（城市规划与设计专业论文）大理市西洱河生态驳岸研究.pdf

摘要： 驳岸，是指水体边缘与陆地交界处的稳固岸壁、保护堤岸的构筑物。驳岸将 河流生态系统与陆地生态系统紧密地联系起来，是两者间进行物质、能量、信息交 换的生态过渡带，其生态状况的好坏将直接影响陆地与河流生态系统的生态状况。 由于传统的混凝土驳岸仅侧重于防洪、水运、灌溉等价值，而忽略了其对河流生态 状况造成的影响，所以对驳岸进行生态性研究具有十分重要的意义。为此本文把生 态驳岸作为研究对象，就其概念、内涵、分类和相关理论进行了深入探讨，并把这 些相关理论付诸于实践，以大理市西洱河为例，通过对其现状的分析研究，然后根 据其现状情况对它的驳岸进行生态驳岸设计，并提出生态驳岸系统综合评价的理论 框架。具体取得以下成果： 1 、结合国内外生态驳岸的营建现状及发展趋势，同时分析并总结了生态驳岸 的功能、概念、分类及设计方法，为大理市生态驳岸设计提供理论依据。 2 、基于大理市西洱河的现状分析，针对不同河岸段的地形条件，运用相关理论 与设计原则，对大理市西洱河的驳岸进行了全面设计，以达到改善河流生态状况的目 的，使其既能够与大理市下关城区现代化的城市景观相融合，又能够与大理市古老而 悠久的历史文化底蕴、独特的民俗风情相渗透的滨水景观。 3 、从生态系统的角度，针对生态驳岸的特征，概括分析生态驳岸综合评价所包 含的内容，并分析各自的影响因素。从生态驳岸的实际情况出发，研究生态驳岸综合 评价指标的选定原则。根据这些原则，以影响因素为基础，最终以景观适宜性，结构 稳定性，生态保护性三项指标形成生态驳岸系统的综合评价框架，并对大理市西洱河 生态驳岸系统进行了预评价，综合评价值为0 6 2 1 。参考评语集的赋值，对大理市西 洱河生态驳岸的综合评价结果是良好状态，即驳岸景观基本适宜，结构基本稳定，生 态结构尚完整，功能较强。论文对河流驳岸生态系统的研究，丰富了河流生态系统的 研究内容，为生态河流系统的构建和可持续管理提供了科学依据。 关键词：生态驳岸，综合评价，生态系统，自然 a b s t r a c t ： r i p a r i a ni sas t r u c t u r ew h i c h m a k e st h ee d g eb e t w e e nt h er i v e ra n dt h e l a n ds t e a d y t h er i p a r i a nc o n n e c t st h er i v e re c o s y s t e ma n d t h el a n de c o s y s t e m c l o s e l y i ta l s oi st h et r a n s i t i o nz o n eo ft h em a t t e r ，e n e r g ya n di n f o r m a t i o n e x c h a n g eb e t w e e n t h et w oe c o s y s t e m s s ot h er i p a r i a nc a na f f e c tt h ez o o l o g y q u a li t ys t a n d a r do ft h er i v e re c o s y s t e m t h et r a d i t i o nr i p a r i a nw h i c hi s b u i l tb yc o n c r e t eo n l yt a k e sc a r eo ft h es t e a d yo ft h er i v e rb a n ka n di g n o r e s t h eb a de f f e c tt ot h er i v e re c o s y s t e m b e c a u s et h er i p a r i a nisi m p o r t a n t t ot h er i v e re c o s y s t e ma n dt h i si sw h yt h i sp a p e rs t u d i e so ni t t h i sp a p e r s t u d i e st h ec o n c e p t ，c o n n o t a t i o n ，c l a s s i f ya n ds o m ec o r r e l a t i o nt h e o r yo f t h er i p a r i a n i ta l s om a k e sa ne c o r i p a r i a np l a nt ot h ex i e rr i v e ri nd a l i c i t ya f t e ra n a l y z i n gt h ea c t u a l i t yo ft h er i v e r i ta l s op u t sf o r w a r dt h e f r a m eo ft h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no ft h ee c o s y s t e mo ft h ee c o r i p a r i a n t h e r ea r et h r e er e s