（水力学及河流动力学专业论文）基于和谐理念的北方典型河流（滦河）综合治理研究.pdf

基于和谐理念的北方典型河流( 滦河) 综合治理研究 摘要 本论文从河流动力学与环境生态学的角度寻求维持河道行洪功能与生态环境恢 复的契合点，研究对北方缺水河流潍地防风固沙、绿化，改善生态水环境具有广泛技 术示范意义的综合治理模式。通过这些综合治理措施，可以在河流现实防洪能力基础 上，同步加快改善河流的生态环境步伐，为协调城市建设与毗邻河流健康的可持续发 展战略提供科学决策的依据。 论文首先介绍了课题研究的意义、现状，研究的思路、方法及所采取的技术路线； 探讨了河流综合治理的基本理论，概括了北方河流在综合治理中的主要制约关系，提 出了河流综合治理条件和方法，表述了河流综合治理的基本原则和思路。 然后建立了河流健康评价体系，针对典型北方河流( 滦河) 的流域特点，用生态 承载力综合评价方法和层次分析法计算滦河流域生态承载力，研究了流域生态环境恢 复，对典型河段的健康特征进行了评价。根据典型河段的河流健康评价成果，对毗邻 迁安市的滦河河段进行了综合治理探讨，提出了防洪工程、地下水恢复及河道环境治 理工程、滨河带整治工程和生态治理工程四大综合治理方案。工程实践取得了很好的 效果。 本论文从河道行洪功能、河流滩地需水量、流域生态承载力及流域生态恢复能力 四个方面来创建河流健康生命评价体系，并采用层次分析法和生态承载力综合评价方 法计算和评价流域生态承载力。然后基于人水和谐理念，建立我国北方河流一体化治 理模式，提出以河道安全行洪、河道整治、生态恢复、景观营造方案综合治理方法。 并通过典型工程实践，实现城河互补协调发展。同时提出“孑t 破公益性水利建设资金 由政府财政统筹的传统模式”的新思路，最大限度实现了资源、景观、环境、生态与 效益的结合 关键词：和谐理念，城河互补发展，河流健康，生态承载力，生态恢复 t h er e s e a r ha b o u tc o m p r e h e n s i v eh a r n e s sb a s e d o nt h e r y p i c a lr i v e r s 唧ah a r m o n i o u s i d e a ( l u a nh e ) i nt h en o r t hb 蝴o fc m n a i no r d e rt of i n dt h ec o r r e s p o n d e n c eo fm a i n t a i n i n gt h ef u n c t i o no ff l o o dd i s c h a r g ea n d r e s t o r i n gt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tt h r o u g ht h ew a yt h a tc o v e r sd y n a m i c so fr i v e ra n d e c o l o g y , t h i sa r t i c l es t u d i e sac o m p r e h e n s i v eh a r n e s sm o d ew h i c hm a k e saw i d e s p r e a d t e c h n i c a ls i g n i f i c a n c ea n dl e a dt h ew a yt oh u r r i c a n el a m pa n ds o i lh o l d i n go nt h e f l o o d p l a i no ft h er i v e r , f o r e s t a t i o n sa n di m p r o v i n gt h ew a t e r se n v i r o n m e n ti nt h er i v e r st l l a t l a c ko fw a t e ri nt h en o r t h b yt h ec o m p r e h e n s i v eh a r n e s sm e a s u r e , w ec a nn o to n l y e x p e d i t et h ei m p r o v e m e n to ft h ee n v i r o n m e n t b u ta l s o 锄p r o v i d e ab a s i sb a s e do nt h e a b i f i 哆o ft h er i v e rc o n t r o lt h ef l o o di np r a c t i c ef o rm a k i n g as c i e n t i f i cp o l i c yt h a tk e e p st h e d e v e l o p m e n to ft h ec i t ya n dt h eh e a l t h yo ft h er i v e rh a r m o n i o u sa n dp e r s i s t e n t f i r s t l y , t h ea r t i c l ei n t r o d u c e st h es i g n i f i c a