人水共生视角下城市河流生态修复研究与实践

2022-02-13梁尧钦梅娟

人民黄河 2022年2期

梁尧钦梅娟

摘要：城市的形成和发展与河流水系密切相关。受城市蔓延与人口扩张影响，水质恶化、生态受损、生境退化等成为城市河流普遍存在的问题。结合人们对河流在安全、生态、景观等方面的需求，探讨了城市河流生态修复的策略与技术措施。以临汾涝洰河和兰州黄河沟道为例，探讨了弹性型和紧缩型河流的生态修复和景观营造策略。临汾涝洰河作为弹性型河流，重点聚焦河堤结构调整、河道平面形态重塑、河岸缓冲带修复及休闲活动空间营造。兰州黄河沟道作为紧缩型河流，在堤岸沿线及河道内部寻求机会，在保证行洪安全和堤坝稳固的前提下，结合海绵设施、生态浮岛等进行生态化改造及多级景观平台营造，以期实现人水共生的可持续发展。

关键词：城市河流;生态修复;人水共生;兰州黄河沟道;涝洰河;临汾市

中图分类号：TV212.5+2;X171.4 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.018

引用格式：梁尧钦，梅娟.人水共生视角下城市河流生态修复研究与实践[J].人民黄河，2022，44（2）：89-93，99.

Abstract： The formation and development of cities are closely related to river system. However， affected by urban sprawl and population expansion， frequent floods， water quality deterioration， ecological damage and habitat degradation have become common problems in urban rivers. In view of the above problems and combined with people’s demand for river safety， ecology， landscape and other aspects， strategies and technical measures of river ecological restoration were discussed. Taking Laoju River in Linfen and the Yellow River channel in Lanzhou as examples， it put forward ecological restoration and landscape construction strategies for the two kinds of urban rivers， namely an elastic river and a compact river. As an elastic river， Laoju River in Linfen City was focused on the adjustment of river bank structure， the reconstruction of river plane shape， the restoration of riparian buffer zone and the construction of open space. As a compact river， the Yellow River channel in Lanzhou City was focused on seeking opportunities along the embankment and inside the river. On the premise of ensuring flood safety and dam stability， combining with sponge facilities and ecological floating islands， ecological transformation and multi-level platform construction were carried out， so as to realize the sustainable development of human-water symbiosis.

Key words： urban river;ecological restoration;human-water symbiosis;Yellow River channel in Lanzhou City;Laoju River;Linfen City

逐水而居是人類选址定居的基本模式，世界上几乎所有的历史名城都和河流紧相毗邻[1]。河流是人类社会经济发展的重要支撑，承担着防御、运输、供水、休闲、清洁城市、生物栖息等综合功能。城市河流与人类生活、生产关系密切，受人类活动影响，现代城市河流出现了许多问题，表现在洪涝灾害加剧、河道渠化、水质恶化、水陆交错带丧失、生物多样性锐减等[2]。各国河流治理都经历了从水利治河向生态治河的转变。20世纪30年代，河流生态修复理论初步形成，德国塞弗特在1938年首先提出了“近自然河流治理”的概念，这是人类对河流实施生态修复的开端[3]。20世纪中叶，河流生态修复理论不断发展，修复重点逐渐由单一的河流水质保护转变为多自然生态修复，以德国、瑞士为代表的欧洲阿尔卑斯山区相关国家采用“多自然型河道生态修复技术”，在河川生态治理方面积累了宝贵经验[4]。20世纪80年代起，河流生态修复理论与实践全面展开，相关技术日渐成熟并不断创新完善。日本多自然型河川工程，在保证城市生态系统多样性的同时，更强调城市河道空间与市民游憩功能的整合。新加坡“ABC水计划”同样强调河流的可亲近性，并注重景观的打造和自然岸线的保留，同时融合了雨水管理、水敏感性设计等理念。我国对近自然河流的研究起步较晚，最早起源于生态学和水利学。20世纪90年代，刘树坤[5]提出“大水利”理论，为我国河流生态修复奠定了理论基础。董哲仁[6]提出的“生态水工学”立足生态学理论与工程学科的融合。2005年至今，我国河流生态修复理论与实践逐步发展，但大多仅关注水利、生态或景观某一方面的功能，侧重于水质净化、近自然治理、生态景观建设相关技术与方法的研究，对城市中人水关系密切、人地矛盾突出的河流生态修复研究尚待深入。

