（农业水土工程专业论文）城镇河道岸坡生态整治模式及应用研究.pdf

摘要 摘要 随着国民经济的发展，人们的生活水平越来越高，同时对生活的质量也提出 了更高的要求。河流系统作为其中的重要因素，必然受到广泛的关注。但在经济 发展的同时，我国城镇河道生态系统却遭到了严重的破坏。因此，对河流的整治 势在必行。 本文在研究国内外河道治理迸展的基础上，主要研究了以下四点内容： ( 1 ) 从生态河道的概念及特征出发，提出了三种生态河道岸坡治理模式，即 原生态型治理模式、自然型治理模式、工程生态型治理模式。 ( 2 ) 在对三种模式的特征、型式及适用范围进行分析的基础上，提出了不同 治理模式的岸坡稳定性计算方法，包括护坡的结构稳定性计算、植物根系固土分 析及水力作用对坡面稳定的影响。 ( 3 ) 在满足岸坡结构稳定性的基础上，对河道生态承载力进行分析，介绍了 生态承载力的概念与内涵，并对水体纳污能力、景观适宜性及生物多样性进行了 分析计算。 ( 4 ) 最后把以上理论应用于南京市溧水县白马镇岔河河道治理工程，为南京 市其它河道治理工程提供一定的参考。 关键词：生态，生态河道，治理模式，结构稳定性，生态承载力 a b s t r a c t a l o n gw i t i lt h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y , t h es t a n d a r do fl i v i n gf o r p e o p l ei si m p r o v i n gi n c r e a s i n g l y , a tt h em e a nw h i l ei th a sa l s ob r o u g h tf o n l ls t r i c t e r r e q u i r e m e n t st ot h eq u a l i t yo fl i f e a so n eo ft h em a j o rf i s kf a c t o r s f i v e rs y s t e mm u s t b ep a i dm u c ha t t e n t i o nt o b u ta tt h et i m eo fe c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，f i v e re c o l o g i c a l s y s t e m so ft h et o w ni nc h i n as u f f e r sf r o ms e r i o u sd e s t r u c t i o n t h e r e f o r e ，t h e r e g u l a t i o nt of i v e ri si m p e r a t i v e b a s e do nt h es t u d yo fd e v e l o p m e n to fd o m e s t i ca n df o r e i g nf i v e rm a n a g e m e n t , t h ep a p e rr e s e a r c h e df o u rc o n t e n t sa sf o l l o w s ： ( 1 ) b e g i n n i n gf r o mt h ec o n c e p ta n df e a t u r e so fe c o l o g i c a lf i v e r , t h ep a p e r p r e s e n t e dt h r e et e a c h i n gp a t t e r n so fe c o l o g i c a lb a n ks l o p em a n a g e m e n t , n a m e l y o r i # n a le c o l o g i c a lt y p e ，n a t u r a lt y p e ，e n g i n e e r i n gp r o j e c ta n dn a t u r a lt y p e ( 2 ) b a s e do nt h ea n a l y s i so ff e a t u r e s ，p a t t e r n sa n ds c o p eo fa p p l i c a t i o no ft h e t h r e et e a c h i n gp a t t e r n s , t h ep a p e rp o i n t e do u tt h ec o m p u t a t i o n a lm e t h o do fs l o p e s t a b i l i t yo ft h ed i f f e r e n tt e a c h i n gp a t t e r n s ，i n c l u d i n gs t r u c t u r a ls t a b i l i t yc a l c u l a t i o no f s l o p ep r o t e c t i o