n c e ，t h ea c t u a l i t y , t h et h o u g h ta n dt h e m e t h o do ft h er e s e a r c ha n dt h et e c h n i c a lr o u t ew h i c hh a sb e e nt a k e n n e ni td i s c u s s e st h e e s s e n t i a lt h e o r ya b o u tt h ec o m p r e h e n s i v eh a r n e s so ft h er i v e r s , s u m m a r i e st h ep r i m a r y r e l a t i o n sb e t w e e nt h er i v e r si nt h en o r t ht h a tr e s t r i c te a c ho t h e r , p r o p o s e st h ec o n d i t i o na n d t h em e t h o d , a n dt h e ni n d i c a t e sb a s i cp r i n c i p l ea n dt h et h o u g h t s e c o n d l y , t h ea r t i c l ee s t a b l i s h e sas y s t e mw h i c he v a l u a t e st h eh e a l t h ys t a t u so ft h e r i v e r s a i ma tt h ef e a t u r eo ft h ed r a i n a g ea r e ao ft h er i v e ri nt h en o r t h ( i m a nh e ) ，t h i s a r t i c l ec a l c u l a t e st h ee c o l o g yc a r r y i n g c a p a c i t yb yt h ee c o l o g yc a r r y i n gc a p a b i l i t y c o m p r e h e n s i v e l ya p p r a i s i n gp r o c e s s a n dt h e a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s ss t u d i e st h e r e s t o r a t i o no ft h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nt h ed r a i n a g ea r e a , e v a l u a t e st h eh e a l t h y c h a r a c t e ro ft h et y p i c a lr e a c h a c c o r d i n gt ot h ec o n c l u s i o nh a v i n gb e e nb r o u g h tf o r w a r d a b o u tt h er i v e rh e a l t ho l lt h et y p i c a lr e a c h ，t h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h ec o m p r e h e n s i v eh a r n e s s t ot h es e c t i o no fl n a nh ew h i c ha b u t t i n gt oq i a n a nc i t y , p r o p o s e sf o u rp r o j e c t sw h i c h c o n t a i no ff l o o dc o n t r o lp r o j e c t , g r o u n d w a t e rr e s t o r a t i o na n dr i v e re n v i r o n m e n th a r n e s s p r o j e c t ，g l a c i e ra r e ah a m sp 加口e c ta n de c o s y s t e mh a r n e s sp r o j e c t a n dt h e s ep r o j e c t s h a v eo b t a i n e dg o o de f f e c ti np r a c t i c e t h ea r t i c l ef o u n d sar i v e r sh e a l t h ya p p r a i s a ls y s t e mb yt h ef u n c t i o no ff l o o dc o n t r o lo f t h er i v e rw a y , t h ew a t e rd e m a n do ft h er i v e rb o t t o m l a n d ，t h ee