城市水系的生态堤岸设计

1、笫9卷第2期2010年6月北京林业人学学报牡会科学版)Journal of Beijing Eorentry University Focial Sciences )Vol. 9 No. 2un.201()城市水系的生态堤岸设计赵华，庞晓丽2,张超hua226 126. com地址300072天津市Hi开区天 津大学建缺学院。“水是生命z源”，亦是城市自然环境的重要因 素。一个城币的诞生和发展与水系息息相关。水 系足城市的灵性所在，而堤岸则足水系的殛础，是 决定水系质鼠优劣的关键因素但社会的高速发 展、水不停息的建设活动以及认识上的局限性，在 城山水系堤岸形式的选择上，人们总是追求“爲矣 主义

2、”，把维护管理的便捷化作为口标，人为地改变 或施加影响于自然杲观同时，在经典水力学的 指导卜，过去的河溪治理由于侧重于河溪的某些功 利价值，如防洪、水运、灌溉等，比较注重最佳水力 半径，单纯从增加行洪能力出发，使河道人工化, 断而单一“此外，由于对地F淡水的过量开采, 而城帀中的地面大部分为硬质地而，所以城币中数 量仃限的水系成为补充地卜水的主要途径，地卜水 位不断下降。为了防止水系中的水渗入地F型成 水系枯，人们试图采用啖质堤岸这一“捷径”來解 决问题，忽略了整体和长远影响，形成恶性循坏，导 致兴片利而增多害这些做法产生的后果是：大自 然馈赠给我们的多样性受到前所未有的冲击，水系 的展木形态

3、被改变，与之相伴的价值观也发生了变 化。因此建设近自然熨水系堤岸迫在眉睫。一、我国城市水系堤岸存在的问题随着我国人丨I剧增，城市建设的飞速发展，城 笫2期赵华等：城山水系的生态堤岸设计99市中的水系堤岸建设状况却普遍令人担忧。G）水系河道被碘化、渠化在城市中，人们忽视水系的具体情况，而统一 采用水泥混凝十或右材砌筑而成的“ U ”形堤岸，割 裂了 土壤号水体的关系，扼杀了水生动植物的生“ 坏境，破坏了水系r I然形态，生物多样性遭到严重 破坏。锁化、取直后的河道呈现僵硬笔直的形态， 失去了土壤和动植物的水系也就丧失了生态功能 和自净能力，各种N、P、K、S等植物营养物质、猱化 物和巫金屈等仃毒

4、物质及COLKBOD,等需氧污染 物得不到净化根除，导致水体严觅富旁养化，水系 污染加贡，水体变臭（见图版I。U）水系呆观质量差，亲水性差彼简单地皱化、渠化的水系河道以及遭受污染 的水体已无任何兼感可盲。在人工景观水系中，由 于淡水资源缺乏，往往出现I枯杲彖，水杲变成“涸 景”，亲水设计也拘泥于水泥和石材砌筑的亲水平 台等设施（见图版12）。城山水系已看不到消澈见 底、绿意盎址和蜿蜒曲折的立人呆色，留给人们的 只冇千篇一律、呆板生硬、死气沉沉的线条和了无 生气的乌黑腥臭的水体（见图版Z）。U）水系堤岸面枳减少城市建设不断扩张，水系堤岸面积越来越少。 宙于生态型堤岸 域近1然型堤岸）比碾性堤岸要

5、 多占很多土地 約13%），导致在那些人口密集、 寸寸金的城市里，水系的自然型堤岸ifii积不断被 道路和建筑物所侵山，其形式也彼人地找少的峡质 堤岸取代。二、国外城市水系生态堤岸设计Q）生态匸法生态匸法cologicul engineering）的理念源自F 意大利、徳国及瑙士，近年來逐步推广至世界乞国。 早在19世纪末，意大利的工程界己开始类似自然牛 态匸法的应出。1938年瑞七人Seifer骨先提出“近 口然河溪整治”的槪念，特别指出能够在完成传统 河流治理任务的垄础上，达到接近门然并保持呆观 羌的一种治理方法，便人类从物质文明到文化文 明、从匸程技术到匸程艺术、从实用价值到美学价 值，

