基于近自然河川治理理念的城市河流治理设计研究

才克宁

(凌海市水利事业服务中心，辽宁 凌海 121200)

0 引 言

河流与人类社会发展密切相关，它是维持生态平衡以及组成景观体系和生态系统的重要内容，河流生态整治与环境修复对促进城市生态建设发挥着重要作用[1]。避免或减轻洪涝灾害给生命财产带来的损害为过去城市河道治理工程的主要目标，因此减少河道内植物量、高筑河堤、砌石护坡、裁弯取直和拓宽河道等为传统的河道治理工程措施，尽可能的增强河道的行洪能力。然而河流作为自然元素和景观组成，在生态系统中占据着重要地位，具有提供休闲娱乐场所、美化环境、调节小气候及创造水生生物生境等生态服务功能[2]。随着人们对河道景观、文化生活、生态环境要求的不断提升，综合考虑各种生态服务功能的河流整治与环境修复越来越引起人们的重视。

1940-1950年代，德国最先提出了以接近自然河流为标准的河流建设与规划理念，这也是“近自然型河流”的发展起源。随后，许多国家反思了河道整治工程对河流自然环境的破坏作用，并实施了以回归自然状态为目标的河道整治再改造工程。通过采取增加河滩面积与河边湿地、维护生物多样性、恢复河岸水边植物群落以及修建生态河堤等措施，保证城市河流的行洪排涝、水资源供给、生态环境安全和水清岸绿景美目标的实现，这是未来河流整治与环境修复的必然趋势。虽然，对于近自然河流治理目前还没有形成较为系统、成熟的理论方法，但在保护河道生态环境和维护河流多样性等方面研究学者的认识基本一致[3-5]。流域生物群落多样性以河流形态多样性为基本前提，在河道整治和环境修复中具有重要作用。其中，是否将未来河道形态融入到河流整治设计中直接决定着修复工程的成败。

因此，文章结合河道形态设计在城市河流治理中存在的主要问题，从河床形态多样化的角度归纳了平面形态与河道断面设计的原则，将现有城市河流按照治理程度的不同进行分类，通过营造自然的河流形态以及设计不同形态的改造方案，逐渐恢复河流生态系统，力求满足人们对滨河宜居环境、人文景观的亲水要求，保障城市可持续发展和河流生态系统的良性循环[6]。

1 城市河流文章治理现状

1.1 河道硬质渠化治理

现代城市河流的典型特征为人工化、河道渠系化，长期以来为增强河道行洪能力和防御城市洪水安全，对于城市河道的治理往往强调最大输水能力和最佳水力半径，将河岸、河床硬质渠化，河流裁弯取直[7]。这些工程治理措施主要强调农业灌溉、航运通行及洪水排泄等基本功能要求且河道结构形式单一，虽然看上去能够使得河道景观干净、整洁，但完全忽视了河流的多种社会服务功能和生态系统的完整性特征。受人类活动干扰河流的自然形态和生态景观功能逐渐消失，人水关系疏远，留下的仅仅是笔直的岸线和高大的防洪墙。

1.2 不良生态效应

不断的发展变化是自然河流存在的必然属性，自然生态系统在河流形态完全固定影响下发生显著改变，产生的不良生态效应如下：

1)自然多样性逐渐消失。实践表明，完全固定的河流形态使得城市河流的河间带、岸线形态、河床组成、河床形态等自然多样性逐渐消失，从而改变了多样的水流条件。浆砌石或混凝土覆盖了原本活跃、丰富的生命体系，单调硬质的岸坡不仅对生物栖息地产生破坏作用，而且阻碍了地下水的补给和水陆系统之间的联系[8]。特别是北方地区，河岸、河床在枯水期完全裸露，河流断流、生境僵化和栖息地被完全破坏的现象较为常见。

2)割裂生态系统。水生生态系统、河间带和河岸为河流生态系统的基本构成，三者之间的物质能量交换主要通过径流的自然水文过程实现，从而保持生态系统的良性循环。然而，硬质化后的城市河道成为由两侧河岸、河底组成的独立体，导致水生生态系统、河间带、河岸三者之间的连续性被彻底切断，宽阔平坦的河床在枯水期裸露在外而汛期水流集中在硬质岸坡内，水陆系统之间的联系被完全阻断。

3)生物栖息地破坏。微生物、水生动物一般生存在草丛间、河湾处，然而原本属于生物的河流因密不透水的岸坡和平坦笔直的河堤砌石不复存在。微生物、水生动植物因失去了赖以生活的河岸、河床和能量物质交换的通道，无法在水流中实现种群的繁衍生存而逐渐消失；被混凝土或浆砌石覆盖的河间带丧失了蕴育生命的能力，河流生存发展的空间遭受破坏；由于无法获取河流的能量补给河岸带生物的生存能力不断下降。