n 、h o l d i n gs o i la n a l y s i so f p l a n t sr o o ta n dt h ei n f l u e n c eo f h y d r a u l i c so n t h es t a b i l i t yo f s l o p e ( 3 ) b a s e do ns a t i s f y i n gt h es t r u c t u r a ls t a b i l i t yo fs l o p ep r o t e c t i o n , t h ep a p e r a n a l y z e dt h ee c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t yo ff i v e ra n di n t r o d u c e dt h ec o n c e p t i o na n d c o n n o t a t i o no fe c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t y , a n dm a d et h ea n a l y s i sc a l c u l a t i o no f w a t e re n v i r o n m e n t a lc a r r y i n gc a p a c i t y 、t h es u i t a b l em o d e lo fl a n d s c a p ea n d b i o d i v e r s i t y ( 4 ) f i m l l y ，t h et h e o r yw a sa p p l i e dt ot h ee n g i n a e d n gp r o j e c to fc h ar i v e r m a n a g e m e n tw h i c hf l o w sa c r o s sb a i m at o w ni nl i s h u ic o u n t yo fn a n j i n gc i t y , a n d o f f e r sar e f e r e n c et oo t h e rf i v e rm a n a g e m e n te n g i n e e r i n gi nn a n j i n gc i t y k e yw o r d s ：e c o l o g y 、e c o l o g i c a lf i v e r 、p a t t e r no f m a n a g e m e n t 、s t r u c t u r a ls t a b i l i t y 、 e c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t y i i 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同 事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。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 垆) 年步月l 日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊 ( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被 查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究 生院办理。 论文作者( 签名) ： 一年哆月 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 我国河流众多，水系发达，主要有七大流域，分别为：长江、黄河、珠江、 海河、淮河、松花江、辽河。我国的水资源有其自身的特点，与世界其他国家相 比，中国是一个水资源缺乏的国家，水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 ，其中河川径流 2 7 1 1 5 亿m 3 ，居世界第四位。中国内陆水资源主要有江河湖泊及水网构成，不同 省区有不同的特点，一般而言南方雨水多丰，河网密集，洪水多发；北方干旱少 雨，江河断流，地下水开采超度，不时山洪暴发。 河流与文明紧紧联系在一起，在世界上凡是河流流经的地方大都居住人群， 都有文明和文化遗迹。河流也与民族的昌盛紧密相连，凡是河流流经的地方，大 都有著名的大城市和丰厚的文化底蕴。如欧洲之都法国的巴黎建设在著名的塞那 河岸边，著名的阿姆斯特丹是荷兰的大都市，四面河流环绕，英国首都伦敦建设 在泰晤士河畔，澳大利亚的悉尼建设在墨累一达令河的入海口。又如，我国南部 的重庆、武汉、南京和上海等著名的城市都建设在长江的岸边。位于中原的名城 开封等建设在黄河岸边。城市发展与河流有着不解的渊源，城市的发展为河流的 治理开发提供了基础。河流的治理也制约和促进了城市的发展。