十堰市神定河城市段河道景观生态修复技术∗

宋 俊 张德顺 李科科 有祥亮

1 同济大学建筑与城市规划学院 上海 200092

2 上海市园林科学规划研究院 上海 200232

众多城市依河而建,河流成为影响城市发展的重要因素之一,是政治、经济、文化多方面的综合载体[1]。近年来,随着生产力的发展与城市化进程的推进,排污、开垦、工程建设使城市河流水生生物多样性下降,水生生态系统退化,其结构的变化导致自我调节能力下降、功能减退,对社会、景观、生态产生了严重的负面影响,河道生态修复成为了日益突出的专业课题。改善水环境、提升景观质量、完善生态系统成为城市河道改造的重要内容。生态修复技术作为融合风景园林与生态的交叉工程是城市河道治理的重要手段。

国外对于河道生态治理方面的研究和实践相对较早,1938年德国著名学者塞弗特(Seifert)[2]提出了“近自然河溪整治”(Near Natural Torrent Control)的概念,认为应该尽量使河流治理接近自然园林的效果。19世纪50年代德国学者又创立了“近自然河道治理工程学”[3],为早期河流生态治理提供了重要的理论支撑。19世纪60、70年代,奥德姆(Odum E.P.)[4]第1次提出生态工程方法(Ecological Engineering Methods)的概念,主张将生物学和生态学有关原理、技术手段应用在解决环境问题的过程中。19世纪90年代,有学者在生态工程的基础上提出了生态护坡的概念,建议综合采用植物、土木工程以及一些对环境危害较小的材料对坡体进行稳定,从而达到减少坡面水土流失、调节土壤水文的作用。相比国外,我国相关方面的研究起步较晚。董哲仁[5]在2003年提出“生态水工学”(Eco-Hydraulic Engineering)的概念,建议在利用水资源的同时需要注意不能破坏生态系统。此后,国内一些学者相继开展了关于生态修复工程的理论和技术运用研究。全国不少省市地区也在城市河道景观生态治理方面积累了许多宝贵的实践经验,其中比较有代表性的包括上海辰山植物园水体生态修复与水质维系工程、杭州市长桥溪水生态修复湿地公园工程设计、北京市转河的河道景观整治修复工程、合肥市环城公园改造工程等优秀案例；常见的城市河道景观生态修复技术有种植水生植物、河床空间改造、河岸生态改造等。

1 神定河概况

1.1 流域概况

神定河位于湖北省十堰市城区中部,发源于茅箭区大川镇老龙垭,上游主要是百二河、岩洞沟两个水库和牛头山森林公园,神定河自西南向东北流经十堰市茅箭区和张湾区,在郧县茶店镇王二沟流入丹江口水库,是汉江中游的重要支流[6]。神定河全长53.3 km,流域面积270 km2,河流两岸常住人口约60万。神定河多由山溪汇集而成,昔日山洪暴发时,河水猛涨,只有祈祷神灵来安定,故名神定河[7]。

该生态修复方案涉及河道总长度7 137 m,起点为张湾区八亩地,终点为张湾区与郧县交界处。河道整体分为3个区段:OA区段,起点O(张湾八亩地)至A(十堰公交站),长2 437 m；AB区段,A(十堰公交站)至B(龙潭湾),长2 025 m；BC区段,B(龙潭湾)至终点C(张湾区与郧县交界处),长2 675 m。在充分考虑科学性、功能性、经济性和艺术性的前提下,合理选择园林治理工程或工程组合模式。治理过程中为保证神定河行洪安全,确定河道蓝线范围60 m左右,局部开阔地带可进行拓宽。河道蓝线范围内的河道总面积为37.69 hm2。

1.2 问题分析

1)降水量少纳污量大。神定河流域降雨受季风影响,丰水期枯水期交替频繁,年降水主要集中在4—10月,该阶段降水量占全年降水量约85.1%,年内降水分布不均。神定河流域多年平均降水量为842.7 mm,降水量较少且受到上游水库的拦截,导致神定河来水量较少。神定河接纳了十堰城区主要的生活污水、工业废水、城市面源污染等,纳污量巨大且成分复杂。接纳城区生活污水量为2 784万t/a,占十堰主城区总生活污水的79.45%；接纳工业废水量为1 054万t/a,占十堰主城区总工业废水的64.4%[8]。

2)工程化建设及土地利用过度。神定河上游建设了大大小小的水库,在早期的项目建设中,生态和景观没得到有效重视,水系的循环系统受到破坏,导致水体生态失衡。另外,城市不断扩张,河道堵塞和侵占的现象司空见惯,大量的河道流经地由绿地或农田变为住宅商场或工业厂房,神定河流水断面不断缩小,加之为了提升行洪能力,对河堤及河床做了硬化处理,河道生态循环系统受到损伤,自我修复能力急剧下降。

