宁波市慈江整治中生态河道建设初探

周 云,陈晓东,王华雄,陈卫君,袁继光

(1.宁波市江北区农林水利局,浙江 宁波 315000;2.宁波市江北区慈城镇人民政府,浙江 宁波 315000)

河流为人类提供淡水和食物,还具有景观、休闲、航运等综合功能。因此,在河道整治过程中,构建符合自然环境要求的生态河道,对于维持河流良好的生态系统,改善水环境,实现人与自然的和谐发展具有深远意义。

1 生态河道

1.1 生态河道的概念

生态河道是非自然原生型河道,它以保护河道中的生物生存环境和创造和谐的自然景观为前提,在保证防洪安全的同时,充分考虑生态效果,通过生态工程建设,把河流改造成水系统、土壤系统及生态系统3者相互涵养的近似自然状态,以实现河道生态系统的持续健康发展。

1.2 生态河道建设的必要性和原则[1-3].

传统的河道整治工程往往侧重于防洪排涝、航运、灌溉等某些功利价值,对河道进行渠道化和硬化改造,使河流形态均一化和不连续性,从而降低生物群落多样性水平,对河流生态系统的和谐造成威胁。

随着社会经济的快速发展和人们生活水平的提高,大量污水排入河道以及河流生态水量被挤占,导致河流综合功能和生态系统的退化,使生态河道建设越来越成为修复受损河道的重要技术手段。

生态河道的建设要遵循安全、经济、生态、景观亲水的原则。

1.3 生态河道岸线设计

(1)平面上,保护河道的蜿蜒曲折和连续性。蜿蜒曲折的河道可降低河水流速、蓄洪涵水、削弱洪水的破坏力,使河流形成丰富多样的生境,为生物提供良好的繁衍栖息的场所。在河流的不同区段上生活着不同的生物,一些生物的生活过程依赖于河流的连续性,设计时应尽可能确保河流的连续性和鱼类的通道。

(2)纵面上,保留浅滩和深潭[4].。交替出现的深潭和浅滩使不同河床底质、流速和水深环境交替出现,在空间层次上塑造富于变化和多样性的水生栖息地环境,为鱼类等水生生物提供良好的生境异质性,以增加河流生态系统的生物多样性,有利于形成净化水质能力强的食物链结构。

(3)河滩上,保护河滩洼地[5].。河滩洼地为湿生植物所覆盖,生境条件优越,是鸟类、两栖动物和昆虫的栖息地和避难所。河滩洼地增加了河滩湿地景观异质性,提高了河滩湿地生物多样性。河滩洼地生态稳定性差,有必要对其进行保护。

1.4 生态河道断面设计

(1)保护河流断面形态的多样性。河道断面设计尽量做到横断面形态的多样性,河床的非平坦化,采用非规则断面,避免流场的均一化,增加与生物的亲和力,有助于与自然风景相协调。使河道能够维持生态系统的生态需水量,为鱼类和其他水生生物提供基本的生存条件。

(2)重视河道缓冲带的生态效应[6].。缓冲带为狭长的线状滨水水陆两栖植被带,在滨水生态系统中占据重要的地位,区域内植物茂盛,可以过滤径流、吸收养分、改善河流水质,为动物提供觅食、栖息、产卵和避难场所,也是陆生和水生动植物生命活动迁移的廊道。

2 生态护岸

2.1 生态护岸的概念

生态护岸是指恢复后的自然河岸或具有自然河岸“可渗透性”的人工护岸,以河流生态系统为中心,集防洪效应、生态效应、景观效应和自净效应于一体[7].。

2.2 传统护岸的不足

传统的河道护岸过于注重河道的行洪排涝等基本功能,从河道岸坡的稳定性出发进行设计施工,对环境和生态的负面影响较大,主要表现在:①改变了天然河流的水文规律和河床地貌;②河流被渠化或硬化后,水系与土地及其生物环境相分离,河流生态系统遭到极大破坏,影响了河流生态系统的整体平衡,致使河道天然的自净能力下降;③修筑防洪堤岸并实施硬化护坡后,人们失去了往日充满自然野趣的亲水、休闲的娱乐场所,对人们的身心健康和精神生活带来一定影响;④传统方法整治后的河道,河槽渠化、河岸硬化、边界整齐、走向笔直,具有典型的工程技术特征,给人以单调生硬的感觉。

2.3 生态护岸建设中存在的问题[8].

