（生态学专业论文）生态河道构建体系及其应用研究.pdf

浙江大学硬士学位论文 摘要 城市河道是城市社会、经济可发展必不可少的要素。是城市水系的载体，同 时也是城市生态系统的重要组成部分但长期以来，由于环境基础设施的建设远 远滞后于经济的发展，大量工业废水、生活污水、农业污水和城市地表径流直接 捧入河流。加上河流疏于管理，河底积存了大量污泥和腐烂的藻类植物，水流不 畅、水质恶化，许多河道已达不到设定功能区的水质标准；加上单一的为了泄洪 功能而盲目地实施河道的直线化、平面化处理，使城市河道生态系统进一步恶化。 同时随着人们生活水平的提高，他们对环境、生态品质的要求也不断提升，单一 的河道景观已经满足不了人们亲近自然的要求。 另一方面，生态河道的理念、河道整治的理论与技术、河道整治具体工程措 施的制定、河道整治工作的可持续性( 管理) 这四者之问需要有一个纽带将他们 串联起来。开展生态河道具体内涵的研究，建立生态河道构建体系正好可以填补 这样一个空缺。 本文在前人研究的基础上，主要针对城市河道，深化阐述生态河道的构建理 念，并借鉴国内外河道整治的经验，吸收其优秀的理轮，优化、组合河道整治中 的各项技术，初步建立了一套生态河道构建体系并以栅庄桥港的生态河道规划 设计方案为例，来实践生态河道构建体系。此套体系的建立可为城市及其他河道 的整治提供依据，使河道整治工作规范化，科学化，使整治后河道生态系统更具 有可持续性，发挥其最大的服务功能。对促进我国水利工程科研及实践的发展， 提升其综合水平，均具有重要的理论与实践意义 论文分为5 个部分。 第一部分为引言，主要介绍立题依据、研究背景、相关研究进展和论文研究 框架。 第二部分为主要理论基础及相关技术。主要介绍城市河流生态系统、河流生 态恢复等相关理论及河道生态护坡、水质修复、景观设计等相关技术 第三部分为生态河道构建及框架体系。主要是阐述了生态河道的内涵及其构 建原则。生态河道构建体系的框架及其建立的必要性。 浙江大学硕士学位论文 第四部分为应用实例。以生态河道构建体系为指导，编制完成 余杭栅庄桥 港生态河道规划设计方案 第五部分为结论和讨论。总结了论文的9 个结论，4 个创新点，讨论了论文 的不足之处并对未来工作做了展望。 关键词：生态河道；构建体系；生态修复；城市河道；概庄桥港 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eu r b a nr i v e rc o u r s ei st h ee s s e n t i a lf a c t o ri nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f t h eu r b a ns o c i e t ya n de c o n o m y , i st h ec a r r i e ro fu r b a nr i v e rs y s t e m , a n da l s oi sa l l i m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h eu r b a ne c o s y s t e m f o ral o n gt i m e , t h eu r b a nr i v e re n u l e c o s y s t e mh a sb e e nf u r t h e rd e t e r i o r a t e df o rt h r e er e a s o n s ：t h ef i r s t ，b e c a u s eo ft h e e n v i r o n m e n t a li n f r a s t r u c t u r ec o n s t r u c t i o nh a v i n gl a g g i n gf a rb e h i n dt h ee c o n o m i c d e v e l o p m e n t , am a s s i v eo f i n d u s t r i a lw a s t e , s a n i t a r ys e w a g e , a g r i c u l t u r a ls e w a g ea n d u r b a n 飘f 弛r u n o f f d i r e c t l yd i s p e 鹏ei n t ot h er i v e r s ；t h es e c o n d b e c a u s eo f t h ep o o r m a n a g e m e n ti nr i v e re n u r s e , t h eb o t t o mo ft h er i v e rh a sa c c t n n u l a t e dl o t so fs l u d g e a n dr o t t e da l g a e ，l e a d i n gt ot h es t r e a mb l o c k e d , d e t e r i o r a t e d , a n df a l l i n gt oa c h i e v et h e