研究河流的开发 治理，不仅在水利界具有重要的意义，同时也可以了解城市及世界文明的发展。 河道是水生态环境的重要载体，要考虑生物的多样性，为水生、两栖动物创 造栖息繁衍环境，这样既有利于保护河道水生态环境，又有利于提高河流自净能 力。除满足宣泄洪水的要求外，还应尽量保持河道的自然特征及水流的多样化， 只有水流的多样性才有水生物的多样化。例如宽窄交替，深潭与浅滩交错，急流 与缓流并存，偶有弯道与回流，岸边水草、礁石大量存在的多自然型河流，为各 类水生物提供栖息繁衍的空间。为此，河道整治要从生态、经济、人文、社会效 应和全面建设小康社会等多方面来考虑，既要恢复自然河道的功能，又要满足人 类依赖生存的要求，以“回归自然”与“以人为本”相结合为河道治理思路。 “回归自然”是恢复河道原有的自然功能，满足行洪、蓄水、航运、水生态等要 求，具有水资源可持续发展的特性；“以人为本”是满足人类活动的需求，处理 l 河海大学硕士学位论文 好人水和谐相处的环境，具有亲水，安全的特性。 但是随着人口增长、工业进步和社会发展，土地利用需求快速增加，河流流 域亦受到过度开发。为解决治山防洪及河道整治问题，往往旄以拦沙坝或混凝土 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，七大江河流经的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，黄河下游利滓水文站有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 1 k m ，而且，断流时间、断流距离均呈延长趋势【”。 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 0x 1 0 3 k g h m 2 ， 居世界首位【2 】。 开展河道整治是恢复提高河道基本功能的根本措施，是提高水资源承载能 力，改善生态环境的有效途径，是打造绿色河道的客观需要。现代化建设的推进， 对河道整治提出了新的要求，不仅要继承传统整治技术的精髓，还应树立亲水的 理念，营造人与自然和谐的水环境。在河流建设上，要改变过去只重视防洪抗旱 的河流水利工程建设，转向有丰富自然环境、地域文化的河流建设上来，建造有 浅滩、深潭和清澈流水的河流，有绿草、鸟、鱼、昆虫等各种生物栖息，并能让 人们在河岸和水中自由玩耍的河流。 目前，在发达国家的水系管理中比较注意全流域的管理，明确提出了“人与 水和谐共处”、“回归自然”、“修复河流生态系统”等目标，使流域生态系统保持 良好的状态。这也正说明了生态环境恶化治理的紧迫性和必要性。 为了全面的掌握生态河道概念，给生态河道整治和管理提供理论依据和施工 标准，必须加强对生态河道治理方面的研究。而这方面的理论目前并不完善。鉴 于此，本文将从生态河道的概念出发，对生态河道的相关理论进行系统分析研究。 2 第一章绪论 1 2 国内外河道治理研究进展 1 2 1 国外河道治理的研究进展 自2 0 世纪7 0 年代开始，面对河流治理中出现的水利工程对生态系统的某些 负面影响问题，欧洲的工程界对水利工程的规划设计理念进行了深刻的反思，认 识到河流治理不但要符合工程设计原理，也要符合自然原理。特别随着现代生态 学的发展，他们进一步认识到河流治理工程还要符合生态学的原理，也就是说把 河流湖泊当作生态系统的一个重要组成部分对待，不能把河流系统从自然生态系 统中割裂开来。 目前，世界上一些发达国家都在进行河流回归自然的改造【3 】。瑞士、德国等 国家于2 0 世纪8 0 年代末提出了全新的“亲近自然河流”概念和“自然型护岸” 技术。据有关资料介绍，欧洲的m e l k 流域经过“亲近自然”治理后，每百米 河段的鱼类个体数量、生物量从治理前的1 5 0 个、1 9 l 【g 提高到治理后的4 1 0 个、 5 5 k g 。德国莱茵河于1 9 9 3 年和1 9 9 5 年两次洪灾，主要原因是由于莱茵河河流生 态遭到破坏，莱茵河的水泥堤岸限制了水向沿河堤岸渗透所致。因此，德国现在 正在进行河流回归自然的改造，将水泥堤岸改为生态河堤，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。英国采用了“近自然”河道设计技术。荷兰强调河流生态修 复与防洪的结合，提出了“给河流以空间”的理念。 日本的多数河流常受洪水影响，且结构形态不稳定【4 】。为了防洪、控制泥沙， 日本修建了许多河道整治工程，如修筑堤坝、疏通河道等；加之伴随着工业化和 城市化的进程，河流污染不断加剧，水循环不断改变，致使日本生态状况急剧恶 化，大多数天然洪泛区栖息地消失殆尽。由于生态环境问题的严重性，日本在 2 0 世纪9 0 年代就开展了“创造多自然河力计划”，1 9 9 1 年开始推行重视创造变 化水边环境的河道施工方法，即“多自然型河道建设”。仅在1 9 9 1 年，全国就有 6 0 0 多处试验工程进行。日本建设省推进的第9 次治水五年计划中，将对5 7 0 0 k m 河流采用多自然型河流治理法，其中2 3 0 0 k m 为植物堤岸，1 4 0 0 k m 为石头及木 材护底的自然河堤，2 0 0 k m 不得已使用的混凝土堤岸，都将按“多自然型护堤法” 进行改造，覆盖土壤，并种植植被1 5 1 。