城市河道整治控制要素及生态护岸结构探讨

任贺靖

（上海市水利工程设计研究院，上海 200061）

城市河流在城市形成和发展过程中具有重要的地位和作用，作为重要的资源和环境载体，直接影响着城市的生存与发展。然而，随着城市化进程的加快，土地开发建设与水争地的矛盾日益突出，河网密度、河流长度及水系弯曲度均减小，使本来连通的水系遭到严重破坏，严重威胁着水生态系统［1］。与此同时，人们对城市河流进行了多目标、全方位、大规模、高频次的干预，如裁弯取直、河道横断面几何规则化、河床材料的硬质化等工程措施，使得水体流速加快、底质单纯化，致使大多数原生动植物无法生存［2］。

随着经济和生活水平的提高，人们对河道整治提出了新的要求，不仅需要与周围环境相协调的河道景观，而且需要河水清澈见底、鱼虾洄游、水草茂盛的自然生态景观［3］。因此，根据城市经济发展对河道整治提出的新要求，在充分吸收国内、外河道整治及生态修复方面经验的基础上，分析河道整治的控制要素。

1 河道整治控制基本要素

1.1 水网密度

合理的水网密度不仅有利于城市防洪排涝，更有着改善城市水环境、调节城市小气候、增加生物多样性等多种生态环境效应。因此，在城市河道综合整治中必须明确水网密度值，确保水系结构不致过于简单，保障河流生态系统健康发展。水网密度的确定可以参考《生态环境质量评价技术规定》选用水网密度指数［4］，该指数用于反映被评价区域水的丰富程度，指被评价区域内河流总长度、水域面积和水资源量占被评价区域面积的比重。

1.2 水面率

保持一定的水面率对于城市的防洪排涝建设、河流生态功能及景观效应等都具有重要的意义。各地因所处的地理位置、水文条件各异，适宜的水面率也各不相同，而水面率的定量计算是一项十分复杂的系统工程，目前河道的生态、景观等功能因国家和地方缺乏相应的规范难以定量计算，故选择国家和地方均有明确规范的河道排涝排水要求作为水面率计算的依据［5］。

1.3 水位控制

水位控制对于城市防洪、通航、水上活动和滨水景观至关重要，城市中可以通过建设水闸调节水位，修坝以蓄水，通过蓄、排手段让河水保持在适当的水位升降幅度内。河道整治中应明确水位控制的要求并提出水位控制的方法和措施，使高、低水位的高差控制在1m之内，河、湖的常水位与岸线地面高差控制在0.3～0.8m为佳，使常水位时手脚能触及水，高水位时水不漫上岸，低水位亦可通过3、5级石阶接触到水面［6］。

1.4 水体最低流速

引江济太的实践经验表明，受水区水体流动速度加快、水量增加，水体的稀释和自净能力提高，水体水质明显改善，因此水的流动性对于维持水体的正常功能具有重要意义。当水体流速达到0.09m/s时，就不会孳生蚊蝇。在城市水体中，由于受人为影响和地形的限制，水流速度一般不会很大，通常选择0.1m/s作为河道水体最低流速的参考值。

2 断面形式选择

为维护水生态系统，应根据不同的河道功能要求采用不同的断面形式。河道的断面形式主要有U型、梯型、矩型及复式断面［7］，其中U型断面是最原始的断面形式；梯型断面是城市中比较常见的一种人工开挖的断面形式，当河道洪水位和枯水位相差较大时，景观效果较差，影响城市的总体景观；矩型断面在用地紧张的城市中最为常见，但该断面护岸均为硬质化；复式断面是城市河道中较为理想的断面形式，主河槽采用较小的宽度，保证枯水期有一定的水深，主河槽两岸的滩地在洪水期间行洪，平时则成为城市中理想的开敞空间，具有很好的亲水性和临水性，该种断面不仅考虑了洪水期过流量大的要求，而且又能适应枯水期流量小的特点。

3 河道护岸结构形式

为了防止洪水对河岸的冲刷，保证岸坡及防洪堤脚的稳定，通常对河道的岸坡采用护岸工程进行保护。河道护岸主要有硬质型护岸和生态型护岸两种形式。护岸形式的选用应综合考虑防洪要求和景观生态要求，做到既能保证河道防洪安全，又能促使滨水区生态可持续发展。