c o l o g yc a r r y i n gc a p a b i l i t yo f t h ed r a i n a g ea r e aa n dt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tr e s t o r i n gc a p a b i l i t y , a n dt h e nc a l c u l a t e s a n de s t i m a t e st h ee c o l o g yc a r r y i n gc a p a b i l i t yo ft h ed r a i n a g ea r e ab yt h ea n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s sa n dt h ee c o l o g yc a r r y i n gc a p a b i l i t yc o m p r e h e n s i v e l ya p p r a i s i n gp r o c e s s b a s e do n t h ei d e at h a th u m a nw i l lb eh a r m o n i o u sw i t hw a t e r sa n di no r d e rt of o u n dam o d ei nw h i c h t h er i v c 璐i nt h en o r t h e r nc h i n aw i l lb ef a t h e r e da saw h o l e t h ea u t h o rp r o p o s eam e t h o d f o r c o m p r e h e n s i v ef a t h e r i n g , c o n s i s t i n go ft h es a f ef l o o dc o n t r o lo ft h er i v e rw a y , r i v e r i m p r o v e m e n t , t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tr e s t o r a t i o n ，s i g h tc o n s t m c t i n g f i n a l l y , t h e s e p r o j e c t sw i l lm a k et h ec i t yd e v e l o p m e n ta n dt h er i v e rc o m p l e m e n t a r ya n dh a r m o n i o u s a t t h es a m et i m e , t h e yp r o p o s ean e ww a yt h a tb r e a k st h et r a d i t i o n a lm o d et h a tt h ef u n do ft h e c o m m o n w e a lw a t e rc o n s e r v a n c yi sa l w a y sp l a n e da saw h o l eb yg o v e r n m e n t ，a n df a r t h e s t c o m b i n et h er e s o u r c e s ，t h es i g h t ，t h ee n v i r o n m e n t , t h ee c o l o g ya n dt h eb e n e f i t k e yw o r d s ：h a r m o m o n si d e a , c i t y - r i v e rc o m p l e m e n t a r yd e v e l o p m e n t ，r i v e r sh e a l t h y , e c o l o g yc a r r y i n gc a p a c i t y , e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tr e s t o r a t i o n a 判断矩阵； c c n 一压力要素的压力大小； 符号说明 a # 矩阵第i 行第，列向量； c c p s 承载力压力度； c a 卜支持要素的支持能力大小； a 一相容性指标； c ；一f 因子的分值； c r 一一致性指标； c s i ”环境承载指数； c p 一水资源第f 个构成要素； c s i ”一生态弹性指数： c s i ”一资源承载指数； c s ! “水资源承载指数； b 第f 个实际测量值或出现值： f o 标准值、目标值或理想值： p 一降雨量，1 1 1 1 1 1 ： r 地表径流量，亿m 3 ： s 尸一生态系统第f 个特征要素； s f 一资源第f 个组成要素； g 一与地表水联系的地下水天然补给部分，亿m 3 ： q 。水资源总量，亿m 3 ； 脚一随机性指标； s 严环境第i 个组成要素； 矩阵特征向量； 矽产生态系统特征要素i 相对应的权重值； w 芦环境要素i 相对应的权重值； 矽尸一资源要素i 相对应的权重值。 