(1)护岸的生态性基本上是通过大量绿化来实现,一般乔灌木的种植需要河道护岸的坡度比较缓,占地面积较大,在城市中有局限性和限制性。

(2)大量运用植物材料时,施工有一定的季节限制。施工时间的选择要根据所选植被的冬眠期或生长期而定,如活枝条必须在冬眠期栽植。

(3)生态护岸方法的效果还没有得到广泛的认同,业主更倾向于传统的护岸形式,堤岸建设相关人员对堤岸生态设计的方法认识不足。

(4)护岸建设园林化[9].。在渠道化河流外观上作绿色处理,对于改善河流生态效果不大;城市河段设计成古典人工园林,使河流生物栖息环境恶化;沿河建设商业区,加重了河流污染。

2.4 生态护岸的型式

按照护岸的材料、施工工艺、护岸断面形状、护岸特点等,将现有的生态护岸型式主要归纳如下:

(1)植物护岸。植被可以保护河岸,覆盖河谷和河床,降低流速,防止水流侵蚀,促进泥沙沉积。树木根系可以深入河岸内部,形成活的木桩,加强河岸的稳定性。

(2)格宾护岸。具有整体性强、透水性好、经久耐用、易于维护、经济环保且利于植被生长等特点,适合于河道、航道的护岸护坡工程,也可用于河流生态修复。

(3)木栅栏砾石生态笼护岸[10].。利用砾石堆砌成岸,木栅栏成排固定在河道内侧以稳固砾石岸坡。砾石粗糙的表面使微生物大量附着生长和代谢,对水体有机污染物的净化起着重要的作用。砾石间的孔隙有利于水生生物的生长繁殖,也有利于滨水陆地生物的生长,对生物系统的活性、多样性和完整性起着重要作用。

(4)生态混凝土护岸。是一种有着连续孔隙的多孔混凝土,有利于氧气传入水中,促进微生物、鱼类等水生生物的生长,促进水体自净,改善河道水质。

(5)固化技术生态护岸。通过有机或无机固化剂、胶结材料和特殊的工艺手段把松散的土壤或其他固体物质凝结成具有整体强度的固体材料。主要用于渠道防渗、路基材料、堤防加固和山体绿化等。固化技术与植被相结合,具有效率高、工期短、适应性好等特点,可以根据坡面稳定状况和侵蚀情况灵活调整土壤固化与植被的结合形式。

(6)复合生态混凝土墙式护岸[11].。采用高强度混凝土箱式外框与绿化混凝土等材料复合,机制成型。这种护岸型式兼具防护和生态功能。

(7)荣勋砌块生态护岸。临水侧采用荣勋砌块,墙后采用土工格栅拉连,解决了挡土、排水问题,在生态性、景观性和便于攀爬方面具有优势,具有施工简便、缩短工期、降低造价和适应变形等优点。

(8)自嵌式植生挡土墙。以预制混凝土制成的挡土块为主体材料,加上塑胶棒、加筋材料、滤水填料和土体共同组成,具有一定的抗洪强度。挡土墙砌筑不用砂浆,挡而不隔的渗透性可以充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调节功能,有效抑制藻类的生长繁殖,发挥水体自净作用,保持了河道生态系统的完整性。

3 生态河道绿化

河岸植物带不仅是物种源和野生动物的栖息地,还能够调节河流的微气候,在水陆之间充当缓冲带的作用,对改善河流水质和保护河岸起着重要的作用。

3.1 植物护岸存在的问题

目前,由于对植物措施在生态治河中的认识不足,植物护岸实践中主要存在以下问题。

(1)护岸设计和植物设计脱离,生态效益差。护岸植物配置一般由园林单位进行,大多数照搬城市绿地园林绿化的模式,从当地的气候、土壤、植物的生态性、适应性等生物学方面考虑,虽然对改善城市水环境和提高城市品位起到了一定的积极作用,但对于对水流波浪冲刷、护岸施工等水利方面的影响考虑不周,生态效益不高。