e a r c hc o n c l u s i o n sa sf o l l o w s ： 1 t h i sp a p e rs t u d i e so nt h ea c t u a l i t ya n dd e v e l o p m e n t o ft h e e c o - r i p a r i a n i ta l s oa n a l y z e s a n ds u m u p st h ec o n c e p t ，c o n n o t a t i o n ， c l a s s i f ya n ds o m ec o r r e l a t i o nt h e o r yo ft h er i p a r i a ni no r d e rt og u i d ef o r t h ee c o r i p a r i a np l a no ft h ex i e rr i v e ri nd a lic i t y 2 b a s eo nt h ea n a l y s e so ft h ea c t u a l i t yo fx i e rr i v e r ，t h i sp a p e r m a k e sa ne c o - d e s i g np l a nt ot h ex i e rr i v e r t h ea i mo ft h ep l a ni st oi m p r o r e t h er i v e re c o s y s t e ma n dm a k et h er i p a r i a no ft h er i v e rp e r m e a t ew it ho l d a n dl o n gi n s i d ei n f o r m a t i o no fh i s t o r ya n dc u l t u r ea n du n i q u ew i t ht h el o c a l c o n d i t i o n sa n dc u s t o m so ft h ec i t y 3 f r o mt h ea s p e c to ft h ee c o s y s t e ma n da i ma tt h ec h a r a c t e ro ft h e r i p a r i a n ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h ec o n t e n t so ft h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n a n da n a l y s e st h ei n f l u e n c ef a c t o r so fe a c hc o n t e n t s f o r mt h ep r a c t i c a li t y o ft h ee c o - r i p a r i a nt os t u d yt h ep r i n c i p l et oc h o o s et h ei n d i c a t o r so f c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n b a s eo nt h e s ep r i n c i p l e sa n dt h ei n f l u e n c ef a c t o r s ， t h ep a p e rb u i l dt h ef r a m eo fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nb yt h ei n d i c a t o r so f i i s i g h t ，s t r u c t u r ea n dz o o l o g ya n du s et h ef r a m e t og i v eac o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nt ot h ee c o s y s t e mo ft h er i p a r i a no fx i e rr i v e ri nd a l i t h e c o u n tf o rt h ee v a l u a t i o ni s0 6 2 1w h i c hi sak i l t e rf o rt h er i p a r i a n t h e k ii t e rm e a n st h a tt h es i g h ti sa p p r o p r i a t e ，t h es t r u c t u r ei ss t e a d ya n d z o o l o g yisi ng e a r t h es t u d yo ft h ee c o r i p a r i a nr i c h e st h ec o n t e n to ft h e r i v e re c o s y s t e ma n dp r o v i d eas c i e n c eg i s tf o rt h ec o n s t r u c ta n ds u p e r v i s e k e yw o r d s ：e c o r i p a r i a n ，c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ，e c o s y s t e m ，n a t u r e i i i 声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研冗成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南林学院或其它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 说明并表示了谢意。 