3.1 硬质型护岸结构型式及其影响

常见的硬质型护岸主要有浆砌石或干砌石护岸、现浇或预制混凝土护岸及土工模袋混凝土护岸等［8］。硬质型护岸主要考虑的是河道行洪、排涝、蓄水、航运等基本功能，因此护岸结构都比较简单且坡面比较光滑、坚硬。

由于硬质型护岸破坏了水土之间相互作用的通道，隔断了水土之间的联系，给生态环境带来了许多不利的影响［4］。如浆砌石、混凝土砌块等形式的坡面一般都很光滑，鱼类、两栖类、昆虫类等与人类生存息息相关的动物和微生物失去了栖息、繁衍和避难的场所，各种水生植物也失去了生存的空间，水体的自净能力也被大大削弱；硬质型护岸的坡面上几乎无法生长植被，使陆地与水体之间失去了一道天然屏障，来自面源污染源的污染物很容易进入水体，进一步加重了水体的污染负荷；此外，硬质型护岸人工痕迹过于明显，与当前人类“回归自然、返朴归真”的观念相违背，对周围气候环境、城市景观环境及人类感观等均产生负面影响。

3.2 生态型护岸结构形式内涵

大多数人认为在边坡上种植植物就是生态护岸，而真正意义上的生态护岸应是一个完整的生态系统，不仅包括植物，还包括动物及微生物，系统内部之间及系统与相邻系统（如河流生态系统、陆地生态系统等）间均发生着物质、能量和信息的交换，具有很强的动态性。

生态护岸应在保证边坡稳定的基础上，以营造边坡的生物多样性为目标，在水、土、生物之间形成物质、信息和能量的循环体系，通过良性的循环，进行自组织和自我修复，使护岸不仅具有景观效果，还能修复受污染的河流水体，提高河流的自净能力，从而为城市河流生态系统的健康提供保障。因此，生态型护岸的内涵应是基于现代水利工程学、环境科学、工程力学、生物科学和景观生态学等学科的基本原理，利用植物与工程材料相结合，在边坡上构建具有生态功能的护岸系统，通过生态工程的自支撑、自组织与自我修复等功能，实现边坡的抗冲蚀、抗滑动和生态恢复，以达到减少水土流失，维持坡面植物生存环境提高坡面动物和微生物栖息地的质量，营造生物多样性，提高河流自净能力，改善人居环境等目的［9］。

3.2.1 生态型护岸结构形式

3.2.1.1 植物型护岸

植物型护岸是江河湖库生态型护岸中比较重要的一种形式，如竹林、水杉护岸等。充分利用护岸植物的发达根系，茂密的枝叶及水生护岸植物的净化能力，既可以达到固土保沙、防止水土流失的目的，又可以增强水体的自净能力。同时，岸坡上的植物所形成的绿色走廊还能改善周围的生态环境，为人类营造一个美丽、安全、舒适的活动空间。

3.2.1.2 动物型护岸

动物型护岸是通过对萤火虫、蜻蜓等昆虫类和鱼类生理特性和生活习性的研究而为其专门设计的护岸。该护岸结构有利于提高生物的多样性，同时，也为人类休憩、亲近大自然提供良好的场所［10］。

图1 萤火虫护岸

（1）萤火虫护岸。萤火虫护岸是通过对萤火虫生理特性和生活习性的连续性研究，得出最适宜萤火虫生存的环境条件，再将其与护岸构建结合起来的一种新型护岸技术。萤火虫在水中生活时对水流速的要求是30cm/s以下，因此，在构建时一般采用蛇形低水护岸，蛇形可减缓水流流速；坡脚可用木桩加固，其粗糙的表面可为水生生物的栖息提供有利的场所；低水位坡面部分采用石头堆积、石缝间可种植萤火虫喜爱的水芹、艾蒿、垂柳等水生植物；高水位坡面部分可采用卵石垒砌，卵石是萤火虫最钟爱的水上栖息地，如图1所示。该护岸结构充分考虑了萤火虫的生存环境，也为其他动物和水生生物营造出了舒适的环境条件。同时，护岸上动物、植物交相辉映的场景也可成为城市亮丽的风景线。

