（水工结构工程专业论文）适应现代城市水利发展——建设生态景观型河道.pdf

适应现代城市水利发展一一建设生态景观型河道 摘要 近年来，随着城市水利的发展，许多大、中型城市越来越重视对城市河道 的兴建，投入了大量的资金，通过综合整治，提高了城市的防洪、排水、排污、 通航等能力，改善了城市环境。本文以“生态景观”为其中心思想，结合我国 河道的实际情况，从水利工程以及环境景观方面进行了系统的阐述和规划设计， 借鉴国内外城市河道建设的经验，取其精华，分析归纳了未来城市生态景观型 河道发展的方向和目标。同时以具体工程为例进行了探讨，充分利用现有水系， 全面提高市区防洪、排水能力，营造城市水系景观，并在此基础上提出了实际 应用中需要注意的问题和对城市水利的展望。 关键字：城市水利；河道；生态；景观 l o o k i n gu r b a nw a t e r e c o l o g i c a ll a n d s c a p eo fr i v e r s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r sm a n yl a r g ea n dm e d i u m - s i z e dc i t i e si n c r e a s i n ge m p h a s i so n t h e c o n s t r u c t i o no fu r b a nw a t e rc o n s e r v a n c y , h a si n v e s t e dl a r g e a m o u n t so ff u n d s ， t h r o u g ht h ec o m p r e h e n s i v er e c t i f i c a t i o n a n di m p r o v et h ec i t y sf l o o dc o n t r o l c a p a c i t y ，i m p r o v et h eu r b a ne n v i r o n m e n t i nt h i sp a p e r ，t h e “e c o l o g i c a l ”l a n d s c r a p eo f t h er i v e rt od oas y s t e m a t i ca n a l y s i so f ，f r o mt h eh y d r o l o g i c a l ，h y d r a u l i c ， a n dw a t e ro na na e s t h e t i cp o i n t o fv i e w an e wd e s i g nc o n c e p t sa n d m e t h o d s a c t i o n so fr i v e rb a n kp r o t e c t i o no ft h ef o r m sa n dm a k ead e t a i l e ds t u d y a n ds u m m a r i z e d r a i na tt h es a m et i m et h en e wr i v e rp r o j e c tw a sd i s c u s s e da sa n e x a m p l e f u l lu s eo ft h ee x i s t i n gw a t e rs y s t e m ，i r e p r o v et h ec o m p r e h e n s i v eu r b a n f l o o dc o n t r o l ，w a t e rl o g g i n gt h ea b i l i t yt oc r e a t eal a n d s c a p eo f u r b a nw a t e rs y s t e m s ， a n do nt h i sb a s i sh a sp r a c t i c a la p p l i c a t i o ni n a n dp r o s p e c t so fu r b a nw a t e r t h er e q u i r e da t t e n t i o nt ot h ep r o b l e m s k e yw o r d s ：u r b a nw a t e r ； r i v e r s ；e c o ；l a n d s c a p e 插图清单 图5 1 水系调整规划的技术思路示意图1 4 图5 2 自然原型护岸i 2 0 图5 3 自然原型护岸i i 2 1 图5 4 自然型护岸i 2 2 图5 5 自然型护岸2 2 图5 - 6 人工自然型护岸i 2 3 图5 7 人工自然型护岸：2 3 图5 8 江苏大学某水池透水性生态混凝土护堤科研示范工程2 7 图5 - 9 