w a t e rs t a n d a r ds e t t e df o rf u n c t i o n a la r e a s ；t h el a s t , b l i n d e di m p l e m e n tt r e a t si nt h e u r b a nr i v e re n u r s el i n e a r i z i n ga n df l a t i z i n go n l yf o rt h es p i l l w a yf u n c t i o n w i t ht h e i m p r o v e m e n t o fl i v i n gs t a n d a r d s ，t h er e q u i r e m e n ti su p g r a d i n gf o rt h ee n v i r o n m e n t a l a n de c o l o g i c a lq u a l i t y , a sar e s u l t , t h es i n g l er i v e rl a n d s c a p eh a sf a i l e dt os a t i s f yt h e p e o p l e sr e q u e s tt ob ei n t i m a t e dt ot h en a t m - e o nt h eo t h e rh a n d ，w en e e da na l i n kt oc o n n e c tt h ec o o - r i v e rc o u r s ei d e a , t h e t h e o r ya n dt e c h n o l o g yo ft h er i v e ro o l n t r a i n i n g , t h ec o n s t i t u t eo ft h er i v e ro o u l r e g u l a t i n gm e a s u r e sw i t ht h es u s t a i n a b l em a n a g e m e n to ft h er i v e rc o u r s et r a i n i n g s t u d y0 1 1t h es p e c i f i cc o n n o t a t i o no fo a 0 - r i v e ra n de s t a b l i s he c o - r i v e rc o n s t r u c t i o n s y s t e mc a nf i 玎u pt h ev a c a n c y , o nt h eb a s i so fp r e - s t u d y , t h ep a p e rm a i n l yd i s c u s s e st h ei d e ao fe c o - r i v e r c o n s t r u c t i o na n di n i t i a l l y 髂t a b l i s h 髑as y s t e mo fe c o - r i v e rc o n s t r u c t i o nf r o mt h e e x p e r i e n c eo fr i v e rc o u r s et r a i n i n ga th o m ea n da b o a r d , a b s o r p t i n gt h e i ro u t s t a n d i n g t h e o r ya n do p t i m i z i n gt h e i rt e c h n o l o g yi nr i v e rc o u r s et r a i n i n g t a k i n gt h ee x a m p l eo f t h ep l a n n i n gf o rz h a z h u a n g q i a o g a n ge c o - n v e re n u l s et op r a c t i c et h es y s t e mo f e c o - f i v e rc o n s t r u c t i o n t h e 锱t a b l i s l l i n e mo ft h es y s t e mp m v i d 铝ab a s i sf o ru r b a n r i v e rc o i l r s et r a i n i n go ro t h e r sm a k i n gt h ew o r kf o ri tm o r es t a n d a r d i z a t i o na n d s c i e n t i f i c m o r e o v e r , t h ee s t a b l i s h m e n to ft h es y s t e mm a k e se c o - r i v e rc o u l s em o r e i l l 浙江大学硕士学位论文 s u s t a i n a b i