3)景观品质差。神定河河道驳岸硬质比重过大阻隔了水流与自然界面的有效融合,硬质铺装年久失修陈旧不堪,绿地景观支离破碎,游客可达性差；滨河绿地选用的植物材料过于单调,本地树种种植较少,群落垂直结构中大乔木、小乔木、灌木、地被层次错乱,季相失序、色彩嘈杂,景观品质低劣,加之河道藏污纳垢,空间逼仄,居民无景可游；神定河无法满足居民的宜居需求。

2 神定河景观生态修复技术

2.1 修复原则

1)生态性原则。构建健康生态系统是神定河景观生态修复的重点。生态工程的设计既要符合生态学原理,又要结合神定河实地情况改造驳岸与河床,构建有利于生物多样性完善的自然河道,形成丰富的生物栖息环境,满足不同生物物种的生长需求,从而使水体岸带能量、信息交流与物质循环达到理想状态。

2)河道景观与功能协同修复原则。将神定河水环境治理、水生态修复和水景观提升统筹考虑,在净化神定河水质,保证河道行洪的同时,突出其生态功能和亲水性营建,建造水质生态均衡、景观优美的空间载体。治理过程中充分结合景观工程与水利工程,使整治后的神定河河道与两岸景观相得益彰,既可以提升城市面貌、改善居民居住品质,又可以恢复河道空间活力、激活绿地空间。

3)突出人文价值和游憩功能原则。神定河作为一条流经城市主城区和山区的河流,承载着市民生活和城市经济发展的综合功能。神定河是十堰市居民生产、生活的核心空间,也是旅游观光的重要场所,作为十堰市发展的历史缩影,神定河积淀了深厚的人文底蕴,因此,恢复其生命力需要对人文价值和游憩功能进行复合叠加。

2.2 水生植被的修复

水生植物不但是生态系统的重要组成成分,还具有水质净化的能力,其在生命周期中不断从水体中吸收所需营养元素、有机质以及各种污染物和重金属[9]。此外,水生植物不断地通过光合作用向水中释放氧气,有效促进水体中的微生物新陈代谢。水生植物的根系发达,可吸附水体中悬浮物质[10],某些特殊种类的根系能分泌抑制水中藻类生长的物质,可有效抑制藻类疯狂生长,有效提升水质[11]。

2.2.1 水生植物的选择

神定河水环境治理对水生植物的选择主要考虑两个原则:一是优先选用本地物种或适宜当地气候条件的物种；二是选择自净化能力强的物种。水生、湿生植物是神定河河道生态系统的核心组成部分,选择适当配置比例的水生或湿生植物可达到相应的净水功能和景观效果。选用的湿生植物分为沉水植物、漂浮植物、浮叶植物、挺水植物、湿生草本植物、湿生木本植物6大类[12]。常用的湿生植物及其对水质的净化作用如表1所示。

表1 常用湿生植物及其对水质的净化作用

2.2.2种置设计

神定河湿地公园的湿生植物群落设计采用乔、灌、草组合搭配。乔木主要选用当地物种,如池杉、垂柳、枫杨、旱柳等,以不同体态高度搭配种植；中层搭配灌木丛丰富层次；最下层配以草本植物,主要采用当地长势粗放的植物,形成疏密有致的植物园林,营造自然野趣。水际岸边是游人参与较多的区域,选择观赏效果好且适合大面积密集种植的湿生草本植物如菖蒲、千屈菜、美人蕉等,既能起到隔离游人与保护湿地的屏障作用,亦可形成陆地和水面间的有效过渡带。浅水区种植了花期长且对水质净化能力强的挺水植物或浮叶植物如香蒲、再力花、荷花、睡莲等,并通过木栈道、慢行通道把神定河浅水区水景与两岸绿地系统串联成有机整体,增强游客的亲水性与游览过程中的趣味性。深水区选用以沉水植物为主、漂浮植物或浮水植物为辅,重点选择金鱼藻、黑藻、眼子菜、水鳖、菱等,有效增加水体与植物的接触面积,提高污染物的削减力度,丰富水体景观。河道横断面植物配置如图1所示。

图1 河道横断面湿地植物配置

2.3 河道空间修复

2.3.1 设置生态浮岛

生态浮岛是一种水景观提升与水环境改善相兼顾的实用技术,该技术模仿水生植物自然生境,在水面上设置浮岛平台,将一些观赏效果比较好的水生植物种植于浮岛平台上,定期收割以消减水体污染物及保证景观效果。生态浮岛布置于神定河水面较宽流速较缓的区域或岸线比较僵硬笔直的区域,呈自然式布置,既丰富河道空间层次,又提升观赏价值。浮岛内选用生长周期长、观赏效果好的水生植物如慈姑、凤眼莲、菖蒲、石菖蒲、水芹、再力花等[13],这些水生植物根基网络样的微生态小环境具有典型的活性生物膜功能,对多种污染物有很强的富集、吸收和分解能力,水质净化能力优良。因此,浮岛的布设不仅提升了神定河的景观,也改善了其水质,生态效应明显。

