（环境工程专业论文）城市公园水体的生态型驳岸设计——以佛山公园为例.pdf

城市公园水体的生态型驳岸设计 以佛山公园为例 环境工程 硕士牛：程晓山 指导老师：管东生教授 摘要 随着城市的建设和发展，城市公园水体功能不仅要满足景观方面的需求，更 重要的是其在生态保护方面所起的作用。本文以城市生态学、生态水： 学等理沦 为指导思想，通过分析目前城市水体常用的驳岸形式及存在问题，借鉴国内外对 城市水体生态驳岸建设的成功经验，提出建设生态驳岸的含义、特点、设计原则、 分类及结构形式，强调建设生态型驳岸的重要性和必要性，并将生态型驳岸技术 应用到实际城市公园水体驳岸工程建设当中，对设计方案进行了生态效应的讨 论。 本文以在建的佛山公园为例，探讨在城市公园水体驳岸设计中引入生态保护 的理念，建设生态型驳岸的思路。佛山公园位于佛山市城区南部的中心组团新城 区内，公园水体驳岸长达1 5 公里。在水体驳岸设计和建设当中，采用土工格网 复式生态驳岸做法，并结合水生植物的种植，充分体现生态优先，以人为本的设 计原则。佛山公园水体驳岸同时兼顾景观与水利两方面的功能，设计从景观、生 态、安全、可持续性几个角度出发，针对水位高差变化及水体周边陆地标高等实 际情况，因地制宜，并积极引入生态理念，打破传统公园水体驳岸做法，改硬质 驳岸为生态化的k m 格网复式驳岸形式，这在佛山地区乃至广东地区公园中是第 一次有益的尝试。 土工格网复式生态驳岸由于采用了石笼护岸的做法，形成可渗透的界面，具 有透水的特点，使公园水体与地下水系相连通，能有效缓解内涝，补枯及调节水 位。土工格网的高孔隙率及其e 生长的植被根系为水生动物提供了栖息和产卵的 场所。同时，其上形成的生物膜能够吸收分解水中有害物质。凹凸不平的网箱表 面形成不同的流速带和水的紊流，有利于空气中的氧溶入水中，促进水体净化。 更重要的是，通过生态驳岸的建设，使水陆植被连成一片，无论是在景观上还是 在水陆生态平衡上，都具有重大的意义，从而构成了一个完整的水陆生态系统。 佛山公园水体生态驳岸的建设，使这个以水体为主要题材之一的公园在城市 中起到生态核心作用，由于公园q 水体与周边城区水体紧密相通，其生态效益必 将辐射到周边地块，乃至整个佛山中心组团新城区。本文最后得出结论：水体生 态驳岸建设兼顾人类和自然的共同需求，通过沟通水陆之间的联系与物质交换， 建立动态平衡的系统，从而达到真j f 意义上的人与自然的和谐共存。 关键词：城市公园：水体；生态驳岸：驳岸设计 t h ed e s i g no fe c o l o g i c a le m b a n k m e n to fw a t e rb o d i e si n u r b a np a r k “ne x a m p l eo ft h ef o s h a np a r k e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ：c h e n gx i a o - s h a h s u p e r v i s o r ：p r o f g u a nd o n g - s h e n g a b s t r a c t w a t e rb o d i e si nm o d e r nu r b a np a r k sh a v et ob em o r ef u n c t i o n a ln o w a d a y sa st h e c i t yg r o w s t h e yh a v et of u l f i l lt h ea e s t h e t i cd e m a n d so fl a n d s c a p i n go i lt h eo n eh a n d ， a n do nt h eo t h e r , w h i c hs e e m st ob em o r ei m p o r t a n t ，h a v et op r o t e c tt h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t t h i se s s a y , g u i d e db yt h et h e o r i e so fu r b a ne c o l o g ya n de c o h y d r a u l i c e n g i n e e r i n g ，h a se x p l o r e dv a r i o u sf o r m so fe m b a n k m e n t su s e di nt h ec i t y b y c o m p a r i s o nw i t h o t h e rs u c c e s s f u lc a s e s a d o p t e da b r o a d ，t h e a u t h o r d e v e l o p s s y s t e m a t i c a l l y t h eb a s i ct h e o r yo f e c o l o g i c a l e m b a n k m e n tf r o md e f i n i t i o nt o i d e n t i f