河道河川边坡治理中的应用实例2 7 图5 1 0 河道控制线的平面形态示意图2 8 图5 1 1 河道断面示意图2 8 图5 1 2 江滨公园防洪堤断面3 0 图5 13 休闲平台形状示意图3 0 图5 1 4 缓坡+ 跌落式卵石台阶3 1 图5 1 5 自然放坡3 1 图5 16 缓坡+ 木栈道31 图5 1 7 缓坡+ 挑出平台3 2 图5 1 8 栈桥+ 景观亭+ 木平台+ 阶梯3 2 图5 19 木桩护脚+ 景观亭+ 广场+ 自然斜坡3 2 图5 2 0 立体绿化网络+ 生态混凝土挡墙3 3 图5 2 1 立体绿化网络+ 水中栈桥一3 3 图5 2 2 原生态河道3 3 图6 1 南淝河i 3 8 图6 2 南淝河i i 3 8 图6 3 天鹅湖i 3 9 图6 4 天鹅湖3 9 表格清单 表5 1 生态混凝土和普通混凝土的性能对比2 6 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志和致谢的地方外，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 金魍王些厶堂 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。 学位论文作者签字： 诱负丑习p签字日期：加卵年弓月2 莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金肥王些态堂 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，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金胆工些盔堂 可以将学位论文的全部或部分论文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： 而起钥p 签字日期：2 0 0 q 年弓月2 乃日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 易移 仂l = 口 签字日期： 口年月2 莎日 电话：| 弓孕5 67 88 5 邮编： 致谢 眨眼之间，到了毕业之际，两年半的时光如白驹过隙。回顾这读研的两年 半时间，在老师的悉心指导和同学的热情帮助下，在学校良好的学习氛围中， 我不仅学到了扎实的专业知识，为人处事也有了很大进步。老师们严谨的治学 态度、同学们刻苦的钻研精神都将使我受益一生。 首先要感谢我尊敬的导师一一王慧副教授。王老师是一位对学术执着，有 良好科学素养的优秀学者和老师。在这两年半的时间里，王老师不仅在学习和 工作上对我悉心指导，而且在生活上给我无微不至的关心。在此，谨向恩师表 示最诚挚的敬意和衷心的感谢! 同时要感谢我的父母。正是他们辛勤的劳作、无私的关爱、殷切的期望和 物质的支持才能让我顺利完成学业，我将用我的一生来回报! 感谢学院诸多老师对我的关心与指导，感谢师兄弟妹和其他同学的帮助， 祝他们有个美好的明天! 最后感谢在百忙之中审阅我的论文和参加我论文答辩的各位老师! 两年半时间不算短，是我身边的人们陪我度过了这段难忘的时光，寸管只 笔难以言书我对所有帮助过我的人的诚挚的谢意! 作者：诱蝴p 2 0 0 9 年3 月12e l 第一章绪论 1 1 引言 生态环境是人类生存发展的基础自然资源。生态环境不仅为人类提供食物、 医药及其他生产生活资料，而且还提供了人类赖以生存的自然环境条件，它对 维持水文循环、净化空气、抵御自然灾害等起着重要的作用。人类社会的生存 与发展一刻都离不开自然生态系统的支持。 然而，从本世纪4 0 年代以后，随着我国人口的迅猛增长、水土和植被资源 的大规模开发利用，出现了大面积水土流失、草原严重退化、荒漠化进程加剧、 水生生态失衡、生物多样化丧失、生态系统功能降低等一系列生态环境问题。 如北方河流的断流、华北地区地下水大量超采形成大面积漏斗、湖泊干枯或萎 缩、绿洲消失、植被减少、土壤沙化、草场退化、沙尘暴、虫害等。尤其是上 世纪9 0 年代以后，由于对水资源的过分开发利用，导致了黄河频繁断流，北方 地区沙尘暴肆虐，巢湖、太湖、滇池等湖泊水体严重污染、塔里木河和黑河下 游断流等一系列生态灾难。森林砍伐及坡地垦荒造成的水土流失及荒漠化，围 湖造田、开垦湿地等对生态系统有较大影响的人类活动，以及向水域大量排放 污染物所造成的严重后果都说明了生态环境的恶化，这已严重地制约了当地经 济的发展和人民生活水平的提高。在局部地区，由于自然生态系统的支持和保 护功能降低，恶劣的环境已变得不再适合人类生存。由此可见，生态环境的稳 定性发展是社会经济可持续发展的保障和基础【l j 。 传统的水利工程比较注重河道本身的功能，如行洪、排涝等，因此河道断 面形式单一，走向笔直，河道护坡结构也比较坚硬，其主要考虑的是河道的行 洪速度、河道冲刷、水土保持等。