严水资源要素f 相对应的权重值； k 矩阵的最大特征值； 独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果并撰写完成的。没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学 术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中不包含其他人 或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北水利水电学院或其它 教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后 果由本人承担。 学位论文作者签名： 易长辇签字日期：娜7 石口 觚人( 聊) 签列本泛签字喻一。加 学位论文版权使用授权书 本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用学位论文的规定。特授权华 北水利水电学院可以将学位论文的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文原件或复印件和电子文档。( 涉密的学 位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：，易乐、舜 导师签名渺啦陂 签字日期：文闪7 6 ，口签字日期：力1 。 华北水利水电学院硕士学位论文 1 1 课题研究的意义 1 绪论 河流生态环境的恢复与河流行洪功能的维持是保证河流健康生命的两个基本特 征，是人与河流“和谐相处”的两个基本要求。但是2 0 世纪踟年代以来，我国西北、 华北地区的许多河流由于上游修建水库拦蓄径流，使得下游河道萎缩、甚至断流。一 方面引起河流造床作用下降，河槽过洪能力大大减小；另一方面河流生态环境日益恶 化，集中表现在河道干化、植被退化、生物种群减少，沙滩裸露，风起沙扬，成为沙 尘天气的污染源，另外还引起了区域地下水降低，采补失调。再者，许多城市依河而 建，临河侧建设发展迅速，河道两侧及河滩人口数量不断增加。这种状况不但加大了 洪水淹没损失与防洪负担，同时城市向河道内排放污水和垃圾倾倒、河道内的无序挖 坑采沙、河道自然景观的破坏，都对河道防洪、河槽疏浚、滩区生态环境及邻河城市 环境构成严重的负面影响。一方面安全度低的防洪工程与恶劣的河流生态环境制约了 临河城市建设的发展，另一方面临河城市建设发展的疲软又使河道防洪工程与生态环 境治理缺乏强有力的资金投入。 目前，改善河流防洪和生态环境已成为许多河流保持可持续发展的关键因素。如 何对河流进行综合治理，是一个极其重大又十分紧迫的现实问题。这种治理包括如何 保证河道行洪能力、修复流域生态环境，如何创造临河城市发展建设条件、改善临河 带人居及娱乐环境、提高整体城市形象与品味，如何使河流综合治理与城市建设相互 依赖，形成相互促进、良性循环的发展机制等1 1 , 2 1 。 以往河流整治基本只从传统防洪角度考虑，在当前水资源现状下，还需要考虑河 流的生态功能。如何对河流进行综合治理，从防洪角度分析，应处理好上下游、左右 岸、城乡间、行洪区、滞洪区与防护区的关系( 例如：市区段筑堤和减少行洪面积后 对上下游洪水特性会产生什么影响，河道内居民点如何确保人民生命安全，堤外城区 与乡村合理的防洪标准及超标准洪水如何调度等都必须协调) ；从科学发展观层次看， 必须处理好社会经济发展与生态环境恢复和改善的关系；从水利兴利与除害层次看， 应处理好防洪减灾与城市供水以及建设发展的关系；从兴利角度分析，要处理好水资 源利用对下游的影响，地表水利用与地下水补给的关系，堤内、堤外水面建设的关系， 华北水利水电学院硕士学位论文 扩大引水、提水和地下水开采的协调关系等。如何处理好上述关系的协调，这是河流 赖以维持健康的基础与保证。 为此，本论文试图通过寻求维持河道行洪功能与生态环境恢复的契合点，对北方 缺水河流滩地防风周沙、绿化，改善生态水环境寻求具有广泛技术示范意义的综合治 理模式。通过本论文提出的综合治理模式，可以在河流现实防洪能力基础上，同步加 快改善河流的生态环境步伐，为协调城市建设与毗邻河流健康的可持续发展战略提供 科学决策的依据。选择典型河流与典型河段进行综合治理探讨，此项研究也将使河床 演变规律与河流修复的研究更加深入，从而丰富和发展河流学内容。 1 2 课题研究的现状 目前，国内外一些学者和专家认为，在城市河流整治过程中除满足城市防洪的要 求外，还要注意保护生态及处理好城市与河流的关系【删。有些在河道防洪、生态恢 复、城市与毗邻河流连接方面提出了新的想法、概念和工程措施，并在一些工程实例 中得到了很好的应用 一些研究者认为：洪水有一个自然出现的机遇，按当前的技术水平，完全免除洪 水灾害是不现实的，只能够对其进行管理，以便最大限度的减少其所造成的损失【_ 日。 通常采取的防洪措施有工程( 硬) 措施和非工程( 软) 措施。工程措施主要是指建造 大型的防洪工程，如堤、坝和防洪水库、分洪工程、分洪道等，以及通过整治工程提 高河道的洪水输送能力( 拓宽、挖深、改道、护岸等) 来调节洪水或减少灾害。例如 匈牙利所有洪泛平原都有河堤保护。