6、同时特别强调山川、河道治理工程中須学的成 分页。20世纪50年代徳国正式创立了“近口然河 道治理T程”，提出河道的整治翌符介植物化和生 命化】.“生态工法”一词是（）血山于1962年首次提出 的，他认为人类从A然中摄取的能源相对十整个自 然资源來说足微小的，但摄取的方式和过程却对门 然产生了巨人影响，捉出应将生态学概念运用J-工 程中,1971年Odum将生态工法的涵义加以延伸， 认为生态工法是一种自然治理方法跖1983年 Binder认为：河道整治首先要考虑河道的水力学待 性、地貌学特点打河溪的自然状况，将其作为衡呈 河道整治与人为活动预程度的标准旳。1985年 Hohmann提出了 一种更

7、为准确的近自然治理理念， 即通过牛态治理创造出一个具冇各种备样水流断 面、水深及流速的河溪，河岸植被应该是具有多种 小生态环境的多级结构，强训生态冬样性在口然匸 法治理中的重要性，注重工程治理与I然呆观的和 谐性 1989 年 Mitsch 和 Jorgensen 将 ecological engineering定义为“生态1：法是一种对人类社会和 自然环境祁仃利的设计”。随后0lum和M itsch 又对生态工法提出进步阐述，认为生态学家应该 认识到他们所研究领域的门然环境问题，并给出解 决的方法，而不是一味地进行理论描述；工程师应 该运出生物学和生态科学作为解决环境问题的皋 本方法。199

8、3年5刀，由关国国家科学院主办的生态工 法的研讨会，对Mitsch和Jorgensen的生态工法定义 做了修改，变成“生态工法是一种可持续的生态系 统设计，它将人类社会和自然坏境整合为 体，通 过互动达到互利典生的目的”将设计重点从人类 社会转移到对环境可持续系统的设计这次研讨 会还制定了生态工法的冃标：一是对由于人类活动 而惨遭破坏的生态可持续系统进行恢复：二是发展 新的貝仃人文和生态价值的I 持续生态系统。 至此以后，生态工法在世界范国内迅速发展尼來， 1991年在瑞典的Trosa举办关于牛态工法的国际会 议，主要讨论生态匸法在废水处理方面的应用，作 为水系的基础元索一堤岸也备受关注，形成

9、了一 系列生态堤岸的设计方法。U）生态空堤岸的设计由于自然淡源不断减少，人口数量不断增加， 环境破坏继续恶化，且到I就为止仍没找到一种能 够恰当地解决地区和全球的污染及町再生资源短 缺等问题的方法羌国国会曾在20世纪70年代颁 布“污水零排放”法令，要求美国的河溪在1983年 达到适合钓鱼和游泳的标准，但这种“污水零排放” 的成本非常高。所以当生态工法理论提出后，北 黃、歟洲及口木纷纷采用这种H冇门然净化功能的 水系治理体系皿】生态堤岸按其承受的水流冲刷强度町分为3 类低强度型堤岸，可釆用生物材料 做物）施r. 法:中等强度型堤岸，町采用混合材料値物与木 材或石材混用施工法:高强度型堤岸卩遇有

10、洪 水凶孩、对河斥侵蚀强度很大的场介，也町选用坚 固材料休材、石材、混凝土）施工法。具体细分，国 外常用的生态堤岸形式主要有以F 10种。1 椰子纤维捆堤岸将椰了壳纤维用麻线织物拥绑成圆筒状，一般 直径为30 w,长为600 w,用木桩固定在堤岸坡 角，通常放置在高水位线处或齐岸处。其应用特点 是：能够将沉枳物拦卜，利于植被生长并保护堤岸 坡角部位免受流水侵蚀：椰子壳纤维捆A仃弹性, 能够保持堤岸婉蠟曲折的门然属性。这种技术必 须与其他生态技术结合使用：也HJ-以应用在湖泊、 人工景观水系等水面较为平静的水系岸边，仃助于 水生植物的生氏。也可以将芦苇等水生値物的种 子放置在椰子纤维捆中，并用木

11、桩将苴固定在岸 边，待种子发芽成长以后，形成活杭物拥堤岸，为微 生物提供良好的生活栖息环境，过滤沉淀泥沙，保 护水系堤岸（见图1叫bffl I椰了纤filW堤卅2-活桩堤岸将活树桩（般用柳树直接步入土壤中，树桩 生根后将土壤盘结为一个整体，尼到稳定堤岸土壤 的作用。其应用特点是：适用于坡度较小但冲刷较 为严重的堤岸，以及容易发生小块滑坡和坍塌的堤 炸还作为不同形式生态堤斥Z间的过渡段（见 图2 ,2）.奥地利在对多瑙河的改造中使用了这种 方式，取得了很好的效果（见图版1-4）,213.活枝条捆堤岸将活枝条捆绑后，沿等高线放置在开挖的槽沟图2活桥堤卅中用木桩固定冋填土壤并夯实苴应用特点是: 根系

