日本信玄堤周邊水制的造床功能及設置方法

許天航 石井信行

(1.陜西工業職業技術學院土木工程學院， 陜西 咸陽 712000；2.山梨大學工學部，日本 甲府 400-0856)

河流地貌系統的各類自然組成要素，是形成水文生態功能的基礎，隨著河流治理過程中加固堤岸、裁彎取直、修筑水壩等的實施，自然要素連續性的日漸破損和丟失，導致周圍生態環境發生巨大的改變[1]，從水工學、生態學、景觀工程、環境保護等多學科的角度，系統地研究和整治河流，已經成為當前必須面對的重要課題。

在自然型河流營造工藝中，水制作為河岸的穩固，生態系自然環境的形成及人間活動不可或缺的組成要素，其多方面的功能得到廣泛認可[2- 3]。但是，水制的設置方法、水制周圍的河床變化、親水活動和水制的關系等問題仍未研究透徹。本文以日本山梨縣富士川水系的釜無河信玄堤一帶為研究對象，兼顧水制的景觀潛質和水邊的人間活動兩方面要素，考察了水制的功能，提出了河流治理過程中水制的配置方法[4]。

1 水制的概念及其研究簡況

水制是日語詞匯(すいせい，spur dike)，是水工設施中的整治類建筑物[5]，涵蓋了丁壩、順壩、導流堤、護底等水工設施[6]。水制從材料、構造、類型、功能及應用領域來看，范圍更寬泛，內容更細致，不僅在水工學、土木工程、環境工程的領域廣泛使用，而且，在景觀工程、人因工程學等領域也廣為利用[7- 8]。因此，本文仍使用水制的概念作為文中的中心術語。

在河流的治水和利水方面，日本著名景觀學者篠原修，對河流治理中一邊倒的功能主義占主導地位的觀念提出了批評[[3]，篠原修認為“從功能主義思維方式出發，在河流設置了大量的水利工事，使河流擁有的自然性大量喪失”，他提倡治水中應保留河流原本具有的豐富多樣的功能。向井章恵研究了農業排水路利用水制來創造沙洲的形成和控制技術，提倡在農業通水的同時，為生物的產卵及植被的生長生存營造應有的環境[9]。楊佳寧利用水制的景觀潛質，從水工學、生態學、景觀學的多學科綜合視角，提出了水邊空間的設計方法[10- 12]。國內許多學者對水制進行了研究，韓玉芳運用動床水槽試驗和數值模擬的方法對丁壩的造床作用進行了系統的研究[13]。趙渭軍從動床模型試驗研究護塘丁壩群促淤護塘效果[14]。王平義研究丁壩附近的壓力的分布規律[15]。湯伊瓊研究了親水堤岸景觀生態設計的理念與原則[16]。

以上研究指明了利水和冶水應兼顧防災，交通，休閑，景觀，生態，文化價值等“多功能”，河流本身的魅力之一是盡可能接近水邊空間的活動。

2 河川調查的實施

實地調查對象是日本一級河流富士川水系的釜無河，對象區間是信玄堤左岸15km的范圍(如圖1所示)。筆者曾在山梨大學讀碩士，研究內容是作者碩士論文的一部分。

圖1 河川調查區間

河川調查主要包括河道、水制、洪水及人間活動等四大部分。

河道基本特性的調查包括:河流的平均規模，河寬，水深、梯度，河床材料，沙土的形態和其顆粒度， 河道沙洲分布情況等。

洪水的調查包括：近5年洪水的發生次數、規模、水位變化，防洪工事物的設置等。

水制的調查包括：水制設置的地點、類型、數量、材料、水制周圍的水流、泥沙堆積、洪湖水前后的形態、水制周圍的人間活動等。

人間活動的調查包括:居民的水活動(戲水，接水)，接水路徑，沿交通軸線的移動(散步等)，匯聚點及停留地)，娛樂休閑等。

3 河川調查結果

3.1 河道概況及水制設置

釜無河位于富士川的上游，全長68km。在山岳區間，呈現出自然豐富的溪流景觀，信玄堤周圍河床平均梯度，I= 1/200，平均河面寬b= 400m；河道中軸線與上流部有15°左右的彎曲。河岸斜坡采用綠草護岸，河堤局部采用積石護岸。