因此，河道的护岸结构主要采用浆砌石或干 砌块石护坡，现浇混凝土护坡，预制混凝土块体护坡，或现在比较流行的土工 模袋混凝土护坡等结构。但是传统的河道护岸很少去考虑河道与周边历史环境、 社会环境、生态环境及人文环境的统一，治理后的河道往往会使生物种类单一 化，由此带来的环境问题也比较严重。 随着我国经济社会持续发展，提出了由传统水利向现代水利转变的大目标。 这种转变是以现代新的科学理念为基础的，是城市水利体现出“回归自然”、 “亲水 、“景观与水文化 等现代潮流的涌现。以生态修复为目标的河道建 设注重人与自然和谐相处，因而河道生态问题倍受关注。欧美和日本等一些发 达国家在水环境治理上加大了力度，自然生态型河道取得了很好的效果。2 0 世 纪9 0 年代以来，德国、美国、日本等国拆除了大量六、七十年代建造的钢筋混 凝土护岸。建设生态型护岸已成为国际上治河的一种趋势。自然生态型河道的 基本特征是河岸线自然，富于变化；河道的横断面宽窄不一，河道有冲有淤， 坡度有缓有急；在不同河段，均有与之相适应的植物、动物的生存 2 】。 近几年来，在河道建设治理中，大多数城市河道的规划都以生态型护岸和沿 河生态景观绿化工程建设为切入点，以建设水清、流畅、岸固、滩绿、景美，人 与自然和谐相处的生态景观型河道为目标，形成了一整套河道建设新思路。 生态水利是按照生态学原理，遵循生态平衡的法则和要求，从生态的角度 出发进行水利工程建设，建立满足良性循环和可持续利用的水利体系，从而达 到可持续发展以及人与自然和谐相处。从宏观上讲，生态水利就是研究：水利 与生态系统的关系；水资源的开发与利用对生态环境的影响、水利工程建设与 生态系统演变的关系；水资源开发、利用、保护和配置中，在提高水资源的有 效利用水平、节约用水的条件下，保证生态系统的自我恢复和良性发展的途径 和措施。因此，生态水利是把人和水体作为整个生态系统的要素来考虑，照顾 到人和自然对水利的共同需求，通过建立有利于促进生态水利工程规划、设计、 施工和维护的运作机制，达到水生态系统改善优化、人与自然和谐、水资源可 持续利用、社会可持续发展的目的。要实现人与自然的和谐共处，必须尊重生 态法则，将生态用水列入水资源开发、利用和配置方案中，抢救和保护湿地生 态系统，逐步恢复湿地生物多样性。水资源的开发利用不仅要考虑量和质的问 题，而且应该是在不超过生态系统自我调节和自我修复能力基础上的合理开发 利用1 2 - 2 0 。 1 2 本文的主要内容 本文以“生态景观”为其中心思想，结合我国河道的实际情况，从水利工 程以及环境景观方面进行了系统的阐述和规划设计，借鉴国内外城市河道建设 的经验，取其精华，分析归纳了未来城市河道发展的方向和目标。同时以济南 市玉符河为例进行了探讨，充分利用现有水系，全面提高市区防洪、排水能力， 营造城市水系景观，又把合肥市的南淝河和天鹅湖做了对比举例，展现了传统 水利和生态水利不同理念下的河道建设，最后在此基础上提出了实际应用中需 要注意的问题和对城市水利的展望。 2 第二章国内外研究现状 2 1 国外研究现状 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。特别是随着现 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进行人工化设计。在欧洲陆续有一批河流生态治理工 程获得成功，同时相应出现了一些河流治理生态工程理论和技术。 欧、美、日本等一些高度城市化的经济发达国家，由水环境自然生态破坏 而给城市环境带来的种种负面影响已日益显现、日趋严重，从而引起社会的广 泛关注，开始投入巨资进行水环境治理，并且把河道的环境综合整治作为一项 生态修复工程来进行，目标是逐步恢复其自然生态。在治理的过程中，生态水 工学及多自然型河流治理法的理念应运而生，并逐步得到应用和发展。“多自 然型河流治理法 即“多种生物可以生存、繁殖的治理法 ，它以“保护、创 造生物良好的生存环境与自然景观 为建设前提，建设具有一定防洪标准的河 流水利工程。 目前，世界上一些发达国家都在进行河流回归自然的改造 2 1 】。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 k g 提高到治理后的 4 lo 个、5 5 k g 。德国莱茵河于19 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【2 2 | 。 日本的多数河流常受洪水影响，且结构形态不稳定【2 3 1 。