中小河流治理工程應(yīng)用生態(tài)理念的設(shè)計分析

劉廷廣

(長春市九臺區(qū)水利項目建設(shè)辦公室，長春 130500)

河流生態(tài)系統(tǒng)具備動態(tài)、復(fù)雜、開放、多變等特點，在河流治理工作中融入生態(tài)理念的河流治理不同于傳統(tǒng)河流治理工作，其更加貼近自然設(shè)計理念，可以在最大程度保存生態(tài)學(xué)原理的基礎(chǔ)上，有效驅(qū)動河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到最佳自然狀態(tài)，從而提高河流生態(tài)系統(tǒng)價值與河流生物多樣性，最終達(dá)到社會發(fā)展與河流生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展[1]。我國河流治理方面研究起步較晚，發(fā)展歷程尚短，生態(tài)角度下的河流治理工程實踐仍存在諸多問題，亟待解決。據(jù)此，文章立足生態(tài)工程設(shè)計，分析生態(tài)修復(fù)理念下的中小型河流治理工程設(shè)計，以期為同類工程設(shè)計及實踐提供參考與借鑒。

1 河流生態(tài)治理理念

河流自古是人們繁衍生息的主要場地，承載著中華民族悠久的歷史和文化。河流除卻為人們和各種生物提供最基本的生命保障，也為人類社會經(jīng)濟(jì)繁榮貢獻(xiàn)諸多力量，如發(fā)電、航運(yùn)交通等。但現(xiàn)階段我國諸多河流都存在不同程度的污染，不利于河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，甚至為相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來負(fù)面影響。在經(jīng)濟(jì)與生態(tài)可持續(xù)發(fā)展理念導(dǎo)向下，社會公眾已經(jīng)認(rèn)識到推動河流生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的重要性。現(xiàn)階段，以生態(tài)修復(fù)為理念開展河流治理工作也成為工程建設(shè)的核心課題。

“理念”一詞從概念上說，可解釋為“看法”或“見解”，主要指代從客觀角度思量的活動模式，其表象為人們既有認(rèn)知下的概括形象。由此可見，理念是因為客觀事物長期作用于形成的見解。而河流生態(tài)治理設(shè)計為全新的交叉學(xué)科，其“新”的節(jié)點在于“生態(tài)”。傳統(tǒng)河流治理主要面向安全等問題，而“生態(tài)”設(shè)計理念的出現(xiàn)，需要人們轉(zhuǎn)變既有認(rèn)知，而對于河流治理的看法和見解自然也將隨之轉(zhuǎn)變。進(jìn)而在未來的河流治理中自然會從生態(tài)角度規(guī)劃河流治理的所有問題，以此設(shè)計出真正的生態(tài)治理。

2 中小河流治理工程應(yīng)用生態(tài)理念設(shè)計原則

生態(tài)理念下的河流治理可選擇使用工法種類較多，結(jié)構(gòu)豐富多樣，需要實際考量的環(huán)境問題更是不勝枚舉。而如何以河流現(xiàn)狀問題為導(dǎo)向選擇設(shè)計工法完成河流治理修復(fù)為工程開展的首要問題，如下詳細(xì)列舉：

1)擴(kuò)展視野原則。將集水區(qū)看做一個整體范疇，因為生態(tài)理念下的河流治理不僅要滿足河流水文、防洪等方面的需要，還需要結(jié)合生態(tài)角度，從流域水平權(quán)衡整個生態(tài)系統(tǒng)的完善[2]。例如泥沙量較大的河流下游不應(yīng)安置石籠護(hù)岸，以此避免夏秋兩季洪水期淤泥淤堵造成河床升高，提升發(fā)生流域內(nèi)水災(zāi)的危險系數(shù)。

2)因地制宜原則。盡可能選用較為綠色的材料及治理技術(shù)，根據(jù)對河流生態(tài)的影響，選擇順序可以為植物材料的工法、混合材料(植物+木材+石塊)的工法、堅固材料(石塊+混凝土)等工法[2]。

3)塑造空間變化原則。設(shè)計人員就原河流寬度為基礎(chǔ)，調(diào)整河流寬窄程度，可避免河流斷面呈現(xiàn)單一化現(xiàn)狀，以此盡可能縮減護(hù)岸坡度，降低護(hù)岸高度，增加護(hù)岸粗糙程度，并可為河流提供自我沖淤的變動空間，減少水位大幅上漲。

4)營造多樣化河流棲息地原則。設(shè)計人員可以根據(jù)不同地區(qū)的河流水文，例如河床地質(zhì)、水流速度、水體變化、孔隙、深淺等為基礎(chǔ)，并發(fā)揮其優(yōu)勢，結(jié)合水生動植物的生活習(xí)性等，幫助河流增加生物聚集的吸引力，使得河流具備多樣化環(huán)境，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡[3]。