实践表明，该技术有效的促进了地下水的 河海大学硕士学位论文 渗透和水的良性循环，提高了水边环境的自然净化功能。 美国南佛罗里达州在2 0 世纪7 0 年代修建了很多人工河道，但逐渐被发现周 围湿地越来越干，生物多样性也急剧减少，于是在2 0 世纪9 0 年代开始改造，目 前已恢复曲流河道的状态。著名的洛杉矶河也正在拆除衬砌 6 1 。 目前，在美国及欧洲一些国家较为常用的技术是“土壤生物工程”( s o i l b i o e n g i n e e r i n g ) 护岸技术【7 枷】。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，现已形成一套比较完整的理论和施工方法，并得到了 广泛的应用。 a “土壤生物工程”技术的发展 。 早在公元前2 8 世纪，在欧洲，凯尔特人和伊里利来人就开始发展柳枝编织 篱笆的技术【l l - 1 3 1 。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 7 9 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，欧洲的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的技术并出版了他 们的著作，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。如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 rv o nk m n d e n e r 仍坚持这一方面的研究，为该项技术的发展做 出了很大的贡献。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”( c o n t o u rw a t t l i n g ) 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) 来保护护坡的稳定。不久，当时的美国 土壤保护局开始将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 4 第一章绪论 土壤生物工程师组成了一个委员会，主要是对已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领域奠定了基 础。另外，直到1 9 5 1 年德国人a r t h u rv o nk r u n d e u e r 的工程生物学 ( i n g e n i e u r b i o l o g i e ) - - 书的出版才将这些技术统称为“生物工程”( b i o e n g i n e e r i n g ) 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 0 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 c h t l1 9 8 0 年撰写的土地利用与保护的生物工程技术 ( b i o e n g i n e e r i n gf o rl a n dr e c l a m a t i o n ) 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( g r o u n db i o e n g i n e e r i n gt e c h n i q u e sf o rs l o p e p r o t e c t i o na n de r o s i o nc o n t r 0 1 ) 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 d 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 的护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 木工程中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 土壤生物工程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1 1 4 1 。常用土壤生物护岸技术主要包含如下几方面肚1 3 1 5 1 叼：( 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 土壤保持作用。主要包括：草皮移植( t u r f i n g ) 、草播种( g r a s ss o e d i n g ) 、乔灌树 种直播( d i r e c ts e e d i n go f s h r u b sa n dt r e e s ) 、侵蚀控制网( e r o s i o nc o n t r o ln e t s ) 和 活枝灌丛席( f i v eb r u s hm a t s ) ；( 2 ) 地表加固技术。