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；a n 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“创造多自然河川计划”，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l9 9 1 年，全国就有6 0 0 多处试验工程进行( k a t s u m i s e k i ，k o j it a k a z a w a ，p r o j e e tf o r c r e a t i o no fr i v e rr i c hi nn a t u r e t o w a r dar i c h e rn a t u r a le n v i r o n m e n ti nt o w n s a n do nw a t e r s i d e s ，j o u r n a lo fh y d r os c i e n c ea n dh y d r a u l i ce n g i n e e r i n g ( s p e c i a l 3 i s s u e s ) ，n o s i 4 ，1 9 9 3 ，8 6 8 7 ) 。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【2 4 1 。实践表明，该技术有效的 促进了地下水的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 年代把很多天然河道进行了人工化改造， 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 【2 5 】 0 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、衬砌河床而被忽略自然环境的城市水系治理方法，已被各国普 遍否定，建设生态河流已成为国际大趋势。 2 2 我国研究现状 在国内，1 9 9 9 年，中科院院士，水问题研究中心主任刘昌明发表了“中 国2 1 世纪水供需分析：生态水利研究 ，提出了水转化是水资源评价的基础。 建议在水资源供需平衡的研究中，把生态水利和环境水利结合在一起。2 0 0 2 年 1 0 月，水利部国际合作与科技司司长董哲仁教授，提出了生态水利一一人与自 然和谐工程【2 6 】指出，现今的水利工程学，是以对水流的控制为目标建造水工建 筑物，经过设计计算，保证水工建筑物承载的安全性( 强度、稳定及耐久性) ， 以满足人们对于供水、防洪、水力发电、航运等需求；但同时也忽略了水体自身 的需求，当今的水利工程的不足主要表现在： 忽略了河流形态的多样化【2 7 】。在我国江南河网密度高的地区，裁弯取 直设计把河流自然状态的弯曲形状改变成直线，使自然河流中主流、浅滩和急 流相间地格局改变。这导致浅滩中地湿地消失，而喜欢在急流中游行的鱼类减 少甚至绝迹。在横断面上，改造过的河床常用输水性能好又便于施工的梯形断 面，使得水流流速均一化。另外，河道疏浚工程，主要关注清除淤积工程量， 往往忽视原有河道断面的生态合理性，也使得河道断面出现均一化倾向。需要 强调的是，河流形态的多样化是生物物种多样化的前提。河流形态均一化，在 某种程度上往往对生物多样性造成影响。 忽略了河流湖泊与岸上生态系统的有机联系【2 引。河流整治工程着眼于河 道本身，忽视了河流周围的生物群落的存在，更忽视了整治后原有生物群落的 恢复。 忽略了整治后原有生物群落的恢复。渠道或改造过的河道断面、江河地 4 方迎水坡面采用硬质材料，如混凝土、浆砌块石等，使得植物难以生长，进而 又影响到鱼类、两栖类动物和昆虫的栖息，而这些动物又是鸟类的食物，于是 食物链就此中断。 忽略了浅滩和湿地的作用。人们为了争取土地，江河两岸堤防间距缩窄， 使得河流失去浅滩和湿地。浅滩具有曝气作用，使水净化，又增加氧气供给， 为无脊椎动物生存提供方便。浅滩又为鱼类产卵提供栖息地。 城市为建筑道路和停车场，采用了大量沥青或混凝土的硬质不透水路面， 不但植物无法生长，也隔断了补给地下水的通道。 在城市水域整治中，重视景观建设是经济发展的某种标志【2 引。于是往往 将水域置于诸如楼台亭阁的人工环境之中，以使人们赏心悦目，但是忽略了水 流的自然生态系统的需要，也使河流失去了自身的美学价值，失去了在自然环 境中生机勃勃的河流的生命。 在对上述问题的认识中，董哲仁教授提出当今的水工学应吸收融合生态学， 建立和发展生态水工学，这为生态水利研究奠定了理论基础。中国水利水电规 划设计总院、中国水利水电科学研究院刘树坤强调中国水城在注重防洪和水质 等问题的前提下，更要注重以人为本的生态建设，注重人与自然和谐共处。 近些年来，我国对河流生态日益重视，提出了生态环境用水的概念，开始 关注为此河流生态的生态基流【2 9 1 。在实践方面，大型水利工程对生态的影响日 益收到重视，如三峡工程的建设就进行了大量的生态环境影响研究。1 9 9 9 年， 随着中国开始实施西部大开发战略，启动了塔里木河流域综合治理工程，向生 态严重恶化的下游进行调水、分水。中国最大的内陆河塔里木河的下游3 6 3 k m 河道，在干涸2 0 多年后重新过流，挽救了濒临死亡的沙漠植被，绿色走廊重现 生机 3 0 1 。