5)維護(hù)河岸帶生態(tài)環(huán)境原則。需要注意任何生態(tài)設(shè)計工法的介入都不能影響河岸植被的生長，因為河岸植被營造的生態(tài)環(huán)境與河流內(nèi)部息息相關(guān)，近水區(qū)植物的生長態(tài)勢與品種選擇將直接影響水生生物的生存及繁衍狀態(tài)，主要功能體現(xiàn)在以下幾個方面：①蔽蔭，日照直射時間長短會影響河流水溫高低，改變生物生存環(huán)境。②遮蔽，河流兩岸盡水區(qū)植物形態(tài)可為水生動物提供優(yōu)質(zhì)的遮蔽場所。③落葉，落葉可提供腐殖質(zhì)，為食物鏈的基礎(chǔ)層面，可為菌類提供繁殖溫床，為大部分水生物提供食物，間接提升水生物的分布。

3 中小河流治理工程應(yīng)用生態(tài)理念設(shè)計參考

僅憑生態(tài)單項設(shè)計工法結(jié)構(gòu)無法解決我國中小型河流的治理現(xiàn)狀，難以達(dá)到河流生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化及可持續(xù)發(fā)展需求。本質(zhì)原因是，現(xiàn)代技術(shù)手段大多為結(jié)構(gòu)層面的硬性表達(dá)形式，在具體施工中，生態(tài)理念的融入程度較淺。為發(fā)揮生態(tài)理念價值作用，有效恢復(fù)小型河流生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)河流生態(tài)與社會協(xié)調(diào)發(fā)展，應(yīng)結(jié)合河流生態(tài)實際情況，在=生態(tài)理念導(dǎo)向下，選擇適宜的設(shè)計工法和生態(tài)材料，從而在本質(zhì)上恢復(fù)中小型河流生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)河流系統(tǒng)生態(tài)治理的目標(biāo)。

3.1 河流護(hù)岸縱向修復(fù)

3.1.1 木樁護(hù)岸

適用范圍：非水力攻擊岸面、靜水體或者水流速度較緩地區(qū)，不具備石塊資源和機(jī)械使用條件等。水文高度限制：河流水速低于3m/s，無高度限制。結(jié)構(gòu)形式：以木樁為原料，借助木樁加固土壤穩(wěn)定性，以階梯狀降低水流沖蝕(打樁示意圖如圖1所示)[4]。生態(tài)功能：這類河流問題較小，且具有原岸坡坡降，只需采用木樁維護(hù)，便可以達(dá)到兩岸動物活動和遷徙條件，且生態(tài)性良好，人工痕跡較低，當(dāng)河流現(xiàn)實條件允許下，盡可能采用該種方式治理即可。

圖1 打樁示意圖

3.1.2 拋石護(hù)岸

適用范圍：局部長期遭受河流水力侵蝕的河段，但該種設(shè)計工法需要滿足施工現(xiàn)場石塊豐富、重型機(jī)械可以到達(dá)并開展作業(yè)，以加強(qiáng)河流岸坡的土壤保護(hù)。水文高度限制：從經(jīng)濟(jì)角度來說，最高流速需要低于4m/s，從技術(shù)角度來說，無限制，可根據(jù)該地區(qū)十年內(nèi)洪水最高峰值為最高點[5]。結(jié)構(gòu)形式：借助石塊之間安息角以及石頭對河床的抵抗力和水流拽引力，達(dá)到穩(wěn)固土壤的目的，減少水土流失。生態(tài)功能：天然石塊為原料，利用機(jī)械以石塊填平，以石塊間隙為水下生物營造空穴，保護(hù)生態(tài)空間。

3.1.3 Ⅰ型砌石護(hù)岸

適用范圍：腹地狹窄的中小型河流腹地，使用土地面積較為局限，或因地形原因需搭建較陡護(hù)坡時。水文高度限制：流速6m/m以下河流，高度4m以下。結(jié)構(gòu)形式：以混凝土為底，表面以石塊堆積，柔化視覺效果，增加河流護(hù)岸表面孔隙，為植物生長提供基盤[6]。生態(tài)功能：石塊堆積的縫隙為構(gòu)建植物群落提供機(jī)會，同時也可以為昆蟲等兩棲動物提供食物來源，形成基礎(chǔ)性食物鏈。另外河流兩岸植物生長后的落葉以及所攜帶的蟲類可以提升河流內(nèi)部水蟲體數(shù)量，逐漸恢復(fù)生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。

3.1.4 L型砌石護(hù)岸

適用范圍：河流地域?qū)掗煟拥浪魍募保拥纼砂缎鑿?qiáng)化保護(hù)的中小型河流。水文高度限制：適合于任何高度下的河床，其水流速需低于6m/s。結(jié)構(gòu)形式：與Ⅰ型同樣，使用混凝土為底，以石塊堆砌，但護(hù)岸表面可根據(jù)具體的施工要求對空隙做加大處理，以此為植物生長提供更加寬闊空間的同時，還能為河流兩岸一些原有的野生植物演替提供良好空間[7]。生態(tài)功能：該類型護(hù)岸設(shè)計方式與Ⅰ型相比，更加適合河流類型較大的河道，或者本身存在兩棲類或者哺乳動作活動，其可便于該族群生活和繁衍，但在功能上別無二致。

