从凉水河干流综合整治工程看城市河道的生态设计（王绍斌,林晨）

城市河道, 是城市中自然因素最为密集、自然活动最为丰富的地域。同时, 河道流域往往也是城市中最具活力、环境最优美、建筑密度最高、地价最高的区域。城市河道要达到这个目的, 前提是要以优质的景观条件、良好的亲水性、清洁的水质来吸引市民。而大兴土木的水利工程, 对现有河道景观的人为破坏, 使人类和动植物的生存条件及客观环境越来越差。在这种条件下, 对河道进行生态设计的呼声越来越强烈, 也日益得到设计师的重视。

在这样的设计环境下, 在对北京市凉水河干流进行综合整治的过程中, 提出了一个“ 生态设计” 的概念。对凉水河生态设计的目的就是要建成一条富有北京本土特色及丰富自然环境的河流。本次工程生态设计的重点和目的之一就是要保持、重现及创造凉水河原有的、多姿多彩的自然风情。

1 凉水河干流综合整治工程背景

凉水河位于北京市南郊, 干流发源于石景山区, 流经丰台、大兴、朝阳、通州等区县, 是北京市区的主要排水河道之一。按照《北京市防洪规划》, 凉水河干流是城市防洪体系“ 西蓄、东排、南北分洪” 中“ 南分洪” 的重要通道, 即当北京城市西部上游发生较大洪水, 西南护城河流量超过110m3/s时, 为保证城市防洪安全, 要打开南护城河右安门分洪闸, 紧急向南部凉水河分洪。由于近10年来北京城市建设高速发展, 流域内建设面积不断扩大, 地表径流发生较大变化, 同频率洪水流量也大幅度增加。河道行洪能力不足严重威胁着城区的防洪安全。

本次治理是对凉水河西客站暗涵出口——大红门闸段进行河道改造和河岸景观生态设计, 恢复和保持河道的自然生态系统, 尽快使凉水河成为水质良好, 满足城市防洪要求, 景色优美, 满足人们亲水需要的生态河道。

2 什么是河道生态设计

生态设计的定义任何与生态过程相协调, 尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式都称为生态设计。这种协调尊重物种多样性, 减少对资源的剥夺, 保持营养和水循环, 维持植物生存环境和动物栖息地的质量, 有助于改善人居环境及生态系统的健康。

河道的生态设计并不是简单地保护河流自然环境, 而是在采取必要的防洪抗旱措施的同时, 将人类对河流环境的干扰降低到最小, 与自然共存。河道的生态设计要求在河道治理设计中结合当地的自然人文条件, 因势利导地疏导和蓄滞洪水, 合理利用当地材料, 保护节约自然资本, 借助自然的生态过程和自净能力达到整个河道生态系统的可持续发展性。今后的河流建设, 将不再是单纯保护人类生命和财产的建设, 而是尊重地域自然环境, 珍视哺育人类文化与自然共生的河流建设。自然环境丰富的河流是人类的生存基础和人类文明的源泉。

3 为什么要进行河道生态设计

为什么要对凉水河进行生态设计凉水河两岸护坡已闲置多年, 基本没有工程措施, 建筑垃圾、生活垃圾随处可见。河道两岸污水绝大部分直排人河, 河水污浊, 散发恶臭。河底淤积过厚, 淤泥内含有大量化学污染成分。希望对凉水河进行生态设计之后, 能达到以下目的：

(1)保护和营造滨河地带多样化的生态系统。要以各种形式对自然进行修补和复原, 使人与白然和谐相处。

(2)为生物创造富有多样性的环境条件。在治理后使水生植物、水生动物、各种微生物形成一个稳定的系统。

(3)扩大作为生物生存区域的水面和绿化。

(4)形成优美的河道景观, 让河流的形态尽量与自然相接近。

(5)复苏真正的河流，构建一条具有北京本土特色的自然形态河道。

4 怎样进行生态设计

在对凉水河进行生态设计的摸索中, 是从2个方面进行的河道的生态线形设计和河道的生态护岸设计。

4.1 河遗生态线形设计

传统的水利工程多是将河道尽可能地拉直, 河底铺设硬质衬砌。这种一体结构, 特别适合河床稳定。凉水河也不例外。然而, 这种做法对生态环境有很大的负面影响。河道拉直后径流速度加快, 将导致下游地区大量地沉积和淤积, 筑坝、改道使河道的地下水位下降、河道的水量调节功能减弱。缺乏渗透性的硬质衬砌隔断了护堤土体与其上部空间的水气交换和循环, 也在一定程度上弱化了滨水空间的空气环流过程。