l i t ye x e r ti t sm a x i m a ls e r v i c ef u n c t i o n m o r ef a r - r e a c h i n gs p e a k i n g , t h e e s t a b l i s h m e n to ft h es y s t e mw h i c ha d v a n ci t s i n t e g r a t e dl e v e la c c e l e r a t e s t h e d e v e l o p m e n ti ns c i e n t i f i cr e s e a r c ha n dp r a c t i o eo fh y d r a u l i ce n g i n e e r i n g , b e a r i n g i m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h ep a p e ri sc o n s i s t e do f f i v es e c t i o n s i n t r o d u c t i o n t oi n t r o d u c et h eg i s tt os e tu pt h et o p i c ，r e s e a r c hb a c k g r o u n d , t h ec o r r e l a t i o nr e s e a r c hp r o g r e s sa n dt h ep a p e rf r a m e w o r k m a i nt h e o r e t i c a lb a s i sa n dc o r r e l a t i v et e c h n o l o g y t oi n t r o d u c ec o r r e l a t i v e t h e o r yo fu r b a nf i v e re c o s y s t e ma n dr i v e r se c o l o g i c a lr e s t o r a t i o na n ds o m e c o r r e l a t i v et e c h n o l o g yo fd y e re c o l o g i c a ls l o p ep r o t e c t i o n , w a t o rq u a l i t y r e h a b i l i t a - t i o na n dl a n d s c a p ed e s i g n ( 9c o n s t r u c t i o no fe e o - r i v e r 嘴a n di t sf r a m e w o r ks y s t e m t oi n t r o d u c et h e c o n n o t a t i o no fc o , o - r i v e rg o u i 豫a n di t sc o n s t r u c t i o np r i n c i p l e , t h ef r a m e w o r ko f c o o - r i v e rc o n s t r u c t i o ns y s t e ma n dt h en e c e s s i t yo f i t se s t a b l i s h m e n t a p p l i c a t i o ne x a m p l e t oc o m p i l e d i r e c t e db yt h ec o n s t r u c t i o ns y s t e mo fc o o - r i v e r c o u r s e c o n c l u s i o na n dd i s c u s s i o n t os u m m a r i z e9c o n c l u s i o n s ，4i n n o v a t i o ns p o t s ， d i s c u s s i n gt h ep a p e rd e f i c i e n c ya n ds o m op r o s p e c t sf o r f u t u r ew o r k k e y w o r d s ：c o o - r i v e rc o u r s e ；c o n s t r u c t i o ns y s t e m ；e c o l o g i c a lr e h a b i l i t a t i o n ；u r b a n r i v e re o m s e ；z h a z h u a n g q i a o g a n g i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿态鲎或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解溢鎏盘茎有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 滥鎏盘兰可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期：年月日签字日期： 年月 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 浙江大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 研究背景 如果说1 9 世纪是以追求大量生产为标志的提高效率的世纪，2 0 世纪是以追 求顾客满意为标志的质量与效率比翼齐飞的世纪，那么2 l 世纪将是以追求可持 续发展为标志的环境与经济协调发展的世纠1 - 2 ) 。