2.3.2 设置跌水坝

神定河改造段河床存在较大高差,依据地形设置了多个卵石跌水坝,每个跌水坝设计高度为0.5 m,每隔500 m设置一道跌水坝,整个治理河段共设置14个跌水坝(表2)。经跌水坝拦截的急速水流形成了多个缓流区域,增加回水面积,拓宽水面,增强了河道的观赏价值,且为鱼类等水生动物创造相对安全的生息繁衍场所。缓流区域为曝气后的污水提供了回旋滞留场地,延长污水滞留的时间,增加了污水与水生植物以及水底附着细菌接触的机会,达到了更好的净水效果。经过跌水坝跌水,河水溅出大量水花,氧气和水的接触面积增加后水体中的溶解氧含量也得到增加,促进了水质改善进程；同时也形成瀑布跌水,丰富了视听景观[14]。

2.3.3 构建深潭浅滩

自然中的河流包含弯流、瀑布、滩涂、湿地、三角洲等丰富形态,自然蜿蜒向前流淌。过去对神定河的治理是为了满足城市防洪安全需求,最大限度化曲为直,加之神定河受到现状地形高程的桎梏,河流断面狭窄、流速快、污染物难以沉淀。在景观修复中,在水平方向上将神定河河道形态化直为曲,最大限度还原神定河自然机理,恢复其自然弯曲状态；在垂直方向上丰富神定河的竖向设计,建造深潭浅滩,如桩号3+000过水断面由改造前的70 m宽变为95 m,断面面积由改造前的9 m2变为24 m2。在主河槽的两侧新增坑塘,并与主河槽相连,一方面扩大了水域面积,另一方面增加了河流与植被的接触面,减缓了神定河水流速度,有效提高了污染物沉淀效率。在神定河河床的低洼处形成深潭为鱼类等水生生物提供生长繁衍场所,在浅滩处形成小岛,为湿生植物与水鸟提供生长生活环境。在确保神定河行洪安全的前提下,改造后的河床为水生生物提供多样性的栖息地,使神定河集防洪、生态、景观功能于一体。

表2 各区段跌水坝设计表

2.4 河岸生态修复

神定河现有河岸应改造成生态驳岸,生态驳岸是顺应水环境保护,综合应用景观工程、水利工程、生态修复工程技术于一体的护岸形式,其承担重要的景观和生态功能,是河流景观生态改造中最可操作,最易实施的部分。生态驳岸拥有可渗透的河岸基底,能提供湿生、水生动植物为主体的岸栖生物共生的生长环境,充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调节功能[15],且创造出可游览的景观载体,拉近居民与河水的空间距离。

1)植物驳岸。神定河OA河段处于城郊城乡结合部,局部河道一侧靠山,原生植被系统健康,该区段河道治理宜采用植物驳岸,模拟本地植物群落,合理搭配陆生、湿生、水生植物群落。选用本地根系发达的品种如垂柳、旱柳、榔榆、枫杨、夹竹桃、狗牙根、千屈菜、再力花等,组成层次分明、疏密有致、充满野趣的自然植物景观,在防止河水冲刷堤岸的同时又满足河道景观提升的需求,使新建的驳岸很好地融入神定河自然景观体系。

2)石笼网驳岸。除掉神定河AB段原有生硬的毛石砌筑驳岸,利用石笼网作驳岸,石笼网内填充毛石、草炭土和土壤按固定比例配比的混合物。石笼网应用灵活,能结合河岸的不同高差、坡面自由变形,形成具有抗洪能力强且透气的生态驳岸。石笼网内的填充料空间隙度高,能为动植物生长提供良好的生长基底,石笼网驳岸不仅能护岸防洪,还可为水生动植物创造适宜的生长空间,是有效的水陆链接带。

3)打造亲水平台。在神定河河道较狭窄的区段,沿岸设计架空的带状连廊,居民步行通过步梯或坡道进入河道亲水空间。在神定河河道较开阔的区段,扩大自然驳岸面积,设计成自然缓坡驳岸,改造成滨水公园,公园内建造慢行步道、观景台、凉亭、茶室配套设施等,为游客提供休憩空间。关键节点处设置雕塑、汽车工业历史展览馆,以纪念神定河在十堰市汽车工业发展史上做出的贡献。在保证神定河行洪安全基础上最大限度上还河道空间于民,从而提高神定河河道景观的生态与社会价值。

3 结语

近年来,十堰市神定河景观生态修复技术对水环境、水景观、水生态的改善和提升起到了很大的促进作用。在修复过程中主要用到了种植水生植物、河床空间改造、河岸生态修复3种核心技术。通过这些景观生态技术的实施,神定河水质得到较大的改善,水生生态系统进一步修复,水体景观得到了进一步的提升。

当前随着工程技术的改进和人们思想观念的转变,对河道修复又有了更高的要求,只重视抗旱和防洪的老旧水利工程思维被彻底摒弃,转而面向有自然面貌、景观怡人、地域文化丰富的河道建设,建造具有自然河道空间要素,以及适合各种生物栖息,并能让居民与水亲密接触的生态型河流。随着项目的不断积累,各种景观生态技术还会持续深化和应用。