i c a t i o n ，f r o md e s i g np r i n c i p l e s ，f r o mc l a s s i f i c a t i o n ，a n df r o mp a t t e r n st o s t r u c t u r e s ，f u r t h e r , t h ea u t h o rh a si n t e n d e dt oa p p l yt h et e c h n i q u et ol a n d s c a p e e n g i n e e r i n go fu r l ) a 1 1p a r k s t i r o so p e n i n gu pt h ed i s c u s s i o no ne c o l o g i c a le f f e c t s i n d u c e db ys u c hd e s i g ns c h e m e s i nt h i sw a y , t h ee s s a yd e r i v e sa n ds u c c e s s f u l l y d e m o n s t r a t e st h eg r e a ti m p o r t a n c ea n dn e c e s s i t yo fe c o l o g i c a le m b a n k m e n t si nu r b a n p a r k s b yu s i n gf o s h a np a r ka sa ne x a m p l e ，t h ea u t h o rh a sd e m o n s t r a t e da n dd e v e l o p e d t h em e t h o d o l o g yo fi n c o r p o r a t i n ge c o l o g i c a le l e m e n t st oe m b a n k m e n te n g i n e e r i n g l o c a t e di nt h en e wc i t yc e n t e rs o u t ht ot h eu r b a na r e a f o s h a np a r ke x t e n d si t s e m b a n k m e n tf o ra sl o n ga s15k i l o m e t e r s g e o g r i df u l lw i t hs m a l ls t o n e sa n dp e b b l e s a r el a i di nt w ot i e r sa td i f f e r e n th e i g j a t sa l o n gb o t hb a n k so ft h er i v e rc o v e r e db y a q u a t i cp l a n t s t h ed o u b l e - t i e rs t r u c t u r ei si n n o v a t i v ef o ri t se c o f i r s td e s i g np r i n c i p l e ， n o to n l yg o o df o rv i e wb u ta l s og o o df o rw a t e rc o n s e r v a n c y s a f e ，e c o a m i c a b l e ， s u s t a i n a b l e ，a n dh i g h l yf l e x i b l et od if f e r e n c e so fw a t e rl e v e la n dl a n de l e v a t i o n ，t h e d e s i g ni sn od o u b tam e a n i n g f u lt r yt op a r ke m b a n k m e n te n g i n e e r i n gi nf o s h a n d i s t r i c ta st ot h ep r o v i n c eo fg u a n g d o n g g e o g r i di sh i g h l y f l e x i b l et ov a r i o u ss h a p e so fr i v e r b e d i t sp o r o u sa n d p e r m e a b l en a t u r ea l l o w sf r e ef l o wb e t w e e nf i v e ra n dg r o u n d w a t e r , m a k i n gi tp o s s i b l e t om a i n t a i np r o p e rl e v e lo ft h ew a t e rs y s t e mi nb o t hr a i n ys e a s o n sa n dd r ys e a s o r l s i n a d d i t i o n ，t h eh i g h l