（水土保持与荒漠化防治专业论文）南通市城市生态河道构建理论及其应用.pdf

摘要 河流是水行进的场所，是多种生命起源和繁衍的地方，也是人类文明的摇篮。 然而伴随着社会经济的发展，河道水资源过度开发，水污染日益严重。加之传统 的水利工程过多地采用混凝土等硬质材料进行河岸边坡防护，使自然水体形态的 渠道化、水池化和水岸的混凝土化，破坏了河流的生态系统，造成水质恶化，水 生生物锐减。本文针对南通市地处平原河网区的特殊情况以及社会经济发展造成 河道生态系统破坏等问题，开展了城市生态河道生态建设理论和应用方面的研 究，主要取得了以下成果： ( 1 ) 围绕构建生态河道理论与技术的总体目标，系统地提出了南通市城市 生态河道构建理论。针对生态河道目前尚无统一界定的前提下，诠释了生态河道 的内涵、组成、结构、功能。 ( 2 ) 雨量和径流月分配特征表明，降雨和径流年内分配不均匀，集中分布 在夏季。雨量等值线的范围在10 4 0 一10 7 0 m m 之间，高值线在南通闸一金沙一遥 望港闸一线，且自高值线向南、西北方向逐渐递减，递减速率大致相同。平均径 流深等值线，除南通市区、斗南区超过3 0 0 m m 外，其它分区径流深均在2 4 0 3 0 0 m m 之间。采用d b 4 正交小波对南通市降水及径流深趋势进行分析表明，降 雨量和径流深具有相类似的变化趋势。 ( 3 ) 提出城市生态河道评价指标体系，包括河道水质评价、河道形态评价、 河道景观评价和河道社会经济评价共2 5 个指标，为城市生态河道修复和建设提 供了一个统一的衡量标准。河道生态性评价涉及的指标既有定量指标，又有定性 指标，对定性指标的模糊性较强，且指标层之间具有较强的层次性，选用层次分 析法和模糊综合评价法相结合的评价方法予以评价。以濠河生态性综合评价为 例，利用模糊模型计算各指标隶属于不同等级的隶属度值，确定模糊关系矩阵， 从而计算出该河道总体生态状况指数。与总体生态状况等级标准相比，河道总体 生态状况良好。由于该段的水体质量较差，影响了该段的总体生态状况，所以应 重点进行改善河道水质，使濠河保持一个良好的生态环境。 ( 4 ) 运用构建的生态河道评价指标体系，选取南通市典型河道，利用模糊 模型进行生态河道综合评价。濠河、焦港河、如海运河综合得分较高，即符合生 态河道的标准；通启运河、通扬运河、海港引河综合得分较低，在生态河道建设 中还需进一步加强；九圩港、通吕运河、任港介于两者之间。造成综合得分高低 的主要影响指标是水体指标，因此在生态河道构建中要高度重视水质变化。 ( 5 ) 针对濠河在城市河道中的特殊地位，充分考虑水岸生态系统的延续性， 提出自然原型、自然型、人工自然型等生态护岸技术。运用生态系统整体优化的 观点对濠河周边绿地景观系统进行科学设计，建立适应性强、相对稳定的人工顶 级群落。 ( 6 ) 通过贯通水系、引清调度等工程措施，运用“开放河流”的理念，摒弃 了原有的以打坝建闸、截断水系为主要手段的“封闭”治水模式，创造性地挖掘、 利用濠河的枢纽作用和辐射功能，来实现城市河道的畅引畅排，即通过优化调度、 引潮换水、串活水系的方案及其相应的技术体系，建立了以濠河为中心的“长藤 结瓜式”的平原城市生态河网系统，增强河道水体自净能力，从而提高河道生态 功能。 ( 7 ) 通过对生态河道构建前后水生生物多样性和水质监测表明，濠河的北 濠桥、跃南桥和三元桥三个断面底栖动物明显好转。近5 年来南通市主要内河综 合污染指数总体呈下降趋势，但部分河流不同年份波动较大，污染较为严重的内 河主要为通启运河、拼茶运河和如泰运河等，如海河水质最好。濠河全水域及各 断面水质有所好转，生态河道构建前期各断面劣于v 类标准，生态河道构建后期 水质符合v 类、类标准。 关键词：生态河道，小波分析，河道贯通，模糊评价，生态护岸，纳潮置换 a s t u d yo nc o n s t r u c t i o nt h e o r yo ft h eu r b a ne c o l o g i c a l r i v e ra n di t sa p p l i c a t i o ni nn a n t o n g c i t y ，c h i n a a b s t r a c t t h er i v e rw h e r et h ew a t e rm a r c h e sf o r w a r di st h ep l a c ef o rm a n yk i n d so fl i f e o r i g i na n dm u l t i p l i c a t i o n ，a n di sa l s ot h ec r a d l eo fh u m a nc u l t u r e h o w e v e r ，w i t ht h e d e v e l o p m e n to ft h es o c i a le c o n o m yd e v e l o p m e n t ，t h er i v e rw a t e rr e s o u r c e sh a db e e n u t i l i z e do v e r l y ，a n dt h ew a t e rp o l l u t i o nw a sb e i n gs e r i o u sd a yb