基于生态理念的河道优化设计思路探析

姚力铭，张振丹，孙 杨

(连云港市水利规划设计院有限公司，江苏 连云港 222000)

科技的发展不断推动着经济的进步，2021年我国已经全面建成小康社会，对生态环境的保护也逐渐成为我国发展的重要议题。党的十八大以来，习近平总书记多次强调“绿水青山就是金山银山”，生态环境的保护不但要从源头治理，而且要拥有新的发展和建设理念，充分发挥自然生态的自身优势，从建设规划起点出发，设计、规划、建设符合生态理念的自然景观和工农业设施[1]。我国拥有960万km2的土地，长江、黄河从西部高原山脉向东奔流入海，其支流延绵我国众多省份，滋养着中华大地。新中国成立以来，我国建设了诸如南水北调、三峡工程、红旗渠等诸多水利工程，对提高我国人民生活水平加快经济发展起到了至关重要的作用。但由于我国的经济基础和工业基础薄弱，传统的水利工程建设主要服务于工农业生产，忽略了河道水域生态与沿河生态的融合[2]。在长期的相互作用中，河道沿岸的水质状况和生态环境容易发生恶化，使得河流自净能力下降，周围生物栖息地遭到不同程度的破坏甚至消失，这直接影响了河流所经流域内的长期发展和人民的生活质量。伴随着人们对生态环境重视程度的提高和相关生态理论的不断完善，生态水工学的概念被提出并发展，生态河道理念在此基础上被进一步发掘并不断应用到实际的河道治理和规划中[3]。随着我国经济水平发展和配套产业逐步升级，人民对水生态、水环境、水景观、水文化的要求也在日益增长[4]。因此，本文针对当前河道治理的生态环境问题，探析基于生态理念的河道优化设计思路，并结合实际的河道规划建设经验提出对应的优化设计思路。

1 传统河道治理问题

传统河道的设计主要关注河道的防洪、排涝以及与周边灌溉需求相对应的配套建设。主要是规划河道的流向，依托河道两岸修筑坚固的驳坎，在重点冲刷位置加固护岸丁坝，但对河道的生态影响缺乏足够考虑，也带来了以下3个方面的问题：

1.1 生态隔离化

在原始的河流中，无论是河道的上游与下游之间还是河道与其两侧的陆地生态系统之间都不存在生物无法逾越的障碍，水生或陆生动植物在以河道为基础的生态系统中可以自由地进行物质交换和信息交换。但是，由于传统河道建设以防洪、排涝和灌溉等经济发展为导向，建设多以硬质材料在河道中或河道两岸建设大量的建筑物和防护屏障[5]。在纵向上，这种规划和建设方式虽然更高效地管理了水资源，提高了河流的工农业生产价值，但也阻隔了河流上下游之间生物的物质和信息交换，对一些需要在不同流域生活和繁衍的水生生物带来了巨大的影响。虽然少量的鱼类可以越过人工障碍，但是其死亡率大大提高，种群数量也急剧下降。在横向上，由于河道两岸建设的河堤远高于河面，同时使用了大量硬质材料进行加固，使得河道沿岸附近的动植物数量减少，河流中生活的两栖生物在河流附近的觅食难度也大大提高[6]。最终使得河流与流域内的陆地生态系统产生了一定程度的隔离，致使当地的生态链较为脆弱，对依靠河水滋养的生态系统产生了巨大的影响。

1.2 河道渠道化

传统的河道规划建设通常采用截弯取直和修筑堤坝的方法，这样简单直接的建设方式导致容易导致河道的渠道化[7]。首先,天然河道迂回曲折，拥有众多的转向位置，虽然防洪能力差，但河流的自然特性保持了河水的合理流速。通过截弯取直，河道中的河水流速增加，对河岸的冲击力更大，相同流量下的破坏力更强，相应地需要进一步对河道的驳岸进行加固，否则河水将侵蚀河岸使河道发生偏离。河道驳岸的加固一方面需要增加投资成本，另一方面驳岸的加固也存在局限性，在河水的长期作用下，驳岸的地基难免遭到河水的侵蚀，这种侵蚀不易观测且对河流两岸的居民和工农业生产存在较大威胁。其次，河流的渠道化使得河道的形态单一化，原有依托蜿蜒的河道形成的湿地、浅滩等自然景观逐渐缩小直至消失，原有以此为栖息地的生物也逐渐消失。最后,河道的渠道化使得原有河道被大量改造为农田，且在驳岸的作用下二者之间难以建立有机联系，使河道周围的自然环境更加单一，进一步加剧了生态系统的脆弱性。