通过建水库将过多的水蓄积起来，可以削减天然 洪峰流量，调节河水流量的时间分配l 研。非工程防洪措施是在充分发挥防洪工程作用 的基础上，通过法令、政策、行政管理、经济手段和直接控制洪水的工程手段以外的 其他技术手段，达到减少洪灾损失目的的措施。它包括：源头控制( 流域景观工程 管理) 、法规、区划、经济手段、有效的洪水预警系统、洪水风险评估系统、提高洪 水意识与增加防洪信息数据库等 9 , 1 0 i 。 陈飞在生态防洪方面提出采用“生态驳岸”进行河岸建造。“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，它可以充分保证河岸与河流水体 之间的水分交换和调节，同时也具有抗御洪水冲刷的强度。上海浦东张江吕家浜河道 采用的生态驳岸有：( 1 ) 自然型驳岸。不仅种植植物保护河堤，以保持自然堤岸特性， 华北水利水电学院硕士学位论文 还采用天然石材、木材护底。( 2 ) 人工自然型驳岸。在自然型驳岸的基础上，再用钢 筋混凝土等材料，确保堤岸具有较大的抗洪能力。除此之外还可以因地制宜地绿化台 阶( 卵石台阶、木桩台阶) 、韩国植草砖、木框护坡。这些措施解决的城市发展所带 来的一系列环境与生态问题，使人的主观愿望与自然规律达到和谐与统一在达到功 能要求的同时，取得了最佳的环境、经济和社会效益。它兼顾了人与自然的共同需求， 使人类和自然达到和谐、统一【1 1 d ，l 。 从l e o p o l d 和i a m g b e i n 等开始，在选择河流系统运动中的代表性参量并假设它 们在河流自动调整趋于平衡时取得极值的前提下，有很多人对河床维持平衡能力的自 动调整机理提出了最小能耗率、最大熵等理论1 1 4 】。从能量分配耗散角度，对在人类活 动制约下的河流平衡态进行研究，美国的杨志达认为最小能耗率符合其演化过程【1 5 】， 而我国已故著名学者钱宁则认为最大熵假说更符合其演化过程【1 6 1 。 对于“河流生态恢复”的目标，学术界主要存在5 种不同的表述，即“完全复原”、 “修复”、“增强”、“创造，和“自然化，【17 鸺】。但一些学者对“完全复原，这种目标提出质 疑。到底恢复到什么历史时期的状况? 首先因缺乏河流干扰前的地图、文字或其他图 像等科学资料，加上近代社会人们在河流上建设了大量的水利设施，要弄清干扰前的 河流状况十分困难。其次，对于“创造”一个新的河流生态系统，学者主张应该更多地 依靠自然演替过程实现生态恢复的目标，因为人工生态系统的建立具有很大的不确定 性，且成本很高。有学者研究认为：目前我国最经济可行的技术路线是充分利用生态 系统自我设计、自我组织的功能，实现生态系统的自我修复。这种恢复目标不是返回 到某种原始状态，也不是创造一个全新的生态系统，而是立足河流生态系统现状，发 挥生态系统自我恢复功能，逐步恢复河流生态系统，并使其具有健康性和可持续性【1 9 1 。 河流生态恢复要求水利工程在满足人类社会需求的同时，应兼顾水域生态系统的 健康性和可持续性【硼。因此，传统的水利工程学需要吸收生态学的原理和方法，改善 水利工程的规划和设计方法，发展“生态水利工程学”【2 1 创，形成新的交叉学科分支。 生态水利工程应该要符合以下几点：一是保证工程具备综合功能以及工程的安全性和 耐久性；二是生物群落多样性与生境多样性相统一原则；三是生态系统自我设计、自 我修复原则；四是景观尺度及整体性原则；五是反馈调整式设计原则圈。 余孔坚等在生态恢复方面提出了一些新想法嘲，其核心思想是用现代生态设计理 念来形成一个自然的、“里p 的底，然后在此基底上，设计体现人文的“图”，并在浙江 华北水利水电学院硕士学位论文 黄岩的临河公园一永宁江公园进行了应用。其目的是把一个以防洪为单一日的的硬化 河道，用最经济的途径，恢复重建为充满生机的现代生态与文化游憩地。 因为城市与毗邻河流之间相互独立、分散，缺少系统性的连接和更为宏观的有机 规划。因此，国外及国内的一些学者提出了绿道的概念m 2 毋。“绿道”是指用来连接 的各种线型开敞空间的总称，包括从社区自行车道到引导野生动物进行季节性迁移的 栖息地走廊；从城市滨水带到远离城市的溪岸树荫游步道等【曲删。通常含有以下几种 类型：( 1 ) 城市河流型( 包括其他水体) 。这种绿道极为常见，在美国通常是作为城市 衰败滨水区复兴开发项目中的一部分而建立起来的。( 2 ) 游憩型。通常建立在各类有 一定长度的特色游步道上，主要以自然走廊为主，但也包括河渠、景观通道等人工走 廊。( 3 ) 自然生态型。通常都是沿着河流、小溪及山脊线建立的廊道。( 4 ) 综合型。通 常是上述各类绿道和开敞空间的随机组合。它创造了一种有选择性的都市和地区的绿 色框架，其功能具有综合性。绿道规划溯源于1 9 世纪的公园规划时期，在该时期形 成了大批的城市公园和保护区。发展到2 0 世纪，则掀起了户外开敞空间规划运动的 热潮。2 0 世纪后半期，虽然公园规划和开敞空间的规划还在进行，但是在后期兴起 的绿道规划，已标志了又一个浪潮的到来。据专业人士预测，绿道网络规划必将成为 2 1 世纪户外开敞空问规划的主题。绿道网络是一个多层次的系统，有宏观的区域层 次、可实施的地方层次及宜人的场所层次这三个层次。绿道规划应在各个层次上做到 相互衔接和控制，一般需要在总战略性框架的控制下，自下而上地从宜人的绿化场所 和各个地方层次的绿道规划建设做起，直到在一定的时期形成整体绿道网络系统的控 制1 3 1 翊。 