yd a y m o r e o v e r ，t h e t r a d i t i o n a lh y d r a u l i ce n g i n e e r i n gu s i n gt h en i n t ym a t e r i a ll i k ec o n c r e t e st o p r o t e c t t h ec h a n n e ls l o p e ，h a dd e s t r o y e dt h er i v e r se c o s y s t e m ，a n dl e a d i n gt ot h ew a t e r q u a l i t yw o r s e na n da q u a t i co r g a n i s ms h a r pd e c l i n e d a c c o r d i n gt oc h a m p a i g nr i v e r n e t w o r ko fn a n t o n g ，u r b a ne c o l o g i c a lr i v e rc o n s t r u c t i o nt h e o r ya n da p p l i c a t i o nw a s s t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e d ： ( 1 ) c o n s i d e r i n gt h et o t a lg o a lo fe c o l o g i c a lr i v e rc o n s t r u c t i o n ，t h i sa r t i c l ep u t f b r w a r d e c o l o g i c a lr i v e rc o n s t r u c t i o nt h e o r y o fc h a m p a i g nr i v e rn e t w o r ka r e a s y s t e m a t i c l y a tt h er e a s o no fn ou n i f i c a t i o nd e f i n i t a t i o no fe c o l o g i c a lr i v e r ，t h i s a r t i c l ea n n o t a t e dt h em e a n i n g ，c o n l p o s i t i o n ，c o n f i g u r a t i o na n df u n c t i o no f e c o l o g i c a l r i v e r ( 2 ) r a i n f a l la n dr u n o f fm o n t h l yd i s t r i b u t i o nw e r ea s y m m e t r y t h e yd i s t r i b u t e d o ns u m m e rc e n t r a l i z e l y t h er a n g eo fr a i n f a l li s o l i n ei sf r o m10 4 0m mt ol0 7 0 m m w i t ht h ed i s t r i b u t i o nb e l to fh i g hr a i n f a l li s o l i n ef r o mn a n t o n gs l u i c ea n dj i n s h at o y a o w a n g g a n gs l u i c e ，a n di t sd e s c e n d i n gf r o mt h eb e l tt oi t sd i r e c t i o no ft h es o u t h a n dn o r t h w e s tw i t ht h es i m i l a rd e s c e n d i n gr a t e t h ei s o l i n eo fa v e r a g er u n o f fd e p t h i sm o r et h a n30 0 m mi nt h eu r b a na r e aa n dd o u n a nd i t r i c to fn a n t o n g ，w i t ht h e a v e r a g er u n o f fd e p t hi no t h e rd i s t r i c to ft h es t u d i e da r e af r o m2 4 0 m mt o3 0 0 m m r a i n f a l la n dr u n o f fd e p t ht r e n do fn a n t o n gw e r ea n a l y s i z e db yd b 4o r t h o g o n a l w a v e l e t r a i n f a l la n dr u n o f fd e p t hh a dt h es i m i l a rc h a n g et r e n d ( 3 ) t h i sa r t i c l eb