纵观人类与河流的共存发展史，大致经历了原始自然、工程控制、污染治理和生态系统综合修复4个主要阶段[7]。党的十九大报告提出“坚持人与自然和谐共生”，对人水关系提出了更高层次的要求。共生在医学界或生物界指两种不同物种之间互相依赖所形成的互利关系。人水共生是人与水互相依靠、共同发展，综合考虑人文系统和水系统的一种更加积极健康的人水相处模式。河流生态修复要与所处人类—河流关系的阶段相适应，比如在未完成污染治理时，很难营造出良好的生物栖息环境。同理，在实现了生态系统综合修复的阶段目标后，河流生态修复才将迈进人水双向互动共生的更高阶段，其理想状态是人文系统依赖水系统，水系统通过人的修复治理更加健康有活力。

笔者从人水共生的视角，探讨城市河流的生态修复方法。城市河流主要有紧缩型河流、弹性型河流和开拓型河流3种[8]。其中，开拓型河流指渠化河流完全脱离原有的躯壳，重生为一条在形态、功能和流动模式上都更近似于自然的河流，是较为理想化的一类河流，其修复策略与弹性型河流有诸多相似之处，仅河流形态及空间设计上有所不同（可参照自然河流），且开拓型河流对人水共生体现不足，因此不作为重点研究对象。本文以临汾涝洰河和兰州黄河沟道为例，探讨弹性型和紧缩型两大类河流的生态修复和景观营造策略，力求实现城市河流在水利、生态、景观、社会等方面的综合效益。

1 河流生态修复策略与技术措施

河流生态修复缘于以人类为中心的用水、治水工程所导致的河道淤积、水质恶化、生态功能衰退等问题。河流生态修复的目标是恢复河流的健康状态，实现人与河流和谐共生，其核心并不是简单地使河流恢复到原始状态，而是通过适度人工干预，使河流受损功能恢复到接近期望的理想状态，即修复其物理、生物和生态过程，同时提高河流生态价值和生物多样性，在遵循河流自身发展规律的條件下满足人类发展的需要。

河流生态修复主要包括水文特征、水环境质量、结构形态和生物种群结构修复4个方面[9]。水文特征主要通过调节水利工程运行和调度方式，恢复河道水文平衡，改善生态环境条件;水环境质量可通过物理、化学、生物多种方式，从源头、中途、末端全面修复被污染的水体;结构形态通过自然生态工法，恢复河道的连续性、连通性和多样性;生物种群结构通过生物技术、生境营造，恢复和提高生物多样性。在制定河流生态修复规划时，应对河流形态、河道断面、驳岸类型、亲水设施等要素进行系统分析，通过对关键胁迫因子的识别，有针对性地确定生态修复技术重点，制定综合而非单一的修复技术措施，见表1。

2 弹性型河流生态修复策略

城市弹性型河流指河流本身被堤坝和防洪墙所围合，但仍具有一定空间进行生态拓展，潜在拓展空间可选择堤内或堤外的绿地、防护带等[10]。涝洰河位于临汾市老城北部，向西汇入汾河，其周边现状多为耕地、滩地和散布的村庄，片区控规主要为城市多功能用地和绿地，是典型的弹性型河流。规划重点聚焦河堤结构调整、河道平面形态重塑以及河流自然属性修复。同时充分利用堤内外空间，借河岸缓冲带弹性泛洪，营造生态友好型动物栖息环境，并为城市居民提供休闲活动场所。

2.1 河堤调整及河流形态近自然设计

涝洰河两岸有数10 m宽的河岸缓冲带，南岸规划防洪堤马上要建设实施，形式为硬质直线堤岸，而此类堤岸结构硬化、形态规整、功能简单，是导致城市河流自然生态系统恶化的主要原因，现状北岸防洪堤近4 m的落差阻隔了人们的亲水需求。设计师和生物学家与水利专家讨论确定，防洪堤位置南移至规划市政路（见图1），保证河滩地生态系统的完整性和连续性，为恢复河湖水域生物栖息环境创造良好的用地条件。同时在原规划堤坝一带增加20 a一遇堤防，结合不同防洪要求形成多层景观，实现防洪与景观功能融合。

堤岸南移后如何合理设计岸线形态、建设近自然形态的河流是需要解决的下一个问题。水利设计师按常规做法提供基本等宽的河道及相关数据，景观设计师统筹安排河道与滨水区绿地及园林设施。之后水利专家根据景观设计的河道条件重新推演水面线，对需要加高堤防或加深河道的地方提出设计要求，最后调整水形和地形形成最终方案。在河流形态设计中，重点是处理好“水-河滩-人”三者之间的动态关系，在尽量保留原河道自然蜿蜒形态的基础上进行人工拓宽或加深，营造湿地、河湾、深潭、浅滩等多样的河流形态。

