河道整治工程对河流生态的影响及对策研究

王 兴

(北票市水利规划勘测设计院，辽宁 朝阳 122100)

0 引 言

我国水利事业的快速发展，在很大程度上带动了航道疏浚、河道整治工程的不断发展。准确掌握河流生态环境对河道整治工程的响应，应用新型生态工程材料满足生态需求的治河理念，对构建人类与河流新型和谐关系极其重要。赵银军等通过研究河流多样性地貌特征，给出了修复水生态的方法；徐江等以深滩为例，探究了山区河流阶梯稳定河床的作用及其响应生态的功能；董哲仁等探究了生态效应与洪水涨落之间的关系[1,2]。鉴于此，文章通过分析河流生态系统对河道整治工程的响应，从生态和谐的角度提出行之有效的整治对策。

1 河流生态环境特点

支持生物生存的非生物环境(生境)以及分解者、消费者、生产者(生物)是保证生态系统完整性的两个必备条件，故河流生态系统也要有相同的组成结构。生物、生境以及河流形态多样性为河流生态系统特点的主要体现，为满足行洪、灌溉、航运、供水等要求，在河流上修建的各种河道治理工程，直接影响着河流边界条件。在发挥导控泥沙、水流功能的同时，工程对河流生境多样性和河床自然演变也会带来极大的干扰，并在一定程度上阻碍河流内的能量、物质交流，对水生物种以及生态多样性造成影响[3]。

1.1 河床边界的环境特点

河流生态系统与周围陆地之间的联系非常密切，水域与陆域系统之间的能量传导、物质交换持续不断的进行，故属于一种动水生态系统[4]。水陆交汇面(河床)的异质性较高，较单一的生存环境河床边界周边的环境明显更优，其具有更为丰富的生物群落。在水陆交界处生长着陆生、沉水与挺水植物，栖息着两栖动物、迁徙鸟类、鱼类及水禽。

河流与滩地间的物质交换，汛期洪水的漫摊效应发挥着巨大作用，主槽水位在洪水来临时上升，洪水携带的鱼类、微生物及悬浮物或溶解质等大量有机和无机营养物质漫流进入河滩；昆虫、种子、果实、植物茎叶为淹没范围内的进摊鱼类提供食物，而水鸟、陆生和两栖生物的食物来源于浅滩鱼类，残枝落叶、植物根茎被藻类与微生物分解，而幼鱼与小型水生动物又以微生物为食；洪水退去后洪泛区陆域植物，其养料补给来源于水体中携带的腐殖质和泥沙，而滩区水流又携带陆生生物腐殖质回归主槽；洪水涨落存在类似于风向标的信息流功能。迁徙动物的行为特征、陆生生物与水生动物的繁衍、鱼类产卵与洄游、鸟类迁徙等活动与洪水涨落密切相关，自由漫滩洪水为洪泛区一些植物发芽和种子传播提供条件，种子在洪水回落、上涨过程中落淤萌芽和传播。

1.2 不同河流形态的环境特点

1)河道纵向形态。冲击性河流一般存在蜿蜒曲折的自然属性，弯弯曲曲的河流为非生命物质、水生生物生存提供了有利的时空转换条件。针对河道形态，其自然条件下的演变周期为“趋弯→取直→趋弯”。蜿蜒的河流促使河道内出现多种水流现象，如环流、缓流、急流等，交汇的各种流态又形成复杂的跌水、旋涡等流态，对促进垂向与平面上紊动水流中各种物质的交换、传递这些复杂流态发挥着积极作用。上层水体中鱼类和鸟类排泄物、落入水面的落叶等有机物进入下层水体后被微生物分解，而下层经过微生物分解的床面营养物质又被带入上层水体，从而为生态系统能量交流和浮游生物生长提供“养分”。

2)河道横向形态。对于深槽与浅滩交替分布的天然弯曲河道，其深槽有利于保护河床、维护水道、消耗水能，河道纵比降调整的节点为浅滩洪冲枯淤。含氧量高、光照充分的浅滩水体适合水生动植物的生存，并为两栖类、鸟类等动物提供适宜的栖息地。分解与存储有机物的区域以深槽为主，微生物能够分解有机物并提供维持生态系统的营养物质。深水提供的自由广阔空间适合鱼类的生长，因光照、温度等环境条件沿水深方向存在明显差异，为形成多样化动植物群落创造有利条件。

2 河道整治工程的影响

2.1 护岸护滩工程

修建的护岸、护摊工程有利于稳定河道边界和保护滩地，一般将边坡利用刚性抗冲材料固化，这使得边界物理形状和生境条件发生较大变化，对河流水体与原有河床土体的联系起到阻断作用，水陆系统之间出现阻隔[5]。堤防的修建具有保护滩地的功能，同时也会给洪水的自然漫滩带来阻碍，生态系统的能量流通功能和漫滩洪水的物质信息交换能力大大减弱。

