基于生态水利工程学的黄河故道徐州段生态治理

张 森，陈 菁，张营灏，陈 丹，李 帆

(1.河海大学水利水电学院，江苏南京 210098;2.江苏省丰县水利局，江苏丰县 221700)

黄河故道徐州段是黄河夺淮过程中形成的，土质为沙壤土，易流失，沿线地势高亢无水源保障，生态环境脆弱。以往的治理措施重视工程效用，对于生态的保护考虑不足。因此，有必要结合故道自然条件和存在的问题，运用生态水利工程学，探讨在治理黄河故道的同时，保护和改善生态环境的思路和措施。

传统水利工程学通过对防洪、水力发电、灌溉排水等需求，控制和改造河流，满足了人们对防洪和水资源利用等需求，在人类社会与经济发展过程中居功至伟，但是忽视了河流的生态系统健康与可持续性需求，在水利工程建设与运行过程中对生态环境产生了一定负面影响，亟须结合新的理念对其进行更新改造。

1 生态水利工程学理论

1.1 生态水利工程学的研究对象

生态水利工程寻找生态保护和资源开发之间的平衡点，将研究的河流治理范围从河道及其两岸的物理边界扩大到河流生态尺度边界［1］。对于新建工程，应用生态水利工程学，从规划、设计直至建设、运行等环节，减轻水利工程对河流生态系统的胁迫;对于已经人工改造的河流，应用生态水利工程学对其进行生态修复。

1.2 生态水利工程学的基本原则

生态水利工程需遵循以下五项基本设计原则:①工程安全性与经济性原则。②提高河流形态的空间异质性原则。河流生态系统生境的主要特点是:水气两项、水陆两项的联系紧密性;河流的横断面多样性;河道的纵向蜿蜒性;河床材料的透水性。生态水利工程的重点是尽可能地提高河流形态的异质性，为生物群落多样性的恢复创造条件。③生态系统的自我设计、自我恢复原则。没有两条相同的河流，人力和技术控制自然界也是不可能的，只有善于利用生态系统的自我设计、自我恢复功能，才能尊重每一条河流的自然属性，实现最佳的生态治理效果。④景观尺度及整体性原则。河流的生态治理应当在长期的、大景观尺度和保持可持续性的基础上进行。⑤反馈调整式设计原则。生态系统在时间和空间上具有不确定性，决定了生态水利工程设计是一种反馈调整式的设计方法，是按照“设计、执行、检测、调整”的流程反复进行的［2］。

2 黄河故道徐州段的基本情况和存在的问题

2.1 黄河故道徐州段的基本情况

黄河故道徐州段流经徐州市区及丰县、沛县、铜山、睢宁四县区。故道全长234 km，地势呈西北高东南低之势，堤距3～10 km，市区段堤距最窄处约140 m左右。故道沿线分布有湿地85 km2、14个中小型水库，是两岸886 km2防洪除涝、农田灌溉、生态环境的重要河道。2010年，黄河故道徐州段地区生产总值212.8亿元，占全市生产总值的6%，沿线农业生产水平相对低下。

2.2 黄河故道徐州段存在的问题

2012年，江苏省提出对黄河故道徐州段进行综合开发，目的是通过对故道的治理与开发，保护黄河故道的自然资源，并通过生态景观的建设拉动沿线经济发展，实现水利、交通、农业、生态、文化旅游、扶贫“六位一体”的规划目标。但现状及以往的治理效果距离目标还有差距，其问题主要包括以下方面。

2.2.1 水土流失、河道淤积严重

故道两岸堤坡与滩面土质砂性，结构较松散，水土保持措施匮乏，水土流失面积约占全区域总面积的85%。中泓断面狭窄，淤积严重，平均淤积深度达1.5m，导致故道过流不畅，防洪标准偏低，不足5年一遇。

2.2.2 水源不足，水质较差

故道滩地地形高亢，两岸水流不易汇入，加之堤外侧高滩地土质保水能力差，水量相对不足。农业面源污染较严重，区域内水质较差，7个水功能区仅有两个达标。水源不足、水质较差造成故道生态服务功能下降。

2.2.3 河道连通性较差

黄河故道沿线高亢无灌溉水源保障，为引调水源、蓄水补水、防洪保安，在沿线陆续建成7级控制，8级水面。梯级控制的水闸将连续水体分隔成众多“河道式水库”。同时，故道断面变化较大，河槽弯曲，水流紊乱，造成故道连通性较差。

2.2.4 管理有待改善

黄河故道管理基本以县管、镇管、村管三类，缺乏统一管理。同时，对故道管理缺乏动态监控，管理方法有待于改善。

3 运用生态水利工程学原理对黄河故道徐州段进行治理的建议

针对黄河故道现状存在的问题，传统的水利工程措施不能有效解决，甚至会对原有的生态系统造成破坏。依据生态水利工程学的含义和基本原则，在进行黄河故道徐州段治理规划设计时，有必要探讨生态水利工程学在故道治理中的合理运用，寻求最佳的治理方案。

