日本信玄堤周边水制的造床功能及设置方法

许天航 石井信行

(1.陕西工业职业技术学院土木工程学院， 陕西 咸阳 712000；2.山梨大学工学部，日本 甲府 400-0856)

河流地貌系统的各类自然组成要素，是形成水文生态功能的基础，随着河流治理过程中加固堤岸、裁弯取直、修筑水坝等的实施，自然要素连续性的日渐破损和丢失，导致周围生态环境发生巨大的改变[1]，从水工学、生态学、景观工程、环境保护等多学科的角度，系统地研究和整治河流，已经成为当前必须面对的重要课题。

在自然型河流营造工艺中，水制作为河岸的稳固，生态系自然环境的形成及人间活动不可或缺的组成要素，其多方面的功能得到广泛认可[2- 3]。但是，水制的设置方法、水制周围的河床变化、亲水活动和水制的关系等问题仍未研究透彻。本文以日本山梨县富士川水系的釜无河信玄堤一带为研究对象，兼顾水制的景观潜质和水边的人间活动两方面要素，考察了水制的功能，提出了河流治理过程中水制的配置方法[4]。

1 水制的概念及其研究简况

水制是日语词汇(すいせい，spur dike)，是水工设施中的整治类建筑物[5]，涵盖了丁坝、顺坝、导流堤、护底等水工设施[6]。水制从材料、构造、类型、功能及应用领域来看，范围更宽泛，内容更细致，不仅在水工学、土木工程、环境工程的领域广泛使用，而且，在景观工程、人因工程学等领域也广为利用[7- 8]。因此，本文仍使用水制的概念作为文中的中心术语。

在河流的治水和利水方面，日本著名景观学者篠原修，对河流治理中一边倒的功能主义占主导地位的观念提出了批评[[3]，篠原修认为“从功能主义思维方式出发，在河流设置了大量的水利工事，使河流拥有的自然性大量丧失”，他提倡治水中应保留河流原本具有的丰富多样的功能。向井章恵研究了农业排水路利用水制来创造沙洲的形成和控制技术，提倡在农业通水的同时，为生物的产卵及植被的生长生存营造应有的环境[9]。杨佳宁利用水制的景观潜质，从水工学、生态学、景观学的多学科综合视角，提出了水边空间的设计方法[10- 12]。国内许多学者对水制进行了研究，韩玉芳运用动床水槽试验和数值模拟的方法对丁坝的造床作用进行了系统的研究[13]。赵渭军从动床模型试验研究护塘丁坝群促淤护塘效果[14]。王平义研究丁坝附近的压力的分布规律[15]。汤伊琼研究了亲水堤岸景观生态设计的理念与原则[16]。

以上研究指明了利水和冶水应兼顾防灾，交通，休闲，景观，生态，文化价值等“多功能”，河流本身的魅力之一是尽可能接近水边空间的活动。

2 河川调查的实施

实地调查对象是日本一级河流富士川水系的釜无河，对象区间是信玄堤左岸15km的范围(如图1所示)。笔者曾在山梨大学读硕士，研究内容是作者硕士论文的一部分。

图1 河川调查区间

河川调查主要包括河道、水制、洪水及人间活动等四大部分。

河道基本特性的调查包括:河流的平均规模，河宽，水深、梯度，河床材料，沙土的形态和其颗粒度， 河道沙洲分布情况等。

洪水的调查包括：近5年洪水的发生次数、规模、水位变化，防洪工事物的设置等。

水制的调查包括：水制设置的地点、类型、数量、材料、水制周围的水流、泥沙堆积、洪湖水前后的形态、水制周围的人间活动等。

人间活动的调查包括:居民的水活动(戏水，接水)，接水路径，沿交通轴线的移动(散步等)，汇聚点及停留地)，娱乐休闲等。

3 河川调查结果

3.1 河道概况及水制设置

釜无河位于富士川的上游，全长68km。在山岳区间，呈现出自然丰富的溪流景观，信玄堤周围河床平均梯度，I= 1/200，平均河面宽b= 400m；河道中轴线与上流部有15°左右的弯曲。河岸斜坡采用绿草护岸，河堤局部采用积石护岸。

信玄堤附近设置有18座水制，其中有14座圣牛水制(如图2所示)，有4座砌石水制(如图3所示)。平水时期间(平常不发洪水，不干涸的时期)河水流速缓慢，洪水时期河水流速快。信玄堤与周边环境自然融为一体，形成了自然的生态公园。

图2 圣牛水制外形

图3 砌石水制外形

3.2 沙洲的调查

信玄堤附近沙洲的形成，有两个因素。一是由河流自身条件形成的沙洲，另一个圣牛水制的设置形成的沙洲(如图4所示)。釜无河具有大比值的河面宽与水深比，在这样的河道上，横跨方向设置了2～5座的复列圣牛水制，水制的设置给其周围沙洲的形成创造了条件。

图4 圣牛水制周围的沙洲

图5 砌石水制周围的石滩

3.3 洪水引起的水制周围面积的变化

经过沙土移动性能指标的计算[4]，依照沙土移动量的多少对洪水规模进行分级。当深度h>2m称为中等规模洪水，深度h>1.5m的称为小规模洪水。在釜无河调查的8个月里，中等规模的洪水发生了2次， 小规模的洪水发生3次(1.5m以上的期间表现)，洪水引发的水制周围的面积变化如图6所示。

图6 水制周围沙洲面积的变化

3.4 人间活动的调查结果

信玄堤周围的人类活动的类型有：戏水活动(具体形式为浅水处的游泳，水里行走，接水)，停留点活动:(具体形式为读书，交谈，思考，休息，垂钓，小组聚集，集团集会)，移动(具体形式为:沿着河岸散步，穿行在岸边,绕着岸边跑步)，眺望:(具体形式为眺望对岸，眺望河流上游，眺望河流下游。)

水制周围人间活动的类型:围绕疏笼水制的戏水，圣牛水制周围的接水活动， 小圣牛水制周围的小组活动和接水活动，低水位时圣牛水制周围的沙滩漫步[4]。如图7所示。

图7 信玄堤一带的人间活动掠影

4 水制的设置提案

通过河川实地调查可知，水制配置得当有利于沙洲形态的调控及足场的形成。另外，信玄堤附近的亲水活动占人间活动26.6%，人间活动的足场范围有待于进一步扩大。根据信玄堤一带已有水制之间间距，参考河道弯曲度，河床材料及护岸护及水流实态，为了扩展亲水活动空间的足场范围，本文提出新的增设水制的方案。

如图8所示，在圣牛的上流区间配置向上淹没型水制3枚， 水制的高度不妨碍视线，形成线性的排列，在下游有显著的沉积形态；第12圣牛水制附近设置了石砌水制1枚，水制外凸形状，能确保水制的足场功能。信玄桥下面的河床为沙粒卵石结构，不能承受过度的打压，桥墩水里部若配置水制，水制端部位置可能引起河床洗掘，也会造成桥下流水不畅，而且，信玄桥附近水制水制与周围自然景观的贴合性不佳，因此，信玄桥下保持原有状态。

图8 水制设置提案

5 结语

研究了以水制为中心的河流整治物的设置及利用情况，从水理学和河川工学融合的角度，对水制与河道形状、水制引起的微地形的变化等进行了实地调查，把握了水边人间活动与水制的关系。期待在今后的河流治理中克服一边倒的功能主义占主导地位的观念，还原河流防灾，交通，旅游，休闲，景观，生态，文化价值等“多功能”原貌，促进河道的水文、生态良性循环，为人类活动营造更多的舒适空间。