太原市的治汾美化工程历时3 年，投资5 2 亿元，治理河道6 k m ，种 植乔、灌木1 0 0 0 0 多株，铺草坪l3 0 万m 2 ，建有4 座橡胶坝，3 个蓄水池，可 蓄水2 6 0 万m 3 ，形成1 3 0 万m 2 的水面，建有排水断面3 m 奎3 m 、长6k m 的两 条排污水渠，极大地改善了太原城区段的环境等八大景区设置，以人、城市、 生态、文化为主题，着眼于大幅度改善太原市的呼吸系统，改变太原缺水少绿、 环境污染严重的现状，展示了集水利、生态、运动、体闲、旅游等功能为一体 的开放型城市滨水空间【3 1 1 。 近几年各地媒体相应出现了有关生态自然型河道治理的报道，我国成都府 南河、上海苏州河，绍兴的城河以及苏州的金鸡湖等国内治河的成功范例，均 是工程水利、资源水利、环境水利和生态水利的有机结合的实现【3 2 q 引。同时也 说明了河流生态系统受到人类的活动的干扰和损害己经成为目前社会关注的焦 点，受损河流的生态修复研究和实践日益受到人们广泛的重视。山东省滨州市 在城市周边建设了5 座平原水库，与环城公路、环城水系、环城绿化、环城景 点相映相衬，形成“四环五海”，城中水面达1 3 平方公里，凸显了“秀水、绿脉、 5 新城”的生态园林型城市形象。临沂市依托沂河建设沂蒙湖水利风景区和滨河景 观大道，河道回水长度达4 6 公里，形成水面3 6 平方公里，一次蓄水量达1 亿 立方米。还有聊城市的“江北水城”、泰安的天平湖水利风景区等一大批生态水 利项目，都在提高防洪标准、增加供水的同时，有力地改善了生态环境。 6 第三章现代城市河道综合治理的设计理念、 原则及内容、研究目标 河流、湖泊孕育了城市文明。滨水区已成为城市最为宝贵的资源，滨水空 间成为城市最为稀有的空间。随着经济社会的繁荣发展，水环境、水景观愈来 愈受到人们的重视，并逐渐发展成为社会文明的标志之一。现代城市河流综合 治理工程已不再是简单的防洪、排涝等传统式的水利建设模式，而是要增加追 求一种朴素的自然和多功能的防洪设施与滨水景观及生态环境修复相结合的内 涵。 3 1 现代城市河道综合治理的设计理念 3 1 1 河道治理设计理念 现代城市河道综合治理要改变过去工程水利的传统观念，建立生态水利河 道治理的设计理念，即：人与自然和谐相处的理念：保持河流可持续发展的理 念；河流人文标志性特色的理念。在满足防洪排水、供水、排污、通航等多种 功能的前提下，以“安全、自然、生态、亲水、景观 为设计目标。用美的构 思、美的设计、美的实践去建设集多功能为一体的城市河流，从而营造一个方 便舒适、整洁优美、生态健康的生活环境【3 9 1 。 生态理念。一条自然河道和滨水带，必然有凹岸、凸岸、深潭、浅滩和沙 洲。它们为各种生物创造了适宜的生境，是生命多样性的景观基础。丰富多样 的河岸和水际边缘效应是任何其它生境所无法代替的。而连续的自然水际景观 又是各种生物的迁徙廊道。 美学理念。生机勃勃的水际尽显自然形态之美，在这里动物和植物相依偎， 动与静相映衬，自然而不凌乱，变化而不失秩序。许多审美统计实验都表明， 植物丰富的自然景观比人工景观有更高的美学价值，而且随着文化教育水平的 提高，人们对自然美的认识也会提高。 蓄洪涵水理念。蜿蜒曲折的河道形态、植被茂密的河岸、起伏多变的河床， 都有利于减低河水流速，消减洪水的破坏能力。河流两侧的自然湿地如同海绵， 调节河水之丰俭，缓解早涝之灾害。然而，我们的水利部门用百年一遇甚至五 百年一遇的标准，高筑防洪堤坝，裁弯取直，结果只能适得其反，洪水的破坏 力被强化。原因在于没有利用自然做功。 3 2 现代河道综合治理的原则及内容 3 2 1 治理原则 明确治理目标 4 们。河道治理必须符合城市经济发展总体目标，要与城市总 体规划相协调；与社会经济发展规划相协调；与城市其它专业规划相协调。 突出防洪安全【4 们。防洪工程是城市防洪的重要组成部分。首先要在确保防 7 洪安全的基础上，满足其他需求。 扩展河道功能4 1 1 。河道功能要有共享性。社会需求促进了河道功能的扩展。 要重视生态功能的修复化，在扩展景观、休闲健身娱乐等功能的同时，充分利 用其供水、排污、通航等多种功能。 体现因地制宜【4 2 1 。河道综合整治与岸线走向和周边地貌、环境相协调。 3 2 2 治理内容 传统的河道整治方法往往是：人们为了控制水流，把水从生态系统中分割出 来，放到了一个由人工设定的特定的、规则形状的空间中，再用人工材料如混 凝土等为水体制作出的某种人工环境，不可避免地造成滨河生态资源的破坏。 其实在该地区以往整治过的一些河道中可以看到水体脱离了生物群落，自净能 力降低，河水发黑发臭。这样的河道即使河岸上人造景观再漂亮，也难以让人 亲近，因为它丧失了河流应有的生生不息的生命力。 为避免城市河道成为一条没有灵魂的输水渠道，设计中我们要在水工学的 基础上，吸收、融合生态学的理论，注重维持河水与两岸地下水之间的自然循 环，尊重物种多样性，恢复沿河动植物的生长栖息环境，使整个河道有个生机 勃勃的生态系统，借助自然的生态过程和自净能力为人民提供一个优美的人居 环境。 