城市河道生態(tài)化治理設(shè)計(jì)方法超級(jí)詳解
過去，城市河道治理往往偏重于水利灌溉、排水泄洪，護(hù)岸硬化、渠化現(xiàn)象嚴(yán)重，加上兩岸居民生活污水、垃圾的排入，導(dǎo)致很多河道變成藏污納垢的臭水溝，水生物無法生存，生態(tài)系統(tǒng)遭到極大破壞。在日益嚴(yán)峻的環(huán)境危機(jī)中，城市的建設(shè)者們開始尋找一條有效的生態(tài)化解決方案，來解決鋼筋混凝土叢林中人與自然隔絕的現(xiàn)象，創(chuàng)造一個(gè)水清岸綠、蟲叫蛙鳴、人與自然和諧生存的水岸環(huán)境。
目前很多河道的生態(tài)環(huán)境一直得不到改善，主要有以下幾點(diǎn)原因：兩側(cè)居民的污水排入，使得硫磷等有害物質(zhì)含量增加；河道中基本無生物繁殖，微生物、水生動(dòng)物、植物對(duì)水質(zhì)的凈化作用小；水中含氧量少，生物生長(zhǎng)環(huán)境惡劣；硬化的駁坎護(hù)岸破壞了河岸與河床之間生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系。所以生態(tài)化治理首先要從源頭控制，減少污染源，清淤換水，提高水質(zhì)，其次種植水生濕生植物，重建生態(tài)護(hù)岸，使河水與地下水能夠互換溝通，提高水體的自潔能力。
很多設(shè)計(jì)者在河道生態(tài)化治理領(lǐng)域都進(jìn)行了比較深入的研究，對(duì)駁岸形式、植物配置等方面提出了實(shí)質(zhì)性的建議，但是生態(tài)恢復(fù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，河道的生態(tài)化治理措施應(yīng)該是多方面、全方位的，而這些方面的措施圍繞的核心就是如何進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，這就對(duì)設(shè)計(jì)者提出了新的挑戰(zhàn)：每一個(gè)設(shè)計(jì)元素都應(yīng)該為生態(tài)恢復(fù)創(chuàng)造有利條件。所以，設(shè)計(jì)者應(yīng)該多利用自然的抗干擾、自修復(fù)能力,來處理人與自然的關(guān)系，而不是大量采用人工結(jié)構(gòu)和形式來取代自然，這是生態(tài)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的區(qū)別。
1 河道線型設(shè)計(jì)
河道線型設(shè)計(jì)即河道總體平面的設(shè)計(jì)。由于城市用地的緊缺，河道濱水地帶不斷被侵占，水面越來越少，河寬越修越窄，但是為了泄洪的需要，要保證過水?dāng)嗝妫缓脤⒑拥廊≈�、河床挖深，這樣對(duì)駁坎的強(qiáng)度要求就逐步地提高，建設(shè)費(fèi)用逐漸加大，而生態(tài)功能逐漸衰退，河道基本成為了泄洪渠道，這與可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略相悖。而生態(tài)化治理就需要退地還河，恢復(fù)濱水地帶，拆除原先視覺單調(diào)、生硬、熱島效應(yīng)明顯的渠道護(hù)岸，盡量恢復(fù)河道的天然形態(tài)，宜彎則彎，寬窄結(jié)合，避免線型直線化。
自然蜿蜒的河道和濱水地帶為各種生物創(chuàng)造了適宜的生境，是生命多樣性的景觀基礎(chǔ)。河灣、凹岸處可以提供生物繁殖的場(chǎng)所，洪峰來臨時(shí)還可以作為避難場(chǎng)所，為生物的生命延續(xù)創(chuàng)造條件，而豐富多樣的水際邊緣效應(yīng)是其它生態(tài)環(huán)境所無法替代的，在有條件的河段，還可以增加一些濕地、河灣、淺灘、深潭、沙洲等半自然化的人工形態(tài)，既增添了自然美感，又利用河流形態(tài)的多樣性來改善生境的多樣性，從而改善生物群落的多樣性。相對(duì)于直線化的渠道，自然曲折的河岸設(shè)計(jì)能夠提高水中含氧量，增加曝氣量，因此也有利于改善生物的生存環(huán)境。