12、在十壤中扩展后冇助于堤岸的稳定防止浅层 潸坡减少土壤侵蚀，并易于9活桩法结合使用（见 图303）.图版为多瑙河改造中应用的活枝 条拥堤岸图版I -51为枝条氏成后的常杲。叫13活枝条擱堤卅4 活桩枝条堤岸将枝条分层铺设在岸边并用活木桩稳固用土 壤覆盖步实是-种冇效廉价的修复较小范帀坍塌 和洞穴0. 75 -1.5小）的方法，但对深或宽大于1.5 m的坍塌和洞穴没有作用QL图4叫国4活机枝策堤卅5灌木压条堤岸捋活的枝条沿答离线或人在水系岸边分Q放 置冰平或者冇一定角度），然后再覆上土壤夯实. 其应用特点是;根-枝-土壤体系增强了堤岸的 抗冲刷侵蚀能力：伸岀堤岸表面的多层次的枝条能 够有效过滤水流

13、中的沉积物（见图5 t,3 ）o图5溝木压条堤卅阳7谁木沉体堤卅6. 植被上工格布堤岸用土工格布将覆盖在枝条上的土壤包熨起來, 其他做法同灌木爪条法，这种方法必须在低水流流 速的条件卜施工。其应用特点是：用来加固坡度较 陡Q ： 1以上）的堤岸：修复遭到严巫侵蚀的堤斥:过 滤沉枳物：在杭被没冇长成之前也能够快速冇效地 加固堤岸（见图6 ，4）设计师FX. Browne采用 了植被土工格布的方法对美国Perkasie河遭到侵蚀 的河段进彳亍整修，图版16“为整修询的照片，图版 1-61.为施丁过程中的情杲，图版I-6e为3个刀以厉 的景观阴。图6植被土工恪布堤卅7. 灌木沉床堤岸将活切条和枝条沿

14、着坡度方向平铺在堤岸上 形成沉床（枝条的根部朝卜，头部朝上），上面用土 壤或块右固定。其应用持点圧：叮快速保护堤岸, 但强度不高:适介于坡度小于1:1的堤岸：发生洪涝 时可过滤沉积物：可迅速恢复水系的生态系统;可 号活枝条捆法和活桩法等生态技术结合便用（见 图 7 03 ）。8. 原木和根塑堤岸用块右或混凝十.砌块将原木和树根固定在岸 边，为野生生物提供理想的生活栖息环境。其应用 特点是：适合于婉蜒1111折、水流流速平缓、水体没仃 漫卜堤岸的水系；应该与其他生态技术结合使用： 为仮类和昆虫等生物提供生活空间，增加水系42鵬 的生物多样性现图8,3）o图8原木和根垫堤卅9. 活栅栏增堤岸用原木

15、或木条做成相互连接的箱形骨架，骨架 卜部铺一层石块，上部覆土并夯实，将枝条放置在 竹架内，并将根部埋入土壤中，枝条成活后将逐渐 取代秤架的作川。其应用待点是：适A于水流湍 急、冲刷强度较大的河段，适介于坡度较大菽至垂 直的堤岸，能够迅速修复被侵蚀的堤岸并保持堤岸 的自然属性：施工复杂，造价较高（见图9【叩）奥 地利住整治多瑙河工程屮在水流较人的河段采川 了这冲方法，取得很好的效果，图版la为刚施工 完的情杲，图版Tb为3个月以后的杲观冋.阳9 iAffirtt堤卅10. M定栽植堤岸将根部削尖的活树桩步入上壤中，然后堆枳 域者用砂浆砌筑）一层块石：或者在堆枳 溯筑）块 石时预留一些孔，然后将活

16、树桩通过预国孔夯入七 壤中，其应用特点是：活树桩成活后，其根系和树I：将块右和土壤结A成一个整体：町以美化块石 层，淡化人工构造物的生破感。与单独采用块石砌 筑的堤岸相比，这种堤岸貝冇自然持性，町以为动 W物提供更好的生活栖息坏境；吋以迅速修靈并保 护受到侵蚀的堤岸：施工简单，可广泛应用（见 图10叫.图10固定啟椎堤卅三、我国城市水系生态堤岸的发展我国占典园林強调以人为本，車视人9自然、 人与人之间的和谐统r “崇尚自然，师法自然”我 中国古典园林所遵循的原则但随着近现代工业 技术的发展以及人们对“人定胜人”思想的误解，在 对城市水系的治理中总是试图驾驭水，而不是尊f-： 和善待它，从而造成