(2)种植的植物种类偏少,种类和层次的简单,导致群落的稳定性差。河道建成后不可能像城市绿地那样,投入大量的人力、物力去管理养护,主要依靠群落的自我调节、自我发展、自我稳定。

(3)外来植物物种种植的比重大,适应性差。近年来河道护坡草本植物外来种较多,乡土种不被重视。河道护岸采用的植物不仅具有绿化功能,更重要的是还应该具有耐旱、耐湿、耐瘠薄、根系发达、固土能力强等水土保持功能。有些外来植物适应性差,不利于大面积推广,有的有很强的生物入侵能力,应用不慎容易造成严重的生态灾害。

3.2 植物选择原则

生态护岸的植被选取要以生态效益为基础,遵循以下原则:

(1)适应性原则。被选择植物对河道环境具有高度的适应性,抗病虫害能力和繁殖力强,生长速度快。应优先选择抗逆性好、适应性广的本地物种,使植物更具地方特色。

(2)亲和力原则。注意不同种植物的共生性和互补性,避免恶性的种间竞争。

(3)功能性原则。一般要求植物根系发达、萌芽力强,以利于稳固堤岸,能在短期内起到防止水土流失、净化水质的作用。

(4)景观性原则。被选择植物应具有丰富多彩的景观效果,通过多样性的植物种类构建不同生态功能的植物群落,有效地改善生态环境,满足人们崇尚自然、回归自然的心理需求。

4 慈江整治工程的实践与思考

4.1 慈江整治工程概况

慈江是宁波市江北平原重要的引流、蓄洪、排涝、灌溉河道。江北平原属亚热带季风气候区,地势西北高、东南低,平原内河网交叉纵横,现状防洪排涝能力普遍偏低,约5 a一遇。慈江整治工程全长约14.852 km,工程建设目的是通过拓宽、清淤等河道整治措施,增大东排能力,将江北山区洪水向东沿镇海沿山大河排入外海,使防洪排涝能力达到20 a一遇。

4.2 护岸型式设计

护岸型式的设计原则为:结合生态、景观等要求,将防洪排涝与环境整治有机结合,使慈江成为一条生态型河道,营造出江南水乡的地方特色,体现人与自然的和谐关系。根据这一原则共设计了4种断面型式,即条石、浆砌石断面,混凝土自嵌式挡墙断面,直立式挡墙断面,浆砌石挡墙复式断面(见图1)。

根据实际地形沿现有河道两岸进行布置堤岸线,为满足河道水域转弯半径要求可对现有堤岸线进行裁弯取直,遇水域开阔处以不占用现有水域为界进行堤岸线布置。尽量保留河道蜿蜒曲折的自然状态。

图1 慈江护岸断面型式图

4.3 护岸型式的生态性评价

断面型式的选择是通过比较各断面型式的优缺点,结合业主意见,选择最经济的方案,同时考虑能满足美化和绿化环境,不同的地段选择布置不同的断面型式等综合因素。

(1)断面a、d为传统材料的复式断面,其优点是:防洪抗冲效果较好,有亲水平台,能绿化美化环境。缺点是:施工程序多样化,这种护岸型式隔绝了河岸水体与土壤的关系,在坚硬的直立结构面上不利于水生动植物的生长。

(2)混凝土自嵌式挡墙断面(见图2),可以充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调节功能,有效抑制藻类的生长繁殖,发挥水体自净作用,砌筑时砌块间的缝隙能为水生生物提供生息繁衍的生境,保持了河道生态系统的完整性,同时具有一定的抗洪能力,是很好的生态护岸型式,有利于河道生态系统的恢复和稳定。