在上述几个方面，不少学者和专家都做了一些研究。但是在如何处理提高河流防 洪标准、城市及防洪区的建设、投入资金来源问题的关系方面，研究理论和工程实践 都很欠缺。 1 3 课题研究方法和技术路线 1 3 1 基本研究思路 本论文研究的基本思路是，首先针对北方河流的特点进行分析，提出综合治理的 方法；然后再对典型河流( 滦河) 流域历史背景和现状分析的基础上，提出河流健康 的评价因子以及分析评价滦河流域的生态承载力状况；最后根据计算和评价结果，对 华北水利水电学院硕士学位论文 典型河段( 滦河迁安市段) 进行防洪建设和生态恢复等综合治理，实现典型河段河流 工程、生态建设和城市建设的结合。 1 3 2 研究方法 坚持定性与定量相结合，经济、社会，生态一体化的原则。运用生态承载力综合 评价方法和层次分析法等数学模型，对生态承载力进行定量评判，为临河城市的社会 建设、生态建设和水利现代化建设提供可行可信的依据。在构建河流综合治理和河流 健康评价的理论框架中，注意运用经济的、科技的、体制的、工程的综合手段，促进 可持续发展，对成熟的理论和方法综合运用，对零碎的理论和方法进行有机整合，使 之在结构上更为合理，功能上更为有效，在继承的前提下创新，使研究成果理论严密、 方法科学、操作简便、成效突出。 1 3 3 研究技术路线 拟采取的具体技术路线见图1 1 。 1 3 4 研究主要内容 根据以分析，拟开展的主要研究内容包括： ( 1 ) 针对北方河流的流域综合治理体系的建立，并分析综合治理的主要方法。 ( 2 ) 典型河流( 滦河) 流域背景调查分析，包括自然状况、水资源状况、水环 境状况、供用水情况以及土地使用情况等。 ( 3 ) 流域健康的评价指标体系的建立，并分析影响河流健康的主要因子。 ( 4 ) 滦河流域生态承载力评价体系建设，包括生态弹性度、水资源承载力、水 环境承载力及水资源和土地资源承载压力度的计算与分析评价，流域生态承载力综合 分析评价。 ( 5 ) 典型河段( 滦河迁安市段) 的防洪建设、生态建设以及城市建设的研究。 华北水利水电学院硕上学位论文 图1 - 1 研究技术路线 f i g1 - 1 r e s e a r c hr o u t e 6 华北水利水电学院硕士学位论文 2 河流综合治理的基本理念与方法 2 1 “与水和谐相处”的基本理念 “逐水草而居”是自古至今人类争取生存发展一直遵循的基本规则。亲水使人类 非常便利地获取到了生命之源，“逐水而居”又为人类改变、利用河流提供了愈加便利 的条件和动力。人类依赖河流，同时与河流又一直处于相互影响的关系。河流是地球 生态系统中重要的一环，河流的状况影响着环境的状况与人类社会存在条件，河流的 变化不仅改变了自然界，也波及人类社会，并正在越来越大地影响着人类自身生存、 发展的现在与未来。 近年来，在处理人类与河流的相互关系中，在具体河道治( 管) 理的工作实践中， 人们从可持续发展的角度，提出一些新的理念。本课题提出“与水和谐相处”的河流综 合治理思想，与一些研究者倡导的“维持河流健康”在本质上是相通的。 一般河流“健康”的概念是河流管理的一种评估工具，其目的是建立一套河流环境 ( 水流、河床、生态) 系统评估体系，评估在自然力与人类活动双重作用下，在长期 进化过程中河流环境状态的变化趋势。河流健康概念包含了对于人类合理开发河流现 实的承认，寻求在河流环境保护与水资源开发之间取得平衡点。河流健康概念是相对 的，需要建立一种适宜的参照系统，经与这个参照系统比较，获得现实河流系统环境 状况( 水文、水质、河流地貌、生态、与周边关系) 的评价，进而可从“与河流和谐 相处”亦即“维持河流健康”角度，作出河流治( 管) 理的决策并确定相应的工程措施。 2 2 河流综合治理中的几个主要制约关系 ( 1 ) 河流与城市安全的关系：河流是宣泄洪水的通道，洪水漫溢出河槽也是河 流生命过程中自我调整的一种重要的内在机制洪水可以向湖泊湿地、土壤补充水源 和水分，为湿地和农田补给养料，给物种提供生境，为海洋输送营养物质等，对于维 持河流健康、保护河流生态系统具有非常重要的意义。但从城市安全考虑，又必须通 过加固江河堤防抗洪的措施来保证城市安全。高高的堤防人为地分割了洪水与湖泊湿 地的天然联系，造成了河流周边区域陆地水生态系统的破坏。 ( 2 ) 河流与生态环境的关系：许多北方河流非汛期几乎无水，过流能力低下， 华北水利水电学院硕士学位论文 河滩变成沙荒地，边岸坍塌、主槽淤积，生物多样性与生态系统的完整性遭到破坏， 造成生态环境十分恶劣；河流生态环境的破坏又反过来造成河槽的萎缩，滩地阻力条 件的破坏，进一步削弱了河流的过流能力。 ( 3 ) 河流环境与城市建设的关系：许多北方河流由于生态环境恶劣，使临河地 带成了城市发展建设中无人问津、无人投资开发、唯恐避之不及的冷僻区；恶劣的河 道环境又使一些人将河道作为垃圾场，随意倾倒生活与建筑垃圾，进一步破坏河流环 境与河流生态系统，使临河地带在城市发展进程中进一步贬值。 ( 4 ) 河流治理与城市可持续发展的关系：河流的生态治理、防洪工程的修建是 提高城市安全度，满足城市可持续发展的基础支撑，这需要投入大量资金。如果河流 环境恶劣，临河地带在城市建设中被忽视、冷落，城市与河流在各自发展中就起不到 相得益彰的作用。