美国重现河流工程的实践与启示

2020-07-02王巍巍

湿地科学与管理 2020年2期

王巍巍

(中国城市规划设计研究院，北京 100044）

城市河流重现就是将因城市建设而被覆盖的河流重新恢复的生态工程。我国快速的城镇化过程中，场地原有的小河、冲沟经常会被填埋或者变为地下渠道,一些大的河道也可能因城镇开发而被埋入地下。主要有以下3个方面的原因：(1)河流价值的片面认知化。工业文明主导的城市建设中，地下管网逐渐代替地表水系成为节时、节地、高效运行的城市水系统，尽管地下管网能够代替河流供排水的功能属性，但不具备河流作为生态系统组成的自然属性，河流价值的片面认知化是导致城镇河流暗化的本质原因；(2)管理权限界定不清。目前我国已制定的法律法规主要针对防洪功能河道，而城市内大部分河流是源头河溪或沟渠，主要承担汇集地表雨水的排涝功能。针对排涝功能的城市河流还缺乏责权清晰、方法有效的管理，这成为城镇河流被暗化的背后主因；(3)经济利益驱动。土地开发会为地方政府带来最直接的收益。将污染的河流暗化和填埋，也会减少城市治理污染的成本。因此，巨大的经济利益河流价值的片面认知化也成为了城市河流被暗化的直接动因。

城市河流重现工程是一类重要的生态恢复工程。我国对城市河流的生态恢复相关研究较多，林俊强等(2018)对河流生态修复提出了顶层设计的方案，但针对城市暗河进行重现修复的研究文献还相对较少。邓佑峰等(2019)以深圳市观澜河龙华区段为例，对河流暗渠段的水环境影响进行了研究，结果显示暗渠段由于易堆积垃圾等污染物，对整条河流的水质影响非常显著。韩超(2019)通过相关案例提出水系再生的三大模式：以生态修复为目标的再生模式、以经济复兴为目标的再生模式、以文化传承为目标的再生模式。从实施层面看，我国城市河流的重现实践才刚刚起步，一些河流重现工程都是在特定的时代背景下实施的，如2002年北京实施的转河重现工程(张旺, 2004)，联通包公湖和龙亭湖的开封暗河水系再现工程等(王玉洁, 2009)。

美国二三十年代的快速城镇化过程中，城镇河流也遭遇了被填埋的困境(Urban Stream Daylighting Case Study Evaluations, 2007)。美国河流重现工程出现在上世纪70、80年代,主要受到了当时环保热潮的影响，以1972年制定的清洁水法案(Clean Water Act)的颁布为代表。美国的环境保护局制定了一系列可持续雨水管理的最佳管理措施（BMPs）。很多城市都开始对不透水地面进行控制，一些城市的雨水费跟不透水地面比率也直接相关(李俊奇, 2010)。在这些政策的引导和鼓励下，河流重现工程得以快速推进实施。近年我国也开始对城市雨水管理及排水防涝工作加大重视，2015年开始在全国范围内推动海绵城市建设试点以及黑臭水体整治工作，越来越多的城市为了解决城市排涝安全及水环境问题，开始关注到河流重现工程。如福州市在黑臭河整理中，规划将洪阵河的暗渠打开治理，并将其作为黑臭治理的重中之重。可见，对城市暗化河流的重现改造研究具有重要的现实意义。

1 多维视角下城市河流价值的重塑

城市河流既有自然河流属性，又有其特殊性，其不同于大江大河，汇水区面积通常较小且开发建设面积比例高，受人类活动干扰大，这些均使得城市河流具有纳污负荷重、降雨瞬时流量大等特点。城市对河流的功能需求也更为综合复杂。首先，城市河流是城市水系统的重要环节，发挥着供水、排水、净水以及雨洪调蓄等功能，是城市水系统的重要空间载体(邵益生, 2014)；其次，城市河流线性连续的自然空间属性，使其成为城市开放公共空间的最佳选择，沿着城市河流最适宜建设城市绿道，城市滨水空间也常被当做重要的城市公共活动场所，城市核心景观塑造之地。最后，城市河流也是城市生态系统的重要组成，是城市水生、水陆两栖及鸟类等生物重要的栖息生存空间，是城市生物多样性最为丰富的地区；城市河流也是天然的风廊，有利于城市空气流动，减轻城市大气污染物累积和缓解城市热岛效应。

