河道生态建设技术初步研究

夏永成,骆勇军

(浙江广川工程咨询有限公司,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

随着经济的快速发展,我国提出了由传统水利向现代水利[1].转变的大目标,即由传统的工程水利向民生水利、资源水利、生态水利转变。由于工农业生产、人类活动等对河流的生态环境造成了较大的影响,重大河流生态问题时有发生,造成我国许多河流水质恶化,水面萎缩甚至断流,河道及河岸生态系统遭到了严重破坏,导致河道及河岸许多生物物种减少甚至消失。因此积极开展河道生态建设技术研究,推动我国传统水利向现代水利的转变具有重大意义,实现可持续发展,实现人与自然的和谐。本文对河道生态建设的目标与任务进行论述,并对河道生态建设技术进行了初步的分析与探索。

2 河道生态建设的基本资料及任务

2.1 重视河道基本资料的收集、整理与分析

河道生态建设,必须重视河道相关基本资料的收集、整理与分析,在此基础上,明确河道存在的主要问题,河道生态建设的有利、不利因素,明确河道建设的主要任务:

(1)相关防洪、河道治理规划、所在城镇、乡村规划、土地利用规划、旅游规划等资料的收集,了解河道主要功能。

(2)符合规范、设计深度要求的水文、地形、地质勘查、测量断面资料。

(3)现场踏勘,进行河道防洪现状、河道交叉建筑物、周边建筑物、农田等自然环境现状调查;进行河道生态现状调查,包括河道自然条件、河流景观资源、水生生态系统、河岸带生态系统等。

(4)详细了解河道相关水系及相关水利枢纽的控制调度情况及河道来水量及供水需求等情况。

(5)当地的历史文化,人文风情等也应进行详细了解。

通过对以上资料进行综合分析后,明确河道存在的主要问题,确定河道生态修复的任务与目标。

2.2 河道生态建设的任务

河道生态建设有别于传统水利工程建设,既考虑传统水利工程的防洪安全、结构安全又要考虑生态安全、景观安全,尽量做到水利防洪、生态、景观三者的完美结合。

2.2.1 防洪安全

作为河道生态建设工程,防洪安全是首要的任务和目标,不能为了生态、景观而牺牲防洪安全。应根据国家有关标准、规范及相关规划,通过恢复自然水面宽度、恢复蓄洪区、修建生态护岸等工程措施,提高河流的防洪标准,保护两岸民居、农田及河道、河岸带动植物的安全。

2.2.2 生态安全

满足防洪要求的同时,必须确保河道生态系统及河岸带生态系统的安全。在进行河道生态建设的过程中,应在有关资料整理分析的基础上,因地制宜,减少对原生态系统的扰动,使水利工程建设有利于河道生态系统恢复及良性循环,提高河流自净能力,以恢复和保持生态系统安全为目标。

2.2.3 景观安全

河道建设过程中需加强对原有景观资源的保护,合理适度开发,同时因地制宜地对原有景观要素进行优化组合。新景观成分的引入,应创造出优于原景观的布局效果,充分体现尊重自然、亲近自然的原则。景观安全的意义是人与自然的和谐,核心是体现亲水性、休闲性,河道生态建设还必须体现地方特色,体现民俗风情,与自然环境、地区文化、人文历史等相协调,营造和谐的居住环境。

总之,河道生态建设应做到防洪安全、生态安全、景观安全的有机统一,防洪安全和生态安全是根本和基础。

3 河道生态建设技术

3.1 河道岸线

必须重视河势,河道宜保持现状自然岸线,避免直线化、裁弯取直,以利于河道浅滩和深潭的保护[2-3].,河道能宽则宽。已构建的人工河道,若条件允许尽量恢复自然河道形态以利于生态系统恢复。当确有需要对河道裁弯取直时,应充分论证其对防洪、河床稳定及生态系统的影响,尽可能保持原有水面率,同时应因地制宜适当扩大水面率。

3.2 河道的断面形式

河道断面型式应按照因地制宜,满足河道功能、生态要求的原则进行选择,保持河道形态的多样性和与环境的协调性,提供生物种群的生存环境。河道断面应避免规则化,保留自然的断面形式,以利于保持多样的水流环境。除自然断面外,还有人工非规则断面、矩形断面 (直立)、梯形断面、复式断面、双层断面等[4].形式,宜按以下顺序选取:自然非规则断面、人工非规则断面、复式断面、梯形断面、矩形断面、双层断面。河道断面设计时,应在满足河道的主导功能前提下,结合土地利用和其它因素,确定断面设计的基本参数,包括主槽河底高程、滩地高程、不同设计水位对应的河宽、水深和过水断面面积等。河道断面型式选择,应注重保护历史文化和体现不同城市的特色风貌,结合城镇建设、城镇绿化,兼顾市民休闲、近水亲水,与城市沿岸景观相融合[5].。横断面较宽、水位变幅较大时,宜结合景观、亲水、河滩地的利用,此外河道断面设计应考虑周围居民生产、生活用水的方便,设置必要的埠头、台阶等。