在这新世纪，环境问题日益成 为国际社会敏感的话题，环境安全成为人们各项活动中优先考虑的事项，环境保 护进入了国际社会生活的方方面面，可持续发展成为了人类社会的共识。 我国已进入快速发展的城市化进程中，然而多年来在城市建设中，对城市自 然要素的漠视，特别是对城市河流水环境的漠视，如河流水质受到严重污染，大 面积的水体被覆盖，河道被硬化、渠化，人工与自然的比例不协调，河流原有生 态系统被破坏，河流自净能力丧失等，导致城市居民生活环境质量下降。目前， 世界上许多国家对破坏河流自然环境状态的河流整治工程进行了反思，并逐步对 已改造的河流进行了回归自然状态的再改造。 1 2 立题依据 城市河道是城市社会、经济可发展必不可少的要素，是城市水系的载体，同 时也是城市生态系统的重要组成部分。但长期以来，由于环境基础设施的建设远 远滞后于经济的发展，大量工业废水、生活污水、农业污水和城市地表径流直接 捧入河流，加上河流疏于管理，河底积存了大量污泥和腐烂的藻类植物，水流不 畅、水质恶化，许多河道已达不到设定功能区的水质标准；加上单一的为了泄洪 功能而盲i + i 地实施河道的直线化、平面化处理，使城市河道生态系统进一步恶化 同时随着人们生活水平的提高，他们对环境、生态品质的要求也不断提升，单一 的河道景观已经满足不了人们亲近自然的要求。 另一方面，生态河道的理念、河道整治的理论与技术、河道整治具体工程措 施的制定、河道整治工作的可持续性( 管理) 这四者之间需要有一个纽带将他们 串联起来。开展生态河道具体内涵的研究，建立生态河道构建体系正好可以填补 这样一个空缺。 浙江大学硕士学位论文 1 3 相关研究进展 1 3 1 城市河道现状 ( 1 ) 河道形状“直线化”、“平面化”严重。人们出于行洪安全的考虑，对河 道进行裁弯取直，并对河床加以混凝土衬砌，改变了原来河道的天然形状和走向， 致使原本属于河流的“曲折蜿蜒”的形状和“深潭”、“浅滩”等许多生物赖以维 持生存的自然特征消失。 ( 2 ) 河流水环境质量恶劣。经济发展迅速、产业结构不合理、污水处理不达 标及对河道的开发利用程度过高使河道内的水资源数量较少等原因使城市河流 的纳污数量超过了河流的自净能力，我国的城市河道近8 0 已受污染或严重被 污染，由此每年损失约3 7 7 亿元。据1 9 9 9 年我国环境状况公报显示：我国流经 城市的河段普遍受到污染，1 4 1 个国控城市河段中有6 3 8 的城市河段为至劣 v 水质。 ( 3 ) 河流生态系统损坏严重。河道的三面衬砌阻断了河道与生态系统其他成 员之间的沟通和交流，因此，健康河流以物理、化学、生物等形式参与生态系统 运动的功能丧失，致使河流所在区域的局部生态系统瘫痪。 ( 4 ) 河道景观缺乏多数城市河流出于防洪安全的需要，两岸的堤防都修建 得笔直高大，且水面单调划一、水流速度慢、水环境质量恶劣等造成了河道景观 的严重不足。城市河流受人为干扰强烈，上述问题表现得较为突出，且城市由于 具有人口密集、基础设施繁多、水电气网络交织的特点，从而增加了城市河流生 态修复工作的难度。总之，城市河流现状面l 临的根本问题就是生态环境问题，只 有从生态的角度修复和重建生态系统，才能为供水、水环境、水生态、水景观等 其他功能奠定基础【”。 传统河道整治主要着眼于泄洪、航运等功能的要求，进行河道疏浚和护岸建 设，因此多采用采用河道的直线化或渠道化、河岸的混凝土化的治理模式，而忽 略了河道的生态功能。其缺点在于没有考虑人工构造物对生物及其生态环境的影 响。河道的直线化和渠道化、河岸的混凝土化必然导致鱼类等水生生物栖息、产 卵的浅滩结构丧失，其生息繁衍困难。同时原有的河道空间变成了道路或其它建 筑，自然景观彻底消失。由此产生的结果是河流生态系统的作用越来越小、水质 浙江大学硕士学位论文 恶化、生境丧失或被阻断、物种减少等生态系统的退化m l 。 一些城市对当地河道所采取的某些措施，虽然也已不同程度地局部或暂时发 挥了作用。但是，往往在整体和长远效果上收效甚微。