它通过植物根系降低土壤空 隙水压来加固土层和提高抗滑力。主要包括：灌丛席( b u r s h m a t ) 、灌丛层( b r u s h l a y i n g ) 、原木式椰子壳纤维( c o i rl o g s ) 、根系填塞( r o o tw a d s ) 、活性淤泥植物 ( 1 i v es i l t a t i o n ) 、草卷( g r a s sr o l l s ) 、活枝扦插( 1 i v ec u t t i n g ) 、枝条篱墙( w a t t l e f e n c e s ) 、活枝柴捆( f a s c i n e ) 、排水式活枝柴捆( f a s c i n ed r a i n s ) 、垄沟式种植( f u r r o w 河海大学硕士学位论文 p l a n t i n g ) 、压枝( 1 a y i n g ) 和枝干篱墙( s t a k ef i f o c e $ ) 等；( 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。主要技术包括：绿化干砌 石墙( v e g e t a t e dd r ys t o n eb l o c kw a l l s ) 、渗透式植被边坡( f i l t e rw e d g e ) 、绿化网 箱( v e g e t a t e dg a b i o n s ) 、绿化土工织物固土结构( v e g e t a t e dg e o t e x t i l ee a r t h s t r u c t u r e s ) 、绿化栅栏( v e g e t a t e dc r i bw a l l s ) 、活性栅栏( 1 i v eg r a t i n g ) 等。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( c r o wc r e e k w e s t ) 的保护、美国阿拉斯加州k e n a i 河护岸、英国约克郡戴尔斯三峰地区( t h r e e p e a k s ) 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。 总之，很多国家都在对破坏河流自然环境的做法进行反思，都在逐渐将河流 进行回归自然的改造。2 0 世纪9 0 年代以来，德国、美国、日本、法国、瑞士、 奥地利、荷兰等国纷纷大规模拆除以前人工在河床上铺设的硬质材料。采用混凝 土施工、衬砌河床而忽略自然环境的城市水系治理方法，已被各国普遍否定，建 设生态河流己成为国际大趋势。 1 2 2 国内河道治理的研究进展 随着我国国民经济的发展，越来越多的人将从对物质生活的追求转为对精神 生活的追求。与之相适应，在河流建设方面，也应从过去的只重视防洪抗旱单一 功能的河流水利工程建设上，转到有和谐自然环境和丰富地域文化的复合型河流 建设上来【1 7 1 。 早在公元前2 8 世纪，我国在渠道整治工程中就使用柳枝、竹子等编织成的 篮子装上石块来稳固河岸和渠道。明代的刘天和总结了历代植柳固堤的经验，创 始了包括“卧柳”、“低柳”、“编柳”、“深柳”、“漫柳”、“高柳”等的“植柳六法”， 成为生物抗洪、水土保持、改善生态环境、营造优美景观的生态护岸有效途径【。 近年来我国兴起景观建设的热潮，作为改善城市人居环境的重要举措之一， 城市内河整治被列入各地各级市政府的奋斗目标。例如，1 9 9 6 年下半年上海实 施苏州河环境综合整治工程；1 9 9 8 年哈尔滨市总投资4 9 1 亿元实施马家沟综合 整治工程；2 0 0 3 年南京进行金川河的综合整治工程；2 0 0 3 年成都市组织实施总 投资3 3 亿元的沙河综合整治工程；广州从2 0 0 2 年起截止2 0 0 4 年底完成马涌、 6 第一章绪论 新河河涌、荔湾涌等2 4 条河涌的截污工作；1 9 9 9 年南宁市投资8 亿多元实施朝 阳溪整治工程，2 0 0 5 年4 月又投资8 7 亿元实施竹排冲环境综合整治工程等。 由于近代我国在河道生态工程技术领域方面起步较晚，近些年才开始河道生 态工程技术的研究与实践，目前还处于探索和发展阶段，主要是借鉴发达国家的 理论和经验，研究水利工程对河道生态系统的影响，对受损河道利用生态工程技 术和生态材料进行修复。杨芸【1 9 】对自然型河流治理法对河流生态环境的影响进 行了研究，结合成都府南河多自然型护岸工程，整理和分析了多自然型河流治理 法常用方法。董哲仁【2 0 】系统地分析了河流形态多样性与生物群落多样性的关系， 水利工程对河流生态系统的胁迫，总结了河流治理生态工程学的发展沿革与趋 势，结合生态学原理，提出了“生态水工学( e c o - h y d r a u l i c e n g i n e e r i n g ) ”的概念， 指出“生态水利工程学作为水利工程学的一个新的分支，是研究水利工程在满足 人类社会需求的同时，兼顾水域生态系统健康性需求的原理与技术方法的工程 学”王超、王沛芳【2 l 】对城市水生态系统建设中的生态河床和生态护岸构建技术 进行了详细的阐述，总结了河道断面的基本形式，生态河床构建和修复的手段， 生态型护岸的种类、具体结构形式及新型生态型材料。