本次工程治理后, 河道的线形走向有3个特点：

(1)河道在一定范围内尽可能拓宽。尽量拓宽水面, 在城市中是很重要的。一是减轻了汛期行洪对于河道本身的压力, 二是扩大了水的渗透范围, 以便在土壤中繁殖出更多的微生物。通过绿化和河道扩大化, 给了生物更多的空间。另外, 拓宽河道在补给地下水、抑制洪水径流、净化大气和给城市以润泽舒适方面, 将起到各种各样的作用。

(2)河岸线宜弯则弯。治理前的凉水河如水渠一样, 形状雷同, 水的流动形态也没有变化, 环境条件十分单纯, 只能形成贫乏而不稳定的生态系统。然而, 让河岸线忽宽忽窄的不规律变化, 岸坡也或陡峭或舒缓, 呈现构造上的多样性时, 便会创造出富有多样性的环境条件, 形成丰富稳定的生态系统。水面忽宽忽窄的河流, 其贮水和游水能力也很强, 可使洪水的峰值流量减少, 迟滞径流的蔓延, 收到理想的治水效果。而且, 像这样具有构造多样性的河流,在水质净化方面, 也都处于最佳状态。

(3)河底水泥板衬砌全部拆除, 模拟浅滩和河心洲, 建造跌坎和橡胶坝。有水泥板衬砌的河道, 被切断了与自然环境联系, 慢慢地荒废了, 失去了原有的自然净化作用。而浅滩和落差工程, 使曝气、多种凹凸面的接触氧化和吸附、向着深潭等处的沉淀、动植物及微生物的摄取和消化分解等河流的自净作用大大增强, 生物的生存条件也日益改善。而且, 类似河岸和河底的浸蚀、冲刷和淤积, 这些自然活力的表现应该被允许存在。只有如此, 才提供了新的物种安身立命的可能性。

4.2 河道生态护岸设计

4.2.1 城市河道的护岸类型及存在问题

护岸是水域和陆域的交界线, 护岸设计的好坏, 决定了河道流域能否成为吸引游人的空间, 并且, 作为城市中的生态敏感带, 护岸的处理对于这一地带的生态也有非常重要的影响。

目前, 在我国城市河道景观治理中, 护岸主要采用以下3种模式：

(1)直墙式护岸。这种护岸类型一般用于水面和陆地的平面差距很大, 或者因建筑面积受限、没有充分的空间而不得不建的护岸, 如北京的北护城河、万泉河。

(2)斜墙式护岸。这种护岸相对于第一种护岸来说, 容易使人接触到水面, 但适于这种护岸设计的地方必须有一定的空间。整治前的凉水河就是这种形式的护岸, 整条河道沿用一个断面, 即水泥板衬砌河底, 浆砌石护脚、六角砖护坡。

(3)二层台式护岸。相比于前2种护岸, 这种护岸让人很容易接触到水, 可坐在台阶上眺望水面但它很容易给人一种单调的人工化感觉。如北京的昆玉河。

上述做法虽然能使河道景观看上去显得很整洁、漂亮,但是, 人看到的是被禁锢在水泥槽中的人工河, 而不是自然中的河流。人的亲水性无法得到最大程度地发挥。另外,这样的护岸也会带来许多不易察觉到的负面影响：① 固化并拉直河道, 加速水流, 易加大对河槽的侵蚀力, 并破坏了自然河岸与河槽之间的水文联系。② 直接破坏了各种生物赖以生存的基础。固化的护岸阻止了河道与河畔植物的水气循环, 不仅使很多陆上的植物丧失了生存空间, 还使一些水生动物失去了生存、避难地、易被洪水仲走。

很多国家已经认识到工程水利对于河道自然性的破坏,开始大力推广自然河道恢复及生态治理与工程措施相结合的方法。日本在这方面做的比较早, 而凉水河, 是北京第一条采用生态设计治理的河道。

4.2.2 生态护岸的类型及凉水河工程中使用的护岸类型

生态护岸的设计应尊重自然的水循环, 软化河坡, 促进地表水和地下水的交换。滞洪补枯、调节水位, 恢复河中动植物的生长, 利用动植物自身的功能净化水体。回归自然, 恢复生物多样性, 使河水回归自然。生态护岸的作法归纳起来有：① 自然原形护岸。对于坡度缓或腹地大的河段, 可以考虑保持自然状态, 配合植物种植, 达到稳定河岸的目的。如种植柳树、胡枝子等生命力强以及芦苇等具有喜水特性的植物, 由它们生长舒展的发达根系来稳固堤岸。② 自然型护岸。对于较陡的坡岸或冲蚀较严重的地段, 不仅种植植被, 还采用天然石材、木材护底, 以增强堤岸抗洪能力。③ 人工自然护岸。对于防洪要求较高, 而且腹地较小的河段, 在自然性护堤的基础上, 再用钢筋混凝土等材料确保大的抗洪能力。