图2 一期工程混凝土自嵌式挡墙实际施工效果图

(3)断面c为直立式挡墙断面型式,优点是:施工方便,施工技术成熟。缺点是:这种护岸型式隔绝了河岸水体与土壤的关系,使水系与土地及其生物环境相分离,破坏了河流生态系统的整体平衡,使河流生态系统遭到破坏;各种水生植物难以在坚硬的结构坡面上生长,各种水生动物也失去了繁衍生息和躲避的场所,影响水生生物多样性。

(4)4种断面型式都没有设置缓冲带,不利于两栖生物和水生生物活动和觅食。河道断面设计尽量要做到河流横断面形态的多样性,河床的平坦化,采用规则断面容易导致流场的均一化,不能为水生生物创造多样化的栖息地。

4.4 工程整治中生态河道建设的建议

(1)慈江作为一条横贯西东的河流,穿越乡村、工业开发区、科技园区,除满足行洪排涝功能外,还应体现江南水乡自然生态环境特色和历史文化内涵,采取适当的保护措施,保留水域面积,防止湿地面积减少,为动植物繁衍创造良好的生态环境。

(2)工程施工将改变现有的水文条件,造成局部陆域生态破坏,特别是水生生态的变化,对鱼类、虾类、水生植物及岸边植被造成一定的影响。因此,施工过程中应加强对原有生态环境的保护,尽量减少施工对河流生态的扰动和破坏。

(3)护岸设计在考虑强度、安全性和耐久性的同时,应充分考虑生态效果,提倡缓坡、减少直立式护坡,构建适合生物生长的仿自然状态。

(4)体现原有的自然景观,注重河道断面多样性,保留蜿蜒曲折的水流形态,有利于河道中水生物和两栖动物的生长;保留河底的岩石、卵石、沙砾河床,利于底栖生物附着和隐藏。

(5)河道整治在植物措施上,应避免照搬城市绿地园林绿化的模式,种植的植物种类偏少,难以形成稳定的植物群落,生态效益不高,自我稳定性差。

5 结 语

生态河道建设是融水利工程、环境工程、生态科学等为一体的综合性工程,其设计理念与传统的河流整治思想有着本质的区别。因此,在生态河道建设过程中,应提高认识、拓宽思路,尽可能地融入一些新材料、新技术和新的设计理念,用生态的手段来解决生态的问题,努力构建具有综合功能的生态河道。使河流重现清澈见底、鱼虾洄游、水草茂盛的自然生态之美,实现人与自然的和谐健康发展。

[1].董哲仁.保护和恢复河流形态多样性[J]..中国水利,2003(6):53-56.

[2].韩玉玲,邵利萍,章胜军,等.浙江省河流生态修复的实践[J]..中国农村水利水电,2008(8):25-28.

[3].董哲仁.河流形态多样性与生物群落多样性 [J]..水利学报,2003(11):1-6.

[4].余国安,王兆印,张康,等.人工阶梯—深潭改善下切河流水生栖息地及生态的作用 [J]..水利学报,2008,39(2):162-167.

[5].秦小军.河滩洼地的生态意义及其保护 [J]..贵州教育学院学报:自然科学版,2007,18(2):73-75,91.

[6].诸葛亦斯,刘德福,黄钰铃.生态河流缓冲带构建技术初探[J]..水资源与水工程学报,2006,17(2):63-67.

[7].周杨,徐亚同.生态护岸在城市河道生态修复中的应用[J]..上海化工,2009,34(8):1-4.

[8].王新军,罗继润.城市河道综合整治中生态护岸建设初探[J]..复旦学报:自然科学版,2006,45(1):120-126.

[9].董哲仁.城市河流的渠道化园林化问题与自然化要求[J]..中国水利,2008(22):12-15.

[10].王艳颖,王超,侯俊,等.木栅栏砾石笼生态护岸技术及其应用 [J]..河海大学学报:自然科学版,2007,35(3):251-254.

[11].高国明,董建伟.复合(鱼巢)生态混凝土墙式护岸技术的研究与应用 [J]..吉林水利,2009(9):1-4.