r o u g h tf o r w a r du r b a ne c o l o g i c a lr i v e re v a l u a t i n gi n d i c a t o r s y s t e m i ti n c l u d e dw a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o n ， r i v e r w a yc o n n g u r a t i o ne v a l u a t i o n ， r i v e r w a yl a n d s c a p ee v a l u a t i o na n dr i v e r w a ys o c i a le c o n o m ye v a l u a t i o n t h en u m b e r o fe v a l u a t i o ni n d e xw a s2 5 t h i se v a l u a t i o ns y s t e mo f f e r e dau n i f o r my a r d s t i c kf o r t h er e s t o r a t i o na n dc o n s t r u c t i o no fu r b a ne c o l o g i c a lr i v e r t h e r ew e r eq u a n t i t a t i v e i n d e xa n dq u a l i t a t i v ei n d e xf o r e c o l o g i c a lr i v e re v a l u a t i o n ，a n dt h em e t h o d so f a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa n df h z z yc o n l p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nw a su s e dt oe v a l u a t e t h eq u a l i t a t i v ei n d e xw h i c hh a dh i g hf | u z z i n e s sa n dh i e r a r c h yi nt h ei n d i c a t o rl a y e r t a k i n gac a s eo fs t u d yh a or i v e rf b re x a m p l e ，t h et o t a le c 0 1 0 9 i c a li n d e xo ft h i sr i v e r w a sc a l c u l a t e d u s i n gt h i sm e t h o d ， t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et o t a l e c o l o g i c a l s i t u a t i o no ft h i sr i v e rw a sg o o dc o m p a r i n gw i t ht h ec r i t e r i ao ft o t a le c o l o g i c a l g r a d i n g t h em e a s u r e ss h o u l d b et a k e nt o i m p r o v et h ew a t e rq u a l i t ya n dt h e e c o s y s t e ms t a b i l i t yo ft h i sr i v e r ( 4 ) t h ec o n s t r u c t e di n d i c a t o rs y s t e mf b ru r b a ne c o l o g i c a lr i v e re v a l u a t i n gw a s a p p “e dt ot h ec a s eo ft y p i c a lr i v e ri nn a n t o n gb yu s i n gf u z z ym o d e l t h er i v e r sl i k e h a or i v e r ，j i a o g a n gr i v e ra n dr u h a ir i v e rg e t t i n gh i g hs c o r ec o n f 6 r m e dt ot h ec r i t e r i a o fe c o l o g i c a lr i v e r ，a n ds o m em e a s u r e ss h o u l db e e nt a k e ni nt h ec o n s t r u c t i o no f e c o l o g i c a lr i v e rt ot h ef i v e r sl i k et o n g q ir i v e r ，t b n g y a n gr i v e ra n dh a i g a n gr i v e r t h a