從工程角度，自然曲折的河道線型能夠緩解洪峰，消減流水能量，控制流速，所以也減少了對(duì)下游護(hù)岸的沖刷，對(duì)沿線護(hù)岸起到保護(hù)的作用。退地還河、濱水地帶的恢復(fù)，使得設(shè)計(jì)人員在河道斷面設(shè)計(jì)上留有選擇的余地，也不需要采用高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)形式對(duì)河濱建筑進(jìn)行保護(hù)。順應(yīng)河勢(shì)，因河制宜，無疑在工程經(jīng)濟(jì)性方面也是有利的。
2 河道斷面設(shè)計(jì)
河道斷面的選擇除了要考慮河道的主導(dǎo)功能、土地利用情況之外，還應(yīng)結(jié)合河岸生態(tài)景觀，體現(xiàn)親水性，盡量為水陸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性創(chuàng)造條件。
傳統(tǒng)的矩形斷面河道既要滿足枯水期蓄水的要求，又要滿足洪水期泄洪的要求，往往采用高駁坎的形式，這樣就導(dǎo)致了水生態(tài)系統(tǒng)與陸生態(tài)系統(tǒng)隔離，兩棲動(dòng)物無法躍上高駁坎，生物群落的繁殖受到人為的阻隔。梯形斷面的河道在斷面形式上解決水陸生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性問題，但是親水性較差，陡坡斷面對(duì)于生物的生長(zhǎng)仍有一定的阻礙，而且不利于景觀的布置，而緩坡斷面又受到建設(shè)用地的限制。復(fù)式斷面在常水位以下部分可以采用矩形或者梯形斷面，在常水位以上部分可以設(shè)置緩坡或者二級(jí)護(hù)岸，這樣在枯水期流量小的時(shí)候，水流歸主河道，洪水期流量大，允許洪水漫灘，過水?dāng)嗝娑溉蛔兇螅詮?fù)式斷面既解決了常水位時(shí)親水性的要求，又滿足了洪水位時(shí)泄洪的要求，為濱水區(qū)的景觀設(shè)計(jì)提供了空間，而且由于大大降低了駁坎護(hù)岸高度，結(jié)構(gòu)抗力減小，護(hù)岸結(jié)構(gòu)不需采用漿砌塊石、混凝土等剛性結(jié)構(gòu)，可以采取一些低強(qiáng)度的柔性護(hù)岸形式，為生態(tài)護(hù)岸形式的選擇提供了有利條件。人類活動(dòng)較少的區(qū)域，在滿足河道功能的前提下，應(yīng)減少人工治理的痕跡，盡量保持天然河道面貌，使原有的生態(tài)系統(tǒng)不被破壞。所以在河道斷面的選擇上，應(yīng)盡可能保持天然河道斷面, 在保持天然河道斷面有困難時(shí)，按復(fù)式斷面、梯形斷面、矩形斷面的順序選擇。
但是在河道治理的過程中，也應(yīng)避免斷面的單一化。不同的過水?dāng)嗝婺苁顾魉俣犬a(chǎn)生變化，增加曝氣作用，從而加大水體中的含氧量。多樣化的河道斷面有利于產(chǎn)生多樣化的生態(tài)景觀，形成多樣化的生物群落。例如在淺灘的生境中，光熱條件優(yōu)越, 適于形成濕地, 供鳥類、兩棲動(dòng)物和昆蟲棲息。積水洼地中, 魚類和各類軟體動(dòng)物豐富, 它們是肉食性候鳥的食物來源, 鳥糞和魚類肥土又促進(jìn)水生植物生長(zhǎng), 水生植物又是植食鳥類的食物, 形成了有利于鳥類生長(zhǎng)的食物鏈。深潭的生境中，由于水溫、陽(yáng)光輻射、食物和含氧量沿水深變化, 所以容易形成水生物群落的分層現(xiàn)象。
3 河道護(hù)岸形式
傳統(tǒng)的河道護(hù)岸在材質(zhì)方面大多采用混凝土及漿砌塊石等硬質(zhì)材料，整個(gè)護(hù)岸形成一個(gè)封閉的體系，猶如給河道穿上了一層盔甲，只考慮了河道的安全性，卻忽視了對(duì)河流環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)及其動(dòng)植物及微生物生存環(huán)境的影響。青蛙無法跳越高高的河道護(hù)岸；泥鰍、螃蟹再也打不通堅(jiān)硬的混凝土；小鳥、蜻蜓在水邊怎么也找不到落腳的蘆葦和水草；這些不僅阻礙了水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，連動(dòng)植物、微生物的整體生物鏈都被阻斷。地下水與河水也不能及時(shí)的溝通，水循環(huán)過程被隔斷，河道變成了只進(jìn)不出的封閉水體。