yp o r o u ss u r f a c ea n dt h er o o ts y s t e mo ft h ea q u a t i cp l a n t sa r ei d e a l p l a c e sf o ra q u a t i ca n i m a l st ol i v ea n dr e p r o d u c e t h eb i o f i l ma t t a c h e dt ot h es u r f a c e o ft h eb o x e sc a ne f f e c t i v e l ya b s o r ba n dd e g r a d eh a z a r d o u ss u b s t a n c e si nt h ew a t e r w a t e rf l o wr a t ea n dd i r e c t i o nw i l lb ea l t e r e dt h r o u g ht h eu n e v e ns u r f a c eo ft h eb o x ， a l l o w i n gm o r eo x y g e nt ob ed i s s o l v e di n t ot h er i v e rt oh e l pc l e a n i n gu pt h ew a t e r b o d y m o r ei m p o r t a n to fa l l ，ac o m p l e t el a n d w a t e re c o l o g i c a ls y s t e mi so r g a n i c a l l y i n t e g r a t e db ys u c he m b a n k m e n t ，n o to n l yi nt h es e n s eo fl a n d s c a p i n g ，b u ta l s oi nt h e s e n s eo f m a i n t a i n i n ge c o b a l a n c eo f t h el o c a lr e g i o n t h ee c o e m b a n k m e n to ff o s h a np a r ki sn o wf u n c t i o n i n ga st h ee c o l o g i c a lc o r e o ft h i st h e m ep a r kf o c u s i n go nw a t e r s a st h ew a t e rb o d yi n s i d et h ep a r ki sc l o s e l y k n i r e dw i t ht h eo u t s i d ew a t e rb o d i e si nt h en e t g h b o r h o o d ，t h ee c o l o g i c a le f f e c t si th a s b r o u g h ta b o u tw i l lu n d o u b t e d l yi n f l u e n c et h ee n t i r ea r e a t h ee s s a yh a sc o m et ot h e f i n a lc o n c l u s i o nt h a te c o e m b a n k m e n ts h a l lb ea b l et os a t i s f yt h ed e m a n do fb o t h h u m a na n dn a t u r e b ye s t a b l i s h i n gad y n a m i cb a l a n c eb e t w e e nt h el a n da n dt h ew a t e r b o d y , at r u es e n s eo fc o - e x i s t e n c eb e t w e e nm a na n dn a t u r ec a nb eu l t i m a t e l yf u l f i l l e d k e yw o r d s ：u r b a np a r k ：w a t e rb o d y ：e c o l o g i c a le m b a n k m e n t ：e m b a n k m e n t d e s i g n 主出态堂亟主堂焦途塞麴直垒圆壅签盟篁查型墅崖遮过二= 丛垡出公固盘倒 1 1 课题研究的背景 第1 章引言 水，是城市发展的起点，追溯世界城市的发展历史，许多城市的形成往往与 水有着密不可分的联系。在古代，水具有饮用、运输、防火、防御等重要作用， 所以在选址上，古代的城市“依山者甚多，亦需有水可通舟楫，而后可建”。在 现代，水在城市中的作用除了饮用、运输之外，其在丰富城市景观，完善城市生 态系统方面有着更重要的作用。因此，水及其滨水区是构成城市公共开放空间的 重要部分，是城市景观的亮点。