1.3 河道隔水化

在河道的建设过程中，诸如混凝土、石块等隔水材料被广泛使用，这既是应对河水冲击侵蚀的需要，又是防洪、管理水资源的要求。但是这些材料的使用也导致了河道的隔水化，尤其在建设灌溉河道和穿越城市的河道过程中，不仅在堤岸建设中使用隔水材料，河道底部也大量使用了隔水材料，使得河道中与周围环境处于一种隔离状态。首先，河道的硬化破坏了河道自身的生态环境，改变河流的自身生态导致河道中原有的生物种类减少，生物种群数量下降。其次，这种隔水化影响了和河道两岸的生物种群，在硬化的驳岸上，原有的植物生存难度增加，也难以随丰水期和枯水期的更替产生周期性变化。最后，河道的隔水化使得河流的景观性和旅游开发价值降低，水资源作为自然景观的重要条件之一，在河道隔水的条件下外部景观建设需要额外提供水源或人工从河道中采集水资源进行再利用，这增加了河道的生态利用成本，降低了河道本身的生态利用价值。

2 河道生态化理念

新时期的河道规划建设需要走生态化发展道路，在兼顾经济发展的同时还要拥有尊重自然、资源合理利用、生态修复等理念，我们需要在新的理念下规划、建设、管理河道。

2.1 尊重自然

河流的自然形态是长时间演化的结果，河流与所经流域的有机结合，形成了以河流为主的自然生态。这样的生态是一种非人为参与的，有着粗犷脉络的自然形式，在人类社会特别是现代社会的发展过程中与人类需要存在不相适应的情况，这也是人类在自然河道基础上对其进行改造的原因。几千年的人类发展史也是人类的一部治水史，人们需要河流能够灌溉足够的农田，能够给人们提供足够的生产生活用水，同时要避免洪水泛滥和严重的枯水情况。在当前的经济发展阶段，我们要看到人作为自然界的一部分，只重视河流对人类的直接效益将会在今后付出惨重的生态代价。需要尊重河流的自然属性，对已经产生破坏或污染的河流进行修复，恢复原有的生态环境；对已经进行传统开发还未造成重大影响的河流进行改造，在不破坏原有生态平衡的基础上，促进施工植被更好地融入原有的生态环境当中[8]；对还未开发的河流从源头上考虑生态因素，建设环境友好型河道建设工程。将现代的思想理念和先进技术运用到河流开发和保护中，为动植物营造良好的生态环境，以实现人与自然的和谐发展。

2.2 资源合理利用

河流为人类提供了水、渔业、码头等自然资源，但快速的经济发展和思想观念的局限性使得人类对与各类资源过度开采和利用，对河流造成了严重的损害。我国是世界上人口最多的国家，而淡水资源短缺且分布不均衡，无论是生活用水还是工农业生产用水都存在较大缺口。过度的水资源开发与利用导致河流的水流量降低、河道缩窄、泥沙沉积现象普遍，在通航河道内严重的会影响正常航运的开展。同时，沿河生态系统的破坏和过度捕捞也导致渔业资源遭到破坏，鱼群种类和种群数量都明显降低。因此，在开发和利用河流资源的同时也要明确其所能承载的极限值，树立资源的合理利用观念，对有限的水资源进行合理分配和梯级利用，严格管控污水排放渠道，加强污水排放检查管理，避免因不合格排放对水资源的严重危害。同时，河流所能提供的资源一方面由其自身特性所决定，另一方面也与河道的规划设计相关，基于生态的河道设计有利于提高和保持河流的资源量，提高河流的承载力，是绿色发展和可持续发展的重要途经。

2.3 河道生态修复

自然生态系统自身具备一定的自我修复和自我调节能力，但是在人类的干预下河流生态发生了巨大的改变，尤其是粗犷的河道规划建设所导致的河道横向和纵向的割裂，使得河流生态系统遭到破坏，其自身的修复调节能力大大降低。在生态理念的指导下，建设生态河道恢复其生态调节能力，将把传统的河道模式逐渐改造成为环境友好型河道成为可能。河道生态修复的过程也是生态理念在河道建设和发展中的实施过程，河道工程的设计和建设者首先需要确立生态理念的价值导向。与传统的功能性设计和建设不同，生态河道的修复需要首先明确河道自身的自然特性和环境作用机制，最大程度上保持原有的自然状态，对于需要人工进行修复的，因地制宜结合防洪水利需求进行河道结构设计和配套设施规划，最终形成经济功能和生态功能并行的设计方案[9]。