一般地，天然河床由黏土、沙土、卵石和砾石等组成，其不同粗细程度的泥沙能为鱼类产卵提供场所，并为小型水生生物、微生物提供良好的栖息地，对于周边水系的联通透水性也发挥着积极作用。然而，对河床硬化处理的河道整治工程，大大降低了河床的过水性与多孔性，河流对地下水的纵向补充和沼泽土壤、湿地的横向扩展起到阻断作用。所以，河床硬化处理严重破坏了周边动植物的生存环境，由于生存条件的改变许多物种甚至消失不见，河流生态系统整体受到较大影响。因河床、边坡、河岸的硬化使得微生物的生存与交换环境出现变化，鱼类产卵场所及食物来源受到破坏。

2.2 河道形态整治

1)河流的纵、横断面形态。河流生态系统受河道整治工程的影响主要体现在：①河道渠划、边岸固化，对“趋弯→取直→趋弯”的河流自然演变趋势产生影响；②工程上、下游河势变化受整治工程控导水流的影响；③自然调整的冲积河流横断面受几何简化设计断面的限制显著。

2)护滩和护岸工程一般利用混凝土块、块石等耐冲蚀材料，这对河流趋弯取直和自然演变属性产生影响；为保证航运安全有时使河道渠化整治，有的裁弯取直整治工程大大改变了河流坡度和纵向形态，河流趋直使得其蜿蜒的基本特性受到限制。此外，流态单一河流，其复杂的流态受传统整治工程消失不见，空气与水体间的交换明显减弱，各种物质在水体内的时空交换功能下降。

3)为增强河道的通航功能，航道整治工程通常以几何规则形式(如梯形)改造河床断面；对深滩、碍航的浅滩采取抛石处理、疏浚开挖等措施，从而改善流态。河床形态经硬化处理后更为单一，虽达到通航要求却严重破坏了河流生境多样性；另外，硬化处理后的边坡、河岸、河床，破坏了迁徙鸟类的亲水环境、鱼类产卵以及食物来源场所，微生物生存和交换的空间环境也发生了极大的改变。

4)生物多样性。河道整治工程明显减弱了复杂涡旋、急缓流交汇和回流功能，河岸硬化、河流纵坡趋缓以及护滩工程，在一定程度上阻碍了滩槽水沙交换和洪水漫摊效应。实践表明，传统河道整治降低了河流生境多样性，其影响生态系统的范围较广。河道整治工程实施后，只能在小范围内实现河流的能量交换与物质交流，而与周边生态环境的物质交换则难以实现，这大大降低了生态环境的异质性，增强了生物链的脆弱性，一旦某个环节断裂将打破整个生态系统的平衡。

3 影响对策

3.1 适度的河道整治

流域孕育河流、承接雨雪，河流则为流域输送各种养分、泥沙、水流，带来滋润万物的水体，因此流域与河流密不可分、相互依存。各地的人类活动、气候条件和自然地理因子等存在明显差异，所以不同地区的河流也各具特色，并形成的内在规律性(河性)。因此，充分了解河性、水环境特征、河床演变特点，方可对河道整治工程科学设计、规划以及与河流系统和谐相处。

河流系统存在环境适应性、层次性、目的性、相关性和集合性5种基本特性，这些特性应作为河道治理的根本要求，并且河流自然演变受河道整治的干扰应该是适度的。。因此，河道整治不仅要考虑人类需求、河床演变规律，还要兼顾河流系统的正常运转和生态需求。

河道整治工程要顺应河势、强调宏观控制以及预留一定的自由度，从而更好的促进河流生态治理。局部河道要避免过大的改变河道断面特性和平面形态，充分考虑整体需求，并对河道局部边界进行合理调整，通过面、线、点的呼应形成有效治理工程体系，最大程度的减少对河流的干涉度；河流生境敏感区要注重自然环境的保护，充分考虑工程使用材料、规模、位置等。

3.2 环境友好型整治工程

综合考虑维护生态环境与河道治理的生态和谐新理念，其在河道整治工程中的应用日趋广泛。例如，针对单纯防洪堤的整治工程，河槽萎缩淤积，控导工程标准低、体系不完善，河流生态功能退化，河滩成为荒漠地，垃圾、污水随处可见。

利用块石护坡、铅丝石笼护根和丁坝治理险工段，运用透水护坡整治一般堤段，迎水坡、背水坡以种草和种植灌木为主，对城市滨河环境的美化起到重要的作用，通过分区种植林草和建成湿地保护区，从而改善滩区环境，以不妨碍行洪为基准沿主槽修建绿道，为河流生态治理和环境保护提供一个很好的返利。