同时，由于河流湖泊是最重要的生态廊道之一， 而滨水区又是水域和陆域的交界地带，人工和自然在这个区域相融合，并具有丰 富的水生及陆生动植物资源，生态结构极其复杂多样，因此，滨水区是城市生态 中非常敏感的部分，也是最具生态价值的一部分口1 。 随着城市的建设和发展，我们赖以生存的生态环境受到不同程度的破坏，与 古代城市不同的是，现代城市公园在城市生态环境保护方面扮演着重要的角色， 而作为公园水体，其功能不仅仅是满足景观方面的需求，更重要的是其在生态保 护方面所起的作用。水景设计中，驳岸的形式不仅直接影响着水体的景观形象， 而且对城市生态环境也起着重要的作用。现代城市设计已进入了营造、改善城市 环境及满足景观效益的双重阶段。水作为城市景观的重要组成部分，其生态化的 营造已受到广泛的重视心1 。早在四十多年前，麦克哈格( m c h a r g ) 就提出了人与 自然的关系及生态适应性原理口3 ，深刻指出了生态的适应性与形式美是一致的， 对生态过程的适应，使形式具有了意义，由此产生了形式美，适应本身就是一种 创造，是一种创新过程。 1 2 论文写作的目的与意义 本文所引用的工程范例位于广东省佛山市佛山公园。佛山市地处珠江三角洲 腹地，气候温和，雨量充沛，水网纵横，自古就是富饶的鱼米之乡。改革开放以 来，随着珠三角经济的腾飞，佛山市作为广东省第三大城市，其经济地位显著。 然而，在经济得到飞速发展的同时，环境问题，尤其是水环境问题日渐突出。昔 日佛山人引以为豪的“岭南水乡”、“桑基鱼塘”都在悄悄隐退，取而代之的是几 十万乃至上百万人口的城市，陶瓷工艺、家电工业、家具制造业、首饰加工业、 服装工业以及具有全国一流的钢材市场、家具市场、塑料原料市场等。人们在经 济腾飞后的今天，环顾四周，突然间发现，赖以生存的环境正在悄悄地变化着， 而被水乡人视为命脉的“水”正受到严重威胁。 佛山公园位于佛山中心组团新城区，占地2 9 9 平方公里。中心组团规划目 标职能定位为：佛山市行政中心、商贸服务中心、文化体育中心；全市重要的制 造业、高新技术产业基地与物流基地；具有高品质生活环境的城市生活区；具有 悠久历史人文环境的地区。佛山公园这个坐落在岭南水乡上，占地近3 平方公里 的超大型城市公园，其水体设计不仅关系到公园的景观建设，而且直接影响到公 园周边河川水网的生态环境。 本文以城市生态学理论、城市水生态系统理论、城市水生态系统修复理论及 生态水工学为指导思想，将城市水生态系统及生态修复理念引入城市公园水体驳 岸设计中，并在目前在建的佛山公园水体建设中实施，力图打破以往公园水体驳 岸设计中简单分割景观水体与周边环境物质交换，单纯追求景观效果而忽视生态 效应，忽视水体及滨水生态系统平衡的做法，建立一种自然生态的城市水环境系 统。 珠江三角洲有着丰富的水资源，但资源并非取之不尽，用之不竭。我们在环 境景观设计、建设的同时，不能以景观建设的名义，破坏生态平衡，尤其是水生 态系统的平衡。本文旨在探讨如何通过工程手段，保护水资源，在为人们建设优 美舒适的滨水景观的同时，建立新的城市水生态平衡，以达到人与自然的、崭新 的、真正的和谐。这才是我们建设城市公园滨水景观的最终目的。 第2 章基础概念与理论 2 1 城市生态学理论 以美国芝加哥大学社会学系为代表的人类生态学者提出了人类生态学和城 市生态学的思想，开创了城市生态学研究的先河。该学派称为芝加哥学派 ( c h i c a g os c h o o lo fh u m a ne c o l o g y )，兴盛于二十世纪二十至三十年代，其 代表人物有帕克( r o b e r te z r ap a r k ，1 8 6 4 - 1 9 4 4 ) 、伯吉斯( e w b u r g e s s ) 、 麦肯齐( r d m c k e n z i e ) 等。他们以城市为研究对象，以社会调查及文献分析 为主要方法，以社区、邻里为研究单元，研究城市的集聚、分散、入侵、分隔及 演替过程，城市的竞争、共生现象，空间分布格局，社会结构和调控机理；运用 系统的观点将城市视为一个有机体，一种复杂的人类社会关系，认为它是人与自 然、人与人相互作用的产物，其最终产物表现为它所培养出的各种新型人格h 5 3 。 2 1 1 基本概念 1 ) 生态学( e c o l o g y ) 生态学是研究生物与其环境之间相互关系的科学。现代生态学在研究层次上 向宏观与微观两极发展。宏观方向上扩展到生态系统、景观与全球研究方面，微 观上出现了分子生态学等新的分支学科。研究范围以研究自然现象为主，结合人 类活动对生态过程的影响来研究自然经济社会复合系统。当今生态问题 已成为全世界关心的问题，生态学研究的范围在不断扩大，应用的方面也日益广 泛化。它已成为环境保护和环境研究的理论基础。 主出去堂亟堂焦途塞撼直坌园盔垡笪生查型錾崖送盐二丛垡出公园超趔 2 ) 城市生态学( u r b a ne c o l o g y ) 以生态学理论为基础，应用生态学的方法研究以人为核心的城市生态系统的 结构、功能、动态，以及系统组成成分间和系统与周围生态系统间的相互作用的 规律，并利用这些规律优化系统结构，调节系统关系，提高物质转化和能量利用 效率以及改善环境质量，实现结构合理、功能高效和关系协调的一门综合性学科。 根据研究对象的不同，可以分为城市自然生态学、城市经济生态学和城市社会生 态学三个分支。 