例如，在防治水污染方面， 采取了截污分流，引水冲污措施，虽可降低治理水体中污染质的量，但将增加接 纳污水水体的污染负荷，有以邻为壑之虞；清淤挖泥，虽可减少河道中有机质及 营养盐的蓄积量，但如过度挖泥，破坏原生活该处生物的生境及水体生态系统的 结构而又未及时恢复，将削弱或破坏原有污染质迁移、转化、输出途径，又会加 速与加剧生态阻滞及淤积；对河水的人工增氧或引入一些分解有机质的微生物， 虽可促进有机质矿化，降低河水中c o d 的浓度，但缺后续措施，无法迁移、转 化、输出其分解后的无机氮磷等产物，又促使浮游藻类生长繁殖，导致水体中有 机质浓度反弹；用化学防除剂或絮凝剂，杀灭浮游藻类，并促絮凝和沉淀，虽可 一时降低水中浮游藻类密度，提高水体透明度，但残存河中的藻类残骸未移出， 加速了淤积与分解矿化，又形成无机营养盐，再促进水体中浮游藻类繁殖，又恢 复以致增加其生产量和现存量；扩大与增加河道中水生植物生产量，加强吸收、 转化水中营养盐，抑制藻类的生产量和现存量后，但如对水生植物不利用、不及 时移出，残留河中将导致沼泽化和二次污染【6 】 1 3 2 国内外河道整治研究进展 目前，河流退化已被公认是一个全球性的生态环境问题，关于修复和重建受 损河流生态系统的研究和实践越来越受到国际社会的广泛关注和重视。从一些发 达国家的实践来看，水利工程学和生态学的有机结合是河道整治的发展趋势。河 流的受损已严重影响了人类对河流的可持续利用，河流的生态修复追在眉睫。 ( 1 ) 国外研究进展 “多自然型河道生态修复技术”起源于欧洲，出于土木工程对生态环境破坏 的反省，重点研究如何把生态学原理运用于土木工程，创建新的土木工程理论和 技术。 1 9 3 8 年德国s e i f e r t 首先提出近自然河溪治理的概念。它是指能够在完成传 统河道治理任务的基础上，可以达到接近自然、经济并保持景观美的一种治理方 案。 浙江大学硕士学位论文 1 9 6 2 年，h t o d u m 提出将生态系统自组织行为( s e l f - o r g a n i z i n ga c t i v i t i e s ) 运用到工程之中他提出。生态工程”( e c o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) 一词，旨在促进 生态学和工程学相结合 1 9 6 5 年德国e r n s tb i t l m a n n 在莱茜河用芦苇和柳树进行了生物护岸实验。 2 0 世纪7 0 年代末瑞士z u r i c h 州河川保护局建设部的c h r i s t i a ng i 自l d i 将德国 b i t t m a n n 的生物护岸法丰富发展为“多自然型河道生态修复技术”，即拆除已建 的混凝土护岸，改修成柳树和自然石护岸给鱼类等提供生存空间，把直线形河道 改修为具有深渊和浅滩的蛇形弯曲的自然河道，让河流保持自然状态 s c h l u e t e r ( 1 9 7 1 ) 认为“近自然治理”( n e a r n a t u r e c o n t r 0 1 ) 在满足人类对河 流利用的要求的同时，又要维护或创造河流的生态多样性 b i d n a ( 1 9 8 3 ) 提出河道整治首先要考虑河道的水利学特性、地貌学特点与 河流的自然状况，并将之作为衡量河道整治与人为活动干预程度的标准。 h o l z m a n n ( 1 9 8 5 ) 人为河流整治要注重工程治理与周围自然景观的和谐性 美国生态学者w i l l i a mj m i t s c h ( 1 9 8 9 ) 进一步提出“生态工程”( e c o l o g i c a l e n g i n e e r i n g ) 的概念，强调生态修复要以。自我设计”能力为基础，最终达到人 为环境与自然环境统一与协调。 h o l z m a n n ( 1 9 9 2 ) 从维护河流生态系统平衡的观点出发，认为河流生态治 理要维持河流生态环境多样性、物种多样性及河流生态系统平衡。 之后不断论证了生态学原理运用于土木工程中的理论问题，奠定了“多自然 型河道生态修复技术”的理论基础。 2 0 世纪9 0 年代以来，美国将兼顾生物生存的河道生态恢复作为水资源开发 管理工作必须考虑的项目，1 9 9 8 年出版了河道廊道的恢复：理论、内涵与实 务。 近年来，随着生态学理论的迅速发展，诞生了一门新兴的交叉学科一生态 水利工程学( 简称为“生态水工学”e c o l o g i c a l h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g ) ，主要借 助物理因素( 水动力学、泥沙输移和地形条件) ，化学因素( 保守与非保守物质 的传输、反应动力学和水质) 和生物因素( 生态学) 作为一个系统来进行研究。 1 9 9 4 年，在挪威第一次召开了题为h a b i t a ：r h y l ) r a u l i c s 的专题研讨会， 1 9 9 6 年，在加拿大召开了第二次e c o h y d r a u u c s 专题研讨会，旨在用水利 浙江大学硕士学位论文 学的观点探究河流流动与生物生存环境之间的关系，以解析河流生态体系的科 学，通过对物理、化学、生态过程的观测、描述、统计分析来定性、定量地描述 河流生态系统的修复过程。虽然该学科还处于探索和发展中，不久的将来，。生 态水工学”在以既能防洪，又适于生物栖息为目的的生态河流建设中，必将发挥 巨大的作用。 。 。 在这种思想的指导下，近三十年来，河流生态修复技术得以迅速发展，并积 累了大量的成功范例。如2 0 世纪8 0 年代，德国、瑞士等国提出了“重新自然化” 概念，将河流修复到接近自然的程度；英国在修复河流时强调“近自然化”时， 同时优先考虑河流的生态功能；荷兰强调河流生态修复要与防洪相结合，提出了 “给河流以空间”的理念。