在建設(shè)生態(tài)河道的過程中，河道護(hù)岸是否符合生態(tài)的要求，是否能夠提供動(dòng)植物生長(zhǎng)繁殖的場(chǎng)所，是否具有自我修復(fù)能力，是設(shè)計(jì)者應(yīng)該著重考慮的事情。生態(tài)護(hù)岸應(yīng)該是通過使用植物或植物與土工材料的結(jié)合，具備一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能減輕坡面及坡腳的不穩(wěn)定性和侵蝕，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)多種生物的共生與繁殖、具有自我修復(fù)能力、具有凈化功能、可自由呼吸的水工結(jié)構(gòu)。
目前很多設(shè)計(jì)者提出了一些有效的護(hù)岸設(shè)計(jì)方法，有土工格柵邊坡加固技術(shù)、干砌護(hù)坡技術(shù)、利用植物根系加固邊坡的技術(shù)、滲水混凝土技術(shù)、石籠、生態(tài)袋、生態(tài)砌塊等方法。這些結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)都是：⑴具有較大的孔隙率，護(hù)岸上能夠生長(zhǎng)植物，可以為生物提供棲息場(chǎng)所，并且可以借助植物的作用來增加堤岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；⑵地下水與河水能夠自由溝通，所以能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)、養(yǎng)分、能量的交流，促進(jìn)水汽的循環(huán)；⑶造價(jià)較低，也不需要長(zhǎng)期的維護(hù)管理，具有自我修復(fù)的能力；⑷護(hù)岸材料柔性化，適應(yīng)曲折的河岸線型。但是生態(tài)護(hù)岸也有一些局限性，選用的材料及建造方法不同，堤岸的防護(hù)能力相差很大，所以要根據(jù)不同的坡面形式，選擇不同的結(jié)構(gòu)形式，坡面較緩的河段，可以選擇生態(tài)砌塊、土工格柵等柔性結(jié)構(gòu)，而坡面較陡的河段，可以選擇干砌塊石、石籠、滲水混凝土等半柔性的結(jié)構(gòu)；生態(tài)護(hù)岸建造初期強(qiáng)度普遍較低，需要有一定時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，以便植物的生長(zhǎng)，否則會(huì)影響到以后防護(hù)作用的發(fā)揮；施工有一定的季節(jié)限制，常限于植物休眠的季節(jié)。
俗話說“蝦有蝦徑、蟹有蟹路”，各種生物都有其自身獨(dú)特的生活習(xí)性，而不同的生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式能夠適應(yīng)不同的生物生長(zhǎng)繁殖需求，例如石材類護(hù)岸可以提供螺螄、螃蟹等生物的寄居攀附，自然邊坡及土工格柵護(hù)岸可以提供泥鰍等軟體動(dòng)物的生長(zhǎng)，淺灘地段適宜浮游生物的繁殖，深潭區(qū)域適宜魚類的活動(dòng)，所以在駁岸形式上，要根據(jù)地形地貌、原始的植被綠化情況，選擇多種護(hù)岸形式，為各種生物創(chuàng)造了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，體現(xiàn)生命多樣性的設(shè)計(jì)構(gòu)思，這樣既保持了豐富多樣的河岸形式、延續(xù)了原始的水際邊緣效應(yīng)，又給各種生物提供了生長(zhǎng)的環(huán)境、遷徙的走廊，容易形成完整的生物群落。
4 植物配置設(shè)計(jì)
植物根系可固著土壤，提高土壤持水性，植物根莖的生長(zhǎng)對(duì)土壤具有改良作用，增加了土壤的有機(jī)質(zhì)含量，改善了土壤的結(jié)構(gòu)與性能，增加抗侵蝕能力和抗沖刷能力，起到固土護(hù)岸的作用，又能提高河岸土壤肥力，改善生態(tài)環(huán)境。而且隨著時(shí)間的推移，植物不斷生長(zhǎng)，這些作用將會(huì)不斷加強(qiáng)。
植物枝葉可截留雨水，過濾地表逕流，水邊植物的枝葉能抵消波浪的能量，從而起到保護(hù)堤岸，凈化水質(zhì)，涵養(yǎng)水源的作用。豐富的植物群落也為動(dòng)物、水生物提供產(chǎn)卵場(chǎng)與棲息地。