3.3 河道河床形态及切滩、疏浚

保持河道的天然坡降,当河床坡度难以稳定时,可适当调整河床纵向坡降,充分考虑河床的冲刷及淤积,防止重复性切滩、疏浚[6].。慎重进行切滩与疏浚,对于河道中的浅滩、深潭、绿洲宜保留,以利于河道水流流态的多样性及生物系统的多样性。河道切滩、疏浚过程中,应分析其对护岸的影响,避免塌岸及对原有护岸结构的破坏,同时对切滩、疏浚产生的废料做好利用的规划,可考虑本工程及附近其他工程的使用,疏浚产生的有毒有污染性的废料应妥善处理,防止二次污染。护岸工程措施包括丁坝、顺坝、防冲护底等,宜采用透水材料如桩式坝、石头坝、毛石坝、抛石护底、柴排护底等。为防止河床下切侵蚀,采用块石、框格、石笼、大卵石、柴排等天然、多孔、透水材料,不宜采用混凝土、浆砌石等对河床进行封闭护砌。根据河道调查的结果,必要时结合岸线恢复河流中的浅滩、深潭、绿洲,深潭布置在河道的凹岸,绿洲的恢复应充分考虑其对防洪的影响,布置在开敞河道处。对于河道中存在影响行洪的障碍物,按照 “谁设障,谁清除”的原则,制定清障实施方案,原则上恢复到设障前河道原貌。

3.4 堤防、护岸

堤防、护岸工程等级及防洪标准、顶高程应根据相关规范、标准确定,体现生态性、景观性、亲水性。堤防材料应优先选用当地材料,优先采用土堤及土、石混合堤。堤防护面、护岸材料不宜采用混凝土、浆砌石等阻断河道与河岸物质交换的渠化、硬化材料[7].,优先采用多孔、透水材料、土工合成材料和自然材质制成的柔性结构,以利于保护河道、河岸的生态系统。若条件有限,采用混凝土、浆砌石等护岸时,应考虑其对河道生态系统的影响,采取有效的补救措施。生态护岸材料优先选用植物、松木桩、黏土护坡、砂砾护坡、干砌石、堆石、野山石、卵石、石笼、多孔隙预制块 (六角空心预制块、荣勋挡墙等)、生态混凝土、柴排、生态土工带、土工织物等,或其多种组合形式。斜坡式堤防采用干砌石等硬质护岸时,边坡坡度不宜大于1∶1.75,植物护坡边坡坡度不宜大于1∶2。

根据平原、山区性河流的特点选择护岸类型。平原河流一般水流流速小,水位涨落幅度小,宜选择植物措施护岸,松木桩、干砌块石、叠石、卵石、石笼土工织物(如生态袋、土工格栅等)及各种组合护岸;山区性河流一般流速大,水位暴涨暴落,宜采用干砌块石、石笼护岸、生态混凝土(预制块、植生混凝土)及各种组合护岸。

河道护岸工程应兼顾改善河道水环境、防止水土流失,为水生植物的生长、水生动物的繁育、两栖动物的栖息繁衍创造条件。同时,不能忽视护岸结构的安全性、耐久性及生态护岸对阻水的影响。

3.5 河道景观设计

河道生态建设时新引入景观应与原有自然景观相融合,保护河道原有的景观特色,维护河流的整体性、连续性与自然风貌的多样性,尽可能保持河道的自然风貌[8].,同时体现地方特色、历史文化和民俗风情。结合景观总体布局及周围环境需要,修建亲水平台,高程宜在正常水位以上0.1～0.5m。设置亲水平台应确保行洪安全、结构安全,亲水休闲景观设施应设置有关安全警示标志、禁入标志、隔离设施等,以确保亲水休闲的安全性。景观护岸坡度大于1∶2且高度大于0.5m时,应设置安全栏杆。修建丁坝、堰坝等水景观工程时,应考虑水生动植物的习性,如植物的耐淹性、动物的洄游等。

3.6 河道水环境

在对河道基本资料分析的基础上,对河道水质环境进行分析[9].。协同有关部门,对排入河道的污水进行处理。根据相关规划,严格控制河道污染物排放和排污口数量,采取截污、减污和治污等措施,改善河道水质。严格按照取水许可制度,控制河道大流量取水,保证维持河道的天然流量,满足河道生态与环境需水量[10].,保证水体的自净能力。河道取水量较大时,应进行科学论证,控制取水比例和不同季节的取水量,保证河流功能发挥所必需的水量。不宜随意切断河道与其他水系、水源的交流。枯水季节,应进行补给,以满足河道生态需水量,必要时采取适当的工程措施和管理措施,促进河道水体流动,尽可能充分利用汛期洪水,实现河道水体的置换,改善河道水质。