由于防洪要求较高, 凉水河干流综合整治工程中运用的护岸类型主要是自然型护岸和人工自然护岸。其中重要的几种生态护岸有仿木桩护岸、山石护岸、石笼护岸、块石护岸、生态砖护岸。

(1)仿木桩护岸是在护脚处用钢筋混凝土浇筑基础和柱状结构, 对主体结构面拉毛处理后, 涂刷SPC界面剂。再用彩色水泥进行装饰处理, 作出树皮、树节、年轮、裂缝、脱落等仿真效果。在仿木桩和坡面回填土之间填充卵石和土工布作为返滤层。当水流通过时, 能在卵石缝隙中间长出水生植物。见图1。

(2)山石护岸是在护脚处浇筑浆砌石基础, 在其上进行景石的堆砌和码放。石与石的缝隙之间不砌死, 而是巧妙的用碎石填充, 使这种小空间成为水生动物和植物的乐园并使土体与水气互相交换和循环。见图2。

(3)石笼护岸是由格栅石笼或铅丝石笼根据边坡高度按一定角度堆放, 在堆放的同时进行植物的扦插, 过水后一段时间植物生长, 通过植物根系将几层石笼紧紧连接, 起到加固堤岸的作用。同时, 卵石良好的透水性可以补枯、调节水位。而土工布的运用可以有效地防止水土流失。见图3。

(4)块石护岸运用在水位较低的部位。在护脚处先铺设土工布, 再在上面随意堆放大量的块石, 堆放的边缘弯曲而自然。之后在上面撒一层种植土, 使之填充石与石之间的缝隙。过水之后, 很容易长出大量的水生植物。见图4。

(5)生态砖护岸是一种新的尝试。它的结构是由3层鱼巢砖和数层多孔植物生长砖, 砖与砖之间插筋连接。鱼巢砖是一种v字型的砖, 开口朝向河内, 使得鱼类有栖息的场所。而植物生长砖中间的空隙由植物种子和天然土壤等肥料配合而成的填充剂填充, 使植物根系得到充分的营养及水分。植物根系顺利通过砖体表面扎到地下, 加强护岸链的连接及坚固。见图5。

4.3 植物材料在凉水河生态设计中的重要作用

在对凉水河进行生态设计的过程中, 植物材料在其中起了十分重要的作用。利用植物栽植的护岸施工法, 被称为“ 生物学河川施工法”(BLOLOGISCHE WASSERBAU)。我们将这种方法与自然型护岸相结合, 坡脚进行人工自然型护砌后, 利用扦擂植物进行固定护坡, 并起到美化环境的作用。另一方面, 选用了大量的水生植物, 努力营造自然生态的环境。河岸植物应具备以下条件：

(1)根系发达, 固坡能力强——可以提供良好的主体, 支持与河岸土砂之吸附固着效果。

(2)生长快速、树性强健——分孽高, 地表覆盖能力强, 对污染物的过滤效果好, 可以在短时间内达到绿化与河岸边坡稳定效果。

(3)耐水浸抱——短期内浸饱于洪水中不致受到伤害或死亡。

(4)耐寒、耐旱、耐贫膺、少病虫害、适应性强、树型洁净——粗放管理, 降低养护成本。

(5)饵食与蜜源植物——在植物种类可以选择条件下, 尽可能使用饵食与蜜源植物, 以增加小动物食源与栖所。

(6)建植完成后, 能达到四季景观自然美的效果。

本次工程使用了以下植物：河堤护坡草地、河堤护坡点缀观赏型草种、石质堤防植物、河堤坡底木桩型枝条、水生植物。

5 结语

对凉水河进行生态设计的根本目的, 不只是为了在某个地方为鱼准备一个栖息场所, 或者是在另一片地方种一片水生植物, 在视觉上看起来很有“ 生态” 的感觉。而是要面对全部水域进行构思, 以生态为根本出发点, 以回归自然, 建设一条“ 普通的河” 为终极目标。

不能按照一个标淮、一个模式去进行河流的设计。如果按照一个模式去做, 许多河流的真正特点便会被摒弃,具有多样性的生态河流, 最后也许变成了单纯的水渠。希望大家能够毫不勉强地回应自然河流的各种要求, 摸索对河流进行生态设计的各种方法。因为, 只有自然生态的河流才是最丰富多彩、最美丽动人的。

参考文献

1 俞孔坚, 李迪华.景观与城市的生态设计概念与原理[J].中国园林,2001,（6）.

2 张谊.论城市水景的生态驳岸处理[J].中国园林,2003.

3 [日]河川治理中心编.刘云俊译.滨水自然景观设计理念与实践[M].

4 [日]财团法人.河道整治中心编.周怀东, 等译.多自然型河流建设的施工方法及要点[M].

作者简介：王绍斌（1966-）, 男, 高级工程师。

来源：《北京水利》2005.1