签名：刻亟兰：日期：塑星：主：呈 关于论文使用授权的说明 本人同意：西南林学院有权保留论文的复印件，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文；提交论文一年后，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部 或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：刻壁盏：导师签名： 各轴格吼型型 1 绪论 1 绪论 1 1 前言 水为生命之源，它在人的生命过程中发挥了不可或缺的积极功效，它与一切生命 都是共存共亡，共荣共衰的。自古以来，凡人口众多、经济发达、文化繁荣的城市， 都发源于水资源丰富的地方，而人们也都以拥有天然水系的城市为最佳居住、旅游的 地方，如大连、青岛、三亚等。由于人与生俱来的对水的情感，这些滨水的绿地能够 持久地保持一种对人的吸引力，也因此成了城市居民休闲娱乐的首选场所，如杭州的 西湖风景区、昆明的滇池国家旅游风景区、桂林的两江四湖风景区等。驳岸是河道景 观的重要组成部分，它起到连接陆地生态系统和河流生态系统的作用。当今很多河道 受到污染，其中主要的原因之一就是驳岸方式的采用不当。虽然混凝土驳岸给人以整 齐的感觉，并对结构的稳定性起到了一定的作用。但是，由于它对河道环境带来了不 容忽视的生态食物链断裂、景观单一等负面影响，所以我们对于传统的驳岸应该做出 一些改变。生态驳岸由于它的可渗透性这一最基本特征，可以改善驳岸生态状况，让 我们看到了恢复河道自然景观的希望。 1 2 生态驳岸定义的提出 驳岸，是指水体边缘与陆地交界处的稳固岸壁、保护堤岸的构筑物。驳岸又称河 岸，最初定义为陆地上同水流发生作用的植被区域。l o w r a n c er 、m a l a n s o n 以及陈 吉泉n 1 等将其进一步拓展，形成了广义和狭义的两种界定：广义指靠近河边植物群落 ( 包括其组成植物种类复杂度及土壤湿度等) 与高地植被明显不同的地带，也就是植被 受河流直接影响的地带；狭义指河水与陆地交界处的两边至河水影响消失为止的地 带。 传统的混凝土驳岸仅侧重于某些功利价值如防洪、水运、灌溉等，其缺点主要表 现在： ( 1 ) 对景观环境的影响 整齐划一的河道断面、笔直的河道走向，给人一种呆板无生气的感觉，它与现代 人们追求的回归自然的景观需求不相一致。碧水涟漪、青草幽幽的自然驳岸被坚硬的 护坡和挡墙破坏得无影无踪，这与现代城市对河道与周边环境协调的要求相差甚远。 大理市两洱河生态驳岸研究 而且一旦这些结构遭到破坏以后，环境景观就更差了。 ( 2 ) 对人的影响 灰色、生硬、没有活性的混凝土硬式驳岸不利于水分渗透，不利于陆地和河流之 间的物质交换，也不利于生态平衡。在这种结构保护下的河道失去了河道原有的水边 环境和水环境的功能，导致河流污染严重，水体发臭，人们失去了娱乐、休闲和亲水 的好去处，城市也因之失去了灵气和精神。因此，原有的驳岸及护坡结构形式对人类 的生存环境造成了较大的影响。 ( 3 ) 对生态环境的影响 驳岸上的植物群落具有涵蓄水分、净化空气的作用，可在植物覆盖区形成小气候， 改善水体周边的生态环境。土壤中也存在着大量的微生物，它们使土壤具有很高的孔 隙率，地下水分可以通过土壤渗透以达到平衡。硬质型驳岸缺乏透气性和透水性，隔 断了驳岸土体与其上部空间的水气交换和循环，调节空气温度和湿度的能力也就比 较差，在一定程度上弱化了滨水空间的空气环流过程。为保证景观水体的水位，硬质 型驳岸则是用不具透水性的混凝土将水体与地下水完全隔断，使城市水景水体实际 上与地下水并不连通，也就是人们常说的打断了“地气 。有些更为严重的驳岸和护 坡结构多数对河道坡面采取了封闭的形式，河道中的生物和微生物失去了赖以生存的 环境，很难生存下去，因此河道的自净能力得到了破坏。同时各种水生植物也难以在 坚硬的结构坡面上生长，各种水生动物也因失去了生存环境而无法生存。整个生态系 统的食物链就因一层坚硬的护坡结构而断开，生态环境因此而遭到了破坏。 随着社会经济的发展，在城市河道整治中，回归自然、亲水、景观与文化等新理 念不断涌现，以生态学为基础、追求人与自然和谐发展的河流研究成为国内外研究的 热点。国内外学者提出了生态驳岸的概念。c o p p i nnj 等把生态驳岸定义为“用活 的植物，单独使用一种植物或者植物与土木工程措施和非生命的植物材料相结合，以 减轻坡面的不稳定性和侵蚀 口1 ；也有学者提出了坡面生态工程或坡面生物工程的概 念，指以环境保护和工程建设为目的的生物控制或生物建造工程，也指利用植物进行 坡面保护和侵蚀控制的途径与手段口1 。