植物還具有凈化水質(zhì)的作用，污水中的氮磷等物質(zhì)被植物吸收，能夠轉(zhuǎn)化為生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)成分，變廢為寶，從而實(shí)現(xiàn)“污”“水”的分離，降低河道富營(yíng)養(yǎng)化水平。研究人員對(duì)生態(tài)化治理的河道進(jìn)行過監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)NH4+ 、TP、CODMn和SD指標(biāo)都明顯降低，水體質(zhì)量得到顯著提高。
根據(jù)生長(zhǎng)條件的不同，河道植物分為常水位以下的水生植物、河坡植物、河灘植物和洪水位以上的河堤植物。我們?cè)谶x擇植物的時(shí)候，不僅要達(dá)到豐富多彩的景觀效果，層次感分明，給人以賞心悅目的視覺享受，而且要具有良好的生態(tài)效果，根據(jù)水位和功能的不同，選擇適宜該水位生長(zhǎng)的植物，并能達(dá)到一定的功能。在常水位線以下且水流平緩的地方，應(yīng)多種植生態(tài)美觀的水生植物，它的功能主要是凈化水質(zhì)，為水生動(dòng)物提供棲食和活動(dòng)場(chǎng)所，美化水面，根據(jù)河道特點(diǎn)選擇合適的沉水植物、浮水植物、挺水植物，并按其生態(tài)習(xí)性科學(xué)地配置，實(shí)行混合種植和塊狀種植相結(jié)合；常水位至洪水位的區(qū)域是河道水土保持的重點(diǎn)，其上植物的功能有固堤、保土和美化河岸作用，河坡部分以濕生植物為主，河灘部分選擇能耐短時(shí)間水淹的植物，河道植物的配置種植應(yīng)考慮群落化，物種間應(yīng)生態(tài)位互補(bǔ)，上下有層次， 左右相連接，根系深淺相錯(cuò)落，以多年生草本和灌木為主體，在不影響行洪排澇的前提下，可種植少量喬木樹種；洪水位以上是河道水土保持植物綠化的亮點(diǎn)，是河道景觀營(yíng)造的主要區(qū)段，群落的構(gòu)建應(yīng)選擇以當(dāng)?shù)啬茏匀恍纬善志坝^的樹種為主，物種應(yīng)豐富多彩、類型多樣，可適當(dāng)增加常綠植物比例，以彌補(bǔ)洪水位以下植物群落景觀在冬季蕭條的缺陷。這樣，水生植物與河邊的灌喬木呼應(yīng)配合，形成了有層次的植物生態(tài)景觀。
在植物種類的選擇上，要盡量選擇適宜本地區(qū)氣候環(huán)境的物種，同時(shí)不造成外來物種入侵，植物生長(zhǎng)后構(gòu)成的景觀層要分明。水際邊緣地帶要選擇抗逆性好、管理粗放、植物根系發(fā)達(dá)、固土能力強(qiáng)的植物，比如香根草、百喜草等。人工污染較嚴(yán)重的河段或者郊區(qū)無污水管網(wǎng)的河段，要選擇環(huán)保效果好，能有效地消除氮磷、油污、有毒化學(xué)物質(zhì)的植物種類，以達(dá)到生態(tài)治河的目的，比如伊樂藻、苦草、狐尾藻、金魚藻、浮萍、美人蕉等，有關(guān)研究表明，沉水植物比浮水、挺水植物能更有效得去除污染物。有種植槽或濕地的地方，根據(jù)水生植物適應(yīng)水深的情況，配置多種水生植物，重構(gòu)水生植物、魚類、鳥類、兩棲類、昆蟲類動(dòng)物的良好棲息場(chǎng)所，如蘆葦、荷花等。
綜上所述，生態(tài)河道的設(shè)計(jì)需要各方面因素的配合，設(shè)計(jì)者要拓寬思路，結(jié)合生態(tài)學(xué)、工程學(xué)、水利學(xué)的知識(shí)，相互補(bǔ)充，才能形成一套有效的設(shè)計(jì)方法。
河道的生態(tài)化治理是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)工程，要通過設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等一系列措施模擬一個(gè)生物生長(zhǎng)的適宜環(huán)境，為各類水生、陸生和兩棲類動(dòng)物、植物以及微生物提供棲息、繁衍和避難的場(chǎng)所，并且，除采取工程和植被措施外，還必須有選擇的放養(yǎng)水生動(dòng)物及微生物，恢復(fù)生物的多樣性，重建生物系統(tǒng)的生態(tài)鏈。我們希望看到經(jīng)過生態(tài)治理的河道能夠拉近人與自然的距離，河流兩岸蒹葭蒼蒼、白灘漫漫，水面上輕舟蕩漾、水鳥游弋，水面下水草茂密、魚翔淺底。