tg o tl o w e rs c o r e t h e r ew e r es o m er i v e r sl i k ej i u w e i g a n gr i v e r ，t o n g l ur i v e ra n d r e n g a n gr i v e rg e t t i n gm o d e r a t es c o r e t h em a i ni n f l u e n c ef a c t o rt o t h i sr e s u l t si s w a t e rq u a l i t y ，s ot h ec h a n g eo fw a t e rq u a l i t ys h o u l db eg i v e nm o r ea t t e n t i o ni nt h e c o n s t r u c t i o no fe c o l o g i c a lr i v e r ( 5 ) i nt h ec a s eo fi m p o f t a n ts t a t u so fh a or i v e ri nu r b a nr i v e r ，e o n s i d e r s i n g c o n t i n u a t i o no fb a n ke c o s y s t e m ，t h i sa r t i c l eb r o u g h tf b r w a r de c o l o g i c a ls h o r e p r o t e c t i o nt h c h n i q u eo fn a t u r a la n t e t y p e ，n a t u r ea n da r t i f i c i a ln a t u r e g r e e na r e a so f h a or i v e rw e r ed e s i g n e dt a k ea d v a n t a g eo fe c o s y s t e mi n t e g e ro p t i m i z a t i o n a r t i n c a l u p l e v e lc o m m u n i t yo fa d a p t a b i l i t ya n ds t a b i l i t yw a se s t a b l i s h e d ( 6 ) w a t e rs y s t e mt r a n s n x i o na n dw a t e rr e p l a c e m e n tw e r ea p p l i e dt on a n t o n g t h et h e o r yo f “o p e nr i v e r ”w a sa p p l i e dt ow a t e rc o n t r 0 1 p r e v i o u sw a t e rc o n t r o l p a t t e r nb a s e do nc o n s t r u c td a ma n di n t e r c e p t ew a t e rs y s t e mw a ss p u r n e d t h i sa r t i c l e u t i l i z e sh i n g ea n dr a d i c a l i z a t i o no fh a or i v e r ，r e a l i z em o b i l i z a t i o no fw a t e r a b i l i t y o fs e l fp u r i f i c a t i o no fw a t e rb o d yw a si m p r o v e d ，a n dt h e nr i v e re c o l o g i c a lf h n c t i o n w a sr e i n f b r c e d ( 7 ) h y d r o b i o n td i v e r s i t ya n dw a t e rq u a l i t yw e r em e a s u r e db e f o r ea n da f t e r e c o g l i c a lr i v e rc o n s t r u c t i o n t h er e s u l ts h o w e dt h a t ，b o t t o mi a u n ao fb e i h a ob r i d g e ， y u e n a nb r i d g ea n ds a n y u a nr i d g eg e tb e t t e rd i s t i n c t l y s y n t h e s i sp o l l u t i o ni n d e xo f m a i ni n t e r n a lw a t e r ss h o w e dd o w n t r e n di nt h i sn v ey e a r s t h es e r i o u sp o l l u t i o no f i n t e r n a lw a t e r sw a st o n g q