黄岳文等认为生态驳岸是融现代水利工程学、 生物科学、环境学、生态学、景观学、美学等学科为一体的水利工程n 1 ；罗立民等认 为生态驳岸是结合治水( 水利) 工程与生态环境保护的一种新型驳岸技术。陈明曦等认 为佑1 ，生态驳岸是现代河流治理的发展趋势，是以河流生态系统为中心，集防洪效应、 2 1 绪论 生态效应、景观效应和自净效应于一体，以河流动力学为手段而修建的新型水利工程。 张谊认为：生态驳岸是指恢复后的自然河岸或具有自然河岸“可渗透性”的人 工驳岸如1 。通过生态驳岸的可渗透性来充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调 节功能，同时具有一定的抗洪强度，能够良好的保持生态平衡。笔者认为真正意义上 的生态驳岸应该是一个完整的生态系统，它不仅包括植物还应包括动物及微生物，系 统内部之间以及系统与相邻系统( 如河流生态系统、陆地生态系统等) 间均发生着物 质、能量和信息的交换。综上所述，目前国外比较常用的生态驳岸可定义为“通过使 用植物或植物与土木工程和非生命植物材料的结合，减轻坡面及坡脚的不稳定性和 侵蚀，同时实现多种生物的共生与繁殖 ，而河流生态驳岸建设的理念可以表述为： 我们人类以客人的身份去拜访自然( 人类与自然的关系是客人与主人的关系) ，因此， 不能按人类的意愿任意地去改变自然，即使在需要最小限度地改变自然的情况下，也 必须努力地以其他形式去恢复自然或建设自然，对其进行必要的补偿，这样，才有可 能使人与自然做到和谐共存。生态驳岸技术的应用在发达国家已有半个多世纪的历史， 它是伴随着人类渴望“亲近自然、回归自然 的新思潮逐渐发展起来的。生态型驳岸 技术所使用的已不是传统的一种材料，而是结合各种材料的优点，复合而成的复合型 生态驳岸，同时也是伴随着科技发展的产物。 1 3 生态驳岸的内涵 1 3 1 稳定驳岸 生态驳岸首先是它的稳定性功能，其次才是它的生态功能。因此生态驳岸首先 要满足防洪、排涝和稳定河岸的功能。生态驳岸的护坡功能主要是通过边坡上的植物 来保护河岸的，主要表现在减缓地表径流对岸坡表面的侵蚀：减小河岸一侧水流流速 从而降低河水的侵蚀速度；通过河岸植物根系增强河岸亚表层的强度以提高河岸的稳 定性；作为河岸的缓冲带可以防止漂浮物或冰块对河岸的影响从而保护河岸n 3 。在机 理上，植物对岸坡面主要有两方面的影响1 ：水文效应和机械效应( 如表1 所示) 。 在水文方面，植被调节靠近地面的气候、地表和地下水文状况，通过植被的降雨截留 功能、削弱溅蚀功能和抑制地表径流功能等，使植被生长地区的水循环途径发生变化， 因而影响了侵蚀过程，减少水土流失。在机械方面，植被通过其枝干和根系与土壤的 机械作用，增加根际土层的机械强度，甚至直接加固土壤，起到固土护坡的作用。根 3 大理市两洱河生态驳岸研究 系对根际土层土壤的加强作用是植被稳定土壤的最有效的机械途径。侧根加强土壤的 聚合力，在土坡本身内摩擦角度不变的情况下，通过土壤中根的机械束缚增强根际土 层的抗张强度：同时垂直生长的根系把根际土层稳固地锚固到深处的土层上，更增加 了土体的迁移阻力，提高土层对滑移的抵抗力。 表1 植被对岸坡的水文效应和机械效应 c h a r t lt h eii q u i de f f e c ta n dm a c h i r ee f f e c tf o rt h ep i a n tt ot h eb a n k 水文效应作用机械效应作用 植物枝叶截留降雨，引起： l 雨水被蒸发和吸收，减少了土壤渗透的水分a 2 减少雨滴的动能和侵蚀能力b 3 形成叶滴增加水滴，冈而增加了林下溅蚀a 植物枝叶阻拦地表径流，引起： l 蓄积地表雨水，导致较高潜在渗透水量邮 2 提高气流和水流的阻隔程度，减低流速b 3 簇团植物引起局部增强的水流，增加侵蚀力a 根穿进土壤，引起： 1 在土坡中产生空隙，增加土壤渗透a 2 吸收土壤水分，降低孔隙水压，提高土壤负压， 增强土壤强度 b 3 加重地表干裂，导致高渗透a 根束缚土壤颗粒并穿透土层，引起： l 抑制土壤迁移，增加土壤抗蚀性b 2 通过根系提高土壤强度b 3 表面根系产生根网效应，固持下层土层b 深根穿入深层土层，引起： l 把浅层土壤锚固到稳固土层，固持土壤b 2 通过拱顶和斜向支撑称定上坡一侧土壤b 生长高大的树木，引起： 1 提高坡面负载，增加土体下滑力a ：b 2 树木把风力转变为地面的推力a 枝叶覆盖于地表，引起： 1 保护地表免遭车辆碾压破坏b 2 枝叶削弱湍急水流的冲击力并保护土壤b 注：b 表示有利影晌；a 表示不利影晌。 1 3 2 适合生物生存和繁衍 生态驳岸把水、河道与堤岸、河畔植被连成一体，通过科学的配置，在充分利用 自然的地形、地貌的基础上，建立起阳光、水、植物、生物、土壤、堤岸之间互惠共 存的河流生态系统。生态驳岸的坡脚具有高孔隙率、多生物生长带、多流速变化带、 多鱼类巢穴，为鱼类等水生动物和两栖类动物提供了栖息、繁衍和避难场所；两岸的 绿树草丛为陆上昆虫、鸟类等提供了觅食、繁衍的好场所；浸入水中的柳枝、根系为 鱼类产卵，幼鱼避难、觅食也提供了空间。 1 3 3 增强水体自净作用 4 1 绪论 水体自净作用是指有机污染物受到氧化作用而变成无机物的过程。