信玄堤附近設置有18座水制，其中有14座圣牛水制(如圖2所示)，有4座砌石水制(如圖3所示)。平水時期間(平常不發洪水，不干涸的時期)河水流速緩慢，洪水時期河水流速快。信玄堤與周邊環境自然融為一體，形成了自然的生態公園。

圖2 圣牛水制外形

圖3 砌石水制外形

3.2 沙洲的調查

信玄堤附近沙洲的形成，有兩個因素。一是由河流自身條件形成的沙洲，另一個圣牛水制的設置形成的沙洲(如圖4所示)。釜無河具有大比值的河面寬與水深比，在這樣的河道上，橫跨方向設置了2～5座的復列圣牛水制，水制的設置給其周圍沙洲的形成創造了條件。

圖4 圣牛水制周圍的沙洲

圖5 砌石水制周圍的石灘

3.3 洪水引起的水制周圍面積的變化

經過沙土移動性能指標的計算[4]，依照沙土移動量的多少對洪水規模進行分級。當深度h>2m稱為中等規模洪水，深度h>1.5m的稱為小規模洪水。在釜無河調查的8個月里，中等規模的洪水發生了2次， 小規模的洪水發生3次(1.5m以上的期間表現)，洪水引發的水制周圍的面積變化如圖6所示。

圖6 水制周圍沙洲面積的變化

3.4 人間活動的調查結果

信玄堤周圍的人類活動的類型有：戲水活動(具體形式為淺水處的游泳，水里行走，接水)，停留點活動:(具體形式為讀書，交談，思考，休息，垂釣，小組聚集，集團集會)，移動(具體形式為:沿著河岸散步，穿行在岸邊,繞著岸邊跑步)，眺望:(具體形式為眺望對岸，眺望河流上游，眺望河流下游。)

水制周圍人間活動的類型:圍繞疏籠水制的戲水，圣牛水制周圍的接水活動， 小圣牛水制周圍的小組活動和接水活動，低水位時圣牛水制周圍的沙灘漫步[4]。如圖7所示。

圖7 信玄堤一帶的人間活動掠影

4 水制的設置提案

通過河川實地調查可知，水制配置得當有利于沙洲形態的調控及足場的形成。另外，信玄堤附近的親水活動占人間活動26.6%，人間活動的足場范圍有待于進一步擴大。根據信玄堤一帶已有水制之間間距，參考河道彎曲度，河床材料及護岸護及水流實態，為了擴展親水活動空間的足場范圍，本文提出新的增設水制的方案。

如圖8所示，在圣牛的上流區間配置向上淹沒型水制3枚， 水制的高度不妨礙視線，形成線性的排列，在下游有顯著的沉積形態；第12圣牛水制附近設置了石砌水制1枚，水制外凸形狀，能確保水制的足場功能。信玄橋下面的河床為沙粒卵石結構，不能承受過度的打壓，橋墩水里部若配置水制，水制端部位置可能引起河床洗掘，也會造成橋下流水不暢，而且，信玄橋附近水制水制與周圍自然景觀的貼合性不佳，因此，信玄橋下保持原有狀態。

圖8 水制設置提案

5 結語

研究了以水制為中心的河流整治物的設置及利用情況，從水理學和河川工學融合的角度，對水制與河道形狀、水制引起的微地形的變化等進行了實地調查，把握了水邊人間活動與水制的關系。期待在今后的河流治理中克服一邊倒的功能主義占主導地位的觀念，還原河流防災，交通，旅游，休閑，景觀，生態，文化價值等“多功能”原貌，促進河道的水文、生態良性循環，為人類活動營造更多的舒適空間。