ic a n a l ，b i n g c h ac a n a la n dr u t a ic a n a l t h eb e s tw a t e r q u a l i t yw a sr u h a ir i v e r w a t e rq u a l i t yo fh a or i v e rt u r n e db e t t e r ，e a c hc r o s ss e c t i o n b a d d e rt h a nvc r i t e r i o na tt h eb e g i n n i n go fe c o l o g i c a lr i v e rc o n s t r u c t i o n ，a n da c c o r d w i t hva n d c r i t e r i o na f t e rt h ee c 0 1 0 9 i c a lr i v e rc o n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：e c o l o g i c a l e v a l u a t i o n r i v e r ， w a v e l e t a n a l y s i s ， c o l o g i c a ls h o r ep r o t e c t i o n ， i i r i v e r t r a n s n x i o n ， a m b i g u i t y w a t e rr e p l a c e m e n tb yt i d e 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作 所取得的成果。尽我所知，除丈中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位敞储c 枞签触赫磷矽8 年多月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南京林业大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版( 中国科学技术 信息研究所；国家图书馆等) ，允许论文被查阅和借阅本人授权南京林业大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以汇编和综合 为学校的科技成果，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论 文全部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密口。 ( 请在以上方框内打“ ” ) 学位论文作者( 本人签名) 蝴厶帕了年6 月1 7 日学位论文作者( 本人签名) 聂b 茚彭冬厶帕了年6 月l 一7 日 指导 教师( 本人签名) 之沙装年 月 。日 y 。 一 致谢 本文是在导师张金池教授的悉心指导下完成的，从论文的选题，研究方案的 制定，论文构思，论文的修改及定稿等一系列工作中，都倾注了导师的大量心血。 在从师学习的四年中，张老师以其严谨求实的治学态度，勤奋认真的敬业精神教 育学生如何做事；同时，他又以高尚的品格，宽容的情怀教会学生如何做人。在 学业上张老师给我精心指导和无私帮助，在工作、生活上张老师以自己的一言一 行感染着我、影响着我，使我受益匪浅。值此毕业之际，谨向导师及师母曲业煌 女士致以诚挚的感谢和崇高的敬意。 本课题得到江苏省水利科技重点项目资助和南通市科技局重点项目资助。在 课题的研究工作中，得到了南通市水利局俞福涛局长、张东华副局长、沈波处长、 如皋市农田水利试验站的消海涛工程师、黄勇工程师及如皋市水务局姜国华高工 等的大力支持和帮助，在此一并表示诚挚的感谢。 诚挚感谢生态与环境科学系薛建辉教授、万福绪教授、胡海波教授、阮宏华 教授、张银龙教授、关庆伟教授、林杰讲师、土壤组俞元春教授及环境保护部南 京环境科学研究所沈渭寿教授等在论文完成中给予的指导和帮助。同时，对2 0 0 4 级硕士研究生姜姜、王亚超，2 0 0 5 级硕士研究生李海东、俞学如、周艳文、张 姝姝、杨波、何志峰等同学在资料整理、现场调查、研究实验、论文完成等过程 中给予的帮助和指点一并表示感谢。 特别感谢我工作单位的领导杨振华教授、刘中亮书记、我的同事商亚萍、施 婧、陈养彬等老师、以及关心、爱护我的家人和朋友，谢谢你们四年来给予我的 鼓励、理解和支持。 四年的专业学习，让我深深体味到了生活的不易，但日渐成熟的我更会认真、 充实地对待每一天。 作者：高晓琴 二零零八年六月于南京 引言 河流是水行进的场所，是多种生命起源和繁衍的地方，也是人类文明的摇篮 。然而在社会发展的进程中，依水而居的人们因环保意识薄弱、极端功利行为 对水资源过度开发，使水资源供需矛盾不断加剧，导致生态用水被大量挤占，河 道水污染日益严重，水生态环境问题已经严重影响着社会生态安全和经济社会的 可持续发展，形势严峻，不容乐观。再加传统的水利工程只注重河道的“泄洪、 排涝、航运、灌溉”等作用，修闸建坝，过多地采用混凝土等硬质材料，使自然 水体形态的渠道化、水池化和水岸的混凝土化，破坏了河流的生态系统，造成水 质恶化，水生生物锐减，河道生态系统退化。 