现代河道综合治理的内容应包括：以打造防洪保安生命线为规划设计重点； 而对不同的城市根据不同的要求和侧重面其次重点有所不同，有的城市以城市 排水即沿河的截污和对河流、湖泊的生态补水为次重点，有的则以除涝、航运、 灌溉等作为次重点；在这些前提下，通过城市河道的地形地貌，水情工情，洪 涝灾害及周边总体规划分析，在满足城市河道基本的防洪安全，排水顺畅的前 提下，通过对入河污水的控制，生态补水及换水清洁水体，促进水体流动一一 流水不腐来实现河道生态治理的目标，恢复河道原来形态及生物链，使动植物 实现生态平衡同时对入河的排污口进行控制，注意河道的清淤处理。结合岸线 整治，进行水环境景观、美化与亮化工程【4 3 1 。 3 3 研究目标 河流生态系统的恢复与重建是一项长期艰巨的历史任务，不可能一蹴而就。 为了适应新时期的治水观念，应制订生态恢复与重建切实可行的科学规划以及 不同区域、不同尺度的实施方案，近期、远期目标相结合，分步实施，以指导 生态重建工作顺利有序地开展。生态恢复与重建目标的确定必须尊重科学、实 事求是、不宜违背科学规律使目标成为文字或数字游戏【4 3 1 。 近期目标：近期目标应注重其可行性，力争满足当地人民的基本生存需求， 打破土地退化与水质恶化恶性循环的关键环节。城市河道的水质达到治理标准， 8 河道断面能够满足河道的排水、通航等要求。 河流生态修复行动可以通过加强管理，强化污水处理和控制排放，推行清 洁生产，建立长期监测与评估体系，深入总结摸索规律和技术方法，以水质恢 复，生态系统中的物种恢复为目标，实现河流生态系统的恢复【4 4 。 远期目标：远期以流域尺度为整体进行河流恢复，以恢复河流的生态系统的 结构和功能为目标。 河流生态系统的恢复与重建不能只限于某些河段的恢复和河道本身的恢 复，而是要着眼于生态景观尺度的整体恢复。这项工作要取得实质性的进展， 应在适宜治理的地区全面整治，宜林宜草地全部绿化，林草植被覆盖率要有很 大的提高，建立起有效防护水土流失和荒漠化的林草植被体系，培养全民生态 保护和生态安全意识，建立起新型的资源环境法制管理体系、持续开发利用技 术体系和生态安全监控预警体系，实现区域人口、经济、社会、资源与环境之 间协调持续发展的总目标【5 1 1 。同时使生态平衡，提高水质的自净能力，适应大 自然的发展规律。 3 4 生态景观型河道的现代化治理 城市是以人口密集和土地、空间、供排水的高负荷为特征的。城市河流作 为重要的资源和环境载体，关系到城市的生存，制约着城市的发展。从城市河 道治理的过程来看，是从简到繁、由低标准到高标准、由盲目治理到科学治理， 由单一功能向多功能发展逐步提高的。随着经济社会的发展，人们对生活环境 的质量要求不断提高，河道的休闲、娱乐、景观、生态等功能逐步受到重视。 目前一些城市的河道治理不能满足人们的需求，存在亟待解决的问题p2 | 。 3 4 1 城市河道普遍存在的问题 随着城市化进程的加快，城市建设挤占河道，使河道空间减小，水面缩窄， 行洪能力降低。部分河道被水泥板覆盖，水面积急剧减少。工业污水和生活污 水处理的滞后，致使大量污水进入河道，河流水质普遍恶化。城市污水集流系 统完备之前，河道仍然承担着排放污水的功能，污水满溢常常影响城市环境。 与此同时，城市化也使地表径流量增加，洪涝灾害频发，给市民的生产、生活 带来不利的影响。为了抵御这些灾害，通常的做法是加高培厚堤防，修筑混凝 土河床和浆砌石岸墙来加大河道过流能力，另一方面，硬质铺装也起到了隔离 污水渗透的作用。有的还采取“裁弯取直的办法疏浚河道，以增加河道的行 洪能力。被渠道化了的河道，负面影响也是明显的，它使河道的生境多样性丧 失，生物的生存条件被破坏，地下水与地表水的交换通道被阻断，丧失了生物 多样性的基本特征，并大大削弱了河道生态自然修复功能【4 引。 9 3 4 2 生态景观型河道治理模式的取向 滨水空间是城市最为宝贵甚至稀有的空间。生态景观型河道建设已经成为 国内外河道治理的发展趋势，是落实科学发展观的必然选择，我们要紧紧把握 住它的中心理念“师从自然，恢复河道生态系统一一实现河流的自我修复。 现代河道治理重点把握以下几点： 河流平面流畅化、舒展化。在一定条件下形成的自然河道，对其整治应顺 其自然、因势利导、遵循河道的客观发展规律。 河道断面多样化、自然化。合理利用河流空间，在设计中可采用复式断面 或不规则断面等多种形式，满足人们休闲、亲水、亲自然的需求。 护岸生态化、景观化。应尽量避免使用单纯硬质护岸，因地制宜，选择生 态型护岸材料与结构型式，兼顾安全、生态、景观的需求。 建设河流各河段特色性的水岸。河流各河段的自然风貌、经济用地性质、 历史文化以及用地性质均不相同，要创造出有特色的秀美宜人的河流环境。 在城市河道现代化治理中，要借鉴历史上成功的经验和失败的教训，进行 可以持久存续并适应发展的河道治理。逐步恢复河道的生态功能和本来面目， 还原水面、绿化河道，形成具有现代气息又有自然风貌的河道【4 引。 ( 1 ) 恢复河道的生态功能和本来面貌。为实现人与自然的和谐相处，特别 是为人们居住环境的改善提供良好的水环境，需要对河道治理中所采用的混凝 土河床及浆砌墙护岸进行必要的改造，恢复河道的生态功能和本来面貌。 ( 2 ) 还原水面，绿化河道。对于现有开敝河道要依法划定河流管理范围和 保护范围，任何工程不能侵占，其中包括设计洪水安全通过的行洪通道，以及 塑造城市环境的沿河绿化带。对岸边进行大规模绿化、美化，使河流、绿地、 树木之间形成网络，营造动植物生息场所多、空间广、连续性强、物种丰富的 生态条件，使整个河道及周边的生态系统富有生机和可持续性。 ( 3 ) 丰富多彩的河道设计。护岸形式的设计和选择，要充分考虑特定河流、 特定河段的自然生态状况，精心构思，力求细致全面。为了保护一定河流生物 的生存和繁殖，河道治理采用的材料要取自于自然，使得整治后的河道与周围 环境相协调。 水为城市的发展和建设提供了强有力的支撑。对受到人为破坏的河道进行 修复，势在必行，使城市河道寓于生态环境建设的兴利之中，以入水和谐的方 式处理城市与自然的关系，结合城市规划，充分考虑城市河流沿岸居民和有人 的活动需求和环境承载力，为市民创造一个安全、舒适和富有情趣的水边环境。 l o 第四章城市水利的意义及其维护对策 4 1 城市水利的意义 今后的河流建设，将不再是单纯保护人类生命和财产的建设而是尊重地域 自然环境，珍视哺育文化与自然共生的河流建设。自然环境丰富的河流是人类 的生存基础和人类文明的源泉，让这样的河流世代永存，是我们这代人肩负的 重要使命。 随着国家综合国力的增强和人们生活水平的不断提高，我国也越来越重视 环境保护问题。我国国民经济和社会发展第十个五年计划中提出，必须重视生 态建设和环境保护，加强自然保护区和生态示范区建设，保护陆地和海洋生物 的多样性2 3 - 35 1 。 在这种大环境下，人们在越来越注重城市环境和保护生物多样性的同时， 也开始注重水利工程的环境问题，在有些堤防和护岸的结构设计中开始注入环 境水利的设计理念。 城市水利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。发展城市水利的意义，是促进人类与 自然相和谐，保证水资源可持续利用 3 8 】。 4 2 城市水体的维护对策 4 2 1 建立科学的城市水务管理体制 目前，我国的水资源管理涉及到水利、航运、渔业、矿产、城建、农业、 林业和海洋，但没有一个真正的权力机构来统一管理水资源。长期以来，在防 洪减灾、城市供水、防止污染、保护水体生态环境等具体工作上存在许多矛盾， 严重妨碍了水资源的统一规划、统一调配和统筹兼顾，不少地区在经济发展的 启动阶段，城市水体不仅得不到重视相反却找到了严重的破坏，如填埋、堵塞、 污染。 新的城市水务管理应具有对城市防洪、除涝、需水、供水、节水、排水、 水资源保护、污水处理回用、地下水回灌等统一管理的职能。通过建立统一的 水资源管理体制实现城市水体规划、调度和水量水质的统一管理，进一步确保 地区社会经济和环境的可持续发展。 4 2 2 城市水利工程与生态工程建设相协调 城市水体按其水质质量及用水特征可分为两大水体：一是人类社会经济活 动用水，二是维护自然生态平衡用水。将城市水利工程和生态工程建设相结合， 在发展人工生物净化技术的同时，充分利用水体的自然净化能力，合理处理 污水厂尾水和城市雨水径流。合理利用自然净化能力，不仅符合生态物质循环 及能量流动规律，也节省大量财力并可以综合利用水肥资源。例如，结合城市 建设，建立大型观赏水生植物一一鱼一一底栖经济水产品等集雨水截留、污水 净化、观赏于一体的人工生态系统已有成功的先例。1 9 5 9 年加州s a n t e e 回用系 统已发展为农业回用及娱乐回用相结合的系统，包括供游泳、钓鱼及划船之用。 密执安州利用回用废水，形成试验性芦苇地及水生植物系统的观赏性湖泊，并 证实芦苇内部吸收营养物并将其转化为有用产物的循环速率极高。城市水利工 程和城市生态工程建设相结合的办法，尤其在半干旱地区利用生态系统对污、 雨水资源利用，改善城市生态环境，涵养水源，固沙育林更有积极意义。 4 2 3 发挥水利工程在城市水体环境保护中的作用 城市水体是城市的重要组成部分，我国及全世界各国城市形成与发展都离 不开城市水体。城市水体赋有防洪排涝、供水、旅游娱乐及维护环境生态平衡 的重要作用。因此，在城市规划、区域流域规划及水利工程规划、设计、管理、 调度中应充分考虑这一特殊水体的作用与功能。通过建设河湾、河滩、湿地、 引水冲污水道或通过湖泊河道清淤减少水体污染源等，以达到保护和改善城市 水体的作用。 国内外成功经验表明，通过引水来增加河道流量，是改善城市水体质量的 有效方法。目前，国内基本上采用生物处理工艺为主，辅之以曝气氧化的方法。 利用天然河道和水工建筑物，按照污水处理要求加以人工曝气，拦污沉渣等措 施，以达到处理要求。或通过人工投放生物菌种的方法对河道水体和底泥进行 生物降解，以恢复水体生态环境。 