（2）鱼巢护岸。 鱼巢护岸结构以营造鱼类的栖息环境为护岸构建考虑的主要因素。在护岸材料上选用鱼类喜欢的木材、石材等天然材料，以及专为鱼类栖息而发明的鱼巢砖和预制混凝土鱼巢等人工材料，这些材料的使用可在水中造成不同的流速带，形成水的紊流，增加水中的溶解氧，有利于鱼类和其他好氧生物的生存，既能保证护岸的稳定性，又能为鱼类提供栖息和繁衍的场所。鱼巢护岸断面如图2所示。该护岸结构有利于增加河流生态系统的生物多样性，提高水体的自净能力，碧波荡漾、鱼儿欢娱的场景也满足了景观要求。

（3）木材护岸。木材护岸采用各种伐木材为主要护岸材料。木材可根据需要制成各种形状，一般与石材搭配以增强岸坡的稳定性。此外，木材粗糙的表面可附着大量的微生物，起到净化水质的作用。木材护岸断面图3。

图2 鱼巢结构断面

图3 木材护岸断面

（4）石材护岸。石材是大自然中存在最多的天然材料，在护岸工程中，石头可以无规则地堆放，也可以有规则的堆砌，可以放置在石笼中再堆砌，也可以与水泥混凝土混合垒砌。石材护岸具有成本低廉、来源广泛、抗冲刷能力强、经久耐用的特点。此外，其粗糙的表面还可为微生物提供附着场所，石与石之间也可为水生植物和鱼儿等水生动物提供生存、栖息的空间。

（5）蜂巢格网护岸。蜂巢挡墙和蜂巢护垫是由六边型机将网线编织成蜂巢格网，格网内填充石头，再按照工程要求垒砌而成的结构。蜂巢格网采用的钢丝由锤炼过且经过热镀锌的软钢制成，并由机器编成双绞、六边网型结构，格网内填充适当尺寸的毛石或刚从采石场取得的粗石。该种护岸在欧美国家得到了广泛应用，国内部分地区也进行了尝试，正在逐步推广。

（6）台阶型混合式护岸。在水位多变的滨水区域，在自然型护堤的基础上，依据当地水位变化的实际情况可以建设梯级型护岸，使用钢筋混凝土等高强度材料，制成箱形框架，并在其中投入石块、泥土，种植水杨等，形成较好的植被景观［11］。

4 结语

现代城市河道整治建设中，河道景观的建设及水生态的修复已成为行政管理部门和普通市民的共识，这不仅需要水利工程学与城市规划学、园林学相结合，还需要运用环境科学、生态学及生物科学的理论和方法，多吸取国外城市河道生态建设的有益经验，才能达到生态恢复和重建的效果，从而保持城市生态系统的健康，促进城市人口、资源与环境的协调、有序、可持续的发展。

［1］Christopher J.Walsh.Urban impacts on the ecology of receiving waters：aframeworkforassessment，conservationandrestoration.Hydrobiologia，2000.

［2］董哲仁.水利工程对生态系统的胁迫［J］.水利水电技术，2003（7）.

［3］季永兴，刘水芹，张勇.城市河道整治中生态型护坡结构探讨［J］.水土保持研究， 2001（4）.

［4］王超，王沛芳.城市水生态系统建设和管理［M］.北京：科学出版社，2004.

［5］陈庆江.上海城市化地区最小水面率及其保护对策研究［D］.南京：河海大学，2003.

［6］童宗煌.城市滨水环境规划设计若干问题初探［J］.现代城市研究，2001（5）.

［7］孙大勇，黄时锋.浅谈生态景观型河道横断面形式［J］.水利科技，2005（1）.

［8］谢三桃，朱青.城市河流硬质护岸生态修复研究进展［J］.环境科学与技术，2009（5）.

［9］汪洋，周明耀，赵瑞龙等.城镇河道生态护坡技术的研究现状与展望［J］.中国水土保持科学，2005（1）.

［10］陈菁.胡正平.经济发达地区水利发展模式［M］.郑州：黄河水利出版社，2007.

［11］俞孔坚.足下的文化与野草之美——中山歧江公园设计［J］.新建筑，2001（5）.