随着社会进步、经济发展、人们生活水平的大大提高，人们对生存环境的要 求也越来越高，“回归自然”，“人水和谐发展”、“建立生态型社会”等呼声越来越 响，加强水资源保护，改善河道环境，修复和构建生态型河道已成为环保、生态、 水利等相关部门面临的重要课题【2 】。加强河道生态研究和保护工作，共同维系人 水和谐的河流生态环境是支撑可持续发展、构建社会主义和谐社会的重要保障， 开展河流生态环境保护和研究意义重大。 近年来，在科学发展观的指引下，南通市水利部门积极贯彻治水新思路，推 进资源水利、可持续发展水利，探索河道生态环境保护的措施和方式，积极推动 有关政策、法规、规划和管理等各项工作的开展，特别是在水利风景区建设、水 资源优化配置和调度、水土流失治理、城市水系贯通和生态修复等方面进行了积 极的探索，先后建成了濠河风景区( a a a a 级) 、如皋内外城河风景区( a a a 级) 、 启东海门江堤绿色长廊、如东通州绿色生态海堤，南通市主城区重要河流全部贯 通，多条骨干河道的生态正逐步得到修复。 本论文通过广泛收集国内外文献资料、南通市河道现状资料以及现场调查的 基础上，围绕构建生态河道理论与技术的总体目标，系统地提出了南通市城市生 态河道构建理论。针对生态河道目前尚无统一界定的前提下，诠释了生态河道的 内涵、组成、结构、功能。建立一套河道生态系统健康状况的评估体系，以评价 在自然变化与人类活动共同作用下河流生态系统的变化趋势，并协调水资源的开 发利用与生态保护之间关系。 本课题得到了江苏省水利科技重点项目( 2 0 0 3 0 0 2 、2 0 0 6 0 l3 ) 资助和南通市 科技局重点项目( s 2 0 0 6 0 0 2 ) 资助。 第一章国内外研究进展 1 1 生态河道的提出 河道是水的专用通道，是河流生态系统横向结构的重要组成部分。天然河 道在物理结构上可分为河床流水水体区和河道堤岸带。河床是指被河流占有或从 前被河流占有的沟槽。河岸是与水流发生作用的陆地植被区域【3 】。河道生态系统 包括河床内流水水体生态系统和河岸生态系统【4 】。河床生态系统主要由河床内水 生生物及其生境组成【5j 。 生态河道的构建起源于生态修复。在河道治理工程中，过去往往只注重“泻 洪、排涝、蓄水、航运”，但随着社会的发展，河道的功能发生了巨大的改变， 人们对景观、休闲、生态等功能的要求越来越高。人们更加重视受损河道生态修 复的研究和探索，并不断地将生态理论溶入工程技术中，加以应用实践以重新恢 复和实现河道的生态功能，由此建设生态河道已成为当前河道治理工程的主要任 务之一。至于什么是生态河道目前尚无统一的界定【6 诏j ，但多数学者认为生态河 道是指在保证河道安全的前提下，以修复河道生态系统为目的，通过建设生态河 床和生态护岸等工程技术手段，重塑一个相对自然稳定和健康开放的河流生态系 统，以实现河流生态系统的可持续发展，最终构建一个人水和谐的理想环境。生 态河道的研究是一新的领域，它涉及生态学、水文学、环境学、生物学、地貌学 等相关学科。 1 2 生态河道研究进展 1 2 1 生态河道发展历史 对河道的治理，过去人们主要与河道的安全性相斗争，往往忽略了河道的生 态性。国外较早注意到这个问题，并进行了一定的研究。生态河道的发展经历了 自然型河道和生态型河道两个阶段。 ( 1 ) 自然型河道。本阶段大致从2 0 世纪3 0 年代末至8 0 年代末期，此阶段 提出河道治理要接近自然。19 3 8 年德国的s e i f e r t 首先提出“近自然河溪治理”的 概念，指出治理工程应在实现传统河流治理的各种功能( 比如防洪、供水、水土 保持等) 基础上，还应该可以达到接近自然的目的【9 l 。2 0 世纪5 0 年代德国正式创 立了“近自然河道治理工程”，提出了河道的整治要符合植物化和生命化的原理 0 1 0 j 。s c h l u e t e r 认为近自然治理( n e a rn a t u r ec o n t r 0 1 ) 的目标，首先要满足人类对 河流利用的要求，同时要维护或创造河流的生态多样性1 1 1j 。19 6 5 年德国的e r n s t b i t t m a n n 用芦苇和柳树在莱茵河进行了生物护岸实验，7 0 年代末，这种生物护 岸法丰富发展为“近自然工法”，即拆除已建的混凝土护岸，改建成柳树和自然石 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，让河道保持自然状态【l 引。瑞士、德国等于2 0 世纪8 0 年代末提出 2 了“自然型护岸”技术【l3 1 。在2 0 世纪8 0 年代中期，日本对河流的整治引进了“亲 水”的新理念，日本建设省河川局还制定了“推进多自然型河流建设”的法规1 1 4j 可 见，此阶段生态河道的研究主要在欧洲发展，以自然护岸为特色，着重关注河道 的自然状态。 ( 2 ) 生态型河道。从2 0 世纪9 0 年代初期起，河道治理中开始关注生物多样 性恢复问题，注重发挥河流生态系统的整体功能，逐渐实现人与自然和谐共处。 h o h m a n n 【1 5 】认为河道治理要减轻人为活动对河流的压力，维持河流环境多样性、 物种多样性及其河流生态系统平衡，并逐渐恢复自然状况。