反过来，河流的生态治理、防洪工程便不能从城市建设中得到足够 的资金投入，河流防洪能力就可能进一步降低、河流环境就可能进一步恶化，从而又 将制约城市建设的可持续发展，形成两者相互牵制的死结。 ( 5 ) 冲积河流的能量分配耗散关系：通过对在人类活动制约下的河流能量分布 关系进行研究，表明处于平衡态的河流在能量分配耗散关系上，是满足最小能耗原理 或满足最大河流熵假说。1 3 3 - 3 6 1 2 3 保证和谐关系的河流综合治理条件与方法 人类社会的可持续发展与周边环境生奎系统的可持续发展是密切相关的，河流不 仅对动植物、大气环境很重要，对人类的发展也是如此，不仅可提供食物、工农业及 生活用水，还具商业、交通、休闲娱乐等诸多服务功能。作为重要的生态系统类型， 河流生态系统还是生物圈物质循环的主要通道之一。随着工业文明的迅速发展，河流 生态系统不断受到人类活动的干扰和损害。由此可见，如何维持现有河流生态系统的 服务功能，修复受损系统，促进河流及其流域的经济、社会和环境的可持续发展已经 是刻不容缓。作为可持续发展概念的一个重要目标，恢复和维持健康的河流生态系统 迅速成为人们的共识。 ( 1 ) 结合城市发展进行高标准的河流防洪工程建设 总结传统堤防工程对河流环境系统所产生的负面影响，采用生态型的堤防工程结 构与形式。进行高标准的堤防建设，把堤防建设与城市规划建设融为一体、互为补充， 华北水利水电学院硕士学位论文 不但保证城市防洪安全，同时将堤防变为城市系统的有机组成部分、安全的屏障，通 过绿道将城市延伸至河流。 ( 2 ) 进行河流大规模的生态治理，开展“河流生态恢复”工程 在满足河流泄洪防洪功能要求的前提下，建设适宜的生态水利工程，营造较好的 环境条件。通过恢复湿地及种植林草措施，缓解对河流生态系统的压力，对各种胁迫 因素给予适当的补偿。对于“河流生态恢复”的目标，应该从河流生态系统的整体性出 发，确定恢复的着眼点是河流生态系统的结构和功能；都把生物群落多样性作为恢复 程度的主要衡量标准；强调恢复工程要遵循河流地貌学原理，应该更多地依靠自然演 替过程实现生态恢复的目标。 一般情况下，生态水利工程一是保证工程具备综合功能以及工程的安全性和耐久 性。二是满足生物群落多样性与生境多样性相统一原则。三是遵循生态系统自我设计、 自我修复原则。四是注意与景观协调及整体性原则。五是执行反馈调整式设计原则。 ( 3 ) 将河流工程与景观建设结合起来，改善城市环境 首先立足河流生态系统现状，利用河流生态系统自我设计、自我组织、自我恢复 的功能，逐步实现河流生态系统的自我修复，并使其具有健康性和可持续性。另一方 面将河流防洪工程与生态恢复工程都与自然景观、人文景观的建设密切结合，使河流 成为城市游览、休闲、娱乐的场所，形成临河城市亮丽的风景线与城市形象、城市品 味的标志。改善临河带的环境，为城市向临河区的发展创造优美的环境条件，加快城 市向临河区发展的进程。 ( 4 ) 河流工程与城市建设相互依赖、相互促进 高标准的河流防洪工程与生态恢复工程建设需要投入大量资金，但它为城市发展 提供了安全度与良好的环境条件，临河带土地开发利用价值大大提高，从而促进城市 建设向临河区发展。临河区大量建设资金的投入又使得河流防洪工程与生态恢复工程 建设产生了效益，资金投入得到了回报。这样，河流工程与城市建设就形成了相互依 赖、相互促进的良性循环机制，走出了过去治河资金来源困难、投入无积极性这样的 恶性循环怪圈。 华北水利水电学院硕士学位论文 2 4 典型河流的综合治理基本原则与思路 2 4 1 综合治理基本原则 采用包括工程、生态及管理等方面的综合治理措施，解决临河城市发展建设所带 来的一系列环境与生态问题，使社会可持续发展与河流健康形成和谐与相互促进的关 系。在满足河流功能要求的同时，取得了最佳的环境、经济和社会效益，使人类和河 流达到和谐、统一【1 。 2 4 2 综合治理基本思路 根据典型河段( 以毗邻迂安的滦河段作为典型河段) 的特点，结合临河城市发展 总体规划，引入市场机制，进行河道防洪与生态的综合整治。 ( 1 ) 建设临河城市的堤防、提高防洪标准。根据高投入、高回报的市场法则， 通过进行高标准的防洪工程建设，大大提高城市防洪安全度，防洪标准的提高使得建 设区土地增值，投资环境改善，为城市建设特别是临河带发展建设提供坚实可靠的发 展空间。再通过土地置换的方式获得建设资金，以城市建设回报河道综合治理的前期 投入，形成河道治理与城市建设相互依赖、相互促进的良性循环机制。 ( 2 ) 堤防建设与城市交通建设结合配套，让宽阔、坚固的堤防成为城市的交通 要道，拉近城市与河流的距离，密切城市与河流的关系。 ( 3 ) 进行高标准的河流生态恢复工程建设，通过上游水土保持工程、市区河段 橡胶坝蓄水工程，进行滩区沙荒地治理与沟汉的湿地恢复，沿河道主槽修建绿道。提 高河流环境的生物多样性与河流生态系统的生产能力，提高河流生态系统的自我恢复 能力。同时堤防护坡采用生态型护坡材料，修建绿色堤防，形成河岸一道宏伟、亮丽 的风景线。 ( 4 ) 配合河流生态恢复，配合城市建设。进行高标准的自然景观与人文景观的 建设。在保证安全行洪的前提下，修建人工湖、构筑湖中休闲岛，修建沿河风景区与 各种文化娱乐设施和纪念碑。营造优美的河流环境与临河带环境，使原临河带沙荒地 置换为利用价值大大增加的城市发展建设用地。 