2 近自然治理断面的形态设计

硬质渠化改造后的城市河道使得水流无法自由发展，被束缚在河道内的水流其营造丰富生境的能力显著降低，且河流自然原貌的恢复以及混凝土、砌石护岸的拆除往往需要相当长的一段时间。在此条件下近自然河流治理应尽可能的丰富河道断面形态，通过采取生态工程措施恢复河流自然环境和物种多样性。目前，可将我国城市河流依据治理程度划分为已经硬质化完毕的河段和规划整治的河段，对此需要对已整治的河道实施再次生态改造和以先进理念指导规划生态河道断面[9]。

2.1 断面设计原则

河流中丰富的地貌，如积水沼地、三角洲、河漫滩、阶地、浅滩、深滩及曲流等构成了多样的河流形态，由此形成的多种生态因子异质性丰富了河流生物群落多样性，如河床材料构成、水深、流速和流量等造就了生境多样性。在多种因素的综合影响下河流生态系统不断被破坏，其中河流形态多样性的消失是引起城市河道环境恶化的重要因素之一。重新丰富河道形态是恢复河流自然特性的关键环节，因此近自然河流治理应在满足城市防洪要求的基础上综合考虑人文景观、河流生态、文化生活等功能需要，在河道断面设计过程中营造多样性人水相亲的水边空间和生物栖息环境。

近自然河流断面设计应遵循的原则如下：形成深滩、浅滩形态确保水陆之间的过渡带；河床宽度适中，不固定河床；为了使河流拥有一定的摆动幅度应尽避免修建水流浅平的矩形断面；横断面图不设计成直线形，更加重视河流占地窄小区域的水边多样性。

2.2 规划整治河段

规划整治河段一般位于尚未完全城市化或城市外围的曲线，在分流城市洪水中发挥着重要作用。由于这些河段尚未实施渠化治理工程，所以河流的自然特性还未完全失去。在保证泄洪断面的基础上充分利用河流的自然形态，在整治过程中设计近自然断面形式。

1)断面设计遵循河流自然演变规律。天然河流的河床形态与水流过程之间具有密切相关，由于河床组成物质的各异性和水流过程的千差万别才形成了多样性的河流生境，从而为生物多样性营造良好的环境。因此，恢复水流的造床功能可作为近自然河流治理的一项重要内容。多年流量过程的综合造床作用与河床演变学中造床流量的作用基本相同，可在近自然河流设计中引入造床流量这一新的概念。河道边滩高程可通过合理选择造床流量这一变量来确定，然后采取人工措施营造边滩高程以上区域的河流景观，在符合城市防洪的断面内塑造边滩高程以下的河流形态，最终在长期的天然水流过程作用下实现自然河流断面的塑造。

可将湿地公园布置在河道汇流或下游区域，以自然宽浅作为河道断面的主要形式，低水时草木茂密、洲滩毕现，高水时水流漫溢。由此以来，城市汛期排水的雨水就可以停留在湿地内，湿地不仅能够发挥净化水质和利用雨洪资源补给地下水的功能，而且可大大减轻城市汛期泄洪压力。另外，将河流廊道与湿地公园相结合还可共同组成岸绿、景美、水清的城市景观。

2)增加断面类型。水域环境中深滩、浅滩处于必不可缺的基本条件，由于水流急浅滩河床多分布着有助于藻类生长的石子。浅滩的细沙在湍急的水流作用下被冲走，从而使得砾石在河床上的空隙很大且呈悬摆浮搁的分布形式，这就为附着藻类、水生昆虫等创造了良好的栖息条件，同时可吸引相应的鱼类捕食。深滩的泥沙容易淤积且水流相对缓慢，对于藻类的生长产生不利影响。然而水生昆虫、藻类等生长于急流浅滩中的动植物被冲入深滩后也就成为了各类生物的觅食地，并且深滩可为躲避捕鱼、幼鱼成长和鱼类休息等营造生长活动空间，同时为鱼类的越冬提供栖息地。

浅滩和深滩是构成生态环境多样的自然河流的基本要素，而且缺一不可。因此，自然河床的创造应结合河流流量、河床构成及河床比降等因素。通过修建形状自然的河床可形成自然的河滩、水边，然后开挖河道构成多种形式的浅滩、深滩水流。

河流的自然演变存在着独特的变化规律，河床的建造不能完全设计为曲线或直线。因此，河床的走向不能采用水边固定的方法在一开始就确定，要预留发展空间并依据河流演变特性，因势利导的逐渐构成稳定天然的河床。