我国学者董哲仁提出 了“生态水工学( e c o - h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g ) ”的概念，他认为水工学应吸收、融 合生态学的理论，建立和发展生态水工学，在满足人们对水的各种不同需求的同 时，还应满足水生态系统的完整性、依存性的要求，恢复与建设洁净的水环境， 实现人与自然的和谐【l6 。2 0 0 3 年在对河流形态多样性的研究中指出：河流形态 多样性是流域生物群落多样性的基础，水利工程建设应注意保护和恢复河流多样 性，以满足生态系统健康的要求【1 7 。 1 2 2 影响因素的研究 在生态河道构建中，相关因子的作用和影响日趋明显，为生态河道机理研究 创造了条件，国内外相关学者已作了大量的研究。河道整治首先要考虑河道的水 力学特性、地貌学特点与河流的自然状况，以权衡河道整治与对生态系统胁迫之 间的尺度【l 引。研究表明河岸植被应该是具有多种小生境的多级结构，在近自然 治理中应注重工程治理与自然景观的和谐性i j 。h e yrd 、b r 0 0 k e sa 等学者先 后研究河道工程的环境敏感性问题，分析了河道断面形式、弯曲程度、两岸护坡、 滩地开发与保护等一系列工程措施对防洪、排涝、抗旱及水生态系统的影响，探 讨了河流水动力特性、泥沙淤积对河床稳定的影响【2 0 】。j a a n au u s i k a m p p a 、a h o l a h 、a m o r o sc 、b r i n s o nmm 、p h i l l i p sj 、c o o p e rjr 、m a s o ncf 等先后研究了 河道两岸植物、森林、水生生物对水体污染物质的截留容量和净化效应【2 1 。2 引。 我国王超等通过对江苏如泰运河农村段和城区段的对比观测，研究发现河道两岸 芦苇对氨氮具有很强的吸附和截流作用，城区护坡工程破坏了河道两岸湿地，对 水生态环境造成负面影响【25 1 。通过水岸带理论和实践研究，进一步证实了水岸 带植物，特别是植物多样性和优化组合是退化水岸带恢复与重建的关键【2 6 1 。董 哲仁指出在流域生态系统的各种生境因素中，河流形态多样性是流域生态系统最 重要的生态因子之一【27 。 应该说，生态河道是受多种因素的综合影响- ，因此，对生态河道相关因子进 行系统地、综合地研究已成为今后一段时期内研究任务之一。 1 2 3 河流生态恢复的研究 河流生态恢复是指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰而丧失或退 化的自然功能【2 7 j 。美国的m i t s c h 和j o r g e n s n 将e c o l o g i c a le n g i n e e r i n g 的概念并 定义为“为了人类社会和其自然环境两方面利益而对人类社会和自然环境的设 计”【2 引，正式诞生了生态工程这一理论。之后，又不断论证了将生态学原理运用 于土木工程中的理论问题，奠定了河道生态修复的理论基础。 g e o f f r e yp 、p e t e rc 、m cbl 等人提出了系统的河流生态系统修复理论与技 术1 3 j 。p a b s t 强调溪流的自然特性要依靠自然力去恢复【2 9 1 。1 9 8 6 、1 9 8 8 年k e r nk ， 1 9 9 2 年m i n i s t e r i u mu m w e l t 等研究了河道生态修复途径，建议改变传统水利工程 的结构形式，减缓人类活动对天然生态系统的影响【3 0 】。 我国在河流生态修复方面的研究工作起步较晚，尚处于学习引进国外先进经 验的阶段，近年来我国兴起了河流生态修复的研究和应用推广热潮。郑天柱等应 用生态工程学理论，探讨河道生态恢复机理，指出满足河流生态需水量是缺水地 区恢复河流生态的关键p 。杨海军等也提出退化水岸带生态系统修复的主要内 容应包括适于生物生存的生境缀块构建研究、适于生物生存的生态修复材料研究 以及水岸生态系统恢复过程中自组织机理研究1 32 1 。针对各国学者对河流生态恢 复目标有不同的见解和定义，根据我国的国情，董哲仁提出在研究和实施河流生 态恢复时，要立足河流生态系统现状，积极创造条件，发挥生态系统自我恢复功 能，使河流廊道生态系统逐步得到恢复【33 1 。另外一些学者在国内外相关研究的 基础上对河流生态修复的研究和应用提出了合理建议【3 4 ，3 5 】。 从国内外河流生态恢复的研究情况看，对河流的生态恢复己得到认同。但河 流生态恢复是河床水体生态的恢复和河岸带生态恢复综合作用的结果，故对生态 河道的研究尺度和内容上应进行拓展。孙东亚等在流域尺度的河流生态恢复研究 中，从人类活动影响的大尺度特征、河流特性、河流水污染、水陆交错带几个方 面对在流域尺度下进行河流生态修复的必要性进行了分析探讨，指出我国现阶段 河流修复中的首要任务是遏制流域内引起生态系统退化的水污染【2 1 。 1 2 4 生态河道实践工程的研究 在生态河道理论的指导下，国内外也开展了大量的生态河道实践工程，在河 流治理过程中，很多新材料、新技术得到了广泛应用【3 6 】。河川的生态工程在不 同国家有着各自的名称，德国称为“河川生态自然工程”，日本称为“近自然工事” 或“多自然型建设工法”，美国则称为“自然河道设计技术”i 他】。 