杨文和、许文宗】提出 了以人为本、回归自然，实践生态治河新理念的概念，并具体阐述了“回归自然” 是恢复河道原有的自然功能满足行洪、蓄水、航运、水生态等要求，具有水资源 可持续发展的特性；“以人为本”是满足人类活动的需求，处理好人水和谐相处 的环境，具有亲水、安全的特性。万勇田】通过生态型护岸在观澜河综合整治中 的应用，论述了生态护岸的结构、形式、材料选取与水力条件的不同而有各种不 同的类型，着重分析了生态型护岸的特点和应用原则，探讨了其应用及发展前景， 分析了岸坡生态系统的组成和基本功能。张纵，施侠，徐晓清跚结合南京滨水 绿地实例和国外城市河流成功改造实例，对中国近年来城市滨水景观建设中普遍 存在的滨水景观日趋硬质化、重视觉形式和肆意设置休憩空间等现状进行了调查 分析，以河流本身的自然原生态价值与潜力和大众需求为前提，提出城市河流景 观建设应视其所处地段环境条件进行因地因势满足城市河流的防洪功能，以期在 基于生态工法下找到适当的理性实践途径，最终达到城市河流景观类自然化形态 保护和恢复的目的。应聪慧，韩玉玲1 2 5 1 通过对浙江省“万里清水河道”建设中 植物措施应用现状的调研，分析适宜山区、半山区及平原河道护岸的植物品种， 7 河海大学硕士学位论文 推荐在河道整治中作用显著的植物名录，提出在“万里清水河道”强化植物措施 的对策，为推广生物护岸措施提供技术支撑，以推动全省各地更加深入有效地开 展“万里清水河道”建设。景红彩【2 6 】分析了城市化的加快发展增加了城市湖泊 河道的污染负荷，并提出了岸区生态防护带、水生植被恢复、微生物技术利用等 生态治理途径以及与此配套相关的生态管理模式，旨在为生态城市的规划建设提 供一些建议，尽快从可持续发展的口号走向生态建设的具体行动。朱月立，欧金 国，燕海波，袁文胜【2 7 】通过对传统河道治理模式与河道综合治理开发模式进行 对比，分析了新形势下传统河道治理模式面l 拘主要问题，探讨推进由传统治理 模式向综合治理开发模式转变和加快河道综合治理开发的基本思路及具体措施。 国内许多学者对国内外河道生态河床和生态护岸技术进行了总结和分类，分 析了其发展趋势。生态型河道的生态工程技术在我国实际工程中得到了广泛运 用。其中影响比较大的包括成都府南河的多自然治理网，北京的凉水河生态治 理工程 2 9 j ，上海苏州河的水环境综合治理【3 0 】，大连的生态型河道建设口”，台湾 的大沟溪、内沟溪、虎山溪以及东山河的自然工法口2 1 ，以及南京秦淮河整治工 程【3 3 】等等。 1 3 研究的目的及意义 由于我国生态河道治理方面的定量研究很少，这给生态河道治理的建设与管 理带来了一定的困难，缺乏统一的衡量标准，可操作性较差，造成目前生态河道 治理中还存在一定的片面性和盲目性。因此，为了能够给生态河道治理提供统一 的较规范的衡量标准，必须加强生态河道治理的定量研究。本文通过探究生态河 道的概念、内涵、评价内容以及评价模型等，让人们从定性的角度去理解生态河 道治理，从定量的角度把握影响生态河道治理的因子，为生态河道治理的建设提 供理论依据和标准。从而使河道在满足行洪排涝要求和保证岸坡结构稳定的前提 下，能与周围的生态系统相互和谐、协同发展，维持物种多样性、保持营养和水 循环、提供丰富的食物链、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、水资源可持续发展、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“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 第一章绪论 统的自我调节、自我平衡能力，有利于提高水体的自净能力，提高水环境的自然 净化功能、抑制和减轻水质恶化，以维系良好的生态系统，推进水利和经济社会 的协同发展。本文以南京市溧水县白马镇岔河河道治理为例，研究其生态状况， 分析其存在的问题，并提出相应的治理措施，为其它地区生态河道治理提供示范 作用。 1 4 本文研究的主要内容及技术路线 1 4 1 主要内容 本文在阅读大量的文献资料并分析已有研究成果的基础上，分析我国农村城 镇当前河道治理中存在的问题，提出河道生态治理的必要性，并提出了河道生态 治理的原则、内容及措施，最后通过南京市溧水县白马镇岔河河道治理的具体实 例，对城镇生态河道治理做了详细的阐述。 论文研究的内容主要包括： ( 1 ) 对本论文课题的研究背景、国内外生态河道治理的理论方法及其应用的 研究现状进行分析阐述，研究生态河道治理的演变历史，并分析传统河道治理的 不足，进而提出生态河道治理的工程理念。 ( 2 ) 分析研究河流生态系统的功能，针对目前河道治理工程对河流生态系统 的胁迫及其造成的严重后果，提出寻求新的工程理念与技术对策的必要性。 ( 3 ) 提出三种生态河道岸坡治理模式，对其概念、特征以及适用范围进行了 阐述，并分析其岸坡结构稳定性及生态承载力。 ( 4 ) 以南京市溧水县白马镇岔河生态河道治理工程为例，收集相关历史数据 和现场数据，对岔河生态河道治理工程中的结构稳定性、景观适宜性等进行评价， 针对存在的问题，提出解决措施。 1 4 2 技术路线 具体的研究技术路线为：在广泛收集整理国内外相关文献资料、系统掌握该 领域前沿的基础上，从理论上探讨生态型河道的概念、特征；在方法上研究了生 态型河道治理的生态工程应用技术；以南京市溧水县白马镇岔河为试验河道，构 9 河海大学硕士学位论文 建岔河生态型河道，综合利用水工学、环境学、水文学、生态学、生物学等有关 理论，对生态型河道进行研究。 1 0 第二章河道生态整治模式概述 第二章河道生态整治模式研究 2 1 目前河道存在的问题 过去的几十年，在经济飞速发展的同时，由于环境保护意识薄弱、河道管理 观念滞后等原因，造成了目前河道状况每况愈下，积重难返。当前，河道主要存 在以下几个方面的问题： ( 1 ) 河道淤积严重，行洪能力减弱 对有通航要求的河道，由于风浪和行船常年累月的淘刷，使河堤遭受程度 不同的坍塌破坏，从而造成河岸边坡和堤顶面的水土流失，流失的泥沙在河床 内淤积，导致河床抬高；此外不恰当的城镇开发使许多河流的河道变窄，河网被 分割，城镇建设中废物倾倒使河床越来越高，甚至发生河道被填埋的现象刚。 所有这些都扰乱了河道正常的自然地理过程，严重影响了河流本身所具有的泄 洪功能，加剧了城镇洪涝灾害发生的频率和强度。 ( 2 ) 防洪能力不足 目前部分干流河道不同程度存在堤身单薄、防洪标准偏低，不少河道的防洪 能力没有达到设计标准，且部分河道两岸没有护岸工程，汛期洪水过境容易造成 堤塌田毁。 ( 3 ) 水质污染严重 随着经济的不断发展，工业废水和生活污水排放量不断增加，河道富营养化 程度增高，水生植物茂盛，水质严重恶化。水污染已成为制约社会经济可持续发 展的瓶颈。河流污染严重已使河流自身生态功能遭到破坏，特别是沿海城市河道， 一般都具有防洪、排涝、生态环境景观等综合功能。随着改革开放的不断深入， 城市经济迅猛发展，河道两岸的土地被开发利用，城市河道功能遭到严重损害； 大量工业、生活污水不经处理直接排入河道，造成河水污染严重，导致水质恶化、 河道生态环境被破坏。 ( 4 ) 河道形态被改变 由于管理机制的不完善及人们的环境意识淡薄，人们在河道中人为设障、乱 堆废弃、无序采砂，严重改变了河道的天然断面形态，造成水流不畅，行洪受阻， 河海大学硕士学位论文 影响河道功能的正常发挥 目前，国内城市的河道治理工程片面追求河岸的硬化覆盖，片面强调河流的 防洪功能，而淡化了河流的资源功能和生态功能，破坏了自然河流的生态链，导 致生态环境恶化。为保护城市安全，河堤年年加高，并大量建设钢筋混凝土、块 石堆砌等直立式护岸，河流完全被人工化、渠道化，破坏了原有的河流形态，进 而破坏了河流的生态平衡。 ( 5 ) 河网水面面积不断减少 一些位于城市和发达城市的河网，由于造房、修路等行为，任意占用、填埋 河道；而一些农村地区，老百姓把生活垃圾直接倒入河道，侵占水面面积，致使 许多河道缩窄变浅，减少了河网的调蓄容量。 ( 6 ) 河道护岸结构单一 长期以来，河道的自然特征被逐步渠道化，水边植物、微生物、鱼类的生长 环境被恶化，水流的生态功能、景观功能不足。这种现象主要是由于以往的护岸 工程主要考虑的是河道的行洪速度、河道冲刷、水土保持等，而忽略了河道的生 态景观功能。因此，河道的护岸结构主要采用浆砌或干砌块石护岸、现浇混凝土 护岸、预制混凝土块体护岸、或土工模袋混凝土护岸等结构。这与现代人追求人 与环境的和谐并不相符。 2 2 生态河道的概念及特征 2 2 1 生态河道的概念 生态型河道是在生态安全与和谐理念指导下，以修复受损河道为目的，通过 生态河床和生态护岸等生态工程的技术手段，形成的自然生态和谐，生态系统健 康，安全稳定性高，生物多样性高，河道功能健全的非自然原生型河道，是通过 河道结构上的生态工程建设来实现河道生态系统的持续健康发展。 生态河道是一个完整的生态系统，它不仅包括植物还包括动物及微生物，它 具有极其丰富的生物种群，所以从生物种群结构上来说，生态河道是由植物、动 物和微生物共同组成的生态系统，生态河道又为这些丰富的种群提供了良好的栖 息地，为生物的新陈代谢、种群繁衍提供了良好的生境。在生态河道系统内部， 1 2 第二章河道生态整治模式概述 各种生物之间存在着复杂的食物链，生物种群间通过这一复杂的食物链进行着复 杂的信息、物质和能量交换，从而保持系统内部生物种群的动态平衡。 从生态河道与外部的关系来看，生态河道系统与相邻陆地生态系统问通过强 烈的相互作用，如水流对河岸的冲刷，陆地雨水径流、污染径流对河岸的作用等。 通过这些复杂的相互作用，生态河道与相邻生态系统间进行着复杂的信息、能量 和物质交换，从而保证其与周围生态系统的相互协调和共同发展。 通常人们对河道治理关注较多的是它的结构稳定性，考虑在洪水条件下堤防 或护坡是否会崩坍。而生态河道与陆地生态系统相邻，具有水域与陆地双重属性， 它不仅包括结构稳定等水力学内涵，还包括生态健康、生态安全、景观协调等生 态学内涵。 具体包括以下几方面： ( 1 ) 生态河道首先是结构稳定的系统。在满足行洪排涝要求的基础上，它的 岸坡结构必须是稳定的。 ( 2 ) 生态河道系统是开放式的系统。它是与周围生态系统密切联系的，不断 与周围生态系统进行物质交换。 ( 3 ) 生态河道是动态平衡的系统。系统内的生物之间存在着复杂的食物链， 它们互为食物，保持着系统的动态平衡。 ( 4 ) 生态河道是动力式的系统。它与水流之间是相互作用的，水流对岸坡有 冲刷作用，岸坡对水流有阻碍作用，这直接影响水体生态系统。 ( 5 ) 生态河道是过渡性的系统。生态河道是地表水生态系统与地下水生态系 统的媒介，同时与陆地生态系统相邻。它与其它生态系统之间是相互协调，协同 发展的。它的生态功能好坏直接影响其它生态系统功能的发挥，甚至还会破坏其 它生态系统。这就影响了自然资源的利用以及社会和经济的发展。 ( 6 ) 生态河道是可持续发展的系统。它不仅能满足当前人们生产生活的需 要，还能满足后代发展的需要。 根据以上观点，在保证结构稳定和满足行洪要求的基础上，生态河道是一个 与周围环境相互协调、协同发展，保证社会、经济可持续发展，维持生物动态平 衡的开放性生态系统。 河海大学硕士学位论文 2 2 2 生态河道的特征 生态河道系统是以自然为主导的，能够维持物种多样性、减少对资源的剥夺、 维护生态系统的动态平衡，对提高系统的自我调节、自我修复能力、改善人类生 活环境等方面具有重要的意义。生态河道既具有生态学特性，又具有力学、社会 经济特性，其特征主要体现在以下几方面： ( 1 ) 结构稳定性生态河道在结构上是稳定的。由于河岸土层或岩层在受到 雨水侵蚀、洪水浸泡和河水冲刷时，均会引起河岸的水土流失或剥蚀，从而导致 护坡的结构失稳。一旦河岸崩塌，整个河道生态系统将会遭到毁灭。只有在护坡 结构保持稳定的基础上，河道生态系统内的生物才能正常维持其生态功能。所以 结构稳定性是生态河道的首要特性。 ( 2 ) 景观适宜性生态河道的景观环境是适宜的，它能为人们提供与水和谐 共处的景观过渡平台，为人们提供休闲娱乐的高效、安全、健康、舒适、优美的 生态景观环境。它具有较强的经济价值、社会价值、生态价值和美学价值。 ( 3 ) 生态健康性生态河道系统自身是健康的，处于非疾病状态，即系统内 部的物质、能量、信息流动始终处于稳定的动态平衡状态。生态河道生态健康性 主要是从系统内部机能来讲的，它主要是通过活力、组织结构和恢复力等3 个因 素来反映的。生态河道具有很强的生物多样性，各种生物种群间互为食物，形成 了复杂的食物链，使生态河岸带处于动态平衡状态，在时间上能够维持其可持续 性。 ( 4 ) 生态安全性生态河道自身的安全的，同时对外也是安全的。生态安全 性是从系统外部环境来讲的。生态河道不是孤立的，而是不断的与周围生态系统 进行着物质、能量和信息交换。生态河道在与其它生态系统作用时，难免会受到 外界干扰和胁迫，如：水质环境恶化、陆地污染以及外来物种入侵等都会影响河 岸带的生态安全。生态河道具有抵御这些干扰和胁迫的抵抗力，自身系统在一定 程度上是安全的。同时，它对其它生态系统也不会构成干扰、胁迫和破坏。 1 4 第二章河道生态整治模式概述 2 3 生态河道岸坡治理模式 2 3 1 岸坡治理模式类型 ( 1 ) 原生态型治理模式 主要采用植物保护河堤，以保持自然河岸特性，如种植柳树、水杨，白杨、 榛树以及芦苇、菖蒲等具有喜水特性的植物，由它们发达的根系来固堤，加之柳 枝柔韧，顺应水流，能起到增加抗洪、保护河堤的功能。但此种方式抵抗洪水的 能力较差，一般只用于坡度较缓或腹地较大的河段。 ( 2 ) 自然型治理模式 此种模式在原生态型模式的基础上，不仅种植植被，而且采用石材、木材等 天然材料护底，如在坡脚设置各种种植包、采用石笼、木桩( 设有鱼巢) 等护岸， 斜坡种植植被，实行乔灌结合，固堤护岸。此种方式一般应用于较陡的坡岸或冲 蚀较严重的地段。 ( 3 ) 工程生态型治理模式 在自然型治理模式的基础上，再采用混凝土或钢筋混凝土等材料，确保大的 抗洪能力，如将钢筋混凝土柱或耐水圆木制成梯形箱状框架，并向其中投入大量 石块，或插入硅管，形成很深的鱼巢，再在框架外埋入大柳枝，水杨枝等，邻水 侧种植芦苇、菖蒲等水生植物，使其在缝中生长繁茂葱绿的草木。此种方式一般 用于防洪要求较高、而且腹地也较小的河段。 2 3 2 生态河道岸坡治理模式的实施方法 ( 1 ) 原生态型治理模式 原生态型治理模式，一般是指植被法。如图2 - 1 。 采用植物保护河堤主要用于小河、溪流的堤岸保护和一些局部冲蚀的地方， 以保证自然堤岸特性。如种植柳树、白杨等具有喜水特性的植物，由它们发达的 根系稳固土壤颗粒增加堤岸的稳定性，加之柳枝柔韧，顺应水流，可以降低流速， 防止水土流失，增强抗洪、保护河堤的能力。这种方法从工程角度上来讲比较简 单，当河岸较陡时，可辅助采用土工织物固坡，以达到结构稳定的要求。 固土植物可以选择的主要有沙棘林、刺槐林、黄檀、池杉、龙须草、金银花、 河海大学硕士学位论文 油松、黄花、常青藤、蔓草等等，可以根据该地区的气候选择适宜的植物品种。 图2 - 1 原生态型护岸 ( 2 ) 自然型治理模式 自然型治理模式通常综合应用“植被法”、“土壤生物工程法”和我国习惯使 用的“结构措施法”，如图2 2 、2 3 。 这种方法一般用于较陡的坡岸或冲蚀较严重的地段。 土壤生物工程法有很好的