在工程实践方面，欧洲实施了“莱因河行动计划”， 该计划不仅要改善河流水质，而且要提高河流栖息地质量，使鲑鱼重回莱因河 作为指示物种，鲑鱼的回归标志着莱因河河流生态状况的极大改善日本1 9 9 7 年对“河川法”进行了大幅度的修改，在原来河川管理两大目标“治水”，“利水” 的基础上增加了新的管理目标“环境”在河道治理方面，提出。多自然型 河川工法”，强调用生态工程方法治理河流环境、恢复水质、维护景观多样性和 生物多样性。日本自2 0 世纪9 0 年代初就实施了“创造多自然型河川计划 ( p r o j e c t f o r c r e a t i o n o f r i c h i n n a t u r e ) ，仅在1 9 9 1 年日本全国就有6 0 0 多处实验工程兴建。 总之，国外在恢复河流自然形态方面主要成功的措施有：1 ) 恢复缓冲带；2 ) 重 建植被；3 ) 修建人工湿地；4 ) 降低河道边坡；5 ) 重塑浅滩和深潭；6 ) 修复水 边湿：啦沼泽地森林；7 ) 修复池塘。1 7 - 1 4 1 当前，国外关于河流生态系统修复试验研究多集中于河道形态的修复，而尝 试修复丧失的河岸植被和湿地群落的研究很少。另外关于受损河岸生态系统修复 方面的大量试验研究，多集中于生态修复材料的开发及生境缀块的设计和构建 上，并多以积累典型成功工程事例为主，而关于恢复中的生态学过程和机理的研 究较少，缺乏恢复过程中的生态系统是如何自我调节的动态定量化证明研究，因 而没有建立一套评价受损河岸生态系统修复定量化的指标体系。 ( 2 ) 国内研究进展 在我国，生态学和水利学者已经认识到水利工程对河流污染产生的严重影 响，从不同角度积极阐明开展河流生态修复研究的重要性。 浙江大学硕士学位论文 2 0 0 2 ，蔡庆华、唐涛等分别探讨了河流生态学研究中的热点和河流生态系统 健康评价等问题。 2 0 0 3 , - - 2 0 0 5 年，董哲仁、杨海军等从不同角度分析了水利工程对生态环境的 影响，认为以往的水利工程设计首先是在满足其防洪功能的前提下，着重于工程 的结构设计，很少去考虑工程对周边生态环境的影响，使河流在结构和功能上受 到损害。 2 0 0 3 年，董哲仁首次提出。生态水工学”的理论框架，认为应该革新传统 水利工程的设计思想，在水工学、水利工程学的基础上，吸收、融合生态学理论， 应该超前开展“生态水工学”的研究，并探讨了河流生态修复的技术手段和基础 研究问题。 在研究机构上，中国科学院于2 0 0 5 年1 月1 9 日成立了水工程生态研究所， 其主要目的是寻求水利工程生态系统调控和水环境保护的生态对策。 2 0 0 3 年，王薇、李传奇等从生态学的角度，综述了发达国家的河流生态修 复的研究进展，同时介绍了我国河流生态修复的现状，认为我国河流生态修复的 研究与实践多偏重于河流受污染水体的修复，注重水质的改善，而不强调河流生 态系统结构、功能的修复。 2 0 0 4 年，夏继红，严忠民综合分析了国内外生态河岸带研究进展与发展趋 势，认为近年来我国已经开始研究城市河流的“生态型护岸技术”，并已经提出 了多种生态型护岸结构形式，但是这些技术只是从维持岸坡结构稳定的角度来研 究问题的，并没有考虑其对环境、生态的影响，并非是真正意义上的河道生态护 岸。目前，真正基于生态系统尺度的城市受损河岸的生态修复研究则更少。 2 0 0 4 年，杨海军等在国家自然科学基金会和日本住友财团的资助下，开展 了城市受损河岸近自然修复过程的自组织机理研究，但仅仅取得了初步成果，还 存在许多问题有待进一步深入细致研究。比如，受损河岸生态系统在恢复过程中 是否能够在维持河岸岸坡结构稳定的同时，保持河岸生态系统的稳定和可持续 性；受损河岸生态系统在恢复过程中是如何进行种群动态或种群行为调控等基础 研究问题。目前有关河流生态修复的实验研究尚鲜见报道因此我国城市受损河 流生态系统的生态恢复缺乏理论和技术支撑。 近年来对于城市河流的研究多集中于以下几个方面或者说主要从以下几个 浙江大学硕士学位论文 角度来分析： 对河流健康评价的研究， 如赵彦伟等( 2 0 0 5 ) 在城市河流生态系统健康概念内涵剖析的基础上，提出 了包含水量，水质、水生生物、物理结构与河岸带5 大要素的指标体系及其“很 健康、健康、亚健康、不健康、病态”5 级评价标准，建立了模糊层次综合评价 程序与模型。 杨文慧等( 2 0 0 5 ) 对河流健康的概念进行了辨析，回顾了河流健康评价的发 展状况，总结了河流健康评价的对象、评价指标的选取及主要采用的评价方法。 吴阿娜等( 2 0 0 6 ) 建立具有河流水文、河流形态、河岸带状况、水质理化参 数、河流生物5 类一级指标及1 7 个二级指标的城市河流健康评价指标体系 另外边博、魏梓兴、庞治国、吴昊等各自介绍了城市河流生态系统健康的概 念、内涵、特征以及研究尺度，阐述了河流生态系统健康评价的方法和评价指标 体系，并指出了河流健康评价方法的发展方向，以及对我国河流管理的现实意义 对河流生态修复的研究 如陈兴茹( 2 0 0 6 ) 认为城市河道的生态修复应因地制宜，从河道功能的实际 需要出发；赵彦伟等( 2 0 0 6 ) 提出城市河流生态系统。