫灘不僅要能滿足設(shè)計(jì)洪水的行洪要求,還要保持一定的淺灘寬度和植被空間,為生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供棲息地,既可發(fā)揮河流的自凈化功能,又有利于地表和地下水的聯(lián)通。

（三）兩級(jí)河道

兩級(jí)河道實(shí)質(zhì)上是大河道內(nèi)套小河道,即上部河道主要用于行洪,枯水河道主要用于改善棲息地質(zhì)量和提高泥沙輸移能力，上部河道可設(shè)計(jì)成公共娛樂場(chǎng)所或濕地型棲息地,枯水河道可設(shè)計(jì)成蜿蜒形態(tài)。

（四）行洪河道

把現(xiàn)有河道恢復(fù)到原來的形態(tài),同時(shí)建設(shè)1條行洪河道或大流量河道以滿足行洪需求。恢復(fù)的河道主要是為了修復(fù)棲息地,而行洪河道則可設(shè)計(jì)成濕地或低洼棲息地,或開發(fā)為旅游休閑地,其作用就如同一個(gè)分離的河漫灘。

（五）河道內(nèi)棲息地加強(qiáng)結(jié)構(gòu)

通過在河道內(nèi)增加礫石、翼型導(dǎo)流設(shè)施(側(cè)堰)、堆石堰和魚巢等結(jié)構(gòu),可以增強(qiáng)河道棲息地功能。但在設(shè)計(jì)中,必須考慮這些結(jié)構(gòu)對(duì)河道過流能力和泥沙輸移能力的影響,以保證防洪工程的可靠性。

（六）岸坡防護(hù)

在河道岸坡防護(hù)工程中引入樹木和灌木類植被，不僅能提供良好的生物棲息地環(huán)境，而且還可以增加審美情趣。這類措施對(duì)防洪工程的改變最小，因此最容易實(shí)施，并強(qiáng)調(diào)在多孔性防護(hù)結(jié)構(gòu)底部設(shè)置反濾層和墊層。

六、結(jié)語

近20年以來，基于傳統(tǒng)的水利設(shè)計(jì)規(guī)范所完成的河流整治工程導(dǎo)致了河流生態(tài)系統(tǒng)的損傷，在我國開展受損河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)研究是一種新嘗試，具有廣泛的代表性和示范作用。本文于水利工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了反思，提出了河流生態(tài)修復(fù)的任務(wù)和規(guī)劃原則，提出了河流健康的內(nèi)涵和評(píng)估框架，整合并開發(fā)了河流修復(fù)技術(shù)。我國的河流生態(tài)修復(fù)工作正處于起步階段，需要繼續(xù)加強(qiáng)理論研究和工程示范，長(zhǎng)期積累數(shù)據(jù)，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的編制工作。

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