3 ) 城市生态系统( u r b a ne c o s y s t e m ) 是人为改变了结构、改造了物质循环和部分改变了能量转化、长期受人类活 动影响的、以人为中心的陆地生态系统。具有某种相对稳定的生态功能和生态过 程，其中密集的人流、物流、能流、资金流、信息流等，对外部的强烈依赖性， 对周围地区的影响以及人对系统的主导影响和控制是城市生态系统不同于一般 生态系统的几个主要特点瞄1 。 2 1 2 城市生态系统的科学内涵 城市生态学产生以后，人们开始对城市生态系统进行研究。由于学科重点、 研究方向等不同，对城市生态系统的理解有一定的差异1 。我国著名生态学者马 世骏和王如松提出了“社会经济自然复合生态系统”的理论，明确指出 城市是典型的社会经济自然复合生态系统n 1 ；生态学家金岚等指出“城 市生态系统是城市居民与其周围环境组成的一种特殊的人工生态系统，是人们创 造的自然经济社会复合体”。从本质上讲，城市这个人口集中的地区， 虽然属于当地自然环境的一部分，但它本身并不是一个完整、自我稳定的生态系 统。城市生态系统中生存着植物和动物，但其作用己不再是系统的生产者，而大 多是起到城市景观绿化功能。由于城市中缺乏分解者，城市消费品的大量堆滞， 系统的食物链破坏，造成城市环境的日益恶化，生态失衡。冈此，城市生态系统 是十分不完善的人工生态系统1 。 4 2 1 3 城市生态系统的特征 城市生态系统作为一个人工生态系统，具有区别于自然生态系统的特性和人 为的特性h 8 1 。它包括区别于自然生态系统的根本特性( 如系统的组成、生态网 络关系、生态位、系统的功能、调控机制以及系统的演替等) ，具有人为性、不 完整性、开放性、高“质量”性、复杂性和脆弱性。城市生态系统是以人为中心 的人工生态系统，生产者是从事生产的人类，消费者也是以人类为主体，系统中 的能量呈倒金字塔形。城市生态系统是一个迅速发展和变化的复合人工系统和功 能高度综合的系统，但不能“自给自足”。在这个系统中，任何一个环节发生故障， 将会立即影响城市的正常功能和居民的生活，从这个意义上说，城市生态系统是 十分脆弱的。 2 1 4 生态平衡分析及健康生态系统 1 ) 生态平衡的概念 从生态学角度看，平衡就是某个主体与其环境的综合协调，所以狭义的生态 平衡就是指生态系统的平衡。国内外的生态学家对生态平衡的概念提出了各种定 义和表述随1 。以生态系统的输入与输出为基础，最早提出生态平衡定义的e p 奥 德姆把生态平衡定义为“生态系统内物质和能量的输入和输出两者间的平衡。” 1 9 8 1 年1 1 月，中国生态学会对生态平衡的表述为：“生态系统在一定时间内结 构与功能的相对稳定状态”。当外来干扰超越了生态系统自我调节能力，而不能 恢复到原初状态谓之生态失调，或生态平衡的破坏。生态平衡是动态的，维护生 态平衡不只是保持其原初状态。生态系统在人为有益的影响下，可以建立新的平 衡，达到更合理的结构、更高效的功能和更好的生态效益。” 2 ) 生态平衡破坏成因分析 各种组成成分间长期相互作用形成了一种动态稳定状态，这就是自然生态系 统间的平衡。对任何一种组分过分地干扰都会造成生态平衡的破坏。尤其在城市 主出厶堂亟堂笪诠塞 越直坌园盔签的生查型墅崖遮盐二= 丝垡出坌园蕴趔 这种脆弱的人工生态系统中，生态更容易受到冲击和破坏。破坏生态平衡的因素 包括自然和人为的两类田1 。 3 ) 生态平衡失调的评判准则 各类生态系统，当外界施加的压力超过了生态系统自身调节能力或代偿功能 后，都将造成其结构破坏，功能受阻，正常的生态关系被打乱以及反馈自控能力 下降等，这种状态称为生态平衡失调。 生态系统失调的评判准则包括结构和功能两个方面。从结构上讲就是出现缺 损，即生态系统一个或几个组分“失去”，使生态系统在结构上不完整，表现为 失衡。其功能评判准则有两个方面：一是能量流动在生态系统内的某一个营养层 上受阻；二是物种循环正常途径的中断。这是目前许多生态系统平衡失调的主要 原因，这种中断有些是由于分解者的生境被污染而使其大部分丧失了其分解功 能，大部分则是由于破坏了! 正常的循环过程n0 川。 4 ) 城市生态健康内涵 生态系统健康是指一个生态系统所具有的稳定性和可持续性，即在时间上具 有维持其结构组织、自我协调和对胁迫恢复的能力；生态系统健康的定义可通过 活力、组织结构和恢复力三个特征表述n 2 | 。 2 2 城市水生态系统理论 2 2 1 城市水生态系统内涵 城市水生态系统是依托于城市生态系统中的一个子系统，是在城市这一特定 区域内，水体中生存着的所有生物与其环境之间不断进行物质和能量的交换而形 成的一个统一整体。由于城市人群与水体的密切关系，城市人群及其与水相关的 活动也属于城市水生态系统的涵盖部分。城市水生态系统作为城市生态系统的组 成部分，其营养结构与功能特点也具有自然和社会两个方面的属性和特征。 主些太堂亟主堂焦途塞越直坌圄丕堡笪生查型墅崖送盐二= 丝垡些垒固麴倒 2 2 2 城市水生态系统的营养结构 城市水生态系统的生产者在生态特征上与城市陆生生态系统差别很大。对生 物学的自然生态系统而言，生产者除一部分水生高等植物外，主要是体型微小但 数量惊人的浮游植物。这类生产者的特征是代谢率高、繁殖速度快，种群更新周 期短，能量的大部分用于新个体的繁殖，因此，生物量低；对城市这样的人工生 态系统，水生态系统中很多营养物质来自人为因素，如城市污水的排入、固废堆 积、暴雨雨水的汇入等，其生产者的主要来源已不再仅局限于自然生态系统中的 水生植物。 