2.2 多种形式水源的水量保障系统

涝洰河中游主河道目前已断流，为保证未来城市水质水量，规划将雨水和中水作为城市生态用水。规划在污水处理厂西侧河滩地营造人工湿地，对中水进行生物净化，将中水再处理与地形条件相结合，局部低洼处营造水景观;同时，利用场地高差营造景观微地形，建立汇水沟渠，加强雨洪管理，充分收集地表径流和雨水，并经过植草沟、滞留池等海绵设施过滤后汇入主河道，见图2。通过城市雨水收集、中水回用以及湿地净化，构建多种形式的水量水质保障系统。

2.3 河岸缓冲带泛洪湿地建设

退堤增加的洪泛区是河流的重要组成部分，既为河流分担排洪压力，又能有效防止城市内涝[11]，同时作为生态廊道，为鱼类及过境鸟类提供适宜的生境。规划合理利用洪泛区，将人的活动范围与生物栖息空间分区管理。

近水区水生与湿生植被带包括河道、净水面、滩涂、岛屿、次生林等，为关键目标物种提供多样的栖息环境。开敞植被带为过渡地带，以水生、湿生、灌木、草本等低矮植被为主，为蜻蜓、两栖类动物提供生境，同时设计石汀步为人类探索活动提供空间。疏林草地带考虑淹没频率及水深，建设河滩湿地，营造人类休闲游憩场所，兼顾亲近人的动物的生境需求。堤坝沿线营造密林区，结合市政路绿化形成滨河风景林带，见图3。

2.4 栖息地生态化设计

丰富栖息地的生物多样性，营造多空隙生境是河流生态恢复的重点[12]。在栖息地中保留枯木、树根、树洞、乱石堆、土丘等，种植水生湿生植物，丰富动物栖息、觅食和繁衍的空间。调查发现，岸边带缺失及河床堤岸硬化导致水生和两栖类动物在河道大流量过流时缺乏避难所，因此规划设计生态护岸坡脚，为鱼类、蛙类等水生动物和两栖类动物提供栖息空间。同时采用石块群、岩洞为小型爬行类动物提供潜在洞穴，水中岛屿、水边灌丛为鸟类提供栖息繁衍场所。

2.5 人与河滩地的互动

人类活动区是人水共生理念的重要承载空间，规划建设河滩地公园，加强“水-河滩-人”互动。适当增加休闲活动、科普教育场地，设置漫步道、自行车道、亲水平台、栈桥等，丰富市民亲水空间，拉近河流与人的关系，见图4。设计中利用微地形、草坪、林地营造儿童游戏、林地拓展等活动空间，并结合湿地让市民在河畔、泥潭进行露营、戏水、观鸟、捉蟹等自然体验活动。

3 紧缩型河流生态修复策略

紧缩型河流城市用地与河流关系紧密，可利用空间狭小，堤坝的形态和稳固性不可随意调整，这类河流在城市中较为多见[10]。兰州黄河沟道作为紧缩型河道，城区段河道顶宽均在40 m以下，两侧与建设用地相邻。规划重点在河流堤岸沿线及河流内部寻求机会，在保证行洪安全和堤坝稳固的前提下，以点带线进行驳岸生态化改造和多层景观平台建设，并结合海绵设施、生态浮岛改善河流生态环境，见图5。

兰州处于西北干旱地区，水量匮乏，因常年无水，故沟道不断被建筑物、市政管线侵占，成为城市堆填垃圾、排放污水的消极空间。由于河道坡度陡，洪水流速快，因此雨季河流两岸冲刷非常严重。针对上述问题，基于沟道的详细调研，提出三大解决策略，制定菜单式生态修复和环境整治措施（见表2）。