结合景观、植物等措施,布置具有提高水体自净能力的沉水植物、挺水植物或采用生态浮岛技术以改变河流水质。在不影响行洪排涝的前提下,采取调整河道水流流态的措施(如堰坝、跌水等),以增加河道曝气,增加河流的自净能力。山溪性河流的城镇河段或乡村河段,可在河道适当的位置设置固定坝或活动坝,拦蓄枯季水流,保持一定水面率,以满足景观休闲、生态环境等功能要求。固定坝或活动坝的设计还应与环境景观协调。固定坝宜采用低矮的宽顶堰,活动坝应考虑放水时下游的安全。

3.7 植物措施

河岸绿化应结合绿化规划、景观规划、工程总体布局,结合护坡措施、水土保持、植物对污染物的降解作用、防护林、护堤林、经济林建设以及区域绿化规划要求等进行统筹安排,提高绿化的综合效益,减少养护管理成本。植物品种的选择应咨询当地生态专家,绿化的草种和树种应具有便于养护管理、适应本地区自然条件、有利于形成良好的自然群落、对工程运行和生态环境无负面影响等特性。河岸带植物布置生物群落的选择应尽量选用当地物种、根系发达生长快,短期内起到水土保持作用,且抗逆性好、适应性广,适宜当地气候和地理环境,繁殖、更新能力强,具有固土、保水、吸湿作用,具有一定的利用价值和经济效益。生物群落结构的优化设计[11].,是生态恢复的关键之一,包括各种群落的比例及数量密度、种群的平面布局、垂直结构,从生物链角度考虑生物的互生共存,其中乔木、灌木的合理配置是核心。根据树种、草种确定种植密度,喜光、速生、干直立的乔木宜稀植,如杉、柏等;喜阴湿、生长缓慢、干形不直的树木宜密植,如马尾松、栎等。一般种植树木,株距为1～2m,行距为2～4m。根据地形、岩土组成、土壤水分状况及侵蚀强度等情况,合理配置植物,建立植物与生态环境水分条件相适应的生态群落,兼顾四季植物及各种植物颜色、形状的搭配。河道两侧的宜林地段,应结合林业规划建设营造绿化林带。保护和保留河道内、河岸带原有的稳定的植物群落,不宜以新植物群落简单替换,也不宜以增大河道过流能力为由进行清除。人工群落应与自然群落相适应,促使植物群落健康、稳定地发展,尽量保持植被的自然特征。原混凝土、浆砌石等硬化、白化堤防在不影响行洪的前提下应采用攀爬、垂挂植物进行绿化。利用植物措施改善生物栖息地和自然景观时,根据沉水植物、浮水植物、挺水植物的生态习性混合种植,高杆、蔓延快的植物(如芦苇等)应控制种植。利用植物进行岸坡侵蚀加固时,可在河岸浅水处种植耐淹树种(如水杉、池杉等),利用其发达的根系稳固堤岸,流水处用草本植物(如野茭白)缓冲水流,增加防洪、护堤能力,在不影响行洪的情况下,河道内的滩地和近岸水域宜保留或种植有利于治污和净化水体的植物,常水位以下配置沉水植物,常水位与洪水位之间配置挺水植物、湿生植物,或自然种植乔、灌木,在常水位至洪水位区域的下部以湿生植物为主,上部以中生但能短时间耐淹植物为主。植物配置种植应群落化,物种间生态互补,上下有层次,左右相连接。尽量利用本土植物,若引进外来物种,需经过调研及科学论证。平原河道可结合景观、水质净化布置生态浮岛[12].。

3.8 河道施工

河道施工优先选用当地材料,重视表土,根据表土性能作为种植土和回填料。尽量避开洪水期和河道动植物生长、繁衍等敏感期,充分考虑其对下游河道水质的影响,尤其是饮用水源保护区、旅游渡假区等。

4 结 语

本文对河道生态建设进行了初步研究,认为河道生态建设首先应重视河道基本资料的收集、整理与分析,既考虑传统水利工程的防洪安全、结构安全又兼顾生态安全、景观安全,使水利防洪、生态、景观三者完美结合,同时从河道岸线、河道断面形式、河床形态及切滩、疏浚等方面对河道生态建设技术进行了初步论述。

有些研究有待进一步补充和完善,如对已受损河道的修复、河道生态需水量等。

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