综上，城市河流的功能可概括为3个层次，为城市服务、为人的活动服务、为生态系统服务。城市功能和价值也应当从城市水系统、城市公共空间体系、城市生态系统3个维度去识别和认知。系统完整地认识河流的价值，是城市合理保护和利用河流的重要前提。

2 美国河流重现案例评析

通过对美国多年实施的河流重现案例进行梳理，本文试从优化城市水系统、提升城市公共空间以及改善城市生态环境3个维度，选择代表性案例进行介绍。

2.1 优化城市水系统导向下的河流再现

2.1.1 净化雨水为主自然河流具有自我净化能力，而一旦变成暗河，水生态系统会遭到严重破坏，渠化河道流速的增加导致污染物停留时间缩短，水体自净能力大幅下降。因此，河道重现无疑对水环境生态的改善具有重要意义。

美国桑顿河水质净化渠是一个以环境改善为主的河流重现案例(The Thornton Creek Water Quality Channel Final Report, 2009)。桑顿河流域位于西雅图东北部的城镇高密集建成区。该改造项目处于桑顿河的源头段，控制流域面积约2.8 km2。上世纪50年代，项目所在河段周边开发为办公区，河流被暗渠化。

图1 桑顿河水质净化渠平面图（作者改绘）Fig.1 The layout of the Thornton creek water quality channel

图2 桑顿河水质净化渠实景照片Fig.2 The picture of the Thornton creek water quality channel

1994年，西雅图城市总体规划将该地区确定为城市中心，围绕这条暗河该如何整治的问题始终困扰着西雅图市政府。直到2013年，西雅图市最终明确要重现这段河流，并结合雨水绿色基础设施建设进行改造。河道设计为跌水池、多级生物滞留池、沉淀池三部分(图1)。其中，多级生物滞留池承担着净化功能。超标降雨会通过保留的排水管道排到下游，以保证此段河流水质净化功能的正常运行。改造后的水质净化渠，成为了连接城市与下游河流的重要生态过渡，对下游河流水质的保持发挥了重要作用(图2）。

2.1.2 扩容防洪为主河道暗化渠会导致城市的排水空间大为缩减，超标的雨水会沿着地面汇集，遇到大暴雨时就很容易产生城市内涝问题，这在美国东部高密度地区更为多见。

密西根州阿卡迪亚河(Arcadia Creek)重现工程就是一个在城市高密度建成区的改造案例(Daylighting Streams: Breathing Life into Urban Streams and Communities, 2000)。阿卡迪亚河位于密西根南部卡拉马祖(Kalamazoo)市中心区，在100多年前该河流就因城市建设埋入地下。但随着城市的扩张，原有的地下暗沟排水能力已变得非常不足，城市中心区洪涝频发。

1986年，卡拉马祖市重新启动了中心城区13片街区的更新规划，希望解决该片区的洪涝问题，同时重振老城区活力。综合经济技术及可实施性等多方面因素，最终确定在上游5片城市街区实施河道重现工程(图3)，改造河道总长度约470 m。由于当地地下水位已明显下降，为增强河道保水能力，选择了硬质化河底。受中心城区两侧开发建设的限制，5片改造街区中3个片区的河段采用混凝土垂直人工护岸，以保障有充足的行洪空间。另外两个片区的河道护岸结合绿地广场设计为梯级自然护坡。下游未改造的9片街区在保留原有暗渠的同时新建了一个排水管道，以满足防洪排涝的安全要求。

阿卡迪亚河项目建成后，城区的洪涝问题得到有效解决，下游社区不再需要购买洪水保险。美国的洪水政策在很大程度上是受联邦应急管理局(FEMA)管理的国家洪水保险计划(NFIP)影响，在洪泛区的社区必须通过联邦政府购买洪水保险。恢复后的河流周边广场每年都会举办艺术节，成为极具吸引力和活力的文化场所(图4)。

2.2 提升城市公共空间体系导向下的河流再现

图3 阿卡迪亚河改造范围Fig.3 The location of the daylighting of Arcadia creek

河道重现会为城市增加更多水域和绿地的自然公共空间，可吸引人气，为城市带来了更多的活力和发展动力。草莓河(Strawberry Creek)是美国河流重现工程实施较早的一个案例(Daylighting new life for buried stream, 2000)。草莓河位于加州伯克利市的一个商住混合社区内。历史上由于铁路的建设，河道被迫埋入地下，而当铁路不再使用时，这块场地便遭到废弃。1984年，政府希望能够重新利用这片废弃地，并计划改造为城市公园(图5）。场地内约60 m长的河道得以恢复，为公园设计提供了不可多得的自然要素和亮点。通过河流重现工程的建设，使曾经犯罪率最高的区域成为了环境友好型、景色迷人的城市魅力地区(图6)。重现后的河道也增强了城市的防洪能力。附近的旧砖房被重新利用为办公场所及商业店铺，带动了城市功能的复苏。