第一，还空间于冲沟，保障行洪安全。拆除侵占蓝线的违章建筑，清除冲沟建筑垃圾和生活垃圾，疏通行洪通道，并制定详细的政府工作方案及保障措施。

第二，整治冲沟环境，发挥生态作用。结合场地条件对驳岸进行分段生态化改造;结合海绵设施建设，吸纳蓄滞周边雨水;通过生态岛和栖息地建设，构建河流生态网络。

第三，功能复合利用，激发活力空间。在保障防洪安全的基础上，营造可淹没的多级景观，最大化提高绿地利用率，将现状消极空间改造为激发城市活力的积极空间。

3.1 护岸生态化改造

现状城区段河流为硬质护岸，上游段为自然护岸，重点对城区硬质护岸段进行生态化改造。生态化是结合河流岸坡的坡度、水流特征和土质条件等因素，根据不同洪水流量和水位，设计岸坡及防护结构并验算其稳定性。行洪压力大的河段仍使用混凝土护岸，但结合内衬块石、石笼墙构筑梯状台阶等方式进行近自然改造。对满足生态化改造的河段，采用置石驳岸、钢丝石笼等方式，尽可能减缓护岸坡度，降低护岸高度，提高护岸粗糙度。

3.2 海绵设施集水净水

对于西北干旱地区的季节性河流，设计一个既能保证河流水量又能满足行洪安全的河床尤为重要[13]。首先，构建场地的雨水收集系统，通过雨水径流分析及设计将周边雨水汇集至河道内自然下渗;其次，通过局部疏挖、拦蓄拓宽河道，营造雨水花园，洪水期雨水经植草沟长距离流动、过滤、净化后汇入主河道，见图6;再次，在洪道等级较高，雨洪流量较大的沟道，上游建设沉沙池，集蓄夏季雨洪补充河道水体，下游利用原河道相对低洼的区段，改造形成蓄水区，结合植物种植延缓水体干涸。在水环境整治方面，实行“源头、中途、末端”系统管控，末端结合湿地进行水质净化。

3.3 生态岛建设

在常年有水、流速较慢的沟道较宽段，运用生物工程技术，以土质岸坡为堤，局部抗压固定，构建生态岛，隔离人类干扰，以较小的生态空间实现多样的生物栖息场所，见图7。以生态岛为踏脚石，结合河流生态化改造，构建城市生物完整而连续的生物通道，为昆虫、鱼、虾、蟹、软体动物等提供庇护所，为越冬鸟类提供多样的食物选择，形成健康循环的河流生态系统。

3.4 多层平台构建

在行洪安全的前提下，建立多层次复合景观系统是紧缩型河道亲水性设计的重要方式。纵向上采取驳岸分段改造，城區入黄河段人流量大，结合城市广场设计跌水景观和亲水平台，促进人与水的亲密接触，并与周边商业、居住区相融合;城外段通过生态改造，营造自然景观;中间段根据行洪和场地条件适当增加亲水空间，兼顾安全、生态与人类活动需求。横向上采用复式断面扩宽河道，营造多级可淹没的景观平台，见图8。河道上部过流频率低，裸露时间长，可种植草本或低矮乔木，洪水期可作为临时行洪通道。沟底营造旱生湿地景观（见图9），河槽内的子槽是河道非汛期的主要流路[14]，保留野生灌丛自然覆盖，恢复河流的自然生态过程。河堤与子槽之间的洪泛区局部加设卵石步道，提供亲水游览的开敞空间。

4 结语

城市河流的生态修复需要建立在对河流演变规律充分了解和尊重的基础上。对于弹性型河流扩大洪泛区范围是最好的办法，可以营造丰富的生物栖息地类型，还可以成为市民亲近自然、休闲活动的场所，这也是“海绵城市”“韧性城市”所提倡的重要解决策略。对于紧缩型河流，一般受限于用地空间和堤坝形态，且大部分时间呈干涸或少水状态，瞬时洪峰流量大，只能寻找点状或线性空间进行近自然营造。因此，对于不同类型的河流，需要结合场地条件、水文特征等，因河施策制定相应解决方案和改造措施。

人水共生视角下的河流生态修复是生态文明建设时代背景下对河流治理更高层次的要求。重视生态系统健康和人类活动需求，在城市内将河流恢复到近自然状态，并结合人的主观愿望满足生态安全、经济发展、民生福祉、文化积淀等各方面需求。因此，人水共生视角下的河流治理不同于传统的河流生态修复或滨水景观设计，而是一项复杂的系统工程和动态的演变过程，需要协调水利、生态、景观、环境、规划、建设等各学科、各层面。通过综合技术手段，搭建多专业协作平台，水利专业提供洪水和防洪安全计算，生态、环境专业提供技术支持，聚焦生态修复、景观营造和经济社会价值发挥，既保证防洪安全、生态系统健康，又兼顾人民美好生活需要，并落实在河流多样空间的营造上，从而实现河流生态系统的健康循环和人水共生的可持续发展。

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