排入河中的污 染物首先被细菌和真菌作为营养物而摄取，并将有机污染物分解为无机物，细菌又被 原生动物吞食，所产生的无机物又作为营养盐类被藻类吸收，藻类进行光合作用又产 生氧供其它水生生物利用，过量的藻类又被浮游动物、鱼、虾、蝎、牛、鸭等所食， 即按食物链的方式使其污染物浓度降低。生态驳岸上修建的各种鱼巢、鱼道，可形成 不同的流速带和水的紊流，使空气中的氧溶入水中，促进水体净化。同时生态驳岸采 用种植于水中的柳树、菖蒲、芦苇等水生植物，既能从水中吸收无机盐类营养物，其 生长舒展而庞大的根系还是大量微生物以生物膜形式附着的好介质，也利于水质净 化。 1 3 4 调节水量、滞洪补枯 生态驳岸一般采用自然材料，形成一种可渗透的界面，有利于水体中的水与岸 外的地下水互相渗透。丰水期，水体中的水向比自己低的驳岸外的地下水层渗透储存， 可以缓解内涝；枯水期，地下水通过驳岸反渗入水体，起着补枯和调节水位的作用。另 外，生态驳岸上的大量植被也有涵蓄水分的作用，还能保持水土，防止流失。 1 3 5 促进水陆生态系统平衡 生态驳岸对于河流生物过程同样起到重大作用。生态驳岸把滨水区植被与堤内植 被连成一体，构成一个完整的湖泊生态系统。其坡脚具有高孔隙率、多鱼类巢穴、多 生物生长带、多流速变化，为鱼类等水生动物和其他两栖类动物提供了栖息、繁衍和 避难场地。驳岸上繁茂的绿树草丛不仅是陆上昆虫、鸟类的觅食、繁衍的乐土，而且 进入水中的植物根系还为鱼类产卵、幼鱼避难、觅食提供了场所，形成一个水陆复合 型生物共生的生态系统。如果在河道中形成浅滩和深潭，把岸线也做成不规则的，即 有宽有窄，使驳岸有陡有缓，扩大水面和绿地，与岸边绿地、树林之间形成水、绿网 络，增强岸边动植物栖息地的连续性，这样，就可以营造出多种多样的、丰富的环境 条件，形成丰富、稳定的生态系统。 4 国内外研究现状 1 4 1 国内研究现状 5 人理市西洱河生态驳岸研究 据历史记载，我国在早期渠道修整过程中就使用了柳枝、竹子等编织成的篮子装 上石块来稳固河岸和渠道。这种最原始最古老的方法，现在越来越受到人们的青睐， 国内有不少人在此基础上开始研究生态型驳岸结构形式，胡海泓等人在广西漓江治理 工程中提出了笼石挡墙、网笼挚块护坡、复合植被护坡等生态型驳岸技术旧1 ；在引滦 入唐工程中，陈海波等人提出网格反滤生物组合护坡技术n 仉；另外，云南地理所周 跃提出了“破面生物工程 技术n 2 。引，俞孔坚等人提出了水位多变情况下的亲水生态 驳岸设计n4 1 。浙江大学环境与发展研究所所长、c a r d 区域发展研究所常务副所长金元 欢博士提出利用“n a r s 自然水景系统”治水，为城市营造了长期保持清澈秀美的水 景，“n a r s 自然水景系统 以师法自然、综合治理为原则，包括底质治理、水质综合 治理、微生物、水生动植物等子系统，具有稳定平衡、维护成本低、可持续发展等特 点，兼顾水岸、水面、水中、水底景观，观赏性和参与性。这些不同的生态型驳岸技 术综合起来可以归纳为两种：一种是单纯利用植物驳岸，一种是植物驳岸与工程措施 相结合的驳岸技术。 1 9 9 5 年我国广西漓江驳岸工程列入世界银行贷款项目，在其施工过程中，采用 了网笼结构的生态型驳岸工程n5 1 ，主要基于两方面的原因，一方面是考虑到漓江河床 高度透水，抽干基坑的渗水为浆砌石挡土墙浇筑混凝土底板提供干地作业费用较高， 另一方面采用浆砌石需要丌采大量石料，对生态环境有影响，而且和漓江风景区的景 观要求不协调。而采用网笼结构的生态型驳岸工程，施工方便，网笼中的填料可采用 当地河床上大量的采砂弃渣，而且网笼结构有供植物生长的条件，植物在网笼细石中 长出后，岸坡外观接近自然生态状态，美化了环境，符合漓江风景旅游区的要求。国 内研究滨河景观的书很多比如有滨河景观设计、都市滨水区规划等，大多数论著把驳 岸的研究内容在滨河景观部分稍微带过，并没有当作重点来研究。随着城市城市化进 程的加快，城市空间不断扩展，许多原来位于郊区的河流水系随着城市的扩大而成为 城市重要的自然开放空间。迄今，国内有关滨水方面的理论研究和实践较多，但具体 的驳岸做法探索较少，材料及产品的开发滞后，形成目前所见到的驳岸仍用浆砌块石、 混凝土硬质驳岸等，影响了城市景观，破坏了自然生态系统，与景观水系建设的初衷 想违背。 生态型驳岸是一种新型的河道驳岸设计方法，我国仍处于起步阶段。总的来看， 我国生态护坡的应用处于起步阶段，仍需要进一步的试验和深入研究。 6 1 绪论 1 4 2 国外研究现状 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 程建设两方而进行。如法国政府于1 9 3 3 年成立了法国国立罗呐河公司，负责建设、 丌发和管理罗呐河的综合整治工程，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，一方而确保水资源的高效利用，另一方而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。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心；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n 引。 法国、瑞士、奥地利等国都在积极修建生态驳岸，恢复河岸水边植物群落与河畔 树林。