城市水生态系统的自然消费者一般也是体型较小，生物学分类地位较低的变 温动物，新陈代谢过程中所需要的热量比常温动物少，热能代谢受外界环境变化 的影响较大。城市水生态的社会消费群体即人类，主要包括居民生活用水、上业 生产用水、城市市政综合用水等方面。这部分消费群体所消耗的不仅仅是水域中 的“营养成分”，更重要的是对水量的占用。对水的过量消耗使得大量水生动植 物丧失栖息地，水生态系统将会出现萎缩。 自然分解者在城市水生态系统中作用较差，很大程度上只是依赖水体中部分 浮游生物通过自溶来完成物质循环的功能。大量的分解者应该是城市水生态系统 的社会消费者，即人类通过人工作用，对系统内废物进行分解，如污废水治理、 固废的处理等。 城市水生态系统自然营养结构中物质循环和结构单一，其生产、消费和分解 者均很薄弱。在无人为因素干扰的情况下，可实现生产、消费和分解的动态平衡。 但是城市水生态系统很大程度受到人为因素的影响，人类在生产、消费和分解三 者中均有参与。因此，若系统中生产和消费过量，而分解不足，则使得城市水生 态系统中营养物质过剩，水量变化不定，水体环境恶化，造成城市水生态系统功 能萎缩，甚至枯竭。 2 2 3 城市水生态系统的功能特点 与城市中其他生态系统相比，水生态系统对光能的利用率比较低。在城市水 生态系统中初级生产转化为次级生产的效率一般在1 0 以上，不低于城市陆地生 态系统。在城市水生态系统中，若除去人为干扰，分解者作用远没有陆生生态系 统重要，水域中只有1 0 - - 4 0 的初级生产量是由分解者分解的。 自然水域生态系统中动植物尸体及其排泄物的去向主要有三种：一是通过自 溶而归还环境并被重新利用；二是由分解者分解而被重新利用；三是下沉，下沉 部分一些被水生生物利用，一些则随水体运动返回上层而被再利用。 2 2 4 城市水生态系统的基本特征 城市水生态系统属淡水生态系统，主要包括湖泊、水库和河流等类型。其中， 河流属动水环境，能不断地输入营养物和排出废弃物，因此比湖库静水环境的生 产力高很多倍。 1 ) 湖库生态系统 湖泊水库具有十分复杂的生态系统，一般将这个生态系统划分为三个不同类 型的区域：湖滨带、浮游区和底栖区，各自拥有不同类型的生物群落。湖泊是地 面上长期存水的洼地，其特点是水的流动性和更换速度很慢，故也属于静水生态 系统。 2 ) 河流生态系统 河流包括河槽和在其中流动的水流两个部分。河流属流水型生态系统，是陆 地与水体的联系纽带，在生物圈中起着重要的作用。河流生态系统包括大型水生 植物、微型植物、动物、细菌和真菌、河岸生态等。 河流生态系统基本特征是： ( 1 ) 河流因为是纵向流动的，所以很多特征表现为纵向成带特性。 ( 2 ) 河流生物具有适应急流生境的形态结构。 虫出盘堂亟堂焦迨塞撼直公园坐签笪生查型墅崖送盐二= 丝垡出垒园塑倒 ( 3 ) 城市河流生态系统受其他系统的制约较大，河段受城市陆地生态系统 的制约，所以它也影响着城市生态系统周围的生态系统。 ( 4 ) 由于具有流动性大，水体更新较快的特点，河流白净能力强，受干扰 后恢复速度较快1 。 2 3 城市水生态系统修复理论 2 3 1 生态系统修复 1 ) 定义 生态系统的恢复力是指生态系统遭受外干扰破坏后，系统恢复到原状的能 力。生态系统的恢复能力是由生命成分的基本属性决定的，即生物顽强的生命力 和种群世代延续的基本特征所决定。一般结构复杂的系统，一旦遭到破坏则长期 难以恢复。生态系统恢复的目标是把受损的生态系统返回到它先前的，或类似的， 或有用的状态，最终使受损的生态系统明显地融合在周围的景观中，或者看上去 类似或起的作用像某一熟悉且可接受的环境n 3 1 9 | 。 由于人类活动所损伤的生态系统在自然恢复过程中可以重新获得一些生态 学性状，若这些干扰能被人类所合理控制，生态系统将发生明显的变化。受损生 态系统因管理对策的不同，可能有以下四种结果乜引： ( 1 ) 恢复( r e s t o r a t i o n ) ，是将受损的生态系统从远离初始状态的方向推移 回到初始状态； ( 2 ) 重建( e n h a n c e m e n t ) ，是将生态系统的现有状态进行改善，结果是增加 人类所期望的“人造”特点，压低人类不希望的自然特点，使生态系统远离它的 初始状态； ( 3 ) 改建( r e h a b i l i t a t i o n ) ，是恢复和重建措施有机地结合起来，并使恶 化状态得到改造，形成一种改进的、和原来不同的状态； ( 4 ) 恶化( d e g r a d a t i o n ) ，与恢复的方向相反，使生态系统受到更大的破坏。 9 史出盍堂亟堂焦途塞麴吏公园丞焦丝生查型墅崖送盐二= 丝垡出垒园麴趔 2 ) 生态系统修复原理 生态系统对外界干扰具有调节能力才使之保持了相对的稳定，但这种调节能 力不是无限的，即生态系统的恢复能力是有限的。当外干扰大于生态系统自身调 节能力时生态失衡。不使生态系统丧失调节能力或未超过其恢复力的干扰或破坏 作用的强度称之为“生态平衡阈值”。阈值的大小与生态系统的类型有关，还与 外干扰因素的性质、方式及作用持续时间等因素密切相关。