3 河道生态化设计思路

河道的优化设计是河道治理中的关键环节，合理的设计方案是实现河道经济功能和生态功能的基础，是人与自然长久共生、互惠互利的必要途径。

3.1 河道形态生态化设计

河道的整体形态是河道整体功能性的基础，形成了河道的整体建设框架。河道的设计需要以河流自身特性为基础，通过历史数据气候特征调研河流的水文特性，确定河道的防洪设计标准和自然条件。依据当前河流规划建设管理现状，发掘河流的设计改造空间，根据地形条件对河流的转向进行重新设计，同时对河道两岸的土地进行重新规划，以配合河道流向进而促进河道生态的恢复。针对防洪压力较大的区段，改变原有单纯加深河道和加固驳岸的建设思路，一方面通过河道的拓宽增强河道的承载力，也避免河道水流过急对河岸堤坝冲击腐蚀过重；另一方面通过河道的形态设计，以及不同区段河道形态的控制，调整河道在不同区段的水文条件，以适应原本的自然生态。再者，河道的形态设计可以使得河道形态更加丰富，为水生动植物提供了更多的生存空间和更丰富的生存环境，也有助于动植物种类和种群数量的恢复，这种生态系统的恢复也进一步提高了河流本身的自我净化能力和自我调整能力的提高。

3.2 河道断面生态化设计

河水流量一般随季节变化呈周期性变化，同时在不同年份中也存在较大差异，河水流量是河道对不同水位的适应性和其防洪能力的重要因素。河道断面设计作为河道适应不同水位的关键，常见的断面设计有矩形断面、单级梯形断面、多层台阶式断面等[10]。虽然不同种类的断面结构在一定程度上适应了水位的不同需要，但其蓄水能力较差，通常需要辅助建设一些堤坝进行补充，较少考虑动植物的适应性问题。根据河道的常见流量设置不同的水位线，在常水线以下可以更多地考虑河道的抗腐蚀性，采用矩形或者梯形结构，在常水线以上可以采用缓坡和护岸相结合的复式断面设计，一方面增加河道护岸的安全性，同时又不过多地占用河岸两侧的土地资源，特别是城市土地资源；另一方面复式设计可以增加护岸的亲水性，为河岸两侧的居民提供了良好的亲水空间，为动植物提供了生存空间。此外，在满足防洪要求设计的要求下，河道两侧的亲水空间设计应更多的保持自然风貌或者采用自然材料，最大程度上减少人工建设，保护原有的生态系统。

3.3 滨水空间生态化设计

生态河道的设计不仅要从工程结构上考虑其安全性、功能性和适应性，还要从河道本身的生态出发，从整体的生态结构上考虑以河流为主导的滨水空间生态系统的修复与建设。基于生态河道治理理论，通过为亲水植物营造生存环境对水体整体的富营养化进行治理，帮助其形成内在的循环作用，发挥长期的消纳能力并提高水体的自净能力。基于原有河道中的生物种类和种群分布，在新建设的河道和河岸中进行引进，降低由于人工建设所导致的生态系统不稳定性。同时，在滨水空间进行美化建设，种植灌木、乔木等适应当地气候的树种，同时辅以草本植物覆盖地面进行保水固沙，也增强堤岸的景观价值。另外，在河岸坡面的建设过程中，可以预制坡面植物种植孔洞，在铺设完成后种植坡面植物。坡面种植一方面丰富了坡面元素，提高了坡面的美观性，另一方面也提高了堤岸的透气性，降低了堤岸在极端湿热或严寒天气下损坏的可能性。

4 结语

良好的河道规划需要兼顾功能特性和生态因素，这是长久发展和人与自然和谐共生的基础。虽然当前生态河道的建设仍处于起步阶段，但生态理念与河道设计的融合发展的也是河道规划建设的必然趋势。本文基于当前河道的建设现状，考虑了河道自身的天然属性，在保障其功能性的基础上融合了生态化理念，为河道的生态化建设提供了设计思路，这有助于进一步完善和发挥河流的生态功能，提高河流的开发利用价值。同时，本文研究在实际工程技术落地方面仍然存在不足，需要后续研究进行论证实践，也希望与相关研究人员一同推进河道的生态化发展。