八元”生态修复模式；李 永祥等( 2 0 0 6 ) 对河流生态修复的研究方法和内容做了阐述；夏梦河等( 2 0 0 6 ) 对河流生态系统修复中的有关尺度、重点及程度问题进行了探讨；王薇等( 2 0 0 6 ) 将景观生态学理论应用到河流的生态修复中，提出河流生态修复应在大尺度下进 行； 对河流污染综合治理和生态化建设的研究 黄伟来等( 2 0 0 6 ) 综述了我国城市河流的水污染现状，并提出了综合整治措 施与长效管理机制；王沛芳等( 2 0 0 5 ) 等提出了运用“水安全、水环境、水景观、 水文化、水经济”五位一体的城市河流生态系统建设模式；董浩平等( 2 0 0 5 ) 在 城市河流整治中，引入景观设计的内容，提出将河道生态修复与景观设计有机结 合。 对生态护坡的研究 汪洋等( 2 0 0 5 ) 在对生态护坡概念分析的基础上，剖析了生态护坡的内涵， 介绍了目前主要的生态型护坡技术，并对其优缺点进行了评价；陈小华等( 2 0 0 7 ) 浙江大学硕士学位论文 开展了以生态修复和河岸侵蚀控制为目标的河道生态护坡技术研究；其他如徐海 波、罗楠、刘娜娜等也对生态护坡技术进行了探索并应用于不同实例0 5 - 3 5 1 ( 4 ) 国内外河道整治实践 针对河道整治中存在的诸多问题，专家学者们提出用生态学的理论和方法来 指导河道的整治，提出了“生态河道”这样一个全新的理念，并进行了诸多的实 践。国外对水利工程改善生态环境的研究起步较早，并且从管理与开发、生态修 复工程建设两方面进行。如法国政府于1 9 3 3 年成立了法国国立罗讷河公司，负 责建设、开发和管理罗讷河的综合整治工程，提出生态整治河道的理念。美国、 俄罗斯、加拿大、巴基斯坦、澳大利亚、印度、巴西、阿根廷等则多采用跨流域 机构对水利资源进行综合管理与开发，一方面确保水资源的高效利用，另一方面 又注重保护生态环境，并有相关的措施及管理体系与其配套【3 6 l 。如巴西在1 9 9 7 年1 月8 日颁布的第9 4 3 3 号法令中规定“江河流域作为水利生态资源管理的区 域单元”；美国国会1 9 3 3 年通过了田纳西河流域法案，专门设立田纳西河流 域管理局负责生态河流治理工程，等等【3 7 1 近年来，国内相关部门吸取了国外生态研究的经验，在城市河道整治中注意 河道的生态保护及城市的景观效应，尽量使城市河道景观接近自然景观。北京， 上海、杭州、成都等城市在河道治理中遵循。尊重历史、传统与现代共存； 以人为本，提供沟通与交流的平台：恢复生物多样性，回归自然；以亲水为 目的，与城市相协调的景观设计；保护水质，扩大水面”的原则，收到了很好 的效果。北京市在1 9 9 8 年治理昆玉河时提出了一个明确的目标：“水清、岸绿、 流畅、通航”。上海的苏州河、杭州的东河、绍兴的城河通过生态整治，也都以 崭新的面貌展示在人们面蒯3 8 1 。成都市府南河的整治集防洪、捧水，交通、绿 化、生态、文化于一体，取得了很好的社会、经济、环保效益，该项目获得了世 界人居奖等3 项国际大奖【3 册等等。 ( 5 ) 总结 在理论方面，国内外专家学者都充分认识到河道“平面化”、“直线化”所带 来的严重后果，指出河道整治是一项涉及多学科、复杂的系统工程；提出应该用 生态学的理论与方法来指导河道整治，通过各种技术与工程的实施使河道恢复到 干扰前的自然或近自然状态，也有学者提出构建“生态河道”的理念，但对生态 浙江大学硕士学位论文 河道的阐述只停留在形象的定义上，没有对其进行明确定义和细化研究；对生态 修复理论及相关技术做了深入的研究，提出生态修复应该从河流生态系统的结构 与功能出发，在大尺度( 流域) 下进行，但在国内，基于生态系统尺度的修复受 损河流生态系统的理论框架和技术在我国正在探索阶段，研究方面的成果很少； 主张拆除现有硬化河岸，倡导生态型护坡，但结合中国国情及河道整治的现状， 此种做法是否具有普遍推广意义还值得商榷，特别是在发展比较成熟的大城市 在实践方面，就国内来说，虽然北京、上海等为数不多的大城市开展了生态 河流修复实验如北京的转河、上海的苏州河等河流治理工程，但由于资金、土地 及其他一些原因，河流修复只限于河两岸的绿化尺度；各级政府也加大了对城市 河道整治的投入，如杭州市政府计划斥资三十亿元人民币( 2 0 0 6 ) ，综合开展城 内河道生态保护工程( 杭州市六城区共有河道三百零八条，长度超过9 0 0 k m 。城 区内河道地形趋势和降雨径流的流向分运河水系和上塘河水系。近几年来，西湖 的水质有所好转，但城市河道水质污染依然比较严重，除主城区已整治的河道水 质有所改善外，大部分城市河道水质为劣v 类) 但如何展开，并没有一个指导 性的框架体系。 综上所述，国内外对于河道整治的研究特别是对于河道生态修复的研究已经 开展并不断深化，这些研究所形成的理论与技术对于河道整治工作的展开起到了 积极的指导与推动作用。但是大多数的研究没有从流域的尺度整体考虑河道整治 过程中涉及的社会、经济、自然及人的因素，该方面理论与技术的研究还远落后 于城市发展对于河道整治效果的要求 在实践方面，到目前为止对于河道整治的实践是零碎的，片段的，或者说生 态河道的理念只体现在个别或部分的细节上，并没有形成一套完整的生态河道构 建的体系来统领、指导具体工程的设计、实施及来管理生态河道。 