日本在2 0 世纪9 0 年代初就开展了“创造自然型河川计划”，提倡凡有条件的 河段应尽可能利用木桩、竹笼、卵石等自然材料来修建驳岸，并将其命名为“生态驳 岸”。生态驳岸是融现代水利工程学、环境科学、生物科学、生态学、美学等学科为 体的水利工程。它以“保护、创造生物良好的生存环境和自然景观”为前提，在具 有一定强度、安全性和耐久性的同时，充分考虑了生态效果。美国在新泽西卅i 建设的 生物驳岸工程，抵御了1 9 9 9 年弗洛伊德飓风的袭击，生态驳岸基本没有被损坏，证 明了生态护坡的实用性与可靠性。 目前，在美国以及欧洲一些国家较为常用的技术是“土壤生物工程”的生态驳岸 技术n 卜矧。该项技术是从最原始的柴木枝条防护措施发展而来的，经过多年的研究， 现己形成一套完整的理论和施工方法，并得到了广泛应用。 a “土壤生物工程”技术的发展心h 2 2 1 在欧洲早期，凯尔特人和伊罩亚特人就开始发展柳枝编制篱笆的技术。后来罗马 人将柳枝柴笼和草捆应用于水利建筑工程防护。到1 6 世纪，从阿尔卑斯山到波罗的 海，土壤生物工程技术已在整个欧洲广泛使用。1 9 7 1 年w o l t m a n n 的一部著作中记述 了关于活性桩用于绿化和稳定河岸的技术。同时期，在澳大利亚的水道工程中利用活 性促淤技术和柳条剪枝技术等来固沙，使渠道重新成形。工业革命后，欧洲一些地区 出现了大量坡面侵蚀、频繁的山体滑坡和崩塌以及严重的河岸退化等一系列环境问 题，引起了人们的重视。到二十世纪初，土壤生物工程师发现古老的乡间技术可以用 来处理一些新的环境问题。这些早期的土壤生物工程师和工程人员开始研究这种传统 7 火理市两洱河生态驳岸研究 的技术并出版了他们的著作。这为后来土壤生物工程技术的发展奠定了基础。2 0 世 纪3 0 年代，在欧洲土壤生物工程技术得到了新的发展。1 9 3 6 年，在慕尼黑专门成立 了一个研究所来研究开发道路建设中的土壤生物工程技术。尽管这项工作最终失败， 但该研究所所长a r t h u rb o nk r u n d e n e r 仍坚持这一方面的研究，为该项技术的发展 作出了很大的贡献( 通常工程技术人员将他看作是中欧地区土壤生物工程技术之父) 。 同时期，在加利福尼亚u s d a 森林局工作的c h a r l e sk r a e b e l 开发出一种“轮廓篱笆 的技术，主要是应用组合生物技术( 包括复活性桩，复活性柴捆和植物移植等) 来保 护坡的稳定。不久，当时的美国土壤保护局( 即现在的自然资源保护局) 开始将 k r a e b e l 的复活性柴捆和复活性桩等土壤生物工程技术应用于密西根湖湖岸的稳定 保护中。 在此之前出现的各种技术没有统一的名词，也没有固定的施工标准。战后，欧洲 对这一技术的研究又重新开始。5 0 、6 0 年代，来自德国、奥地利和瑞典的土壤生物 工程师组成了一个委员会，主要是对己出现的技术进行标准化。这为形成更多的结构 方法走出了重要一步，也为发展土壤生物工程专业奠定了基础。另外，直到1 9 5 1 年 德国任a r t h u rv o r lk r u e d e n e r 的工程生物学一书的出版才将这些技术统称为“生 物工程”一词，后来，为了避免与其他学科产生混淆，美国n r c s 将其改为“土壤生 物工程”一词。 7 04 年代以来该项技术得到了长足的发展，并形成了大量的文献资料，其中加拿 大人h u g os c h i e n h t l 于1 9 8 0 年撰写的土地利用与保护的生物工程技术以及1 9 9 7 年撰写的另一部著作护坡与侵蚀控制的地面生物工程技术对“土壤生物工程技术 作了系统的介绍，为“土壤生物工程技术 的发展奠定了理论基础，这两部著作可以 说是“土壤生物工程技术”最重要的著作。除此之外还有g r a y 和l e i s e r 的护坡与 侵蚀控制的生物技术、s o t i r 和g r a y 的美国山地护坡与减蚀的土壤生物工程、 1 9 9 6 年g r a y 和s o t i r 的坡稳定的生物技术与土壤生物工程以及英国建设工业局 和信息协会的土木工程种植物的应用等重要文献资料。 b “土壤生物工程”技术的主要形式妒矧 土壤生物驳岸技术主要是利用植物对气候、水文、土壤等的作用来保持岸坡稳定 的，其主要作用包括：降雨截留、径流延滞、土壤增渗、蒸腾、土层固结、根系土壤 的增强、土壤湿度调节、土体支撑、负重、根的楔劈作用和风力传递作用等。常用土 8 1 绪论 壤生物驳岸技术主要包含如下几方面：( 1 ) 土壤保持技术。它通过植物对坡面的有效 覆盖，使其免受表面侵蚀和土壤退化，从而起到土壤保持的作用。( 2 ) 地表加固技术。 它通过植物根系降低土壤空隙来加固土层和提高抗滑力。( 3 ) 生物技术与工程技术相 结合的综合保护技术。它通过植物与石块、水泥、钢筋、塑料和木材等相互搭配，稳 固和加强河岸，提高它们的防护使用年限。上述技术在欧美国家已得到广泛运用，如 美国伊利诺斯州的鸦河流域的保护、加勒比地区的圣拉西亚岛西海岸公路建设项目、 英国约克郡戴尔斯三峰地区国家公园自然环境恢复项目、美国新泽西州雷里坦河保护 工程。 5 生态驳岸发展趋势 从2 0 世纪8 0 年代后期开始，人们越来越关注与己休戚相关的环境问题。尤其是 人口密集的城市，人们开始建造公园、公共绿地、整治河道水环境等来改善环境。