17、本文丿I：始所述的种种后果。近儿年來，山于市民和政府对城山（尤其是人 城市）水系问题的关注，国外生态工法理论的引入 以及水系生态治理所带来的巨大经济和社会效益， 中国各大城市纷纷开始对城币水系进行生态改造。 口询我国的生态堤岸形式多采用垠简单的低强度 型堤岸，仅适介水流平缓的河流或湖泊北京转河 的改造和奥林匹克公园内的水系建设就属于较成 功的案例。具冇排洪防汛功能的水系则需要采用 中等强度的生态堤岸甚至高强度的生态堤岸，由于 难度较大、技术复杂,目前大多仍采用硬质堤岸，改 造潜力很大.北京转河是古高粱河的一部分，20世纪70年 代被填埋.2001年i|j政府决定重新改造恢复转河, 并采用国外盛

18、行的生态工法，摒弃了将水与土壤割 裂的石材或混凝土的唤质堤/ ；?，采用近f I然型的生 态堤岸，利用植物、木桩和块石等來防风护岸，使 水、土壤和各类水生动杭物共牛共存岸边的杭物 种类繁多、层次丰富，既右各种髙人的乔木、低樓的 灌木，也仃多种水生植物如芦苇、菖滴、茅草、芟白、 荷花以及大量际來K成的野生植物这些水生植物 具冇良好的净化能力和很强的耐污耐碱性，能够直 接吸收水中的背养盐，抑制浮游藻类的生长，吸收 重金属离子等。同时，树木和水生植物为吗类、水 生动物和昆虫提供了代物和栖息地形成多样性的 生态系统现图版1弋）。在转河的改造中还仃一个 比较卯明的待点就足注重人与门然的和谐共生，设 置了

19、很多亲水平台，吸引众多市民尤苴是老人和孩 子来这里垂钓和玩耍嬉戏（见图版13）。北京奥林 匹克公园内的水系堤岸设计采用相似的近自然型 设计手法，便其恢复自然属性和自我净化的功能， 并放养了鸭、他、角等水生动物，力求创造完整的生 态系统，体现人与自然和谐统一的绿色奥运理念 傀图版HO）.四、生态堤岸技术存在的问题虽然生态堤岸具冇诸多优点，但受生物材料和 技术规则上的限制，其自身也具仃很多缺陷，所以 在选择生态堤岸形式时，一迄要根据本地区的实际 情况加以慎重占世，否则非但达不到预期效果，反 而会导致不堪设想的后果.生态堤岸建设存在的 问题主要表现为“】：1）必须选用能够适应本地区环境条件的M彼。2

20、）川右材或混凝土砌筑成的传统堤岸在竣工 后就町以马上使用，但修建生态堤岸需要一定时 间，待植被长成后才能发挥作用。3）需要冬眠的活枝条无法在冬季短舒且多雨 的温热带气候地区应用。4 ）植物生长期过短的严寒地区对生态堤岸的 建设貝冇不利影响.5）对于水流流速过大或者会产牛盍流的水系， 在生态堤岸建成初期，可能无法承受如此人的剪力 作用必须采取保护描施。6）生态堤岸施工时间的选择必须要根据所选 植被的冬眠期或者牛长期而定：种子必须在英生长 期内播种，而活枝条则必须在其冬眠期内栽植。?）对于损毁严重需要立即修复的堤岸，生态技 术很町能足无效的，必须根据实际情况慎巫考虎： 对于在植物冬眠期内经常发生洪

21、灾的水系，生态方 法的便用也具有很大闲难。总Z，任何技术措施都不是完美的，我们应该 将生态技术与传统方法结合便用，扬长避短，3求 一条解决问题的最佳途径。人类如果想凌镯于自然之上，对自然随意进行 改造和破坏，迟早会逍到大自然的抛弃和报复。冈 此，对于人口然的重要因索一水系，我们必须给 予尊匝和善待。设计师应根拥并地区的气候持点， 水系特点，生物物种种类、特点、生活习性以及生存 条件为水系选择合适的自然熨或近自然型堤岸形 式，便任何一种生物都能找到合适的生存空间，为 久居城市、远离n然的人们提供享受门然坏境、与第2期赵华等城币水系的生态堤岸设计#外种动植物和谐共处Z乐趣的地方。参考文献：1 河川

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