华北水利水电学院硕士学位论文 3 典型河流( 滦河) 流域概况 滦河发源于河北省丰宁县骆驼沟乡小梁山南坡大古道沟，流经内蒙古、河北、辽 宁3 省、自治区的2 7 个县、旗、区，于河北省乐亭县兜网铺注入渤海。全长8 8 8 k m 。 流域面积4 4 7 5 0 k m ，其中山区占9 8 、平原占2 。 滦河是华北地区第二大单独入海的河流，地理坐标3 9 。1 0 7 4 2 。3 5 7 ，东经 1 1 5 。4 0 7 1 1 9 。2 0 ，北部、东部以苏克斜鲁山、七老图山、努鲁尔虎山及松岭为界， 与西拉木伦河、老哈河、大凌河、小凌河、洋河相邻，西南以燕山山脉为界，与潮白 河、蓟运河相邻，南临渤海。流域自西北向东南长4 3 5 k m ，平均宽度1 0 3 k m 。滦河在 山区为沙卵石河床，宽5 0 0 1 0 0 0 m ，进入平原后为沙质河床，河床宽2 0 0 0 3 0 0 0 米，平均年输沙量2 0 1 0 万m 3 。 滦河地处温带大陆性季风气候区，雨量比较丰沛，水质好，多年平均径流量4 5 亿m 3 ，但年内分配集中，年际丰、枯变化悬殊，而且常出现连丰连枯现象。沿途汇 入支流5 0 0 余条，其中较大支流有洒河、黑河、横河、清河、长河、沙河、白洋河、 青龙河等。此外，还有冀东沿海一些河流，主要有陡河、沙河、小青龙河、沂河、洋 河、石河等，这些河流源短流急，直接入海。由于这些河流独立分散，习惯上划为滦 河水系。阳 3 1 流域地貌 按地表形态可分为高原、山地、平原三大地貌类型。高原地貌分布于本流域北部， 海拔在1 4 0 0 1 6 0 0 m ( 大沽高程) ，相对高度平均为2 0 0 m 。山地地貌( 包括丘陵和 山间盆地) ，分布在高原以南，平原以北。坡度一般在2 0 。4 0 。之间，按海拔高度又 可分为高山、中山、低山和丘陵四种类型。平原地貌分布在流域南部，属山前倾斜平 原，纵坡1 3 0 0 1 1 0 0 0 ，地表以黄土、亚沙土和沙土为主。该区地貌划分为4 个一 级地貌区1 2 个二级地貌区。 3 2 流域气象与水文 3 2 1 气象 1 ) 日照： 华北水利水电学院硕士学位论文 该流域年日照时数除燕山南部迁西县一带小于2 8 0 0 h ，年日照百分率小于6 3 外， 其他地区大于2 8 0 0 h ，年日照百分率在6 4 以上。 2 ) 太阳辐射： 太阳辐射由西北向东南逐渐减少，最大值出现在沽源县，年辐射1 3 8 2 k c a l c m 2 ， 滦河中游地区多在1 3 0 k c a l c m 2 ，滦河下游沿海地区多在1 3 0 k c a l c m 2 以下，为该 流域最小值区。 3 ) 气温： 该流域年平均气温介于o 3 。c 1 1 。c ，一般由东南向西北逐渐降低。极值出现在 大马群山主峰东猴顶，年均气温- 4 3 。c 。流域南北年平均气温相差1 1 5 。c 。 4 ) 无霜期： 该流域的无霜期北短南长，西北部坝上地区无霜期在7 0 1 2 0 d ，北部山地丘陵 区无霜期1 2 0 1 7 0 d ，南部丘陵平原无霜期1 8 0 2 0 0 d 。 5 ) 蒸发； 流域多年平均水面蒸发量为9 5 0 1 1 5 0 m m 。燕山迎风坡的迁西、迁安一带约 9 6 0 m m 。陆面蒸发量，年均最大值出现在迁安、迁西一带，一般大于6 0 0 r a m ，向南 略减，向北减少较大。 6 ) 湿度： 流域绝对湿度年平均值在5 7 1 1 1 毫巴。冬季湿度最小，群流域均在3 毫巴以 下，夏季湿度最大，七月份均在1 4 毫巴以上，长城以南在2 5 毫巴以上。兴隆、青龙 一线以南到沿海地区年平均相对湿度在6 0 7 0 ，承德、平泉一线为低值区，在 5 0 6 0 之间。 3 2 2 水文 1 ) 降水： 流域内年降水量的时空分布，是在大气环流和地形的共同作用下形成的。全流域 平均年降水量2 5 0 8 0 0 m m 。降水量年级间变化大，差异悬殊最丰年降水量是最枯 年降水量的1 7 3 5 倍。降水量的季节分布极不均匀，年内各月差异明显。夏季东南 季风带来大量暖湿空气，降水量集中，在2 6 0 5 6 0 m m ，占全年降水量的6 7 7 6 。 2 ) 暴雨： 华北水利水电学院硕士学位论文 该流域暴雨日数的地理分布是东南多、西北少。暴雨出现的时间一般是4 1 0 月份，大暴雨在6 9 月份7 ，8 月暴雨最多，占年暴雨日数的7 7 ，大暴雨日数占 8 9 。其中7 月2 4 3 0 日出现的暴雨次数占年暴雨次数的2 4 ，大暴雨次数占4 3 ，为年内暴雨的高峰期。 3 ) 洪水： 该流域洪水由暴雨形成，一般发生在7 、8 月份，最大洪峰流量多出现在7 月下 旬至8 月上旬。一次洪水历时3 6 天。洪水的念际变化悬殊。 据1 5 0 0 年以来各项文献资料记载，滦河滦县站接近或超过1 0 0 0 i n 3 s 的洪水有8 8 年。 3 3 流域土壤和植被 3 3 1 土壤 根据该流域土壤的地带性规律，以地貌单元为基础，可分为六大土壤区：( 1 ) 坝上高原灰色森林土、栗钙土区；( 2 ) 中、上游中低山棕壤、褐土区；( 3 ) 中游中 低山丘陵褐土、棕壤区；( 4 ) 中、下游中低山丘陵棕壤、褐土区；( 5 ) 下游山前平 原潮褐土、潮土区；( 6 ) 滨海平原潮土