2.3 已硬质化河段设计

目前，我国许多城市的河流基本已完成综合整治，应充分考虑河流的现状条件设计近自然河流治理方案。有些河段的硬质河底在水量较小时完全裸露，河道治理防洪断面宽阔且河流生态系统被破坏，再次实施生态化全面治理在短期内难以实现。

对于此类河流应结合河道疏浚要求和原有整治工程现状，采取生态工程措施改造河底。通过少量挖槽或疏浚处理能够在现有枯水期弯曲水流形态下就弯或在笔直和槽内形成弯曲子河槽，在保留水岸过渡带淤积泥沙和部分河道内淤积体的基础上进行清理维护，辅以绿化、规整、植被种植等措施，丰富河道水流形态和净化河流水质环境。由此以来，不仅可减少河道治理的工程量，而且可恢复河流自然环境和生态功能，形成近自然河流。将多种草皮种植在河槽内滩地裸土和岸坡上，从而实现绿化枯水河槽、无水绿景美和有水水景美的生态景观。

另外，对于以矩形或梯形防洪断面为主的穿过城镇的河流，由于受岸坡空间和洪水设计流量略低等条件限制，城镇河道设计通常窄深。考虑到防洪断面过流能力通常大于常流量，可采用生物材料以常流量为基准在河底设置子河槽系统。将森林公园规划和岸上绿化带相结合，采用绿化混凝土、生态砌石护岸等材料修建生态型河道。

许多城市中心区河流需要维持一定的景观水面积，河道一般较窄且已基本完成整治改造，因此自然形态的河流改造往往存在较大的困难。短期内为增强河流生态功能，可采取增加植物品种、维护及修建沿河生态绿化等措施。

3 城市河流近自然平台形态改造

由于城市河流比较注重满足防洪安全的要求，因此其平面形态通常束缚于河堤之中，且以顺直为主。而在蓄水性方面曲折蜿蜒的自然河流具有明显的优势，一方面可为水生动植物营造良好的栖息地环境，另一方面提高水生物种多样性和保障生态系统完整性发挥着重要作用。河流生态修复以近自然河流和恢复河道自然特征为目标，不仅有助于提升河流的人文景观欣赏功能，而且可恢复河流的自然环境，实现水流气候在小系统内的自我平衡。

3.1 平面形态设计原则

主要考虑如下两方面内容设计河流平面形态，①在生态用水紧张和保证河道行洪安全的基础上，设计弯曲稳定的河型满足景观需求，通过形成常水位子河槽提高河流的景观功能；②为维持河流水生态系统的良性循环和自修复目标，采取多样的断面设计形态丰富河道的生境。

应遵循如下几方面原则设计河流平面形态：尽可能的保持河流平面形状的蜿蜒曲折性，充分利用河流自然走向形成深滩、浅滩交替的平面形态；尽量保留河畔林、深水潭，在平面设计中尽可能的纳入沿岸滩地和原河床；赋予河流适当的塑造空间，近可能的保证河道用地宽度。

3.2 平面形态改造设计

城市外围河流一般尚未全面治理，布局河段自然弯曲而总体平面形态较为顺直。充分考虑河道现状形态特征采取连通水体或鱼塘措施，在河道内形成开阔的水面；另外，还可建设湿地改善河道景观与生态环境。采取浅滩、深滩相间的措施将防洪河槽建造成弯曲河道形态，在半径和弧长上弯道也用有所改变，在达到防洪安全标准的条件下创造生物多样性亲水空间。

对于已整治的常流量较小的城区段河流，应结合防洪河槽宽度要求和前文断面设计方法，将常流量子河槽布置在防洪河槽内形成边滩、浅滩、深滩交错布置弯曲多变的自然形态。可采用干砌石整治岸坡，在石块缝隙中填入装土壤的草袋，通过创造河流自由塑造空间形成富于变化、出入微小的自然河流形态。

4 结 论

城市河流生态系统在人类非理性整治影响下被严重破坏，河道硬质化、笔直化改造不仅割裂了水陆系统之间的联系，切断了水流生态系统的能量物质交换，而且侵占了水生动植物的栖息地，在很大程度上抑制了生境多样性的形成。

近自然河道形态设计应在防洪河道内不固定河床，尽可能创造多样性平台形态和断面形式，充分利用现有条件使河流拥有摆动空间；注重河道岸坡植被、水边空间、滩地及河槽的保护，采取弯曲子河槽开挖措施达到河道形态多样的目标。城市河流形态的具体设计应依据防洪断面宽窄差别，考虑生态景观功能和河道防洪要求，结合河道治理程度实施常流量子河槽形态的多样性设计；对于已完成硬质化整治的河流，可采取岸坡绿化改善滨水生态系统或营造深浅相间的弯曲子河槽措施。