2 0 世纪5 0 年代起，西方国家把河流治理重点放在污水处理和河流水质保护 上，著名的工程有美国俄亥俄河、英国泰晤士河水质恢复工程等。 2 0 世纪8 0 年代初期，河流保护重点拓展到河流生态系统的恢复，典型案例 有德国、瑞士、奥地利等国开展的“近自然河流治理”工程及英国的戈尔河( g o l e ) 和思凯姆河( s k e m e ) 生态恢复科学示范工程。2 0 世纪8 0 年代后期，以单个物 种恢复为标志的大型河流生态恢复工程，欧洲大河莱茵河“鲑鱼2 0 0 0 计 划”便是河流生态工程的典型例证。 2 0 世纪9 0 年代开始流域尺度的整体生态恢复，美国通过设置浅滩、深潭、 人工湿地以及鱼类洄游的鱼道等开展了河道的生态整治工程，如美国已在密西西 比河、伊利诺伊河和凯斯密河，实施了生态恢复工程及密苏里河的自然化工程等 4 【3 7 1 。德国首都柏林的施普雷河经过河道的生态化改造，河流生态恢复、回归自 然【3 8 】。日本十分重视水污染的生物治理和水生态系统的保持。从2 0 世纪9 0 年 代中期起，开始关注生物多样性恢复，逐渐实现人与自然和谐共处p 引。日本的 神奈川县和东京都交界处的境川采用近自然的治河方法进行了治理，在枥木县斧 川河道整治中还构建了双层河道【4 0 1 ，日本江户川支流的坂川古崎净化场是采用 生物一生态方法对河道水体进行修复的典型工程【4 ，从19 9 3 年投入运行至今。 观测结果表明，河道的微污染水体的水质有了明显改善。 我国在河流治理工程中也开始了大量生态工程技术的探索与实践。如在北 京、上海、广州等经济较发达的城市在进行城市河道整治的过程中，充分考虑了 河道作为城市的灵气所在，两岸都进行了精心的规划和设计，形成了水与绿色结 合的滨水环境【4 2 1 ，取得了明显的效果。典型的工程如成都市政府在对成都府南 河的整治工程中，通过构建人工湿地和生态河堤、生态河床等，成功地重建了河 流生态系统。自19 9 8 年整治工程建成以来广受好评，并被认为是“中国环境交易 的典范”1 4 3 1 。上海市政府( 19 9 8 年) 拉开了整治苏州河的序幕，先后启动样板河 道和骨干河道整治工程，逐步完善了水环境建设，使河道焕然一新，苏州河的治 理取得了阶段性的成效【4 4 1 。江苏南通壕河的整治工程已出现可喜成效。壕河原 为南通古城的护城河，环绕老城区。河道历史悠远、人文汇萃、环境宜人。19 7 8 年壕河整治建设工作列入南通市总体规划，组建濠河建设管理处，对濠河进行大 规模疏浚工作。19 8 1 年制定壕河整治规划，l9 8 2 年正式投资建设，二十多年来， 通过“截、治、引、活、迁、建、管”等措施的有机结合，壕河治理工程已出现可 喜的景致。如今，濠河水质明显好转，濠河两侧植被葱郁，景观精品节点众多， 形成了“水包城，城包水”的独特景观格局，入水和谐在此得到了见证。2 0 世纪 9 0 年代后期，北京在治理京城水系以来，一改过去治河老方法，开始了治河新 理念。19 9 8 年在治理昆玉河、长河时明确提出了“水清、岸绿、流畅、通航”的 目标，2 0 0 0 年竣工时在达到预期目标的同时，亦掀起了全国大中型城市治理河 道的浪潮，绍兴的城河、临沂的沂水、杭州的东河都已陆续开展了生态治理工程， 重新向人们展示了河流的新貌【4 5 4 6 。俞孔坚等在广东中山岐江公园的护岸设计 中使用了一种亲水生态护岸设计栈桥式生态亲水湖岸，实现了在水位变化较 大的情况下，仍然具有亲近人、生态和美的效果【4 。 1 3 生态河道研究展望 从国内外生态河道的研究和探索现状看，对生态河道的研究大多数仍为宏观 性的定性研究，而且定性研究也多是针对某一特定区域或某一河道的治理而进行 的【4 8 - 52 1 ，因此，代表性不强，缺乏普遍性和实用性。近年来，对生态河道的定 量研究也己开始，但较少【5 3 巧5 1 。如董哲仁等对河流健康的内涵及评估原则和方 法的研究，夏继红等对生态河岸带综合评价理论上应用研究等，它虽是生态河道 定量研究的开始，但其推广及操作性还较差【5 n 钵j 。另外，生态河道研究的方法 和手段多为普遍。而“3 s ”技术及现代数学方法在生态河流的研究上应用较少，这 在一定程度上，使研究的效率、准确度等受到限制【5 9 6 0 1 。 我国幅员辽阔，河流、湖泊众多，特别是近年来水环境的污染严重，进一步 加强生态河道的建设，恢复河道生态系统，改善水质，真正达到“人水和谐”的建 设目标，具有十分重要现实的意义。在认真总结和分析国内外生态河道建设的现 状基础上，针对我国的实际情况，我国的生态河道研究和建设还应努力从以下几 方面进行。 ( 1 ) 应分地域进行研究。针对我国地域辽阔的实际情况，应在不同地域选 取典型进行生态河道的相关研究，从而使其具有推广和实用意义。 ( 2 ) 城市内河是城市生态系统的重要组成部分，对城市的发展产生重要的 影响。加强城市生态河道的建设，对城市生态建设和可持续发展具有重要意义。 ( 3 ) 以流域大尺度进行研究。河道仅是流域的一部分，在不同地域研究中 均应将其研究范围扩大到流域尺度内。生态河道不仅包括河流水体生态和河岸生 态，而更应包括影响流域生态系统的相关因素。 ( 4 ) 应对生态河道评价的综合指标进行研究。目前，对河流健康的评价和 河岸生态评价因子均有相应的研究，也建立了不少的评价指标，但对于兼顾河道 安全和生态健康的综合评价