2.3 改善城市生态系统导向下的河流再现

图5 草莓河河改造范围图 Fig.5 The location of the daylighting of Strawberry creek

在建设密度较高的城镇，重现后的河流不得不选择硬质化护岸以节约空间，而对于建设密度较低的郊区河流，更有条件恢复为接近自然的河流。詹金斯河(Jenkins Creek)重现项目位于西雅图市东南方向的大王县(Daylighting Streams: Breathing Life into Urban Streams and Communities,2000)。詹金斯河上游部分河段在上世纪五六十年代因高尔夫球场建设而被覆盖，河道上游是一个湖泊，下游河段是很多鱼类的栖息地，其中代表物种是大马哈鱼。每年11月至次年1月，是大马哈鱼的上游产卵期，所产幼鱼会在次年2—4月向下游入海洋。由于上游河道暗化，阻挡了鱼类洄游上游湖泊的通道。

1990年，当地政府开始实施河道重现工程，并把主要目标确定为最大限度恢复自然水文生境，满足鱼类洄游产卵需求。根据鱼类洄游特征及对水质净化的要求，方案对河道的流速形态进行了详细设计。恢复河段大部分位于高尔夫球场内，因此方案要兼顾高尔夫球场使用需求。在水系与道路交叉口进行了河道下穿设计，采用直径两米的波纹金属管，管道底部铺垫砾石，模拟自然河道，方便鱼类通过。为了减少河床在枯水期渗流，河道底部下面铺了一层约0.15 m厚的粘土层，在地下泉眼处，依旧精心保留了渗水孔，以加强与地下水的交换，维护适宜鱼类的水温。项目建成后进行了连续3 a的生物监测，结果显示大马哈鱼出现在改造河段区域，实现了既定生态恢复目标。

图6 草莓河河改造前后对比图（上图为改造前，下图为改造后） Fig.6 The Strawberry creek site pre- and post-construction

3 总结与启示

总结来看，美国河流重现案例中城市河流改造的目的包括追求水质净化及防洪安全、改善城市公共绿地空间和维护生物多样性等。这些案例都有共同的特征，它们均重视经济、社会与生态环境综合效益的平衡，注重滨水空间的人性化设计以及与城市片区的整体更新和改造相结合。

我国正从以效率为先的工业文明走向生态优先、高质量发展、高品质生活导向的生态文明时期。重新审视城河关系，是实现城镇向生态优先、绿色发展转变的重要前提。从多维度去审视城市河流的价值，将暗化河流重现，既有助于增加城市的蓝绿空间，改善城市的生态环境，也能为居民提供更多的公共活动空间。结合美国河流重现案例的经验总结，对我国城市暗河重现恢复工作提出以下几点建议。

3.1 多角度评估城市河流恢复的实施

暗化河流是城镇发展一定历史时期的产物，它符合当时的生产力水平，能够满足一定时期人们生活的需求。河流重现恢复也应当结合城镇发展的客观规律，注重从经济、社会、生态等多角度去综合评估方案实施的可行性。地下河流重现的最大阻碍来自于地面，即土地的权属和利用方式。因此，城市暗河的改造应尽量结合城市片区的整体更新和功能置换，或是城市管网的改造等契机，统一谋划、逐步推动，才能够将河流改造的成本分摊，做到综合效益最大。

3.2 合理确定城市河流的生态恢复目标

根据国外的相关研究(Christopher et al,2005)，河流流域不透水地面比例达25%～40%及以上的河流，很难完全恢复到河流开发前的状态，只能恢复河流的部分功能。美国城市河流的改造目标都没有设定为恢复自然河流。中国城市的平均建设密度远高于美国，城市河流恢复为自然状态更加困难。因此，应客观理性地审视河流重现目标，结合城市流域的特征综合确定。对于硬化比例较高的城区，将河流恢复为城市雨水绿色基础设施或防洪蓄洪空间更有现实意义。