因此有必要将构建生态河道的理念具体化，对如何将河道整治理论与具体工 程实践有机结合进行深入探讨，提高河道整治工作的可持续性及整治效果。 1 4 本文研究框架 1 4 1 研究对象和内容 本文以生态河道构建体系为研究对象，内容包括河道整治相关理论与技术优 9 浙江大学硕士学位论文 化整合，生态河道的具体内涵，生态河道构建体系的框架研究等。 1 4 2 研究目的和意义 本文在前人研究的基础上，深化阐述生态河道的构建理念，并借鉴国内外河 道整治的经验，吸收其优秀的理轮，优化、组合河道整治中的各项技术，目的是 初步建立一套生态河道构建体系。并以栅庄桥港的生态河道规划设计方案为例， 来实践生态河道构建体系。此套体系的建立可为城市及其他河道的整治提供依 据，使河道整治工作规范化，科学化，使整治后河道生态系统更具有可持续性， 发挥其最大的服务功能。对促进我国水利工程科研及实践的发展，提升其综合水 平，均具有重要的理论与实践意义。 1 4 3 研究方法 ( 1 ) 纵观国内外河道整治的相关文献，取其精华，去其糟粕。包括河道生态 整治的理念、原则，水质的生物修复( 主要是利用植物的吸收和转化作用实现净 化) ，生态护坡的设计，滨河带的处理及河道景观设计及管理方面的文章。 ( 2 ) 考察生态整治中的河道，结合理论，寻找各种先进技术的最佳结合点， 同时构思这个体系所应包含的具体内容( 从理念，具体技术的组成到科学的管 理) 。 ( 3 ) 以栅庄桥港的生态河道规划设计方案为例，考察生态河道构建体系在具 体工程的中的应用，完善体系 浙江大学硕士学位论文 1 4 4 技术路线 1 4 5 论文结构 图l 技术路线图 f i g i t e c h n i c a lr o u t e 本论文分为五部分： 矗第一部分为前言，主要是介绍相关研究背景、工作基础和论文研究框架； 4 第二部分为主要理论基础，介绍河道整治的相关理论与技术。 囊第三部分为生态河道构建体系的框架，主要是分析生态河道的具体内 涵，生态河道构建体系的框架。 4 第四部分为应用研究，以栅庄桥港的生态河道规划设计方案为例，来实 践生态河道构建体系 舔第五部分为结论与建议，总结论文的主要论点和创新，并提出一些建议 浙江大学硬士学位论文 第二章主要理论基础及相关技术 2 1 城市河流生态系统概述 2 1 1 河流生态系统的构成 河流生态系统的结构是指系统内各组成因素( 生物组分与非生物环境) 在时 空连续及空间上的捧列组合方式、相互作用形式以及相互联系规则，是生态系统 构成要素的组织形式和秩序。河流生态系统同其他水域生态系统一样，具有一定 的营养结构、生物多样性，时空结构等基本结构。 河流生态系统由三部分组成，物质和能量、生境及生物，前两者为非生物环 境部分。 ( 1 ) 能量和物质 主要是指由流域汇流产生的降雨径流携带流入河流的土砂、有机物、营养物 质和毒性物质等各种物质和太阳能。能量和物质是决定河流生产力和生境基本构 造的重要因素。能量和物质的质量与数量同河流的土地利用方式、水系的水资源 分配有着密切关系。因此，能量和物质的动态变化一般在空间上应以流域尺度， 时间上以十年或数十年的尺度来研究 ( z ) 生境 生境是生物栖息环境的基本单位水流和流沙的相互作用在形成微地形的同 时，也形成了适宜多种水生生物栖息的生息场所。浅滩和深潭、浮动砾石带等是 河流的代表性生境。生物在生活史的各阶段利用特定的生境通过廊道而进行移 动。因此生境的质量与数量，生境的分布及其连续性对于生物的生存尤其重要。 生境与河流形态、水流和河岸形状密切相关，但其研究尺度要小于能量和物质的 研究尺度。 生境由水和空闻构成水主要包括水质、水量、流速、承深和地下水等。空 间可划分为水体、陆地和水陆交错带，主要由河流微地形、河床材料、人工构造 物和植物等组成。 浙江大学硕士学位论文 水质 河流生物同水质存在密切关系。与生物密切相关的水质指标有：溶解氧d o 、 生物需氧量b o d 、营养盐、p h 、透光量、水温和有害物质等 水量 流量的变化程度直接影响河流自然环境。流量同水深和流速密切相关，直接 影响生境的质量。同时，一般认为流量的变化程度对维持河流的自净作用、生态 系统的稳定性和生物种群的保护十分重要。 河床形态 浅滩和深潭作为鱼类和水生昆虫的生境与河川形态密切相关 河床材料 鱼类和水生昆虫的生境主要受河床粒经的大小、粒经的分布和粒经间的有机 质含量的影响。 植物 植物是生物的部分，同时也是其他动物的栖息场所 ( 3 ) 生物 河流生态系统中生活着多种生物，水体中主要有附着藻类、水声昆虫和鱼类 等，生活在陆地的有植物、昆虫和鸟类等这些生物在水体、陆地和水陆交错间 带，通过捕食和被捕食关系形成食物链。根据生物在河流生态系统中所起的作用， 可分为：生产者、消费者和分解者。 生产者 主要指绿色植物，包括浮游植物、藻类和其他水生植物，包括浮叶植物、沉 水植物和挺水植物，另外还有光合细菌。 消费者 包括浮游动物、原生动物、轮虫、支角类和桡足类、大型无脊椎动物、水生 昆虫、大型甲壳类、软体动物、环节动物、圆形动物和扁形动物以及鱼类等。鱼 类在水生食物链中，代表着最高营养水平，位居水生生态系