3.1 确定合理断面

生态水利工程学的研究对象不仅是具有水文、水力学特性的河流，还包括具有生命特征的生态系统。故道连通性较差，对于故道生态系统的自我运行与恢复将造成不利影响。在故道治理中，提高河流形态空间异质性，以减少修建不必要的梯级控制建筑物。

为提高河流形态空间异质性，对故道的断面应进行合理的断面设计。黄河故道徐州段堤距最宽处10 km，市区最窄处仅140 m，断面变化较大。合理的断面，应当保留河湾、沼泽和浅滩的自然分布，避免全线断面统一化。通过利用河湾、沼泽和浅滩的布置以及与沿线水库的合理调度，完成故道的蓄水、补水和调水。对于不连通的河槽，按照确定的基本断面形式，根据实际自然条件，合理确定横断面尺寸，对其进行水系沟通。整个中泓的水系沟通工程和断面的设计，应尽量呈现多样化、自然化，避免故道的“渠道化”。黄河故道徐州段治理基本断面形式如图1所示［3］。

图1 黄河故道徐州段治理基本断面形式

3.2 生态护岸的应用

黄河故道徐州段沿线土壤一般为粉沙土和沙壤土，生态环境脆弱，以往的治理措施多采用硬质材料衬砌河道，工程效果虽然明显，却不利于水陆之间的物质交换，影响河流的自我恢复功能。生态水利学强调生态系统的自我设计、自我恢复，采用生态护岸不仅可以保持岸坡结构稳定，还具有滞洪补枯、调节水位、增强水体自净能力等功能［4］。黄河故道徐州段流量较小，宜选用植物护岸的形式。生态护岸的选用，既可以满足防洪需要，又美化河道生态景观，满足河流自我恢复功能需要，有利于保持河流生态系统多样性。可在滩面、堤顶及堤外坡种植适应本地区的经济型树木，比如苹果、梨等。对河道正常蓄水位河坡、迎水面堤坡采用透水砖铺砌。

3.3 河流文化建设

黄河故道是母亲河在历史的年轮里留下的印记，是黄河变迁、流域文明演进的历史见证，被国外专家赞叹为“古老的水上长城”，黄河故道徐州段的治理也应注重其景观尺度，有必要将河流文化生命融入河流治理中。

黄河故道徐州段沿线散布着湿地、古迹、人文景观。为挖掘故道厚重的历史，重塑黄河故道的河流水文化生命，通过对故道沿线人文景观和古迹进行保护和美学设计，使河流反映出故道区域内特有的人文风情。黄河故道徐州市区段规划建设风俗、风情廊道，把部分河段建设成徐州市民俗风情的集中展示区;故道丰县段规划对黄河故道源头决口遗址、明大堤遗址、二坝湿地等进行故道水文化建设。其他沿线各区段应以此为借鉴，在故道治理中融入文化历史元素。

3.4 建立规划实施的微调反馈制度

以GIS和RS等信息技术作为支撑，以监控和调查数据为基础，对黄河故道徐州段生态建设项目的实施效果进行论证、检查和反馈［5］，并据此对规划进行微调。

3.5 故道沿线湿地生态治理

湿地具有调节流量、控制洪水和旅游观光等作用，对其建设是故道生态治理的重要内容。黄河故道徐州段分布有较多湿地，面积最大的二坝湿地达486.7 hm2。二坝湿地的生态治理，通过划定湿地水域向岸坡方向150 m为管理界线，稳定湿地面积，保障蓄洪分洪能力;通过合理选择湿地植物如芦苇、白菱等，发挥湿地净化功能;通过严禁毁坏莲藕、芦苇等水生植物和对湿地内捕捞鱼类进行季节和方式上予以限制等措施，加强湿地生物多样性的保护。

4 结语

生态水利工程学的本质是实现人与自然的和谐相处，其实质就是尽可能减少水利工程对生态环境的影响，使水资源可持续利用，生态环境得到保护与恢复。黄河故道徐州段治理若能未雨绸缪，积极运用生态水利工程学原理，并将其作为规划的指导思想，则将对故道的科学治理产生积极影响与无可比拟的重要作用。

［1］董哲仁.探索生态水利工程学［J］.中国工程学，2007，9(1):1-7.

［2］董哲仁.试论生态水利工程的基本设计原则［J］.水利学报，2004，10(10):1-6.

［3］陈菁，王为木，张森，等.丰县生态水利规划［R］.丰县:丰县水利局，2012.

［4］黄奕龙.日本河流生态护岸技术及其对深圳的启示［J］.中国农村水利水电，2009(10):106-108.

［5］赵进勇，董哲仁，孙东亚，等.河流生态修复负反馈调节规划设计方法［J］.水利水电技术，2010(9):10-14.