4 2 4 完善暴雨雨水综合治理方法 随着城市化进程的加快，城市雨洪控制与利用显得尤为重要：一方面可以 减少雨水资源的浪费；另一方面可以减少初雨径流对城市水体的污染。2 0 世纪 6 0 年代，日本就开始收集利用雨水，收集的雨洪水可直接用于消防、绿化和城 市清洁，经处理后的水可用于工业及回灌地下等。 通过城市生态建设如绿化园林建设等措施减少城市雨水径流污染：一方面 应尽快引排暴雨以免局部泛洪；另一方面要有足够时间存留雨水以改善水质。 在美国西雅图就装有一个计算机控制的“在线存储控制系统”，以减少暴雨污 水对周围地表水体的影响。对暴雨污水存贮后，固体悬浮物去除率均在8 0 以 上，b o d 5 去除亦在8 0 以上。 上海和北京均在着手研究雨洪的控制与利用方法，通过对降雨强度、降雨 径流和初雨水质的变化规律的研究，建立后续雨水收集、传输、调蓄、处理及 利用系统。在工程措施上，可以结合生态工程建设，通过管、塘、池配套设施 的建设，溢流技术的完善，河湖岸边水生植物的合理利用，雨水净化回用以及 减少侵蚀作用等措施减少污染强度，从而达到保护水体的目的。 1 2 4 3 传统的水利工程对河流的影响 传统的水利工程对经济与社会发展的巨大作用勿庸置疑。但是也必须看到 水利工程对河流生态系统造成了不同程度的干扰。水利工程对于河流生态系统 的胁迫主要表现在两方面： 一是自然河流的渠道化。包括平面布置上的河流形态直线化，即将蜿蜒曲 折的天然河流改造成直线或折线型的人工河流。包括河道横断面几何规则化， 即把自然河流的复杂形状变成梯形、矩形及弧形等规则几何断面。还包括河床 和边坡材料的硬质化，即渠道的边坡及河床采用混凝土、砌石等硬质材料。 二是指自然河流的非连续化。筑坝是顺水流方向的河流非连续化，流动的 河流生态系统变成了相对静止的人工湖，流速、水深、水温及水流边界条件都 发生了重大变化。库区内原来的森林、草地或农田统统淹没水底。陆生动物被 迫迁徙。水库形成后也改变了原来河流营养盐输移转化的规律。由于水库截留 河流的营养物质，气温较高时，促使藻类在水体表层大量繁殖，产生水华现象。 藻类蔓延遮盖住大植物的生长使之萎缩，而死亡的藻类沉入水底，在那里腐烂 的同时还消耗氧气。溶解氧含量低的水体会使水生生物“窒息而死。由于水 库的水深高于河流，在深水处阳光微弱，光合作用也弱，导致水库的生态系统 比河流的生物生产量低，相对要脆弱，自我恢复能力弱。河流泥沙在水库淤积， 而坝下清水下泄又加剧了对河道的冲蚀，这些变化都大幅度改变了生境。由于 靠水库进行人工径流调节，改变了自然河流年内丰枯的水文周期规律，即改变 了原来随水文周期变化形成脉冲式河流走廊生态系统的基本状况【6 。 最后，众所周知，不设鱼道的大坝对于洄游鱼类是致命的屏障。另一类非 连续化是由于河流两岸建设的防洪堤造成的侧向水流的非连续性。堤防妨碍了 汛期主流与岔流之间的沟通，阻止了水流的横向扩展。堤防把干流与滩地和洪 泛区隔离，使岸边地带和洪泛区的栖息地发生改变。原来可能扩散到滩地和洪 泛区的水、泥沙和营养物质，被限制在堤防以内的河道内，植被面积明显减少。 鱼类无法进入滩地产卵和觅食，也失去了避难所。鱼类、无脊椎动物等会减少， 导致滩区和洪泛区的生态功能退化。 1 3 第五章实际工程中对城市河道的具体分析方法 在实际工程中我们要对城市河道进行水利工程以及环境景观等方面的分析 与设计，实际工程中常采用的规划步骤如下： 图5 1 水系调整规划的技术思路示意图 5 1 设计洪水主要计算方法 设计洪水的分析与计算，归纳起来主要有两种方法，即直接法和间接法： a ) 直接法 根据水文站实测流量系列，直接推求不同重现期的设计洪峰流量。流量系 列中，一般中小水年份直接采用实测年最大洪峰流量，对大水年考虑到由于洪 水漫溢和流域蓄水的影响，实测资料不能反映实际情况，采用雨量资料间接推 求洪峰流量。通过对选用的流量系列进行频率计算( p 型频率曲线适线) ，分 别求出不同重现期的洪峰流量。 b ) 间接法 通过设计暴雨和产、汇流计算，间接推求流量过程，从而求得相应的洪峰 流量。 5 1 。l 设计洪水排模公式 下面以淮北平原地区为例进行分析计算 汇流计算采用排模进行计算，排模公式如下： q = 0 0 2 6 r f 仉7 5( 仅适用于淮北平原地区)( 5 1 ) 式中：q 一设计洪峰流量( m 3 s ) ： r 一3 d 暴雨相应的净雨深( f i l m ) f 一流域面积( k m 2 ) 注：按照淮北平原地区除涝水文计算办法，在实际应用中对大于5 年一遇 的超标准洪水的洪峰流量进行打折处理，1 0 年一遇打九折，2 0 年一遇打八五折。 1 4 5 1 2 治涝水文分析 5 1 2 1 计算方法简述 目前，雨水系统的雨水设计流量按 3 m ；烷洗平台，宜设 在正常蓄水位以上0 1 0 3 m ，平台宽度 1 5m ：休闲平台，宜设在正常蓄水位以 上0 3 0 5 m ，平台宽度可根据人居环境而定( 图5 1 3 ) 。 广蠢术最t 长