当生态系统的外干扰 大于系统的生态阈值时，系统丧失恢复能力；当外干扰小于系统生态阈值时，系 统在恢复力的作用下，可实现自我调节，从而保持生态系统的稳定性。 2 3 2 城市水生态系统修复技术途径 受损生态系统的恢复可以遵循两个模式途径：当生态系统受损不超负荷并可 逆时，压力和干扰被移去后，恢复可在自然过程中发生；但当生态系统的受损是 超负荷的，并发生不可逆的变化时，只靠自然过程已不能使生态系统恢复到初始 状态，必须依靠人类的帮助。 1 ) 湖泊水库生态修复 湖泊水库生态修复类型主要包括：控制营养物质来源的技术、控制藻类和植 物的技术、利用水动力学原理、消除内源污染、生态控制技术等口4 | 。 2 ) 河流水环境修复技术 河流修复内容包括水体稀释、自然净化修复、城市河流护岸工程以及其他技 术，如岸边植被、河床隔离和覆盖、河流维护等哺1 。 2 4 生态水工学理论 2 4 1 水利工程学概念 1 ) 水工学概念 1 0 水利工程学简称水工学( h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g ) ，是以对水流的控制为目 标建造水工建筑物，经过计算设计，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。 2 ) 水工学的不足 水利工程满足了人们对于水的各种不同的需求，但是水体自身的需求往往被 忽视。水原本是在一个完整的、健全的生态系统之中。为了达到某些目的，人们 把水从生态系统中分割出来，放到一个由人工设定的特定的或规则的形状中，并 用人工材料( 如混凝土等) 将其限制其中。在这样的人工环境中，水体脱离了生 物群落，自净能力降低，如有外界干扰因素的出现( 如污水加入等情况) ，水体将 无法恢复洁净。 传统的水工学有以下不足之处： ( 1 ) 忽略了河流形态的多样化是对生物多样性的保证。 自然状态河流的主要形态是弯曲或微弯的，且浅滩与深潭相间，显示出多样 性的变化。传统的水利工程为了使水流畅通，工程简单易行及节省投资，常常把 河流变成直线或折线。这种做法往往改变了自然河流中主流、浅滩和急流相间的 格局，导致浅滩中的湿地消失，喜欢在急流中游泳的鱼类减少甚至绝迹( 这是生 物物种多样化的前提) 。规则化、均一化的河流形态，会在不同程度上对生物多 样性造成影响。均一化的规则断面，使得水流流速均一，可能使生物群落失去栖 息生长的条件。 ( 2 ) 忽略了河流湖泊与岸上生态系统的有机联系。 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。 ( 3 ) 影响了滨水动植物的生长。 渠道化或改造过的河道断面、江河堤防迎水坡面采用硬质材料，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。 ( 4 ) 河流自净能力下降。 人们为争取土地，缩窄了江河两岸堤防间距，使河流失去浅滩和湿地。湿地具 主出态堂亟堂焦途塞缝壹公园z 睦签趁生查型塑崖途盐二丝垡出坌圄麴剑 有曝气作用，净化水质，又增加氧气供给，为无脊椎动物生存提供方便。浅滩为鱼 类产卵提供栖息地。 ( 5 ) 隔断了补给地下水的通道。 滨水区建设广场、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。 ( 6 ) 过多人工元素影响了河流的天然美。 在城市水域整治的景观建设中，亭台楼阁等混凝土与砌石形成的人工元素 过多，河流失去了自身的天然美学价值，失去了在自然环境中生机勃勃的河流的 生命乜。 2 4 2 生态水工学的内涵 生态水利工程学( e c o h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g ) 简称“生态水工学”，是从 减轻水利工程对河流生态系统负面影响的一个侧面探讨水利工程新的工程理念 和技术方法。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。发展生态水工学的目的，是促进人类与自然相和谐，保证水资源可持续 利用。生态水工学是一门交叉学科，也是一门实用的工程学。它是立足于水利工 程学，吸收、融合生态学的原理和知识，用以改善水利工程的规划与设计方法的 工程学。其内涵应包括两部分：生态水工学的基本原理和生态水工技术。 生态水工学的基本原理包括研究水域生态系统的特点；不同区域水文与水质 因子与生物群落的相互关系：水利工程与水域生态系统的交互作用；生态型水利 工程对生态系统补偿的原理和机制等。生态水工学的原理是遵循生态系统的自我 设计、自我组织、自我修复和自我净化的规律。生态水工技术的任务是水利工程 在满足人对水的多种需求的同时，为保持和提高生物多样性提供必要的生境条 件。生态水工技术具体包括：河道整治、水库工程、人工湿地及生态景观的生态 水工技术等“引。 主出太堂亟堂焦途塞挞直公园丕签鳆生查型墅崖遮让二二丛垡出公园塑趔 2 4 3 生态水工学研究的内容框架 1 ) 生态水工学的理论基础是工程力学和生态学。 2 ) 生态水工学运用技术手段协调人们在供水、防洪、发电、航运效益与生态 系统建设的关系。利用已建水利工程的调度、管理等手段，为江河湖库的水生态 系统恢复提供支持。 