3.2 河流河床橫向修復(fù)

3.2.1 砌石固床

適用范圍：為保持河床穩(wěn)固，減少河流縱向沖蝕。水文高度限制：無水文限制要求，但為保障工程結(jié)構(gòu)，且能夠為水生動物留存適當(dāng)?shù)倪w徙空間，上下游水位差值區(qū)間低于40cm為宜[8]。生態(tài)功能：借助石頭的阻力減少水體深度變化過大，還可以同頻聯(lián)合其他工法為河流治理營造出不同樣的水環(huán)境。例如水位線以下可以利用石頭縫隙之間打造魚穴。

3.2.2 丁壩

適用范圍：適用于運(yùn)用挑流保護(hù)河岸，打造淺灘效果使得岸坡免受大量沖蝕。無水文高度限制，適合諸多河流。結(jié)構(gòu)形式：重力式(丁壩結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示)。生態(tài)功能：借助壩體挑流，調(diào)節(jié)河流流心，降低河水對岸坡的沖刷力度，利用打造好的淺灘營造生態(tài)環(huán)境，同時壩間的緩流區(qū)可以增加水體變化的可能性，加之其他諸多工法的聯(lián)合，便可在治理河流的同時完成生態(tài)環(huán)境的設(shè)計。

圖2 丁壩結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 混凝土河流治理

3.3.1 混凝土河道內(nèi)襯

適用范圍：保留原有混凝土護(hù)岸和原有排洪斷面，以此為基礎(chǔ)對當(dāng)下河道內(nèi)襯塊石結(jié)構(gòu)完成改良。水文高度限制：水流速度低于6m/s，高低低于4m較為經(jīng)濟(jì)。變化形式，結(jié)構(gòu)內(nèi)襯空心，其他功能方面等同于Ⅰ型砌石護(hù)岸。

3.3.2 改良河床

適用范圍：原有河道存在治理痕跡，并且已經(jīng)采用渠道混凝土完成封底，但經(jīng)過專業(yè)評估可挖除底部混凝土河段。水文高度限制：低于6m/s的河水流速，無高度限制。生態(tài)功能：增加地下水補(bǔ)注機(jī)會，提供水生動物生活或避難場所，將原有混凝土渠底改為厚砂礫底質(zhì)，增加自然菌群繁衍，提升河流自凈能力，逐漸改善水質(zhì)。

3.3.3 改良護(hù)岸基腳

適用范圍：原有河道存在治理痕跡，并且已經(jīng)采用渠道混凝土完成封底，但經(jīng)過專業(yè)評估可挖除河道底部護(hù)岸基腳，后采用卵石、拋塊石等進(jìn)行平鋪。無水文高度限制。結(jié)構(gòu)形式：根據(jù)具體河水流速選擇適宜的大小石塊。生態(tài)功能：增加自然生物生長繁衍的機(jī)會，借助石塊縫隙營造孔洞，利于兩岸植物自然入侵生長，長此以往，改善水質(zhì)，并借助植物葉片等作用為水生生物提供良好遮蔽。

3.4 生態(tài)護(hù)坡材料的應(yīng)用

常用材料：格賓石籠、雷諾護(hù)墊、三維植被網(wǎng)、生態(tài)袋、生態(tài)混凝土、聯(lián)鎖式護(hù)坡磚、木樁加柳枝捆、駁石等，生態(tài)護(hù)坡材料設(shè)計參數(shù)如表1所示。生態(tài)功能：有利于發(fā)揮河流的自我修復(fù)功能。需要注意的是，為給岸坡內(nèi)外水體及影響交換提供便利，應(yīng)減少硬質(zhì)化材料護(hù)砌的應(yīng)用，從而避免自然河流渠道化[8-9]。

表1 生態(tài)護(hù)坡材料設(shè)計參數(shù)

4 結(jié) 語

河流治理工程對河流生態(tài)系統(tǒng)完善及可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。在河流治理工程中融入生態(tài)理念，是有效完善河流生態(tài)體系的基礎(chǔ)與前提。因此，有必要對河流治理工程中生態(tài)理念的應(yīng)用進(jìn)行深度分析。

以生態(tài)理念為導(dǎo)向，以實踐應(yīng)用為視角，闡述了中小型河流治理融入生態(tài)設(shè)計的主要原則，并在木樁護(hù)岸、拋石護(hù)岸、Ⅰ型砌石護(hù)岸、L型砌石護(hù)岸、砌石固床、丁壩、混凝土河道內(nèi)襯、改良河床、改良護(hù)岸基腳、生態(tài)護(hù)坡材料的應(yīng)用方面，列舉設(shè)計參考，以此實現(xiàn)對河流生態(tài)治理下的理論和實踐指導(dǎo)。

綜合而言，文章未從工程設(shè)計與實施成本、生態(tài)材料應(yīng)用實效等視角對中小型河流治理工程應(yīng)用生態(tài)理念的設(shè)計進(jìn)行深度分析，需要在后續(xù)研究中進(jìn)行完善，以豐富研究成果。