3.3 生态型河道整治材料

传统工程材料对生态环境往往造成较大的影响，如浆砌石、混凝土等硬质材料的使用，给水土之间的交流带来阻碍，从而导致河流自净功能的丧失及生态平衡的破坏；此外，由于整体性低和无法适应地基沉降，工程中利用的硬性结构出现破坏，严重时还会造成工程失事。在河道整治工程中采用生态护坡等生态型材料，对于保护和恢复河流及周边生态系统具有明显成效。

1)加筋麦克垫。现阶段，河道治理中比较常见的材料为加筋麦克垫，其主要组成有高孔隙率的护垫、高强度钢丝网格、聚丙烯。这种材料的柔韧性较好，对不均匀沉降地基的适应性较强，其糙率与自然河岸类似，对河流的原有流态与阻力条件不产生影响。为防治雨水对土地表面的冲刷侵蚀铺设抗侵蚀性较强的护垫，对土壤落淤、增加湿地、吸收热能以及促进植物生长起到积极的作用，并且有利于防止草粒的冲刷流失[6]。钢丝网格、护坡植物、根系和护垫共同构成复合保护层，此时岸坡防冲能力将进一步提高。相对于混凝土、浆砌石等材料，该生态护坡能够达到与其相当的护岸作用，有利于维护河岸自然面貌。材料的多孔隙结构可以维护地下水与河水的交换通道畅通，保持水陆之间的能量转换、物质交换顺畅，同时有利于水土保持以及竣工后植被的恢复生长，水的自净功能得以维持，为水生、陆生动物提供事物来源、庇护所和栖息地。

在洪峰期5h内或者洪水持续时间达到60h时，加筋麦克垫的抗冲流速可以达到6.0m/s、3.6m/s，洪峰期内其抗冲能力较强，考虑安全储备正常使用情况下边坡流速不宜超过1.5m/s。在边坡防护、生态护岸等河道工程中，该材料的生态效益较高[7]。

2)植生护垫及格宾网笼防护。植生护垫又称雷诺护垫，该结构厚度小而面积大，利用一定尺寸的填充石料和双绞合金属网组成，各单元格之间被间隔1m的隔板分开。矩形格宾网笼的主要构成有填充石料和双绞合金属网，利用更粗的钢丝处理面板边缘，各单元格之间用隔1m的隔板分开；此外，网袋结构可以利用双绞合钢丝网编制而成。格宾网结合雷诺护垫的生态护坡具有较高的抗冲稳定性，且恢复河流生态的能力较强，其流速的容许区间3-6m/s，该材料的水力特性和技术指标如表1。

对于边岸防护的河道整治工程这些材料的适用性较好，有利于稳定航道、控制河势和防止河岸冲刷，其具有水下施工简便、安装简单、填充速度快等优点[8]。

表1 结构尺寸和抗冲流速

3)工程材料特点。其一，整体性与柔韧性：对于不均匀沉降的地基材料的网状柔韧性结构具有轿厢的适用性，在抗地震、抗冻胀的地区其适用性更加明显；这种利用多缠绕、双绞合的网状结构具有较高的强度，相邻单元绞合后即使有钢丝断裂，也不会影响结构的整体稳定。其二，环境亲和性：多孔结构的生态材料，其良好的透水性为河流与周边环境的信息交流提供条件，对于促进亲水性树木以及灌木的生长这种多孔的材料结构起到积极作用，并在一定程度上改善周边的环境；此外，与天然河流相差不大的边界阻力，可以为原有动植物繁衍、生长提供良好的条件。其三，经济可行且施工边界：这种工程材料有利于机械化操作，材料结构独立且网状结构适用于水下施工；除钢材外的其他材料可以就地取材，如石料等，其成本投资少，将这种新型材料应用于河道整治工程能够节约10%的成本，且后期的维护费用基本不需要[9]。

4 结 论

1)多样性的生物群落和良好的生境为维持河流生态系统正常运行的必备条件，传统的河道治理增强了岸坡稳定性、保证了沿河安全、提升了航运能力，但受限于传统的工程材料，以及对维护河流生态系统与河道治理间的协调性认识不足，给河流生态系统和生境带来许多负面影响。

2)在充分考虑河流生态系统特点、河性的基础上实施的河道生态整治工程，可以从生态和谐的角度适度的整治河道。对河流生境敏感区尽量选用生态工程材料，在河道整治工程中给予一定的的自由度。

3)生态材料的整体性、柔韧性较好，其生态修复的功能较强，为实现生态、工程效益的最大化，需要进行有利于河流生态系统平衡以及满足河道治理标准的规划设计，结合实际情况因地制宜的选择合适的生态工程材料。