3 ) 生态水工学在满足人对水的开发利用的需求同时，还要兼顾水体本身存在 于一个健全生态系统之中的需求。 4 ) 把江河湖泊中的水体看作是生态系统中的重要组成部分。不但要掌握水在 气候系统、水文循环中的运移转换规律，还要掌握在特定的生态系统中，特定的生 物群落与水体的相互依存的关系。 5 ) 除进行常规的水文、地质的测验勘查外，加强相关范围的生态系统调查， 重点是生物群落( 动物、植物、微生物) 的历史与现状调查。 6 ) 在开发利用水流时，明确河流与其上下游、左右岸的生物群落处于一个完 整的生态系统中，进行统一的规划、设计和建设。 7 ) 在对江河湖泊进行开发的同时，尽可能保留江河湖泊的自然形态( 包括其 纵横断面) ，保留或恢复其多样性，即保留或恢复湿地、河湾、急流和浅滩。 8 ) 为当地野生的水生与陆生植物、鱼类与鸟类等动物的栖息繁衍提供方便条 件，提供相应的技术方法和工程材料。 9 ) 规划设计有利于提高水体白净能力的库区或河岸、湖岸的植被种植和水生 动物的放养，在充分利用当地野生生物物种的同时，慎重地引进可以提高水体自 净能力的其它物种。 】0 ) 水利工程设施要造成一种人与自然亲近的环境，城市景观设计注意保留 江河湖泊天然的美学价值。现代的景观设计，应更多地从建设一个健全的生态系 统着眼，营造一个取悦于生物群落的环境，满足水对于一个健全生态系统的需求 e 2 1 主出盔堂亟主堂鱼途塞越直公园丛签的生查型塑崖途进二丝鳇虫垒园羞趔 第3 章生态型驳岸建设技术 3 1 城市水体驳岸的类型 城市水体驳岸主要采取以下四种模式23 | ： 1 ) 立式驳岸( 图3 - 1 ) 河道断面为矩形，这是城市河道中最常见的一种人工建设的断面形式。其特 点是占地面积少，结构简单。这种驳岸一般用在水面和陆地的平面差距很大或水 面涨落高差较大的水域，或者因建筑面积受限、没有充分的空间而不得不建的驳 岸，如上海、广州等大城市都是采用的这种方式。该驳岸断面护壁均为硬质化， 不仅工程投资较大，而且亲水性较差。 2 ) 斜式驳岸( 图3 2 ) 。 河道呈梯形断面，驳岸为一定角度的斜坡面，驳岸材料多种多样，有混凝土、 毛石、自然草坡等。这种驳岸相对于直立式驳岸来说，容易使人接触到水面，从 安全方面来讲也比较理想。但适于这种驳岸设计的地方必须有足够的空间。 3 ) 阶式驳岸( 图3 - 3 ) 河道为复式断面，与前两种驳岸相比，它不仅充分考虑了洪水期过流断面大 的要求，而且又能适应枯水期间流量较小的特点。枯水期水流归槽于主河道，河 滩处作为休闲景观平台，满足人们与水亲近的愿望。这种断面形式占地面积较大， 景观效果丰富多样。 4 ) 自然原形驳岸( 图3 4 ) u 形断面是最原始的断面形式，也称为自然形河道断面。它是由水流常年冲 刷自然形成的。一般常见于农村和小城镇的中小河道或城市未受人为干扰的河 道。这种驳岸形式最能体现自然生态，应当加以保护。 1 4 生出盔堂亟堂僮亟奎撼直垒园壅佳鲍生查型墅崖煎盐= 二丝地尘垒园发倒 图3 - l 立式驳岸 图3 - 3 阶式驳岸 3 2 硬质型驳岸的缺点 图3 - 2 斜式驳岸 图3 4 自然原形驳岸 上世纪8 0 年代以后，人们开始对生态环境日益重视起来，硬质型驳岸( 毛石 砌筑或混凝土挡墙驳岸) 的缺点逐渐暴露出来： 3 2 1 对周围气候环境的影响 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。硬质型驳岸缺乏透气性和透水性，隔断了驳岸 土体与其上部空问的水气交换和循环，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阳2 引。 3 2 2 对城市水环境的影响 土壤中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。为保证景观水体的水位，硬质型驳岸则是用不具透水 性的材料将水体与地下水完全隔断，使城市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”。前不久，轰动全国的圆明园湖水防渗工程被专家 和社会叫停事件就反映了景观效果和生态环境保护在水体池底驳岸做法上的矛 盾。 3 2 3 对水体自身的影响 硬质型驳岸的光滑平面不仅使许多滨水植物丧失了生存空间，还使一些水生 动物失去了栖息、繁衍、避难的场所，直接破坏水生生物赖以生存的基础。整个 生态系统的食物链因一层坚硬的驳岸结构而断开，导致水生生态系统失衡，水体 的自净能力从而大大削弱2 引。 3 2 4 对景观环境的影响 硬化的水体驳岸、整齐划一的河道断面、笔直的河道走向，固然是一种景观， 但是它与现代人们追求的回归自然不相一致。无论块石还是混凝土都是坚硬、耐 压的无机材料，上面不长一草一木，灰白色一片，缺乏生机，一旦这些结构老化 1 6 破损，就形成河边建筑垃圾，环境景观受到影响瞳引。 3 3 生态驳岸的含义及特点 3 3 1 生态驳岸的含义 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，同时也具有一定的抗洪 强度瞳6 | 。生态驳岸应该包括两方面的含义：首先是驳岸，其次是生态。 1 ) 首先在满足行洪排涝要求的基础上，保证岸坡的稳定，防止水土流失； 2 )