生 态驳岸建设方法是目前比较流行的一种河道环境综合整治的新方法，它把水边作为多 种生物栖息空间的核心，并把河流建设成尽量接近于自然的状态，创造出具有丰富自 然并富有魅力的水边环境。德国的莱茵河，在1 9 9 3 年和1 9 9 5 年发生两次洪灾，洪水 淹了一些城市，造成的损失估计达几十亿欧元。根据分析是由于莱茵河流生态遭到破 坏，莱茵河的水泥驳岸限制了水向沿河堤岸渗透所致，因此，进行了河流回归自然的 改造，将水泥驳岸改为生态驳岸，重新恢复河流两岸储水湿润带，并对流域内支流实 施裁直变弯的措施，延长洪水在支流的停留时间，减低主河道洪峰量。日本在9 0 年 代初就开展了“创造多自然型河川计划”，仅在1 9 9 1 年，全国就有6 0 0 多处试验工 程。日本建设省推进的第九次治水五年计划中，将对5 7 0 0 公里河流采用多自然型河 流治理法，其中2 3 0 0 公里为植物堤岸，1 4 0 0 公里为石头及木材护底的自然敬岸。2 0 0 0 公里不得已使用的混凝土，都将按“多自然型护堤法”进行改造，覆盖土壤，并种植 植被。总之，很多国家在对破坏河流自然环境进行反思，都在逐渐将河流进行回归自 然的改造。如美国、法国、瑞士、奥地利等国，都在积极地修建生态驳岸，恢复河岸 水边植物群落与河畔林，这是河堤建设的发展趋势。根据国内外的实践，生态驳岸建 设的发展趋势主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 生态护坡新材料的开发 目前大多数的生态驳岸技术是从国外直接引进的，其生态材料也直接进口。这必 9 火理市两洱河生态驳岸研究 然会存在许多弊端，如：护坡成本太高，难以大范围推广；由于自然地理条件的差异， 导致护坡效果不明显，故难以达到修复受污染的水体，提高河流自净能力的目的。因 此，新材料的开发将会成为今后生态驳岸研究的一个重点。 ( 2 ) 生态护坡服务功能的研究 生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的 自然环境条件与效用 2 6 o 处于陆地生态系统与河流生态系统交界处的护坡生态系统兼 有单纯的生态内涵和水利特性的内涵，因而其服务功能应包括行洪排涝功能、生态支 持功能和文化美学功能。目前关于生态驳岸的研究，在理论上主要集中于生态驳岸的 概念、内涵以及行洪排涝功能等方面的宏观性研究，已经取得了一些定性的成果；在 实践上主要集中于护坡的材料、施工方法及成本等方面。然而关于生态驳岸生态支持 功能，如截留污染物、营造生物的多样性、提高河流自净能力以及防止水土流失等定 量化的研究，如休闲娱乐功能、生态景观以及人文景观的研究却不多见。 ( 3 ) 生态设计的探讨 生态驳岸的设计应包括护坡材料、护坡植物、坡比以及护坡结构型式的优化选择 等。直观有效的研究方法是实验方法，通过实验研究在不同地质条件下，不同护坡材 料、护坡植物、坡比以及护坡结构型式等对水流流态、流速等河道水力特性的影响， 对坡面稳定性的影响，对护坡生态系统恢复、重建的影响，对邻近生态系统的影响等， 进而总结出生态护坡设计的原则和标准，为生态护坡的设计提供依据。 ( 4 ) 生态驳岸与相邻生态系统之间关系的研究 通过实验研究不同驳岸形式对流态、流速、水位等河道水流特性的影响以及水 流对驳岸的稳定性影响。作为地表水与地下水之间的媒介，通过试验研究分析生态驳 岸在两者之间是如何起作用的，以便为防止地下水受污染提供理论依据。 ( 5 ) 生态驳岸综合评价的研究 正是由于关于生态驳岸定量化的研究很少，这就给生态驳岸的建设、保护与管理 带来了一定的困难。缺乏统一的衡量标准，也造成了目前对生态驳岸理解的盲目性和 片面性。因此，有必要利用现代数学方法和先进的计算机技术等手段对生态驳岸进行 综合评价研究，提出合理而全面的生态驳岸综合评价指标体系和构建可操作的生态驳 岸综合评价模型，为生态驳岸的建设提供理论依据、评价标准、施工标准，从而实现 对生态驳岸的有效管理和控制。 1 0 2 研究背景及现状分析 研究背景及现状分析 2 1 研究背景 随着人口增长、工业进步和社会发展，河流流域也受到过度开发，为解决治山防 洪及河道整治问题，往往施以拦沙坝或混凝土河堤等各项工程，造成不透水域扩大， 水面与绿地减少，进而破坏了河流生态系统与景观，使人们因而丧失了亲水空间，降 低了生活的品质。过去，人们往往缺乏对于水资源生态的认识，工程人员亦多沿用传 统的施工方法，使河道整治工程虽可达到保障安全的目的，但无形中却失去了亲水的 机会，甚至破坏了自然生态景观，导致河流水质污染日趋严重，水土流失日益加剧， 河流断流频繁发生( 有些河流乃至枯萎) ，河流生态环境严重破坏，甚至出现毁灭性的 破坏。据中科院1 9 9 6 年发布的一份国情研究报告，全国5 3 2 条主要河流中，有4 3 6 条受到不同程度的污染，七呔江河流经的1 5 个主要城市河段中，有1 3 个河段水质污 染严重。据统计，从1 9 7 2 年至1 9 9 8 年的2 7 年中，黄河下游利津水文站有2 1 年发生 断流，断流年份平均断流5 0 天，平均断流长度3 2 1k m ，而且，断流时间、断流距离 均呈延长趋势凹1 。黄河流域多年平均土壤侵蚀3 7 0 0x1 0 4 k m 2 ，年水土流失量为2 3 0 0 x1 0 3 k g h m ，居世界首位啷1 。 由此可见，河流生态问题己不容忽视，所以保护河流生态是目前人们非常关注的 问题。河流生态系统自身具有一套完整的信息、物质、能量循环系统，同时它也不是 独立于周围环境的，而是与其它生态系统之间也存在着物质、能量、信息交换。其中 与陆地生态系统的相互作用最为显著，水体的很多生物的物质和能量源都来之于陆地 生态系统。而两者之间主要是通过驳岸的相互作用的，驳岸将两者紧密地联系起来， 它是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带，成 为两者间相互作用的重要纽带和桥梁。驳岸作为一种生态交错带，由于受到河水的强 烈影响，具有明显的地域性，其植物群落组成、结构和分布格局以及生态环境因子等 与森林内部的植物群落相比有着较大的差异。驳岸生态系统是是一个重要的过渡系 统，对它的处理的好坏直接影响到对河岸的增加动植物物种种源、提高生物多样性和 生态系统生产力、进行水土污染治理和保护、稳定河岸、调节微气候和美化环境等。 正是由于驳岸有着如此重要的作用，所以说驳岸生态系统的研究对开展旅游活动均有 人理市两洱河生态驳岸研究 着重要的现实意义和潜在价值陋3 刹。 目前，驳岸生态系统的这些功能及其重要性逐渐为人们所认识，有关学者己开始 研究生态驳岸的相关问题，并取得了一定的进展。现在很多城市为了使驳岸建设与城 市建设规划发展相一致、与周边生态环境相协调、与城市居民的需求相符合，在进行 河道整治工程中，一些驳岸的生态保护、生态治理以及生态修复等工程相继实施，对 驳岸的生态景观进行了详细周密的设计。如上海市大富洪、横港河道整治工程3 1 ，扬 州市二道河整治工程幽1 ，成都市府河整治工程5 1 。这些工程在一定程度上改善了生态， 美化了景观。 但是由于人们对生态驳岸认识的有限性，这些工程建设大多是根据设计人员自己 对生态驳岸的理解来进行的，缺乏一定的规范标准，因此具有一定的片面性和盲目性。 所以在生态驳岸领域还有很多知识需要我们去探索，本文希望通过对大理市西洱河生 态驳岸的设计，并对生态驳岸系统的提出综合评价的框架，希望能够为以后的工作提 供一个参考。 2 研究的目的和意义 改革和开放的初期，经济发展和环境保护的矛盾凸现，河流生态问题已不容忽视， 保护河流生态是目前人们非常关注的问题。近年城市化进程的加快，人们对居住环境 的要求也越来越高，对城市水景景观也提出了新的要求和内容，这些都需要景观设计 师们做出更好的设计，来满足新景观的需要，对城市水景景观做出一些开拓性的探索。 目前，一些大城市已经在营造生态城市水景景观，对城市河道进行自然的恢复。例如 北京的菖蒲河、上海的苏州河、四川的府南河、沙河，桂林的漓江等都对城市水景景 观的自然恢复做出了开拓性的探索，成为城市中的一道绚丽的风景。这些设计在突出 优美景观的同时，还尽量维持水景的原生态，自然活力的表现，为生物提供一个适合 生存的环境。我们是作为被邀请的客人来访问自然的。因此，人们不应该随心所欲地 改变自然，自然的改变应该停留在最小的限度内，即使已经改变，也要以其他的形式 进行修补，让自然恢复，甚至要设法创造自然。因为只有这样，人与自然才能和谐相 处，共存共荣。 本文通过对生态驳岸的概念、内涵、设计方法、评价方法等的研究，为生态河岸 的建设提供设计参考，从而使河道在满足行洪排涝的要求河流在保证结构稳定的前提 】2 2 研究背景及现状分析 下，能与周围生态系统包括陆地生态系统、水体生态系统等相互和谐，协同发展，能 维持植物生境和动物栖息地的质量、有助于改善人居环境及生态系统的健康，保持河 道生态平衡、水资源的可持续发展。这样不仅可以保证河道的稳定、满足河道行洪排 涝的要求、而且还可以为人们提供一个“安全、舒适、优美 的生态环境，有利于提 高水资源的生态承载能力，有利于提高河道生态系统的自我调节、自我平衡能力，有 利于提供水体的子净化能力，提高水环境的自然净化功能、抑止和减轻水质恶化，已 维系良好的生态系统，推进水利和经济社会的协同发展。以大理市西洱河为例，研究 其生态状况，分析其存在的问题，对其进行生态驳岸的设计，初步建立生态驳岸综合 评价框架，希望能为以后的生态驳岸设计提供一些参考。 3 本文的主要研究内容 ( 1 ) 生态驳岸的概念、内涵以及功能研究 生态驳岸是指通过使用植物或植物与土木工程和非生命植物材料的结合，减轻 坡面及坡脚的不稳定性和侵蚀，同时实现多种生物的共生与繁殖。它可以充分保证河 岸与河流水体之间的水分交换和调节，同时也具有一定的抗洪强度。生态驳岸除具有 基本的社会保护功能和休闲娱乐功能外，最突出的是其对自然保护的功能。 ( 2 ) 研究生态驳岸的理论基础，并根据生态驳岸材料的不同进行分类，为大理市西 洱河生态驳岸设计提供依据。 驳岸是水和陆地之间的重要媒介，处理好水和陆地之间的互相交换作用，对陆地 生态统和水生生态系统来说都很重要，而生态驳岸强调的是它的可渗透性处理。生态 驳岸分单纯的生物驳岸、植被加筋技术、网笼或笼石结构的生态驳岸等类型。 ( 3 ) 以大理市西洱河为例，研究其生态状况，分析其存在的问题，并对其进行生态驳 岸设计，希望能为云南省河道生态治理提供一定的参考作用。 ( 4 ) 生态驳岸的综合评价 从生态系统的角度，针对生态驳岸的特征，概括分析生态驳岸综合评价所包含 的内容，并分析各自的影响因素。从生态驳岸的实际情况出发，研究生态驳岸综合评 价指标的选定原